王少劍, 方創(chuàng)琳, 王 洋

1 中國科學院地理科學與資源研究所, 北京 100101 2 中國科學院大學, 北京 100049 3 廣州地理研究所, 廣州 510070

京津冀地區(qū)城市化與生態(tài)環(huán)境交互耦合關(guān)系定量測度

王少劍1,2, 方創(chuàng)琳1,*, 王 洋3

1 中國科學院地理科學與資源研究所, 北京 100101 2 中國科學院大學, 北京 100049 3 廣州地理研究所, 廣州 510070

城市化與生態(tài)環(huán)境之間客觀上存在著極其復(fù)雜的交互耦合關(guān)系，如何實現(xiàn)城市化與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展將是世界經(jīng)濟社會發(fā)展的核心議題，也是近年來國內(nèi)外研究的熱點命題。首先構(gòu)建了城市化和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)綜合評價指標體系，然后借助物理學耦合模型，構(gòu)建了城市化與生態(tài)環(huán)境動態(tài)耦合協(xié)調(diào)度模型，定量分析了1980—2011年京津冀地區(qū)城市化與生態(tài)環(huán)境的耦合過程與演進趨勢。結(jié)果表明：人口城市化和生態(tài)壓力分別對城市化子系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)的貢獻份額最大，明顯高于其他因素；在耦合協(xié)調(diào)度測算模型中，城市化子系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)3種不同貢獻份額所得出的耦合協(xié)調(diào)度的變化趨勢是一致的，表明耦合協(xié)調(diào)度模型受城市化與生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)貢獻份額比例的影響很小；1980年以來京津冀地區(qū)的城市化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度呈現(xiàn)出S型曲線變化，協(xié)調(diào)類型從嚴重不協(xié)調(diào)-城市化受阻發(fā)展到高級協(xié)調(diào)-生態(tài)環(huán)境滯后類型；正確認識城市化與生態(tài)環(huán)境交互脅迫的時空動態(tài)耦合規(guī)律，采取恰當?shù)膮^(qū)域發(fā)展政策和適當?shù)某鞘邪l(fā)展戰(zhàn)略，對進一步加快區(qū)域城市化進程，改善生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)京津冀地區(qū)城市化與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展具有重要的指導意義。

城市化與生態(tài)環(huán)境; 交互耦合關(guān)系; 耦合協(xié)調(diào)度模型; 協(xié)調(diào)發(fā)展類型; 京津冀

城市化與生態(tài)環(huán)境的交互耦合關(guān)系已成為地理研究和區(qū)域發(fā)展研究的一個核心問題。改革開放30多年來，中國加快發(fā)展方式轉(zhuǎn)變，工業(yè)化和城市化進程快速推進，經(jīng)濟增長率平均超過9.9%，經(jīng)濟規(guī)模僅排在美國之后，位列全世界第二位[1]。然而快速工業(yè)化根植于能源的巨大需求和消耗，快速城市化來源于對生態(tài)環(huán)境和資源的剝奪，過大的需求和侵占勢必對生態(tài)系統(tǒng)和資源環(huán)境承載力帶來巨大壓力，損傷生態(tài)服務(wù)功能。所以追求經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護是一對矛盾體，如何協(xié)調(diào)二者之間的發(fā)展將會對推動區(qū)域經(jīng)濟、社會、生態(tài)的協(xié)調(diào)、穩(wěn)定與可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要[2- 3]。

從國內(nèi)外關(guān)于城市化與生態(tài)環(huán)境交互作用關(guān)系研究來看，研究重點主要涉及城市化與生態(tài)環(huán)境交互作用機理[4]，并在城市化與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展方面取得了新進展。研究理論基礎(chǔ)主要包括耦合裂變律，動態(tài)層級律，隨機漲落律，非線性協(xié)同律，閾值律和預(yù)警律等六大基本定律[5- 6]；研究范圍主要涉及歐洲、美國、俄羅斯和中國等國家和地區(qū)[7- 11]；研究尺度涵蓋全球、國家、省(州)、城市和城市內(nèi)部，并以城市為研究重點[10,12- 14]；研究方法主要包括“3S”技術(shù)定量分析、系統(tǒng)分析、數(shù)學模型和回歸分析等[15- 19]；學科視角主要為生態(tài)經(jīng)濟學、地理學、管理學、空間經(jīng)濟學以及多學科綜合等[20- 23]。但當前的研究主要以城市化對生態(tài)環(huán)境的脅迫效應(yīng)研究較多，生態(tài)環(huán)境對城市化的約束效應(yīng)研究較少，所以城市化與生態(tài)環(huán)境關(guān)系的協(xié)調(diào)問題是目前研究的薄弱環(huán)節(jié)，較少有學者從生態(tài)環(huán)境約束的角度，將生態(tài)環(huán)境變化與城市化結(jié)合起來，探討城市化過程對生態(tài)環(huán)境變化的影響以及生態(tài)環(huán)境對城市化的影響。

學者對城市化與生態(tài)環(huán)境耦合動態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展的研究主要集中在協(xié)調(diào)度測度、協(xié)調(diào)發(fā)展類型判別等方面，并出現(xiàn)許多新趨勢：①測度方法上數(shù)學計量模型成為主流工具，研究尺度逐漸趨小化，同時并注重多尺度分析對比研究[24- 28]；②協(xié)調(diào)發(fā)展類型上，對不同地區(qū)的耦合狀態(tài)進行判別，主要有運用EKC計量模型進行定性分析[29- 30]；運用灰色系統(tǒng)模型對耦合協(xié)調(diào)度進行定量測度[31]；運用雙指數(shù)模型對城市化與生態(tài)環(huán)境交互雙指數(shù)曲線進行驗證分析[32- 34]；運用投入產(chǎn)出模型對人口-資源-環(huán)境-經(jīng)濟系統(tǒng)的耦合度進行定量分析[35]；此外許多學者運用耦合模型來定量分析城市化與生態(tài)環(huán)境的耦合演變[23,36- 38]?？傮w而言，這些研究逐漸由靜態(tài)、定性現(xiàn)狀分析轉(zhuǎn)向動態(tài)、定量趨勢評價，為人們進一步研究城市化與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系奠定了理論和實踐基礎(chǔ)。但這些研究同時也忽略了對城市化與生態(tài)環(huán)境關(guān)系長期發(fā)展的規(guī)律性驗證，沒有詳細的判定系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)證狀態(tài)。

伴隨著技術(shù)方法的革新，可以更好的了解城市化與生態(tài)環(huán)境發(fā)展的模式、動態(tài)及耦合機制。目前國內(nèi)已有的城市化與生態(tài)環(huán)境關(guān)系的研究主要集中在干旱區(qū)和全國性省級層面[36- 37]，卻較少以城市群為單元來研究城市化與生態(tài)環(huán)境的耦合關(guān)系。京津冀地區(qū)是中國未來經(jīng)濟發(fā)展格局中最具活力和潛力的核心地區(qū)，在其城市化快速推進過程中，生態(tài)環(huán)境受到了不同程度的破壞，城市化與生態(tài)環(huán)境間出現(xiàn)了不協(xié)調(diào)發(fā)展的畫面，所以其城市化與生態(tài)環(huán)境之間的耦合關(guān)系最具代表性。深入研究京津冀地區(qū)的城市化與生態(tài)環(huán)境的耦合過程及演變趨勢，提出良性耦合的對策建議，對實現(xiàn)京津冀地區(qū)城市化與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展具有重要的指導意義。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源

圖1 研究范圍與區(qū)域Fig.1 Location and range of the study areas

自改革開放以來，京津冀地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展迅速，以北京和天津為經(jīng)濟增長的龍頭，帶動了京津冀地區(qū)經(jīng)濟的騰飛，使京津冀地區(qū)成為中國區(qū)域經(jīng)濟增長最快、經(jīng)濟發(fā)展水平最高的地區(qū)增長極之一。2011年，京津冀地區(qū)擁有人口8508萬人，面積為183704km2，占全國面積的1.9%；地區(qū)生產(chǎn)總值為40590億元，在全國22個城市群中排名第三，經(jīng)濟增長速度為14.09%高于全國的8.74%；從1980—2011年，城市化率從38.86%增加到59.47%，年均增長1.38%高于全國的0.93%。伴隨著京津冀經(jīng)濟的快速發(fā)展，區(qū)域內(nèi)部資源環(huán)境問題也日益突出，在快速城市化背景下，如何實現(xiàn)城市化與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展將是京津冀地區(qū)面臨的新挑戰(zhàn)。本文以京津冀地區(qū)為研究單元(圖1)，以1980—2011年間社會經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)為研究對象，分析了1980年以來京津冀地區(qū)的城市化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)變化的特征。本文數(shù)據(jù)來自《中國統(tǒng)計年鑒》(中國統(tǒng)計出版社，1985—2012)、《中國農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》(中國統(tǒng)計出版社，1985—2012)、《中國教育統(tǒng)計年鑒》(中國統(tǒng)計出版社，1987—2011)、《中國區(qū)域統(tǒng)計年鑒》(中國統(tǒng)計出版社，2000—2012)、《中國城市統(tǒng)計年鑒》(中國統(tǒng)計出版社，1991—2012)、《新中國六十年統(tǒng)計資源匯編》(中國統(tǒng)計出版社，1949—2008)及北京、天津統(tǒng)計年鑒和相關(guān)地市統(tǒng)計年鑒。

2 城市化與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)模型構(gòu)建

2.1 城市化與生態(tài)環(huán)境的交互耦合關(guān)系分析

城市化是一個經(jīng)濟、社會、文化等多種因素綜合發(fā)展的過程，實質(zhì)上也是以內(nèi)向式集聚為主和外向式推延為輔的綜合作用的過程，它不僅表現(xiàn)為人口由農(nóng)村向城鎮(zhèn)的轉(zhuǎn)移集聚、城鎮(zhèn)人口逐步增加，還表現(xiàn)為農(nóng)業(yè)景觀向城市景觀轉(zhuǎn)換、農(nóng)業(yè)地域向城市地域轉(zhuǎn)換導致城鎮(zhèn)數(shù)量的增加和城鎮(zhèn)規(guī)模的擴大；不僅表現(xiàn)為農(nóng)業(yè)活動向非農(nóng)業(yè)活動轉(zhuǎn)換、城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級，還表現(xiàn)為城市經(jīng)濟和生活方式向廣大農(nóng)村地區(qū)擴散?；谶@種認識和過程，城市化的內(nèi)涵可以概括為4個方面：人口城市化、空間城市化、經(jīng)濟城市化和社會城市化。人口城市化一方面通過人口密度的增加給生態(tài)壞境帶了巨大壓力，城市人口的增加快于城市地域的擴張，這樣城市生態(tài)環(huán)境所承受的壓力越來越大；一方面通過改善人們的生活方式和消費結(jié)構(gòu)來過多過快的向生態(tài)環(huán)境索取資源，生活水平越高，索取的力度越大。空間城市化主要變現(xiàn)為城市密度的增加和城市地域范圍的擴展，在這一過程中城市用地不斷增加，造成土地資源緊張，同時衍生而來的城市交通擴展也給生態(tài)環(huán)境帶來了景觀破壞和噪聲污染等問題。經(jīng)濟城市化表現(xiàn)為農(nóng)業(yè)活動向非農(nóng)業(yè)活動轉(zhuǎn)換，和城市經(jīng)濟的轉(zhuǎn)型提升。由于規(guī)模經(jīng)濟帶動了產(chǎn)業(yè)集聚從而提升了經(jīng)濟總量，同時消耗更多資源能源，增大了生態(tài)環(huán)境壓力；同時由于經(jīng)濟總量的增加，使城市更具能力進行環(huán)保投資，在一定程度上緩解生態(tài)壓力，經(jīng)濟城市化對生態(tài)環(huán)境具有雙重作用。社會城市化主要表現(xiàn)為城市經(jīng)濟和生活方式向廣大農(nóng)村地區(qū)蔓延擴散。它是城市化外向式推延的過程，對城市化的提升具有輔助作用，通過改變?nèi)藗兊纳罘绞胶蛡鹘y(tǒng)消費理念來影響資源利用方式和環(huán)境保護治理效果。以上說明城市化過程中的每個方面都會對生態(tài)環(huán)境帶來一定的影響和壓力，而同時生態(tài)環(huán)境通過自身的響應(yīng)對城市化過程的每個方面都有一定的約束和限制作用?？偟膩碚f，城市化和生態(tài)環(huán)境之間客觀存在著極其復(fù)雜的交互耦合關(guān)系，城市化對生態(tài)環(huán)境有一定的脅迫作用，生活環(huán)境對城市化有一定的限制和約束作用(圖2)。

圖2 城市化過程與生態(tài)環(huán)境變化的脅迫耦合關(guān)系分析圖Fig.2 Analysis chart of the coupling relationship of urbanization and eco-environment

2.2 城市化與生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)度模型

耦合度是一個物理學概念，是指兩個(或兩個以上的) 系統(tǒng)通過受自身和外界的各種相互作用而彼此影響的現(xiàn)象，耦合度模型即[38- 39]：

(1)

由于系統(tǒng)之間的耦合關(guān)系存在相似性，耦合現(xiàn)在被廣泛地應(yīng)用到研究城市化與生態(tài)環(huán)境交互脅迫關(guān)系之中，即：

(2)

進一步構(gòu)造城市化與生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)度模型，來判別城市化與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)程度，即：

T=αf(U)+βg(E)

(3)

(4)

式中，C是耦合度，f(U)是城市化子系統(tǒng)，g(E)是生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)；在城市化與生態(tài)環(huán)境綜合系統(tǒng)中，C代表城市化與生態(tài)環(huán)境的耦合度,D是城市化與生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)度，T代表城市化與生態(tài)環(huán)境綜合調(diào)和指數(shù)；α和β分別代表城市化和生態(tài)環(huán)境的貢獻份額[39]。根據(jù)耦合協(xié)調(diào)度D及城市化子系統(tǒng)f(U)和生態(tài)壞境子系統(tǒng)g(E)的大小，同時借鑒物理學關(guān)于協(xié)調(diào)類型的劃分，可以將城市化與生態(tài)環(huán)境的耦合類型分為3大類，4個亞類和12個子類型[39](表1)。

3 京津冀地區(qū)城市化與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的耦合態(tài)勢分析

3.1 城市化與生態(tài)環(huán)境綜合評價指標體系構(gòu)建

為了準確評價城市化水平和生態(tài)環(huán)境的關(guān)系，在設(shè)置評價指標體系時，借鑒相關(guān)研究成果[39]，綜合可持續(xù)發(fā)展度量法和資源環(huán)境承載力模型，按照目的科學性原則、系統(tǒng)整體性原則、層次性原則和定性與定量結(jié)合原則，結(jié)合京津冀實際情況，最后形成了有人口城市化、空間城市化、經(jīng)濟城市化和社會城市化4個一級指標，非農(nóng)業(yè)占總?cè)丝诒戎?、人均GDP等17個基礎(chǔ)指標所構(gòu)成的京津冀地區(qū)城市化水平的綜合指標體系(表2)；形成了有資源要素、生態(tài)要素、生態(tài)條件和生態(tài)響應(yīng)4個一級指標，建成區(qū)綠化率、人均綠地等15個基礎(chǔ)指標所構(gòu)成的京津冀地區(qū)生態(tài)環(huán)境綜合指標體系(表3)。

表1 城市化與生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)類型劃分Table 1 Classification of the development of coupling of urbanization and the environment

表2 城市化綜合評價指標及權(quán)重Table 2 The index system and weights of urbanization

AHP(Analytic hierarchy process)法—層次分析法

表3 生態(tài)環(huán)境綜合評價指標及權(quán)重Table 3 The index system and weights of eco-environment

城市化與生態(tài)環(huán)境指標可以分為兩種類型，對不同的類型采用相應(yīng)的無量綱化方法[39]，公式為：

(5)

(6)

式中，i為年份，j為指標序號，Xij為指標數(shù)據(jù)原始值，rij為標準化值，max(Xj)和min(Xj)分別為第j指標的最大值和最小值；當指標值為正向作用時，即所用指標的值越大越好時，采用公式(5)，當指標值為逆向作用時，即所用指標的值越小越好時，采用公式(6)，經(jīng)過這樣的處理，所有的指標值都會在[0,1]范圍內(nèi)。

在處理指標權(quán)重時，由于考慮到每一種賦權(quán)法都有一定局限性，為了降低賦權(quán)法所帶來的差異性，本文綜合選擇了一種主觀賦權(quán)法模糊層次分析法(AHP)[40]、兩種客觀賦權(quán)法熵值法[41]和無限方案多目標決策方法進行行有限方法多目標決策法[42]，然后求其權(quán)重的均值得到綜合權(quán)重，在一定程度上相應(yīng)的縮小了單一賦權(quán)法帶來的局限性和弊端，處理結(jié)果如表2、表3。

3.2 城市化與生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)分析

從表2中可以看出，人口城市化(0.35)在城市化綜合指標體系中所占的權(quán)重最大，因此是對城市化綜合水平影響最大的層面，其次依次是經(jīng)濟城市化(0.3)、空間城市化(0.2)和社會城市化(0.15)。在城市化綜合指標體系中，非農(nóng)業(yè)人口占總?cè)丝诿芏?0.147)、城鎮(zhèn)人口密度(0.116)、城鎮(zhèn)密度(0.092)和全社會固定資產(chǎn)投資(0.078)是貢獻份額最大的指標，所占的綜合權(quán)重合計為43.25%?；谝陨戏治觯梢钥闯鲈谶^去30年間，城鎮(zhèn)人口的增加、城鎮(zhèn)人口密度的提高和城市個數(shù)的增加是影響京津冀地區(qū)城市化快速發(fā)展的重要原因。研究結(jié)果也正好符合京津冀地區(qū)的實際情況，人口增加和城市發(fā)展的交互關(guān)系是影響京津冀地區(qū)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重要原因之一。所以城市規(guī)劃者和政府機構(gòu)在考慮和構(gòu)想城市發(fā)展政策時應(yīng)給予城鎮(zhèn)人口增加和城市地域范圍擴張滯后的交互關(guān)系以高度關(guān)注。采取恰當?shù)膮^(qū)域發(fā)展政策和恰當?shù)某鞘邪l(fā)展戰(zhàn)略對健康城鎮(zhèn)化的發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義。

從表3可以看出，建成區(qū)綠化面積(0.098)、人均工業(yè)廢氣排放總量(0.097)、人均可利用水資源總量(0.095)、人均綠地面積(0.0868)和人均水資源總量(0.08)對生態(tài)環(huán)境綜合水平具有較高的貢獻份額，總共占到了45.72%?？偟膩砜矗鷳B(tài)要素條件和生態(tài)壓力條件是影響生態(tài)環(huán)境綜合水平最重要的兩個因素?；谝陨戏治?，可以看出提高城市地區(qū)的綠化率、保障城市用水安全和減少工業(yè)廢氣排量是提高城市生態(tài)環(huán)境綜合水平的強有力措施。

圖3展示了城市化綜合水平及各個層面城市化水平的變動趨勢。城市化綜合水平在1980—2011年間一直保持著上升趨勢。這表明京津冀地區(qū)在改革開放以來，中心城市發(fā)展較快，城市規(guī)模不斷擴張，非農(nóng)業(yè)人口每年呈增長態(tài)勢，城市地域范圍也不斷向外圍擴張，相比20世紀90年代有很大增長，同時經(jīng)濟發(fā)展速度也較快，在整個國家戰(zhàn)略區(qū)域競爭中處于絕對優(yōu)勢地位。具體人口城市化曲線也呈上升趨勢，人口城市化對城市化綜合水平的貢獻份額和人口城市化曲線保持一致，再一次證明了人口城市化對城市化綜合水平的貢獻份額最高?？臻g城市化的貢獻份額呈現(xiàn)出一個簡單的倒“U”型曲線，1980—2002間，貢獻份額呈上升趨勢，2003—2008年貢獻份額的比重比較穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)波動性變化，2009年至今，空間城市化的貢獻份額開始出現(xiàn)下降趨勢。經(jīng)濟城市化對城市化綜合水平的貢獻份額呈逐年增高的趨勢，這表明經(jīng)濟城市化所包含的要素在推動城市化快速發(fā)展的進程中所起的作用越來越大，所占的貢獻份額也越來越高。社會城市化曲線也一直處于上升趨勢，但其對城市化綜合水平的貢獻份額不高，雖然逐年升高，但還是處于較低水平。

圖3 城市化綜合水平的演變趨勢Fig.3 Trends of comprehensive levels of urbanization

圖4展示了生態(tài)環(huán)境綜合水平以及各個層面生態(tài)環(huán)境水平的變化趨勢。生態(tài)環(huán)境綜合水平在整個研究時間段表現(xiàn)出波動中上升，其基本趨勢和生態(tài)壓力變化趨勢是一致的。1980—1990年生態(tài)環(huán)境綜合水平變現(xiàn)出急劇的上升；1990—2002年間，生態(tài)環(huán)境綜合水平與資源要素層面的生態(tài)環(huán)境水平的變化趨勢是一致的，出現(xiàn)了明顯的下降變化；2003—2011年生態(tài)環(huán)境綜合水平出現(xiàn)波動中上升。其他各個層面的生態(tài)環(huán)境水平分別呈現(xiàn)出各自不同的變化，生態(tài)要素和生態(tài)響應(yīng)呈微弱上升趨勢，生態(tài)壓力呈波動性變化，資源要素在2003年出現(xiàn)拐點，2003年之前急劇下降，2003年之后緩慢上升。

圖4 生態(tài)環(huán)境綜合水平的變化趨勢Fig.4 Trends of comprehensive levels of eco-environment

圖5 生態(tài)環(huán)境綜合水平的變化趨勢Fig.5 Trends of comprehensive levels of eco-environment

3.3 城市化與生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)度分析

為了探求城市化子系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)對城市化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度的影響，本文分析了3種不同類型(α=1/3,β=2/3;α=1/2,β=1/2;α=2/3,β=1/3)城市化與生態(tài)環(huán)境所占貢獻份額的情況，基于這3種不同類型城市化子系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)的貢獻份額，從而測算城市化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度的變化情況，測算結(jié)果和類型劃分如圖5和表4。

如圖5所示，從3種不同城市化子系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)貢獻份額類型的耦合結(jié)果來看，3組耦合協(xié)調(diào)度的變化趨勢是一致的，僅大小稍有不同?？梢悦黠@看出城市化子系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)的所占貢獻份額的大小對整個系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度的結(jié)果影響不大。所以本文的分析結(jié)果將不再著重分析由于不同權(quán)重所引起的耦合協(xié)調(diào)度差異，重點關(guān)注耦合協(xié)調(diào)度在1980—2011年的變化趨勢分析。城市化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度的變化趨勢是先降后升，形成一個S型曲線。本文將從4個時間段詳細闡述城市化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度的變化趨勢：

(1)1980—1985年 這一階段的城市化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度呈下降趨勢，但一直保持在嚴重不協(xié)調(diào)-城市化發(fā)展受阻階段。這一時期的生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)的綜合水平明顯高于城市化子系統(tǒng)的綜合水平，生態(tài)環(huán)境綜合水平呈上升趨勢，從0.276增加到0.407；而城市化綜合水平卻出現(xiàn)稍微的下降，從0.069下降到0.064.結(jié)果說明改革開放初期，城市化水平較低，經(jīng)濟發(fā)展緩慢，其對生態(tài)環(huán)境并沒有構(gòu)成嚴重影響。

(2)1985—2002年 城市化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度迅速增加，表明城市化子系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)越來越協(xié)調(diào)，協(xié)調(diào)類型從嚴重不協(xié)調(diào)-城市化受阻逐步過渡到基本協(xié)調(diào)階段。這一時期的城市化綜合水平快速增加，城市經(jīng)濟發(fā)展迅速，城市人口逐漸增加，而這一時期的生態(tài)環(huán)境綜合水平卻呈現(xiàn)倒U型波動性變化，1985—1990年上升，1990—2002年快速下降，說明生態(tài)環(huán)境開始受到了城市化快速發(fā)展的影響，出現(xiàn)了生態(tài)響應(yīng)。這一時期京津冀地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展以高耗能發(fā)展模式為主，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以二產(chǎn)為主，資源消耗過快，但仍在資源環(huán)境承載力范圍之內(nèi)。

(3)2003—2008年 城市化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度繼續(xù)增加，這一時期的協(xié)調(diào)類型從基本協(xié)調(diào)逐步過渡到高級協(xié)調(diào)-生態(tài)環(huán)境滯后階段。城市化綜合水平在這一階段呈線性上升，生態(tài)環(huán)境綜合水平穩(wěn)步提高，2005—2006年達到高級協(xié)調(diào)階段。這一變化和京津冀地區(qū)的發(fā)展政策密切相關(guān)，2001年北京取得了奧運會的申辦權(quán)，北京及其周邊地區(qū)開始采取各種措施對重化工以及污染性比較大的產(chǎn)業(yè)進行綜合治理，由于滯后效應(yīng)，從2003年開始環(huán)境質(zhì)量得到穩(wěn)步提升，城市化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度逐步達到高級協(xié)調(diào)階段。

(4)2008—2011年 城市化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度持續(xù)增加，但趨勢變緩，一直維持在高級協(xié)調(diào)-生態(tài)環(huán)境滯后階段。這一時期城市化綜合水平繼續(xù)增加，但生態(tài)環(huán)境卻開始出現(xiàn)波動變化，究其原因主要是因為奧運會過后，京津冀地區(qū)的部分污染性行業(yè)企業(yè)逐步開始運行，環(huán)境質(zhì)量開始下降，進而出現(xiàn)各種極端天氣，影響京津冀地區(qū)整體的生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

表4 不同耦合類型下的城市化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度

Table 4 Coordinated coupling degree of urbanization and eco-environment based on discriminated standards

4 結(jié)論與討論

城市化與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)在城市經(jīng)濟發(fā)展、社會進步和生態(tài)演變的過程中，伴隨著城市人口增加、城市資源開發(fā)、城市經(jīng)濟增長、城市科技進步以及城市生態(tài)環(huán)境破壞，經(jīng)歷著較長的演化過程，城市化與生態(tài)環(huán)境內(nèi)部各要素之間形成了極其復(fù)雜的交互耦合關(guān)系。本文以京津冀地區(qū)為例，構(gòu)建了耦合協(xié)調(diào)度模型定量的評價了城市化與生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)度，同時在快速城市化背景下，本文也分析了城市化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度的動態(tài)變化。研究表明：①人口城市化和生態(tài)壓力分別對城市化子系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)的貢獻份額最大，明顯高于其他因素；②在耦合協(xié)調(diào)度測算模型中，城市化子系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)3種不同的貢獻份額所得出的耦合協(xié)調(diào)度的變化趨勢是一致的，表明耦合協(xié)調(diào)度模型受城市化與生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)貢獻份額比例的影響很?。虎墼?980—2011年間，京津冀地區(qū)的城市化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度呈現(xiàn)了S型曲線變化，協(xié)調(diào)類型從嚴重不協(xié)調(diào)-城市化受阻發(fā)展到高級協(xié)調(diào)-生態(tài)環(huán)境滯后。

本文構(gòu)建了耦合協(xié)調(diào)度測算模型，在城市化與生態(tài)環(huán)境客觀復(fù)雜動態(tài)關(guān)系的基礎(chǔ)上，通過交互脅迫關(guān)系和動態(tài)耦合應(yīng)用來判讀城市化與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展類型。該分析強調(diào)城市化與生態(tài)環(huán)境耦合的動態(tài)時空演變，實證研究結(jié)果能較好的切合京津冀地區(qū)發(fā)展的實際情況，研究結(jié)論能為京津冀區(qū)域發(fā)展政策的制定提供依據(jù)。從以上的分析可以看出，京津冀地區(qū)的城市化與生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)度變化趨勢應(yīng)該有兩種類型，一是隨著城市化水平的持續(xù)推進，生態(tài)環(huán)境進一步遭到破壞，進而達到崩潰，那么整體生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)也將面臨滅亡；一是隨著城市化水平的持續(xù)提高，伴隨著經(jīng)濟總量的增加，使城市更具能力進行環(huán)保投資，在一定程度上緩解生態(tài)壓力，最終達到城市化與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。該方法還可以為國內(nèi)其他區(qū)域城市化與生態(tài)環(huán)境關(guān)系的研究提供新的方法思路。

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Quantitative investigation of the interactive coupling relationship between urbanization and eco-environment

WANG Shaojian1,2, FANG Chuanglin1,*, WANG Yang3

1InstituteofGeographicSciencesandNaturalResourcesResearch,ChineseAcademyofSciences,Beijing100101,China2UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China3GuangzhouInstituteofGeography,Guangzhou510070,China

Over the past three decades, China′s gradual transition toward an urbanization-oriented development strategy has generated a spectacular urbanization development with an average annual growth rate at 0.93%. Although, China achieved a great success in urbanization process, many serious challenges appeared at the same time, such as, population explosion, resources scarcity, and eco-environmental deterioration. Accordingly, China′s rapid urbanization has been characterized by high-speed economic growth and a series of environmental issues. As it is widely known that there exists an extremely complex interactive coupling and coercing relationship between urbanization and eco-environment, which indicates that urbanization has a strong coercing effect on eco-environment, and eco-environment has a lagged constraint force on urbanization. How to realize the coordinated development of urbanization and eco-environment is not only the key issue in the world economic and social development, but also a hot topic in domestic research in recent years. To start with, this paper establishes a comprehensive index system for assessment of the level of urbanization based on four aspects (population urbanization, spatial urbanization, social urbanization and economic urbanization) and eco-environment based on four aspects (resource factor, eco-environment endowment, eco-environment pressure and eco-environment response). Furthermore, each indictor in the compound system is weighted with subjective and objective weight determination methods: the methods of AHP, entropy and multi-objective decision-making power coefficient. Finally, a coupling coordination degree model focusing on the coupling processes and evolution trends of the compound system of urbanization and eco-environment is established, based on the physical model from 1980 to 2011 in Beijing-Tianjin-Hebei region. The results show that: (1) population urbanization and the eco-environmental pressure make the greatest contribution to the urbanization subsystem and the eco-environmental subsystem respectively, indicating that they are the significant factors when adjusting the compound coupling coordination system during decision-making; (2) in the coupling coordination degree model, the three different subsets of contributions of the urbanization subsystem and the eco-environmental subsystem make no differences to the coupling coordination degree between urbanization and eco-environment system, which indicates that the two parameters have less effect on the coupling coordination system; (3) the coupling coordination degree between urbanization and eco-environment shows an S-shaped curve, and both subsystems evolve from the seriously unbalanced development with urbanization hindered into superiorly balanced development with environment lagged; (4) we argue that it is important to recognize the spatial-temporal dynamic coupling law of interactive coercing between urbanization and eco-environment. It is of great significance to take appropriate urbanization development modes to realize sustainable development between urbanization and eco-environment in Beijing-Tianjin-Hebei region. Furthermore, the results of this study also offer a scientific decision-making for achieving the goal of eco-environment protection and promoting the healthy urbanization in Beijing-Tianjin-Hebei region.

urbanization and eco-environment; the interactive coupling relationship; the coupling coordination degree model; the coordinated development type; Beijing-Tianjin-Hebei region

國家自然科學基金(41371177); 國家社科基金重大項目(13&ZD027)

2013- 06- 02;

日期:2014- 05- 08

10.5846/stxb201306021271

*通訊作者Corresponding author.E-mail: fangcl@igsnrr.ac.cn

王少劍, 方創(chuàng)琳, 王洋.京津冀地區(qū)城市化與生態(tài)環(huán)境交互耦合關(guān)系定量測度.生態(tài)學報,2015,35(7):2244- 2254.

Wang S J, Fang C L, Wang Y.Quantitative investigation of the interactive coupling relationship between urbanization and eco-environment.Acta Ecologica Sinica,2015,35(7):2244- 2254.