李瑋晨 王穎 陳曉紅

(哈爾濱師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150025)

“可持續(xù)發(fā)展”一詞隨著人們對經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系的認識和轉(zhuǎn)變出現(xiàn)。1962年出版的《寂靜的春天》、1972年出版的《增長的極限》等一系列成果加快了這一理念的初步形成[1]。1987年出版的《我們共同的未來》報告，系統(tǒng)地闡釋了可持續(xù)發(fā)展的思想，可持續(xù)發(fā)展逐漸被國際社會公認[2]。1992年里約聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會發(fā)表的《21世紀議程》及2015年聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展峰會通過的一系列綱領(lǐng)性文件的出臺，為在可持續(xù)發(fā)展方面采取的措施提供了指南。

幾十年來，“可持續(xù)發(fā)展”不僅得到聯(lián)合國的支持、各國政府的積極響應(yīng)，并且逐步發(fā)展成為一種可持續(xù)的科學(xué)。不同國家的學(xué)者對“可持續(xù)發(fā)展”進行了新的理論認識與經(jīng)驗驗證。如，Grossman等提出了“環(huán)境庫茲涅茨曲線”理論[3]，Ooi、樊杰等探討了區(qū)域可持續(xù)發(fā)展及資源環(huán)境承載力問題[4,5]；姚士謀等、劉耀彬等及黃金川等研究了城市化與生態(tài)環(huán)境的相互影響關(guān)系[6-8]；Vernon、沈小波探討了資源環(huán)境對城市發(fā)展、城市化及經(jīng)濟發(fā)展的束縛作用[9,10]；Beardsley等、吳永嬌等分別從土地資源、生物資源、水環(huán)境等角度研究了城市空間擴展對資源環(huán)境的影響等[11,12]。整體而言，這一領(lǐng)域的早期研究以理論探討為主，當(dāng)前多為結(jié)合具體區(qū)域的實證分析。

但是，目前區(qū)域發(fā)展和生態(tài)環(huán)境耦合的實證空間主要集中在國家和城市層面，城市群的空間分布研究相對較少。城市群的人地關(guān)系更加脆弱和復(fù)雜，需要深入探討適合此類區(qū)域不同發(fā)展階段的可持續(xù)發(fā)展模式。因此，本文以“十三五規(guī)劃”確定的19個城市群為研究基本單元，分析各城市群的開發(fā)強度與生態(tài)環(huán)境的關(guān)聯(lián)特征與空間差異。以期填補區(qū)域開發(fā)與生態(tài)環(huán)境耦合研究中缺少對城市群區(qū)域關(guān)注的不足，同時為我國城市群健康可持續(xù)發(fā)展、新型城鎮(zhèn)化建設(shè)的穩(wěn)步推進提供有益的建議。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 理論基礎(chǔ)

區(qū)域開發(fā)指人類社會主體的“人為”生產(chǎn)力在地域空間的拓展作用過程。區(qū)域生態(tài)環(huán)境為在其內(nèi)部進行的區(qū)域開發(fā)活動提供了基礎(chǔ)條件，區(qū)域開發(fā)活動又時刻與生態(tài)環(huán)境進行物質(zhì)與能量的交換，這種交換被稱為區(qū)域開發(fā)與生態(tài)環(huán)境的相互作用。物理學(xué)定義耦合是指2個及以上系統(tǒng)相互影響，因此區(qū)域開發(fā)與生態(tài)環(huán)境通過相互作用而彼此影響的現(xiàn)象又被稱為區(qū)域開發(fā)與生態(tài)環(huán)境耦合[13]。

在區(qū)域開發(fā)的整個過程中，區(qū)域開發(fā)與生態(tài)環(huán)境之間的耦合呈現(xiàn)脆弱性、協(xié)調(diào)性和階段性特征。區(qū)域開發(fā)與生態(tài)環(huán)境耦合系統(tǒng)的脆弱性包括區(qū)域開發(fā)子系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)固有的脆弱性，以及兩者相互作用產(chǎn)生的特殊脆弱性，耦合運行的約束條件是脆弱性。協(xié)調(diào)性是指協(xié)同和調(diào)整系統(tǒng)之間或系統(tǒng)組成要素之間相互關(guān)系，降低各要素的沖突，使其在進化中形成一個良性的循環(huán)[14]，區(qū)域開發(fā)與生態(tài)環(huán)境耦合系統(tǒng)的發(fā)展目標是協(xié)調(diào)性。區(qū)域發(fā)展和生態(tài)環(huán)境耦合系統(tǒng)實現(xiàn)協(xié)調(diào)目標是一個階段性的過程，其與區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的階段性相關(guān)。

區(qū)域開發(fā)強度處于動態(tài)演化中，各因素所起的作用和對生態(tài)環(huán)境的影響是不同的，各區(qū)域應(yīng)因地制宜，采取不同的生態(tài)環(huán)境保護措施。對于城市群區(qū)域的發(fā)展來說也應(yīng)如此。

1.2 數(shù)據(jù)來源與指標體系構(gòu)建

本文研究對象為國家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃(2014—2020)界定的全國19個城市群，研究時間跨度較大，所以著重選擇了2011年、2015年和2019年進行分析評價。本文涉及到人口、經(jīng)濟、資源、環(huán)境等各方面的數(shù)據(jù)來自《中國城市統(tǒng)計年鑒》、各省份統(tǒng)計年鑒、水資源公報以及各城市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報。

鑒于數(shù)據(jù)的可獲得性與完整性，本文研究區(qū)域特指各城市群所包括的地級市，珠三角城市群去除了香港和澳門。指標中部分指標存在年份數(shù)據(jù)缺失，基于相鄰的年份使用插值法補齊。

本文在遵循科學(xué)性和典型代表性等原則上，借鑒已有科研成果[15-19]，構(gòu)建開發(fā)強度與生態(tài)環(huán)境指標體系。指標體系如表1所示。

表1 開發(fā)強度水平與生態(tài)環(huán)境水平評價指標體系

1.3 研究方法

1.3.1 熵值法

利用熵值法計算出指標權(quán)重，計算方法如下。

1.3.1.1 對數(shù)據(jù)進行標準化處理

正向指標處理：

負向指標處理：

式中，xi代表指標體系中第i個指標的標準化后的值；max(xi)代表同一指標中最大值；min(xi)代表同一指標中的最小值；且xi∈[0,1]。

1.3.1.2 確定指標權(quán)重與計算子系統(tǒng)綜合評價得分

對指標數(shù)據(jù)進行標準化處理后確定指標權(quán)重，運用綜合評價模型對各城市群進行綜合得分計算，綜合評價得分公式：

式中，wi和wk分別為各城市群開發(fā)強度水平評價指標體系第i個指標權(quán)重和生態(tài)環(huán)境水平評價體系中的第k個指標權(quán)重；m和n為開發(fā)強度水平和生態(tài)環(huán)境水平評價指標體系的數(shù)量；f(x)∈[0,1]，g(y)∈[0,1]。

1.3.2 耦合協(xié)調(diào)度模型

“耦合”是指2個或2個以上的系統(tǒng)受內(nèi)外部的共同作用后相互影響，共同促進的動態(tài)化關(guān)系[20]。本文將“耦合”運用在探討城市群開發(fā)強度和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)之間的動態(tài)變化，構(gòu)建耦合協(xié)調(diào)度模型，計算公式如下：

其中：

T=α×f(x)+β×g(y)

式中，C為開發(fā)強度和生態(tài)環(huán)境的耦合度；D為協(xié)調(diào)度；T為開發(fā)強度水平和生態(tài)環(huán)境水平的綜合評價指數(shù)；α、β為待定參數(shù)，且設(shè)α+β=1。結(jié)合開發(fā)強度水平與生態(tài)環(huán)境水平之間的相互關(guān)系以及在耦合系統(tǒng)中的作用，設(shè)α=β=0.5；C∈[0,1]，D∈[0,1]。據(jù)此，設(shè)定耦合度及協(xié)調(diào)度等級及其劃分標準見表2、表3。

表2 耦合度等級區(qū)間劃分

表3 協(xié)調(diào)度等級區(qū)間劃分

1.3.3 地理探測器模型

城市群開發(fā)強度和生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度在時空和空間上存在一定的差異，本文借鑒王勁峰等[21]提出的地理探測器分析方法直接探測耦合協(xié)調(diào)度分布特征的驅(qū)動因子大小，模型如下：

1.3.4 障礙度模型

運用障礙度模型[22]，判斷影響各城市群開發(fā)強度和生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的障礙因素，計算模型：

(Wi×Pij),Bi=Mj

式中，Mj為單個指標J的障礙度；Bi為系統(tǒng)i的障礙度；Xj為單個指標標準化后得到的值；Wi為第i個系統(tǒng)的權(quán)重；Pij為第i個系統(tǒng)中的第j個指標的權(quán)重。

2 結(jié)果分析

2.1 開發(fā)強度與生態(tài)環(huán)境綜合評價分析

利用熵值法計算得出各指標權(quán)重的基礎(chǔ)上，可計算出2011年、2015年、2019年開發(fā)強度和生態(tài)環(huán)境2個子系統(tǒng)的綜合得分，見圖1、圖2。

圖2 生態(tài)環(huán)境綜合得分趨勢圖

如圖1所示，城市群開發(fā)強度水平整體呈現(xiàn)上升趨勢，綜合得分平均值由0.335上升至0.427，除哈長城市群外，其余城市群開發(fā)強度綜合得分皆呈波動上升趨勢，從城市群的空間格局來說，城市群的開發(fā)強度水平呈現(xiàn)“東高西低”的特點，綜合得分處于前5名的城市群大部分處于我國東部沿海；城市群開發(fā)強度平均綜合得分處于后3名的城市群除哈長城市群外，均屬于“培育型”城市群，區(qū)域整體經(jīng)濟發(fā)展水平低，綜合得分處于前位的城市群大多屬于“成熟期”城市群，中心城市多處于沿海發(fā)達地帶，經(jīng)濟發(fā)展水平高且均衡。

圖1 開發(fā)強度綜合得分趨勢圖

如圖2所示，城市群生態(tài)環(huán)境總體發(fā)展態(tài)勢呈現(xiàn)上升態(tài)勢，平均綜合得分由0.546上升至0.704，上升速率快于開發(fā)強度，說明各城市群對于生態(tài)環(huán)境越來越重視。城市群生態(tài)環(huán)境水平呈現(xiàn)出“東高西低，南高北低”的空間格局特征，綜合得分處于前5名的城市群都處于我國東南部，處于后3名的城市群則處于我國西北部；前5名的城市群除珠三角城市群外皆屬于“發(fā)展期”，這一類城市群屬于我國城市群發(fā)展的中堅力量，經(jīng)濟基礎(chǔ)較好。后3名的城市群都屬于“培育型”。

2.2 開發(fā)強度與生態(tài)環(huán)境的綜合水平分析

利用耦合協(xié)調(diào)度模型計算得到2011年、2015年、2019年各城市群開發(fā)強度和生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度，結(jié)果如表4所示。

表4 各城市群開發(fā)強度和生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度時間演化

表4為我國城市群2011—2019年耦合度協(xié)調(diào)度的變化，耦合度代表著各城市群在開發(fā)強度和生態(tài)環(huán)境兩者之間的關(guān)聯(lián)度和相互作用。根據(jù)表2中各城市群耦合度均值可以看出，我國共有17個城市群處于高水平耦合階段，耦合度均值一直處于0.9以上，這些城市群大多處于我國中部；磨合耦合階段的城市群為處于我國東南部的北部灣城市群和處于東北部的哈長城市群。時序變化上，研究期內(nèi)我國城市群的耦合度均值由2011年的0.945增加至2015年的0.957后下降至2019年的0.950，一直處于高水平耦合。從空間分異變化看，磨合耦合階段的城市群2011年有1個，為北部灣城市群，2015年沒有處于磨合耦合階段的城市群，2019年有1個處于磨合耦合階段的城市群，為哈長城市群。

依據(jù)表3得出，我國各城市群協(xié)調(diào)度均值中只有珠三角城市群處于良好協(xié)調(diào)水平，其余城市群都處于中度協(xié)調(diào)水平。時空特征上看，2011年沒有處于良好協(xié)調(diào)階段的城市群，此時我國城市群區(qū)域開發(fā)水平較低，對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生較大的脅迫作用，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較差，2015年珠三角城市群升級處于良好協(xié)調(diào)水平，2019年山東半島城市群、京津冀城市群、珠三角城市群處于良好協(xié)調(diào)水平。從空間特征上看，我國城市群協(xié)調(diào)度由東向西表現(xiàn)為階梯狀分布，協(xié)調(diào)程度依次下降。

城市群開發(fā)強度與生態(tài)環(huán)境的耦合及協(xié)調(diào)度分別處于[0.6,1]、[0.4,0.9]區(qū)間，說明我國城市群耦合度較高但協(xié)調(diào)程度不夠，兩系統(tǒng)之間互動程度較緊密，但兩系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)發(fā)展受到制約，沒有達到高水平協(xié)同。

2.3 影響因素分析

利用地理探測器對各城市群開發(fā)強度與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度演變的驅(qū)動因素進行分析，確定我國城市群開發(fā)強度和生態(tài)環(huán)境之間協(xié)調(diào)發(fā)展各項指標的因子決定力Q值。由表5可知，17個指標中的前5名分別為經(jīng)濟密度(X4)、建成區(qū)綠化覆蓋率(X13)、人口密度(X1)、城市建設(shè)用地占市區(qū)面積比重(X8)、人均工業(yè)廢水排放量(X11)。

表5 耦合協(xié)調(diào)驅(qū)動因素因子探測結(jié)果

X4、X8是反映某地經(jīng)濟效益和經(jīng)濟發(fā)展水平的重要指標，經(jīng)濟發(fā)展水平的變化影響著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和空間擴張速率，以及人民不斷變好的生活水平伴隨著對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的需求，從而影響開發(fā)強度與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)。

X13是衡量一個區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)和發(fā)展水平重要的指標之一，綠化率的提高在改善生態(tài)環(huán)境狀態(tài)的同時也影響區(qū)域發(fā)展，對城市耦合協(xié)調(diào)發(fā)展具有深遠影響。

X1主要反映區(qū)域內(nèi)人口的密集程度，也代表著資源的集約利用，人口分布越集中說明該區(qū)域的城市建設(shè)用地開發(fā)強度越大，人口的增長使得耦合協(xié)調(diào)度的影響不斷加大。

X11代表著區(qū)域發(fā)展對生態(tài)環(huán)境的壓力，工業(yè)廢水的排放對于城市區(qū)域開發(fā)具有強響應(yīng)，工業(yè)廢水排放量逐漸下降減輕了對生態(tài)環(huán)境的壓力，繼而促進兩者之間的耦合協(xié)調(diào)。

2.4 障礙因素診斷

利用障礙度模型計算我國城市群開發(fā)強度與生態(tài)環(huán)境兩系統(tǒng)和各項指標的障礙度，基于障礙度排序展開分析診斷。

2.4.1 指標層障礙因子分析

選取2011—2019年全部指標障礙度排名前10的障礙因子進行分析，結(jié)果分布見表6。對主要障礙因子出現(xiàn)頻次進行統(tǒng)計，結(jié)果顯示，固定資產(chǎn)投資總額(X5)、人均建成區(qū)面積(X7)、城市建設(shè)用地占市區(qū)面積比重(X8)、人均水資源量(X12)、人均公園綠地面積(X14)這幾個障礙因子對城市群開發(fā)強度和生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)發(fā)展阻礙較大，其中X5的障礙作用在不斷下降，X7、X8、X12、X14障礙作用在不斷上升，影響城市群開發(fā)強度與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的障礙因子比較穩(wěn)定，主要包含在經(jīng)濟、土地開發(fā)和生態(tài)環(huán)境狀態(tài)方面，X5、X7、X8均代表著區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展水平，說明經(jīng)濟發(fā)展始終是城市協(xié)調(diào)發(fā)展的重要因素，既起促進作用也起著障礙作用，并且X8既是協(xié)調(diào)發(fā)展的障礙因子也是影響因子，表明這項指標雖然是動力因子但是目前推動效應(yīng)微弱，并未完全發(fā)揮功能，需要加強。

表6 城市群指標層障礙因子

城市群在區(qū)域開發(fā)方面應(yīng)結(jié)合主要障礙因子及障礙因子的出現(xiàn)頻率和分布采取相應(yīng)措施，促進人口、經(jīng)濟、生態(tài)各方面的協(xié)調(diào)發(fā)展。

2.4.2 準則層障礙因素分析

城市群準則層障礙度及排名見表7，結(jié)果顯示，我國城市群開發(fā)強度和生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)發(fā)展障礙度排名最前的是經(jīng)濟開發(fā)強度準則層，其次是環(huán)境狀態(tài)準則層，但是前者排名處于逐漸下降趨勢，后者排名則處于上升趨勢；環(huán)境壓力領(lǐng)域的障礙作用最小，障礙度在逐漸下降。由此可見，為了城市群開發(fā)強度和生態(tài)環(huán)境之間能夠協(xié)調(diào)發(fā)展，各城市群在后續(xù)發(fā)展過程中要結(jié)合各子系統(tǒng)的障礙度采取針對性的措施。

表7 城市群準則層障礙度及排名

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

近年來我國城市群的發(fā)展越來越受到重視，城市群在發(fā)展過程中遇到的問題也逐漸顯現(xiàn)，從人口、經(jīng)濟和生態(tài)方面選取指標研究我國城市群2011—2019年開發(fā)強度與生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)，分析兩系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度及影響協(xié)調(diào)發(fā)展的因子和制約協(xié)調(diào)發(fā)展的障礙因子，得出以下結(jié)論。

我國城市群耦合度較高但協(xié)調(diào)程度不夠，共有17個城市群處于高水平耦合階段，2個城市群處于磨合耦合階段的城市群，依據(jù)我國各城市群協(xié)調(diào)度均值，我國城市群只有珠三角城市群處于良好協(xié)調(diào)水平，其余城市群都處于中度協(xié)調(diào)水平，雖然研究期內(nèi)協(xié)調(diào)程度有所改善，但我國仍然處于整體協(xié)調(diào)發(fā)展狀況差的局面。

從驅(qū)動因子來看，影響因子分布穩(wěn)定，多數(shù)影響因子來自開發(fā)強度子系統(tǒng)，不同時期驅(qū)動因子作用強度不同，17個指標中的驅(qū)動作用前5名分別為經(jīng)濟密度、建成區(qū)綠化覆蓋率、人口密度、城市建設(shè)用地占市區(qū)面積比重、人均工業(yè)廢水排放量。

障礙因子診斷表明，固定資產(chǎn)投資總額、人均建成區(qū)面積、城市建設(shè)用地占市區(qū)面積比重、人均水資源量、人均公園綠地面積這幾個障礙因子對城市群開發(fā)強度和生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)發(fā)展阻礙較大，以準則層來判斷經(jīng)濟開發(fā)和生態(tài)環(huán)境狀態(tài)的障礙作用最為突出。

3.2 討論

提高城市群的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展，提升兩系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)程度。城市群發(fā)展要注重區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境，區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展過程中，生態(tài)環(huán)境有可能被忽略，生態(tài)環(huán)境惡化，區(qū)域耦合協(xié)調(diào)發(fā)展必將會受到限制，所以要時刻注意生態(tài)環(huán)境水平，為城市群的協(xié)調(diào)發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

在促進城市群發(fā)展的同時，應(yīng)重視促進二者協(xié)調(diào)發(fā)展的主要因素，并在此基礎(chǔ)上，根據(jù)實際情況，提出促進區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的政策與措施。優(yōu)化城市群協(xié)調(diào)發(fā)展戰(zhàn)略，城市群的協(xié)調(diào)發(fā)展要根據(jù)障礙因子來采取相應(yīng)的措施，采取可持續(xù)發(fā)展模式進行區(qū)域開發(fā)，促進城市健康發(fā)展。

本文構(gòu)建的指標體系考慮到數(shù)據(jù)的可獲取性，加上開發(fā)強度和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)間作用的復(fù)雜性，指標體系并不完善，如何更進一步地優(yōu)化模型還有待深入探討。優(yōu)化指標體系構(gòu)建以及選擇更合適模型判斷影響因子，探索我國城市群生態(tài)環(huán)境和開發(fā)強度協(xié)調(diào)發(fā)展的道路是今后的研究方向。