快速城鎮化背景下城市蔓延的環境效應分析

高 楠，李 強

(安徽財經大學 經濟學院， 安徽 蚌埠 233030)

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快速城鎮化背景下城市蔓延的環境效應分析

高 楠，李 強

(安徽財經大學 經濟學院， 安徽 蚌埠 233030)

基于長江經濟帶104個城市2003—2014年市級面板數據，實證研究城市蔓延的形成機理，并探討了城市蔓延對我國生態環境的影響。研究發現：人均GDP與社會固定資產投資水平的提升會加劇城市蔓延現象，建議在經濟發展過程中要做好人口流動與土地開發的管理和控制。城市蔓延對于環境污染具有明顯的抑制作用，其原因可能是：文章選用單位面積的工業二氧化硫排放量表征環境污染，由于工業二氧化硫的排放速度低于城鎮土地的擴張速度，因此城市蔓延的加劇反而降低了環境污染；第二、三產業產值占比與城鎮化率的提高加重了環境污染。建議從轉變傳統工業企業效益增長模式以及合理控制城鎮化發展速度著手，制定實現經濟與環境協調發展的有效措施。

城鎮化；城市蔓延；環境效應

城市蔓延是指城市空間低密度、無序、功能純化的用地擴張(Dutton，2000)[1]，主要表現為跳躍式開發、商業走廊、土地使用功能分離、私家車在交通上的主導地位和最小公共空間。隨著我國快速城鎮化的推進，城市化水平與區域發展水平都得到了大幅度提高，農村社會向城鎮社會加速轉變，城鎮數目不斷增多，城鎮規模不斷增大。與此同時，也出現了戶籍制度、社會保障制度不完善、土地城鎮化速度快于人口城鎮化等一系列社會問題。如何破解城市蔓延對我國城市發展的桎梏不僅是國家急需解決的現實問題，也是學界研究的熱點問題。

國內外學者關于城市蔓延的測度方法、影響機理、解決措施等問題都做了大量研究。關于城市蔓延的測度，目前國際上普遍運用單指標測度法或綜合指標測度法，如Fulton等(2001)用人口密度來衡量城市蔓延程度，密度越低則蔓延程度越高[2]。Hasse(2002)在以往研究的基礎上，利用人口密度、建設用地跳躍式開發、土地利用分割程度、區域規劃的不一致性、帶狀發展等12項綜合指標來度量城市蔓延程度[3]。國內學者普遍使用的是單指標測度法，即用城市建成區面積增長率與市區人口增長率的比值來表征城市蔓延度(牛煜虹等，2013；劉洪銀和王向，2015)[4][5]，但這一指標難以適用于城市面積或市區人口出現負增長的城市(秦蒙和劉修言，2015)[6]。關于城市蔓延范圍的測度，國內學者開始采用集成3S技術(曾晨等，2015)[7]、夏農熵指標法(王釗和楊山，2015)[8]、GIS方法(李一曼等，2012；郭貝貝等，2013)等新技術[9][10]。Fallh等(2011)建議采用夜間燈光數據作為GDP和人口密度等變量的良好替代指標[11]，以此為基礎進行城市蔓延的測度。近年來，國內外許多學者已經開始利用遙感技術提供的夜間燈光影像數據作為人類活動的代理變量來研究經濟增長和城市發展等問題(Henderson，2012)[12]。關于城市蔓延內在機理的研究，國內學者很大程度都落實在經濟因素上，一般認為當經濟要素大規模集中時，蔓延問題勢必出現(李一曼等，2013)[13]。不可否認，經濟因素的確是城市蔓延出現和加重的一個重要原因，經濟增長帶動城市化水平的提高，交通設施更加便捷，如果此時政府職能不能有效發揮，管理制度、立法系統都有缺失，只考慮經濟效益而忽視環境資源承載力，城市蔓延不可避免(王家庭等，2014)[14]。

隨著土地資源的低密度開發，總是伴隨著經濟、社會和生態環境等方面的問題(王家庭和張俊韜，2010)，如吞噬城市空間，增加汽車使用量，侵占耕地，產生物種侵害[15]，造成交通污染，環境問題和健康惡化。其中，孫群郎(2006)以美國郊區為例，認為蔓延對生態環境的影響具體表現為空氣的污染，地下水和地表水的污染，野生生物的減少乃至滅絕以及洪澇災害加劇四個方面[16]?？梢姡鞘新邮羌觿…h境污染的一個重要因素。在對城市蔓延提出的解決措施上，歐美等國相繼提出了精明增長、緊縮城市、生態城市、綠色城市主義、新城市主義等解決途徑(李博，2009)[17]，不同于以往學者建議的“蔓延控制”，而是建議采取“蔓延治理”措施(張景奇等，2015)[18]。即不再單純的阻止城市空間的擴張，轉而重點關注城市蔓延背后的經濟、社會、環境等綜合問題，結合多項指標進行研究分析(張景奇和婁成武，2014)[19]。就我國國情而言，未來城市發展應以科學劃定城市增長邊界為重點，強化城市土地集約利用，堅持走可持續發展道路(張帆，2012)[20]。

綜上所述，國內外學者從不同角度對城市蔓延引起的環境污染問題進行了探討，這為本文進一步的研究提供了借鑒基礎。同時我們也認識到，現有文獻關于城市蔓延的效應研究，多從經濟效應方面探究，關于環境效應的專題研究較為缺乏，現有的關于生態環境的研究文獻，也多是從理論分析角度展開，缺少實證檢驗，無法進行深入、系統的論證。有鑒于此，本文基于長江經濟帶104個城市2003—2014年面板數據，構建計量檢驗模型，實證分析城市蔓延的形成機制及其環境效應，在此基礎上探討我國城鎮化發展的新道路。

一、 理論分析

綜合國內外學者已有研究成果與各國城鎮發展實踐發現，經濟基礎、服務業發展、社會固定資產投資與城鎮化率都對城市蔓延起著重要的影響作用。其中，城市的綜合經濟發展水平是推動城市化水平增長的重要因素，城鎮化率提升的同時往往伴隨著城市空間的無序擴張和土地城鎮化快于人口城鎮化的現象。同時，在城鎮化進程中，大量農業人口轉為非農人口，這推動了產業結構的優化調整和產業區域的重新布局，影響著城市土地擴張水平。而社會投資水平的高低則影響著社會整體的經濟運行，造成不同經濟發展水平地區城市蔓延度的差異。圖1與圖2報告了經濟基礎和城鎮化率與城市蔓延關系趨勢圖，綜合來看，經濟基礎與城鎮化率對城市蔓延具有較為明顯的影響作用。

圖1 經濟基礎與城市蔓延

圖2 城鎮化率與城市蔓延

城鎮化進程中，城市蔓延現象往往伴隨著交通擁堵、土地退化、能源資源浪費以及生態環境惡化等問題。其中，環境污染的來源主要有兩方面：一是居民生活垃圾污染，二是工業企業排放污染。一方面，隨著城鎮化率的提高，大量農業轉移人口涌入城市，城市人口增加，在日常生活中，不可避免的帶來了水、電、氣消耗量的大幅度增加，導致廢水、廢氣等生活垃圾顯著增加。隨著城市規模的擴大與公共交通事業發展的相對滯后，人們出行時越來越依賴小汽車與私家車，在消耗大量石油的同時還帶來了交通污染的加劇。另一方面，隨著社會經濟水平的提高與城鎮建設的開放性發展，工業企業的進駐與建設得到了政府的大力支持。與此同時，由于企業區域建設缺乏系統、科學的管理，導致城市郊區土地無序擴張、資源浪費，城鎮開發中屢屢出現“攤大餅”現象。同時，由于工業企業技術水平與生產成本的限制以及第三產業發展的相對滯后，企業在耗費大量資源能源的同時還排放了大量廢水、廢氣，嚴重破壞生態環境。綜上所述，在城鎮化進程中，經濟發展、工業發展水平、服務業發展水平與城鎮化率作為城市蔓延的作用機制對生態環境造成了顯著的影響。圖3與圖4報告了城市蔓延和城鎮化率與環境污染關系趨勢圖，綜合來看，城市蔓延和城鎮化率對生態環境具有較為明顯的影響作用。

圖3 城市蔓延與環境污染

圖4 城鎮化率與環境污染

二、城市蔓延成因分析

(一)模型設定

隨著我國城鎮化率的不斷提高，城市空間的低密度擴張問題愈發嚴重。為了探討城市蔓延的內在形成機理，本文綜合城市蔓延的內涵與已有的研究，建立如下城市蔓延影響因素計量模型：

(1)式中，被解釋變量城市蔓延由SPRAWL表示，解釋變量中，經濟基礎用ECONOMY表示，服務業發展用SERVICE表示，投資水平用INVEST表示，城鎮化率用URBAN表示。其中，ε為模型中的隨機干擾項，下標i表示市級截面單元，t為時間因素，β0、β1、β2、β3、β4為模型的待估參數。

(二)變量設定

1.被解釋變量。關于城市蔓延的測度方法有許多，主要分為單指標和多指標兩種方法，其中國內學者多采用單指標的做法，即用建成區面積增長率與市轄區人口增長率之比表征?？紤]到現有數據的不完整性以及計算結果的誤差性較大，本文參考劉洪銀和王向(2015)等學者的做法，以市轄區建成區面積與市轄區人口的比值表征城市蔓延度[21]。

2.解釋變量。根據前文的理論分析，這里將經濟基礎、服務業發展、投資水平和城鎮化率引入模型中，作為解釋變量。其中，經濟基礎用地區人均GDP表征，用ECONOMY表示，單位為十萬元；服務業發展用第三產業產值占GDP比重表征，用SERVICE表示；投資水平用固定資產投資表征，用INVEST表示，單位為萬億元；城鎮化率用市轄區非農人口占市轄區總人口表征，用URBAN表示。

(三)數據說明

隨著中國城鎮化的發展，城市蔓延逐漸成為國內學者研究的熱點問題，文章以長江經濟帶* 長江經濟帶：上海、江蘇、浙江、安徽、江西、湖北、湖南、重慶、四川、貴州、云南11個省市。110個大中小城市為例，探討城市蔓延的形成機制。由于2011年巢湖市被撤銷，巢湖市原管轄的部分區域分歸合肥市、蕪湖市和馬鞍山市管轄，以及畢節、銅仁、昭通、麗江、普洱、臨滄6個城市部分數據缺失而被排除在外，因此本文的實證研究基于長江經濟帶104個城市2003—2014年的數據樣本，面板數據包括104個截面單元12年的時間序列數據，共計1248個樣本觀測值。其中2013年部分地區工業二氧化硫排放量數據缺失，選取2003—2012年數據基于移動平均法補齊，文章數據均來自2004—2015年的《中國城市統計年鑒》，數據處理和實證研究均在STATA 11中完成，變量統計結果見表1。

表1 變量基本統計量和計算方法

(四)靜態模型檢驗

這里首先采用靜態面板模型進行估計，表2中模型(1)—(4)報告了城市蔓延影響因素的實證檢驗結果。靜態面板模型選取上，采用Hausman檢驗法判斷應該采用固定效應模型還是隨機效應進行檢驗。Hausman檢驗結果顯示，模型(1)—(4)都應采用固定效應模型進行檢驗。

模型(1)回歸結果顯示經濟基礎對于城市蔓延具有較為明顯的負向作用，且在1%的顯著性水平上顯著，說明經濟的快速發展不僅沒有加劇城市蔓延現象，反而對于城市空間的無序擴張具有一定的減緩作用，這與已有的經驗研究不符。服務業發展水平變量系數顯著為正，且通過了10%的顯著性水平檢驗，說明服務業企業的快速發展對于城市蔓延具有明顯的推動作用。究其原因，在第三產業產值與企業數量擴充的過程中，由于缺乏專業、成熟的管理體制與經驗豐富的管理人才，導致服務業企業的區域規劃較為混亂，難以高效、合理的運用建設區土地，容易造成城鎮土地利用浪費、無序建設等問題，這些都會加劇城市空間的無序、低密度擴張。因此，如何科學、有序規劃第三產業區域位置與發展方式，是政府未來工作的重點。投資水平對于城市蔓延也具有負向作用可是并不顯著，說明固定投資水平對于城市蔓延的影響作用較小。城鎮化率對于城市蔓延具有明顯的正向作用但是也不顯著，說明城鎮化進程的加快并沒有明顯加劇城市蔓延。

表2 城市蔓延影響因素靜態面板檢驗結果

(五)動態模型檢驗

內生性是宏觀經濟研究中常見且較為棘手的問題，如果模型中存在內生性問題，模型的估計結果就會出現偏差，估計結果不再穩健。本研究中經濟基礎和服務業發展、投資水平等變量具有較高的相關性，這些都易導致內生性問題。因此為了驗證表2中模型的估計結果，這里采用差分GMM方法對模型進行再檢驗，并將解釋變量的一階滯后項作為工具變量。表3中模型(1)—(4)最后三行報告了差分GMM估計自回歸(AR)檢驗和Sargan檢驗結果，結果顯示，AR(2)和Sargan檢驗值的伴隨概率值均大于0.1，表明工具變量的選用是有效的，隨機干擾項無二階自相關問題，說明采用差分GMM方法對模型進行參數估計是有效的。

綜合看來，表3與表2的檢驗估計結果具有明顯差異。其中，經濟基礎對于城市蔓延具有明顯的正向影響作用且在1%的水平上顯著，這與已有的經驗研究相符。由于文章以建成區土地面積與市轄區人口的比值表征城市蔓延，在經濟總量積累過程中，市轄區人口增長速度慢于市轄區土地面積擴張速度，因此經濟水平的提升加劇了城市蔓延度。說明在城市經濟發展的過程中，出現了土地城鎮化快于人口城鎮化的現象，城市蔓延問題由此凸現。投資水平對于城市蔓延也具有明顯的正向作用且通過了1%的顯著性水平檢測，說明隨著社會總體固定資產投資的增加，城鎮建設水平得到了很大提高，大量人口向城鎮聚集，導致城鎮的可容性遭到破壞，中心城建設開始向邊郊地區擴散，城市蔓延問題不可避免。而服務業發展與城鎮化率對于城市蔓延影響作用并不顯著，說明第三產業產值占比的增加和城鎮化率的提高并沒有明顯加劇城市蔓延現象。

表3 城市蔓延影響因素動態面板檢驗結果

三、城市蔓延的環境效應分析

(一)模型設定

城市蔓延是學界討論的熱點，同時也是我國城鎮化進程中急需解決的關鍵問題。城市蔓延作為一種城市病，是否對生態環境造成了影響？其作用機理是什么？為了回答以上問題，文章以長江經濟帶104個城市為例，構建環境污染與城市蔓延的計量模型，實證檢驗城市蔓延對于生態環境的影響，模型如下：

(2)式中，被解釋變量城市蔓延由POLLUTION表示；解釋變量方面，城市蔓延用SPRAWL表示；控制變量方面，經濟基礎用ECONOMY表示，工業發展用INDUSTRY表示，服務業發展用SERVICE表示，城鎮化率用URBAN表示。其中，ε為模型中的隨機干擾項，下標i表示市級截面單元，t為時間因素，β0、β1、β2、β3、β4、β5為模型的待估參數。

(二)變量設定

1.被解釋變量。環境問題主要表現為大氣、土壤和水源污染，其中，大氣污染問題一直是影響經濟社會發展、人民生活健康的重要因素。由于數據采集的困難性和局限性，同時為了與其他解釋變量數據保持一定的連貫性，本文采用單位面積工業二氧化硫排放量表征環境污染，用POLLUTION表示，單位為十噸/平方公里。

2.解釋變量。在土地城鎮化快于人口城鎮化的過程中，往往伴隨著土地利用效率低下，交通擁堵，環境污染等問題。本文選用城市蔓延作為解釋變量，按照前文的計算方法，以市轄區建成區面積與市轄區人口的比值表征，用SPRAWL表示。

3.控制變量。根據前文的理論分析，本文將經濟基礎、工業發展水平、服務業發展水平和城鎮化率引入模型，作為控制變量。經濟基礎以人均GDP表征，用ECONOMY表示，單位為十萬元；工業發展以第二產業產值占GDP比值表征，用INDUSTRY表示；服務業發展以第三產業產值占GDP比值表征，用SERVICE表示；城鎮化率用市轄區非農人口占市轄區總人口表征，用URBAN表示。

(三)靜態面板模型檢驗

這里首先采用靜態面板模型進行估計，表4中模型(1)—(4)報告了城市蔓延影響因素的實證檢驗結果。靜態面板模型選取上，采用Hausman檢驗法判斷應該采用固定效應模型還是隨機效應進行檢驗。Hausman檢驗結果顯示，模型(1)—(4)都應采用固定效應模型進行檢驗。

模型(1)回歸結果顯示，城市蔓延對于環境污染影響顯著為負并通過了10%的顯著性水平測試，城市蔓延對于環境污染具有較為明顯的抑制作用，這與現有經驗理論不符。導致這一現象的原因可能是：文章選用單位面積的工業二氧化硫排放量表征環境污染，隨著城市蔓延的加劇，土地城鎮化快于人口城鎮化，工業二氧化硫的排放速度低于城鎮土地的擴張速度，因此城市蔓延的加劇反而降低了環境污染。經濟基礎的變量系數顯著為負，且通過了1%的顯著性水平檢測，說明經濟發展水平越高，單位面積的二氧化硫排放量越低，環境受破壞程度越小，經濟進步有利于環境保護，因此應將經濟建設與自然保護結合起來，實現可持續發展。工業和服務業發展變量系數顯著為正，均通過了1%的顯著性水平檢測，說明第二產業、第三產業的進步發展明顯加劇了環境污染程度。究其原因，應該是在工業企業的發展過程中結構調整與技術革新力度不夠，服務業產業占比不高、發展速度較慢，使得整體經濟難以擺脫“高投入，高能耗，低產出”的粗放型發展模式，從而加劇了資源耗竭與環境污染。因此如何優化產業結構布局、向集約型經濟模式靠攏，對于構建環境友好型社會至關重要。城鎮化率對于環境污染有明顯的正向作用且通過了1%的顯著性水平測試，說明隨著國家快速城鎮化的推進，社會整體城鎮化水平的提高，一方面大量人口向城鎮聚集，另一方面引進了大量工業企業與外商投資，這在推動社會經濟水平發展的同時，也產生了大量的生活垃圾、交通廢物和工業排放，這些都造成了嚴重的環境破壞。

(四)動態面板模型檢驗

內生性是宏觀經濟研究中常見且較為棘手的問題，如果模型中存在內生性問題，模型的估計結果就會出現偏差，估計結果不再穩健。本研究中城市蔓延和經濟基礎、工業發展、服務業發展等變量具有較高的相關性，這些都易導致內生性問題。因此為了驗證表4中模型的估計結果，這里采用差分GMM方法對模型進行再檢驗，并將解釋變量的一階滯后項作為工具變量。表5中模型(1)和(2)最后三行報告了差分GMM估計自回歸(AR)檢驗和Sargan檢驗結果，結果顯示，AR(2)和Sargan檢驗值的伴隨概率值均大于0.1，表明工具變量的選用是有效的，隨機干擾項無二階自相關問題，說明采用差分GMM方法對模型進行參數估計都是有效的。綜合看來，表4與表5實證檢驗結果差異較小。具體來看，城市蔓延與經濟基礎變量對環境污染影響依然顯著為負，其中城市蔓延變量的顯著性增強并通過了1%的顯著性水平檢測，說明城市蔓延與經濟水平的提升降低了環境污染，這與傳統經驗研究不符，可能的原因是文章的環境污染指標選取所導致的，即在城市蔓延與經濟發展過程中，工業二氧化硫排放量速度低于城鎮土地擴張速度，使得環境污染程度有所降低。工業發展、服務業發展和城鎮化率變量對環境的影響與表4中模型估計結果一致，即工業、服務業產值的增加與城鎮化率的提高會明顯加劇環境污染問題。因此，對于第二、三產業生產流程的整改，以及合理控制城鎮化發展速度是未來國家發展需要思考的重點問題。

表4 環境效應影響因素靜態面板檢驗結果

表5 環境效應影響因素動態面板檢驗結果

四、結論及啟示

隨著我國快速城鎮化的推進，城市化水平與區域發展水平都得到了大幅度提高，與此同時，城市空間低密度的無序擴張即城市蔓延問題日益嚴重。國內外學者對于城市蔓延的內在機制和環境效應問題都做了相關研究，文章在現有研究基礎上，結合我國發展現狀，基于長江經濟帶104個城市2003—2014年市級面板數據，對城市蔓延的形成機制和環境效應進行了實證研究，研究發現：

(一)經濟基礎與社會投資水平明顯加劇城市蔓延現象

在城市經濟發展的過程中，社會固定資產投資不斷增加，城鎮建設水平大幅度提升，大量人口向城鎮聚集，城鎮的可容性遭到破壞，中心城開始向邊郊地區擴散，土地城鎮化快于人口城鎮化的現象明顯，城市蔓延問題不可避免。因此，在經濟發展過程中要做好人口流動與土地開發的管理和控制，大力發展多中心城市，避免人口聚集流動；同時加強城鎮土地建設規劃，提高土地利用效率。

(二)城市蔓延與經濟基礎對于環境污染具有較為明顯的抑制作用

這與現有經驗理論不符，導致這一現象的原因可能是：文章選用單位面積的工業二氧化硫排放量表征環境污染，在土地城鎮化快于人口城鎮化的過程中，工業二氧化硫的排放速度低于城鎮土地的擴張速度，因此城市蔓延的加劇與經濟水平的提高反而降低了環境污染。

(三)工業、服務業的發展與城鎮化率的提高加重了環境破壞

其內在原因可能是，第三產業產值占比相對較小以及第二產業企業的技術的局限和粗放型的發展模式，使得產業結構難以優化，很難避免加劇環境污染的局面。隨著國家快速城鎮化的推進，社會整體城鎮化水平的提高，人口與企業大量聚集，產生了大量的生活垃圾、交通廢物和工業排放，造成了嚴重的環境破壞。因此轉變傳統工業企業效益增長模式，增加高級生產要素投入比例，同時合理控制城鎮化發展，是實現我國未來新發展所亟需解決的難題。

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(責任編輯：李瀟雨)

Research on Environmental Impact of Urban Sprawl Under the Background of Rapid Urbanization

GAO Nan, LI Qiang

(School of Economics,Anhui University of Finance and Economics, Bengbu 233030,China)

Based on the municipal level panel data in 104 cities in 2003-2014 in the Yangtze river economic belt, the empirical research on the urban sprawl formation mechanism, and the urban sprawl influence on ecological environment in our country, the study found that: Firstly, the per capita GDP and the promotion of social investment in fixed assets will intensify city spreading phenomenon, and it is snggested to control the population flow and the management and control of land development in the process of economic development.Secondly,the spread of urban environmental pollution has obviously inhibitory effect, the reason may be that: the article selects the unit area industrial SO2emissions of the characterization of environmental pollution, as a result of industrial SO2emissions rate lower than that of urban land expansion, so the urbanization aggravation reduces the pollution of the environment instead.Thirdly,the second and third industry output value proportion with the improvement of urbanization rate increased pollution of the environment.This article suggests to change from the traditional industrial enterprises benefit growth and reasonable control of the urbanization development speed and formulate effective measures to realize the coordinated development of the economy and environment.

urbanization;urban sprawl; environmental effect

2016-08-06

全國統計科學研究重點項目“新常態下經濟增長質量測度、時空特征及提升對策研究”(項目編號：2015LZ31)；安徽省教育廳人文社科重點項目“財政分權、制度環境與城市蔓延治理研究”(項目編號：SK2016A0013)；安徽財經大學科研重點項目“快速城鎮化背景下城市蔓延的環境效應研究”(項目編號：ACKY1604ZDB)；安徽省教育廳人文社科重點項目“考慮技術進步和結構調整回彈效應的我國節能減排路徑研究”(項目編號：SK2015A224)；安徽財經大學科研基金項目“快速城鎮化背景下城市蔓延的環境效應分析”(項目編號：ACYC2015065)。

高楠，女，安徽財經大學經濟學院碩士研究生；李強，男，安徽財經大學經濟學院副教授。

F061.2；F061.3

A

1008-2603(2016)05-0029-08