絲綢之路經濟帶核心區城市化水平與生態環境耦合協調關系綜合測度

齊亞霄 張飛

關鍵詞：絲綢之路經濟帶核心區;熵值法;城市化;生態環境;耦合;協調;時序特征;人地關系

城市化別稱城鎮化，是一個包括社會、經濟、人口等多方面的復雜過程。在此過程中，不僅包括人口的大規模遷移，還伴隨著土地利用方式的變化、生產及生活方式的轉化[1-3]。改革開放以來，我國的城市化進程加速推進，城市化水平自1980年的19.39%增長到2013年的53.73%[4]，并形成了許多城市群。快速城市化會造成資源的大量消耗及區域生態環境、氣候的改變。在新的歷史條件下，新型城鎮化的推進是國家全面建成小康社會和基本實現現代化的必由之路[5]。如何在城鎮化過程中實現人與自然和諧共生，是當今地理學界研究的熱點。作為地理研究的核心問題之一，城市化與生態環境的交互耦合關系已經成為國內外研究的熱點[6-7]，國內外學者對于二者之間的交互作用、耦合協調測度等作了大量研究，聶艷等對湖北省城市化與生態環境耦合的時空特征進行度量，并分析其時空變異特征[8];陸媛媛等以寧夏回族自治區5個地級市為研究對象，分析其城市化與生態環境的耦合協調度關系及發展趨勢[9];Liu等在環境庫茲涅茨曲線理論基礎上，對山東省濟南市城市化和大氣環境安全的耦合協調關系進行估計分析[4];Yu等對松花江流域進行研究，有助于更好地理解跨界河流域污染物排放與城市化進程的耦合關系，并對社會經濟與水環境二者的關系進行定量分析，從而更好地揭示城市化進程與流域污染物排放的耦合關系[10]。西北干旱區是我國生態環境較脆弱的地區，本研究選擇其典型代表區域——絲綢之路核心區新疆維吾爾自治區（簡稱“新疆”）作為研究區。城市化進程與其生態環境存在互動耦合關系，經濟社會的發展促進城市化水平的提高，但也會加重生態負擔;隨著城市化水平的提高，生態環境保護及資源合理開發利用逐步得到重視，城市生態環境逐步改善。本研究對新疆城市化與生態環境的耦合協調關系進行測度并探討其成因，以期為變化環境下絲綢之路核心區的可持續發展提供一定的理論依據，并充分發揮新疆在絲綢之路經濟帶中的重要作用。

1 研究區概況

新疆地處中國西北，位于亞歐大陸腹地，地理位置約為34°15′～49°10′45″N，73°20′41″～96°25′E，新疆是我國陸地面積最大的省級行政區，總面積約160萬km2，約占我國陸地面積的1/6[11]。新疆地勢起伏較大，海拔在-158～7 390 m，平均海拔約為1 000 m，總體地勢大致呈現出“南高北低、西高東低”的態勢[12]。新疆地形復雜，地貌單元眾多，山脈和盆地相間，從北到南分布著阿爾泰山、準噶爾盆地、天山、塔里木盆地、昆侖山和喀喇昆侖山。新疆由于深居內陸，較少受海洋影響，氣候類型屬于典型的溫帶大陸性氣候，夏季日照時間長，熱量豐富，氣溫日較差、年較差均較大，降水量少，氣候干燥，由于面積大，地形復雜，各地氣候差異顯著。新疆生態環境較脆弱，地廣人稀，人口多分布在綠洲。

2 指標體系與研究方法

2.1 指標體系構建

本研究原始數據主要來自《新疆統計年鑒》，部分數據通過計算得到。根據數據的可獲得性，借鑒已有的綜合測度指標體系成果[13-15]，遵循系統性、完整性等原則，把所得數據分為城市化、生態環境2個子系統，并根據數據特點在子系統中設置相應指標對其進行評價。

根據城市化概念的內涵，把城市化（U）系統相關指標歸納為人口城市化指標（U1）、經濟城市化指標（U2）、社會城市化指標（U3）、土地城市化指標（U4）共4個層級16個指標;生態環境子系統主要是從水、氣、固廢及保護區層面對新疆近10年間的生態環境進行綜合評價，把生態環境（E）子系統歸納為水環境指標（E1）、大氣環境指標（E2）、固體廢物指標（E3）、自然保護區環境指標（E4）共4個層級9個指標。

2.2 研究方法

2.2.1 熵值法 “熵”最早是自然科學中的熱力學概念，主要反映系統的混亂程度。近年來已被引入社會經濟研究領域，含義上主要是指系統狀態不確定性程度的度量。與傳統的主觀賦權法相比，利用熵值法確定權重可以減小確定權重的人為主觀因素[16]。利用熵值法進行數據計算之前，為了消除指標的量綱差異，首先對初始數據進行標準化處理。對于數值越大對系統發展越有利時的指標采用正向指標計算方法象的度量[17]，已被廣泛應用于城市化與生態環境的相互作用研究[18-21]。子系統耦合度較高時，子系統之間的配合度高，系統運行效率高，系統具有旺盛的生命力;反之，如果子系統耦合度較低，說明子系統之間彼此制約，系統就有可能停滯[18]。城市化與生態環境是相互作用、相互制約的2個系統，借助物理學中的耦合協調度模型，對2個子系統進行耦合協調度分析。耦合度模型公式如下：

耦合度并不是一直向更高階段發展的，它是一個受多種因素影響從而有所反復的過程。在耦合度模型基礎上引入協調度模型，以便對城市化水平、環境交互耦合的協調程度進行更好的測度，其計算公式如下：

本研究基于城市化與生態環境是同等重要的2個系統，取a=b=0.5。協調度劃分為4個階段：D∈（0，0.4]為低度協調耦合;D∈（0.4，0.5]為中度協調耦合;D∈（0.5，0.8]為高度協調耦合;D∈（0.8，1]為極度協調耦合。

3 結果與分析

3.1 新疆城市化與生態環境變化分析

由表4可知，新疆城市化子系統得分從2007年的0.063增長到2016年的1.040，說明10年間新疆城市化水平顯著上升，其城市化水平得到了很大提高。城市化是人口、經濟、社會和土地綜合作用的過程，對城市化的各項指標進行打分，發現人口城市化和社會城市化的中增長最平穩;而經濟城市化得分經歷了2007—2009年平穩增長，2010年下降，此后基本上升的態勢;土地城市化的得分分為3個階段：2007—2013年呈增長趨勢，2014年略有下降，2015—2016年再次呈增長態勢，土地城市化得分雖然總體略低于其他3個指標，但其也是城市化的主要推動力之一（圖1）。

由圖2可知，2007—2016年生態環境子系統表現出截然不同的發展態勢，呈“V”字形。2007—2013年生態環境子系統測度值呈階梯下滑趨勢，2010—2011、2012—2013年生態環境的分值出現2個下滑的“陡坡”，說明在此期間城市化過程給生態環境帶來了相應壓力，人地關系不協調;2013、2014年是生態環境系統得分最低的2個年份，通過對比原始數據發現，2013年是10年間工業廢水排放總量和一般工業固體廢物產生量最大的年份，而2014年則是工業廢氣排放量、二氧化硫排放量、煙塵排放量最大的年份;2015年以來由于“三廢”排放量的減少，生態環境得到好轉，子系統得分明顯提高;2016年是10年間工業廢水排放總量、銨態氮排放量及二氧化硫排放量最低的年份，這可能與產業結構調整、生產設備升級有關，說明在城市化過程中更加注重可持續發展和生態恢復，人地關系逐漸實現協調發展。

3.2 城市化水平與生態環境耦合協調度分析

由表4、圖3可知，2007—2016年2個子系統的耦合度值在0.240～0.500之間，實現了低水平耦合、拮抗發展，并達到拮抗與磨合階段的臨界值，跨越經歷了波浪式上升的過程。2007—2011年耦合度呈上升趨勢，2012—2014年開始呈下降趨勢，2014年城市化與環境系統的耦合度取得10年間僅次于2007年的最低值;2014年以后協調度繼續保持上升態勢，并在2016年達到最大值。10年間在新疆城市化水平逐漸升高的過程中，生態環境一開始作出了消極的響應，在低水平的耦合度狀況下，耦合度還在不斷減小;在2014年“觸底”之后出現了強勢“反彈”，而后逐年上升，并在2016年達到峰值。這可能與三產結構改善、污染較嚴重的企業改進生產設備、環保工作更加到位有關。總體而言，新疆城市化水平與生態環境之間的耦合水平以拮抗階段為主，但也在逐漸向更高水平邁進，人地關系在逐步改善。

由表4、圖3、圖4可知，2007年新疆城市化和生態環境的耦合強度與協調強度處于低強度低協調階段，城市化系統得分遠高于生態系統得分，可見此期間的城市化水平較低而生態環境承載力較高;2008—2014年新疆城市化與生態環境處于中強度低協調階段，此階段的城市化得分持續上升，而生態環境得分表現出相反的發展趨勢，說明城市化迅速發展，但也帶來了人口數量、密度的增加以及由此給生態環境造成的壓力，2個子系統之間協調強度經歷了先升后降再上升的過程;從2015年開始生態環境綜合得分再次升高，2016年新疆城市化與生態環境耦合度已達到拮抗階段和磨合階段的臨界值，達到中強度中協調，說明在城市化不斷發展過程中，新疆越來越注重環境治理和環境保護，主要包括綠化帶的擴建、公園的修筑生產設備水平的提高、排污設施的完善等，城市生態環境質量逐步好轉。

4 結論與討論

4.1 結論

綜述分析結果表明，國內外對于城市化和生態環境關系的研究已經進入一個重要階段。以往的研究多以統計數據為主，數據源較單一，隨著“3S”技術的發展，結合遙感數據、社會統計數據的城市化與生態環境關系的研究已成為發展趨勢[22-23]。從研究尺度的選擇來看，主要是國家尺度、省（市、區）尺度、城市群尺度、城市內部尺度。就研究區選擇來看，對于經濟發達地區的研究比經濟欠發達地區多。這是因為經濟發達地區人類活動對原有生態環境的干擾比欠發達地區更大，且數據來源廣，較容易進行科學研究。

從研究方法來看，主要包括定性描述和定量分析評價，近年來對城市化和生態環境的研究逐漸趨于定量化。關于城市化與生態環境耦合關系的研究，一些學者通過構建評價指標體系，運用灰色關聯分析、動態計量分析、系統耦合分析等方法，探究城市化與生態環境兩大系統的交互作用與響應程度[24-25]。總體來看，對于生態環境的評價尚未形成統一的評價體系[26]，因此，即使是對于同一區域的研究，由于所選指標不同，評價結果也不盡相同。

本研究利用熵值法和耦合協調度模型對新疆10年間的城市化及生態環境耦合協調度進行綜合分析，延續了前人的研究[27-28]，并為新疆城市化進程中實現綠色發展提供一定的理論參考。

由于數據資料的可得性，本研究僅選取十年間的新疆統計數據進行分析，數據來源較單一，已選指標的普適性還須進一步探索。在今后的研究中，將結合多元數據及多種方法對其進行綜合分析。由于行政區劃的變動，本研究沒有涉及對各地州市的分區研究，今后將對不同區域的城市化水平和生態環境之間的相互作用進行研究，并找出其發展規律。

4.2 討論

2007—2016年新疆城市化水平線性上升，發展速度快，此期間人口和經濟的城市化是新疆城市化的主要推動力。生態環境子系統水平呈“V”字形發展態勢：先是階梯狀下滑，在2010—2011年和2012—2013年生態環境的分值出現了2個下滑的“陡坡”，2014年以后生態環境水平再次提升，說明生態環境狀況有所好轉。

2007—2016年新疆城市化-環境系統耦合度值介于0.24～0.5之間，跨越了低水平耦合、拮抗、磨合3個階段，經歷了波浪上升的過程，總體而言，耦合水平整體還是較低，以拮抗階段為主;從耦合協調度的時序特征分析，新疆城市化與環境耦合協調度呈現先升高后降低再次升高的態勢，基本處于中低水平，但自2014年以來，二者之間的協調度有逐漸上升的趨勢，說明城市化與生態環境之間的關系逐漸協調。

新疆的城市主要分布在綠洲地區，其城市生態環境相對較脆弱，在城市化過程中要特別注意對生態環境的保護，包括政策引導、環保技術的支持、公眾環保意識的增強等，使得新疆城市化水平能與生態環境實現良性互動，以便更好地發揮新疆在“一帶一路”中作為核心區的作用。

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