張曉燕 韓佳霖 劉思琴

(內(nèi)蒙古師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000)

城市化是一個(gè)漫長的過程，主要包括人口的增長、空間的擴(kuò)張、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展等方面[1]。城市化的發(fā)展能更好地提高人民的生活水平[2-3]，但是環(huán)境問題一直都是城市化過程中遇到的首要問題。國外學(xué)者很早就對該問題進(jìn)行了深入的探討，環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)家Grossman[4]等運(yùn)用計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)方法，對發(fā)達(dá)國家城市化進(jìn)程相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)證研究認(rèn)為：隨著城市化的發(fā)展，城市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的演變呈現(xiàn)出倒“U”型趨勢；Rork[5]等在對ImPACT和IPAT模型引進(jìn)的基礎(chǔ)上，提出了一種能夠被分解的雙對數(shù)模型。國內(nèi)城市化進(jìn)程較晚，當(dāng)然，很多學(xué)者也對該問題進(jìn)行了研究，主要強(qiáng)調(diào)的是城市化產(chǎn)生的負(fù)面影響[6-8]。如吳玉萍[9]對北京城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展和“工業(yè)三廢”排放量之間的關(guān)系進(jìn)行了實(shí)證研究；方創(chuàng)琳[10]對西北干旱地區(qū)的水資源制約下的城市化過程及生態(tài)環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行了分析；王長建[11]、劉耀斌[12]分別對新疆和江西的城市化與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系進(jìn)行了動(dòng)態(tài)計(jì)量分析。盡管研究成果頗多，但是城市化與生態(tài)環(huán)境的問題伴隨著社會發(fā)展的每一個(gè)階段，所以有必要對不同地區(qū)、不同時(shí)間段的城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系進(jìn)行研究,特別是對城鎮(zhèn)化與生態(tài)關(guān)系要進(jìn)行耦合分析。本文在新型城鎮(zhèn)化背景下，對呼和浩特市城市化與生態(tài)環(huán)境進(jìn)行耦合分析，并結(jié)合相應(yīng)的計(jì)量關(guān)系對二者關(guān)系進(jìn)行研究，闡釋二者之間相互作用的機(jī)制。

1 研究區(qū)概況

呼和浩特市位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中部，東經(jīng)110°46′—112°10′,北緯40°51′—41°8′之間，是自治區(qū)的首府。該地南鄰大青山，北至黃河。全市總面積達(dá)17 224km2，地勢由東北向西南逐漸傾斜，屬于典型的蒙古高原大陸性氣候，四季氣候變化明顯，年較差、日較差都很大。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文所涉及的數(shù)據(jù)主要來自于《呼和浩特市環(huán)境公報(bào)》《呼和浩特市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局公報(bào)》《呼和浩特市統(tǒng)計(jì)年鑒》(1988—2017)、《呼和浩特市國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》，部分?jǐn)?shù)據(jù)來源于政府相關(guān)網(wǎng)站。

2.2 指標(biāo)構(gòu)建

由于單個(gè)指標(biāo)無法反映城市化與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系，所以本文對城市化分析時(shí)主要從人口、空間、社會、經(jīng)濟(jì)城市化四個(gè)方面構(gòu)建城市化指標(biāo)體系(如表1所示)；從生態(tài)環(huán)境壓力、生態(tài)環(huán)境狀態(tài)以及生態(tài)響應(yīng)模型三個(gè)大的層次構(gòu)建生態(tài)環(huán)境指標(biāo)體系(如表2所示)。

表1 城市化系統(tǒng)評價(jià)體系

表2 生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)評價(jià)體系

2.3 研究方法

2.3.1 熵技術(shù)下的AHP分析法

熵計(jì)算是指對不確定性的一種度量計(jì)算。本文運(yùn)用熵支持下的層次分析法來確定城市化與生態(tài)環(huán)境中各項(xiàng)指標(biāo)體系權(quán)重。首先，對數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理：由于各項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)量級、量綱均有一定的差異，所以，對原始數(shù)據(jù)做了標(biāo)準(zhǔn)化處理，然后計(jì)算其權(quán)重(如表3、表4所示)。

2.3.2 指標(biāo)體系的評價(jià)

采用ADF和協(xié)整檢驗(yàn)對所選取的指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)，驗(yàn)證該指標(biāo)體系的穩(wěn)定性，并給模型的階數(shù)和相應(yīng)參數(shù)作出一種最佳的估計(jì)[13-15]。ADF檢驗(yàn)?zāi)Ｐ腿缦拢?/p>

(1)

式中：Yt為待檢驗(yàn)的時(shí)間序列{Y1，Y2，…Yt，}，β為參數(shù)，α為常數(shù),Ut為白噪聲序列。

協(xié)整檢驗(yàn)指的是對不同時(shí)間序列間且長期是否處于均衡關(guān)系的指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)。由于本文選取的是近30年的數(shù)據(jù)，所以必須進(jìn)行長期均衡關(guān)系的檢驗(yàn)。本文采用的是Johansen檢驗(yàn)法。

2.3.3 構(gòu)建耦合模型

依據(jù)各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重以及標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果,分別計(jì)算出城市化綜合水平的值和生態(tài)環(huán)境綜合水平的值g(x),然后建立二者之間的耦合模型(見式2)。根據(jù)前人的研究可知，C的數(shù)值越大表明生態(tài)環(huán)境與城市化彼此間耦合性越強(qiáng)，相互作用越緊密，分為低水平耦合(0—0.3)、拮抗耦合(0.3—0.5)、磨合耦合(0.5—0.8)、高水平耦合(0.8—1.0)四個(gè)耦合水平。

(2)

表3 呼和浩特市城市化指標(biāo)權(quán)重

表4 呼和浩特市生態(tài)環(huán)境權(quán)重

3 結(jié)果分析

3.1 主成分信息提取

為了體現(xiàn)城市化與生態(tài)環(huán)境之間的耦合關(guān)系，選取了城市化的15個(gè)指標(biāo)以及生態(tài)環(huán)境的8個(gè)指標(biāo)運(yùn)用熵技術(shù)支持下的層次分析法分別測算了各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，針對每個(gè)指標(biāo)的實(shí)際表示的情況對各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行劃分并進(jìn)行對應(yīng)指標(biāo)子系統(tǒng)層的權(quán)重計(jì)算(如表5所示)。通過計(jì)算表明，呼和浩特市的城市化進(jìn)程以社會城市化和經(jīng)濟(jì)城市化的演進(jìn)為主，其權(quán)重分別是0.312 0和0.295 1，占整個(gè)城市化進(jìn)程的五分之三；其次是空間城市化，比重為0.212 8，最后是人口城市化，比重為0.180 2。生態(tài)環(huán)境占比最大的是生態(tài)環(huán)境壓力指數(shù)，占比0.706 8，生態(tài)環(huán)境狀態(tài)指數(shù)次之，占比0.239 4，生態(tài)響應(yīng)指數(shù)占比最小，為0.053 8。由此可以說明生態(tài)壓力對城市生態(tài)環(huán)境的影響力最大，也就是說人均能源消費(fèi)總量、工業(yè)廢氣排放量、工業(yè)廢水排放量、工業(yè)固體廢棄物排放量是造成生態(tài)環(huán)境惡化的最主要因素。反映出社會城市化在呼和浩特市城市化進(jìn)程中占據(jù)主導(dǎo)地位，很大程度上推動(dòng)了呼和浩特市的城市化發(fā)展；同時(shí)，經(jīng)濟(jì)的城市化也帶動(dòng)了城市的發(fā)展，相對而言人口城市化和空間城市化對呼和浩特市整體的城市化進(jìn)程影響相對較弱。

表5 城市化與生態(tài)環(huán)境的子系統(tǒng)權(quán)重

3.2 城市化與生態(tài)環(huán)境的指標(biāo)體系評價(jià)

城市化中共選取15個(gè)指標(biāo)，分為四個(gè)部分，分別表示為人口城市化(A1)、經(jīng)濟(jì)城市化(A2)、空間城市化(A3)、社會城市化(A4)，統(tǒng)稱為城市化綜合水平指數(shù)(U)；生態(tài)環(huán)境包括生態(tài)環(huán)境壓力(P)、生態(tài)環(huán)境狀態(tài)(S)、生態(tài)環(huán)境響應(yīng)(K)，統(tǒng)稱為生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)(E)。進(jìn)行指標(biāo)體系評價(jià)時(shí)，分別對城U、E、P、S、K的時(shí)序數(shù)據(jù)進(jìn)行ADF檢驗(yàn)(如表6所示)。由于水平變量的檢驗(yàn)值都大于5%的臨界值均為非平穩(wěn)序列，故對各變量進(jìn)行一階差分檢驗(yàn)。檢驗(yàn)一階差分后各指標(biāo)都為平穩(wěn)序列，即滿足協(xié)整檢驗(yàn)的前提條件。在此基礎(chǔ)之上，進(jìn)行協(xié)整檢驗(yàn)。協(xié)整檢驗(yàn)一般反映的是不同時(shí)間序列之間的長期均衡關(guān)系[16-18]，本文采用的是Johansen檢驗(yàn)法(如表7所示)。

表6 城市化與生態(tài)環(huán)境指標(biāo)及其分量的ADF檢驗(yàn)結(jié)果

注：檢驗(yàn)形式中括號內(nèi)：C表示含常數(shù)項(xiàng)；T表示含趨勢項(xiàng)，0表示不含趨勢項(xiàng)；數(shù)字表示滯后的階數(shù)；Δ表示一階差分；Δ2表示二階差分。

表7 城市化與生態(tài)環(huán)境指標(biāo)及其分量的Johanson協(xié)整檢驗(yàn)結(jié)果

注：*表示在5%的顯著性水平上拒絕原假設(shè)。

3.3 城市化與生態(tài)環(huán)境的耦合分析

從圖1中可以看出，呼和浩特市的城市化水平整體呈現(xiàn)出穩(wěn)定上升趨勢。2005年之前，上升趨勢呈現(xiàn)緩慢狀態(tài)，2005年之后上升趨勢明顯加快；而生態(tài)環(huán)境整體上變化波動(dòng)較大，大致分為一個(gè)起伏階段和兩個(gè)整體上升階段，即1988—1995屬于小階段的上升趨勢，2001—2017年整體上呈現(xiàn)出“爬坡式”的上升趨勢，1996—2000年呈現(xiàn)出波動(dòng)起伏。總體來看，隨著城市化進(jìn)程的不斷上升，呼和浩特市城市的生態(tài)環(huán)境整體上也呈現(xiàn)出小幅度波動(dòng)和穩(wěn)定增長的趨勢。

另外，圖1中的實(shí)線部分屬于城市化與生態(tài)環(huán)境之間的耦合模型，可以看出呼和浩特市城市化和生態(tài)環(huán)境之間的耦合度整體上保持相對的穩(wěn)定狀態(tài)。但是，1988—1990年間耦合度明顯上升，1991—2000年期間，耦合度處于跌宕起伏階段，且耦合指數(shù)小于0.3，也可以說該時(shí)期屬于低水平高波動(dòng)的耦合階段；2000年后耦合度明顯上升，耦合度指數(shù)整體上徘徊在0.5左右，由此可以說明該時(shí)期耦合度在拮抗耦合和磨合耦合之間過渡。那么，相應(yīng)的分類標(biāo)準(zhǔn)，呼和浩特市城市化與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)在1988—2000年之間是低水平耦合， 2000—2017年處于拮抗耦合階段末期以及磨合耦合初期。耦合度的背后反映的現(xiàn)實(shí)意義是，呼和浩特市在城市化進(jìn)程中雖然在不斷地對生態(tài)環(huán)境進(jìn)行整治，加快推進(jìn)產(chǎn)業(yè)優(yōu)化發(fā)展，促使傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級以及合理布局，但是短時(shí)期內(nèi)仍然面臨傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型慢、科技水平低、人才市場薄弱以及自然原因引起的草原和植被退化，使得短時(shí)間內(nèi)生態(tài)環(huán)境改善不明顯。呼和浩特市作為自治區(qū)首府是中蒙俄經(jīng)濟(jì)走廊的重要通道、絲綢之路的重要樞紐城市，是自治區(qū)重點(diǎn)發(fā)展的城市。近年來，城市化速度整體變快，使得呼和浩特市的生態(tài)環(huán)境承載力難以合理有效地修復(fù)城市化發(fā)展所帶來的問題，所以該市的城市化與生態(tài)環(huán)境耦合度近年來一直處于拮抗耦合階段向磨合耦合階段過渡。

圖1 1988—2017年呼和浩特市城市化與生態(tài)環(huán)境耦合分析圖

4 結(jié)論與建議

以上對呼和浩特市近30年來城市化、生態(tài)環(huán)境以及二者之間的耦合關(guān)系進(jìn)行了研究分析。通過分析可以得出如下結(jié)論：

(1)對指標(biāo)體系的相關(guān)檢驗(yàn)表明，在呼和浩特的城市化與生態(tài)環(huán)境的互動(dòng)耦合關(guān)系中，城市化與生態(tài)環(huán)境之間的作用是相互的，二者相互影響。

(2)從1988—2017年呼和浩特市城市化水平來看，整體上處于均衡增長的趨勢，其生態(tài)環(huán)境也處于波動(dòng)的上升趨勢，不同的是生態(tài)環(huán)境在1990—2000年期間水平波動(dòng)程度大。其中原因可能是因?yàn)檎咭鸬模?0世紀(jì)90年代國家趨向于發(fā)展重工業(yè)帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長。因此，該時(shí)期呼和浩特市生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)變化較大。

(3)從城市化和生態(tài)環(huán)境的耦合度來看，30年來呼和浩特市的城市化與生態(tài)環(huán)境的耦合水平相對較低，2000年前耦合度變化較大，且大多年份處于0.3左右，屬于低水平耦合；2000年后耦合度有所上升，處于拮抗耦合階段向磨合耦合的過度階段，整體耦合程度比較平穩(wěn)。

綜上所述，呼和浩特市的城市化與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展水平整體上都處在不斷提升的狀態(tài)，但是耦合水平較低，生態(tài)環(huán)境波動(dòng)大。所以呼和浩特市在今后城市發(fā)展過程中，應(yīng)進(jìn)一步強(qiáng)化環(huán)保政策，加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)，實(shí)施人才引進(jìn)戰(zhàn)略，努力提高技術(shù)水平，將生態(tài)環(huán)境質(zhì)量控制在合理的范圍內(nèi)，走以人為本的新型城鎮(zhèn)化道路，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、環(huán)境效益的有機(jī)統(tǒng)一。