美克拉衣·艾克拜爾　孜比布拉·司馬義　陳溯

(1.新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,新疆烏魯木齊　830046;2.新疆大學(xué)綠洲生態(tài)教育部重點實驗室,新疆烏魯木齊　830046;

3.新疆大學(xué)智慧城市與環(huán)境建模教育廳高校重點實驗室,新疆烏魯木齊　830046)

北疆地區(qū)城市化與生態(tài)環(huán)境交互耦合的過程

美克拉衣·艾克拜爾1,3孜比布拉·司馬義1,2,3陳溯1,3

(1.新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,新疆烏魯木齊830046;2.新疆大學(xué)綠洲生態(tài)教育部重點實驗室,新疆烏魯木齊830046;

3.新疆大學(xué)智慧城市與環(huán)境建模教育廳高校重點實驗室,新疆烏魯木齊830046)

以新疆北部地區(qū)城市城市化與生態(tài)環(huán)境交互耦合的規(guī)律性進(jìn)行了分析。在北疆城市城市化與生態(tài)環(huán)境之間,既有相互脅迫的過程,也有相互促進(jìn)的環(huán)節(jié),它們之間是一種在交互脅迫中相互促進(jìn)的動態(tài)耦合關(guān)系;北疆城市城市化與生態(tài)環(huán)境交互耦合的演進(jìn)過程中根據(jù)生態(tài)壓力指數(shù)的變化規(guī)律,雙指數(shù)函數(shù)方程得出烏魯木齊,克拉瑪依市,奎屯市處于磨合階段,昌吉市,阜康市,塔城市,烏蘇市,博樂市,阿勒泰市處于拮抗階段,石河子市處于好轉(zhuǎn)階段。

北疆地區(qū)城市城市化水平生態(tài)環(huán)境耦合階段

隨著我國城鄉(xiāng)隔離戶籍制度的瓦解和城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略的實施，參照國際城市化發(fā)展的一般規(guī)律，可以認(rèn)為我國城市化已進(jìn)入大規(guī)模發(fā)展階段。城市化正在或即將對周圍生態(tài)環(huán)境造成現(xiàn)實的破壞和潛在的威脅。在此形勢下，研究城市化與生態(tài)環(huán)境交互耦合的脅迫與約束機(jī)制，認(rèn)清二者交互影響的規(guī)律性，從而為科學(xué)制定城市可持續(xù)發(fā)展政策提供科學(xué)依據(jù)，就顯得極為重要[1]?，F(xiàn)代城市化是社會結(jié)構(gòu)現(xiàn)代化的重要內(nèi)容之一，城市化水平是社會現(xiàn)代化實現(xiàn)程度的重要指標(biāo)[2]。

1　研究區(qū)概況

新疆北部(北疆)地區(qū)，在行政區(qū)方面包括五地州、三市和兩縣，即伊犁哈薩克自治州(伊犁州直屬縣、阿勒泰地區(qū)、塔城地區(qū))、昌吉地區(qū)、博爾塔拉蒙古自治州、烏魯木齊市、石河子市、克拉瑪依市， 及哈密地區(qū)的巴里坤縣和伊吾縣。主要包括烏魯木齊市、昌吉市、克拉瑪依市、阜康市、石河子市、伊寧市、塔城市、烏蘇市、阿勒泰市、博樂市、奎屯市十一個城市(看圖1)。北疆城市分布較為密集，城市數(shù)量占全疆的52%，已初步形成了特大、中、小不同等級規(guī)模的城市點軸體系。2013年北疆城市總?cè)丝跒?.73×105人，全疆總城市人口為8.91 ×105人。北疆城市總?cè)丝谡既鞘锌側(cè)丝诘?4.3%。北疆主要城市的面積為88.35×103km2，占北疆地區(qū)總面積的15.27%，占全疆城市總面積的39.6%。新疆城市總建城區(qū)面積為645.53km2，而北疆城市建成區(qū)面積占新疆城市總建成區(qū)面積的70%，以此創(chuàng)造出52.6%的新疆國民生產(chǎn)總值，城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展遙遙領(lǐng)先新疆其它地區(qū)。2011年新疆北部地區(qū)主要城市城市化水平為49%。實現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值(GDP) 35.02×1010元，占全疆地區(qū)生產(chǎn)總值的46.5%，人均GDP達(dá)到5.19× 104元/人。實現(xiàn)社會消費品零售總額6.56×106元，地方財政收入達(dá)到3.25×1010元。

新疆北部地區(qū)城市總面積大，自然條件惡劣，生態(tài)環(huán)境脆弱，人類的生存空間和社會經(jīng)濟(jì)活動受制于區(qū)域地理環(huán)境因素，是依托綠洲生存的典型城鎮(zhèn)區(qū)域。該地區(qū)在城市發(fā)展、礦產(chǎn)資源開發(fā)利用、綠洲開墾、交通樞紐建設(shè)等方面取得了卓越的成績[3]。國家在實施西部大開發(fā)和新型城市化以來，區(qū)域內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、能源開發(fā)、環(huán)境保護(hù)和生態(tài)建設(shè)方面的工作已見成效。盡管如此，城鎮(zhèn)發(fā)展過程中還是反映出一些弊端[4]。

2012年，北疆地區(qū)完成生產(chǎn)總值36.77×1010元，按可比價格計算，比2000年增長了16.7%。連續(xù)10年保持兩位數(shù)增長;城鎮(zhèn)人口占全疆城鎮(zhèn)人口的比重達(dá)到36%;北疆地區(qū)城鎮(zhèn)居民人平均可支配收入35846元。北疆地區(qū)的城市化水平，也從2000年的54.2%增長到2012年的69.59%。(圖1)

北疆地區(qū)作為全疆經(jīng)濟(jì)主要發(fā)展地區(qū)，隨著經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，第二產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中所占的比重占重要地位。一些重污染行業(yè)給環(huán)境造成了很大的壓力。城市化水平的不斷加速也給生態(tài)環(huán)境帶來一定的污染。從圖2中可以看出隨著城市化水平的提高，工業(yè)粉塵排放量也隨著增加。發(fā)達(dá)國家“先污染后治理”的城市化道路帶給我們教訓(xùn)，即在城市化過程中，必須同時重視經(jīng)濟(jì)增長和污染治理，加大環(huán)保投資力度，有效遏制污染，改善環(huán)境狀況。根據(jù)發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗，一個國家在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展時期，環(huán)保投資要占到GDP的1%-1.5%，才能有效控制環(huán)境污染，達(dá)到3%才能使環(huán)境質(zhì)量得到明顯改善[5]。

圖1　北疆地區(qū)城市化水平與GDP變化(2000-2012)

圖2　北疆地區(qū)工業(yè)粉塵排放量變化(2000-2012)

表1　生態(tài)壓力指數(shù)評價指標(biāo)體系Table 1　The index system of eco-environm rnta l p ressure exponent

表2　北疆地區(qū)各城市生態(tài)壓力指數(shù)Table 2　the eco-environm rntal pressure exponents of the cities in North Xinjiang

表3　北疆地區(qū)各城市城市化與生態(tài)環(huán)境交互耦合的雙指數(shù)函數(shù)方程Table 3　the double-exponentiaon l coup ling functions between urbanization and eco-environm ent o f the cities in　in North Xin jiang

2　城市化與生態(tài)環(huán)境耦合關(guān)系綜述

耦合原本作為物理學(xué)的概念，是指兩個或兩個以上的系統(tǒng)或運動形式通過各種相互作用而彼此影響的現(xiàn)象。耦合度是描述系統(tǒng)或要素彼此相互作用的影響程度。我們可以把城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境兩個系統(tǒng)通過各自的耦合元素彼此產(chǎn)生影響的程度定義為城鎮(zhèn)——生態(tài)環(huán)境耦合度，即其大小反映了對區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的貢獻(xiàn)程度[6]。

城市化是指人口向城市地帶集中地過程，從城鎮(zhèn)化的實質(zhì)來看，它是一個人口經(jīng)濟(jì)化，社會化合產(chǎn)業(yè)的高級化過程。在區(qū)域不斷加快城鎮(zhèn)化的過程中，人口得以集中，經(jīng)濟(jì)加以發(fā)展，產(chǎn)業(yè)加以升級，而作為支撐城鎮(zhèn)化進(jìn)程的基礎(chǔ)——生態(tài)環(huán)境，卻可能會面臨不斷的退化，因而，城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境之間存在著先天的耦合機(jī)理。一方面。城市化通過人口的聚集，社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能耗增加和交通擴(kuò)張對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生脅迫;另一方面，生態(tài)環(huán)境的保護(hù)又通過人口的限制，排斥資本和干預(yù)對策對城鎮(zhèn)化的發(fā)展產(chǎn)生約束。一般，我們按照城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境交互作用的強弱程度，將其耦合的過程可以分為低水平耦合，拮抗耦合，磨合耦合和高水平耦合四個階段[7]。所以，從城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境的交互耦合的吉利來看，一個區(qū)域的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程就是生態(tài)環(huán)境和城鎮(zhèn)化耦合協(xié)同的過程，如果一個區(qū)域的城鎮(zhèn)化進(jìn)程速率過快，超出區(qū)域生態(tài)環(huán)境可以消耗和承載的能力，則區(qū)域生態(tài)環(huán)境將會出現(xiàn)不斷惡化的現(xiàn)象，城鎮(zhèn)化過程最終會面臨被遏制，甚至?xí)霈F(xiàn)城鎮(zhèn)化發(fā)展倒退的現(xiàn)象;如果對生態(tài)環(huán)境建設(shè)和治理的投資過大而超出區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的總體水平，城鎮(zhèn)化的正常發(fā)展就會因資金的缺乏而不能跟上生態(tài)環(huán)境耦合程度以及調(diào)控好二者的相互關(guān)系，是實現(xiàn)區(qū)域人口，社會，經(jīng)濟(jì)與環(huán)境全面，穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)[8]。

3　北疆地區(qū)的城市化與生態(tài)環(huán)境耦合規(guī)律性的驗證與分析

為了驗證干旱區(qū)城市化與生態(tài)環(huán)境交互耦合的規(guī)律性，可以采用非農(nóng)業(yè)人口占總?cè)丝诒戎卮沓鞘谢?，人均GDP代表經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，生態(tài)壓力指數(shù)代替生態(tài)環(huán)境惡化程度，通過擬合求解，進(jìn)而判斷城市化與生態(tài)環(huán)境之間的耦合函數(shù)，耦合軌跡，耦合類型與耦合階段[4]。

3.1生態(tài)壓力的綜合評價

根據(jù)北疆地區(qū)城市的實際情況，按照簡明科學(xué)性原則，系統(tǒng)整體性原則與可比，可量，可行性原則，建立如下指標(biāo)體系(表1)。各指標(biāo)數(shù)據(jù)來源于2000-2011年新疆統(tǒng)計年鑒，環(huán)境質(zhì)量報告書和水利年報。為了消除數(shù)據(jù)的數(shù)量級及量綱的不同而造成的影響，采用極差標(biāo)準(zhǔn)化的方法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，公式為:

式中，x為指標(biāo)數(shù)據(jù);i為年份;k為城市;j為指標(biāo)序號。為統(tǒng)一指標(biāo)的變化方向，需要對部分指標(biāo)進(jìn)行變向處理，公式為:aikj=1-Aijk。經(jīng)處理后，數(shù)據(jù)的數(shù)值范圍在[0-1]之間，并且對于統(tǒng)一指標(biāo)來說，在所有年份所有城市中最大者為1，最小者為0，這樣，既消除了量綱的影響，又使各城市之間的指標(biāo)具有可比性。各指標(biāo)權(quán)重的賦值，采用德爾菲法(Delphi)來確定，經(jīng)過加權(quán)求和，得出北疆城市各年份生態(tài)壓力指數(shù)(表2)[5]。

3.2北疆城市城市化與生態(tài)環(huán)境交互耦合雙指數(shù)函數(shù)的驗證

（一）課程結(jié)構(gòu)限制。高中語文課程中關(guān)于對主觀傳統(tǒng)文化的教育主要通過基本課堂教育、語文課內(nèi)教育、語文選修課及少量語文課活動來實現(xiàn)。“把中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化教育系統(tǒng)融入課程和教材體系”是教育部頒布過的指導(dǎo)綱要中特別提出的，但就對高中生傳統(tǒng)文化素養(yǎng)的培育來說顯得杯水車薪。由于受課程結(jié)構(gòu)的限制，大部分高中生只能在語文課堂中接觸到教材中、考題中出現(xiàn)的傳統(tǒng)文化相關(guān)內(nèi)容。

根據(jù)周一星等人的研究，城市化水平與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平之間存在著一種對數(shù)曲線的相關(guān)關(guān)系，可以表示為[9]:

式(2)中，y代表城市化水平;x代表人均GDP;a，b為待定參數(shù)。此外，Grossman等人也早就證實生態(tài)環(huán)境狀況與經(jīng)濟(jì)水平之間是一種到“U”形的變化關(guān)系，可以表示為:

式(3)中，z代表生態(tài)環(huán)境惡化程度;x為人均GDP;m，n，p為待定參數(shù)。因此，基于這兩種關(guān)系，可以采用數(shù)學(xué)方法推導(dǎo)出城市化與生態(tài)環(huán)境之間的耦合函數(shù)為雙指數(shù)函數(shù):

式(4)中，z為生態(tài)環(huán)境惡化程度;y為城市化水平;m，n，a，b，p為待定參數(shù)。

在對城市化水平，人均GDP，生態(tài)壓力指數(shù)燈光數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，通過公式(2)、(3)、(4)得出各城市的城市化與生態(tài)環(huán)境交互耦合雙指數(shù)函數(shù)方程，見表3.對雙指數(shù)函數(shù)加以分析可知，m為拐點出現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的惡化程度;b為取值決定拐點出現(xiàn)的早晚，其值越大，拐點出現(xiàn)時的城市化水平就越高;n的取值與生態(tài)壓力隨城市化變化的速率有關(guān)，其值越大，變化速率越大。因此，從m的取值來看，分析烏魯木齊＞克拉瑪依市＞石河子市＞昌吉市＞烏蘇市＞阜康市＞伊寧市＞奎屯市＞博樂市＞塔城市＞阿勒泰市，表現(xiàn)出工業(yè)城市和生態(tài)脆弱型城市拐點出現(xiàn)時的生態(tài)壓力一般較高;從b的取值來看，烏魯木齊市＞石河子市＞克拉瑪依市＞烏蘇市＞昌吉市＞奎屯市＞伊寧市＞阜康市＞塔城市＞博樂市＞阿勒泰市，表現(xiàn)出工業(yè)城市的拐點晚于農(nóng)業(yè)城市的特點;從n值來看，烏魯木齊市＞克拉瑪依市＞石河子市＞烏蘇市＞昌吉市＞阜康市，塔城市＞伊寧市＞奎屯市＞阿勒泰市＞博樂市，這與各城市生態(tài)壓力及城市化水平的變化趨勢基本一致。以上情況說明所求出的耦合方程能夠恰當(dāng)反映北疆各城市城市化與生態(tài)環(huán)境的交互耦合關(guān)系。

3.3北疆地區(qū)城市城市化與生態(tài)環(huán)境交互耦合階段的判斷

烏魯木齊市和克拉瑪依市，城市化水平都比較高，工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，城市化速度很快，由于進(jìn)入城市化的成熟發(fā)展階段，生態(tài)壓力指數(shù)高，屬于磨合階段。

昌吉市、阜康市、伊寧市，近幾年來城市化率快速推進(jìn)，處于城市化中期，生態(tài)壓力明顯增大，兩者之間存在錯綜復(fù)雜的協(xié)同或拮抗作用，累積環(huán)境效應(yīng)響應(yīng)呈現(xiàn)急速加速的趨勢。

奎屯市，地處北疆北部和西部各地州縣市的要沖，系蘭新鐵路西段的重要編組站，全市目前以輕紡、食品工業(yè)為主，但隨著周圍地區(qū)資源的開發(fā)，有可能成為有色金屬冶煉加工和石油化學(xué)工業(yè)的重要基地。從今后發(fā)展的前景看，該市在北疆西部的作用將日益提高。近5年城市化速度較快，正處于城市化加速發(fā)展階段，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展必然會給生態(tài)環(huán)境帶來一定的破壞，所以處于磨合階段。

塔城市、阿勒泰市、博樂市，剛剛進(jìn)入城市化的加速發(fā)展初期，生態(tài)環(huán)境會跟著經(jīng)濟(jì)發(fā)展而受到不同程度的破壞，所以處于拮抗階段。

烏蘇市，是一個縣級市，以農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)為。城市化緩慢，生態(tài)投入不足，生態(tài)壓力較大，生態(tài)惡化速度較快。鑒于處于城市化中期，因此處于拮抗階段。

石河子市，在新疆科技發(fā)展“十五”計劃和到2010年規(guī)劃綱要中被列為天山北坡經(jīng)濟(jì)帶中段科技發(fā)展的中心城市。重點實施生物技術(shù)應(yīng)用、生態(tài)農(nóng)業(yè)、信息農(nóng)業(yè)、農(nóng)區(qū)畜牧業(yè)工廠化、棉產(chǎn)業(yè)一體化、節(jié)水技術(shù)和裝備產(chǎn)業(yè)化等科技示范工程。城市化水平較高，處于成熟發(fā)展階段，生態(tài)環(huán)境隨經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，生態(tài)環(huán)保投入的增加而改善，因此處于好轉(zhuǎn)階段。

總體來說北疆城市正處于城市化快速推進(jìn)的階段，經(jīng)濟(jì)、社會的快速推進(jìn)及發(fā)展都會給生態(tài)環(huán)境帶來一定的破壞和污染，生態(tài)環(huán)境的惡化將不斷下降城市化與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)度，所以采取各種有效措施，保護(hù)生態(tài)環(huán)境顯得尤為重要。

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