黑龍江省城市化與生態環境協調性區域變化研究

劉 璐，劉兆順，李淑杰，蘇 麒

(吉林大學 地球科學學院，吉林 長春 130061)

?

黑龍江省城市化與生態環境協調性區域變化研究

劉 璐，劉兆順*，李淑杰，蘇 麒

(吉林大學 地球科學學院，吉林 長春 130061)

通過研究黑龍江省12個地級城市2003～2012年的指標數據，采取專家篩選法及R型聚類、皮爾遜系數檢驗等方法構建了評價指標體系，熵值法計算了各指標權重并得出黑龍江省各市的城市化分值及生態環境分值，構建模型計算了城市化與生態環境協調性并進行了分類，借助ArcGIS平臺分析了黑龍江省城市化與生態環境協調性區域特點，結果表明：黑龍江省城市化與生態環境協調性可以分為7個類型并有明顯的地域層次性，研究初期東部協調性較高，隨著經濟發展，中部、南部經濟發達城市協調性逐漸處于優勢地位。同時證明在城市化發展初期，經濟指標、人口密度、城鎮人口及非農業人口比重對生態環境具有一定的負效應，隨著城市化進一步推進，人均GDP、第三產業占GDP比重等指標對生態環境起促進作用。

協調性；城市化；生態環境；區域；黑龍江省

1　國內外研究進展

城市化是指由農業為主的傳統鄉村社會向以工業和服務業、高新技術產業和信息產業為主的現代城市社會逐漸轉變的過程。城市化與生態環境好壞密切相關,既依賴于良好的生態條件、資源儲備，同時又影響著生態環境[1]。城市發展過快，超過了生態環境所能承受的最大限度，將會面臨環境惡化等一系列問題；另一方面，如果只重視保護生態環境，而減慢經濟發展，城市化進程必定受到影響。人地協調共生是人類發展始終追求的目標[2]，因此，如何促進兩者協調發展是今后研究的重點。

20世紀后期，有學者開始強調人類社會和自然環境之間的協調關系[3]。經濟學家皮爾斯認為，城市發展與資源環境之間存在著一種強烈的相互作用的時序特征[4]。1988年王如松利用城市與生態環境之間的反饋和限制性機理推導出大多數城市生長的S型規律[5]。人們開始意識到短期的經濟行為會直接威脅到經濟社會的可持續發展[6]，此后，學者們構建了不同的具有針對性的指標體系，對我國城市化與生態環境協調性及脆弱性進行評價，從全國來看，目前經濟發達的城市協調性相對較高，經濟落后的城市協調性相對較低[7]。從全球來看，20世紀90年代，城市化與生態環境協調發展問題呈現出多元化特點，2005年耶魯大學對全球范圍內100多個國家的生態環境可持續性進行了評價[8]。各國學者相繼提出了不同的理論和方法來協調兩者之間的矛盾。

本文通過分析黑龍江省城市化與生態環境及兩者協調性10年間的區域變化趨勢，以期揭示對可持續發展的有利因素或抑制因素，對黑龍江省未來發展布局具有參考意義，同時根據協調性的區域演變特征，對日后的資源調控及經濟戰略提供新的發展思路。

2　研究區概況

黑龍江省地處我國東北部，面積47.3萬km2，轄1個副省級市即哈爾濱市；1個較大市即齊齊哈爾市；10個地級市包括：牡丹江、黑河、綏化、雞西、鶴崗、雙鴨山、大慶、伊春、佳木斯及七臺河市；1個地區即大興安嶺地區。黑龍江省東部地區是著名的煤電化基地[9]，屬于典型的城市化與生態環境發展存在矛盾的地區，生態經濟有弱不可持續發展趨勢[10]。

3　資料獲取

本文數據大部分來自《中國城市統計年鑒》(2004～2013)、《黑龍江統計年鑒》，部分數據來自于黑龍江省環境公告及哈爾濱市環境公告。

4　研究方法

4.1建立指標體系

4.1.1指標篩選首先建立預選評價指標體系A1，主要是對近些年相關文章中涉及頻率較高的指標進行統計，并通過專家篩選法對所選指標進行二次篩選，最終確定了有30個指標的體系A2。A2分2個部分，包括城市化系統指標和生態環境系統指標。其中城市化系統指標包括：城鎮人口比重、非農業人口比重、人均GDP、第三產業占GDP比重、萬人擁有醫生數、萬人擁有公共汽車數、萬人大學生數、萬人擁有電話數、建成區面積占國土面積比重、人口密度、第三產業從業人口所占比重、市轄區人口比重、人均地方財政收入、人均教育事業支出、人均圖書館藏書、地區生產總值增長率、人均工業總產值。生態環境系統指標包括：人均用水量、人均國土面積、人均公共綠地面積、建成區綠地覆蓋率、人均廢水排放量、人均工業廢棄物排放量、人均固體廢棄物產生量、人均二氧化硫排放量、人均工業煙塵排放量、工業廢水排放達標率、工業固體廢棄物綜合利用率、人均裝鋪道路面積、污水處理率。

經過兩層篩選后的指標仍然具有一定的主觀性，接下來對所選指標進行統計篩選，具體方法如下：首先對原始數據進行標準化處理，利用SPSS軟件對標準化處理后的數據進行R型聚類，并在非自成一類的指標中進行篩選，篩選出獨立性強、代表性好的指標，使最終的評價結果更接近于實際，對上一步生成的各指標計算皮爾遜相關系數Rij，并規定一個0M，則可以刪除其中之一，若Rij

經過上述步驟之后對指標進行檢驗，在已排除的指標和保留的指標之間建立回歸方程：

Y=a+a1X1+a2X2+…+anXn+?

(1)

式(1)中：Y代表已被排除的指標，Xn為保留下的指標。

對回歸方程進行相關性檢驗，若相關系數R越大，則該指標更應該被排除，若R比較小，則要重新檢驗該已被排除指標是否應該重新納入考慮。

4.1.2指標體系根據以上方法，最終確定本文所用指標體系如表1所示。

表1　城市化與生態環境指標體系

4.2城市化及生態環境水平綜合評價

4.2.1指標標準化在本文中，對正向指標和負向指標分別進行標準化處理，具體方法如下：

(2)

(3)

式(2)、式(3)中：Xij代表第i年第j個指標的數值，max(Xj)、min(Xj)表示第i年中第j項指標的最大值和最小值。

4.2.2確定指標權重本文采用熵值法來確定各指標的權重，具體步驟如下：

使用標準化后的數據，計算i年份第j項指標的比重：

(4)

計算指標信息熵：

(5)

信息熵冗余度：

dj=1-ej

(6)

指標權重：

(7)

其中：Xij代表第i年第j個指標的數值，max(Xj)、min(Xj)表示第i年中第j項指標的最大值和最小值。k為1/lnm，m代表評價年數，n為指標個數。

通過計算可以得出2個體系中不同指標的權重，同時可以看出各指標的相對重要性，具體可以用圖1、圖2表示。

從圖1中可以看出，在2個體系中，各指標相對重要性大致相同，則本文指標選取方法可靠，結果相對準確。對城市化影響最大的指標是人均地方財政收入和人均GDP，人均公共綠地面積和人均二氧化硫排放量則對生態系統影響最大。

4.2.3黑龍江省各市城市化分值及生態環境分值城市化與生態環境是兩個相當復雜的相互作用的系統[11-12]，是兩個不同而又相互影響的子系統，子系統的總分值需要通過集成方法來實現[13]。根據公式(8)求出2003～2012年10年間黑龍江省12個城市的城市化分值(表2)：

(8)

式(8)中：Y為城市化分值；yi為第i個指標的指數；Zi為第i個指標標準化處理后的數據；ti為第i個指標權重。

圖1　城市化體系指標權重

圖2　生態環境體系指標權重

表2　2003～2012年黑龍江省各市城市化分值　分

從表2可以得出，黑龍江省12個地級市城市化分值10年間的趨勢大致可以分為2個類型：(1)第一類城市，城市化水平呈逐年穩步增長趨勢，代表城市為哈爾濱、大慶、牡丹江、七臺河市；(2)第二類城市，城市化水平總體呈增長趨勢，但存在一定的緩和期，在緩和期內城市化水平并沒有較大的進步甚至有一定的退步，代表城市為伊春、齊齊哈爾、綏化、鶴崗、佳木斯、黑河、雙鴨山、雞西市，此分析結果與黑龍江省近幾年發展情況大致相同。

同時根據公式(9)計算出2003～2012年黑龍江省各市的生態環境分值(表3)。

(9)

表3　2003～2012年黑龍江省各市生態環境分值　分

從表3可以看出，2003～2007年5年間黑龍江省12個地級市生態環境水平較低，后5年有所提高，可見，合理的經濟發展布局與戰略以及相應的政策保障，可以明顯改善生態環境。

4.2.4黑龍江省各市城市化與生態環境協調性為更直觀地表示兩者之間的關系，本文引用楊世弘的協調度計算公式[14]來計算黑龍江省各市城市化與生態環境協調度：

(10)

式(10)中：C為協調度，k為調節系數，k≥2，k值在本文中取2；a為城市化分值；b為生態環境分值。

為了體現系統整體的發展趨勢，還應通過相關模型對協調度進一步計算，得出協調發展度(表4)。具體模型如下：

T=α×a+β×b

(11)

式(11)中：D為協調發展度，α和β為待定權數，文中都取0.5，T為協調發展綜合評價指數。

表4　2003～2012年黑龍江省各市的城市化與生態環境協調發展度

可以看出協調發展度越大，兩個體系之間協調性越強，而協調性單獨與城市化或生態環境之間并無很強的關聯，良好的城市化率或生態水平不代表較高的協調性。盡管短期內兩者呈較不協調的狀態，但就長期發展來看，黑龍江省各市城市化與生態環境正逐步處于協調發展狀態中。根據本文的計算結果，同時為了直觀地比較短期內協調性的區域性特點，對協調性進行合理的分類(表5)。

表5　城市化與生態環境協調發展分類體系

借助ArcGIS平臺對2003、2006、2009、2012年各市協調性進行直觀地表現，并生成區域變化圖(圖3)。

圖3　2003～2012年黑龍江省城市化與生態環境協調性區域變化圖

在圖3中，顏色越淺代表協調性越高，等級1～7分別代表優秀協調型至完全失調型(大興安嶺地區不作比較，故協調發展度等級為0)，根據協調性的區域特點，可以將黑龍江省分為3個部分：東部地區、中南部經濟發達區以及西北部地區。東部地區2006年之前協調性較高，2006年之后，逐步落后于中南部地區；中部及南部發達城市研究初期協調性不高，后期逐步向良好協調型及優秀協調型發展；而西北部地區協調性10年間雖然呈增長狀態，但趨勢不明顯。黑龍江省城市化與生態環境協調性在不同的時間節點上都呈現出了明顯的區域變化趨勢。

5　分析與結論

(1)從城市化的水平來看，研究期內大多數城市城市化水平逐漸提高。從生態環境水平來看，在經濟發展初期，由于工業污染排放較少，整體環境水平高；發展中期，城市化速度加快，污染物排放及基礎設施建設引發的環境問題更加明顯，生態環境分值降低，此時城市化對生態環境的負效應明顯；發展后期，相應環保政策及措施的出臺以及先進生產工藝的研發均使生態環境明顯改善。隨著經濟的增長、人均GDP及收入的提高，環境曲線呈“U”型增長，符合環境庫茲涅茨曲線的趨勢。

(2)從整體上來看，黑龍江省城市化與生態環境協調性在區域分布上具有明顯的地域性。本文研究的4個時間節點，城市化與生態環境協調性迅速提高，也分別呈現出了明顯的地域層次性，2003年協調性高的城市分布在黑龍江省東部，2006年后中部地區明顯改善，至2009年中部、南部城市協調性優于其他地區，2012年協調性高的城市均為省內發達城市，可見城市化對生態環境具有雙向作用，短時間內，過度依賴于第二產業的經濟發展方式會導致環境質量的惡化，但從長遠發展來看，經濟發展對生態環境具有正向作用，正確的經濟發展方式不僅指GDP的增加，還包括相應產業結構及政策的合理調整。

研究初期，中南部地區人口密度大，人均GDP及收入高，非農業人口及城鎮人口比重低。由于不合理發展第二產業導致的工業煙塵、二氧化硫及污水排放量高，同時較高的人口密度導致生活垃圾的堆積及對工業產品的高需求，進一步導致工業廢物的排放量增加，此時該地區生態環境分值偏低，人口密度及產業結構對環境具有負效應。研究后期，該地區達到良好協調狀態，據該地區近些年來產業結構的調整來看，發現適當增加第三產業及第三產業從業人員的比例，合理調整主導產業及產業結構，可以在保證經濟發展的同時有效降低環境污染，同時仍應大力引進新技術，進一步推進城市化。人均GDP、城鎮居民人均年可支配收入等經濟指標在發展初期對生態環境具有負效應，當經濟指標達到一定臨界值時，由于技術的提高、政策的改善及自身的環保需求，對環保事業的投資也會相應增加，此時這些指標對生態環境反而有明顯的正效應。

東部地區包括佳木斯、雞西、七臺河、雙鴨山、鶴崗5市，GDP均處于全省中后水平，研究初期城市化分值偏低，但生態環境分值較高，協調性高于其他地區，此時該地區經濟指標及人口密度均較低，對環境的負效應不明顯，后期整體協調性逐漸改善，但鶴崗市、雞西市及雙鴨山市增幅較慢甚至有后退趨勢，這3個城市的城鎮人口及非農業人口比例較高，在城市快速發展階段，由于經濟并沒有形成一定的規模，較多的人口擁進城市增加了對工業產品及城市住宅面積的需求，進而影響了環境，此時高城鎮人口及非農業人口比例對生態環境呈負效應。同時第三產業及第三產業從業人員比重低，雖然經濟指標不斷增長，但由于是傳統的煤電化城市，過于依賴第二產業造成的高投入、高污染現象并沒有改善。

北部地區包括黑河市和齊齊哈爾市，該地區協調性10年間雖然呈增長狀態，但趨勢不明顯，地理位置的劣勢影響了該地區城市化和生態環境的發展，人均GDP增幅較小，城鎮人口比重較低，第三產業占GDP比重適度，研究期間環境質量處于可控范圍內，為適應全省的發展趨勢，仍應合理增加第三產業比重，既保證經濟增長，又不破壞當前的協調狀態。

(3)城市化帶動的社會發展在一定程度上能夠提高人們在環境保護方面的文明程度，一定的經濟基礎可以決定城市化與生態環境的高度協調，但協調性高，并不能代表城市化或者生態環境水平高，發展中的城市，一樣會使兩者擁有較高的協調性，而需要解決的是，在逐步轉變傳統城市化發展思路的同時，保證經濟快而綠色化發展。從本文的研究結果可以看出，過于偏重第二產業的城市化發展，是以破壞生態環境為代價的，經濟發展過程中對城鎮人口及非農業人口比例的不加控制，同樣會導致對生態環境的進一步危害。今后應轉變思路，適當調整經濟落后地區的產業結構，由依靠第二產業為主逐步轉變為多種支柱產業齊頭發展的模式，適當控制人口密度及人口從業結構，使其不僅滿足于發展需求，同時與環境相適應；經濟發達地區則應在調整產業結構及控制人口的同時，進一步完善相關技術、政策并加強市民思想認識，保持并提高當前的良好狀態，帶動其他城市合理發展。

[1] 陳冬勤,盧新衛.咸陽市生態環境與城市化協調發展定量評價[J].農業技術經濟,2008(2):103-109.

[2] 陳曉紅,萬魯河.城市化與生態環境耦合的脆弱性與協調性作用機制研究[J].地理科學,2013(12):1450-1457.

[3] 孜比布拉·司馬義,蘇力葉·木沙江,帕夏古·阿不來提.阿克蘇市城市化與生態環境綜合水平協調度評析[J].地理研究,2011(3):496-504.

[4] Pearce D, Turner R K. Economics of natural resources and the environment [M]. New York: Harvester Wheatsheaf, 1990: 215-289.

[5] 劉耀彬,宋學鋒.城市化與生態環境的耦合度及其預測模型研究[J].中國礦業大學學報,2005(1):94-99.

[6] 張飛,孔偉.蘇州市不同土地利用變化類型的生態環境效應分析[J].江蘇農業科學,2011(1):421-423.

[7] 劉耀彬,李仁東,宋學鋒.中國城市化與生態環境耦合度分析[J].自然資源學報,2005(1):105-112.

[8] 黃寶榮,歐陽志云,張慧智,等.中國省級行政區生態環境可持續性評價[J].生態學報,2008(1):327-337.

[9] 陳曉紅,吳廣斌,萬魯河.基于BP的城市化與生態環境耦合脆弱性與協調性動態模擬研究:以黑龍江省東部煤電化基地為例[J].地理科學,2014(11):1337-1343.

[10] 付會霞,張彥明,尹志紅，等.基于生態足跡模型的黑龍江省可持續發展研究[J].科學技術與工程,2012(4):961-964,968.

[11] 張競予,趙文成.西安市人居環境與城市化協調發展研究[J].江西農業學報，2014,26(12):121-124.

[12] Yao B, Ren D, Chun H. Scenarios simulation of coupling system between urbanization and eco-environment in Jiang su province based on system dynamics model[J]. Chinese Geographical Science, 2005, 15(3): 219-226.

[13] 曾珍香.可持續發展協調性分析[J].系統工程理論與實踐,2001(3):18-21.

[14] 陳曉紅.東北地區城市化與生態環境協調發展研究[D].長春：東北師范大學,2008.

(責任編輯：管珊紅)

Research on Regional Changes in Coordination between Urbanization and Ecological Environment in Heilongjiang

LIU Lu, LIU Zhao-shun*, LI Shu-jie, SU Qi

(College of Earth Science, Jilin University, Changchun 130061, China)

According to the data of social and economic indexes of 12 prefecture cities in Heilongjiang province during 2003～2012, this study built a evaluation index system by using the methods of expert screening, R-type clustering analysis and Pearson coefficient test, calculated the weight of each index by using entropy method, and obtained the scores of both urbanization and ecological environment of 12 cities in Heilongjiang. Then, the author constructed a model to evaluate and classify the coordinated degree between urbanization and ecological environment of Heilongjiang province. Finally, we analyzed the regional characteristics of coordination between urbanization and ecological environment of this province by ArcGIS platform. The results showed that the coordination between urbanization and ecological environment of Heilongjiang province could be divided into 7 types, and it had an obvious regional hierarchy. The eastern region had higher coordination in the initial period; while the central and southern developed cities had an increasing coordination along with the economic development. In the initial period of urbanized development, the economic indexes, population density, urban population and non-agricultural population proportion had a certain negative effect on the ecological environment. When the urbanization was further promoted, the GDP per capita, ratio of tertiary industrial output value to GDP, and other indexes had a positive effect on the ecological environment.

Coordination; Urbanization; Ecological environment; Region; Heilongjiang province

2016-05-04

中國科學院知識創新項目(KZCX2-YW-Q1-07)。

劉璐(1991—)，女，黑龍江人，碩士研究生，主要研究方向土地利用規劃與管理。*通訊作者：劉兆順。

X144；F290

A

1001-8581(2016)10-0088-06