城市化与生态环境交互胁迫验证及耦合协调发展：西部例证

马红梅 马 闯

一、引言

城市化是保持经济健康持续发展的强大引擎，是促进社会全面进步的必然要求，但我国过去长期的无序发展导致城市人口过度聚集，城镇空间分布和规模结构不合理，与资源环境承载力不匹配，致使资源过度开发与生态环境破坏的现象出现，“城市病”问题突出。与此同时，城镇化在我国经济发展与社会进步中的作用愈发重要并受到密切关注。2014年，新型城镇化战略提出，要求优化布局，集约高效，根据资源环境承载能力构建科学合理的城镇化布局[1]；2019年政府工作报告强调，新型城镇化水平上要求优化区域发展格局，引导有市场、有效益的劳动密集型产业优先向中西部转移，加快产业集群发展和人口集聚，培育发展若干新的城市群；纵深上要求提质增量、更具包容和人文关怀，处处体现以人为核心的发展理念。

目前国内关于城市化与生态环境的研究颇多，主要包括以下研究视角：在研究尺度上，包括全国[2]、区域[3]、城市群[4]、省市等尺度[5]；在研究方法上，国内学者根据不同的研究领域，采取了多样的研究方法，包括耦合协调分析[6]、脱模模型分析[7][8]、PSR与GCQ模型运用[9]、交互胁迫关系验证[10]、库兹涅茨曲线分析[11]等；在研究内容上，包括系统间相互作用机理、协同发展研究、现状评价等。刘海猛、方创琳（2019）等提出“耦合魔方”的概念，用以解释城市化与生态环境的耦合机理[12]；杜乐山等（2017）对城市化与生态服务间的双向影响进行了研究，认为合理的城市化有助于提高生态系统服务，反之会降低生态系统服务；生态系统服务可支撑，也可制约城市化发展[13]。王宾、于法稳（2019）基于熵权耦合协调模型，对长江经济带城镇化与生态环境之间的协调程度展开系统研究，结果表明，长江经济带城镇化与生态环境之间的协调性呈现稳步提升态势，但增幅不大且协调性差，并且城镇化发展相对滞后[14]。毕国华（2017）等构建生态文明建设与城市化评价指标体系，利用耦合协调度模型及相对发展度模型，研究中国省域生态文明建设与城市化的耦合协调发展关系，研究结论显示，生态文明建设水平较城市化发展水平相对滞后，二者耦合协调发展过程存在波动性[15]。

在新型城镇化建设规划下，西部地区将在优化全国城镇化战略格局中发挥更加重要的作用。对已有文献梳理可以发现，相关研究与政策关注程度及西部地区在城市化进程中的重要程度不相匹配。基于以上分析，本文选取西部地区为研究对象，构建城市化与生态环境承载力指标评价模型，首先运用交互胁迫模型验证并分析西部省份城市化与生态环境的交互胁迫关系，结合耦合协调度模型和相对发展度概念，及生物学思想，提出“阶段稳态”的协调发展类型划分方法，对西部地区城市化与生态环境承载耦合协调及发展类型动态演变进行分析。

二、数据与研究方法

（一）数据来源及评价指标体系

1.数据来源。本文以西部地区11个省市及自治区为研究对象，包括内蒙古、陕西、甘肃、青海、宁夏、新疆、四川、云南、贵州、重庆、广西。考虑到西藏地区政治经济的特殊性和数据获取的困难程度，本研究不包括西藏地区。本文数据主要来源于2007-2018年间《中国统计年鉴》及西部各省统计年鉴、统计公报（2007-2018），缺失年份数据采用插值法补齐。

2.评价指标体系构建。城市化作为一种社会经济现象，是区域社会经济发展到特定阶段的产物，其特征在于人口的集中与职业的非农化、产业结构与社会生活的转型以及城市空间的拓展，具有明显的系统性和复杂性[17]。它不仅本身的各种构成要素相互作用、有机联系构成一个系统，而且还要受其外部环境因素甚至整个国家系统的深刻影响[16]。因此，城市化水平评价应涵盖多个方面。本文参考其他学者研究，选取人口城市化率、人均GDP、人均城市市政建设固定资产投资等22个指标，从人口城市化、经济城市化、社会城市化3个维度构建城市化水平评价指标体系。

生态环境承载系统则以自身承载阈值为约束限制城市化的发展，从现实情况来看，城市化发展超速是环境恶化、资源供不应求现象形成的原因之一。本文从水资源、能源、土地资源和环境修复能力4个维度共计12个指标构建生态环境承载系统评价指标体系。

（二）研究方法

1.指标权重的确定及综合评价值。熵值法确定指标权重。熵值法属于客观赋权法，可以有效避免非客观因素带来的偏差，适用于多元综合指标评价项目[17]。具体计算步骤如下：

（2）对判断矩阵进行标准化处理，得到标准化后矩阵B。本文采用极差标准化方法，正向指标采取①式计算，逆向指标采取②式计算。

表1 城市化水平与生态环境承载系统评价指标体系

（3）计算评价指标的信息熵。

（4）评价指标的熵权W：

（5）计算各省份的综合评价值：

2.城市化与生态环境交互胁迫模型。城市化与生态环境承载间的双指数交互胁迫曲线表达式如下：

式中，U1代表生态环境承载水平，U2代表城市化水平，a、b、m、n和P为待定参数。显然有，当时，生态环境承载受到城市化发展的冲击；当时，城市化对生态环境承载的冲击达到峰值；当时，城市化进入良性发展阶段，对生态环境承载的冲击逐渐变小。

3.融合稳态理论的耦合协调度评价模型。耦合协调度模型包括耦合度模型和协调度模型。耦合度模型可以描述系统之间的相互作用的程度，协调度模型反映系统之间相互作用的程度和协调发展的水平。

耦合度计算公式为：

C代表耦合度，U1、U2分别表示生态环境承载和城市化发展水平。耦合度的取值范围是[0,1]，指标越趋近于1，表示二者耦合程度越高，反之则表示二者的发展关联度越低，出现无序的发展趋势[18]。

T代表生态环境承载与城市化发展的综合协调指数；α、β为待定系数，本文认为，城市化发展与生态环境承载同等重要，所以取α=β=0.5；D代表两系统耦合协调度，取值范围为[0,1]，D值越高，耦合协调程度越高，两系统发展越协调，反之亦然。

耦合协调度模型可以反映两系统的发展状态，但无法直观的反映单个系统发展对对整体的影响。因此，本文结合生态学“稳态”理论，得出融合稳态理论的耦合协调评价方法。

生态系统多稳态理论认为，生态系统状态可以保持一定时间不变；在一定的随机干扰强度内，系统不会从一种稳定态跃迁到其他稳定态，而发生这种跃迁的条件则需要随机干扰强度大于其稳态阈值。由于生态承载力具有较强的粘滞性，长期内保持稳定的能力较强，因此，在城市化与生态环境承载中，城市化带来的干扰强度更加显著，干扰程度可以通过相对发展度β表示[19]，β=U1/U2。综合耦合协调度及相对发展度，将城市化与生态环境系统的耦合协调状态划分为无序态、低稳态、中稳态、高稳态四个阶段共十种类型（表2），两系统同步发展类型（即0.8≦β<1.2）为该阶段稳态点。

表2 城市化水平与生态环境承载的耦合协调发展阶段及类型

三、城市化水平与生态环境承载的演变特征及交互胁迫关系验证

（一）城市化水平演变

通过2006—2017年西部11省（市、区）的城市化指标数据，计算得出西部地区城市化水平综合评价得分（表3）。由表3分析可得出，西部省份城市化水平演变呈现以下特征：一是从演变趋势看，各省份城市化发展水平呈现稳步的正向提高趋势；二是从演变速度看，各省份城市化水平演变速度整体为正，存在明显波动，西部地区城市化发展速度波动下降，且城市化进程呈现逐步放缓趋势；三是从城市化的空间差异看，城市化发展呈现出明显的西北-西南地域差异。发展水平上，西北地区城市化水平整体高于西南地区。演变速度上，西南地区演变速度整体高于西北地区，且城市化水平增幅更大。

表3 西部省份城市化水平综合评价

（二）生态环境承载演变

计算得出生态环境承载综合评价，西部省份生态环境承载演变呈现以下特点。

1.从演变趋势看，西部地区的生态环境承载总体呈上升趋势，多省份呈现增长的小幅波动。与城市化水平评价相比，生态环境承载增长明显缓慢。相较之于城市化建设，生态环境承载能力的提升受到的约束更直接，提升过程相对缓慢，并且，在当前的经济框架下，节约资源、生态修复等活动有时仍被视作经济运行的“成本”和增长绩效的“扣除”，未能得到政府和企业的足够重视或者执行方落实力度不足。

2.从演变速度看，西部11省多数年份增长速度为正，增幅放缓且逐步趋同。研究结果显示，生态环境承载增速为负的年份相较城市化演变速度明显在增多。生态环境承载受到自然条件、资源储备的硬约束，在人类经济活动扰动下，表现出“易破坏、难修复、难提高”的特点，在生态环境承载力增速上体现为“增速放缓、逐步趋同”特点。

3.从空间差异看，生态环境承载亦表现出明显的“西北-西南”地域差异。从生态环境承载评价看，西北地区整体水平较高但内部差异明显，西南地区整体水平较低但内部差异较小；从生态环境承载演变速度看，西北地区略高于西南地区，西北地区表现出明显的内部差异性，西南地区表现出较强的一致性。

（三）城市化与生态环境承载的交互胁迫关系验证

耦合协调模型要求两系统客观存在相关关系，结合对城市化水平与生态环境承载综合评价分析结果，可以推测，生态环境承载在城市化发展中存在约束作用，且约束作用随稳态阶段的提高递增，即两系统存在交互胁迫关系。

首先对两系统间存在的交互胁迫关系进行验证。导入城市化水平与生态环境承载综合评价值，利用Matlab2016软件进行曲线拟合求解，并得出西部11省城市化水平与生态环境交互胁迫的双指数曲线方程（表4）。西部11省的城市化与生态环境交互胁迫关系的演进基本符合非线性曲线演变的轨迹，再次证明整体拟合良好，即城市化对生态环境表现出明显的胁迫作用，而生态环境对城市化表现出明显的约束作用。

四、西部地区城市化与生态环境承载的耦合协调发展过程及特点

（一）耦合协调发展过程

计算各省耦合协调度及相对发展度，截取2006年、2008年、2011年、2013年、2015年、2017年共6个时间截面数据进行分析，可以看出西部地区城市化与生态环境耦合协调经历了“低稳态-中低稳态-中稳态-高中稳态”的转变过程。

1.低稳态发展阶段：2006—2008年。2006年，城市化水平与生态环境承载的耦合协调度整体较低，结合相对发展度，新疆处于中稳态阶段稳态点，其余省份均处于低稳态阶段。

2.中-低稳态阶段并存：2008—2013年。2008年，西北地区除甘肃外全部进入中稳态阶段，且相对发展度开始降低，城市化发展速度较快；西南地区省份未发生阶段跃迁，相对发展度基本保持不变，耦合协调水平有所提升。2011年，城市化水平与生态环境承载的耦合协调度继续提高，各省份相对发展度均开始降低，伴随着两相指标的变化，西北地区进入中稳态阶段磨合发展期；西南地区加速城市化推进并取得显著成效，除贵州外均进入中稳态阶段。

3.中稳态发展阶段：2013—2016年。中稳态阶段一般表现出较强的发展稳定性。2013年，各省份协调度继续提高，相对发展度继续降低，所有省份均进入中稳态阶段，发展相对稳定。2015年，各省份依然处于中稳态阶段稳定发展期，协调度继续提高，相对发展度继续降低，除陕西进入类型Ⅵ外，其他省份发展类型变化不明显。

4.高-中稳态阶段并存：2016—2017年。2017年，各省份协调度达到新高，相对发展度持续降低。内蒙古、宁夏、新疆发生阶段跃迁，进入高稳态阶段稳态点，且相对发展度均是接近1的水平，即两系统发展速度较为一致；其他省份相对发展度继续延续降低的趋势，即城市化进程得到不断推进。

表4 西部11省城市化与生态环境交互胁迫关系式

（二）耦合协调发展特点

1.耦合协调度稳步提升，相对发展度逐步降低，低-中-高稳态发展阶段有序更替。西部11省耦合协调发展程度不断提高。相比2006年，2017年协调度平均提升了43.06%，相对发展度逐步下降，十年间各省份平均下降幅度达到85.82%，城市化与生态环境发展速度呈现趋同态势。根据“四阶段稳态”划分方法，稳态阶段变动受协调度与相对发展度共同影响，协调度升高、相对发展度降低并跨过临界点时，稳态阶段随之变动。十年间，西部各省份逐步由低稳态阶段过渡到中稳态阶段最终部分省份达到高稳态阶段

2010年是中稳态省份线性增长的重要节点。2010年，中央经济工作会议明确强调城镇化城镇化建设的重要性，并申明要继续实施西部大开发战略。在宏观政策的支持下，西部省份展现出推动城市化发展的决心，并在地区的城镇化规划中体现出来。2015年是高稳态省份线性增长趋势的起点。2014年，中央推出《国家新型城镇化规划（2014—2020年）》（以下简称《规划》），《规划》总结了我国城市化发展中面临的主要矛盾，并结合公共服务均等化、市民化、城市群建设、交通运输网络建设提出了新的发展目标与发展策略，且高度重视生态文明和城镇化质量。中央带动地方，政策引导资金流动，新型城镇化为各省城镇化发展增注了新的动力。

2.协调发展的“西北-西南”区域差异。西部地区城市化与生态环境承载耦合协调存在显著的西北-西南区域差异。在表征当下发展状态的协调度评价值上，西北地区体现出更好的协调水平；而从发展速度看，西南地区表现出更向好的发展态势。具体来说，西北-西南区域差异体现在以下几个方面：一是单系统发展水平的差异，西北地区城市化发展水平与生态环境承载禀赋均优于西南地区；二是系统发展速度的差异，西北地区城市化水平提升速度整体低于西南地区，生态环境承载提升速度略高于西南地区；三是两系统间耦合协调发展水平的差异，西北地区协调度水平较高，比西南地区更早的进入中-高稳态阶段；西南地区则表现出强烈的追赶态势，至2017年，西北-西南地区的协调发展水平已十分接近。

表5 城市化与生态环境承载耦合协调度测算结果

以区域耦合协调发展结果为导向，结合历史现实和宏观发展策略，分析导致区域差异的原因如下：一是资源禀赋差异。西北地区地广人稀，在本文生态环境评价体系下，整体体现出更好的生态环境禀赋和较高的生态环境承载评价。当生态环境承载余量充足时，两系统发展的协调度主要由城市化发展水平决定。因此，在研究区间前期，西北地区城市化速度更快，并呈现出更高的耦合协调发展水平。二是城市群辐射带动，构成西南地区后发优势。城市群辐射带动机制将城市化与生态环境承载协调度推动至较高水平，同时也使区域更集中、联系更紧密的西南地区具备了后发赶超优势。核心城市基础设施完备、公共服务完善，潜在的经济效益创造能力和发展空间吸引资本与人才落地，推动产业结构转型和技术创新。同时，城市群的正外部性引导过剩资金、人才以产业链条为导向向核心城市周围辐射，促进周边城市自身的发展。并且，依托发达的交通通信等基础设施网络形成空间组织紧凑、经济联系紧密、高度同城化和高度一体化的城市群体，产业结构合理，生态环境承载能力强、经济人口集聚条件好，起到客观推动区域城市化发展的作用。三是“一带一路”战略的串联作用，为边疆省份带来机遇。与城市群辐射带动作用类似，“一带一路”战略的资源集聚效应和辐射带动效应明显。在“一带一路”战略规划贸易线路中，新疆、陕西、甘肃占据中线和中心线重要地理位置，广西是南线面向东南亚的重要出海口。具体来看，新疆是中国连接中亚、南亚、西亚和欧洲的重要陆路通道，随着“一带一路”战略的实施，新疆由原来中亚合作版图的末端变成了起点。与战略地位相当的是优势资源的聚集，产业政策支持、贸易税收优惠、基础设施的援建为经济发展奠定基础，推动了城市化。另外，水、电、土地等要素供给的支援也在短期提升了新疆生态环境承载上限，使新疆展现出更好的协调水平。广西与东盟相邻，在“一带一路”战略下，广西作为我国面向东南亚的门户，拥有独特的贸易和对外合作优势，这也在客观上推动北部湾城市群的发展，进而推动城市化进程。

3.西北-西南中心区域分别存在发展凹地。2006年，除新疆外，其余西部省份城市化与生态环境承载系统耦合协调均为Ⅰ型或Ⅱ型，整体呈现出“一高多低”的格局。2017年，“一高多低”格局彻底被打破，新疆、青海、四川、重庆实现超越，陕西、宁夏、广西追赶姿态强硬，最终形成西北地区以甘肃为中心、西南地区以云贵为中心的“四周高、中间低”的发展凹地现象。

这一现象的形成是多种因素共同作用的结果。甘肃、云南、贵州都为内陆省份，受到的辐射带动作用较弱，经济发展主要依靠内生动力。甘肃虽然是“一带一路”战略规划省份，但省域狭长分散，资源储备量低，环境脆弱，资源集聚条件差，对经济发展的带动作用较弱；另一方面全省大中型城市偏少，省域内辐射能力比较弱，在一定程度上限制了城市化发展，两相作用下，甘肃维持了较长时间的低稳态点发展。云南贵州两省情况类似。首先，虽然云贵自然环境良好、资源储备较为充足，但特殊的地理地貌和交通条件以及封山育林、自然保护区的设立为生态环境承载划定了红线，使生态环境承载始终处于安全范围内，达不到正常磨合的水平；其次，云贵虽然紧邻成渝经济带，但成渝经济带成立时间较短、且区域广阔，对周围省份辐射带动作用尚弱，且云贵两省经济基础差，工业、旅游业、大数据产业的大力发展等拉动了云贵的经济增速，但短期内无法改变经济体量小、受成渝城市群辐射带动效应弱的现实，最终导致云贵耦合协调发展相对较慢，成为了西南地区协调发展凹地。

五、结论与建议

（一）结论

1.西部地区城市发展水平、生态环境承载能力不断提高，城市化发展水平提升幅度大于生态环境承载能力的提升幅度；西部省份耦合协调整体提升，中稳态、低稳态并存，发展类型体现出显著的“西南-西北”区域差异。

2.西部地区城市化与生态环境承载存在交互胁迫关系，演变轨迹符合双指数函数，经济社会发展水平越高、资源禀赋越强的省份，拐点出现越晚，且拐点出现时城市化水平较高。

3.城市化与生态环境承载的稳态发展受多因素影响，对内发掘区域内生发展动力、对外融入城市群加强辐射带动和资源集聚，以经济发展推动城市化进程，是实现稳态破局与提升的重要途径。

（二）建议

1.尊重区域发展规律，确定短期发展优先级以实现稳态阶段突破，因地制宜制定区域发展规划。城市化与生态环境承载的交互胁迫作用决定两大系统协同发展的重要性，单个系统的突出发展最终会引起协调性的偏离。因此，根据区域特点与发展现状，确立发展城市化与提升生态环境承载的短期优先级、制定与区域发展相符的规划战略意义重大。比如针对云南、贵州、甘肃等生态环境承载盈余、城市化发展较慢的的省份，可确立城市化在短期的优先发展地位，以城市化系统的突变带动稳态转换，从而实现更高级别的发展稳态；针对四川、重庆、新疆、青海生态环境承载盈余较少、城市化水平较高的省份，在产业选择上可以侧重发展科技型、服务型产业，同时树立可持续发展观念，制定严格的生态环境保护策略，通过技术开发、资源转移调用等方式提升生态环境承载能力，并以此为依据，科学合理推动城市化进程。

2.加强规划引导，充分发挥政府职能。充分发挥政府在资源配置中的引导、弥补、规制的作用，运用政府在资源配置中的优势地位进行资源的再配置，实现城市化与生态环境的协调发展。区域资源禀赋约束着区域发展，依靠发掘内生动力实现区域经济提升、推进城市化发展的效果有限。而政府可以通过宏观政策与战略规划影响资源集聚格局，对区域发展进行适度的调控与资源倾斜，进而加速区域的城市化进程。比如针对协调发展程度较低的云南、贵州，提高滇中、黔中两大城市群发展地位，在规划引导的基础上，加大资金扶持与政策倾斜，加强滇中、黔中城市群与成渝城市群、北部湾城市群的连接，推动其融入“一带一路”“西部大开发”等国家战略。针对内蒙古地区长期的城市化快速发展状况，应在可持续发展理念的指导下，以“绿色发展”为主线，强调生态约束与生态支撑，以退耕还林还草工程、植树造林工程、水土流失治理工程等生态工程为抓手，加快自然保护区建设，注重资源利用与环境保护的源头控制。

3.树立可持续发展理念，重点提升生态环境承载水平。可持续发展要求处理好“人与自然”“人与人”的关系，可持续发展揭示了“发展、协调、持续”的系统本质，旨在创建了“和谐、稳定、安全”的人文环境。可持续发展不赞成单纯为了经济增长而牺牲环境的容量和能力，也不赞成单纯为了保持环境而不敢能动地开发自然资源。二者之间的关系可以通过不同类型的调节和控制，达到在经济发展水平不断提高时，也能相应地将环境能力保持在较高的水平上。我国城市化进程与可持续发展理念应当是和谐统一的，既要推动城市化的发展，又要避免对生态环境的不可逆性的破坏，因此，提升生态环境承载水平是实现系统和谐发展水平的重要环节。一是要转变经济发展方式，变“粗放式”增长为“集约型”增长；二是要提高资源利用率，通过搭建上下游产业链，实现“减量化、再利用、再循环”的资源循环使用方式；三是加大环保投入，包括环境治理与环保技术开发。