江西省新型城鎮化與生態環境耦合協調及演變趨勢分析

鄒聿洋，張延飛，丁木華

(1.東華理工大學地球科學學院，330013，南昌；2.東華理工大學理學院，330013，南昌)

0 引言

城鎮化與生態環境耦合協調關系研究一向是學術界關注的焦點，國外學者多從系統演進、影響因子、趨勢預測等角度展開研究。Grossman等通過實證研究，揭示出環境質量與人均收入之間的關系，并首次提出環境庫茲涅茨曲線(EKC)假設[1]；Pearce通過研究城市建設進程不同階段所采取的環境政策，提出了城市發展階段環境對策模型[2]；Deosthali則通過研究城市生態環境變化對城鎮化建設的影響，模擬出二者未來的發展趨勢[3]。國內學者則多基于動態評價、定量測度、動力機制等角度展開研究，王文舉等通過對河南省新型城鎮化及生態環境承載力耦合程度作出動態評價，為探索研究區的可持續發展提出政策與建議[4]；趙建吉等定量測度了黃河流域新型城鎮化與生態環境耦合協調的時空格局及二者的同步發展狀態，并對黃河流域新型城鎮化與生態環境耦合的影響因素進行研究[5]；陳肖飛等以長三角城市群為研究對象，在大地倫理觀指導下基于主體功能區規劃，研究二者的協同發展機制[6]。新型城鎮化與生態環境是一個動態的復合系統，其核心是二者的耦合協調發展，綜上研究發現，多數主要著眼于分析二者間的耦合協調關系，雖注重對其耦合協調關系發展現狀特征的分析，但缺乏對耦合關系的系統性衡量，更忽視了對二者耦合協調關系的動態發展進程與演進趨勢的闡述，難以提供全面客觀的決策參考。

江西省作為國家生態文明先行示范區和生態文明實驗區，具有一定的生態環境優勢[7]，同時國務院已于2020年，設立江西內陸開放型經濟試驗區，這些為其加速推進新型城鎮化建設奠定基礎[8]。因此，在分析二者非線性耦合關系的基礎上，構建耦合協調評價指標體系，利用耦合協調度模型對2010—2019年江西省新型城鎮化與生態環境耦合協調關系進行評價分析。同時，運用系統動力學理論與方法，構建起二者的耦合系統動力學模型，仿真模擬2020—2029年二者耦合關系的演變趨勢，以期為全省制定適宜的發展戰略，引導二者發展水平相適應，以及最終實現綠色、協調、可持續的發展目標提供有力支撐。

1 研究方法

1.1 指標體系構建

結合江西省新型城鎮化發展及生態環境現狀，參考相關文獻[9-11]，以新型城鎮化、生態環境為系統層，以人口城鎮化、經濟城鎮化、社會城鎮化、空間城鎮化以及生態環境壓力、狀態與響應為指標層，初步選取24項具體指標，經由多重共線分析法處理，剔除3項冗余指標，構建起江西省新型城鎮化與生態環境耦合協調評價指標體系，如表1所示。

表1 江西省新型城鎮化與生態環境耦合協調評價指標體系

1.2 數據來源與預處理

數據來源于《中國統計年鑒》(2010—2020年)、《江西省統計年鑒》(2010—2020年)、《江西省環境狀況公報》(2010—2020年)及國家統計局網站。

本文采用極差變換法對數據進行無量綱化處理，假設對m個區域的評價指標有n個，第i個區域的第i個指標原始數據表示為xij，0≤i≤m,0≤j≤n。正向指標按：yij=[xij-min(xij)]/[max(xij)-min(xij)]；逆向指標按：yij=[max(xij)-xij]/[max(xij)-min(xij)]，其中：yij為原始數據xij的無量綱化值，min(xij),min(xij)分別為所在屬性最大值及最小值。

1.3 綜合評價模型

1.3.1 平移修正信息熵確定權重 “熵”概念源于熱力學，度量系統的無序程度和數據所提供的有效信息，信息熵越小，信息的有效性越強，系統中指標所占的權重越大；反之，信息熵越大，權重就越小。計算過程如下。

1)標準化樣本平移修正計算：

(1)

式中：yij為標準化樣本數據，pij為平移后的特征比重。

2)指標信息熵計算：

(2)

3)指標權重計算：

漸進式專業認知教育既注重科學理論方法的學習，又注重與實際問題密切相關的實踐教學，達到理論與實踐相統一。既要努力學習專業知識，夯實理論基礎，又要開展課外專業實踐和科技競賽，增強其動手能力；既要通過專業的前沿講座來加強學生對專業發展的了解，又要走訪企業來促進個人發展。

(3)

式中：信息熵冗余度為dj=1-ej。

4)評價得分計算：

(4)

1.3.2 耦合協調度評價 本文擬用物理學中的容量耦合理論和容量耦合系數模型，測度江西省新型城鎮化與生態環境系統之間的耦合協調程度。U1為江西省新型城鎮化建設的評價指數，U2為江西省生態環境發展的評價指數，C為系統耦合度，K為調節系數，實際運用時應使K≥2，本文取其為2[12]，則系統耦合度模型為：

C={(U1×U2)/[(U1+U2)/2]2}2

(5)

式中：C∈[0,1]，C為0時，新型城鎮化與生態環境處于無關聯狀態，系統逐步走向無序；C∈(0, 0.3]時，表征二者耦合水平極低；C∈(0.3, 0.5]時，表現為拮抗階段；C∈(0.5, 0.8]時，為磨合階段；C∈(0.8, 1]時，耦合水平極高。此外，為了比較客觀反映出系統間的互動狀況，補充構建系統交互耦合的協調度模型，藉此來充分表征江西省新型城鎮化與生態環境的發展水平及協調特征：

T=αU1+βU2

(6)

(7)

式中：T為新型城鎮化與生態環境發展的綜合協調指數；α、β為待定參數，分別表示2個子系統對耦合發展的作用程度。此處根據已有的研究做法及實際需要[13-14]，認為彼此耦合的互促作用是對等的，因此取α、β均為0.5。D為耦合協調度，其越大，二者協調發展越好[15]。新型城鎮化與生態環境系統耦合協調度分類標準及特征如表2所示。

表2 新型城鎮化與生態環境耦合協調類型及發展特征

1.4 耦合SD趨勢分析模型

系統動力學是將系統科學理論與計算機仿真緊密結合、研究系統反饋結構與行為的一門科學，由美國麻省理工學院的J.W.Forrester教授于1956年提出[16]。其構建流程大致分為以下幾步：首先，明確研究對象、內容及問題，確定系統邊界；其次，劃分研究對象為若干子系統，建立系統間因果關系網絡，構造流圖與變量方程；最后，檢驗已構建模型，進行模擬與分析。

2 江西省新型城鎮化與生態環境耦合協調評價分析

依據江西省新型城鎮化與生態環境耦合協調評價指標體系(表2)，由公式(1)～(7)分別計算出2010—2019年間江西省新型城鎮化與生態環境發展水平綜合得分及其耦合協調類型與發展特征(表3)。

表3 2010—2019年江西省新型城鎮化與生態環境耦合協調評價結果及類型

1)從新型城鎮化建設角度來看，2010—2019年間江西省新型城鎮化建設水平呈現上升趨勢，且于2019年達到此時段的峰值，這主要得益于江西省人口、經濟、社會、空間四方面綜合發展水平的迅速提升，其中對經濟起關鍵作用的低成本優勢日趨穩固，主要依靠資源、勞動力等要素投入推動經濟發展的動力增強，促進江西省人均GDP與地均GDP日漸上升，經濟上行趨勢開始顯現，2010—2019年，江西省萬人中衛生技術人員數、萬人中普通高等學校在校生數、萬人擁有公共汽車數分別提升了65.71%、79.05%、113.92%，同樣也體現了江西省大力完善社會公共服務體系所帶來的紅利；另一方面，隨著全省人民生活水平的逐年提升，從事批發和零售、住宿和餐飲、金融及房地產業等第三產業的人數增加，使得江西省第三產業從業人數占比于2019年達到此時段的峰值，在上述因素的作用下，江西省新型城鎮化建設處于加速推進階段。

2)從生態環境發展角度來看，江西省生態環境發展較于新型城鎮化建設始終處于較高水平，這主要得益于江西省不斷通過完善環境治理責任體系、強化環境要素支撐保障、優化環境保護監管來加大生態環境保護力度，提高污染治理能力。2019年江西省工業廢水排放量較2010年降幅接近50%，人均公共綠地面積漲幅超過70%，城市污水集中處理率接近提升20%，環境污染整治成效顯著。上述多方因素結合，促使江西省生態環境發展水平綜合得分從2010年的0.150 7提升至2019年的0.965 3。

3)從二者的耦合協調度角度來看，江西省初期處于不協調類別中的中度失調階段，主要原因在于城市基礎設施及自身公共服務體系的建設周期與反饋時間長，從而導致了前期低水平不合理的新型城鎮化發展，進而與生態環境的發展水平拉開差距，致使二者發展不協調。但至中后期，各類城市建設開始發揮效用，在此期間，江西省建成區面積不斷擴大，第三產業增加值占GDP比重也逐年上漲，這些都極大地促進了江西省新型城鎮化建設水平的提升，從而使得二者間的耦合協調關系轉變為協調發展類別中的高度協調。

3 新型城鎮化與生態環境耦合演變趨勢分析

3.1 系統動力學模型構建

近年來系統動力學已成功應用于經濟[17-18]、社會發展[19-20]和生態環保[21-23]等領域的戰略分析。因此，本文將新型城鎮化與生態環境2個子系統作為一個具有多重反饋回路的動態復雜系統來研究，并經因果關系梳理分析得出，二者主要通過建成區綠化覆蓋面積、人口總量、工業“三廢”等變量相互作用與制約。最終，涵蓋多要素、多模塊的江西省新型城鎮化與生態環境耦合系統動力學模型構建如下(圖1)[24]。

圖1 江西省新型城鎮化與生態環境耦合系統動力學模型

3.2 系統動力學模型仿真模擬檢驗

本文通過采用真實性檢驗對仿真模型的直觀性、有效性進行檢驗，即以2009年為初始年，設置時間步長為1 a，仿真模擬了2010—2029年江西省人均GDP、建成區面積等變量的模擬值，并進行歷史性檢驗，結果表明，相關變量的系統仿真模擬值誤差率均在±5%以內，反映出構建的仿真模型具有較好的模擬能力(表4)，也表明仿真模型行為與江西省新型城鎮化與生態環境實際狀況的發展變化相吻合，表明該模型具有一定的實用性。

表4 仿真模型檢驗結果

3.3 模型仿真結果分析

在仿真模型的真實性檢驗基礎上，以2019年為現狀年，設置模擬步長為1 a，模擬時段為2020—2029年，對江西省新型城鎮化與生態環境的演變趨勢進行仿真模擬分析，部分仿真模擬結果如表5所示。

表5 2020—2029江西省新型城鎮化與生態環境演進趨勢仿真結果

依據模型仿真結果，結合江西省新型城鎮化與生態環境耦合協調評價指標體系及式(1)～(7)，對江西省2020—2029年的新型城鎮化與生態環境演進趨勢變化情況進行量化分析，計算耦合協調度，并判斷耦合協調類型及發展特征。結果如表6所示。

表6 2020-2029年江西省新型城鎮化與生態環境耦合協調結果

由表6可知：1)從新型城鎮化的發展角度來看，江西省新型城鎮化評價指數在2020—2029年間呈現穩定上升態勢，由2020年的0.077 1持續上漲至2029年的0.915 6，提高了近11倍。江西省新型城鎮化發展水平的上升，主要與其社會城鎮化和空間城鎮化發展水平的顯著提升息息相關。江西省在堅持走好中國特色社會主義教育發展的道路上，加快推進教育現代化、建設教育強省、辦好公辦、民辦等多種教育形式、完善醫療、交通等各類公共服務設施，使得江西省萬人中普通高等學校在校生數與萬人中衛生技術人員數分別由2020年的308.91人、60.18人上升至2029年的543.29人、105.24人。另外，江西省在堅持新發展，加快實施以促進人的城鎮化為核心、以提高質量為導向的新型城鎮化戰略理念下，逐步提高農業轉移人口市民化質量，增強大都市圈、省域副中心城市等綜合承載、資源優化配置能力，使得人口城鎮化與經濟城鎮發展水平得到了一定提升，城市建成區面積也由1 670.61 km2增長為2 373.69 km2，進而促進江西省新型城鎮化發展水平向更好更高的態勢發展。2)從生態環境的發展角度來看，江西省生態環境評價指數在2020—2029年同樣呈現穩定上升趨勢，即由2020年的0.168 6上升至2029年的0.955 4，生態環境發展表現出由低到高的動態變化。工業廢氣、廢水、固廢排放量分別由2020年的15 285.30億m3、34 273.40萬t、4 960.44萬t逐步降至2029年的13 855.30 億m3、17 329.00萬t、1 336.37萬t，工業“三廢”污染情況得到有效治理。再者，隨著國民環保意識的加強與財政收入的增加，用于工業污染治理的投入也由2020年的19.05億元上升至2029年的40.99億元，漲幅超過2倍，污染亂象整治力度進一步得到增強。3)從系統耦合協調度的角度來看，2020—2029年江西省新型城鎮化與生態環境耦合協調度由初始的0.301 9升至末年的0.966 8，耦合協調類別也由不協調階段中的中度失調轉為協調發展階段中的高度協調。進一步研究表明，江西省新型城鎮化與生態環境的耦合協調特征在前2 a與后5 a為均同步型，而在2022—2024年間，二者耦合協調特征表現為新型城鎮化滯后型。系統耦合協調度由不協調逐步轉型為協調發展，這主要得益于江西省在新型城鎮化建設中，積極貫徹落實以交通主通道為軸線，努力打造“一群兩帶三區”的城鎮布局主骨架的建設理念，使得江西省人均城市道路面積由2020年的5.76 m2增加至2029年的11.62 m2；另一方面，由省委省政府提出構建的“龍頭昂起、兩翼齊飛、蘇區振興、綠色崛起”發展格局，也進一步推動了江西省新型城鎮化對生態環境的響應逐步正向化，新型城鎮化對生態環境發展開始展現出“促進”作用。

4 結論與對策

4.1 結論

本文在分析江西省新型城鎮化與生態環境二者非線性耦合關系的基礎上，結合耦合協調度模型，對2010—2019年江西省新型城鎮化與生態環境耦合協調關系進行評價分析。同時，運用系統動力學理論與方法，構建起江西省新型城鎮化與生態環境耦合系統動力學仿真模型，評價分析2020—2029年江西省新型城鎮化與生態環境耦合協調關系的演變趨勢。研究結論如下。

1)在前10 a研究時段內，江西省生態環境發展水平相較于新型城鎮化建設水平，優勢作用明顯，表明全省環境資源稟賦較好，生態發展充滿動力。反觀新型城鎮化發展，其建設水平雖逐年上漲，但仍一定程度落后于生態環境，表明經濟、人口、社會及空間的推動效能仍有待提升。此外，鑒于城鎮化與生態環境子系統發展水平的同步提升，耦合協調特征也由伊始的不協調類別中的中度失調，轉變為協調發展類別中的高度協調，即二者協調發展態勢逐步向好。

2)在后10 a模擬預測時段內，得益于江西省工業“三廢”的逐年降低，以及城市污水集中處理率與一般工業固體廢物綜合利用率的穩步提升，環境壓力下降明顯，環境狀態顯著改善，生態環境發展態勢愈發向好。同時，也因環境質量的改善，新型城鎮化建設水平也于此時段上升明顯，表明生態環境發展的良好推動，是城鎮化建設強有力的支撐。至此，全省耦合協調度也由不協調類別中的中度失調轉變為協調發展類別中的高度協調，即在未來江西省新型城鎮化與生態環境的發展將更加穩定、協調。

4.2 對策

通過對江西省新型城鎮化與生態環境耦合協調關系在當前與未來時期的研判，從推動新發展理念下的新型城鎮化建設[25]與新時期生態環境發展的角度出發，提出以下對策。

1)以創新發展理念推進江西省新型城鎮化建設。促進空間結構發展模式創新，合理規劃省域空間布局，調整城市空間布局；推動服務機制創新，促進人口結構優化，完善公共服務體系，持續推進基本公共服務均等化，破除城鄉二元制壁壘，增進民生福祉，優化產業布局，形成發展新方式，構建發展新格局，提升發展新動能。

2)以綠色發展理念指導江西省生態環境保護開發[26]。改變粗放式發展模式，加大污染治理投入，依托環保產業集群開發新技術，降低發展環境成本與資源代價，不搞大開發，利用環境稟賦，發展優勢特色農業。以“資源節約型”和“環境友好型”為標準，建立綠色發展長效機制，發揮生態環境自身效應，做好江西省新時代社會主義生態文明建設。

3)以協調發展理念推動江西省新型城鎮化與生態環境共建共享。注重推進綠色城市建設，打造生態宜居示范區，改變單一追求城市發展理念，以綠色文化為倡導，構建合理城市社會結構，以生態環境為抓手，提高城市生態系統功能，從而實現區域尺度的可持續發展與二者的優質耦合協調。