陕西省城市化与生态环境关系动态计量分析

王 敏,陆佳烨,杜蕊珍,吕 寒

(西安外国语大学 商学院,西安 710128)

城市化是当前中国社会经济结构转变显著标志之一,与之相伴相生的是城市产业集聚及农村人口迁移的规模不断扩张,以及进入城镇工业和服务业的农业转移人口市民化。城市化、城市空间形态和扩张模式变得更加复杂,给城市生态环境产生极大压力[1]。据陕西省统计局发布的陕西省人口发展报告，全省的城镇化率持续提升，伴随着城镇化率的变化，产业集聚、人口集聚同步发展，近年来陕西省城市化水平不断提高,2018年,陕西省城市化率达到58.13%,提升速度位居西部地区前列,高于全国同期增长水平,在此背景下,随之带来一定的环境污染问题，而且这种环境污染随着城市化的发展将越来越严重。正确认识城市化与生态环境的内在关系，协调两者的矛盾，是实现陕西省可持续发展的一大难题，有必要分析陕西省城市化与生态环境的关系,并据此促进城市化与生态环境和谐发展。

城市化与生态环境的关系问题一直受到学术界关注。随着世界经济的快速发展，城市化水平不断提高，与之相伴的是全球生态环境日益退化，极端天气和自然灾害频发，成为人类面临的现实生存威胁。格罗斯曼和克鲁格提出环境库兹涅茨曲线假设,揭示生态环境质量随着经济水平的提高呈现倒“U”型变化规律[2]；有专家认为城市化可以作为缓解生态环境压力的一种有效手段[3]；有专家通过动态计量模型研究江苏、江西、新疆和乌鲁木齐的城市化与生态环境互动关系[4-6]；有研究采用熵权法、耦合协调模型、地理信息系统( Geographic Information System,GIS )工具软件和灰色预测模型对西北各省区耦合协调发展进行分析[7]。已有研究主要集中在城市化与生态环境的静态耦合协调关系分析,仅有少数论文研究两者的动态关系,且缺少针对陕西省城市化与生态环境协调关系的实证研究。

本文以陕西省为例,选取2000-2017年西部大开发战略实施的18 a作为研究时间段,根据城市化-生态环境系统之间的耦合协调关系及发展特征，在保证整体性、科学性和可操作性的基础上，基于陕西省城市化与生态环境的现实情况，遴选符合研究条件的重要指标， 运用研究城市化与生态环境两个变量之间动态关系的计量经济模型,研究城市化进程中产生的生态环境效应。通过计量实证分析结果客观认识城市化发展与生态环境变化的内在关系及其动态发展关系,分析两者在发展中存在的矛盾,为陕西经济可持续发展中实现城市化和生态环境和谐发展提供专业建议。

1 城市化与生态环境指标体系的构建及测度

文中数据来源于《中国统计年鉴》(2001-2018)《陕西省统计年鉴》(2001-2018)和《陕西省生态环境公报》(2000-2017)。部分数据根据已有数据整理计算得到,个别年份的缺失数据采用相邻年份值插值补齐。

1.1 指标体系的建立

基于陕西省城市化发展及生态环境演变的特点,选取使用频度较高且能客观展现陕西省地域特色的变量,建立指标体系。采用人口城市化、经济城市化以及社会城市化3个一级指标，18个二级评价指标来测度城市化水平；生态环境综合指数及其分量,采用生态环境压力、生态环境状态和生态环境响应3个一级指标，17个二级指标来测度生态环境。

该指标体系依据加拿大统计学家拉波特和弗兰德提出的P-S-R模型,即压力(Pressure)-状态(State)-响应(Response)模型。该模型是由经合组织(Organization for Economic Co-operation and Development,OCED)和联合国环境规划署(United Nations Environment Programme,UNEP)共同推广,用于研究环境问题,系统衡量生态环境质量。

1.2 测度方法

确定城市化与生态环境的指标体系以及由熵值法得到的权重见表1。由于各指标数据单位不一,采用离差标准化法统一量纲,采用改进熵权法确定各指标的权重,计算得到目标层城市化综合指数,作为城市化水平。同理,由生态环境各指标的权重,求得准则层生态环境压力、状态和响应等3个分量的值,汇总得到目标层生态环境综合指数。

表1 城市化与生态环境指标体系

2 城市化与生态环境关系演化的趋势分析

借助Eviews计量经济学软件,对陕西省城市化综合指数和生态环境综合指数演化趋势进行直观模拟如图1所示。

图1表明2000-2017年间陕西省城市化水平持续提高,期间的城市化指数增加了6.3倍。其中2000-2005年城市化水平提高缓慢,2005年以后总体呈现指数型上升态势,说明陕西省已经整体进入了城市化的快速发展阶段。生态环境综合指数从总体上看呈现出下降,缓慢上升然后下降,随后上升的波动趋势,说明城市化进程中人类活动等因素给生态环境带来持续不断的冲击作用。

图1 陕西省城市化与生态环境综合指数

将城市化与生态环境的交互作用分为3个阶段分析。第一阶段(2000-2008年), 自2000年开始的西部大开发战略把加快发展作为首要任务,陕西省的城市化在这一过程中快速发展,相应的生态环境综合指数呈现下降态势,反映出这一阶段生态环境受到不良冲击,生态环境明显遭到损害和破坏。第二阶段(2008-2011年),这一阶段城市化发展态势明显,城市化增长迅速。随着战略重心转移,党中央将基础设施建设和生态环境保护作为当期战略目标,生态环境综合指数由下降转变为上升态势,表现为与城市化发展相互协同。第三阶段(2012-2017年),城市化在这一阶段总体呈现出陡然增长。生态环境综合指数逐年下降,与城市化进程相互拮抗。2015年是生态环境发展的一个转折点,生态环境恶化的问题得到扭转,这是2015年陕西省实施党政同责铁腕治霾的成效,在年度目标考核中大幅增加生态环保指标权重,空气PM2.5浓度同比平均下降18.1%；在渭河流域综合治理、农村环境连片整治工作中成效显著；超额完成主要污染物总量减排任务；召开环保产业博览会。这些举措使得陕西省的生态环境恶化问题得到一定程度的缓解和有效遏制。

图2为陕西省生态环境综合指数及其分量线图,由图2可知,2000-2017年生态环境状态有波动但基本保持稳定,生态环境压力呈直线型逐年下降,生态环境响应稳步提高。说明随着城市化的发展,生态环境遭受到负向影响,陕西省政府意识到生态环境保护的重要性,牢固树立“绿水青山就是金山银山”的发展理念，坚守生态环保优先的发展原则，努力提高固体废弃物综合利用率和城市污水集中处理率,力求使用新技术来提高能源的利用率,同时还不断开发新能源减少单位国内生产总值(Gross Domestic Product,GDP)能耗,此外连年增加的环保专项资金为生态环境好转提供强大根基。

图2 陕西省生态环境综合指数及其分量线图

3 城市化与生态环境关系动态分析

测度城市化水平与生态环境综合指数及其分量并对两者关系进行分析,通过建立向量自回归模型(Vector Autoregression Model,VAR),对城市化与生态环境关系进行动态分析。利用单位根检验来判定城市化水平、生态环境综合指数、生态环境压力、生态环境状态和生态环境响应是否为平稳序列；运用协整检验剖析城市化水平与生态环境综合指数及其分量是否具有长期稳定的关系。利用格兰杰因果分析进一步探究城市化和生态环境的因果关系。运用脉冲响应和方差分解分析城市化对生态环境的影响强度。

3.1 变量的单位根检验

对序列进行平稳性检验。借鉴文献[8]采用Eviews计量经济学软件序列平稳性的单位根检验方法进行检验(Augmented Dickey-Fuller Test，ADF),检验结果见表2,其中urb为城市化水平,eco为生态环境综合指数,eco_p为生态环境压力,eco_s为生态环境状态,eco_r为生态环境响应。以施瓦茨信息准则(Schwarz Information Criterion,SIC) 选择滞后阶数。

表2 城市化水平与生态环境综合指数及其分量的ADF检验结果

注:C为截距项;T为趋势项;L为滞后阶数。

单位根检验的结果表明,在所研究的水平序列中,除生态环境压力平稳之外,城市化水平、生态环境综合指数及其分量在5%的显著性水平下都存在单位根,即为不平稳序列。因此,需要进一步来检验一阶差分序列的平稳性。在一阶差分序列中,生态环境响应在10%的显著性水平下平稳,城市化水平在5%的显著性水平下平稳,其余序列在1%的显著性水平下平稳。因此各序列为一阶差分平稳序列,是一阶单整序列,满足协整检验的前提条件。

3.2 协整检验

水平序列不平稳的有urb和eco,eco_p,eco_s,eco_r,均为一阶单整序列,可能存在长期稳定的比例关系,需要通过协整检验加以验证。本文采用约翰森(Johansen)协整检验方法,检验城市化水平与生态环境综合指数及其分量之间是否存在长期稳定的关系。检验结果见表3。

表3 Johansen协整检验结果Tab.3 Johansen cointegration test results

注:*表示在5%的显著性水平下拒绝原假设。

检验结果表明:在1%的显著性水平下,城市化水平与生态环境综合指数、生态环境压力存在一个长期的动态均衡关系；在5%的显著性水平下,城市化水平与生态环境响应存在唯一的长期的动态均衡关系；城市化水平与生态环境状态之间不存在长期均衡关系。说明陕西省城市化综合水平的提高与生态环境综合指数以及其分量之间存在长期稳定的比例关系。

3.3 格兰杰因果分析

协整检验解释了城市化水平与生态环境综合指数、生态环境压力和生态环境响应都存在长期均衡关系,需进一步通过格兰杰(Granger)因果分析方法检验城市化水平与生态环境及其分量之间是否存在统计意义上的因果关系[9]。格兰杰因果关系检验结果见表4。

由表4检验可知,在5%的显著性水平下,城市化水平的提高是生态环境综合指数、生态环境压力以及生态环境响应的格兰杰原因,具有单向胁迫关系,但是城市化与生态环境状态互不为格兰杰原因。

表4 格兰杰因果关系检验结果

3.4 脉冲响应

Granger因果关系检验只能判定样本期内自变量的内外生性,不能提供和预测变量系统的动态变化特征[10]。故采用脉冲响应分析模型受到冲击时对系统的动态影响,陕西省生态环境综合指数对城市化水平的响应如图3所示,其中期数为10的VAR模型的脉冲响应图,分别体现了eco,eco_p,eco_r在受到urb一个标准差冲击的影响,实线为脉冲响应函数,虚线所包括范围是正负两倍标准差偏离带,下同。

图3 陕西省生态环境综合指数对城市化水平的响应

图3表明城市化对生态环境有负向的冲击效果,这种冲击逐渐增大,在第3期达到最大,即在初期城市化对生态环境会造成一定破坏。此后,负向冲击效果在短期内逐渐减弱,第4期时达到正向峰值,表明此时城市化对生态环境的改善起到一定的促进作用。在第5期后,城市化的冲击对生态环境综合指数总体表现为正向影响,表现为锯齿状波动。可以看出,城市化发展对生态环境的综合影响是长期波动式影响。

陕西省生态环境压力对城市化综合指数的响应如图4所示。由图4可知,城市化水平一个标准差的冲击对生态环境压力既有正向影响又有负向影响。城市化在第2,3期对生态环境压力表现为正向影响,第3期是一个拐点,此后的两期均表现为负向冲击作用,且对第5期的负向影响比第4期大。起初城市化发展缓慢,对生态环境压力影响微小；城市化进入高速发展阶段时,就会对生态环境造成很大压力。从第5期开始则以M型波动,正向冲击与负向冲击并存。说明在城市化进程中,不可避免地会对生态环境带来一定压力,这种压力在一定情况下可以得到适当的调整。

图4 陕西省生态环境压力对城市化综合指数的响应

陕西省生态环境响应对城市化综合指数的响应如图5所示。由图5可知,城市化水平对生态环境响应存在正向影响,在第2期正向影响达到最大,在第3～5期这种正向影响逐渐下降,在第5期以后影响消失。说明城市化的发展能够有效带动人们对生态环境保护的积极响应。

3.5 方差分解

方差分解在脉冲响应的基础上,能够反映冲击对内生变量变化的贡献度[11-12]。方差分解结果见表5。由表5可知,从第2期开始,eco, eco_p和eco_r均受到自身和城市化水平的影响,受城市化水平的影响要小于自身波动的影响。其中,城市化对生态环境响应的贡献度明显高于其对生态环境综合指数和生态环境压力的贡献度。从eco的各分类结果看,数值上eco受urb的影响小于自身波动的影响。urb对eco的贡献度在第2期迅速提高到19.40%,在第2～5期贡献度的增加水平放缓,在第6期以后基本稳定在25.50%左右。从eco_r的方差结果看,urb对eco_r的贡献率仍小于其自身的贡献率,但是数据显示受urb影响增幅比例较快,从第1期的0%开始增加,第10期时已经达到34.28%,说明城市化的推进对生态环境的压力在持续增加,解释能力不断提高。从eco_r的方差分解结果看,urb对eco_r的贡献度在第2,3期增长较快,并在第3期达到最大，方差贡献为41.31%,在第4期有小幅回落,并在随后的各期贡献度基本保持稳定。说明城市化对生态环境响应有长期较高的解释能力。

注：S.E.为标准差。

4 结 语

通过测度陕西省城市化水平与生态环境综合指数及其分量并对两个变量的关系进行动态计量分析,得到结论:陕西省城市化水平逐步提升,陕西省的生态环境呈现波动趋势,其中生态环境状态在波动中基本稳定,生态环境压力直线下降,生态环境响应稳步提高。反映出陕西省意识到了城镇化进程中生态环境保护的重要性,加大生态环境保护力度。陕西省城市化水平与生态环境综合指数、生态环境压力以及生态环境响应之间均存在唯一的长期动态均衡关系,但与生态环境状态之间不存在长期的均衡关系。城市化水平提高对生态环境综合指数及其分量产生了不同程度的影响。陕西省能源消费以煤炭为主,城市化的推进使能源消费以直线型增加,从而直接导致大气污染加剧、生态环境破坏。城市化进程会对生态环境造成压力,缓解城市化发展对生态环境的压力存在较大阻力。但城市化对生态环境指数有先负向后正向的影响,对生态环境响应有先增加再减少的正向影响,且城市化对生态环境综合指数的贡献度最高,说明城市化能带动生态环境的响应。

城市化进程必然对生态环境带来压力,同时对生态环境有正向影响,因此可通过一系列措施促进城市化与生态环境的协调发展。促进城市化与生态环境协调发展的建议如下:在政府层面,首先应该完善环境保护的法规和制度,尤其是提高环境破坏的惩罚力度,可利用构建的城市化水平和生态环境综合质量指标体系,通过关注各指标的变化趋势,及时采取有效措施,不断推进城市化与生态环境的协调发展。在产业层面,首先应充分实现以人为本的新型城镇化,加快转变产业结构,提高服务业比重,应该转变能源结构,提高资源利用率,从而改善城镇化推进与资源节约、生态保护之间的关系。