資源利用—生態環境—新型城鎮化耦合協調發展分析與預測
——以新疆為例

劉國鋒，冶建明，琚望靜，楚光明

（石河子大學a.農學院；b.經濟與管理學院，新疆石河子832000）

近年來，城鎮化的快速發展往往以犧牲資源與環境為代價，導致資源浪費和環境污染等問題，而這些問題又進一步制約了城鎮化的發展［1-4］。新疆新型城鎮化發展同樣也面臨著資源利用結構不合理、生態環境質量下降等問題，資源利用、生態環境與新型城鎮化之間的矛盾日益突出。因此，在新型城鎮化背景下探求三者的協調發展關系具有重要的理論價值和現實意義。

國內外關于資源利用、生態環境和新型城鎮化的研究主要體現在兩兩系統。一方面是資源利用與新型城鎮化發展研究。許多學者將水資源作為影響城鎮化的一個重要因素。Gober認為，在城鎮化發展中，水資源起著重要的支持作用［5］；Biswas 通過研究，指出城鎮化的無規律發展將導致水資源的污染與嚴重缺乏問題［6］；刁藝璇、左其亭、馬軍霞研究了黃河流域城鎮化與水資源利用水平及其耦合協調分析［7］。另一方面是生態環境與新型城鎮化發展研究。城鎮化與生態環境協調發展是建立新型城鎮化的核心目標［8］。Walter 提出，資源利用對城鎮化與生態環境的協調發展起著重要作用，因此需要優化自身資源利用結構，提高資源利用效率［9］；Adams 和Klobodu結合STIRPAT 模型研究了城鎮化與生態環境退化之間的聯系［10］；Treglia、Landon、Fisher 等借助結構方程模型探究了城鎮化對生態環境的多重影響［11］；方創琳、周成虎、顧朝林等認為，城鎮化系統和生態環境系統各自的耦合元素產生相互作用彼此影響反映了兩系統之間存在的耦合關系［12］。目前研究方法主要采用關聯度和耦合協調模型，對資源利用、生態環境與新型城鎮化進行耦合協調發展研究，研究尺度涵蓋了全國［13］、中原城市群［14］、長江經濟帶［15］、張掖市［16］等。

目前國內考察資源利用、生態環境與新型城鎮化三系統耦合協調的文獻較少，與本文聯系最為緊密的文獻是王愛輝、龍海麗、彭?。?7］以干旱區城市烏蘇市為例，構建了經濟、社會與環境協調發展水平評價指標體系，并對協調發展機理進行了分析。相比之下，本文具有以下不同：首先是研究視角的差別。前者測算的是經濟、社會與環境三系統的耦合協調發展水平，而本文考察的是資源利用、生態環境與新型城鎮化三系統的耦合協調發展水平，為已有研究提供了新穎的視角，拓展了關于新型城鎮化綜合協調發展的研究。其次是樣本數據的差別。前者主要采用2006—2011 年烏蘇市經濟社會與生態指標的數據，而本文基于2008—2018 年資源利用、生態環境與新型城鎮化三系統10 個準則層共計44 個指標數據進行綜合發展水平與耦合協調水平的測算與分析。最后是研究維度的差別。前者僅停留在系統耦合協調發展水平的分析，本文不僅探究了三系統的綜合發展水平與耦合協調發展水平，還進一步對資源利用、生態環境與新型城鎮化耦合協調度2019—2023 年的發展情況進行了預測。鑒于此，本文基于耦合協調分析視角，以新疆維吾爾自治區為研究對象，通過構建資源利用—生態環境—新型城鎮化系統評價指標體系，測算了新疆2008—2018 年三系統綜合評價指數，并對三系統耦合協調發展水平展開探討，并基于GM（1，1）灰色預測模型預測了未來新疆資源利用、生態環境與新型城鎮化耦合協調度，以期促進三系統的協調與可持續發展。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

新疆維吾爾自治區位于我國西北邊陲地區，介于75°—95°E、35°—50°N之間，總面積約166 萬km2，是我國絲綢之路經濟帶的重要通道和對外開放的西部門戶，擁有獨特的地理位置與重要的經濟戰略地位。截至2018 年，新疆總人口達到2486.76 萬人，GDP總量達到12199 億元，人均GDP 約49474 元。新疆城鎮化水平取得了長足發展，城鎮人口比例由2008年的39.65%增長到2018 年的50.90%。新疆屬于典型的干旱半干旱地區，資源豐富、光照充足、干旱少雨、蒸發量大、植被覆蓋度較低、土地荒漠化嚴重，是我國西北干旱區典型的生態脆弱區。在城鎮化快速推進過程中，原本脆弱的生態環境遭到破壞，資源未得到充分利用，出現了環境污染、生態破環、產業與資源耦合度不高等一系列問題，限制了新疆資源利用、生態環境與新型城鎮化的可持續發展。

1.2 數據來源

本文選取新疆維吾爾自治區作為樣本區域，研究時段為2008—2018 年，資源利用、生態環境與新型城鎮化系統數據均來源于Wind 數據庫和2009—2019年的《新疆統計年鑒》，個別缺失數據采用插值法填補。

2 研究方法

2.1 熵值法

區別于主觀賦權法，熵值法是通過判斷指標離散程度來決定指標權重的客觀賦權法。本文采用熵值法對資源利用—生態環境—新型城鎮化系統層、準則層和指標層進行計算。通過搜集樣本和數據，共有m個樣本、n 個指標。鑒于指標的性質不同和量綱差異，需對正向指標和負向指標分別進行標準化，具體步驟下：

歸一化處理：

計算第j項指標下第i 個樣本值占該指標的比重：

第j項指標的熵值：

第j項指標的差異系數：

第j項指標權重：

2.2 耦合協調度模型

在參照方創琳、崔學剛與梁龍武［18］、廖重斌［20］、唐曉華、張欣玨與李陽［21］和周成、馮學鋼與唐睿［22］的研究的基礎上，為了更精確衡量系統間相互作用的程度，本文計算了三大系統的耦合度與耦合協調度：

式中，C為耦合度。C的取值范圍是［0，1］，C越大，系統間的關聯度越高；反之，C 值越低，關聯度越低。F、G、H分別表示資源利用、生態環境與新型城鎮化三大系統綜合評價值。

為了進一步探究三系統的協同作用，本文構建了耦合協調度模型：

式中，D為耦合協調度；T 為系統間的綜合協調指數，表示三大系統對綜合評價水平的協調貢獻；a、b、c為待定系數，系數越大，對應子系統的貢獻度越高。本文認為，在經濟可持續發展進程中，資源利用系統、生態環境系統和新型城鎮化系統的重要度基本相同，因此賦值a= b= c=1/3。

耦合協調度等級劃分：借鑒廖重斌［20］對協調度的等級及其劃分標準，耦合度等級劃分標準見表1，耦合協調度等級劃分標準見表2。

表1 耦合度等級分類

表2 耦合協調度等級分類

2.3 GM（1，1）灰色預測模型

本文采用GM（1，1）灰色預測法，即通過數列模擬對三系統未來的耦合協調度進行了定量預測，得到具體數值。具體步驟如下：

設時間序列為X0=｛x0（1），x0（2），…，x0（n）｝，共有n個觀測值，通過對X0進行累加處理，生成序列X1=｛x1（1），x1（2），…，x1（n）｝，則GM（1，1）模型對應的微分方程為：

式中，a為發展灰度；μ為內生控制灰數。

最后，對預測模型進行精確度檢驗，結果見表3。如果P和C 都在合理范圍內，則可以計算出該項指標合理有效的預測值，否則需要通過殘差模型進行修正。

表3 灰色預測精確度檢驗等級

2.4 指標選取

一套科學有效的指標評價體系將直接影響到研究內容的真實性和準確性，資源利用、生態環境與新型城鎮化是緊密相連的，本文指標選取基于相關研究成果［17-19］，以科學性、全面性、層次性為原則，力求結合新疆獨特的資源、環境與城鎮化實際，建立了包含10 個準則層共計44 個指標的新疆資源利用—生態環境—新型城鎮化系統耦合協調度評價指標體系（表4）。

在資源利用子系統中，資源利用規模選用的指標為干旱區社會生產和經濟發展不可或缺的物質資源，如能源消耗總量、用水總量和全社會用電量、耕地面積、水資源總量等，若這些資源匱乏，勢必會對新疆的發展造成一定程度的影響；資源利用結構選用煤炭消費占比、天然氣消費占比，用以反映資源利用結構特點；資源利用效率選用糧食單位面積產量、單位GDP 同比電耗、單位GDP 同比能耗、建成區單位面積GDP、單位耕地GDP 等，用以反映資源利用的有效性。

在生態環境子系統中，生態環境稟賦選用了森林覆蓋率、人均濕地面積、城市園林綠地面積、有效灌溉面積，代表生態環境的先天條件，用以衡量地區資源對經濟生態的承載能力；生產生活產生的污染物是影響生態環境質量的重要因素，新疆經濟發展主要為資源型工業和傳統農業為主，生態環境壓力來源于工業固體廢棄物、廢水廢氣的排放和農業生產過程中農藥、塑料薄膜、化肥的大量使用為主，這些反映了生態環境面臨的污染壓力和恢復能力；環境治理響應則選用地方財政環境保護支出、生活垃圾無害化處理率、當年人工造林面積、自然保護區面積占轄區面積比重等指標，表明近年來新疆生態污染治理和環境保護的措施及實施成效。

表4 新疆三系統評價指標體系及其權重

新型城鎮化子系統中人口城鎮化選用了城鎮人口占總人口比重，第二、三產業從業人員比重和城鎮人口密度等，代表近年來新疆新型城鎮化人口發展水平；經濟城鎮化選用人均GDP，第二、三產業占GDP比重，城鎮居民人均可支配收入、人均固定資產投資總額，反映新疆新型城鎮化經濟發展水平；社會城鎮化選用人均社會消費品零售總額、每萬人擁有醫療床位數、每萬人擁有公共汽車量，同時城鎮登記失業率、教育支出占財政支出比重、城市燃氣普及率、城市用水普及率和移動電話用戶數也能反映新疆新型城鎮化社會發展水平；空間城鎮化選用人均擁有道路面積和建成區面積占總面積比重，用以反映新疆新型城鎮化空間發展水平。

3 結果及分析

3.1 三系統綜合發展水平分析

在測算資源利用、生態環境和新型城鎮化3 個子系統綜合評價值的基礎上，本文分別賦予1/3 的權重，最終得出新疆三系統整體綜合評價值（表5）。2008—2018 年，新疆資源利用、生態環境、新型城鎮化和三系統整體發展水平總體上均呈不同程度的波動上升態勢（圖1）。其中，新型城鎮化子系統波動增長幅度最大，資源利用子系統波動增長幅度較小，生態環境子系統增幅最小，具體分析如下：

在研究期間，資源利用子系統發展水平以年均2.46%的增速，由2008 年的0.4435 上升至2018 年的0.5528，增幅為24.64%，增速較小，2018 年時發展水平低于其他兩個子系統和系統整體發展水平。近年來，新疆不斷調整資源利用結構，通過經濟、技術等手段提高資源利用效率，資源利用子系統綜合評價值實現穩步增長。生態環境子系統發展水平增幅最小，以年均1.18%的增速，由2008 年的0.5132 上升至2018 年的0.5738，增幅為11.81%，經歷了先下降后增長的“V”型波動增長形式。新疆經濟發展主要為資源型工業和傳統農業為主，生態環境隨著經濟增長受到一定破壞，忽略了生態環境的治理，生態環境子系統綜合評價值到2014 年僅為0.3103。隨著自治區政府近年來不斷加強完善生態保護與監管制度后，2014—2018 年生態環境綜合評價2018 達到最大值0.5738，生態環境得到了有效改善。新型城鎮化子系統發展水平增長幅度最大，以年均22.51%的增速由2008 年的最低值0.2342 上升至2018 年的最高值0.7613，增幅為225.09%。2008—2011 年，新型城鎮化子系統綜合評價值低于資源利用、生態環境子系統及三系統綜合評價值，2012—2018 年發展水平高于另外兩個子系統和系統整體發展水平。近年來，新型城鎮化發展備受重視，國家和地方相繼出臺了一系列政策以支持新疆新型城鎮化的發展，城鎮人口數量、城市基礎設施建設、居民生活水平等方面得到了顯著提高，城鎮化建設取得了明顯的成效。新疆資源利用—生態環境—新型城鎮化系統綜合發展水平呈波動上升的狀態，以年均5.85%的增速，由2008 年的0. 3970 上升至2018 年的最高值0.6293，增幅達到58.53%，三系統的協調取得了長足的發展。

表5 2008—2018年新疆三系統綜合評價值

圖1 2008—2018 年新疆三系統綜合評價值變化趨勢

3.2 三系統耦合度及耦合協調度分析

新疆資源利用、生態環境與新型城鎮化二元系統、三元系統的耦合度計算結果見表6。與表1 的耦合等級對照可見，新疆二元系統和三系統的耦合度均大于0.8000，屬于良好等級。2008—2018 年，耦合度均呈現出波動上升的態勢；2016—2018 年，穩定在0.9766—0.9998 之間。由此可見，新疆資源利用、生態環境、新型城鎮化之間具有較強的相互作用，但耦合度的大小僅能反映各系統之間作用的強弱，不能反映系統之間的協調發展水平，因此引出耦合協調度模型，測算出兩元系統以及三系統間的耦合協調度值（表7），從而評價系統的協調發展水平。從圖2 可見，對于二元系統耦合協調水平而言，資源利用—生態環境系統經歷了先下降后上升的趨勢，2008—2011 年，明顯高于其他兩個二元系統，但呈下降趨勢，于2012 年協調度達到最低值0. 5998，2012—2018 年之后，呈波動上升狀態但明顯低于另外兩個系統。另外，兩個系統基本維持在相同水平并不斷波動上升，表明兩系統之間的關聯度逐漸增強，其中資源利用—新型城鎮化系統耦合協調水平增幅最大，協調等級實現從勉強協調到中級協調的轉換。

表6 2008—2018年新疆三系統耦合度

圖2 2008—2018 年新疆三系統耦合協調度時序演化

結果表明，新疆資源利用—生態環境—新型城鎮化系統耦合協調發展水平呈穩步波動上升的態勢，以年均2.86%的增速由2008 年的初級協調（0.6135）上升至2018 年的中級協調（0.7891），三系統協調水平取得了長足發展，有步入良好協調發展階段的趨勢。2008—2010 年主要制約因素為新型城鎮化滯后型，這一時期新型城鎮化水平較低，隨著經濟快速發展，城鎮人口不斷擴大、基礎設施逐漸完善、公共服務能力增強、城鎮化水平不斷提高。同時，污染等問題導致環境子系統綜合評價值下降。2011—2017 年主要制約因素為生態環境滯后型，政府不斷加強城市生態環境保護和污染治理力度，如生活垃圾無害化處理率逐年提高，新疆地方財政環境保護支出也由2008 年的30.47 億元增加到2018年的94.33億元，治理成效顯著，生態環境水平提高。2018年主要制約因素轉為資源利用滯后型，資源利用系統發展水平年均增速為2.46%，這對未來新疆優化資源利用結構，提高資源利用效率提出了更高的要求?？傊?，新疆資源利用—生態環境—新型城鎮化系統耦合協調發展步伐仍需加快，這就需要將以追求經濟快速發展的粗放型發展模式轉變為效率性、生態型、集約型、可持續型的科學型發展模式。

表7 2008—2018年新疆三系統耦合協調度

3.3 三系統耦合協調度預測分析

為了進一步探究新疆未來資源利用—生態環境—新型城鎮化系統耦合協調發展的變化趨勢，本文基于GM（1，1）灰色預測模型［22，23］，利用DPS9.50 預測軟件，選取2008—2018 年新疆三系統耦合協調度為分析數據，將殘差數列類型設置為生成數列殘差，預測時間長度為5，殘差重復建模次數為3，可得到2019—2023 年三系統耦合協調發展水平的預測結果。然后對預測模型進行精確度檢驗，C = 0.4237，P=1.0000，則預測模型具有較高的精度。

圖3 2019—2023 年新疆三系統耦合協調發展預測

從圖3 可見，新疆資源利用—生態環境—新型城鎮化系統耦合協調度將延續2008—2018 年波動上升的變化特征，2019—2023 年的耦合協調度將分別達到0.7981、0.8229、0.8492、0.8770、0.9064，三系統耦合協調發展水平由中級協調升至良好協調，最終實現優質協調。預測結果顯示，新疆資源利用—生態環境—新型城鎮化系統在2019—2023 年內的協調發展情況總體上得到改善，但要達到三大系統互相促進、協調發展仍需較長時間，這就要求新疆在未來發展中要著力突破發展難點，在優化資源利用結構、治理環境污染、提高生態質量的基礎上尋求新型城鎮化高質量發展模式。

4 結論、討論與建議

4.1 結論

本文以新疆維吾爾自治區為例，建立了干旱區資源利用—生態環境—新型城鎮化系統綜合評價指標體系。首先利用熵值法測算2008—2018 年三系統發展的綜合評價值，然后借助耦合協調度模型探求三系統之間的耦合度和耦合協調度，最后基于GM（1，1）灰色模型得到耦合協調度預測結果。主要結論：①系統綜合發展水平。2008—2018 年，新疆資源利用、生態環境、新型城鎮化和三系統整體發展水平均呈不同程度的波動上升態勢。其中，新型城鎮化子系統發展水平增幅為225.09%，明顯高于另外兩個子系統和三系統整體發展水平。②系統耦合水平。二元系統和三系統耦合度均大于0.8，屬于良好等級，均呈波動上升狀態。2016—2018 年穩定在0.9766—0.9998 之間，說明新疆資源利用、生態環境、新型城鎮化之間具有較強的關聯作用。③系統耦合協調水平。對二元系統耦合協調水平而言，2008—2018 年資源利用—生態環境系統經歷了先下降后上升的趨勢，另外兩個系統基本維持在相同水平并不斷波動上升，表明兩系統之間的關聯度逐漸增強；三元系統耦合協調水平呈穩步波動上升態勢，以年均2.86%的增速由2008 年的初級協調（0.6135）上升至2018 年的中級協調（0.7891）。④系統耦合協調發展預測。2019—2023 年新疆資源利用—生態環境—新型城鎮化系統耦合協調將延續2008—2018年波動上升的變化特征，三系統耦合協調度由中級協調發展為良好協調，于2023 年達到優質協調水平。

4.2 討論

在城鎮化快速發展的背景下，探究如何實現資源利用—生態環境—新型城鎮化三者高度耦合協調發展，有助于為監管層和當地政府制定政策提供幫助。本文在系統分析新疆資源利用—生態環境—新型城鎮化系統耦合協調發展的基礎上，通過預測發現三系統2019—2023 年內協調發展情況總體上得到改善，但要達到互相促進、協調發展仍需一段時間。這是因為近年來雖然新疆的生態環境得到了有效改善，但是資源利用滯后成為新的制約因素。

4.3 建議

在新疆維吾爾自治區未來發展中，建議從以下兩個方面予以調整優化：①在資源利用方面，優化資源利用結構，提高資源利用效率。一是提高資源利用效率，加強生態保護，繼續貫徹落實資源管理制度。堅持以技術創新推動新舊產業動能轉換，提高傳統制造業的生產效率和能源效率，控制污染排放強度。二是優化資源利用結構，降低煤炭消費占比，增加天然氣等綠色能源消費量。在提高產品質量的同時，增強減排效應，釋放工業領域低碳轉型潛能，加強經濟帶資源科學配置，堅持新發展理念。②在生態環境方面，遵循科學方法，補齊生態環境短板。嚴守生態保護紅線，堅持走可持續的生態環境發展道路，實現新疆資源利用、生態環境與新型城鎮化協調與可持續發展。