山地城鎮化與資源環境承載力耦合協調發展的時空演變

丁 宇，張 雷，馬昕琳*

1.清華大學公共管理學院，北京 100084

2.中國科學院地理科學與資源研究所，北京 100101

中國是世界上最大的山地國家，山地面積約占陸地國土面積的75%，山區人口約占全國人口總數的45%，但是山區GDP 僅為全國GDP 的30%左右[1].山地資源環境的開發是影響國土空間功能優化的重要因素，特別是在當前城鎮化質量提高過程中，技術進步與社會服務的發展增強了山地資源供給能力；同時，隨著人口和經濟向城鎮集聚，欠發達山區資源環境超載問題日趨嚴重，從而造成環境污染、生態破壞等問題，進一步限制了其高質量發展[2].這使得山地資源環境保護與山區發展長期處在矛盾的對立和協調之中.黨的十九大指出：“我們要建設的現代化是人與自然和諧共生的現代化，既要創造更多物質財富和精神財富以滿足人民日益增長的美好生活需要，也要提供更多優質生態產品以滿足人民日益增長的優美生態環境需要”.高質量發展更加突出以人民為中心的發展，良好的生態環境是經濟社會持續健康發展的支撐點.《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二〇三五年遠景目標的建議》進一步指出：“協同推進經濟高質量發展和生態環境高水平保護”.因此，山地城鎮化與資源環境承載力耦合協調具有重要意義.

人口、經濟、空間、社會等多種因素構成了城市綜合體，城鎮化內涵包括人口城鎮化(人口非農化過程)、經濟城鎮化(經濟結構非農化過程)、空間城鎮化(城市建設用地集約節約利用)和社會城鎮化(生活方式轉變)四方面[3].資源環境承載力反映的是在一定時空范圍和社會經濟技術條件下，生態環境條件對區域社會經濟活動的支撐與容納能力，閾值、變化區間是評價區域可持續發展而不會造成生態嚴重退化和不可逆轉的環境破壞的重要指標[4-5].城鎮化與資源環境承載力是相互依賴、共同促進的關系[6].一方面，生態環境條件是城市集聚功能形成和發展的基礎；另一方面，城鎮化是多種要素集聚的過程，伴隨著資源能源消耗和污染增加，二者交互響應.環境庫茲涅茨曲線(EKC)假說[7-9]、脫鉤理論(Decoupling)[10-11]的提出奠定了城鎮化與生態環境耦合的基礎理論.國外已有研究[12-13]闡明了城鎮化與資源環境承載力耦合協調的驅動機制及特征.我國學者[14]基于人地關系、城市社會-生態系統、近遠程耦合框架等理論揭示了城鎮化與生態環境存在倒“U”型或“S”型關系.隨著系統科學的不斷發展，學者采取實證分析與研究區域相結合，通過數學模型[15-16]、系統動力學模型[17-18]、地理探測技術[19-20]等方法，研究范圍涉及城市群[21-22]、省級[23-24]、市級[25-26]等空間尺度，在多要素綜合評價的基礎上對城鎮化與資源環境承載力的關系進行了研究.綜合近年來的研究[27-32]發現，資源環境承載力已經成為區域可持續發展的重要指標，但是研究成果相對忽略了山地地形復雜性前提條件下資源環境系統的空間異質性以及人地關系的敏感性.山地與平原的地理環境有顯著差異，山區資源環境承載力更弱、預警期更短、超載后修復代價更大，因此探討山地城鎮化與資源環境承載力的關系顯得尤為重要.

山地城鎮化是全國城鎮化的重要組成部分.我國西部內陸山區地形復雜，資源環境要素空間匹配狀態欠佳，區域總體承載力較弱，城鎮化發展水平低、發育進程緩慢，近年來城鎮人口的增加以及旅游業的快速發展給山區生態環境帶來巨大壓力[33].特別是對于地處長江經濟帶上游、地形復雜的西南地區，城鎮化過程面臨許多環境條件的制約與挑戰，使我國城鎮化進程與生態文明建設面臨許多非常態問題[34].如果忽視了資源環境承載力，盲目推進山地城鎮化發展，將給區域及國家生態安全與可持續發展帶來多重挑戰.我國西南地區包括重慶市、四川省、云南省、貴州省、西藏自治區，面積占全國總面積的25%，是我國生物多樣性的關鍵區域和重要的生態屏障，在我國生態安全和社會經濟發展方面具有十分重要的地位.2019 年，西南地區承載了全國14%的人口和12%的經濟總量；位于全國經濟增速最快的前五名，西南地區的貴州省、云南省位居前兩位.盡管如此，西南地區仍屬全國人文發展比較落后的地區.2020 年西南地區常住人口城鎮化水平和人均GDP 分別為56%和5.7×104元，較全國平均值低8 個百分點和1.4×104元.因此，選擇我國西南地區為研究對象，以地級市為研究單元，探討綜合城鎮化與資源環境承載力的耦合協調度的時空格局演變，以期為山地城鎮化與可持續發展提供相應的理論依據和決策參考.

1 研究方法與數據來源

1.1 評價指標體系構建

參考當前對于城鎮化評價的研究[35-36]，分別從人口城鎮化、經濟城鎮化、空間城鎮化和社會城鎮化四個子系統共選取11 個指標考察綜合城鎮化發展狀況，所有指標均為正向指標(見表1).其中，人口城鎮化選取常住人口城鎮化水平和第二、三產業就業人員占總就業人數比重2 個指標，反映了城鎮化過程中城鄉人口轉移及非農就業結構轉變；經濟城鎮化選取第二、三產業增加值占GDP 比重、人均GDP 和人均社會消費品零售總額，反映城市市轄區的產業結構轉變、財富積累能力和消費市場經濟活力；空間城鎮化選取了人均城市道路面積、城市建設用地占市區面積比重、人均建成區面積，反映城市空間擴張、開發利用強度；社會城鎮化測度民眾享有城市經濟發展成果的公平公正性，選取了市轄區的每千人醫療衛生機構床位數、小學師生比、萬人擁有公共汽車數量3 個指標.

表1 綜合城鎮化評價指標Table 1 Comprehensive urbanization evaluation index

資源環境承載力指標體系依據“狀態?壓力?響應”的邏輯思路[37-38]，在代表性、系統性、可操作性等原則指導下，分別從資源狀況、環境壓力、環境治理三方面選取12 個指標構建指標體系(見表2).資源狀況方面，考慮水資源、綠色基礎設施等城市關鍵資源資源，選取了4 個指標；環境壓力方面，基于數據的可獲取性，從資源消耗和污染排放方面選取4 個指標，指標均為負向指標，其中單位GDP 水資源消耗量和人均廢水排放量統計范圍為城市市轄區，而單位GDP 能耗和可吸入顆粒物由于數據可獲取性統計范圍為全市；環境治理方面，選取一般工業固體廢棄物綜合利用率、城鎮生活污水處理率、生活垃圾無害化處理率、人均市政公用設施投資額4 個指標.

表2 資源環境承載力評價指標Table 2 Resources and environment carrying capacity evaluation index

1.2 綜合評價法

運用綜合評價法計算綜合城鎮化與資源環境承載力指數.為了消除子系統指標之間不同量綱可能造成的影響，對各指標數據采用極值標準化法處理，再用熵值法測算指標權重，最后采用綜合功效函數獲得兩大系統發展指數.

數據標準化處理消除不同指標的量綱和數量級對計算結果的影響，正向指標、負向指標的計算公式：

式中，yij為正向指標的標準值，yij′為負向指標的標準值，xijmax、xijmin分別為城市i指標j的最大值和最小值，xij為城市i指標j的實際值.

利用熵權法根據各指標值的變異程度來確定客觀權重，計算公式：

式中，pij為指標的比重，ej為指標的信息熵，wi為指標權重.

運用線性加權平均法計算綜合發展指數，計算公式：

式中：Ut代表各子系統目標層的綜合得分，介于0～1之間；n為地級市的個數.

1.3 耦合協調模型

耦合協調度能夠判斷系統之間的相互作用強度以及系統之間的整體功效，被廣泛用于揭示生態環境與城鎮化之間復雜的交互耦合機理，因此構建綜合城鎮化與資源環境承載力兩大系統的耦合協調度模型：

式中：C為兩個系統的耦合度，其中，0 ≤C≤0.5為拮抗狀態，0.5

1.4 數據來源

西南地區統計數據中由于西藏自治區、貴州省畢節市和銅仁市數據缺失嚴重，故未納入統計分析范圍.由圖1 可見，該文以重慶市、四川省、云南省、貴州省的31 個地級市為研究對象.研究數據主要來源于2004?2018 年《中國城市統計年鑒》《中國城鄉建設統計年鑒》，以及各省市的《統計年鑒》《水資源公報》《環境統計公報》.部分缺失數據基于相鄰年份的數據采用插值法和灰色關聯預測法進行補齊.

圖1 西南地區研究范圍Fig.1 Study area of southwest China

2 結果與討論

2.1 綜合城鎮化水平時空變化

西部大開發以來，西南地區逐步加快了城鎮化進程，這成為研究期內山地城鎮化整體呈上升態勢的重要原因.從綜合城鎮化的指標權重(見表1)來看，城鎮空間擴展、城鎮經濟發展和公共服務水平的提高是促進西南地區綜合城鎮化快速發展的重要原因，而人口城鎮化的影響較弱.由圖2 可見，從時序演變看，研究區域2004 年之后綜合城鎮化發展水平穩步增長，2016 年綜合城鎮化指數達到峰值，此后略有下降.2004?2018 年綜合城鎮化指數增長了98.5%，各子系統指數的增幅呈經濟城鎮化指數(210%)>人口城鎮化指數(180%)>社會城鎮化指數(83%)>空間城鎮化指數(35%)的特征.2004 年綜合城鎮化指數各子系統貢獻率大小呈空間城鎮化(40%)>社會城鎮化(34%)>經濟城鎮化(20%)>人口城鎮化(11%)的特征，而2018 年各子系統貢獻率呈經濟城鎮化(30%)略高于社會城鎮化(28%)和空間城鎮化(27%)，遠高于人口城鎮化(15%)的特征.雖然，西南地區綜合城鎮化指數有所提高，但整體發育水平較低，說明西南地區空間城鎮化并沒有產生人口城鎮化，山地城鎮化進程存在人口城鎮化滯后、土地浪費、產業配套缺乏和公共設施不足等問題.

圖2 2004—2018 年西南地區綜合城鎮化指數及子系統城鎮化指數的變化情況Fig.2 Changes of comprehensive urbanization index and subsystems in southwest China from 2004 to 2018

由圖3 可見，從綜合城鎮化指數的空間差異來看，2004?2018 年西南地區各地級市綜合城鎮化發展水平的空間差異顯著且相對穩定.直轄市、省會城市、典型工業型城市(攀枝花市、自貢市、德陽市、綿陽市、六盤水市、遵義市等)和旅游型城市(麗江市)的綜合城鎮化指數明顯高于其他地區.重慶市經濟城鎮化水平較高，城鎮化其他維度發展水平較為均衡；成都市空間城鎮化水平得分為0.23，比人口、經濟和社會城鎮化得分分別高0.17、0.07 和0.05，可見人口城鎮化水平仍然較低；昆明市、麗江市社會城鎮化水平較高，接近西南地區平均水平的3 倍，經濟城鎮化也略高于西南地區平均值，但是空間城鎮化和人口城鎮化水平均較低；貴陽市及其他典型工業型城市均呈經濟城鎮化、空間城鎮化和社會城鎮化相對均衡，但人口城鎮化水平相對滯后的特征.西南地區綜合城鎮化水平較低的地區主要位于巴中市、達州市、保山市、昭通市等以高山大川為界的省際交界地區，其中，達州市綜合城鎮化水平增幅在西南地區最小，僅增長20%，城鎮化各子系統發育水平均較低；巴中市空間城鎮化是綜合城鎮化的短板；保山市、昭通市的人口城鎮化為制約綜合城鎮化水平的關鍵因素.

圖3 2004 年和2018 年西南地區綜合城鎮化指數變化情況Fig.3 Changes of comprehensive urbanization index in southwest China in 2004 and 2018

2.2 資源環境承載力的時空變化

從資源環境承載力的權重來看，資源狀況和環境治理對西南地區資源環境支撐力影響較大(見表2).從時序演變看，2004?2018 年研究區域資源環境承載力不斷提高，特別是“十二五”以來增幅加快，2018 年達到0.33，較2004 年增長了46%，但仍是資源環境承載力較為脆弱的地區.2018 年資源環境承載力各子系統指數較2004 年的增幅呈環境治理(100%)>環境壓力(25.4%)>資源狀況(13.3%)的特征，山地地理條件復雜性和生態環境脆弱性是制約西南地區資源環境承載力的關鍵因素.2004 年西南地區綜合承載力各子系統貢獻率為資源狀況(48%)>環境治理(33%)>環境壓力(18%)，2018 年各子系統貢獻率為環境治理(47%)>資源狀況(38%)>環境壓力(15%)(見表3).可見，正是因為西部大開發改變了西南地區發展條件，環境基礎設施投入的增加，使資源環境壓力顯著下降，從而保護了良好的生態環境.

表3 2004—2018 年西南地區城市資源環境承載力及子系統指數變化情況Table 3 Changes of resources and environment carrying capacity index and subsystems in southwest China from 2004 to 2018

從資源環境承載力的空間差異(見圖4)來看，西南地區各地級市的差異較小，且空間格局保持相對穩定態勢，僅有40%的地級市資源環境承載力高于西南地區平均值.2004 年這些城市主要分布在重慶市、成都市、綿陽市、雅安市、遵義市、安順市、曲靖市、保山市、麗江市、普洱市和臨滄市，這些城市中既有成渝、貴安、遵義等都市圈城市，也有發展水平相對落后的滇西南地區.2018 年大部分城市仍高于西南地區資源承載力平均值，貴陽市、六盤水市、廣元市3 個城市由2004 年的低于平均值調整為2018 年的高于西南地區平均值，但是重慶市資源環境承載力卻略低于西南地區平均值，其資源狀況指數低于西南地區平均值，環境壓力和環境治理指數與西南地區平均值相當.成都市、貴陽市、六盤水市的環境治理指數均高于西南地區平均值，而資源狀況和環境壓力指數與西南地區平均值相近；其他城市的資源狀況指數遠高于西南地區平均值，而環境壓力、環境治理指數與西南地區平均值相近.2018 年西南地區資源環境承載力處于0.3 以下的城市中，攀枝花市、內江市、宜賓市、玉溪市等工業型城市資源環境承載力指數較低，比西南地區平均值低近20%，主要由于資源狀況和環境治理指數較低所致.

圖4 2004 年和2018 年西南地區城市資源環境承載力變化情況Fig.4 Changes of resources and environment carrying capacity index in southwest China in 2004 and 2018

2.3 耦合協調度的時空變化

由圖5 可見，西南地區綜合城鎮化與資源環境承載力的耦合度由西部大開發初期的0.47 升至“十三五”時期的0.49，表明該階段整體處于磨合狀態.耦合度和發展度決定了耦合協調度的時間序列呈緩慢增長態勢，綜合城鎮化指數與資源環境承載力指數的差距逐漸縮小，基本扭轉了城鎮化滯后發展的狀況，促進了兩個系統的協調性，但仍未擺脫綜合城鎮化與資源環境承載力雙低發展度的困境，導致西南地區耦合協調度一直處于低度耦合協調階段，顯示兩大系統沒有形成良性耦合協調甚至出現相互掣肘的局面.

圖5 2004—2018 年西南地區耦合協調度變化情況Fig.5 Change of the coupling coordination degree in southwest China during 2004 to 2018

由圖6 可見：從耦合協調度的空間差異來看，2004 年西南地區僅成都市和昆明市的耦合協調度達到0.4，處于由低度向中度耦合協調階段邁進的階段；其他城市均處于低度耦合協調階段.2018 年西南地區僅成都市、貴陽市的耦合協調度達到0.50，進入中度耦合協調階段；大部分城市處于低度向中度耦合協調邁進階段；達州市、巴中市、昭通市的耦合協調度較低，均為0.33.整體來看，西南地區耦合協調度發展水平在空間上差距較小，呈現都市圈高、省際交界地區低的地域特征.許多城市的耦合協調度提高得益于城鎮化綜合發展指數與資源環境承載力指數差距的縮小.一方面，由于國家“十一五”以來推動西部大開發，山地城市基礎設施條件改善和城市經濟發展，城鎮化進程加快；另一方面，很多山地城市依托資源環境優勢走綠色發展道路，既加大了生態環境保護又發展了特色經濟，使得近年來西南地區社會經濟發展成績顯著，耦合協調度逐漸提高.

圖6 2004 年和2018 年西南地區耦合協調度Fig.6 The type of coupling coordination degree in southwest China in 2004 and 2018

3 結論與展望

a)研究期間，西南地區綜合城鎮化指數和資源環境承載力均呈增長趨勢，二者差距逐漸縮小，表明山地城鎮化與城市生態環境保護總體向好.綜合城鎮化空間差異顯著且相對穩定，高值區集中在區域性中心城市及特色經濟城市，而以高山大川為界的省際交界地區則是城鎮化發展的“塌陷地帶”.資源環境承載力空間差異較小，既有平地較多、資源環境承載力和綜合城鎮化水平都較高的城市(如成都市、貴陽市)，也有地形復雜、生態環境優越但欠發達的滇西南地區.但是西南地區綜合城鎮化指數和資源環境承載力整體偏低，人口城鎮化長期滯后，城鎮化發展面臨可持續發展的嚴峻挑戰.另外，重慶市、昆明市和一些工業型城市發展迅速，但財富和人口集聚引起資源承載力低于西南地區平均值的狀況不容忽視.

b)西南地區綜合城鎮化指數和資源環境承載力的耦合協調度表現為穩定增長的態勢，二者之間的關系日趨緊密，但是自然地理區位劣勢導致區域尤其是省際交界地區發展內源動力不足，西南地區長期深陷低度耦合協調階段，兩大系統尚未形成良性互動耦合機制.西南地區耦合協調度空間差異較小，大部分城市處于由低度向中度耦合協調度過渡階段，耦合協調度的提高主要由于綜合城鎮化指數顯著提高，縮小了與資源環境承載力之間的差距；成都市、貴陽市的耦合協調度較高，進入中度耦合協調階段；西南地區耦合協調度較低值出現在達州市、昭通市、保山市.因此，應充分認識到山地城市地理開發條件的復雜性和脆弱性，把握綜合城鎮化與資源環境承載力的互動關系和區域差異性，探索以人為本的綠色城鎮化道路，使兩大系統處于良好的耦合協調狀態，從根本上改變資源環境的整體開發效益低下和資源環境承載壓力攀升的局面[41].

c)山地城鎮化與資源環境承載力之間的協調關系十分復雜，二者之間的耦合狀態和轉化趨勢受到內外多重因素的共同作用.在耦合協調度評價研究的基礎上，進一步挖掘二者之間的關聯效應并建立監控模型將是后續研究的重點.此外，要進一步加強山地城市人口流動規律和省際交界地區發展特征認識，探索山地城鎮化的動力機制和實現路徑.