黃 鵬，郭 閩，蘭思仁

(1.福建農(nóng)林大學(xué)林學(xué)院;2.福建農(nóng)林大學(xué)園林學(xué)院，福建 福州350002)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加速，與此相關(guān)的生態(tài)問題接踵而至.社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境既互相影響也互相制約.研究表明，在人口集中的城市中，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與城市生態(tài)環(huán)境有著緊密的聯(lián)系，城市的生態(tài)環(huán)境對(duì)其居民生活質(zhì)量也起著重要的作用[1].因此，評(píng)價(jià)城市的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的聯(lián)系，探究階段時(shí)間內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境的特征，對(duì)未來(lái)的城市規(guī)劃決策和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，都具有重要作用.

耦合是指2個(gè)(或2個(gè)以上)系統(tǒng)或運(yùn)動(dòng)形式通過(guò)相互作用而彼此影響的現(xiàn)象[2－3].城市化與生態(tài)環(huán)境2個(gè)系統(tǒng)也是通過(guò)各自的耦合元素產(chǎn)生彼此影響，因此，通過(guò)耦合度以及耦合協(xié)調(diào)度能較為全面地反映城市化與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)聯(lián)程度.當(dāng)系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)越強(qiáng)，其耦合程度也就越高，因而耦合度的變化可以反映出系統(tǒng)的變化[3].本文通過(guò)耦合度的變化來(lái)探究復(fù)合系統(tǒng)的演化狀態(tài)以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)與城市生態(tài)環(huán)境耦合系統(tǒng)的耦合程度，并通過(guò)建立模型來(lái)分析某階段社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與城市生態(tài)環(huán)境的關(guān)系.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

福建省位于北緯 23°31'－28°18'，東經(jīng) 115°50'－120°43'，靠近北回歸線，地形以山地丘陵為主.全省大部分地區(qū)屬中亞熱帶，光熱資源豐富，降雨充足，植物種類繁多，是南方重點(diǎn)林區(qū).同時(shí)，福建省屬我國(guó)南方典型的紅壤區(qū)，其丘陵山地生態(tài)系統(tǒng)十分脆弱，由此形成了具有南方區(qū)域特色的紅壤生態(tài)脆弱區(qū).近年來(lái)，人口增長(zhǎng)、環(huán)境污染、生態(tài)破壞以及資源匱乏等一系列問題日趨突出.因而，開展城市生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究對(duì)其可持續(xù)發(fā)展具有重要意義.

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

城市化與生態(tài)環(huán)境耦合狀況的數(shù)據(jù)來(lái)源:一、評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取(圖1)，主要是基于福建省具體情況，選取近年來(lái)使用頻度較高的指標(biāo)[2－5];二、相應(yīng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)主要來(lái)自統(tǒng)計(jì)年鑒[6－8]，個(gè)別缺失的數(shù)據(jù)通過(guò)均值法取得.

圖1 福建省城市化與生態(tài)環(huán)境耦合度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.1 Evaluation indexes of coupling degree for urbanization and eco-environment system of Fujian Province

1.3 研究方法

1.3.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化 鑒于不同評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的量綱和單位的不同，需要先對(duì)指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理.同時(shí)，由于評(píng)價(jià)指標(biāo)存在特殊性，本文將其分為效益型指標(biāo)(數(shù)值越大越好的指標(biāo)，如C5(城鎮(zhèn)家庭平均每人全年可支配收入))和成本型指標(biāo)(數(shù)值越小越好的指標(biāo)，如C4(城鎮(zhèn)居民恩格爾系數(shù)))[9]，以便進(jìn)行下一步處理.

1.3.2 權(quán)重計(jì)算 權(quán)重計(jì)算的方法很多，本研究將層次分析法與熵值法相結(jié)合對(duì)權(quán)重進(jìn)行計(jì)算[9]，既考慮因子間相對(duì)重要程度，又可減少人為主觀因素所導(dǎo)致的評(píng)價(jià)結(jié)果偏差.首先將兩者權(quán)重進(jìn)行排序比較，根據(jù)比較結(jié)果采取不同的處理方法.當(dāng)排序結(jié)果相同時(shí)，選用熵值法得出的權(quán)重，以避免人為因素對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果產(chǎn)生的影響;當(dāng)排序結(jié)果不一致時(shí)，選用層次分析法的評(píng)價(jià)結(jié)果;當(dāng)兩者處于中間態(tài)時(shí)，則將兩者的結(jié)果進(jìn)行折中，以保持評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀合理[10].根據(jù)上述方法計(jì)算福建省城市化與生態(tài)環(huán)境耦合度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的權(quán)重分配，結(jié)果見表1.

1.3.3 耦合度函數(shù) 耦合度就是描述系統(tǒng)或要素相互影響的程度，它對(duì)判別區(qū)域城市化與生態(tài)環(huán)境耦合作用的強(qiáng)度以及作用的時(shí)序區(qū)間，以及預(yù)警二者發(fā)展秩序等有重要意義[3].根據(jù)下列公式進(jìn)行計(jì)算耦合度C.

式中，k表示調(diào)節(jié)系數(shù).因?yàn)?≤k≤5，且生態(tài)的承載能力與城市化進(jìn)程有著相同的重要性，因此k的取值為2.城市化與生態(tài)環(huán)境的耦合度越大，其子系統(tǒng)之間就越協(xié)調(diào).參考文獻(xiàn)[2，3，11]，將耦合度值分為6個(gè)等級(jí)，表示城市化與生態(tài)環(huán)境在時(shí)間序列上的6個(gè)耦合過(guò)程(表2).

表1 福建省城市化與生態(tài)環(huán)境耦合度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的權(quán)重分配Table 1 Weight distribution of evaluation indexes of coupling degree for urbanization and eco-environment system of Fujian Province

表2 耦合度的劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 The grade criterion of coupling degree

1.3.4 耦合協(xié)調(diào)度函數(shù) 雖然耦合度能夠反映子系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)程度，但是在許多情況下，耦合度并不能很好地反映城市化同生態(tài)環(huán)境之間的整體功能以及綜合的發(fā)展水平.如果單純使用耦合度來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)，則所產(chǎn)生的結(jié)果不具有科學(xué)性[3].因而，引入耦合協(xié)調(diào)度D作為衡量生態(tài)環(huán)境和城市化協(xié)調(diào)發(fā)展程度高低的參考指標(biāo)，參照下列公式進(jìn)行計(jì)算.

其中，α=β=0.5;D為耦合協(xié)調(diào)度;C為耦合度;T為城市化子系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)之間的綜合評(píng)價(jià)指數(shù).本文參考相關(guān)文獻(xiàn)[2，3，11]，將城市化與生態(tài)環(huán)境之間的耦合協(xié)調(diào)度劃分為10個(gè)階段(表3).

表3 耦合協(xié)調(diào)度的劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 3 The grade criterion of coupling coordination degree

2 結(jié)果與分析

2.1 城市化綜合指數(shù)

福建省城市化進(jìn)程快速發(fā)展，城市化綜合水平呈持續(xù)上升的趨勢(shì)，由2003年的0.0629逐步上升至2012年的0.8964，年均增長(zhǎng)率達(dá)142%.通過(guò)對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)城市化是推動(dòng)城市化綜合指數(shù)上升的主要?jiǎng)恿?2012年全省人均GDP為2003年的3.7倍，城鎮(zhèn)家庭平均每人全年可支配收入為2003年的2.8倍.與此相適應(yīng)的是社會(huì)城市化發(fā)展迅速，對(duì)比2003年與2012年的數(shù)據(jù)，僅以民用汽車總量為例，截止2012年底全省共有民用汽車2861244輛，為2003年的5.49倍.此外，由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市的擴(kuò)張以及土地城市化的逐步加速，2012年福建省建成區(qū)面積較2003年增長(zhǎng)605 km2，城市平均每人使用住房面積也相應(yīng)增長(zhǎng)近10 m2，人口密度增長(zhǎng)了20人·km－2.在這10年中福建省人口城市化進(jìn)程增長(zhǎng)迅速，城鎮(zhèn)常住人口增加了610萬(wàn)人，增長(zhǎng)率高達(dá)37.56%，城市化率也提高了15個(gè)百分點(diǎn).綜上所述，各子系統(tǒng)對(duì)城市化綜合指數(shù)貢獻(xiàn)率大小排序?yàn)榻?jīng)濟(jì)城市化＞土地城市化＞社會(huì)城市化＞人口城市化.

2.2 生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)

福建省生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)波動(dòng)較大，呈現(xiàn)雙拱橋型上升，滯后于城市化綜合指數(shù).福建省生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)于2006年、2010年、2012年達(dá)到峰值，2007年、2008年、2009年、2011年為谷值(圖2).這種變化與其它各項(xiàng)指標(biāo)的波動(dòng)性變化具有密切關(guān)系.2007－2009年，生態(tài)環(huán)境壓力綜合指數(shù)明顯低于前后年份，全年人均生活能源消費(fèi)量在10年間提高到329.63 kg標(biāo)準(zhǔn)煤，為2003年的2.3倍.此外，在這10年中，福建省生態(tài)環(huán)境水平呈現(xiàn)穩(wěn)步提高態(tài)勢(shì)，在常住人口增長(zhǎng)610萬(wàn)人的情況下，人均公園綠地面積增長(zhǎng)了5 m2.與此同時(shí)，生態(tài)環(huán)境保護(hù)也有大幅增強(qiáng)，環(huán)境污染治理投資總額占GDP的比例在10年中翻了近1倍，污水處理率由2003年的39.68%提高到2012年的85.6%.說(shuō)明面對(duì)生態(tài)環(huán)境壓力的逐步增大，現(xiàn)有的相應(yīng)機(jī)制能夠做出一定的反應(yīng).

圖2 2003－2012年福建省城市化與生態(tài)環(huán)境耦合度的變化曲線Fig.2 Changing curve of coupling degrees between urbanization and eco-environment in Fujian Province from 2003 to 2012

2.3 城市化與生態(tài)環(huán)境耦合度及協(xié)調(diào)度的關(guān)系

通過(guò)對(duì)近10年福建省城市化綜合指數(shù)與生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)的分析，結(jié)果表明，城市化與生態(tài)環(huán)境耦合度值基本維持在高水平耦合階段，為0.7532－0.9952，呈平穩(wěn)上升趨勢(shì)(圖2).耦合協(xié)調(diào)度則呈現(xiàn)由低到高的上升勢(shì)態(tài)，由2003年的0.2718上升到2012年的0.9223，年均增長(zhǎng)33%.在時(shí)序上，則體現(xiàn)出福建省城市化與生態(tài)環(huán)境耦合度及耦合協(xié)調(diào)度由不對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)應(yīng)的過(guò)程，這也符合兩者的特性.基于前人的研究成果[3]及福建省的基本情況，將福建省近10年來(lái)的發(fā)展情況分為以下3個(gè)階段.

2.3.1 早期失調(diào)階段 2003－2004年福建省城市化與生態(tài)環(huán)境處于早期失調(diào)階段，該階段雖然城市化子系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)有較高的耦合度，但兩者協(xié)調(diào)度較低，處于中度失調(diào)向輕度失調(diào)過(guò)渡的階段.這也反映在這個(gè)時(shí)期內(nèi)城市化綜合指數(shù)與生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)的比值上，城市化綜合指數(shù)約為生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)的60%.說(shuō)明在這個(gè)階段，相對(duì)于生態(tài)環(huán)境而言，城市化發(fā)展存在一定的滯后.

2.3.2 初步協(xié)調(diào)階段 經(jīng)過(guò)早期的調(diào)整，福建省城市化與生態(tài)環(huán)境于2005年開始過(guò)渡到協(xié)調(diào)階段，這一時(shí)期持續(xù)到2009年.在該評(píng)價(jià)年份中，2005年因建設(shè)海峽西岸經(jīng)濟(jì)區(qū)，福建省城市化子系統(tǒng)大幅度上升造成耦合度下降(由高水平耦合階段下降到磨合階段)，其余年份的耦合度都處于高水平耦合階段，耦合協(xié)調(diào)度由2005年的勉強(qiáng)協(xié)調(diào)發(fā)展至2009年中級(jí)協(xié)調(diào).該階段中城市化子系統(tǒng)發(fā)展迅速，提高近2.8倍;而生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)也相應(yīng)下降，除2006年達(dá)到0.6194外，其余年份均接近或低于0.5.這也反映迅速發(fā)展的城市化對(duì)福建省生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生一定的負(fù)面影響.

2.3.3 協(xié)調(diào)發(fā)展階段 從2010年開始，雖然福建省城市化綜合指數(shù)與生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)仍然存在一定差距，協(xié)調(diào)度仍有波動(dòng)，但總體而言兩者處于協(xié)調(diào)發(fā)展階段，由良好協(xié)調(diào)逐步發(fā)展至優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào).此外，在這一段時(shí)間里福建省社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展加速，2012年福建省城市化綜合指數(shù)達(dá)到0.8964，為10年來(lái)的最高值.但與城市化程度大幅提高相比，福建省生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)則處于波動(dòng)上升趨勢(shì)，落后于城市化綜合指數(shù).說(shuō)明在協(xié)調(diào)發(fā)展階段，福建省生態(tài)環(huán)境保護(hù)仍相對(duì)滯后，需要進(jìn)一步提高.

3 討論

將層次分析法與熵權(quán)法相結(jié)合構(gòu)建權(quán)重體系;基于2003－2012年的數(shù)據(jù)，綜合分析了福建省城市化子系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)間的發(fā)展規(guī)律.結(jié)果表明，福建省城市化子系統(tǒng)呈現(xiàn)總體上升的發(fā)展趨勢(shì)，且生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)在這10年中有長(zhǎng)足進(jìn)步，但后者多次經(jīng)歷先上升后下降的過(guò)程，發(fā)展趨勢(shì)并不穩(wěn)定.福建省耦合度處于高水平狀態(tài)，但協(xié)調(diào)度則是在波動(dòng)中上升.在2005年以后，福建省城市化高速發(fā)展，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)福建省生態(tài)環(huán)境的壓力逐漸增大，如環(huán)境污染治理投資總額占GDP的比例先增大后減小，工業(yè)污染治理投資額不穩(wěn)定等問題依然存在.同時(shí)，自然災(zāi)害也是產(chǎn)生生態(tài)環(huán)境壓力的因素之一，2005年6月閩北持續(xù)性暴雨，7月臺(tái)風(fēng)“海棠”、“泰利”、“龍王”先后登陸;2011年福建省遭受50 a以來(lái)最嚴(yán)重的旱災(zāi)等，這些因素的影響也反映在相應(yīng)年份耦合度和耦合協(xié)調(diào)度的波動(dòng)上.

結(jié)果表明，福建省在加大對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展投入的同時(shí)，仍需要重視和加強(qiáng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的投入，并形成長(zhǎng)效機(jī)制.由于城市化與生態(tài)環(huán)境耦合關(guān)系非常復(fù)雜，各個(gè)因素之間存在大量的交互影響.因此，對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇難免有所偏頗.而對(duì)城市生態(tài)系統(tǒng)安全的研究則必須以長(zhǎng)期時(shí)間序列為基礎(chǔ)[12]，因此在未來(lái)的研究中，評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇的合理性和研究時(shí)間序列的長(zhǎng)短有待進(jìn)一步探討.

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