山東半島城市群城鎮化與生態環境耦合協調發展的時空格局

杜 霞,孟彥如,方創琳,李 聰

1 棗莊學院旅游與資源環境學院, 棗莊 277100 2 中國科學院地理科學與資源研究所, 北京 100101 3 首都師范大學資源環境與旅游學院, 北京 100048

21世紀以來,我國城鎮化發展水平較快,常住人口城市化率從2000年的36.2%增加到2018年的59.58%,年均增長超過1%。城鎮化快速增長給區域生態環境承載力帶來巨大壓力,人口的劇增、工業化進程的加速、經濟總量的飛躍式發展、經濟增長方式的粗放型特征引發了嚴峻的生態環境問題,同時區域生態環境惡化也制約城鎮化的進一步發展,阻礙城鎮化發展質量的提升,二者是相互影響、交互脅迫的耦合關系。面對快速城鎮化引發的生態環境問題,2014年出臺《國家新型城鎮化規劃(2014—2020)》,明確提出建設“以人為本”的中國特色新型城鎮化道路,黨的十八大和十九大報告也高度重視“生態文明建設”發展戰略,因此城鎮化與生態環境的耦合協調研究已經成為國家進行生態文明建設的重要內容之一。城鎮化如何在生態環境承載力范圍內實現合理、有效、優質發展,生態環境如何更好的為城鎮化發展提供良好空間和基礎載體,成為區域可持續發展的關鍵問題。開展城鎮化與生態環境交互耦合效應的研究,已經成為國際上未來10年地球系統科學與可持續性科學研究的熱點與前沿領域[1- 5]。

國外學者David J.Rapport 和 Tony Friend 1979年提出 PSR 模型,即從“壓力-狀態-響應”角度研究經濟活動與生態環境之間的相互關系[6];Pearce認為在城市發展不同階段所采取的環境政策不一樣,提出“城市發展階段環境對策模型”[7];Grossman和Krueger通過研究人均收入與環境指標的關系認為,城鎮化與生態環境呈現出倒“U”字型的環境庫茲涅次假設(EKC)[8],并判定不同地區的耦合狀態[9]。國內相關研究發展較晚,主要集中在城鎮化與生態環境耦合理論[10- 11]、機制[12- 14]、相互關系[15- 16]、耦合評價[17- 18]、規律與協同路徑[19- 20]等方面展開,研究方法主要運用雙指數曲線[21]、綜合響應度模型[22]、灰色關聯模型[23]、耦合協調度模型[24- 25]、BP模型[26]、SD模型[27]、VAR模型[28]。研究尺度集中在國家[29- 30]、省級[31- 34]、城市[35- 36]、縣域[37],馬海濤[38]對不同尺度下城鎮化與生態環境關系進行了研究評述,劉海猛[39]構建了城鎮化與生態環境耦合機理的分析框架-耦合魔方,提出城鎮化與生態環境耦合的4個分析維度——時間、空間、表象、組織,拓展了近程耦合、遠程耦合、近期耦合、遠期耦合、組內耦合、組間耦合、顯性耦合、隱形耦合8種耦合機制。崔學剛[40]總結了4種城鎮化與生態環境耦合動態模擬模型：系統動力學模型、人工智能算法模型(ANN和 BN)、土地利用變化模型(CLUE、CA和MAS)、多模型集成復合模型。但是國內以城市群尺度進行研究的相對較少,部分成果也多集中在對國家級重點城市群進行有效的探索,如京津冀城市群、長三角城市群、珠三角城市群,針對國內其他城市群的關注較少。方創琳[41- 42]對中國城市群取得的重大進展進行了梳理,提出開展特大城市群地區城鎮化與生態環境交互耦合效應的研究,是未來10 年地球系統科學研究的前沿領域和高優先研究主題,并從理論上解析了特大城市群地區城鎮化與生態環境的交互耦合效應,創建了特大城市群地區城鎮化與生態環境的交互耦合效應解析的理論框架及技術路徑。王少劍[43]對京津冀城市群地區城鎮化與生態環境耦合關系和動態變化進行定量測度,梁龍武、王振波[44]進一步分析了京津冀城市群內部城鎮化與生態環境耦合關系的空間分異和協同發展格局,陳肖飛[45]從利奧波德大地倫理觀思想出發,對長三角城市群新型城鎮化與生態環境承載力耦合協調研究,崔木花[46]以中原城市群9個城市為例研究城鎮化與生態環境耦合協調關系,還有部分學者對特大城市群的生態安全[47]、大氣污染[48]、生態效率等特征進行分析,均取得了一定的研究成果。中國有19個城市群,由于歷史發展、資源稟賦、產業基礎、經濟結構等條件各不相同,每一個城市群的城鎮化發展水平存在較大差異,生態環境條件和生態問題更是復雜多樣,導致二者出現不同的耦合特征,因此對于每一個城市群都要結合自身特點進行研究。

本文在借鑒相關研究成果的基礎之上,以山東半島城市群為例,探討城鎮化與生態環境的時空演變及耦合格局。山東半島城市群位于京津冀城市群和長三角城市群中間地帶,是國家主體功能區規劃中的優化開發區,是國家重點建設的沿海城市群之一。最初有濟南、青島、淄博、濰坊、威海、煙臺、東營、日照8個沿海城市,2014年規模擴大到13個城市,2017年出臺《山東半島城市群發展規劃(2016—2030)》,擴大到17個城市。國家在“十三五”規劃中明確提出“優化提升東部地區城市群,提升山東半島城市群開放競爭水平”,打造北方重要開放門戶,打破行政壁壘,構建“兩圈四區”的城市群空間格局(圖1)。截止到2018年底,山東半島城市群常住人口10047萬人,地區生產總值76469億元,常住人口城市化率達到61.18%,比全國平均水平59.58%提高近2個百分點?？焖俪擎偦瘜^域人口容量、資源承載力、環境承載力產生巨大的壓力,傳統資源產業的快速發展給生態環境帶來一定的挑戰,城鎮化與生態環境協調發展問題越來越受到關注?；谝陨戏治?本文以山東半島城市群為例,研究2000—2016年城鎮化與生態環境發展特征和耦合時空格局,探索影響二者耦合協調發展存在的問題,以期對山東半島城市群城鎮化與生態環境協調發展提供一定的建議,為其他同類城市群城鎮化與生態環境協調發展提供借鑒,推動城市群健康綠色發展和區域經濟高質量發展,帶動全國城鎮化水平和生態水平的進一步提升,對于豐富城市群的可持續發展研究具有一定的理論意義與實踐意義。

圖1 山東半島城市群范圍及空間規劃示意圖 [49]Fig.1 Spatial structure planning of Shandong Peninsula urban agglomeration

1 研究方法與指標體系

1.1 研究方法

1.1.1耦合協調度模型

耦合度源于物理學,指多個系統或要素之間彼此相互作用、相互影響的程度。本文研究城鎮化與生態環境兩個系統之間的耦合協調關系,借鑒耦合概念模型得出兩個系統相互作用的耦合度模型,公式如下：

(1)

T=αf(a)+βf(b)

(2)

式中,C為系統耦合度,f(a)是城鎮化發展水平綜合評價指數,f(b)是生態環境綜合評價指數,f(a)和f(b)可以通過多指標綜合評價模型計算得出,T為城鎮化發展水平與生態環境水平系統總得分,反映城鎮化與生態環境的整體協同效應。n為調節系數(n≥2),本文取n=2。由于城鎮化與生態環境的相互關系中,二者同等重要,因此取α=β=0.5。C∈[0,1],當C= 1 時,表明城鎮化和生態環境系統位于最佳耦合協調狀態;當C=0時,表明城鎮化和生態環境系統基本處于不耦合狀態。

耦合度的高低并不能反映兩個子系統的發展水平。當生態環境與城鎮化都比較低時,也能有較高的耦合度,但這種高耦合數值與高水平耦合的內涵不同,因此構建能反映生態環境與城鎮化協調發展水平的耦合協調度模型:

(3)

D為系統耦合協調度,D的數值介于0和1之間,耦合協調度越接近1,說明系統之間的耦合協調程度越高,越接近0,說明系統耦合協調度越低。

1.1.2耦合協調類型

結合已有研究成果[43-44],綜合耦合協調度和子系統綜合評價指數得出城鎮化與生態環境耦合協調發展類型及特征,如表1所示。

1.2 指標體系

城鎮化是農村人口轉化為城鎮人口、農業用地轉化為城市用地的過程,不僅僅是人口和土地的空間變化,還有人口空間移動所帶來的城市經濟結構、社會服務、生活方式、城市文化等全方位的城鎮化。中國新型城鎮化明確提出建立“以人為本”的城鎮化,人口遷移到城市是否能夠享受到和城市居民同樣的福利待遇、生活水平、生存空間,人口城鎮化與就業崗位是否匹配成為制約新型城鎮化發展的關鍵。生態環境是人類賴以生存的自然資源與自然環境系統,主要包括水資源、大氣環境、能源系統、土地資源、生態綠地系統等多方面。生態環境的優劣取決于區域某一段時期內人類的生產與生活消費對資源環境產生的壓力、資源稟賦的生態生產力以及生態環境治理和保護力度。結合已有研究成果,從人口城鎮化、經濟城鎮化、社會城鎮化、空間城鎮化4個方面構建城鎮化系統指標體系,從生態環境壓力、生態環境狀態、生態環境保護3個方面構建生態環境系統指標體系,具體指標如表2所示。

指標權重的確定方法可以分為主觀賦權評價法和客觀賦權評價法,常用主觀賦權評價法有AHP法、Delphi法、模糊評價法等,常用客觀賦權評價法主要有熵值法、主成分分析法、多目標規劃法、TOPSIS法、變異系數法等。不同的評價方法都有一定的科學性和局限性,本文在確定指標權重時采用了兩種方法：主觀賦值層次分析法(AHP)和客觀賦值熵值法,分別計算二者權重求平均值,有利于消除單一方法所帶來的弊端,通過數據處理之后的結果如表2所示。

表1 城鎮化與生態環境耦合協調類型及發展特征

表2 城鎮化指標體系和生態環境指標體系及指標權重

1.3 數據來源

本文時間序列以2000—2016年為研究階段,空間格局以2000年、2005年、2010年、2016年為截面,數據主要來源于《中國城市統計年鑒(2001—2017)》、山東省國民經濟和社會發展統計公報(2001—2017)、山東省城市國民經濟和社會發展統計公報(2001—2017)、《山東省城市統計年鑒(2001—2017)》、《中國統計年鑒(2001—2017)》、《山東省統計年鑒(2001—2017)》、《中國環境統計年鑒(2001—2017)》、《中國農村統計年鑒(2001—2017)》、《中國國土資源公報(2001—2017)》,個別缺失數據通過移動平均法補齊。

2 實證結果分析

2.1 山東半島城市群城鎮化與生態環境耦合協調的時間演變特征

2.1.1城鎮化水平

2000—2016年,山東半島城市群城鎮化綜合水平一直保持著持續上升的趨勢(圖2),城鎮化水平得到有效發展。2003年出臺山東半島城市群規劃,2007年提出“一體兩翼”區域發展戰略,北翼黃河三角洲作為新的區域增長極,同時作為欠發達地區的南翼魯南經濟帶區域發展規劃也正式實施,2009年黃河三角洲高效生態經濟區發展規劃正式上升為國家戰略,2011年山東半島藍色經濟區發展規劃上升為國家戰略,正式提出“一藍一黃”發展戰略,2013年提出“一圈一帶”規劃,即省會城市圈發展規劃和西部經濟隆起帶發展規劃,所有這些規劃的頒布與實施加快了山東半島城市群城鎮化發展速度,全面提升了城鎮化發展水平。

圖2 2000—2016年山東半島城市群城鎮化水平發展趨勢 Fig.2 Trends of comprehensive levels of urbanization in Shandong Peninsula urban agglomeration during 2000—2016

通過圖2可以進一步分析城鎮化子系統的變化趨勢情況,多年平均值表現為空間城鎮化>人口城鎮化>經濟城鎮化>社會城鎮化。2000年到2005年,經濟城鎮化略大于人口城鎮化和空間城鎮化,但是幅度較小。從2006年到2008年,人口城鎮化開始超過空間城鎮化,空間城鎮化超過經濟城鎮化,人口增長進入高速發展階段,城市地域面積擴大,大量人口從鄉村涌入到城市,導致人口城市化率快速提高,同時由于經濟增長開始從增長速度向增長質量轉變,導致經濟增長率下降,特別是2008年、2009年受全球金融危機的影響使經濟城鎮化處于最低點。2009年到2014年,城市土地擴張進入快速發展期,城市新區、高新產業園區、城市工業園區、經濟技術開發區的建設導致城市用地面積不斷擴大,人均城市建設用地面積不斷增加,造城運動盛行,空間城鎮化逐漸超過人口城鎮化。經濟城鎮化在這一時期隨著經濟增長率的持續下降增長緩慢,2008年GDP增長率為20%,2009年下降到9.6%,2014年繼續下降到7.6%,初步改變了長期以來依靠資源型產業、重工業帶動經濟增長的局面,為實現經濟增長方式的變革而放慢了經濟增長的速度。2015年到2016年,人口城鎮化超過空間城鎮化,2014年出臺了《國家新型城鎮化規劃(2014—2020)》,提出建設“以人為本”的新型城鎮化,嚴格控制城市建設用地擴張規模,避免城市“攤大餅”式的空間增長,抑制了土地城鎮化的發展速度。但是隨著我國2015年陸續放開城市人口“二胎”政策,使城市人口自然增長率增加,人口總量不斷提高,從而超過空間城鎮化。社會城鎮化子系統的貢獻度最低,但是也呈現出不斷上升的趨勢,提高幅度是四個子系統中最大的,說明山東半島城市群在不斷完善醫療、衛生、文化、公共交通等各項基礎設施和服務功能方面做了很大努力,社會城鎮化水平也不斷提高。

2.1.2生態環境水平

2000—2016年山東半島城市群綜合生態水平呈現出兩次波動中不斷上升的趨勢(圖3),這說明山東半島城市群生態環境出現過緊張狀態但總體上不斷走向優質。第一次波動是在2003年綜合生態指數開始上升,明確提出“生態省”建設,生態環境發展水平上了一個臺階,2006年指數下降是由于2006年人均水資源降到214m3,降水量出現極低值。第二次波動上升是在2009年,綜合生態環境水平出現驟增,主要由于森林城市創建取得一定進展,2009年威海創建成為區域第一個國家森林城市,森林覆蓋率從2008年的13%提高到2009年的16%,提高了區域生態資源容量,臨沂、淄博、棗莊、濟南、青島、泰安也陸續創建成為國家森林城市,緩解了生態壓力帶來的負面影響,隨后生態環境水平緩慢上升。

圖3 2000—2016年山東半島城市群生態環境水平發展演變圖Fig.3 Trends of comprehensive levels of eco-environment in Shandong Peninsula urban agglomeration during 2000—2016

進一步分析生態環境子系統的變化趨勢如圖2所示,2000年—2016年,生態壓力曲線表現為波動中下降的趨勢,說明在這16年間隨著城鎮化發展水平的快速增長和人口總量的快速增加,對資源的挖掘和消耗日益嚴重,污染物的排放和資源的消耗逐漸增大,給區域生態環境造成一定的壓力,生態環境問題比較嚴峻。從2012年開始,生態壓力曲線開始提升,生態壓力現狀才開始有所緩解。生態狀態和生態保護曲線都一直呈現出不斷上升的趨勢,主要由于山東半島城市群提出“生態山東”建設,推進綠色發展、循環發展、低碳發展,生態資源開發、生態環境治理、生態環境保護以及產業結構轉型升級大大改善了區域生態環境的總體水平,同時居民對生態環境的保護意識逐漸加強以及政府相關部門對生態環境問題關注度不斷提高,環保投入增加、資源生態生產力增強,逐漸形成山東半島城市群生態建設的大格局。工業污染物的排放和技術處理、城市綠地面積和森林面積是制約山東半島城市群城市生態環境優劣的主要影響因素,政府要重點考慮環境污染和環境資源、環境治理之間的關系。

2.1.3耦合協調度

根據2000—2016年山東半島城市群城鎮化綜合評價指數和生態環境綜合評價指數,計算得出城鎮化與生態環境耦合協調度D,其變化趨勢如圖4所示：2000—2016年山東半島城市群耦合度和耦合協調度都不斷提高,C值從0.4提高到0.9以上,耦合協調度由基本不協調向高級協調發展轉變,子系統協調特征從城鎮化滯后型向生態環境滯后型轉變。

圖4 2000—2016年山東半島城市群城鎮化與生態環境耦合協調度演變圖Fig.4 Trends of comprehensive levels of coupling coordination between urbanization and eco-environment in Shandong Peninsula urban agglomeration during 2000—2016

2000—2016年,山東半島城市群城鎮化和生態環境耦合度表現為“快速增長-保持穩定”的發展特征,耦合協調度由0.196緩慢上升至0.914,經歷了嚴重不協調、基本不協調、基本協調、中度協調、高級協調5個階段。2003年之前耦合協調度不高,D值處于0.2—0.4之間,2003年進入基本協調階段,2005年進入中度協調階段,2010年之后基本穩定在0.8—0.9之間,處于高水平協調階段,說明山東半島城市群城鎮化與生態環境耦合協調越來越密切。具體來說可以分為以下幾個時期：

第一階段為不協調階段(2000年—2001年),耦合協調特征為不協調-城鎮化滯后階段。2000年D值為0.196,處于嚴重不協調階段,但是已經接近基本不協調,2001年D值是0.381,完全進入到基本不協調階段。生態環境系統綜合水平要遠遠高于城鎮化系統綜合水平,21世紀初城鎮化發展速度還沒有進入到高速增長階段,対生態環境系統還沒有構成嚴重的威脅,城鎮化發展和生態環境的耦合關系并不明顯。

第二階段為轉型階段(2002年—2005年),耦合協調度不斷提高,D值由2002年0.434增長到2005年0.591,由不協調-城鎮化滯后階段進入到基本協調-同步階段。城鎮化系統發展水平開始迅速提高,逐漸追平生態環境系統發展水平,在城鎮化發展過程中開始注意生態環境的保護與治理,生態環境有所改善。

第三階段為中級協調階段(2006年—2009年),耦合協調度繼續提高,D值由2006年0.636增長到2009年0.772,由基本協調-同步階段進入到中度協調-生態環境滯后階段。城鎮化進入高速發展期,大規模的人口城鎮化導致人口短時間內大量集聚到城市,給城市生態環境帶來一定的壓力和沖擊,導致生態環境系統發展水平出現暫時的回落。但是隨著對生態環境污染治理投資的加大以及對生態資源的有效利用與開發,生態環境綜合發展水平也不斷提高,二者的耦合關系越來越密切,但是生態環境綜合發展水平始終落后于城鎮化綜合發展水平,因此二者耦合協調類型從基本協調-同步型轉向中度協調-生態環境滯后型轉化。

第四階段為高級協調階段(2010—2016年),耦合協調度繼續提高,上升速度減慢,耦合協調度曲線逐漸放緩,D值穩定在0.8以上,由中度協調-生態環境滯后階段進入到高度協調-生態環境滯后階段。城鎮化發展水平繼續提高,生態環境綜合發展水平在波動中也不斷提高,二者協調程度不斷優化,主要由于貫徹執行國家十八大、十九大陸續提出和深化“生態文明”建設以及“新型城鎮化建設”的結果。但是后期城鎮化發展與生態環境發展有拉大趨勢,生態環境出現一個下降,說明高水平城鎮化發展給生態環境帶來的問題仍然十分嚴峻。

2.2 山東半島城市群城鎮化與生態環境耦合協調空間格局

以2000年、2005年、2010年和2016年為時間點,對山東半島城市群城鎮化綜合評價指數與生態環境綜合評價指數進行截面耦合分析,得到17個地級市城鎮化發展水平、生態環境發展水平、城鎮化與生態環境耦合協調度的時空格局演化特征。由于城鎮化發展速度和生態環境發展速度不相同,因此在進行發展水平測度時的標準略有不同,城鎮化發展速度較快,劃分為五級,分別是高水平城鎮化區[0.6,1]、較高水平城鎮化區[0.4,0.6)、中等城鎮化區[0.3—0.4)、較低水平城鎮化區[0.2,0.3)、低水平城鎮化區[0,0.2),如圖5所示;生態環境發展速度較慢,劃分為四級,分別是生態環境優質區[0.6,1]、生態環境中等區[0.5,0.6)、生態環境較差區[0.4—0.5)、生態環境惡劣區[0,0.4),如圖6所示。

2.2.1城鎮化發展水平

從圖5可以看出,首先,絕大多數城市的城鎮化發展水平不斷提高,但是城鎮化發展速度不同,城鎮化發展水平空間差異有拉大的趨勢,即高水平城鎮化地區城鎮化發展速度快于低水平城鎮化地區。濟南城鎮化水平從2000年的0.581提高到2016年的0.762,增加了將進0.2,而聊城從0.172提高到0.282,只提高了0.1,發展較為緩慢。第二,高水平城鎮化地區“雙核”特征明顯,中等城鎮化地區范圍不斷擴大,較低城鎮化地區逐漸縮小,低水平城鎮化區消失。高水平城鎮化區分布范圍逐漸擴大,從2000年的東營不斷蔓延到2016年的核心城市濟南、青島,濟南和青島的“雙核”特征明顯,形成了高城鎮化的第一梯隊。東營人口較少,石油產業發達,人均GDP在區域排名第一位,2009年成為黃河三角洲高效生態經濟區的核心城市,城鎮化發展水平高,但2014年沾化縣撤縣換區使東營建成區面積擴大,導致整體城鎮化水平有所下滑。濟南作為省會城市,人口集聚能力、產業集聚能力、政策吸引能力強,社會基礎服務設施完善,技術人才、城市建設和發展、資金支持等都走在了前列。青島作為一座邊緣港口城市,承接山東半島城市群對外發展功能,交通區位優勢和高端科技人才優勢明顯,產業基礎雄厚,創新能力強。圍繞濟南都市圈的淄博和萊蕪以及沿海的威海和煙臺形成城鎮化發展的第二梯隊,依靠 “雙核”的涓滴效應和自身的資源優勢成為城鎮化發展水平較高的地區。淄博人口城市化率達到70%,是全國重要的建材基地和石化基地,城市化發展水平較高。萊蕪從中等城鎮化水平上升到較高城鎮化水平區,鋼鐵工業在產業結構中占有較大比重,但是單一的工業結構類型也給未來萊蕪抗風險壓力有所降低。威海和煙臺屬于東部濱海城市,自然環境優越,旅游產業、機械制造、化工產業高度發達,是山東半島藍色經濟區的重要核心城市。第三梯隊主要集中在魯南地區的棗莊、濟寧、臨沂以及日照、濰坊。濟寧從較低城市化地區上升到中等城市化地區,臨沂從低水平城市化地區上升到中等水平城市化地區。臨沂醫學制藥業、食品工業、建材工業、現代物流業高度發達,但是臨沂總人口1000萬左右,大部分分布在縣級行政區劃單位,從人均水平上降低了該市綜合城鎮化水平。日照從低水平城鎮化地區上升到中等水平地區,主要受到青島的輻射帶動作用。城鎮化水平較低的有聊城、德州、菏澤以及濱州,從低水平城鎮化區上升為較低水平區,農業人口比重較大,城市產業不發達,今后應繼續挖掘本地資源優勢,提高基礎服務功能,探索適合本地發展的新型城鎮化道路。

圖5 山東半島城市群城鎮化系統發展水平空間演變Fig.5 Spatial evolution of urbanization system level in Shandong Peninsula urban agglomeration

2.2.2生態環境發展水平

從圖6可以看出,研究時間范圍內整體生態環境水平逐漸提高,高水平生態環境區主要集中在東部沿海地區,中等水平生態環境區從膠濟沿線向南北擴散,低水平生態環境區主要集中在魯西南、魯北部分地區。東部沿海煙威都市區、青島都市圈核心城市青島、臨日都市區日照生態環境優質,具有先天的自然條件優勢,濱海風景優美,第三產業高度發達,居民的環保意識強烈,政府對生態環境的監管和處置力度到位,特別是威海空氣質量、環境優良度在山東半島城市群都處于首位,構成了山東半島城市群的東部綠色沿海防線,泰安成為中部生態環境最為優質的城市。濟南都市圈中的濟南、萊蕪、淄博、德州、濰坊、濟棗菏都市區的濟寧、棗莊、臨日都市區的臨沂、東濱都市區的東營組成了中等水平生態環境區。濟南雖然是省會城市,但是長期鋼鐵、機械、化工產業的發展給城市生態環境帶來了一定的問題,工業煙塵和固體廢棄物的排放較多,政府對環境要給與充分的重視,今后要不斷增強省會中心的人口凝聚力和高新技術產業凝聚力。萊蕪產業結構以重工業和煤能源產業為主,鋼鐵產業占整個工業結構的40%, 導致城市的工業煙塵、工業固體排放物、工業SO2排放量嚴重超標,但近年來生態環境質量有所改善。臨沂和棗莊長期以來一直處于生態環境低水平狀態,臨沂陶瓷建材工業和棗莊煤炭工業給當地生態環境造成巨大的破壞,但是隨著棗莊煤炭工業向煤化工產業的轉型、臺兒莊古城的旅游開發以及臨沂現代物流商貿業的發展,區域產業結構和經濟增長方式不斷優化升級,生態環境逐漸好轉,形成生態環境發展水平的第二梯隊。菏澤、聊城、濱州的生態環境質量最差,產業結構以工業為主,政府相關機構環保長效機制不健全,監督和獎懲措施不到位,污染物科學治理、排污、處置能力不夠,沿襲重經濟發展、弱環境保護的傳統老路。菏澤化工園區環境問題突出,城市基礎服務設施不完善。聊城工業占國民經濟結構的60%,是全國重要鋁和銅有色金屬基地,化石燃料消耗嚴重,熱電燃煤所需要的火電釋放大量的污染物。濱州工業廢水和工業SO2排放量嚴重超標,人均排放量分別達到51.62t/人和404/人,排污治污設施標準低。

圖6 山東半島城市群生態環境系統發展水平空間演變Fig.6 Spatial evolution of eco-environment system level in Shandong Peninsula urban agglomeration

2.2.3耦合協調度

基于GIS分析軟件平臺,根據耦合協調度區間劃分標準,得出研究期內山東半島城市群城鎮化發展與生態環境耦合協調度空間格局,如圖7所示。

圖7 山東半島城市群城鎮化與生態環境耦合協調度空間演化Fig.7 Spatial evolution of coupling coordination between urbanization and eco-environment in Shandong Peninsula urban agglomeration

山東半島城市群城鎮化與生態環境整體耦合協調性不斷向前推進,空間差異明顯,呈現出東部沿海地區、魯中地區向魯南、魯西地區逐漸降低的分布趨勢,東部大于西部,沿海大于內陸。山東半島城市群經濟發展基礎和自然環境條件不同,導致耦合協調度出現空間差異。首先,“雙核”耦合協調度高,以青島為核心的山東半島藍色經濟區是城鎮化與生態環境耦合協調度整體水平最高的地區,青島和威海從2000年中度協調走向2016年高級協調,城市化水平和生態環境水平發展程度都很高,日照從基本協調上升到中度協調,煙臺一直保持在中度協調狀態?！半p核”中的另一核——以濟南為核心的濟南都市圈耦合協調度較高,濟南從中級協調進入到高度協調,周邊區域泰安、萊蕪也從基本協調階段進入到中度協調階段。第二,中度協調城市較多,包括東營、淄博、煙臺、濰坊、濟寧、泰安、日照、萊蕪、臨沂、德州。東營作為黃河三角洲高效生態經濟區的核心城市,城市化發展水平高,但是在發展初期一度環境污染非常嚴重,后期雖在“黃河三角洲高效生態經濟區”規劃不斷實施的過程中,生態環境質量有所改善,但是距離高效生態區的標準還有一定距離。棗莊、臨沂、德州、萊蕪從2000年基本協調進入到2016年中度協調,資源枯竭型城市棗莊目前正處于城市旅游轉型關鍵時期,臨沂市2013年入選首批 “國家生態文明先行示范區”建設,對于城市可持續發展和綠色趕超提供了生態文明創新之路。第三,聊城、菏澤、濱州是城鎮化與生態環境耦合協調度最低的地區。雖然擺脫了不協調的狀態,但在整個城市群仍處于最低的位置。菏澤和聊城產業結構以農業活動為主,城鎮化發展速度和城鎮化發展質量都不高,生態環境治理和保護意識較弱。濱州市的生態環境壓力問題較為突出,今后應提高工業技術,從源頭上降低污染物的排放。

2.2.4耦合協調類型分析

根據表1得出的山東半島城市群城鎮化和生態環境耦合協調類型的分類,得出山東半島城市群城鎮化與生態環境耦合類型變化特征,如表3所示：

表3 山東半島城市群城鎮化與生態環境耦合類型

從表3可以發現,山東半島城市群城鎮化與生態環境耦合協調類型從城鎮化滯后型向同步型、生態環境滯后型開始轉化,但落后地區的城鎮化質量和環境問題仍不容樂觀。2000年,威海等13個城市為城鎮化滯后,濟南、淄博、萊蕪為均衡發展,東營為生態環境滯后;2005年,煙臺等10個城市為城鎮化滯后,濟南、青島、淄博、東營、萊蕪5個城市為生態環境滯后,棗莊、日照為均衡發展,城鎮化快速發展對生態環境脅迫作用增強;2010年,生態環境的緊張狀況有所緩解,濟南仍然維持生態環境滯后,青島等4個城市為均衡發展,其他城市為城鎮化滯后;2016年,濟南、東營、濱州為生態環境滯后,青島等6個城市為均衡發展,其他7個城市為城鎮化滯后。從數量上來說,在這16年的發展過程中,城鎮化滯后的數量由2000年的12個減少到7個,均衡發展的數量從2個提高到6個,生態環境滯后型由1個增加到3個,因此總體上山東半島城市群城鎮化發展水平有所提高。生態環境滯后型雖然只有東營、濟南、濱州3個城市,但是其環境污染程度和生態環境壓力是巨大的,濱州2016年人均SO2排放量404.77,比青島14.02的28倍。落后地區的城鎮化水平和生態環境問題都不容樂觀,特別是聊城、菏澤的耦合協調度最低,城鎮化發展水平和生態環境發展水平都處于最低狀態。菏澤、聊城等欠發達地區的人口城鎮化發展水平較快,從2000年的17%提高到2016年的45%左右,但是經濟城鎮化和社會城鎮化發展速度慢、水平低,城鎮化發展質量落后于城市化發展速度,抑制了城鎮居民生活水平和享有社會基礎設施服務水平的提升。落后的城鎮化水平刺激了區域的大面積經濟開發,但由于經濟基礎薄弱,技術創新能力低端落后,導致整體生態環境不斷惡化,因此如何共同提高落后地區的城鎮化與生態環境綜合發展水平是政府相關部門今后要開展工作的方向。

發達城市的核心作用和集聚作用明顯,對周圍地區形成強大的吸引力成為區域增長極。濟南的人口城鎮化和社會城鎮化高度集聚,2016年人口城鎮化指數0.843,社會城鎮化指數0.921,比青島還多0.2個指數點,東營的經濟城鎮化水平高,經濟城鎮化指數為0.818,青島的人口、經濟、社會、空間城鎮化水平比較均勻,綜合城鎮化水平較高,發達城市成為帶動山東半島城市群城鎮發展的主要區域。因此城鎮化發展水平的空間差異較大,落后地區與發達地區之間的城鎮化發展指數差距較大,這也很好的解釋了即使部分城市如聊城、菏澤、臨沂是城鎮化發展滯后類型,但是整個山東半島城市群的綜合城鎮化水平仍然高于綜合生態環境發展水平。生態環境發展水平同樣如此,威海的生態環境在每一年都是最優的,濱州、菏澤、聊城、萊蕪的生態環境最惡劣,2016年也是剛剛脫離了基本不協調類型。濟南雖然城鎮化發展水平高,但是一直處于生態環境滯后型,主要由于濟南人口高度集聚,資源消耗大,重工業產業結構導致城市環境問題突出。

3 結論與討論

根據2000—2016年的面板數據,借助耦合協調度模型,研究山東半島城市群城鎮化與生態環境耦合協調發展的時空格局演變,得出以下結論：

(1)2000—2016年山東半島城市群城鎮化綜合水平高速發展,子系統發展特征表現為多年平均值空間城鎮化>人口城鎮化>經濟城鎮化>社會城鎮化的演化趨勢,生態環境綜合發展水平呈現出波動中不斷上升的趨勢,生態壓力子系統曲線先降后升,生態壓力有所緩解,生態狀態和生態保護曲線一直處在上升狀態,總體生態環境不斷走向優質。

(2)2000—2016年山東半島城市群城鎮化與生態環境耦合度和耦合協調度都不斷提高,逐漸走向優質協調,依次經歷了嚴重不協調、基本不協調、基本協調、中度協調、高級協調五個階段,實現了耦合協調性從嚴重不協調向高級協調的轉變,子系統耦合協調特征經歷了四個階段：不協調-城鎮化滯后、基本協調-同步型、中度協調-生態環境滯后、高級協調-生態環境滯后,從城鎮化滯后型向生態環境滯后型轉變。

(3)分析2000年、2005年、2010年和2016年山東半島城市群城鎮化發展水平與生態環境發展水平的時空演化,得出：城鎮化水平不斷提高,但空間差異逐漸拉大,高水平城鎮化地區“雙核”特征明顯,中等城鎮化地區范圍不斷擴大,較低城鎮化地區逐漸縮小,低水平城鎮化區消失;高水平生態環境區主要集中在東部沿海的威海、煙臺和魯中的泰安,中等水平生態環境區從膠濟沿線向南北擴散,低水平生態環境區主要集中在魯西南、魯北和魯中部分地區,生態環境惡劣區不存在。

(4)分析2000年、2005年、2010年和2016年山東半島城市群城鎮化與生態環境系統耦合協調度的時空演化,得出山東半島城市群城鎮化與生態環境耦合協調度空間差異明顯,整體耦合協調性不斷向前推進,耦合協調度呈現出由東部沿海地區、魯中地區向魯南、魯西地區逐漸降低的分布趨勢。青島和濟南由中度協調轉化為高級協調;“雙核”周邊的城市以中度協調為主,魯西南地區的聊城和菏澤是城鎮化與生態環境耦合協調度最低的地區。子系統耦合協調類型由城鎮化滯后型向同步型、生態環境滯后型開始轉化,發達城市的集聚作用明顯。

為了更好的推動山東半島城市群城鎮化與生態環境之間的協調發展,首先要樹立與生態文明建設相適應的新型城鎮化發展理念,強化綠色、低碳、環保發展意識,維護和擴大綠色生態空間,增強區域生態環境承載力,出臺相關政策支持節能減排、嚴把環保標準、淘汰落后產能,轉變城市經濟增長方式,促進產業結構升級,探索綠色城鎮化的轉型之路。同時在國家新舊動能轉換背景下,積極培育特色小鎮,推進農民就地城鎮化,為促進山東半島城市群綠色城鎮化水平的提高提供了空間和載體,從而形成功能定位科學合理的生態戰略格局,促進山東半島城市群可持續發展。

城鎮化和生態環境耦合協調發展是目前國內外學術界研究的熱點,也是我國進行生態文明建設和新型城鎮化建設的核心問題之一,但是目前國內以城市群尺度進行城鎮化與生態環境協調發展的研究尚處于探索階段,城市群和城市、區域相比是一個更復雜的系統,城市群城鎮化系統和生態環境系統的龐大性、復雜性、特殊性更為突出,因此本研究在系統指標體系的構建上難免存在不足和缺陷,如城市群研究關注城市之間的經濟聯系、交通聯系、社會聯系等關聯因素受到指標獲取性的影響考慮不全面,今后要不斷延伸和豐富城市群城鎮化和生態環境指標體系。但是本論文在進行耦合時空特征及相關原因分析時嘗試從城市群關聯的角度進行分析,并且對城鎮化子系統和生態環境子系統的變化特征也進行了充分的論證,對于深入剖析二者之間的耦合協調關系具有一定的意義,也對其他類似城市群的發展提供一定的思路。今后可繼續圍繞城市群城鎮化與生態環境耦合協調的驅動機制、發展趨勢和優化路徑展開下一步的深入研究,不斷豐富城市群經濟、社會、環境的可持續發展。