城市化與生態環境交互脅迫驗證及耦合協調發展：西部例證

馬紅梅 馬 闖

一、引言

城市化是保持經濟健康持續發展的強大引擎，是促進社會全面進步的必然要求，但我國過去長期的無序發展導致城市人口過度聚集，城鎮空間分布和規模結構不合理，與資源環境承載力不匹配，致使資源過度開發與生態環境破壞的現象出現，“城市病”問題突出。與此同時，城鎮化在我國經濟發展與社會進步中的作用愈發重要并受到密切關注。2014年，新型城鎮化戰略提出，要求優化布局，集約高效，根據資源環境承載能力構建科學合理的城鎮化布局[1]；2019年政府工作報告強調，新型城鎮化水平上要求優化區域發展格局，引導有市場、有效益的勞動密集型產業優先向中西部轉移，加快產業集群發展和人口集聚，培育發展若干新的城市群；縱深上要求提質增量、更具包容和人文關懷，處處體現以人為核心的發展理念。

目前國內關于城市化與生態環境的研究頗多，主要包括以下研究視角：在研究尺度上，包括全國[2]、區域[3]、城市群[4]、省市等尺度[5]；在研究方法上，國內學者根據不同的研究領域，采取了多樣的研究方法，包括耦合協調分析[6]、脫模模型分析[7][8]、PSR與GCQ模型運用[9]、交互脅迫關系驗證[10]、庫茲涅茨曲線分析[11]等；在研究內容上，包括系統間相互作用機理、協同發展研究、現狀評價等。劉海猛、方創琳（2019）等提出“耦合魔方”的概念，用以解釋城市化與生態環境的耦合機理[12]；杜樂山等（2017）對城市化與生態服務間的雙向影響進行了研究，認為合理的城市化有助于提高生態系統服務，反之會降低生態系統服務；生態系統服務可支撐，也可制約城市化發展[13]。王賓、于法穩（2019）基于熵權耦合協調模型，對長江經濟帶城鎮化與生態環境之間的協調程度展開系統研究，結果表明，長江經濟帶城鎮化與生態環境之間的協調性呈現穩步提升態勢，但增幅不大且協調性差，并且城鎮化發展相對滯后[14]。畢國華（2017）等構建生態文明建設與城市化評價指標體系，利用耦合協調度模型及相對發展度模型，研究中國省域生態文明建設與城市化的耦合協調發展關系，研究結論顯示，生態文明建設水平較城市化發展水平相對滯后，二者耦合協調發展過程存在波動性[15]。

在新型城鎮化建設規劃下，西部地區將在優化全國城鎮化戰略格局中發揮更加重要的作用。對已有文獻梳理可以發現，相關研究與政策關注程度及西部地區在城市化進程中的重要程度不相匹配。基于以上分析，本文選取西部地區為研究對象，構建城市化與生態環境承載力指標評價模型，首先運用交互脅迫模型驗證并分析西部省份城市化與生態環境的交互脅迫關系，結合耦合協調度模型和相對發展度概念，及生物學思想，提出“階段穩態”的協調發展類型劃分方法，對西部地區城市化與生態環境承載耦合協調及發展類型動態演變進行分析。

二、數據與研究方法

（一）數據來源及評價指標體系

1.數據來源。本文以西部地區11個省市及自治區為研究對象，包括內蒙古、陜西、甘肅、青海、寧夏、新疆、四川、云南、貴州、重慶、廣西。考慮到西藏地區政治經濟的特殊性和數據獲取的困難程度，本研究不包括西藏地區。本文數據主要來源于2007-2018年間《中國統計年鑒》及西部各省統計年鑒、統計公報（2007-2018），缺失年份數據采用插值法補齊。

2.評價指標體系構建。城市化作為一種社會經濟現象，是區域社會經濟發展到特定階段的產物，其特征在于人口的集中與職業的非農化、產業結構與社會生活的轉型以及城市空間的拓展，具有明顯的系統性和復雜性[17]。它不僅本身的各種構成要素相互作用、有機聯系構成一個系統，而且還要受其外部環境因素甚至整個國家系統的深刻影響[16]。因此，城市化水平評價應涵蓋多個方面。本文參考其他學者研究，選取人口城市化率、人均GDP、人均城市市政建設固定資產投資等22個指標，從人口城市化、經濟城市化、社會城市化3個維度構建城市化水平評價指標體系。

生態環境承載系統則以自身承載閾值為約束限制城市化的發展，從現實情況來看，城市化發展超速是環境惡化、資源供不應求現象形成的原因之一。本文從水資源、能源、土地資源和環境修復能力4個維度共計12個指標構建生態環境承載系統評價指標體系。

（二）研究方法

1.指標權重的確定及綜合評價值。熵值法確定指標權重。熵值法屬于客觀賦權法，可以有效避免非客觀因素帶來的偏差，適用于多元綜合指標評價項目[17]。具體計算步驟如下：

（2）對判斷矩陣進行標準化處理，得到標準化后矩陣B。本文采用極差標準化方法，正向指標采取①式計算，逆向指標采取②式計算。

表1 城市化水平與生態環境承載系統評價指標體系

（3）計算評價指標的信息熵。

（4）評價指標的熵權W：

（5）計算各省份的綜合評價值：

2.城市化與生態環境交互脅迫模型。城市化與生態環境承載間的雙指數交互脅迫曲線表達式如下：

式中，U1代表生態環境承載水平，U2代表城市化水平，a、b、m、n和P為待定參數。顯然有，當時，生態環境承載受到城市化發展的沖擊；當時，城市化對生態環境承載的沖擊達到峰值；當時，城市化進入良性發展階段，對生態環境承載的沖擊逐漸變小。

3.融合穩態理論的耦合協調度評價模型。耦合協調度模型包括耦合度模型和協調度模型。耦合度模型可以描述系統之間的相互作用的程度，協調度模型反映系統之間相互作用的程度和協調發展的水平。

耦合度計算公式為：

C代表耦合度，U1、U2分別表示生態環境承載和城市化發展水平。耦合度的取值范圍是[0,1]，指標越趨近于1，表示二者耦合程度越高，反之則表示二者的發展關聯度越低，出現無序的發展趨勢[18]。

T代表生態環境承載與城市化發展的綜合協調指數；α、β為待定系數，本文認為，城市化發展與生態環境承載同等重要，所以取α=β=0.5；D代表兩系統耦合協調度，取值范圍為[0,1]，D值越高，耦合協調程度越高，兩系統發展越協調，反之亦然。

耦合協調度模型可以反映兩系統的發展狀態，但無法直觀的反映單個系統發展對對整體的影響。因此，本文結合生態學“穩態”理論，得出融合穩態理論的耦合協調評價方法。

生態系統多穩態理論認為，生態系統狀態可以保持一定時間不變；在一定的隨機干擾強度內，系統不會從一種穩定態躍遷到其他穩定態，而發生這種躍遷的條件則需要隨機干擾強度大于其穩態閾值。由于生態承載力具有較強的粘滯性，長期內保持穩定的能力較強，因此，在城市化與生態環境承載中，城市化帶來的干擾強度更加顯著，干擾程度可以通過相對發展度β表示[19]，β=U1/U2。綜合耦合協調度及相對發展度，將城市化與生態環境系統的耦合協調狀態劃分為無序態、低穩態、中穩態、高穩態四個階段共十種類型（表2），兩系統同步發展類型（即0.8≦β<1.2）為該階段穩態點。

表2 城市化水平與生態環境承載的耦合協調發展階段及類型

三、城市化水平與生態環境承載的演變特征及交互脅迫關系驗證

（一）城市化水平演變

通過2006—2017年西部11省（市、區）的城市化指標數據，計算得出西部地區城市化水平綜合評價得分（表3）。由表3分析可得出，西部省份城市化水平演變呈現以下特征：一是從演變趨勢看，各省份城市化發展水平呈現穩步的正向提高趨勢；二是從演變速度看，各省份城市化水平演變速度整體為正，存在明顯波動，西部地區城市化發展速度波動下降，且城市化進程呈現逐步放緩趨勢；三是從城市化的空間差異看，城市化發展呈現出明顯的西北-西南地域差異。發展水平上，西北地區城市化水平整體高于西南地區。演變速度上，西南地區演變速度整體高于西北地區，且城市化水平增幅更大。

表3 西部省份城市化水平綜合評價

（二）生態環境承載演變

計算得出生態環境承載綜合評價，西部省份生態環境承載演變呈現以下特點。

1.從演變趨勢看，西部地區的生態環境承載總體呈上升趨勢，多省份呈現增長的小幅波動。與城市化水平評價相比，生態環境承載增長明顯緩慢。相較之于城市化建設，生態環境承載能力的提升受到的約束更直接，提升過程相對緩慢，并且，在當前的經濟框架下，節約資源、生態修復等活動有時仍被視作經濟運行的“成本”和增長績效的“扣除”，未能得到政府和企業的足夠重視或者執行方落實力度不足。

2.從演變速度看，西部11省多數年份增長速度為正，增幅放緩且逐步趨同。研究結果顯示，生態環境承載增速為負的年份相較城市化演變速度明顯在增多。生態環境承載受到自然條件、資源儲備的硬約束，在人類經濟活動擾動下，表現出“易破壞、難修復、難提高”的特點，在生態環境承載力增速上體現為“增速放緩、逐步趨同”特點。

3.從空間差異看，生態環境承載亦表現出明顯的“西北-西南”地域差異。從生態環境承載評價看，西北地區整體水平較高但內部差異明顯，西南地區整體水平較低但內部差異較小；從生態環境承載演變速度看，西北地區略高于西南地區，西北地區表現出明顯的內部差異性，西南地區表現出較強的一致性。

（三）城市化與生態環境承載的交互脅迫關系驗證

耦合協調模型要求兩系統客觀存在相關關系，結合對城市化水平與生態環境承載綜合評價分析結果，可以推測，生態環境承載在城市化發展中存在約束作用，且約束作用隨穩態階段的提高遞增，即兩系統存在交互脅迫關系。

首先對兩系統間存在的交互脅迫關系進行驗證。導入城市化水平與生態環境承載綜合評價值，利用Matlab2016軟件進行曲線擬合求解，并得出西部11省城市化水平與生態環境交互脅迫的雙指數曲線方程（表4）。西部11省的城市化與生態環境交互脅迫關系的演進基本符合非線性曲線演變的軌跡，再次證明整體擬合良好，即城市化對生態環境表現出明顯的脅迫作用，而生態環境對城市化表現出明顯的約束作用。

四、西部地區城市化與生態環境承載的耦合協調發展過程及特點

（一）耦合協調發展過程

計算各省耦合協調度及相對發展度，截取2006年、2008年、2011年、2013年、2015年、2017年共6個時間截面數據進行分析，可以看出西部地區城市化與生態環境耦合協調經歷了“低穩態-中低穩態-中穩態-高中穩態”的轉變過程。

1.低穩態發展階段：2006—2008年。2006年，城市化水平與生態環境承載的耦合協調度整體較低，結合相對發展度，新疆處于中穩態階段穩態點，其余省份均處于低穩態階段。

2.中-低穩態階段并存：2008—2013年。2008年，西北地區除甘肅外全部進入中穩態階段，且相對發展度開始降低，城市化發展速度較快；西南地區省份未發生階段躍遷，相對發展度基本保持不變，耦合協調水平有所提升。2011年，城市化水平與生態環境承載的耦合協調度繼續提高，各省份相對發展度均開始降低，伴隨著兩相指標的變化，西北地區進入中穩態階段磨合發展期；西南地區加速城市化推進并取得顯著成效，除貴州外均進入中穩態階段。

3.中穩態發展階段：2013—2016年。中穩態階段一般表現出較強的發展穩定性。2013年，各省份協調度繼續提高，相對發展度繼續降低，所有省份均進入中穩態階段，發展相對穩定。2015年，各省份依然處于中穩態階段穩定發展期，協調度繼續提高，相對發展度繼續降低，除陜西進入類型Ⅵ外，其他省份發展類型變化不明顯。

4.高-中穩態階段并存：2016—2017年。2017年，各省份協調度達到新高，相對發展度持續降低。內蒙古、寧夏、新疆發生階段躍遷，進入高穩態階段穩態點，且相對發展度均是接近1的水平，即兩系統發展速度較為一致；其他省份相對發展度繼續延續降低的趨勢，即城市化進程得到不斷推進。

表4 西部11省城市化與生態環境交互脅迫關系式

（二）耦合協調發展特點

1.耦合協調度穩步提升，相對發展度逐步降低，低-中-高穩態發展階段有序更替。西部11省耦合協調發展程度不斷提高。相比2006年，2017年協調度平均提升了43.06%，相對發展度逐步下降，十年間各省份平均下降幅度達到85.82%，城市化與生態環境發展速度呈現趨同態勢。根據“四階段穩態”劃分方法，穩態階段變動受協調度與相對發展度共同影響，協調度升高、相對發展度降低并跨過臨界點時，穩態階段隨之變動。十年間，西部各省份逐步由低穩態階段過渡到中穩態階段最終部分省份達到高穩態階段

2010年是中穩態省份線性增長的重要節點。2010年，中央經濟工作會議明確強調城鎮化城鎮化建設的重要性，并申明要繼續實施西部大開發戰略。在宏觀政策的支持下，西部省份展現出推動城市化發展的決心，并在地區的城鎮化規劃中體現出來。2015年是高穩態省份線性增長趨勢的起點。2014年，中央推出《國家新型城鎮化規劃（2014—2020年）》（以下簡稱《規劃》），《規劃》總結了我國城市化發展中面臨的主要矛盾，并結合公共服務均等化、市民化、城市群建設、交通運輸網絡建設提出了新的發展目標與發展策略，且高度重視生態文明和城鎮化質量。中央帶動地方，政策引導資金流動，新型城鎮化為各省城鎮化發展增注了新的動力。

2.協調發展的“西北-西南”區域差異。西部地區城市化與生態環境承載耦合協調存在顯著的西北-西南區域差異。在表征當下發展狀態的協調度評價值上，西北地區體現出更好的協調水平；而從發展速度看，西南地區表現出更向好的發展態勢。具體來說，西北-西南區域差異體現在以下幾個方面：一是單系統發展水平的差異，西北地區城市化發展水平與生態環境承載稟賦均優于西南地區；二是系統發展速度的差異，西北地區城市化水平提升速度整體低于西南地區，生態環境承載提升速度略高于西南地區；三是兩系統間耦合協調發展水平的差異，西北地區協調度水平較高，比西南地區更早的進入中-高穩態階段；西南地區則表現出強烈的追趕態勢，至2017年，西北-西南地區的協調發展水平已十分接近。

表5 城市化與生態環境承載耦合協調度測算結果

以區域耦合協調發展結果為導向，結合歷史現實和宏觀發展策略，分析導致區域差異的原因如下：一是資源稟賦差異。西北地區地廣人稀，在本文生態環境評價體系下，整體體現出更好的生態環境稟賦和較高的生態環境承載評價。當生態環境承載余量充足時，兩系統發展的協調度主要由城市化發展水平決定。因此，在研究區間前期，西北地區城市化速度更快，并呈現出更高的耦合協調發展水平。二是城市群輻射帶動，構成西南地區后發優勢。城市群輻射帶動機制將城市化與生態環境承載協調度推動至較高水平，同時也使區域更集中、聯系更緊密的西南地區具備了后發趕超優勢。核心城市基礎設施完備、公共服務完善，潛在的經濟效益創造能力和發展空間吸引資本與人才落地，推動產業結構轉型和技術創新。同時，城市群的正外部性引導過剩資金、人才以產業鏈條為導向向核心城市周圍輻射，促進周邊城市自身的發展。并且，依托發達的交通通信等基礎設施網絡形成空間組織緊湊、經濟聯系緊密、高度同城化和高度一體化的城市群體，產業結構合理，生態環境承載能力強、經濟人口集聚條件好，起到客觀推動區域城市化發展的作用。三是“一帶一路”戰略的串聯作用，為邊疆省份帶來機遇。與城市群輻射帶動作用類似，“一帶一路”戰略的資源集聚效應和輻射帶動效應明顯。在“一帶一路”戰略規劃貿易線路中，新疆、陜西、甘肅占據中線和中心線重要地理位置，廣西是南線面向東南亞的重要出海口。具體來看，新疆是中國連接中亞、南亞、西亞和歐洲的重要陸路通道，隨著“一帶一路”戰略的實施，新疆由原來中亞合作版圖的末端變成了起點。與戰略地位相當的是優勢資源的聚集，產業政策支持、貿易稅收優惠、基礎設施的援建為經濟發展奠定基礎，推動了城市化。另外，水、電、土地等要素供給的支援也在短期提升了新疆生態環境承載上限，使新疆展現出更好的協調水平。廣西與東盟相鄰，在“一帶一路”戰略下，廣西作為我國面向東南亞的門戶，擁有獨特的貿易和對外合作優勢，這也在客觀上推動北部灣城市群的發展，進而推動城市化進程。

3.西北-西南中心區域分別存在發展凹地。2006年，除新疆外，其余西部省份城市化與生態環境承載系統耦合協調均為Ⅰ型或Ⅱ型，整體呈現出“一高多低”的格局。2017年，“一高多低”格局徹底被打破，新疆、青海、四川、重慶實現超越，陜西、寧夏、廣西追趕姿態強硬，最終形成西北地區以甘肅為中心、西南地區以云貴為中心的“四周高、中間低”的發展凹地現象。

這一現象的形成是多種因素共同作用的結果。甘肅、云南、貴州都為內陸省份，受到的輻射帶動作用較弱，經濟發展主要依靠內生動力。甘肅雖然是“一帶一路”戰略規劃省份，但省域狹長分散，資源儲備量低，環境脆弱，資源集聚條件差，對經濟發展的帶動作用較弱；另一方面全省大中型城市偏少，省域內輻射能力比較弱，在一定程度上限制了城市化發展，兩相作用下，甘肅維持了較長時間的低穩態點發展。云南貴州兩省情況類似。首先，雖然云貴自然環境良好、資源儲備較為充足，但特殊的地理地貌和交通條件以及封山育林、自然保護區的設立為生態環境承載劃定了紅線，使生態環境承載始終處于安全范圍內，達不到正常磨合的水平；其次，云貴雖然緊鄰成渝經濟帶，但成渝經濟帶成立時間較短、且區域廣闊，對周圍省份輻射帶動作用尚弱，且云貴兩省經濟基礎差，工業、旅游業、大數據產業的大力發展等拉動了云貴的經濟增速，但短期內無法改變經濟體量小、受成渝城市群輻射帶動效應弱的現實，最終導致云貴耦合協調發展相對較慢，成為了西南地區協調發展凹地。

五、結論與建議

（一）結論

1.西部地區城市發展水平、生態環境承載能力不斷提高，城市化發展水平提升幅度大于生態環境承載能力的提升幅度；西部省份耦合協調整體提升，中穩態、低穩態并存，發展類型體現出顯著的“西南-西北”區域差異。

2.西部地區城市化與生態環境承載存在交互脅迫關系，演變軌跡符合雙指數函數，經濟社會發展水平越高、資源稟賦越強的省份，拐點出現越晚，且拐點出現時城市化水平較高。

3.城市化與生態環境承載的穩態發展受多因素影響，對內發掘區域內生發展動力、對外融入城市群加強輻射帶動和資源集聚，以經濟發展推動城市化進程，是實現穩態破局與提升的重要途徑。

（二）建議

1.尊重區域發展規律，確定短期發展優先級以實現穩態階段突破，因地制宜制定區域發展規劃。城市化與生態環境承載的交互脅迫作用決定兩大系統協同發展的重要性，單個系統的突出發展最終會引起協調性的偏離。因此，根據區域特點與發展現狀，確立發展城市化與提升生態環境承載的短期優先級、制定與區域發展相符的規劃戰略意義重大。比如針對云南、貴州、甘肅等生態環境承載盈余、城市化發展較慢的的省份，可確立城市化在短期的優先發展地位，以城市化系統的突變帶動穩態轉換，從而實現更高級別的發展穩態；針對四川、重慶、新疆、青海生態環境承載盈余較少、城市化水平較高的省份，在產業選擇上可以側重發展科技型、服務型產業，同時樹立可持續發展觀念，制定嚴格的生態環境保護策略，通過技術開發、資源轉移調用等方式提升生態環境承載能力，并以此為依據，科學合理推動城市化進程。

2.加強規劃引導，充分發揮政府職能。充分發揮政府在資源配置中的引導、彌補、規制的作用，運用政府在資源配置中的優勢地位進行資源的再配置，實現城市化與生態環境的協調發展。區域資源稟賦約束著區域發展，依靠發掘內生動力實現區域經濟提升、推進城市化發展的效果有限。而政府可以通過宏觀政策與戰略規劃影響資源集聚格局，對區域發展進行適度的調控與資源傾斜，進而加速區域的城市化進程。比如針對協調發展程度較低的云南、貴州，提高滇中、黔中兩大城市群發展地位，在規劃引導的基礎上，加大資金扶持與政策傾斜，加強滇中、黔中城市群與成渝城市群、北部灣城市群的連接，推動其融入“一帶一路”“西部大開發”等國家戰略。針對內蒙古地區長期的城市化快速發展狀況，應在可持續發展理念的指導下，以“綠色發展”為主線，強調生態約束與生態支撐，以退耕還林還草工程、植樹造林工程、水土流失治理工程等生態工程為抓手，加快自然保護區建設，注重資源利用與環境保護的源頭控制。

3.樹立可持續發展理念，重點提升生態環境承載水平。可持續發展要求處理好“人與自然”“人與人”的關系，可持續發展揭示了“發展、協調、持續”的系統本質，旨在創建了“和諧、穩定、安全”的人文環境。可持續發展不贊成單純為了經濟增長而犧牲環境的容量和能力，也不贊成單純為了保持環境而不敢能動地開發自然資源。二者之間的關系可以通過不同類型的調節和控制，達到在經濟發展水平不斷提高時，也能相應地將環境能力保持在較高的水平上。我國城市化進程與可持續發展理念應當是和諧統一的，既要推動城市化的發展，又要避免對生態環境的不可逆性的破壞，因此，提升生態環境承載水平是實現系統和諧發展水平的重要環節。一是要轉變經濟發展方式，變“粗放式”增長為“集約型”增長；二是要提高資源利用率，通過搭建上下游產業鏈，實現“減量化、再利用、再循環”的資源循環使用方式；三是加大環保投入，包括環境治理與環保技術開發。