西北四省區城鎮化與生態環境耦合協調及其驅動因素分析

郭文強，金 夢

(新疆財經大學信息管理學院，新疆 烏魯木齊 830012)

城鎮化的本質是經濟、社會、人口和空間結構變化的復雜過程，是一個國家或地區實現工業化和現代化的必經之路[1]．1978年12月，我國實行改革開放政策，經濟由此得到飛速發展，城鎮化進程也不斷加快．1978—2019年，我國城鎮化率從17.9%增長至60.6%．在城鎮化進程不斷加快的過程中，人口集聚所造成的水、土以及空氣污染等環境破壞問題日益凸顯，嚴重超過了環境的承載能力．面對這一系列問題，黨的十八大明確提出“新型城鎮化”，并指出城鎮化不再單純是城市規模擴大和人口數量增加，而是以人為核心的城鎮化，實現可持續發展的城鎮化．2014年3月，國家新型城鎮化規劃(2014—2020年)進一步指出資源環境制約著城鎮化的發展，以犧牲生態環境為代價的城鎮化發展模式不可取．十九大報告提出要建立人與自然和諧共生的現代化．在此情形下，研究城鎮化與環境之間如何協同發展，開展兩者之間的耦合研究，已成為學術界的研究熱點和難點．

西方發達國家對此研究較早，霍華德[2]指出要協調城市與生態環境的關系，即“田園城市”理論．直至20世紀50年代，才開始以專項論題來研究城鎮化與生態環境的關系[3]．David等[4]提出PSR模型，隨后，OECD、UNEP指出從“壓力-狀態-響應”的角度測度和分析全球環境與人類活動的關系[5]．Grossman等[6]提出了Environment Kuznets Curve，該曲線描述了城市經濟水平與生態環境質量之間呈現倒“U”型演變規律．此后OECD[7]提出脫鉤理論，指出經濟的發展對環境所造成的壓力可能會先增大到一個最大值后下降．國內研究較晚，研究內容主要從城鎮化與生態環境的耦合機制與規律[8]、耦合關系[9]、耦合分析與預測[10-11]、耦合的時空格局[12]和影響因素分析[13]等方面進行研究．研究方法主要包括耦合協調度分析、空間自相關、地理探測器、系統動力學模型、灰色關聯分析等．例如,楊亮潔等[14]運用耦合協調模型、脫鉤模型，象限分析等方法對成渝城市群城鎮化與生態環境交互作用類型、演化路徑進行研究;任亞文等[15]建立長江經濟帶三大城市群空間自相關模型，并運用地理探測器對不同城市城鎮化與生態環境之間耦合的關鍵因素的差異進行分析;吉婷婷等[16]以江淮生態大走廊為對象，建立耦合協調模型探究其城市化與生態環境耦合現狀，同時運用灰色關聯分析法找出其影響因素,研究范圍主要是全國[17]、中部地區[18]、黃河流域[19]、長江經濟帶[20]、京津冀[21]以及各個省[22]或地級市、縣[23-24]等．

經過梳理可知，研究區域主要集中在經濟較發達地區，而對西北地區研究匱乏．目前，城鎮化與生態環境在耦合關系、耦合規律以及時空差異方面研究頗豐，但對其耦合水平的驅動因素研究不足．故文中以新疆、寧夏、青海和甘肅四省區為研究對象，研究該地區城鎮化與生態環境耦合水平及地區差異，進一步運用隨機效應面板Tobit模型來探討相關因素對二者耦合水平的影響程度．

1 研究區概況

西北四省區是我國畜牧業基地，擁有煤炭、石油、鐵等豐富的礦產資源且地理位置極其重要，是絲綢之路經濟帶的核心地區，面積約287.94×104km2(新疆維吾爾自治區概況．新疆維吾爾自治區人民政府網，地理地貌．甘肅省人民政府，青海省總體概況．青海省人民政府，寧夏概況．寧夏回族自治區人民政府)，約占全國面積的29.99%(2020年《中國統計年鑒》)．全區以高原、沙漠、盆地、山地等地形為主，由于深居內陸，有高山與高原阻攔，且距海遙遠，致使其降水量常年稀少，該區多屬于大陸性干旱和半干旱氣候以及高寒氣候且氣溫有很大的日較差和年較差．2019年，全區人口總量6 473萬人，城鎮人口3 346萬人，人口城鎮化率51.69%，低于全國60.60%的城鎮化水平；全區GDP總量29 029.84億元，人均GDP為44 847.58元，比全國平均水平低36.74%(2020年《中國統計年鑒》)．全區城鎮化水平較低，經濟相對落后，我國高度重視西部地區發展，從1996年東西扶貧協作戰略到2000年西部大開發戰略，再到成為絲綢之路經濟帶核心區，城鎮化水平加速提升給四省區生態環境帶來破壞，故應加強生態環境的保護，以確保城鎮化與環境協調共進．

2 研究方法和數據來源

2.1 數據來源

文中數據源于2011—2020年《中國統計年鑒》、《寧夏統計年鑒》、《甘肅發展年鑒》、《新疆統計年鑒》、《青海統計年鑒》以及2010—2019年各省區的國民經濟與社會發展統計公報．

2.2 構建指標體系

采用熵值法計算四省區各指標權重，由于四省區權重數值過多，這里沒有呈現．借鑒前人成果[25-27]，并結合全區實際情況，同時考慮科學性、全面性以及數據能否準確獲取等因素，選取GDP、城鎮化率等12項指標來反映經濟、人口、空間和社會城鎮化水平以及各省份的綜合城鎮化水平；選取煙(粉)塵排放量、生活垃圾清運量等9項指標來反映生態環境狀態、壓力和響應水平，具體如表1所示．

表1 城鎮化與生態環境協調發展評價指標體系Tab 1 Evaluation index system of coordinated developmentof urbanization and eco-environment

2.3 研究方法

為更加科學且全面的評價西北四省區城鎮化與生態環境的耦合水平，按計算順序，研究所用模型依次為：極差法、熵值法、綜合指數法、耦合度與耦合協調度模型以及相對發展模型，具體的計算公式[28]162和模型釋義如下：

極差法：正向指標

(1)

負向指標

(2)

其中，Zi為標準值；Xi為第i個指標在10年中的初始值；maxXi,minXi為第i個指標在10個初始值中最大、最小值．

熵值法：

其中，Pij為第j個指標在第i年的占比;Ej,Wj為第j個指標的熵、權重;(3)式Zj加上0.01是為了避免分母為零而導致Pij無意義的情況．

綜合發展指數：

其中，Ui,Ei分別為第i年城鎮化、生態環境綜合功效．

耦合度：

(8)

Ci為耦合度，C∈[0，1]．C∈[0，0.3]為低水平耦合；C∈(0.3，0.5]為拮抗狀態；C∈(0.5，0.8]為磨合狀態；C∈(0.8，1]為高水平耦合．變化(8)式是由于文中只有兩個系統，故只列出兩系統情況下的計算公式．

耦合協調度：

相對發展模型：

其中，γ為相對發展度.γ∈(0，0.9]為城鎮化滯后；γ∈(0.9，1.1]為兩者同步發展；γ∈(1.1，+∞)為城鎮化超前．

3 結果分析

3.1 綜合發展水平的時序特征

將標準化后的數據代入熵值法公式，得到各指標權重，再運用綜合發展指數公式計算得四省區10年間各項指標的Ui與Ei，為使結果清晰可見，將其繪制成圖1和圖2．從圖1可以看出，2010—2019年，四省區城鎮化發展水平偏低，但總體上保持不斷上升的狀態，可知四省區經濟發展相對落后，城鎮化水平仍有待提升．2010年，寧夏的城鎮化水平最低，其次到甘肅和新疆，青海的城鎮化水平最高，其中甘肅和新疆的城鎮化水平非常接近，二者僅差0.0008；此后6年，各省份城鎮化水平快速提升，增長速率從大到小依次為寧夏、甘肅、新疆、青海；最后4年，新疆的城鎮化水平突飛猛進，由2016年的位列第三發展到2019年位居第一，青海城鎮化速率較快，4年間由第四發展到第二，甘肅在2016—2019年雖持續增長，但趨勢穩定，由2016年位列第二發展到2019年位居第三，寧夏的城鎮化增長速率最慢，由第一發展成第四．從圖2可以看出，2010—2019年，四省區生態環境水平在不同程度上均得到改善，但改善的程度不高，這是由于西北地區氣候條件較差，生態環境本身比較脆弱，加上城鎮化的發展對其造成的壓力，致使生態環境在短時間內難以得到有效提升．2010—2019年，甘肅的生態環境得到持續改善，且在2019年位居第一，青海和寧夏的生態環境呈波動發展趨勢，波動幅度稍大，2019年分別位居第二和第三，新疆生態環境在2010—2013年不斷下降，隨后6年雖一直提升，但2019年生態環境水平位居最末．

圖1 城鎮化綜合評價指數Fig 1 Comprehensive evaluation index of urbanization

圖2 生態環境綜合評價指數Fig 2 Comprehensive evaluation index of eco-environment

根據Ui與Ei值可得相對發展度，結果如表2所示，結合(11)式，從縱向來看，甘肅2010—2012年屬于城鎮化滯后型，2013年城鎮化與生態環境同步發展，2014—2016年城鎮化超前，生態環境滯后，為推進城鎮化進程，同時遵循客觀規律，2014年甘肅省頒布《甘肅省新型城鎮化規劃(2014—2020年)》，使得2017—2019，城鎮化與生態環境一直同步發展；寧夏除2011年外，在2010—2013年屬于城鎮化滯后型，2014年二者同步發展，2015—2019年，在城鎮化超前，同步發展，城鎮化滯后三種類型中交替發展，說明寧夏生態環境與城鎮化發展不協調；除2010年外，青海省在前5年屬于城鎮化滯后型，而此后5年，除2016年，其生態環境滯后于城鎮化；新疆在2010—2013年城鎮化滯后于生態環境，隨后6年除2014和2016年二者同步發展，其余年份生態環境滯后于城鎮化水平．從縱向來看各省份從2010—2013年，除寧夏在2011年有變動，其余各省均為城鎮化滯后型；2013年甘肅首先處于同步發展狀態，2014年甘肅屬于城鎮化超前，寧夏與新疆的城鎮化和生態環境同步發展，青海為城鎮化滯后型；2014年后各省份相對發展類型雖有變動，但大多以城鎮化超前為主，這說明西北地區城鎮化發展速度過快，對環境保護的支撐力度不足．

表2 相對發展度Tab 2 Relative development degree

3.2 城鎮化子系統分析比較

各系統分指數的計算與綜合發展水平計算方式相似，計算結果如圖3．由圖3可知，從經濟城鎮化角度來看，四省區均呈不同程度的波動上升趨勢，其中甘肅波動最大且多數年份位居首位；青海波動幅度最小，2010—2016年波動上升至峰值，隨后小幅波動下降，且在2019年處于最末水平；新疆與寧夏的發展態勢相近，呈相對平穩的上升狀態，總體來看，10年間甘肅發展水平最高，主要源于其GDP以及工業增加值等較高促進了經濟發展，隨后為新疆、寧夏、青海．西北四省區人口城鎮化水平增長趨勢一致，但總體水平偏低，說明西北地區地廣人稀，各省份應當注重產業升級和多元發展，頒布優勢政策，吸引人口往西部流動．從空間城鎮化角度來看，在2017年以前，青海的空間城鎮化水平最低，然后到新疆和甘肅，寧夏最高，這主要源于6年間寧夏城鎮化水平增長速率高于其他三省，青海的速率最低，寧夏城鎮化快速發展使得人口集中且用地相對緊張同時對環境也造成一定的壓力，使得寧夏在未來4年空間城鎮化發展減緩，其余各省由于發展速率前期偏低，故加快城鎮化進程，外加絲綢之路經濟帶的提出，使得三省空間城鎮化得到發展，且青海發展最快．從社會城鎮化角度來看，10年間，新疆大體位居第一，青海次之，然后到甘肅和寧夏，主要因為教育、醫療以及基礎設施等社會資源本身就存在區域差異，且新疆普通高等學校在校人數以及社會消費品零售總額在10年間均較高．由此可見應當從社會和經濟兩方面重點突破，注重增加社會福利以及改善人民的生活水平，不斷提升居民可支配收入從而提升西北地區城鎮化水平．

圖3 城鎮化子系統分指數Fig 3 Sub-index of urbanization subsystem

3.3 生態環境子系統分析比較

文中從生態環境狀態、壓力和響應三個角度來分析四省區生態環境現狀，從圖4可知，生態環境狀態在10年中一直處于波動上升狀態，在2010—2014年，生態環境狀態水平大致在0.02附近上下浮動，2015—2017年生態狀況為：新疆>寧夏>甘肅>青海，隨后兩年，寧夏的生態狀況改善效果明顯，位居首位，其次為新疆，青海和甘肅，這是由于寧夏建成區綠化覆蓋率以及人均公園綠地面積均較高，生態狀況得到很好的提升．生態壓力方面，前4年，新疆環境壓力最大，寧夏最小，這段期間新疆煙粉塵排放量很高，而寧夏偏低；此后3年，四省區環境壓力趨同，大致在0.02左右；2017—2019年，甘肅的生態環境壓力突然增大，躍居第一，新疆成為壓力最小的省份，這說明新疆意識到環境治理的重要性，空氣污染物排放顯著降低，而甘肅的污染物排放量在2019年高達64.94萬噸．迫于環境壓力，各省份均采取措施應對環境的惡化，10年間，四省的生態環境響應水平雖浮動較大，但總體處于上升狀態，大體上可看出甘肅的響應水平最高，青海與新疆次之，寧夏響應水平最低，這是因為甘肅省有很高的生活垃圾清運量，對垃圾進行無害化處理，處理率在2019年達到100%，并投入大量資金來治理工業污染，同時大面積植樹造林等，而寧夏在各方面表現較弱，致使其響應水平總體最低．

圖4 生態環境子系統分指數Fig 4 Sub-index of eco-environment subsystem

3.4 耦合度及耦合協調度的時空演變

由(8)～(10)式可得各省區兩系統耦合度與協調度，并繪制圖5．從圖5可知，四省區在2011—2019屬于高水平耦合狀態，說明各省城鎮化與環境彼此之間相互作用很強．自2000年，西部大開發戰略的提出，國家投資向西部傾斜，注重教育、基礎設施、生態環境以及交通等方面的建設；2010年國家在西部地區發展支線機場，進一步修建陸橋通道以及東西通道的鐵路，繼續加大對基礎設施等的投資；2012年，國務院通過《西部大開發“十二五規劃”》，更加注重因地制宜和發揮區域比較優勢，突出交通與水利關鍵環節，注重生態建設，鞏固和發展退耕還林還草以及水污染防治，發展特色經濟．經過十多年的努力，西部地區在2010年耦合度差異較大，青海超過0.99，新疆為0.74，甘肅最低，僅為0.37，但易看出2011年各省耦合度差異明顯縮小，說明兩系統關聯度愈來愈強.此后各年四省區耦合度大體穩定在0.98左右，從而進入瓶頸期．四省區的協調度在10年間基本處于穩步上升態勢，個別年份雖有波動，但幅度不大，且各省耦合協調度值偏低，2019年各省也僅在0.40～0.44之間．近年來，各省區設立生態建設專項資金，對生態進行修復，建立生態補償機制，實施退耕還林還草，建立天然防護林，水資源污染治理與防護，草原生態保護補助，土地荒漠化修復等工程，大氣污染也得到了明顯改善，從而夯實了城鎮化建設的基礎．而隨著城鎮化持續推進，社會福利不斷完善，人口不斷集中，產業結構不斷優化，經濟快速發展，人民生活水平不斷提升，從而為環境保護提供強有力的支撐．基于此，城鎮化與生態環境的耦合協調度水平一直穩步上升．而由于西北地區環境本身相對脆弱，城鎮化雖得到發展，但與東部相比仍相差較大，故其耦合協調度值總體偏低．

圖5 耦合度及耦合協調度時序演化Fig 5 Temporal evolution of coupling degree andcoupling coordination degree

根據D的等級劃分可知，2010—2012年四省區均為初級協調等級，這說明各省區的城鎮化與生態環境協調狀態起點不佳，城鎮化發展速度緩慢．2013年，寧夏首先邁入中級協調狀態，2014年，青海也進入中級協調行列，2015年，寧夏與青海返回初級協調狀態，這是因為2015年，寧夏與青海生態環境遭到破壞，生態環境綜合水平下降幅度大，難以承受城鎮化的發展速度，使得兩系統協調等級有所回落，而此時新疆首次邁入中級協調行列．2016年，四省區均進入中級協調等級，耦合協調度在未來3年雖一直增加，但始終未突破中級協調進入中高級協調隊列，這說明4省區兩系統的協調度在不斷改善，但受到偏低的城鎮化和生態環境水平的制約，一直未能向更理想的狀態發展．

3.5 耦合協調度動因分析

3.5.1 選取變量 借鑒前人研究[28-29]，并結合四省區實情，選擇對外開放度(open)、工業化水平(indu)、科技投入(tech)、政府能力(gov)、產業結構(stru)為研究對象，探討各指標對四省區兩系統耦合協調度的影響機制，相關指標解釋見表3．

表3 耦合協調度動力因素表Tab 3 Dynamic factors of coupling and coordination degree

四省區D∈[0，1]，因變量受到限制，符合Tobit回歸條件．本次研究選擇隨機效應面板Tobit模型，與傳統Tobit模型相比，其可得一致估計的結果．模型如下：

其中，i和t為四省區和年份;c為常數項；εit為隨機擾動項.使用Stata 16做上文所述的回歸，可得表4．

表4 回歸結果Tab 4 Regression results

3.5.2 結果分析 由表5可知對外開放度和工業化水平對西北四省區的影響不顯著，科技投入、政府能力以及產業結構均通過了1%的顯著性檢驗，變量tech、gov和stru的回歸系數分別為0.105、0.004和0.002，可知三者均可推動四省區城鎮化與環境的協調發展．首先，這說明科技進步與創新能改善人民生活水平，加速城鎮化進程，同時可不斷提升能源的利用效率，減少不必要的損耗，從而降低對生態環境的破壞和擾動；其次，各省區在依靠市場對資源進行配置的同時，還要充分發揮好政府在市場中的宏觀調控作用，提高資源利用效率，避免資源浪費，從而縮小與發達地區的差距，促進各省區協調發展；最后，推進產業轉型升級，發展二三產業，不斷優化產業結構，對工業進行升級改造，大力發展旅游等服務行業，可推進經濟發展，為西北四省區的城鎮化發展提供動力．

4 結論與政策建議

4.1 結論

文中研究借助物理學中耦合概念，運用耦合模型與Tobit模型定量分析了四省區兩系統耦合現狀及其驅動因素情況，結論如下：

1)四省區城鎮化與生態環境的綜合水平總體發展趨勢向好，但水平偏低，在研究初期均為城鎮化滯后型，研究期間，除青海外，其他三省區均有同步發展階段，研究期末，青海、寧夏和新疆三省區屬于城鎮化超前，而甘肅處于同步發展時期．

2)四省區城鎮化子系統的分指數表現為不同程度的波動上升趨勢，但數值不高；環境子系統中，狀態子系統分指數呈波動上升趨勢，壓力子系統中除新疆的生態壓力波動下降外，甘肅、寧夏和青海對環境的壓力均有增加，研究期內，四省區響應程度從大到小大體為甘肅>青海>新疆>寧夏．

3)四省區耦合度在2010年差距較大，2011年明顯減小，此后，耦合度值基本維持在0.98左右，處于高水平耦合狀態，從而進入瓶頸期．各省區的耦合協調度在個別年份雖有輕微波動，但仍處于上升態勢，在2019年各省區均超過0.4，但未突破0.5．

4)對外開放度、工業化水平未通過顯著性檢驗，科技投入、政府能力和產業結構三者均通過1%顯著性檢驗，且科技投入的回歸系數大于政府能力與產業結構之和，這說明科技投入、政府能力以及產業結構對四省區兩系統的耦合協調發展起到積極作用，且科技投入的作用更加顯著．

4.2 政策建議

西北地區城鎮化與生態環境水平多年來一直落后于全國平均水平，為促進西部地區發展，縮小與東部地區差距，文中提出以下幾點建議.

1)西北四省區應當牢牢抓住絲綢之路核心區的戰略優勢，加速產業轉型升級，不斷優化產業結構，因地制宜發展地方特色產業，實現農業現代化，推進畜牧業產業化和品牌化從而為二、三產業提供強有力的支撐；依托豐富的礦產資源，摒棄傳統粗放式開發方式，采用先進技術，以市場為導向，有組織有計劃進行開采，走規模化道路；充分利用旅游資源，發展綠色旅游產業，完善地方交通運輸、教育、郵電、衛生等基礎設施的建設，從而穩步推進城鎮化進程．

2)西北地區雖地大物博，但以破壞環境為代價來拉動經濟的方式不可取．首先要轉變人們的思維方式，培養環保意識，明確綠水青山就是金山銀山，地方政府應當鼓勵各企事業單位，學校等定期組織環保志愿活動，在全社會宣傳保護環境的重要性，使得環保理念深入人心；其次，四省區應當積極落實與環保相關的法律法規，明確責權，嚴格懲治破壞生態的生產行為，對環境保護作出突出貢獻的企業作出褒揚；最后建立生態補償機制，整頓四省區主要環境問題，加大環保投資力度，竭力做到水資源污染、大氣污染、土地荒漠化等突出問題同防同治．

3)城鎮化與生態環境是兩個彼此相互依賴，相互促進的系統，西部地區在發展的同時可借鑒東部發達地區的成功經驗，地方政府彼此互相交流學習，同時充分挖掘自身優勢，打造特色平臺，吸引更多人才流入西部，為西部做出貢獻．