东北三省城镇化与生态环境的耦合分析

舒 婷，雷思友



东北三省城镇化与生态环境的耦合分析

舒 婷，雷思友

（安徽理工大学 经济与管理学院，安徽 淮南 232001）

为了对东北三省城镇化与生态环境耦合协调发展水平进行综合测度，以2008-2016年东北三省22项统计指标的数据为基础，构建城镇化与生态环境耦合协调发展度模型，结合熵权法对东北三省城镇化与生态环境的综合发展水平和耦合变化趋势进行量化分析。研究结果显示：东北三省城镇化和生态环境的耦合度普遍较高，两系统之间存在较强的依赖关系；耦合协调度的时间序列呈上升趋势，并伴随着显著的地区差异；耦合协调类型随时间的推移发生明显的变化。

城镇化；生态环境；熵权法；耦合度；耦合协调度

城镇化是现代化的必由之路。我国经济快速发展的同时，城镇化步伐也逐渐加快，人口城镇化率呈稳步上升的趋势。截至2017年底，中国城镇常住人口81 347万人，占总人口的58.52%，比上年末提高1.17个百分点。就统计数据而言，中国的城镇化建设已达到世界平均水准，城镇化的快速发展对生态环境的胁迫影响日益增强。在此背景下，研究两者间的协调发展问题成为学者们日益关注的焦点。

现有的文献主要从全球、国家、区域和城市等四种不同尺度空间对此进行了研究。1）全球尺度以人类发展为方向，侧重于研究城镇化与生态环境交互关系的机制与规律。Yangfan Li[1]等通过建立耦合协调度模型探讨了城镇化与生态环境两系统的关系；Girmm NB[2]等研究了城市景观生态的改变与全球城市生态变化的关系。1995年Grossman和Krueger[3]用计量经济学方法，以42个发达国家的面板数据为基础，发现了著名的环境库兹涅茨曲线，发现生态环境质量随着城市经济水平的提高呈现倒“U”型的发展规律。2）国家尺度面向发展阶段和需求，侧重于研究中国城镇化与生态环境的关系阶段、关系类型。我国关于城镇化与生态环境关系的研究起步较晚，但发展迅速。张荣天[4]等以中国省域单元为例，通过耦合协调度模型测度得出中国省际城镇化与生态环境协调度呈上升趋势且居于中度协调水平。孙慧宗[5]基于产权制度的视角，通过研究中国自计划经济时期以来城镇化历程和生态环境中出现的问题，发现环境政策既定目标与现实的背离是中国城镇化进程中生态环境发展的典型特征。刘耀彬[6]等通过研究得出中国城市化与生态环境的耦合关系基本处于颉颃阶段，且两子系统的耦合协调度较低的结论。3）区域尺度具有差异化自然和经济本底，存在多种类型的区域，较多地对省级行政区、功能区和城市群区域的城镇化与生态环境关系进行研究。秦钟[7]等构建1996-2008年广东省城镇化与生态环境的评价模型对两者协调发展程度的变化趋势进行了分析，结果表明：两者的协调度演变呈现波动性和阶段性的特点，整体呈下降趋势。苏昕[8]等通过对黄河三角洲地区城镇化与生态环境耦合协调关系进行实证分析，发现两系统之间呈倒“U”型的演变规律。杨芳[9]等对长三角地区生态环境质量的基本特征和时间格局进行定量分析，发现长三角地区在样本研究期间整体生态环境质量均属“良”，空间分布呈南高北低中间差的特征。4）城市尺度的地域范围小，侧重与城市管理相关的城镇化与生态环境协调发展的理论与实践探讨。王会芝[10]等通过定量分析发现天津市的城镇化与生态环境的耦合协调度持续增加，逐步从中度耦合协调过渡为较高耦合协调。李照星[11]等基于耦合协调理论分析出大连市的城镇化与生态环境的耦合关系一直处于高水平耦合阶段，而耦合协调度却从拮抗阶段逐渐发展为高水平耦合阶段。

通过分析相关文献，发现对城镇化和生态环境的耦合关系研究遍布我国东、中、西部，而对于东北地区研究较少。东北地区是我国短时限高强度的城镇化地区，城镇化与生态环境相互作用关系存在很多问题，研究两系统的耦合关系对于其它地区的协调发展具有借鉴意义。因此，本文以东北三省2008-2016年的统计数据为例，通过构建东北三省城市化与生态环境耦合评价的指标体系，定量分析两系统的综合发展水平和耦合变化趋势。

一、研究地区与研究方法

（一）研究区概况

东北三省地处我国东北部，是我国对东北亚地区开放的窗口。地理位置在38°30'~53°48'N，118°53'~135°05'E。东部为长白山地，鸭绿江和图们江是中朝两国的界河，西倚大兴安岭，中间为东北平原，北部为小兴安岭，黑龙江是中俄两国的界河，现辖34个地级市、1个自治州、1个地区。东北三省是新中国成立后建立的第一个重工业基地，是“新中国工业的摇篮”，分布着众多的矿产资源，储量大、种类多，尤其是煤、铁、石油等资源在全国占有相当重要的位置。地形以山地和平原为主，土地面积共78.79万平方公里，年平均降水量500-1 000毫升，森林覆盖率约40%，年平均气温偏低，气候湿冷。2016年东北三省地区生产总值为52 290.2亿元，GDP平均增速5.2%。城镇常住人口6 728万人，城镇化率高达60.85%。

（二）研究方法

1. 指标选取和数据来源

城镇化与生态环境之间是一种互相耦合、互相作用的关系。城镇化可以通过人口集聚、经济增长、社会进步和空间扩张等路径对生态环境产生胁迫作用，而生态环境对城镇化发展起到一定的约束作用。为准确测度城镇化水平和生态环境质量之间的耦合关系，整合已有研究成果的评价指标体系，按照各指标出现的频率高低排序，取频率高的指标构建东北三省城镇化与生态环境的耦合指标体系，并对其进行自相关分析，去除在时间序列上没有变化幅度的指标，最终确定的指标体系见表1。原始数据均来源于2008-2016年东北三省的统计年鉴和统计公报，个别年份部分缺失数据通过移动平均法补齐。

2. 数据标准化处理

式中，x为第个样本的第项指标的原始数值，ij、ij分别为正项指标和负项指标标准化后的数值，max、min分别为第项指标的最大值和最小值。

3. 权重的确定

确定权重的方法很多，为了得到较为客观的评价结果，本文采用熵权法对指标进行赋权。其具体步骤如下：

首先，对第个样本第项指标值的比重进行计算：

其次，计算第项指标的信息熵：

最后，根据各指标的信息熵计算各指标权重：

根据熵权法最终确定的指标权重如表1所示。

4. 综合指数的确定

在确定各子指标的权重后，通过与各子指标的归一化数值加权求和计算城镇化和生态环境的综合发展指数，具体结果见表2。

表1 东北三省城镇化与生态环境耦合的指标体系及权重

5. 耦合模型计算

物理学中容量耦合模型如下：

式中，U，U，，U为各个子系统的综合发展指数，为子系统的个数，C表示第个子系统的耦合度，且∈[0, 1]。借鉴以上模型构建东北三省城镇化与生态环境耦合度测算模型：

式中，1，2分别为城镇化和生态环境的综合发展指数。当趋向于1时，表明城镇化和生态环境处于良性耦合状态，两子系统相互补充，共同促进系统有序化；当趋向于0时，说明城镇化和生态环境耦合度低，两子系统相互胁迫、约束，导致系统向无序化发展。参考已有研究成果，将城镇化与生态环境的耦合过程分为以下几个阶段：低水平耦合阶段∈[0, 0.3]；拮抗阶段∈[0.3, 0.5]；磨合阶段∈[0.5, 0.8]；高水平耦合阶段∈[0.8, 1]。

耦合度虽然能定量分析各子系统间的相互影响程度并预警系统的发展秩序，但是不能反映研究系统的综合发展水平，难以测度研究系统的整体功效。因此，必须构建耦合协调度模型来评判各子系统的优劣等级，避免出现研究系统发展水平低但协调程度高的情况。耦合协调度模型为：

式中，为城镇化与生态环境的耦合协调度，为两子系统的耦合度，为两子系统的综合得分。取==0.5，认为城镇化系统和生态环境系统同等重要。参照已有研究成果，划分城镇化与生态环境耦合协调度类型等级，具体结果如表3所示。

表2 东北三省城镇化与生态环境综合发展指数

二、实证结果分析

（一）城镇化水平演变特征

由图1和表2可知，东北三省的城镇化水平普遍呈上升趋势，但存在明显的空间差异。从演变趋势看，辽宁省、吉林省、黑龙江省的城镇化综合指数分别以年均33.63%、32.83%、66.76%的速度上涨，且经济城镇化和社会城镇化的增速明显高于人口城镇化和空间城镇化，这表明城镇化对人类的影响已逐步深化。就空间差异而言，黑龙江省的城镇化水平最高，并且人口城镇化和空间城镇化一直呈稳定上升趋势，2014年《国家新型城镇化规划（2014-2020）》颁布推进了辽宁省的城镇化进程；吉林省在2010-2014年间城镇化水平最低，但人口、经济和社会城镇化一直呈稳定上涨趋势，说明吉林省的城镇化处于起步阶段，各方面均有起色但效果不佳。黑龙江省的城镇化水平略高于吉林省，但后期两者差距逐渐缩小，明显存在发展后劲不足的问题。

表3 城镇化与生态环境耦合协调等级与类型

注：U1为城镇化综合指数；U2为生态环境综合指数；ELM为生态环境滞后型；ULM为城镇化滞后型；M为耦合协调类型

图1 东北三省城镇化综合指数

（二）生态环境质量演变特征

由图2和表2可知，辽宁省和吉林省的生态环境质量呈显著波动上升趋势，黑龙江省的生态环境质量稳中有进，上升趋势平缓。整体而言，东北三省生态环境状态和资源要素均有所改善，黑龙江省的生态环境压力有所下降，辽宁省和吉林省的生态环境亟需改善。这表明，城镇化的飞速发展带来的生态环境问题日益引起人们的重视。但与城镇化综合指数相比，生态环境综合指数增长缓慢且存在波动。其一是因为生态环境质量的恢复是一个长期的过程，需要花费更多的时间和资源；其二是因为在当前的经济形势下，环境保护、污染治理和生态修复等依旧被当做经济效益的“成本”和“牺牲品”，并未得到政府和企业的足够重视。

从生态环境的空间差异来看，黑龙江省的生态环境质量不及其他省。生态水平最高的是辽宁省而最低的是黑龙江省。自然保护区是生态建设的有效载体，辽宁省分布着巫闾山自然保护区、楼子山自然保护区、鸭绿江口湿地自然保护区等，生态状况良好，且积极响应号召推动传统产业实现生态转型。黑龙江省人均公园绿地面积明显偏低，水资源紧缺，人均发电量不足。生态环境压力最小的是黑龙江省而最大的是辽宁省。黑龙江省工业发展速度较慢，工业产值小，污染排放量相对较低。辽宁省人均工业“三废”排放量明显高于其他两省，经济活动对水、电等资源消耗较大。生态环境响应最高的是吉林省，最低的是黑龙江省。在严峻的经济形势下，吉林省最为重视环保治污和生态修复，并最大程度上实现工业废物的回收利用。而黑龙江省不管是环保治污投入还是环保治理效果上都明显落后于其他两省。

图2 东北三省生态环境综合指数

（三）城镇化与生态环境的交互关系

从图3可知，东北三省的城镇化推进和生态环境改善几乎是同时发生的，这表明该地区的两大子系统具有互补互适的特点，并且生态环境质量随着城镇化推进而改善。辽宁省、吉林省、黑龙江省分别于2011年、2011年、2010年实现了从城镇化滞后型到生态环境滞后型的转变，城镇化的发展速度逐渐快于生态环境。在生态环境各子系统中，状态和资源增长较为明显，这表明城镇化进程中的人口聚集和经济发展为环保、治污和生态修复奠定了基础。结合环境库茨涅兹曲线可知，在研究期间，东北三省的生态环境和城镇化曲线基本位于倒U型曲线的右端，这意味着两者关系已由互竞互斥逐步走向互补互适，城镇化的推进与生态环境质量的改善实现了良性互动。

（四）东北三省城镇化与生态环境耦合协调演变特征

由表4可知，东北三省的城镇化与生态环境之间的耦合度普遍较高，这表明该地区两系统之间存在较强的依赖关系。在东北三省中，辽宁省、吉林省的耦合度大致处于0.88-1之间，一直处于高水平耦合阶段；而黑龙江省的耦合度基本位于0.76-1之间，由磨合逐步向高水平耦合发展。从演变趋势看，辽宁省、吉林省和黑龙江省的耦合度分别实现了15.26%、9.79%和15.17%的年均增长，但是并未走出城镇化和生态环境低发展的困境。为了弥补耦合度不能反映研究综合水平的不足，本文用耦合协调度来评判各子系统的优劣等级。

由表4可知，东北三省城镇化和生态环境的耦合协调度的时间序列呈逐步上升趋势。从地区差异看，辽宁省的耦合协调度增长趋势是最快的，2012年步入了中度失调衰退型，且2016年耦合协调度有所上升。这表明，辽宁省的城镇化与生态环境协调状况得到了改善，生态环境有能力承载进一步的城镇化发展。吉林省和黑龙江省城镇化与生态环境的耦合协调较差，在研究时段内，两者持续处于中度失调衰退型，且生态环境承载力严重不足，导致城镇化进程与生态环境严重脱节。尽管东北三省的城镇化与生态环境的耦合协调度得到了基本改善，但受多方面因素影响，仅有辽宁省步入了轻度失调衰退型阶段，其他省份仍处于中度失调衰退型阶段。因此，东北三省城镇化和生态环境的整体协调程度有待进一步提升。

由城镇化和生态环境的综合指数的大小可判断两系统的耦合协调类型。在研究期间，东北三省的城镇化综合指数均值为0.696，生态环境综合指数为0.041 5，总体属于生态环境滞后型。从地区差异看，辽宁省和黑龙江省于2010年由城镇化滞后型转向生态环境滞后型、吉林省于2011实现了转型，这表明东北三省城镇化的推进快于生态环境质量的改善。

三、结论

本文在城镇化水平和生态环境质量相互作用理论的基础上，利用协调度模型对东北三省2008- 2016年两系统的耦合关系进行了实证分析，得出以下结论：

第一，东北三省城镇化和生态环境的耦合度普遍较高。在研究时段内，辽宁省、吉林省和黑龙江省城镇化和生态环境的耦合度普遍为0.76以上，并呈逐步上升趋势，这表明东北三省的城镇化和生态环境之间存在较强的依赖关系。

第二，东北三省城镇化和生态环境耦合协调度的时间序列呈上升趋势，并伴随着显著的地区差异。在研究时段内，仅有辽宁省从中度失调衰退型逐渐步入轻度失调衰退型，其余两省均由极度失调步入中度失调发展型。辽宁省的耦合协调度最高，吉林省次之，黑龙江省最低。辽宁省高水平的耦合协调度主要源于较快的城镇化进程和良好的生态环境基础。

第三，东北三省的城镇化和生态环境的耦合协调类型随时间的推移发生明显的变化。2010年以前，辽宁省、黑龙江省均属于城镇化滞后型，之后城镇化步伐逐渐加快，发展为生态环境滞后型。而吉林省2011年以后城镇化水平快于生态环境质量发展，表现为生态环境滞后型。

表4 东北三省城镇化与生态环境耦合协调类型

注：U1为城镇化综合指数；U2为生态环境综合指数；ELM为生态环境滞后型；ULM为城镇化滞后型；M为耦合协调类型

东北三省曾是中国的老工业基地，长期的工业发展带来了许多生态环境问题。2003年东北老工业基地振兴战略实施后，随着经济的逐渐回暖，城镇化发展迅速，但是城镇化水平和生态环境质量的不协调依旧成为制约当地经济发展的关键因素，未来应努力协调两系统的关系，推进东北三省经济又好又快发展。

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Coupling Analysis of Urbanization and Ecological Environment in the Three Provinces of Northeast China

SHU Ting, LEI Siyou

（Schoolof Economics and Management, Anhui University of Science and Technology, Huainan, Anhui 232001, China）

In order to comprehensively measure the coordinated development level of urbanization and the ecological environment in the three northeastern provinces in China. It builds a coupled development model of the urbanization and ecological environment based on the data of 22 statistical indicators in the three northeastern provinces from 2008 to 2016, combined with entropy weight method. The comprehensive development level and coupling trend of urbanization and ecological environment in the three northeastern provinces were quantitatively analyzed. The results show that: the first, the coupling degree between urbanization and the ecological environment in the three northeastern provinces is generally high, and there is a strong dependence between the two systems, the second, the time series of coupling coordination degree is on the rise, accompanied by significant regional difference. The third, the type of coupling coordination changes significantly over time.

urbanization; ecological environment; entropy weight method; coupling degree; coupling coordination degree

2018-10-28

安徽高校人文社会科学重点研究项目（SK2017A0096）

舒婷（1994-），女，安徽安庆人，硕士生，主要从事生态经济研究；雷思友（1964-），男，重庆江津人，副教授，主要从事生态经济、项目综合评价与决策、可持续发展研究

X 22

A

10.3969/j. issn. 2096-059X.2018.06.006

2096-059X(2018)06–0030–08

（责任编校：王 莉）