欠發達生態脆弱區城市化與生態環境耦合協調發展研究
——以蘭州市為例

任建麗，晏榕璟

（1.甘肅省經濟研究院（甘肅省信息中心），甘肅蘭州730030；2.西交利物浦大學，江蘇蘇州215123）

城市化是區域經濟社會大變革的過程，也是與生態環境系統之間物質能量交換的大發展過程[1]。城市化主要包括人口的增長、經濟的發展、空間的擴張以及居民生活水平的提高等四方面的內容[2，3]。城市的發展需要相應的生態系統作為支撐，伴隨著城市化進程的不斷推進，城市與區域生態環境之間構成了耦合與脅迫關系，城市化與生態環境之間如何進行協調有序的發展，已成為世界所關注的焦點[4]。

蘭州環境問題曾經是蘭州城市發展的癥結。近幾十年內，隨著城市化和工業化進程加速，并受自身生態承載力較弱以及典型的河谷地貌影響，蘭州市環境污染現象嚴重。但近幾年來，蘭州市抓改革、促轉型、治環境、惠民生，各項環保政策措施深入實施，鐵腕治污持續加強，蘭州大氣污染得到明顯改善，出現“蘭州藍”。但生態承載力脆弱現狀難以根本改變，城市化持續推進中環境壓力繼續存在，因此城市環境問題不容樂觀。本文旨在研究蘭州市城市化與生態環境之間的耦合協調程度，以期為蘭州市城市化與生態環境協調可持續發展提供科學依據，為生態脆弱區城市化與生態環境關系研究提供參考。

1 研究區概況及數據來源

蘭州市是甘肅省省會城市，是全省的政治、經濟和文化中心。蘭州市位于甘肅中部、黃河上游，黃土高原、青藏高原、內蒙古高原交界地帶，位于我國版圖的幾何中心，是西北第二大城市，西北重要的交通樞紐、物流中心和科研教育中心，絲綢之路經濟帶重要節點城市。蘭州地貌復雜多樣，地勢自西南向東北傾斜，地形呈狹長狀。2017年蘭州市經濟社會發展取得了新進步，全年完成生產總值2523.54億元，第一產業增加值61.47億元，增長5.9%；第二產業增加值881.74億元，增長3.1%；第三產業增加值1580.34億元，增長7.2%，三次產業結構比為2.44∶34.94∶62.62[5]。市區坐落于黃河河谷之中，四周群山環抱，并沿黃河呈東西向帶狀延伸，是典型的河谷型城市。氣候干燥、生態承載力弱、典型的河谷地貌和快速的城市化進程使蘭州市城市發展與生態環境之間的矛盾更加突出和獨特。本文數據主要來源于2000—2017年《蘭州市統計年鑒》《甘肅省統計年鑒》和《蘭州市國民經濟和社會發展統計公報》。

2 蘭州市城市化與生態環境耦合模型構建

2.1 評價指標體系構建

城市化和生態交互耦合的發展過程表現為物質、能量和熵的交互轉化與傳遞[6]。城市化是一個基于“人口—經濟—社會—空間”四維一體的綜合性動態變化過程，其中人是行為主體，經濟是內在驅動力，社會是發展支撐力，空間是載體[6]。生態環境會隨著人類活動和城市發展而做出相關反應。本文在研究和梳理相關資料的基礎上，根據蘭州市城市與環境發展的自身特點，確立了蘭州市城市化水平綜合指標體系和生態環境水平綜合指標體系（見表1）[7，8]。

表1 蘭州市城市化與生態環境綜合評價指標體系

2.2 蘭州市城市化與生態環境發展水平測度模型構建

2.2.1 指標賦權 在處理權重時采用相對客觀的熵值賦權法，熵值賦權法根據客觀環境的原始信息，通過分析各指標所提供的原始信息來決定指標的權重，在一定程度上能避免主觀因素帶來的偏差[9]。

具體如下：用xij表示樣本i的第j個指標的數值（i=1,2，…n；=1，2，…p）。

2.2.1.1 數據無量綱化處理。因為所選取數據的量綱單位和屬性不統一，因此必須對原始數據進行無量綱化處理，本文采用了極差標準化。其中，正向指標和負向指標分別采用公式（1）和公式（2）進行處理。

2.2.1.2 計算熵值和冗余度。用Z-Score標準化公式（3）進行標準化處理。

權重：

熵值：

冗余度：

2.2.1.3 計算熵權值。

權重：

2.2.2 城市化與生態環境綜合評價模型構建 本文主要采用線性加權法對其指標進行各自測算[10]。城市化綜合評價指數：

生態環境綜合評價指數：

式中，i為年數，j為指標數,Xij和Yij為城市和生態數據標準化之后的數值，wj為指標權重。城市化和生態環境綜合評價指數越大，城市化和生態綜合水平越高，反之越低。

2.3 蘭州市城市化與生態環境耦合協調模型構建

城市—環境耦合反映了城市化與生態環境在一定的時間、區域內相互作用的數量關系和調整過程[11]，雖然可以反映出城市化與生態環境之間的協調程度，但是難以準確反應協調發展水平的高低[12]。耦合協調度是指各個指標相互作用中良性耦合程度的大小，最終體現協調狀況的好壞程度。因此，本文采用耦合協調度來反應蘭州市城市化發展與生態環境之間的動態關系。耦合度模型構建如下：

耦合度：

協調度：

耦合協調度：

式中，c為耦合度，T為協調度，α與β為待定系數（都取0.5）；D為耦合協調度（取值范圍[0，1]），其值越由小到大表明耦合協調程度不斷變好。

3 蘭州市城市化與生態環境發展水平綜合評價

3.1 蘭州市城市化發展水平綜合評價

根據表2中蘭州市城市化綜合發展水平評價指數分析可知：2000—2016年蘭州市城市化發展水平持續穩步提升，特別是2008—2014年間提升顯著。空間城市化（0.5648）是蘭州市城市化發展的最主要影響因素，社會城市化（0.2031）、人口城市化（0.1244）、經濟城市化影響（0.1076）次之。東西綿長而南北狹窄的河谷地形嚴重地限制了城市空間的擴展，導致蘭州市城市化過程中城市地域空間成為重要的限制因素之一。通過分析評價指標層（表1）發現，人均擁有道路面積的權重高達0.4983。雖然蘭州市受地形限制的影響，建成區面積并沒有大幅度向外拓展，但是通過大力建設和完善交通基礎設施，使其東西之間的出行時間大大縮減，為城市化發展做出了重要貢獻。從指標層綜合分析可知（表1），人均擁有道路面積（0.4983）、總人口（0.1002）、人均社會消費品零售總額（0.0865）、每千人擁有醫療床位（0.0471）是權重排名前四的指標，也是為蘭州市城市化發展提供最多貢獻力的指標。隨著城市化進程的不斷推進，在不斷提升城市經濟和容納更多人口的同時，蘭州市社會城市化不斷提升，城市社會服務功能日趨完善。

3.2 蘭州市生態環境發展水平綜合評價

根據表2中蘭州城市化綜合發展水平評價指數分析可知：2000—2011年蘭州市生態環境發展水平總體趨于穩定。在經濟發展和城市擴張的持續壓力下，蘭州市通過節能減排、城市綠化、植樹造林等多種舉措的持續推進，使城市生態環境保持相對穩定狀態。2011—2016年生態環境發展水平呈現出不斷下降的趨勢，其原因一方面是由于城市擴展、經濟發展的影響依舊存在；另一方面是我國環境統計口徑在“十二五”期間進行了調整，因此2011年之后數據出現了一定的震蕩，導致實際生態環境與數據統計之間出現了一定偏差。

從指標層綜合分析可知（表1），人均工業固體廢物產生量是權重最大的指標，表明工業固體污染對蘭州生態環境的具有重要的影響。工業廢物利用率影響次之，隨著國家環保力度的不斷加大和蘭州鐵腕治污的持續推進，工業廢物利用率在不斷攀升，對于生態環境的良好發展起到了重要的作用。人均公共綠地面積、糧食產量和人均農作物播種面積權重較大，對蘭州城市環境狀況影響較大。因此，減少工業固體廢物產生量、提升工業廢物利用率、提高公共綠地面積等，是蘭州市提升生態環境水平的重要舉措。

4 蘭州市城市化與生態環境耦合協調度分析

4.1 耦合協調度計算與類型劃分

將上文中U（x）和E（y）的計算結果輸入公式（11）、公式（12）和公式（13）中，計算得出蘭州市城市化與生態環境耦合度C、協調度T、耦合協調度D。在參考文獻資料的基礎上，結合蘭州市實際情況，利用均勻分布函數法對蘭州市城市化與生態環境之間的耦合協調度進行等級劃分，結果如表3。在分析耦合協調度類型的基礎上，為了更好地分析出蘭州市城市化與生態環境之間的關系，引入U（x）和E（y）差值計算。根據相關資料和研究實際，把U（x）和E（y）的差值分為3種類型，U（x）－E（y）＞0.1為生態環境滯后型；E（y）－U（x）＞0.1為城市化滯后型；為城市化與生態環境同步型（見表3）。

表3 蘭州市城市化與生態環境耦合協調度等級劃分標準

4.2 耦合協調分析

從表4可知，蘭州市城市化與生態環境耦合協調度表現為穩步上升態勢，耦合協調類別由瀕臨失調轉化為勉強協調。

2000—2012年蘭州市城市化與生態環境耦合協調類型表現為瀕臨失調型，且在前期城市化發展相對滯后，在后期表現出生態和城市同步發展。前期蘭州城市化發展相對落后，城市功能相對不完善。期間蘭州市城市化發展水平提升明顯，城市化在不斷推進的同時，區域環境和城市生態環境呈現出衰減趨勢。后期受城市化進程的持續推進，生態環境的日益惡化，生態承載力的不斷下降，蘭州市城市與生態環境呈現出同步發展的態勢。

表4 蘭州市2000—2016年城市化和生態環境耦合協調度及其類型

2013—2016年蘭州市城市化與生態環境耦合協調類型整體表現為勉強協調型。蘭州市城市化在持續發展的同時，經濟發展方式在逐步調整和轉變，產業結構不斷轉型升級，科技要素投入在日趨增強。城市園林面積、人均綠地面積在不斷增長，市域內封山育林不斷強化，綠色城市化得到有效推進。隨著政府鐵腕治污的持續加強，各項政策措施的深入實施，蘭州摘下了大氣污染的“黑帽子”，出現了“蘭州藍”，并將其穩固發展為“常態藍”[13]。但由于蘭州市生態環境自身的脆弱性，加之城市化的持續推進難以避免對生態環境造成一定程度的破壞，因此蘭州市城市化和生態環境耦合協調程度整體處于勉強協調型。

5 結論與討論

5.1 結論

5.1.1 蘭州市城市化發展水平持續穩步提升，生態環境發展水平總體趨于穩定 空間城市化是蘭州市城市化發展的最主要影響因素。受地形所限，建成區面積并未大幅度拓展，但通過大力建設和完善交通基礎設施，空間城市化發展較快。減少工業固體廢物產生量、提升工業廢物利用率、提高公共綠地面積等，是蘭州市提升生態環境水平的重要舉措。

5.1.2 蘭州市城市化與生態環境耦合協調度表現為穩步上升態勢，耦合協調類別由瀕臨失調轉化為勉強協調 2000—2012年蘭州市城市化與生態環境耦合協調類型表現為瀕臨失調型，且在前期城市化發展相對滯后，在后期表現出生態和城市同步發展。2013—2016年蘭州市城市化與生態環境耦合協調類型整體表現為勉強協調型。

5.2 討論

城市化與生態環境交互耦合發展并呈因果關聯，如何減少城市化進程中對生態環境造成的“壓力”，并且實現二者之間的協調發展，是此類研究的核心焦點[6]。今后應以提高經濟城市化、社會城市化、環境狀況為核心，以減少環境壓力和提升環境保護力度為保障，不斷提升蘭州市城市化與生態環境向優質協調性發展。