中国省际城镇化与生态环境的耦合协调与优化研究

伴随着1978年改革开放以来，我国城镇化得到了快速发展，城市生态环境系统也受到了前所未有的挑战，快速城镇化带来生态环境问题日益引起人们的关注与重视，城镇化与生态环境之间的关系也逐渐成为学术界研究的热点课题之一。在梳理国内外相关研究文献基础上进行综述:国外学者Berry首次应用生态因子法来分析城镇化对生态环境影响作用及机制，Grossman揭示出城镇化与生态环境之间呈倒U字型内在规律。 Rork构建出城市化与生态环境关系双对数模型。 Shen, Kwon等对国家、区域等不同尺度地域进行了实证研究;目前国外对城市与生态环境关系探讨涉及地理学、生态学、经济学及社会学等学科，研究呈现出多元化发展趋势;而国内的研究起步相对较晚，20世纪80年代初最早提出社会一经济一自然复合生态系统理论，开始城镇化和生态环境关系初步探讨。目前主要运用数理定量统计的因子分析法、模糊物元模型、物理耦合模型及3S空间分析技术等对城镇化与生态环境耦合关系规律、演变机制及模式等方面展开了研究;研究尺度上主要有省域、流域等宏观尺度，并逐渐向中微观尺度(市域、县域)深化。探讨区域城镇化与生态环境耦合关系，揭示系统间相互作用及影响，总结二者耦合演化规律及机制，成为城镇化与生态环境关系研究的重要范式，可为城镇化与生态环境良性互动、城市可持续发展提供理论支持和实践参考。

基于此，从耦合分析视角，以31个省域单元为研究区，首先构建城镇化、生态环境系统评价指标体系，运用PCA模型测度2000 ~2012年城镇化及生态环境系统综合值;其次通过耦合协调度模型对省际城镇化和生态环境耦合协调状况展开探讨，基于GIS平台对城镇化和生态环境系统耦合协调空间分别进行分析;最后通过城镇化和生态环境系统得分排序，划分4种基本类型，提出未来我国省际城镇化和生态环境耦合协调发展优化对策，为推进我国区域可持续发展与规划提供有益借鉴与参考。

1材料与研究方法

1.1指标选取及数据来源

城镇化和生态环境系统都是较复杂概念，科学地构建城镇化和生态环境系统评价指标体系是研究其耦合协调关系基本前提。参考前人关于耦合协调研究文献，基于数据的真实性、可获得性、可比较性、可操作性等原则，将城镇化系统分解为人口城镇化、经济城镇化、空间城镇化、社会城镇化的4大子系统，在4大子系统上共选择16项指标来说明省际城镇化综合得分值;另外，城镇化不可避免地会对城市生态环境造成一定程度的影响，但人类也具备一定主观能动性，会积极地对破坏的城市生态环境采取相应的补救措施，因此文中将生态环境系统划分为生态环境污染和生态环境治理两大子系统，在两大子系统上选取10项指标来说明我国省际生态环境综合得分值。

文中数据均来源于《中国统计年鉴》、《中国城市统计年鉴》、《中国城市建设统计年鉴》、各省统计年鉴(2001~2013年)，空间尺度为中国31个省域单元，省域边界图主要在《中国地图册》(2013)的基础上进行高精度配准并跟踪矢量化获取(未涉港、澳、台地区)。

2结果与分析

2. 1城镇化与生态环境测度及评价

根据2000~2012年31个省域单元的样本数据，分别对城镇化、生态环境系统的各项分析指标标准化处理，基于SPSS17. 0软件平台，采用主轴分解法计算相关系数阵的特征值、贡献率及累计贡献率，根据累计贡献率大于85%及因子碎石图，通过分析可以发现初步地判断出所选年份各系统前3个主成分的累计方差贡献率基本接近85 %，因此提取前3个主成分基本能反映各系统的原始数据大部分信息，最后通过测度公式测算出2000~2012年省域单元城镇化及生态环境系统综合值。从城镇化系统看，2000年沪的城镇化程度最高，数值达到0. 488，其次分别京、苏、浙、津，到2012年城镇化系统发展得分排名前5位省份为沪、京、苏、浙、粤;2000~2012年间中国东部沿海地区的城镇化最高，具有显著的领先优势，而中原、西北、西南等的城镇化水平相对较低;2)从生态环境系统看，2000年的生态环境得分排名靠前省份有:苏、沪、京、藏、川等，而晋、徽、豫、陕排名靠后;而到2012年晋、陕、豫等生态环境综合得分仍位于低水平状态，这些省份主要以粗放型工业为主，对区域生态环境造成较大程度破坏，因此区域生态环境质量相对较差。

2. 2耦合协调总体格局特征

基于耦合协调计算公式，测算31个省域耦合度C和协调度D。2000~2012年省际城镇化和生态环境系统C E[0.50.8]，说明我国省际城镇化与生态环境系统耦合度整体上处于磨合阶段水平;而2000 ~ 2012年中国省际城镇化与生态环境系统DE[0.3 0.5]，总体上低于耦合度C且协调度D整体上以中度耦合协调为主要趋势;综合来看，2000~2012年我国省际城镇化与生态环境的C及D均值呈现出上升态势，也说明了研究期省际城镇化与生态环境系统耦合协调发展水平在提高。

绘制出省际城镇化与生态环境耦合协调雷达图，着重分析2000 ~ 2012年城镇化与生态环境耦合协调总体空间格局。1)耦合度上，2000年沪的耦合度C最大，数值为0.823，说明城镇化与生态环境处在高度耦合阶段，而青的耦合度C最小，仅为0. 202，表明城镇化与生态环境系统处于低度耦合水平;2012年沪的耦合度C仍得分第一(0. 696)，且城镇化和生态环境以高度系统耦合为主，而系统耦合度C最小的是藏，数值仅为0.126，说明城镇化和生态环境系统仍以低度耦合为主;2)协调度上，2000年系统协调度D最大为沪(0.863)，说明城镇化和生态环境位于极度耦合协调水平，而2012年系统协调度D最大值仍为沪( 0. 745 )，不同的是城镇化和生态环境演化为高度系统耦合协调状态;另外，20002012年我国省际城镇化与生态环境系统协调度D值最小的都为藏(0.203,0.154)，表明了城镇化和生态环境系统一直位于低度耦合协调水平。

2. 3耦合协调空间格局演化

基于GIS分析平台，根据协调度D值区间划分标准，进行空间化显示处理，从而揭示2000~ 2012年省际城镇化与生态环境空间分异演化特征。:1)低度耦合协调区:2000年该类型区单元包括:宁、晋、甘、青、藏、疆、蒙，到2012年该区单元主要有:甘、青、藏、疆、蒙，期间宁、晋演变为中度耦合协调。2000~2012年该区主要集聚在藏疆蒙甘青地区，这些地区以粗放型的城镇发展为主要模式，对区域生态环境造成较大影响;2)中度耦合协调区:2000年该类型区单元主要有:川、云、贵、渝、陕、豫、琼，到2012年该区单元包括:川、云、贵、渝、晋、陕、徽、豫、黑、吉，其中琼等演化成高度耦合协调。2000 } 2012年该区主要分布在西南、中原及东北地区;3)高度耦合协调区:2000年该类型区单元主要有:辽、冀、鲁、苏、浙、鄂、湘、闽、桂、粤;而到2012年该区单元主要为辽、冀、鲁、苏、浙、鄂、湘、闽、桂、粤。2000~2012年该区主要集中在东部沿海地区，己形成了良性循环格局;4)极度耦合协调区:2000年该类型区单元主要有:沪、京;到2012年该区单元包括:沪、京、津。研究期间总体上我国东部地区城镇化与生态环境耦合协调程度整体

3讨论

(1)以31个省域单元作为研究区，构建城镇化和生态环境系统的评价指标体系，运用PCA模型测算出2000 } 2012年城镇化及生态环境系统得分值;并通过耦合协调度模型对省际城镇化与生态环境系统耦合协调度进行评价及空间分异探讨。研究发现:2000~ 2012年城镇化与生态环境的C及D均值呈现出上升态势，省际城镇化与生态环境系统耦合协调发展水平在提高，但是东中西耦合协调的空间差异显著。从耦合协调视角出发，分析城镇化与生态环境系统关系及空间分异演化特征，总结出城镇化与生态环境系统间相互作用的基本规律，既可以丰富城市地理学研究视角，也可为区域协调优化发展提供有益参考。

(2)将城镇化和生态环境系统划分成多个子系统，通过PCA定量模型客观赋权重，避免人为的主观性，并运用构建耦合协调模型揭示城镇化与生态环境交互作用和谐程度，具有一定的科学性及可借鉴性，下一步还需细化城镇化与生态环境子系统分析指标选取;与此同时，短时间尺度的探讨能否揭示系统耦合协调规律?哪些因素影响城镇化与生态环境耦合协调格局演化?它们之间的内在作用机理如何?面临这样的问题，下一步深化长时间尺度系统耦合协调格局演化、机制及模式探讨将是文中重点研究领域，这将为区域城镇化与生态环境系统耦合目标的实现提供更科学依据。

(3)基于省际城镇化与生态环境得分排名，以城镇化得分排名为横坐标，生态环境得分排名为纵坐标，将其划分4种基本类型，并提出协调优化建议:1)区域I城镇化高生态环境高，未来在良好发展基础上，进一步加强技术人才投入，加快城市产业结构优化，推进发展方式转型升级，也需加强区域生态环境污染治理及改善;2)区域II城镇化高生态环境低，未来应重点关注生态环境改善，突出区域资源优势，转变城市增长方式，走高效生态城镇化道路;3)区域IQ城镇化低生态环境低，未来应通过合理规划及项目引进，改善区域基础设施，修复区域生态质量;不断改变区域传统粗放型增长模式，调整区域产业结构;4)区域IV城镇化低生态环境高，未来应努力将生态环境优势转变化为区域发展优势，围绕生态环境优势吸引项目，发展区域循环型经济，走高效益低污染区域可持续发展之路。

4结论

通过构建耦合协调度模型发现2000 ~ 2012年省际城镇化与生态环境系统耦合协调度呈上升态势，耦合度c值[0.5 0.8]，整体位于磨合阶段;而协调度D值[0.3 0.5]，低于系统耦合度，整体属于中度耦合协调水平;基于GIS分析平台，将耦合协调度按照区间划分标准空间化显示处理，得到2000 ~2012年省际城镇化与生态环境耦合协调具有显著的地域空间分异，总体上东部地区高于中西部地区的空间分布格局;最后提出未来我国东中部地区需要进一步调整产业结构，提升区域发展环境;而西部地区等需要进一步强化区域发展的基础设施、技术人才等各种要素的投入，并将生态环境优势转化为区域发展优势，从而实现未来我国区域健康、绿色、可持续发展。