重慶市生態系統生產總值與城鎮化耦合協調關系及空間特征研究①

王昌博， 何志明， 何俊， 閏記影， 陳棋

1.重慶市地理信息和遙感應用中心，重慶 401120；2.自然資源部國土空間規劃監測評估預警重點實驗室，重慶 401120

改革開放以來,在工業文明理念驅動下,我國的城鎮化進程快速發展,城鎮化的發展推動了社會、經濟、文化等的進步,但同時也引發了資源約束趨緊、環境污染加重、生態系統退化等一系列問題[1].進入城鎮化下半程后,生態文明理念下的新型城鎮化成為時代主題.生態系統與社會經濟之間存在怎樣的耦合關系,如何降低城鎮化對生態系統帶來的負外部性,怎樣推動社會-經濟-自然復合系統間的良性互動,成為研究熱點．

在20世紀80年代初期,生態學家開始意識到自然生態系統對人類生存的發展和支撐作用,并逐漸將可持續發展作為城市發展的核心理念[2].Grossman和Krueger[3]于1991年提出了環境庫茲涅茨曲線,指出經濟和生態環境間存在倒“U”型關系,即經濟發展之初會增加對生態環境的擾動,而當經濟發展突破拐點后,生態環境質量會隨著經濟發展而提升.此外,“壓力-狀態-響應”模型[4]和脫鉤理論[5]等也對城鎮化與生態環境的相互作用關系進行了探討.當前,我國對生態環境的研究已經從單一的環境保護擴展到了社會、經濟、自然多維度耦合機理分析、耦合關系實證等方面[6].如馮俊華等[7]利用耦合協調度模型、相對發展模型以及面板向量自回歸(PVAR)模型,分析了陜西省新型城鎮化系統與生態系統間的耦合協調時空規律及互動關系; 畢國華等[8]以省域尺度為單元,評價了全國生態文明建設與城市化的耦合協調發展關系.此外,針對社會經濟維度,研究者從人口、經濟、社會以及空間等層面進行測度,綜合評價當前的社會結構、經濟水平、生產生活方式等[9-11],形成了多元化的指標體系; 對于生態系統狀況維度,研究者多利用NDVI、NPP、土地利用等指標加權獲得[12-13],但由于存在主觀隨意性強、系統性差等缺點,難以全面反映生態系統狀況.歐陽志云等[14]提出的生態系統生產總值(GEP),通過價格將生態物質產品與功能服務轉換為貨幣形式,則能夠準確、直觀、系統地反映生態系統質量．

重慶市作為成渝地區雙城經濟圈核心城市和長江上游重要的生態屏障,肩負了發展與保護的雙重使命,是城鎮化與生態系統支撐服務水平耦合協調研究的絕佳樣本.因此本文將重慶市作為研究區,將生態系統生產總值核算、城鎮化水平綜合測度二者結合,借助耦合協調模型,開展應用研究創新,探究重慶市生態系統與社會經濟系統的交互關系,以期為地區高質量發展提供研究方法和決策支撐．

1 數據來源及研究方法

1.1 研究區概況

重慶市是長江上游最大的經濟中心、西南工商業重鎮和水陸交通樞紐.近年來,隨著西部大開發、成渝雙城經濟圈、長江經濟帶等一系列政策的發布,重慶步入城鎮化進程的快車道,截至2019年,城鎮化率已經達到68.2%,相較于2000年增長了91.57%.與此同時,作為三峽庫區的主體,重慶市是長江上游重要的生態屏障,其生態環境質量對長江中下游的生態安全具有不可替代的作用.重慶集大城市、大農村、大山區、大庫區于一體,協調發展任務繁重,因此,深入研究其“社會-經濟-自然”復合系統間的時空耦合協調關系,對于推動生態文明建設及區域可持續發展具有重要的現實意義．

1.2 數據來源

本文所使用的數據來源包括: 1) 土地利用數據: 該數據來源于文獻[15]中的數據集,其中土地利用分類包括森林、灌木、草地、農田、濕地、水域、建設用地、裸地和冰雪9類; 2) 土壤數據: 該數據來源于世界土壤數據庫(HWSD)的《中國土壤數據集》; 3) 凈初級生產力(NPP)和歸一化植被指數(NDVI)數據: 該數據來源于美國航空航天局的MODIS陸地標準產品(MOD17A3、MOD13A2); 4) 氣象數據: 該數據來源于中國氣象數據網,獲取重慶市及其周邊126個氣象站點的逐日降雨和氣溫數據,處理后運用克里金插值法進行空間插值; 5) DEM數據: 該數據來源于地理空間數據云,空間分辨率為30米; 6) 社會經濟數據: 該數據來源于《重慶市統計年鑒》及各區縣《國民經濟和社會發展統計公報》.這些數據來源多樣,覆蓋面廣,能夠為重慶市的生態系統生產總值與城鎮化水平的時空耦合協調關系研究提供較為全面的數據基礎．

1.3 研究方法

1.3.1 城鎮化水平測度

國內對城鎮化水平的研究較多,主要的評價方法有單一指標法和綜合指標法.其中綜合指標法認為城鎮化是社會結構、經濟結構、生產生活方式等多種因素綜合發展的過程,其核心內涵包括了人口、經濟、社會以及空間城鎮化等方面[16-17].本文采用綜合指標法來測量重慶市各區縣的城鎮化水平.如表1所示,選擇城鎮化率和城鎮人口作為人口城鎮化指標,反映了農業人口向非農業人口的流動過程; 選擇非農產值占GDP比重和人均GDP作為經濟城鎮化指標,反映資本要素積累及二三產業發展情況,作為城市經濟發展水平的判斷依據; 選擇萬人醫療機構床位數和師生比作為社會城鎮化指標,反映醫療、教育等社會公共服務水平; 選擇國土開發強度和人均建設用地面積作為空間城鎮化指標,表征土地利用水平在地域空間上的變化.為避免各指標間量綱差異的影響,采用極差法對數據進行了標準化處理.在指標賦權時,采用熵值法對指標權重進行計算,以減少主觀因素干擾并反應指標信息熵價值,最終,采用加權求和法計算得出重慶市城鎮化水平的綜合指數[18]．

表1 城鎮化水平評價指標體系

1.3.2 生態系統生產總值評估

生態系統生產總值是指生態系統為人類福祉和經濟社會可持續發展提供的各種最終物質產品價值的總和.結合已有研究,構建產品供給、調解服務和文化服務三大類的核算體系,借助價格將物質產品與功能服務轉換為貨幣形式,核算重慶市的生態系統生產總值[19-20],如表2所示.其中產品供給包括農林牧漁業產品提供的價值; 調解服務包括土壤保持、水源涵養、空氣凈化、水質凈化、氣候調節、固碳釋氧6個價值; 文化服務價值則利用景觀休閑旅游價值代替.為了消除物價的影響,增加各年份間GEP的可比性,本文的單位價值量系數采用統一數據(以2019年為基準)．

表2 生態系統生產總值指標體系及核算方法

1.3.3 耦合協調關系

“耦合”概念最早起源于物理學,用來描述系統之間或運動方式之間相互影響和作用的關系,后被逐漸引用到人口與經濟發展[21]、生態環境與旅游產業[22]、生態環境與經濟發展[23]等研究領域中,本文將耦合協調模型運用到探討生態系統生產總值與城鎮化的動態變化過程中．

T=αf(x)+βg(x)

式中,D是耦合協調度;C是耦合度;T是綜合協調指數;f(x)和g(x)分別代表生態系統生產總值和城鎮化水平;α、β表示2個子系統的相對重要性,本文認為2個子系統同等重要,因此將值設為0.5.耦合度C描述的是系統間相互作用和影響的程度,而耦合協調度D則可反映2個系統的整體發展水平,D值越高說明兩系統間的協調發展水平越高．

為進一步厘清耦合協調狀態下城鎮化與生態系統生產總值間的發展差距,本文引用孫永勝[24]等的相對發展指數概念,來對生態系統生產總值相對于城鎮化水平超前還是滯后發展進行度量．

E=f(x)-g(x)

式中,E為相對發展指數,結合耦合協調度,參考已有研究成果的等級劃分標準[25-26],總結得出生態系統生產總值與城鎮化水平耦合協調發展特征的劃分標準(表3)．

表3 生態系統生產總值與城鎮化耦合協調類型

2 結果分析

2.1 生態系統生產總值與城鎮化水平分析

2.1.1 生態系統生產總值分析

2000-2019年重慶市GEP逐年提高,從10 261.58億元增長至15 082.69億元,增長率為46.98%(圖1).從占比來看,調節服務是GEP的核心價值,以2019年為例,其價值占總值的78.94%,近20年間調節服務價值增加了407.07億元,表明重慶市生態系統對提供改善人類生存與生活條件的調節服務水平不斷提升.在調節服務中,氣候調節服務價值占比最大,其次是水源涵養和水土保持價值.重慶市作為武陵山區生物多樣性保護與水源涵養重要區、三峽庫區土壤保持重要區,其調節服務中的核心功能與《全國生態功能區劃》對重慶的生態定位相一致.產品供給功能指人類從生態系統獲取的可在市場交換的各種物質產品,近20年來,重慶市生態系統的產品供給能力得到顯著的提升,由449.37億元增長至1 712.04億元,增幅超4倍.文化服務價值從33.02億元增長至2019年的1 004.86億元,增幅超3倍,文化服務價值的快速增長,一方面得益于重慶市優越的生態本底條件,使得旅游產業實現了持續健康快速發展,另一方面,社會經濟的發展使得人們的生活消費觀念和結構發生了改變.2000年重慶市接待國內外游客0.31億人次,到2019年增長至6.57億人次,自然景觀優勢和生活方式的轉變使得通過旅游休閑等方式從生態系統中獲取非物質惠的水平大幅提升．

圖1 重慶市2000-2019年生態系統生產總值

從圖2的空間分布來看,GEP在重慶市的分布呈現“東高西低”的空間差異,榮昌、大足、銅梁、永川等位于渝西的區縣以及大渡口、渝中、九龍坡、江北、沙坪壩等位于中心城區的區縣的生態系統生產總值較低,而渝東北的城口、巫溪、奉節、巫山、開州和渝東南的秀山、酉陽、彭水等區縣的生態系統生產總值則較高.生態系統生產總值前三的區縣為酉陽縣、城口縣和巫溪縣,2019年GEP分別為985.58億元、874.87億元和847.30億元,而GDP則為186.72億元、52.50億元、107.58億元,這表明這些區縣的生態系統產生的生態價值遠超地區發展所帶來的經濟價值,城口縣、巫溪縣位于三峽庫區的主體區域,具有重要的水源涵養、水質安全保障、水土保持、生物多樣性保護等功能,是全國水資源戰略儲備庫,對維護長江上游生態安全具有重要地位.而酉陽縣所處的渝東南地區是武陵山區重要的生態屏障和全國重要的生物多樣性保護區,具有維持生態平衡和保障生態安全的重要功能.生態系統生產總值最低的3個區縣為渝中區、九龍坡區和江北區,2019年GEP分別為30.84億元、38.12億元、73.14億元,這3個區縣位于主城都市區,是全市工業和城鎮化的主戰場,承擔著全市主要經濟增長點的重任.這些區域的國土空間開發利用水平較高,自然生態系統的占比較小.由于不同區域的生態環境稟賦和發展重點不盡相同,使得GEP分布存在空間差異,總的來說GEP的空間分布與“一區兩群”(一區指主城都市區,兩群指渝東南武陵山區城鎮群和渝東北三峽庫區城鎮群)的戰略相一致．

圖2 重慶市2000-2019年GEP空間分布圖(審圖號: 渝S(2020)071號)

2.1.2 城鎮化水平分析

近20年來,重慶市的城鎮化水平顯著提升,尤其是在西部大開發、成渝雙城經濟圈和長江經濟帶等戰略實施后,重慶市的鄉村人口不斷向城鎮集聚,工業和服務業的產值大幅增長,城鎮居民生活和公共服務品質得到了極大改善,人口、經濟、社會、空間城鎮化水平不斷提升,城鎮化指數由2000年的0.16增長至2019年的0.42,增幅達到了162.5%.各區縣間城鎮化水平差異顯著,其中城鎮化水平最高的區縣為渝中區,城鎮化指數為0.88,城鎮化水平最低的區縣為彭水縣,城鎮化指數僅為0.30.盡管主城都市區的區縣城鎮化水平明顯優于渝東北、渝東南的區縣,但城鎮化的增長速率則表現出渝東南(7.9%)>渝東北(7.6%)>主城都市區(4.9%)的特點(表4).盡管重慶市的城鎮化水平面臨不平衡的問題,中心城區的城鎮化水平遠超“兩群”地區,但“兩群”地區的后發增長優勢明顯．

表4 重慶市一區兩群地區城鎮化指數

基于2019年的數據,采用自然斷點法將重慶市的縣域城鎮化水平分為5類(圖3),這種分布在空間上呈現出“一核多點”的圈層結構.“一核”是指以渝中區、江北區、九龍坡區、南岸區等中心城區為內核,北碚、渝北、巴南、璧山等其余中心城區為一級圈層,合川、長壽、豐都、武隆等主城都市區為二級圈層,而渝東南、渝東北城市為三級圈層的結構.“多點”是指渝東北以萬州為區域性核心,其余區縣為城鎮化水平較低的外部圈層結構; 而渝東南則是以黔江為核心,其余區縣為外部圈層.中心城區作為重慶市發展的重點區域,區位優勢顯著,城鎮化水平最高.而中心城區外圍的區縣,區位條件較好,承擔著功能疏解的作用,城鎮化水平處于較高水平.渝東北和渝東南距離主城區較遠,相對較為閉塞,區位條件最差,城鎮化水平最低.而萬州區和黔江區作為區域發展核心,其區位條件優于周邊區縣．

圖3 重慶市2019年城鎮化水平空間分布圖(審圖號: 渝S(2020)071號)

2.2 生態系統生產總值與城鎮化耦合協調時空分析

2.2.1 時序耦合分析

重慶市的GEP指數和城鎮化指數均呈逐年增長態勢,前期GEP指數高于城鎮化指數,表明重慶市的生態環境比較好.而城鎮化指數的增長較為迅猛,在2010年實現了對GEP指數的超越,使得兩者步入同步增長階段.耦合協調度由2000年的0.45增長至2019年的0.64(圖4),顯示出兩者耦合協調的階段性顯著,在2010-2015年間,耦合協調類型從基本協調邁入中度協調,表明生態環境與城鎮化的協調程度趨于良性.自2009年以來,重慶市不斷調整城鎮化發展方式,這是新型城鎮化取得成效的關鍵階段,通過戶籍改革、產業結構調整、土地流轉指標交易變革(地票制度)等措施,重慶市開始從注重規模和速度的粗放式發展模式向兼顧人與自然協調同步的內涵式新型城鎮化模式轉變[27].就重慶市當前的耦合協調階段而言,穩定的生態系統狀況是實現區域經濟良性發展的必要條件,高質量的城鎮化進程則是實現生態系統和區域經濟和諧發展的關鍵要素,只有在合理開發區域資源、保證生態系統生產總值的基礎上,持續提高區域經濟總體競爭力,才能促進生態系統和區域經濟的和諧有序發展．

就分區縣而言,2000年時,重慶市渝中區和大渡口區2個區縣處于嚴重失調狀態,20個區縣處于中度失調狀態,而16個區縣基本協調; 到2019年時,2個區縣處于中度失調狀態,16個區縣處于基本協調狀態,20個區縣處于中度協調狀態.總體來看,耦合協調度呈上升態勢,主要耦合協調類型從中度失調轉變為中度協調,表明經濟與生態的互動關系趨于良性．

2.2.2 耦合協調發展特征分析

雖然重慶市整體耦合協調發展處于較高水平,但由于區域發展目標和側重點的不同,對城鎮化和生態環境的要求存在差異.因此,需要結合不同地區的生態環境稟賦和城鎮化發展條件制定個性化發展策略.根據表3劃分的生態系統生產總值與城鎮化耦合協調類型,將重慶市的38個區縣分為6種類型,中度失調-生態滯后型、基本協調-生態滯后型、基本協調-同步發展型、中度協調-生態滯后型、中度協調-城鎮化滯后型和中度協調-同步發展型(圖5).結合各區縣在重慶市主體功能區劃上的發展定位,按照城市化發展區、農產品主產區和重點生態功能區的分區差異,提出如下針對性的建議．

1) 中度失調-生態滯后型

該類型包括渝中區、大渡口區和九龍坡區等區縣,這些區域位于長江、嘉陵江交匯處,區位優勢明顯,是長江上游經濟中心功能集中體現的地區之一,也是最早被開發的幾個區縣,區域經濟已發展到較高的水平.然而,由于區域內城鎮國土空間開發利用程度較高,原始生態系統大量被擠占,導致生態環境大幅滯后于社會經濟發展．

該類型的區縣是全市經濟最活躍的區域板塊,考慮到該區域的功能定位,應當持續有序地推動城鎮化,優化建設用地功能結構,提高建設品質,推進存量更新改造,實現建設用地的集約高效利用.在新型城鎮化進程中,以綠色發展理念為引領,向集約型、創新型發展方式轉變,推動經濟綠色發展.同時,該區域應作為生態補償的支出區域,通過建立合理的補償機制,向中度協調-城鎮化滯后型城市進行生態轉移支付,為該區域的生態環境建設提供支撐保障,進而推動全市城鎮化和生態環境邁向更深層次的協同發展,支持重慶市成為西部地區高質量發展的重要增長極．

2) 基本協調-生態滯后型

該類型包含江北區、沙坪壩區、南岸區、北碚區等13個區縣,這些區縣因區位、交通等優勢,在城鎮化過程中成為區域性的重點發展城市,城鎮化進程處于中高水平.相較于中度失調-生態滯后型城市,這些區縣自然生態系統的供給、調節功能仍然較高,因此其協調程度要高于中度失調-生態滯后型城市,這些區縣一方面需承擔主城區的經濟支撐作用,另一方面也面臨著生態環境的壓力．

這些區縣需立足自身特點,推動同城化發展,打造與中心城區功能互補的支點性城市,它們需要承擔制造業、商貿物流、高新技術、教育科研等方面的功能疏解,解決中心城區在歷史發展時期遺留的人口過密、城市擁堵等問題.同時,它們還需要加強與主城區在城市發展方向上的協同,推動空間同城化,增強綜合承載能力.在生態環境保護方面,這些區縣需積極推動生態修復工作,加強大氣和水污染治理,重點保護華鎣山生態屏障和嘉陵江、涪江、渠江的生態涵養功能．

3) 基本協調-同步發展型

該類型包括梁平區和忠縣2個區縣,雖然處于城鎮化和GEP同步發展階段,但其耦合協調水平卻較低,表明這2個區縣的生態和城鎮化發展水平都還有提升的空間,需要進一步加強社會經濟發展和生態環境保護．

該類型城市是經濟主導型城市和生態主導型城市的中間態,既有一定的區位優勢,也有一定的生態基礎.在未來的發展中,需要提升城市的能級,增強人口集聚能力,提升城鎮化水平.此外,由于該類型城市的農業發展條件較好,為了保障農產品安全和實現可持續發展,需增強農業綜合生產能力,同時推進生態環境的保護和治理工作．

4) 中度協調-生態滯后型

該類型包括渝北區和巴南區2個區縣,這些城市是經濟發展的重點城市,同時還具備一定的自然生態系統服務功能.相較于基本協調-生態滯后型區縣,這些城市的城鎮化水平更高.該部分區縣,在推進城鎮化的同時,需著重關注生態保護．

該類城市有一定的經濟基礎,城鎮化處于較高水平,在未來發展中,應注重提升經濟發展質量,優化產業結構,提高公共服務水平,加快推進綠色低碳的生產生活方式.強化生態用地的生態保護與生態建設,遵循生態空間面積不減少、功能不降低的原則,營造山水城交融的宜居城市．

5) 中度協調-城鎮化滯后型

該類型包含了渝東南、渝東北的絕大多數區縣,共計15個.由于地處三峽庫區、大巴山和武陵山區,這些區縣的生態系統服務供給能力較為突出.然而,這些區縣絕大多數位置偏遠,城鎮化水平較低.考慮其功能定位,該部分區縣應以“穩生態,提發展”為主要方向．

該部分區域是重慶市的重點生態功能區,需將生態涵養和生態保護作為首要任務,限制大規模、高強度的工業化開發.需要突出保護三峽庫區的水源涵養、水土保持和水質安全保障功能,以及武陵山區的生物多樣性保護功能.同時,也應兼顧地區發展,利用自然資源優勢,打造區域性生態旅游品牌.保護耕地,穩定糧食生產,發展特色山地農業,增強農業綜合生產能力.以生態促發展,激發小城鎮發展的內在動力和活力．

6) 中度協調-同步發展型

該類型包含江津區、涪陵區和黔江區3個區縣,其生態與城鎮化的耦合協調達到了較高的水平,實現了同步發展.這種發展模式對其他類型區縣具有借鑒意義,其中基本協調-生態滯后型區縣可向江津、涪陵學習,而中度協調-城鎮化滯后型區縣則可借鑒黔江的發展模式．

該類城市一方面要提升經濟、社會、人口的承載能力,提高城市基礎設施建設,提高公共服務水平,增強城鎮的吸引力.另一方面,要完善生態環境建設,以綠色發展為理念,營造生產空間集約高效、生活空間宜居適度、生態空間山清水秀的發展新格局.持續推動經濟發展與生態保護的深層次互動,發揮在周邊地區的引領帶動作用．

圖5 GEP與城鎮化耦合協調發展特征分類(審圖號: 渝S(2020)071號)

3 結論

本研究應用生態系統生產總值理論從產品供給、調節服務和文化服務3個維度,測度重慶市2000-2019年20年間生態系統為人類提供的價值變化情況.同時應用熵權法從人口、經濟、社會、空間4個維度,測度城鎮化水平,并結合耦合協調模型,分析重慶市經濟與生態的交互關系.研究結論如下:

1) 重慶市生態系統生產總值呈現上升趨勢,2000-2019年增長46.98%.其中調節服務價值為核心,占GEP總值的78.94%,得益于重慶市優良的自然資源稟賦,文化服務價值和產品供給能力的增長較為明顯.空間上GEP的分布呈現“東高西低”的差異,與“一區兩群”戰略相符合．

2) 城鎮化指數由2000年的0.16增長至2019年的0.42,增幅達162.5%.城鎮化水平在空間上呈現“一核多點”的圈層結構,核心區域為中心城區,而“兩群”地區則構成了弱城鎮化的外部圈層,但城鎮化的增長速率則呈現出渝東南(7.91%)>渝東北(7.59%)>主城都市區(4.94%)的特征,顯示出“兩群”地區的后發增長優勢明顯．

3) 重慶市的經濟與生態耦合階段性明顯,2010-2015年間,耦合協調類型從基本協調邁入中度協調.從發展趨勢來看,整體的耦合協調度呈上升態勢,主要耦合協調類型從中度失調轉變為中度協調,表明經濟與生態的互動關系趨于良性.當前,重慶市的穩定生態系統狀況是實現區域經濟發展的必要條件,而高質量的城鎮化則是實現經濟與生態和諧發展的關鍵要素．