廈門市生態環境與城鎮化耦合協調研究

黃斯喆,王佳韡,葉尚鈺,伍世代b

(福建師范大學 a.文化旅游與公共管理學院,b.福建師范大學地理科學學院/碳中和未來技術學院,福州 350117)

城鎮化深刻改變區域地表景觀格局,與生態環境系統存在復雜的交互耦合脅迫機制[1]。快速增長的城鎮化對區域生態環境造成巨大壓力,區域生態環境惡化也制約著城鎮化的健康發展。《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》指出,要按照資源環境承載能力合理統籌安排城市規模與發展建設,持續改善生態環境與城鄉人居環境。因此,開展城鎮化與生態環境耦合協調研究對國家生態文明建設具有重要的現實意義。

對國內外有關文獻進行梳理可知,學者在城鎮化與生態環境的耦合協調研究方面取得一定進展。經濟合作與發展組織(OECD)與聯合國環境規劃署(UNEP)共同提出PSR模型,從“壓力-狀態-響應”角度評價經濟活動對生態環境的影響程度[2];Grossman和Krueger[3]提出環境庫茲涅茨曲線(EKC),認為經濟發展與生態環境污染之間存在著倒U型關系。國內學者聚焦于探究城市化與生態環境交互耦合機制[4]與交互耦合系統規律[5],方創琳等[6]從城鎮化與生態環境交互作用耦合性出發構建交互耦合塔與耦合圖譜用以揭示二者交互耦合關系與交互耦合方式。隨著全球化和信息化的迅速發展,城市間形成廣泛、復雜的相互聯系,各類資源要素在城市間的跨境加速流動使全球化時代的城鎮化與生態環境交互耦合系統呈現近遠程交互耦特征,研究由系統內部單一要素邁向近遠程要素耦合[7]。實證研究層面,學者運用雙指數曲線[4]、耦合協調度模型[8]、交互脅迫度模型[9]、相對發展模型[10]等方法對國家[11]、區域[10-13]、城市[14]、縣域[15]等不同尺度下的城鎮化與生態環境耦合關系進行研究;運用灰色關聯分析[16-17]、BP模型[18]、SD模型[19]等對城鎮化與生態環境耦合動態進行模擬[20];運用地理探測器[21]、面板數據固定效應模型[22]、結構方程模型[23]探究城鎮化與生態環境耦合協調的影響因素。總體而言,城鎮化與生態環境關系研究已成為人地關系地域系統研究的重要部分[24]且取得豐富的研究成果,但較少研究涉及城鎮化與生態環境二者的解耦關系[25]。

廈門市作為我國生態城市的典范,在面對快速城鎮化帶來的環境污染與生態破壞時,積極推動生態環境保護工作。黃麗華等[26]立足于區域經濟-海洋生態系統耦合關系,識別出廈門港發展與海岸帶生態環境耦合協調發展階段;劉佳坤等[27]運用歷史自然回顧分析方法,總結不同歷史階段廈門生態城市建設面臨的主要問題與挑戰;張明發等[28]深入探討廈門市社會經濟發展與生態環境之間的協調關系,研究發現廈門市生態環境系統與社會經濟系統內部協調性整體良好。可見,學者們關注焦點在于廈門市城鎮化與生態環境二者之間的耦合協調關系,鮮有研究涉及城鎮化系統與生態環境系統二者之間的解耦關系。因此,本研究以廈門市為研究對象,時間跨度選取2004—2020年,在構建新型城鎮化與生態環境綜合評價指標體系的基礎上,采用熵值法對廈門市城鎮化子系統及生態環境子系統的綜合水平進行評價,使用耦合協調度模型及相對發展度模型測度廈門市整體耦合協調發展特征并得出相對發展類型及其演變特征,最后借助Tapio解耦模型分析兩系統間的互動關系,以期為推進廈門市新型城鎮化與生態環境系統協調發展建設提供參考建議。

1 研究區概況、數據來源與方法

1.1 研究區概況

廈門市地處我國東南沿海,現轄思明、湖里、同安、翔安、海滄和集美6個行政區。改革開放以來,廈門市城市化水平不斷提升,2020年末常住人口518萬人,城鎮常住人口占比89.41%。“十三五”時期,廈門市生態文明建設成效顯著,榮獲“國家生態園林城市”稱號。

1.2 數據來源

本次分析所用指標數據來源于2005—2021年的廈門經濟特區年鑒、廈門市國民經濟和社會發展統計公報、廈門市水資源公報以及福建統計年鑒,部分缺失數據采用差值法補齊。指標體系中涉及的人均指標均采用當年末廈門市常住人口數。

1.3 研究方法

1.3.1 指標體系構建及賦權

考慮到指標選取須遵循的科學合理性及可取性原則,為準確評價廈門市城鎮化與生態環境綜合水平,在參照現有研究結果[28-30]的基礎上,結合廈門市城市發展特點,本研究從人口、經濟、社會及空間4個維度選取11個指標因子表示廈門市新型城鎮化綜合水平;采用“壓力-狀態-響應”(P-S-R)模型從資源狀況、生態環境壓力及環境治理3個方面選取13個指標因子對廈門市生態環境系統進行描述,指標具體情況如表1所示。為避免指標體系中因量綱和單位不同造成的差異,采用極差標準化方法對正向、負向指標數據進行標準化處理[31]。本文采用熵值法確定各指標權重。

表1 廈門市城鎮化與生態環境綜合評價指標體系

1.3.2 耦合協調度模型及相對發展度模型

耦合度源于物理學,反映多個系統或要素間相互影響、相互作用關系的程度,耦合度越大,表明各個子系統間的耦合情況越好且系統結構越趨于有序。本文研究廈門市城鎮化系統與生態環境系統之間的耦合協調關系,借鑒耦合概念模型得出兩個系統的耦合度模型。公式如下:

式中,C為系統耦合度,U1是城鎮化綜合評價指數,U2為生態環境綜合評價指數,U1與U2可以通過多指標綜合評價模型得出。 耦合階段的劃分參照劉耀彬等[32]的研究:當0

耦合度C描述了系統間相互作用和影響的程度,但無法反映兩個系統的整體發展水平[33]。故進一步建立耦合協調度模型,用以詳細測度城鎮化系統與生態環境系統的整體協調水平。公式如下:

式中,D為耦合協調度;T為兩系統的綜合協調指數,可以反映系統發展狀況對耦合協調水平的總體貢獻;α與β可解釋為兩個子系統的相對重要性,本文認為生態環境子系統與城鎮化子系統二者同等重要,因此將2個值均設定為0.5。

耦合協調度模型可以綜合評價城鎮化與生態環境耦合協調發展水平,但對于二者之間的相對發展狀況的反映有限。故引入相對發展指數模型,計算相對發展指數λ,用以反映二者之間的相對發展程度。 公式如下:

λ=U1/U2。

根據有關學者的研究[10,34],將城鎮化與生態環境系統的協調發展狀況分為協調發展、轉型發展及不協調發展3類,在不協調發展中將數值細化為基本不協調及嚴重不協調,結合相對發展度進一步劃分為12種子類型(表2)。

表2 城鎮化與生態環境協調發展類型分類

1.3.3 城鎮化與生態環境交互耦合脫鉤模型

“脫鉤”發軔于物理學,主要用于研究具有關聯性的多個系統(兩個及以上)之間的相互關系[35]。自20世紀末經濟發展與合作組織(OECD)將“脫鉤理論”引入到農業發展領域以來,理論研究不斷深入,已有研究將其運用于刻畫城鎮化與資源環境、生態環境之間的發展關系[36-37]。Tapio解耦模型利用彈性來測度脫鉤程度,以增長變化率的比值重新定義脫鉤指標,能夠很好地反映研究對象的相對發展情況。公式如下:

式中,Qt為第t年的脫鉤指數;U2t與U2t-1分別為第t年與第t-1年的生態環境綜合評價指數;U1t與U1t-1分別為第t年與第t-1年的城鎮化綜合評價指數。參照生態環境綜合評價指數增長率與城鎮化綜合評價指數增長率正負情況,Tapio解耦模型可劃分脫鉤、負脫鉤及連接3種狀態。進一步地,以0、0.8、1.2為臨界值,將脫鉤狀態細分為衰退脫鉤、強脫鉤、弱脫鉤、擴張負脫鉤、強負脫鉤、弱負脫鉤、擴張連接、衰退連接8種具體狀態[35](表3)。

表3 脫鉤狀態類型劃分標準

2 廈門市城鎮化與生態環境耦合協調演變特征

2.1 城鎮化水平與生態環境水平

2003年,廈門市進行行政區劃調整,城市建設重點由島內進一步向島外延伸,進入海灣型城市建設階段[38]。如圖1所示:2004—2019年廈門市城鎮化綜合水平呈上升趨勢,城鎮化綜合指數由2004年的0.0621提升至2019年的0.8883;2019—2020年城鎮化綜合水平有所下降,期間社會城鎮化指數與空間城鎮化指數均出現一定幅度的下滑。城鎮化系統中,多年平均值表現為社會城鎮化>經濟城鎮化>人口城鎮化>空間城鎮化。2004—2009年,城鎮化子系統中各個子系統呈現交替上升態勢;2010—2020年,社會城鎮化子系統引領廈門市城鎮化發展;經濟城鎮化子系統對城鎮化的作用不斷提升;人口城鎮化子系統的影響程度漸趨微弱,2017年后其影響能力低于空間城鎮化子系統。

如圖2所示:2004—2020年,生態環境綜合指數呈現出先下降后波動上升的趨勢,說明廈門市生態環境出現緊張狀態但總體上趨于優質。2004—2006年生態環境綜合指數出現下滑,隨著海灣型城市建設戰略的實施,大量耕地、林地轉為城市建設用地,無序的經濟發展引起的資源能源消耗導致該時段內資源狀況曲線與生態環境壓力曲線均呈現下降趨勢,進而引致該時段生態環境指數較大幅度地減少。2007年后,廈門市推行生態城市建設,在經濟發展的過程中注重生態環境保護,生態環境綜合指數波動上升,生態環境水平進一步提升。資源狀況曲線呈現出波動演進趨勢,在2004—2020年實現由人均耕地、人均水資源等自然本底要素影響為主向公園綠地、建成區綠化面積等人為建設要素影響為主的轉變。生態環境壓力曲線在2004—2006年急速下降,快速發展所帶來的資源損耗日益嚴重,污染物排放量逐漸上升,給區域生態環境造成一定壓力;2006年后,廈門市政府注重提高清潔能源的比重,積極調整自身工業經濟結構,生態環境壓力指數呈現出波動上升趨勢,環境壓力得以減緩。環境治理曲線在2004—2008年、2016—2017年呈現上升趨勢,表明這些年廈門市注重環境與生態保護,環境治理能力得以提升;2009—2010年、2019—2020年環境治理曲線略微回落,但都高于研究期初的環境治理能力值;2011—2016年環境治理曲線保持平穩。

2.2 耦合協調類型

如表4所示:2004—2020年廈門市耦合度與耦合協調度均不斷提高,廈門市城鎮化與生態環境耦合系統從磨合階段進入高水平耦合階段;耦合協調度由基本不協調歷經基本協調向高級協調發展轉變;結合相對發展指數,子系統協調特征從城鎮化滯后型演變為二者同步發展型,最后向生態環境滯后型轉變。

表4 廈門市城鎮化與生態環境耦合類型

第一階段為不協調發展階段(2004—2007年),耦合協調類型為基本不協調-城鎮化滯后型,該階段耦合協調度不斷提高,由2004年0.393 1提升到2007年0.496 3。在該階段,城鎮化指數不斷提升,生態環境指數下降趨勢明顯,但生態環境系統綜合水平仍高于城鎮化系統綜合水平,表明在21世紀初期廈門市經濟與城市建設的發展并未對生態環境系統構成嚴重的威脅,但要警惕經濟發展對生態環境帶來的負面影響。

第二階段為轉型階段(2008—2017年),該階段耦合協調類型由基本協調-城鎮化滯后型(2008—2009年)進入到基本協調型(2010—2013年),而后轉為基本協調-生態環境滯后型(2014—2017年)。在該階段,耦合協調度由2008年0.542 8提升至2017年0.774 4;城鎮化系統發展水平迅速提高,逐漸追平生態環境系統發展水平并在2012年后超過生態環境系統發展水平;生態環境水平逐漸提升。表明廈門市在城鎮化發展過程中注意生態環境的保護與治理,例如參與創建國家生態市、制定美麗廈門戰略規劃等,廈門市生態環境有所改善。

第三階段為協調發展(2018—2020年),該階段耦合協調類型為高級協調-生態環境滯后型,耦合協調度曲線漸趨放緩,穩定在0.8以上。城鎮化建設水平繼續提高,在2020年時出現回落;生態環境綜合指數曲線呈現出波動趨勢,二者協調程度持續優化。

3 廈門市城鎮化與生態環境交互耦合解耦路徑

廈門市城鎮化與生態環境的脫鉤狀態如表5所示:綜合來看,廈門市城鎮化與生態環境的脫鉤與連接出現反復。廈門市2004—2020年城鎮化與生態環境的脫鉤狀態存在較大差異,脫鉤主要表現為強脫鉤、弱脫鉤、擴張負脫鉤、擴張連接以及強負脫鉤5種。其中,2005、2006、2009、2014、2016及2019年城鎮化與生態環境呈強脫鉤狀態,城鎮化發展的同時生態環境下降,表明該些年份廈門市城鎮化的發展致使生態環境遭受破壞;2007、2010、2012及2013年呈現弱脫鉤狀態,城鎮化速度高于生態環境指數上升速度,表明該些時段廈門市在推進城鎮化的同時注重生態環境保護工作的開展;2008、2015及2017年表現為擴張負脫鉤,生態環境指數增長率明顯高于城鎮化指數增長率,生態環境水平呈擴張趨勢;2011與2018年呈現出擴張連接,城鎮化發展發展的同時生態環境水平上升,二者上升的速率基本持平,說明廈門市城鎮化子系統與生態環境子系統相關性較強,二者相互作用、相互影響;2020年城鎮化與生態環境呈現強負脫鉤狀態,該年生態環境水平上升,城鎮化則出現研究期內唯一一次負增長。

表5 廈門市城鎮化與生態環境脫鉤狀態

4 討論與建議

4.1 討 論

廈門市城鎮化與生態環境水平總體呈現增長的趨勢,城市生態保護與城鎮化發展總體向好。隨著海灣型城市建設戰略的實施,廈門市城鎮化發展進入高速發展階段[27],城鎮化綜合指數逐年上升,這與劉春雨等[38]的研究相符。城鎮化綜合指數在2019—2020年出現回落,可能因為社會城鎮化子系統與空間城鎮化子系統發展倒退。研究期內,廈門市生態環境出現緊張狀態但總體上趨于優質。2004—2006年生態環境綜合指數呈現下滑趨勢,原因在于該時期廈門市處于城鎮化發展早期,以犧牲生態環境為代價推進城鎮化建設[39]。2007年后,廈門市大力推行生態環境保護政策的實施,廈門市生態環境水平得以提升。

廈門市城鎮化與生態環境的耦合協調度呈現增長的態勢,廈門市生態環境系統與城鎮化系統契合發展,研究結果與劉春雨等[38]、張明發等[28]的研究結果相似,具有一定的合理性。研究期內廈門市經歷了不協調階段、轉型階段與協調發展階段,其中,第二階段耦合協調類型與史戈[39]的研究一致,同為基本協調型。2018年開始,廈門市城鎮化與生態環境耦合協調進入較為優質的發展階段,二者耦合協調漸趨和諧。

從城鎮化與生態環境的脫鉤狀態來看,廈門市城鎮化指數與生態環境指數的演變軌跡存在著較大的波動變化。結合郭莎莎等[36]對北京市城鎮化與資源環境的解耦分析可以發現,在城鎮化快速發展地區,城鎮化發展對生態環境影響存在動態性。城鎮化子系統與生態環境子系統二者之間脫鉤、連接與負脫鉤關系反復出現,表明要更加關注城鎮化的可持續發展,在推進城鎮化發展的同時提升其質量。

4.2 建 議

1)研究期末,廈門市社會城鎮化水平與空間城鎮化水平呈現下降態勢,進而制約廈門市綜合城鎮化的發展。廈門市應實施就業優先政策和完善社會保險制度,以提高社會城鎮化水平;持續加大公共服務與城市基礎設施等方面的投入,提升公共服務水平并完善城市基礎設施建設以提升空間城鎮化水平; 穩步推進經濟發展,從而推動廈門市綜合城鎮化的穩定發展。

2)廈門市城鎮化與生態環境相對發展關系由城鎮化滯后轉型為生態環境滯后,生態環境呈緊張態勢而后趨于優化。廈門市要進一步協調城市發展與生態保護,提升綜合城鎮化水平與生態環境質量。通過落實能源消耗總量和強度雙控行動、推進重點領域節能生產,來全面提高能源資源利用效率;加快構建綠色技術創新體系,不斷優化產業結構,淘汰落后產能;深入打好污染防治攻堅戰,持續開展大氣、水、土壤等污染防治,進一步改善生態環境質量。

3)廈門市城鎮化與生態環境進一步協調發展,耦合協調發展類型由基本不協調提升至高級協調。同時,要注意到城鎮化與生態環境連接與脫鉤情況的反復。要規范“多規合一”,創新廈門模式。廈門市作為最早實施生態城市建設戰略的城市之一,積極推行“美麗廈門”規劃及相關政策法規,通過“多規合一”機制,統籌城市發展與生態環境建設。落實國土空間開發保護和用途管制制度,完善自然資源管理和開發利用制度;加強不同部門之間的協作能力,以促進廈門市城鎮化與生態環境耦合更進一步的協調發展。

本文通過構建新型城鎮化與生態環境綜合評價指標體系,較為深入地分析廈門市城鎮化與生態環境耦合協調關系及解耦路徑。由于數據可獲得性的限制,本研究僅對廈門市整體生態環境與城鎮化交互耦合關系作出分析評價,未能在更小尺度上(縣區級等)進一步探討其內部差異性規律。因此,基于更小空間尺度上開展城鎮化與生態環境耦合協調研究并剖析其區域內部差異性規律,以豐富城鎮化與生態環境研究內容,是今后研究的重點方向。