解耦視角下的城鎮化與資源環境關系研究
——以蘇州市為例

柳玉梅， TIMOTHY O.Randhir， 李九一

（1.蘇州科技大學 地理科學與測繪工程學院，江蘇 蘇州215009；2.馬薩諸塞大學 安姆斯特分校，美國 馬薩諸塞州01003；3.中國科學院 地理科學與資源研究所，北京100101）

新型城鎮化戰略的推進是中國實現基本現代化的必由之路，不可忽視的是城鎮化進程與生態環境之間存在著極其復雜的相互關系，如何協調這種關系已成為學術界和政府部門關注的重要熱點[1]。

國外城鎮化與資源環境關系的相關研究成果豐富，主要集中于城鎮化與資源、能源、環境之間的關系的研究[2-11]。 其中，Grossman 與Krueger 提出了環境庫茲涅茨曲線（EKC），結果表明伴隨著經濟的發展，生態環境質量呈倒“U”形的發展規律[2]，這一假設也被廣泛應用于生態環境與經濟增長關系的研究中[3-6]。 Ashraf 等采用衛星圖像和社會經濟數據分析了Dhaka 地區城鎮化對土地資源的影響，研究表明城市建設面積的大幅增長導致水體、耕地、植被和濕地面積顯著減少[7]；Srinivasan 等構建了人類環境耦合系統模型（CHES），以印度Chennai 為研究區，對城鎮化與水資源之間的關系進行了分析，結果表明城鎮化與水資源脆弱性之間的聯系具有高度相關性，水資源短缺的脆弱性具有動態性和空間性[8]；以Jones 為代表的學者指出了城鎮化對能源消費的作用機制和影響，后續學者的研究也指出城鎮化發展與能源消費間存在顯著相關關系[9-11]。

國內的研究主要集中于探討城鎮化對生態環境的脅迫效應[12-13]、生態環境對城鎮化的約束機制[14-15]、城鎮化與生態環境的耦合關系及其時空分異、作用機制[16-24]等。 例如，李雙成等認為在中國城鎮化過程中對生態環境的脅迫效應具體表現為耕地資源流失、城市水資源稀缺程度增加、能源供需平衡壓力增大、環境污染嚴重、生態惡化明顯等[12]；方創琳等通過對1980 年至2030 年近50 年我國城鎮化進程與資源環境保障關系的分析發現，未來我國城鎮化發展將面臨能源、水資源、建設用地的資源壓力，且這些壓力會對城鎮化的進程形成約束[14]；劉賀賀、楊青山等利用東北地區34 個地級市數據測度了東北地區城鎮化與生態環境的脫鉤指數，結果表明資源型經濟和投資驅動是城鎮化對生態環境產生壓力的主要動因，生態環境倒逼和創新轉型發展是緩解城鎮化對生態環境壓力的途徑[20]；方創琳等分析并探討了特大城市群地區的城鎮化與生態環境之間的交互耦合機制及規律性[16-18，21]；孫黃平、黃震方等對泛長三角城市群近10 年的城鎮化與生態環境耦合協調度的空間特征及驅動機制展開分析，結果表明耦合協調度呈現時空異質性及空間集聚性特征[23]。

蘇州長期以來是江蘇省乃至全國城鎮化發展及經濟發展的先行之地，目前正處于后工業化中期向成熟期過渡的階段，其城鎮化進程與資源環境之間的關系具有一定的代表性。 因此，選擇蘇州市作為研究區，研究其城鎮化與資源環境壓力的耦合關系具有重要的現實意義。 筆者在對城鎮化與資源環境壓力兩個子系統進行評價的基礎上，從可持續城鎮化視角出發，建立城鎮化與資源環境壓力耦合分析框架，借助解耦模型，對蘇州市2003—2017 年的城鎮化與資源環境壓力兩個子系統之間的耦合關系進行研究，以期識別兩者的耦合協調關系及其演變特征和規律，為促進經濟轉型升級階段蘇州城鎮化良性發展和管理提供一定的參考。

1 研究方法和指標體系構建

圖1 城鎮化與資源環境壓力分析框架

伴隨著城鎮化的發展，人口的生活、生產方式發生轉變，這種轉變一方面會消耗大量的水、土、能源等資源，同時也會向自然界排放大量的污染物，造成對環境的脅迫；另一方面產生的資源環境問題會反作用于城鎮化過程，從而對城鎮化的發展產生約束。 因此，只有實現城鎮化與資源環境的協調發展才能實現可持續城鎮化[24]。基于此，文中以可持續城鎮化的思想為指導，構建城鎮化與資源環境壓力的分析框架（如圖1 所示）。

1.1 數據來源

文中以蘇州市為研究對象，研究時間跨度為2003—2017年，數據來源于《蘇州市統計年鑒》（2002—2018 年）及《中國城市建設統計年鑒》（2002—2018 年）。 為避免通貨膨脹對經濟數據帶來的影響，文中按2000 年不變價格對地區生產總值，二、三產業生產總值等指標進行了重新處理；利用極差標準化法對各項指標的原始數據進行了無量綱處理

式中：xij′為數據xij標準化的處理結果；xij為第j 個指標第i 年的具體數值；xjmax和xjmin分別為第j 個指標中的最大值和最小值。

1.2 指標體系構建

文中借鑒相關的研究成果[24－26]，秉承系統性、科學性和可操作性原則，構建了兩大系統的指標體系。 為避免主動賦權的主觀性和隨意性，選取熵值法和變異系數法分別計算權重，在此基礎上，采用熵值法權重與變異系數法權重的幾何平均值作為指標的最終權重（見表1），這種做法可以有效消除單一客觀賦權的誤差與偏頗，更具科學性和準確性。

表1 城鎮化與資源環境壓力評價指標體系

1.2.1 城鎮化指數

城鎮化具有內涵多元化的特征，涵蓋人口、土地、經濟和社會四個方面[22]。 因此，文中構建了綜合考慮這四個方面城鎮化指數公式

式中：UI 為城鎮化指數；UIi為各城鎮化分指數，i=1，2，3，4，分別為人口城鎮化指數、土地城鎮化指數，經濟城鎮化指數和社會城鎮化指數；UIij為各城鎮化分指數對應的具體指標值；kj為各城鎮化指標對應的綜合權重。

1.2.2 資源環境壓力指數

文中參照趙興國等在資源環境壓力評價方面的研究成果[27]，結合研究區現狀，兼顧數據的可獲取性，構建了資源環境壓力指數（PI）（見表1）。 PI 越大，資源環境壓力越大，反之壓力越小。

式中：PI 為資源環境壓力指數；PIi為資源環境壓力分指數，i=1，2，PI1為資源消耗指數，PI2為環境污染指數；PIij為各項資源環境壓力分指數對應的具體指標值；kj為各項資源環境壓力指標對應的綜合權重。

1.3 研究方法

解耦（Decoupling）最早由經濟合作與發展組織（Organization for Economic Co-operation and Development，簡稱OECD）提出，OECD 把解耦（Decoupling）定義為經濟增長與環境沖擊的耦合關系的破裂[28]，隨著城鎮化的推進，經濟發展與環境的關系愈加復雜，該理論的應用和發展也逐漸變成熱點。 文中借鑒已有的研究成果[27，29]，利用UI 和PI，建立解耦模型，其計算公式

式中：εtk為第tk時期的解耦度；ΔPItk為第tk時期PI 的變化率；ΔUItk為第tk時期的UI 的變化率；PItke、PItks分別為第tk時期末期和初期的PI；UItke、UItks分別為第tk時期末期和初期的UI。 UI 與PI 的解耦程度判定依據如圖2 所示。

2 評價結果與分析

2.1 城鎮化特征分析

2003—2017 年，蘇州市城鎮化的各分指數水平逐年提升，態勢顯著。 2003—2017 年，蘇州的城鎮化率自61.92%增加至75.8%， 年均增長率為1.49%， 從城鎮化發展的中期階段發展至高級階段。 第二、 三產業從業人員占比自84.1%提升至96.7%，相應的第二、三產業占地區生產總值的比例從97.3%增長至98.8%， 就業結構和產值結構均以第二、三產為主，說明蘇州市的產業結構一直以二、三產業為主。 第二、三產業的蓬勃發展吸納了大量的就業人員， 從業人口占總人口的比重在84.1%的高位基礎上仍能維持年均0.9%的增長率。 從業人員數量的增長導致住房和交通的需求增大，從而推動土地城鎮化[24]，研究期內城市建成區面積和道路面積分別增加了421.40 km2和8 114 萬m2，年均增長率分別為9.41%和20.58%。 就社會城鎮化而言，2003—2017 年，每萬人醫療衛生機構床位數、財政支出中教育與科技支出占比、每千人公共圖書館藏書的年均增長率分別為5.62%、9.93%、5.26%，社會城鎮化水平提升顯著。

圖2 區域城鎮化與資源環境壓力的解耦程度的判定標準

通過公式（2）、（3）對2003—2017 年蘇州市UI 及各分指數進行計算，得出其時序變化特征（如圖3 所示）。 2003—2017 年，UI 呈顯著的上升趨勢，且上升態勢平穩；從各分指數來看，人口城鎮化指數一直在高位增長，土地城鎮化和經濟城鎮化指數與UI 的變化趨勢基本一致，社會城鎮化指數呈波動增長態勢，研究期內總體呈現人口城鎮化指數＞土地城鎮化指數＞經濟城鎮化指數＞社會城鎮化指數的特征。

2.2 資源環境壓力及其變化特征分析

伴隨著蘇州市城鎮化水平的提升，各類資源消耗逐漸增大。 就水資源而言，研究期內，實際用水量增加25.98 億m3，年均增長率為17.9%，水資源消耗量較大，蘇州市水資源消耗主要集中在工業領域，供水壓力顯著；就土地資源而言，2017 年蘇州市建設用地面積達到720.54 km2，占全市土地總面積的8.32%，2003—2017年建設用地面積增加了396.97 km2，年均增長率為8.76%；就能源而言，2017 年蘇州市能源消耗量達到8 507.82 萬t SCE，能源消耗量增加量為5 893.49 萬t SCE，年均增長率達到16.10%，能源消耗量增速顯著。

城鎮化高速發展需要消耗大量的資源，同時也會給環境帶來了日益嚴峻的威脅。近年來蘇州市各項環境治理措施頻出，部分環境污染指標開始呈現下降趨勢，如工業廢水排放量在2011 年以后以年均6.78%的變化量逐年減少，可見水環境治理初見成效；然而隨著城鎮化和工業化的快速發展，工業固體廢物產生量和工業廢氣排放量仍呈增加趨勢，年均增長率分別為27.93%和21.96%，工業固體廢棄物的處理和大氣污染治理的任務嚴峻。

通過公式（4）、（5）計算2003—2017 年間蘇州市PI，分析資源消耗指數、環境污染指數和PI 的時序特征（如圖4 所示）。2003—2017 年期間，蘇州市資源環境壓力波動上升，最高值為86.65（2013 年），最低值為8.28（2003 年），其他年份PI 集中在20～80 之間，變化趨勢復雜且變化率較大。 從資源消耗指數來看，2003—2017年間蘇州市資源消耗總量呈明顯的上升趨勢，2003—2013 年處于快速增長階段，2013 年后增速放緩，但資源消耗指數較高（95.21～99.51）。 可見，城鎮化和工業化的快速推進對資源的消耗難以遏制，產業結構轉型迫在眉睫，鼓勵綠色生產、實現產能升級仍是未來蘇州市發展的重點。 從環境污染指數來看，2003—2017 年間，蘇州市環境污染在2011 年前呈波動性增長趨勢，2011 年后呈現緩慢下降態勢， 表明蘇州市自2000 年開始環境整治的效果開始顯現，環境污染壓力逐漸變小。

圖3 蘇州市城鎮化指數變化趨勢（2003—2017 年）

圖4 蘇州市資源環境壓力指數變化趨勢（2003—2017 年）

由圖4 可知，2003—2007 年間環境污染指數＞資源消耗指數，說明這個階段環境污染是蘇州市資源環境壓力高的主要因素，兩者差距總體呈縮小趨勢；2008—2017 年期間，資源消耗指數＞環境污染指數（2011 年除外），且其差距逐年擴大—縮小—擴大趨勢，說明環境整治的效果初見成效，但還不穩定，此階段資源環境壓力高主要受制于資源消耗。

2.3 城鎮化與資源環境壓力的關系分析

2.3.1 城鎮化與資源環境壓力相關分析

以EKC 的二次模型為原型， 對蘇州市2003—2017 年UI 與PI 進行擬合后發現， 兩者存在顯著的相關性，呈現倒“U”形的特征（如圖5 所示）。對照國際經驗，從經濟增長的方面來看， 蘇州市的經濟增長速度趨緩，2003—2010 年的年均增長速度為24.06%，2011—2017 的年均增長速度為8.15%，已由高速增長變為低速增長；從經濟結構來看，工業增加值于2004 年達到峰值，已進入下降通道；從城鎮化水平來看，城鎮化進程已越過快速增長期，進入緩慢增長階段；從能源消費方面來看，化石能源的消費比重逐年下降，年均減少7.14%（如圖6 所示）；從環境政策方面來看，國家、江蘇省和蘇州市出臺并實施了多個標志性環保政策，諸如《中華人民共和國環境保護法》、《江蘇省固體廢物污染環境防治條例》、《江蘇省太湖水污染防治條例》等。 綜上判斷，蘇州市城鎮化發展與資源環境壓力的關系已無限逼近拐點，下一階段將進入下行趨勢。

圖5 城鎮化指數與資源環境壓力指數關系分析

圖6 蘇州經濟特征（2003—2017 年）

2.3.2 城鎮化—資源環境之間的解耦關系分析

為進一步揭示蘇州市城鎮化與資源環境壓力之間的關系及其相互影響的變化趨勢，文中利用解耦度評價模型，分別計算出2003—2017 年每兩年間（共計14 個階段）的城鎮化指數差ΔUItk和資源環境壓力指數差ΔPItk，在此基礎上按公式（6）計算得出解耦度值，并根據圖2 的判定標準確定解耦度ε（見表2）。

表2 的數據顯示，2003—2017 年間的14 個階段蘇州市城鎮化與資源環境壓力的解耦度存在較大的差異，但總體上以解耦為主。 其中，T2、T5、T7、T14，兩者呈現擴張性耦合關系，隨著城鎮化水平上升資源環境壓力上升，此階段兩者存在相互影響、相互作用的關系；T3、T6、T9、T10，兩者呈現弱解耦關系，城鎮化增速＞資源環境壓力的增速， 表明此階段城鎮化對資源環境壓力的影響較小；T4、T11、T12、T13， 兩者呈現強解耦狀態，城鎮化水平提升的同時資源環境壓力呈現負增長，說明此階段兩者處于相對協調的狀態；T8 階段，兩者呈擴張性負解耦狀態，資源環境壓力的增速遠高于城鎮化的增速，資源環境壓力呈現擴張趨勢。

表2 2003—2017 年蘇州市城鎮化與資源環境壓力的解耦度

圖7 蘇州市解耦度分布及其狀態變化趨勢（2003—2017 年）

由圖7 可知，解耦度在T8 時期達到一個“峰值”，表明2010—2011 區間為蘇州市近15 年來城鎮化與資源環境壓力的矛盾最為突出的時期。 進入T9 時期之后，其兩者之間的解耦度有了較大幅度的下降，此時期正值“十二五”時期。 “十一五”期間的各項環境整治措施的實施導致環境污染的各項指標得到有效控制，環境污染指數開始呈現下降趨勢；“十一五”期間蘇州工業總體已經順利跨過了工業化的中期階段，產業集聚度提升及戰略新興產業初具規模都減輕了資源環境壓力；整個“十二五”時期（T9—T12）城鎮化與資源環境壓力的關系都處于相對協調的狀態。 進入“十三五”時期后（T13—T14），城鎮化發展進入高級階段，與資源環境壓力又呈現新的相互影響的關系。

總體而言，2003—2017 年間， 蘇州市城鎮化與資源環境壓力的解耦關系， 經歷了由擴張性耦合—弱解耦—強解耦—擴張性耦合—弱解耦—擴張性耦合—擴張性負解耦—弱解耦—強解耦—擴張性耦合變化的趨勢。 可見蘇州市在快速城鎮化的過程中，對資源環境壓力并不是一直處于下降趨勢，而是呈現波動變化的態勢，且具有不可持續性。 這種變化特征與區域的發展目標、產業結構調整等高度相關。

3 結語

從城鎮化方面看，2003—2017 年，蘇州市城鎮化水平增速較快，至2017 年人口城鎮化水平已達75.8%，已進入后期轉型提升階段。 伴隨著城鎮化水平的快速提升，資源、能源的消耗總量不斷增加，具體表現為建設用地總面積、水資源消耗總量、能源消耗總量的年均增長率分別達到8.76%、17.90%、16.10%，土地資源、水資源和能源的利用效率有待提高，清潔能源的開發和利用有待加強。 隨著環境整治的力度提升，工業廢水排放量指標開始呈現下降趨勢，在2011 年以后以年均6.78%的變化量逐年減少，水環境治理初見成效，但工業固體廢物產生量和工業廢氣排放量仍呈增加趨勢。

從城鎮化對資源環境壓力影響的強度及其變化特點看，2003—2017 年，蘇州市PI 波動增加，變化率較大且趨勢復雜。 就分指數而言，2003—2017 年間蘇州市資源消耗指數呈上升趨勢，2003—2013 年處于快速增長階段，2013 年后增速放緩但數值較高（95.21～99.51）。 2003—2017 年，蘇州市環境污染在2011 年前呈波動性增長趨勢，2011 年后呈現緩慢下降態勢， 表明蘇州市環境整治的效果開始顯現， 環境污染壓力逐漸變小。 對比兩者可見，2003—2007 年間環境污染指數＞資源消耗指數，說明這個階段環境污染是蘇州市資源環境壓力高的主要因素；2008—2017 年間， 資源消耗指數與環境污染指數之間的差距呈現擴大—縮小—擴大趨勢，說明環境整治的效果初見成效，但還不穩定，此階段資源環境壓力高主要受制于資源消耗。

從UI 和PI 兩者之間的關系及其變化趨勢來看，其存在顯著的相關性，且符合倒“U”形的特征，對照國際經驗，從經濟增長、經濟結構、城鎮化水平、能源消費特征和環境政策的出臺和實施，可知蘇州市城鎮化發展與資源環境壓力的關系已無限逼近拐點。研究期內，蘇州市UI 和PI 之間呈現擴張性耦合—弱解耦—強解耦—擴張性耦合—弱解耦—擴張性耦合—擴張性負解耦—弱解耦—強解耦—擴張性耦合變化的變化態勢，體現了蘇州市在快速城鎮化的過程中，對資源環境壓力的影響呈現不可持續的波動變化態勢。