四川省城市化与生态环境耦合协调发展空间格局研究

郭玉坤

(西南民族大学，四川 成都 610041)

2018年5月18日，习近平总书记在全国生态环境保护大会上指出：“必须贯彻创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念，加快形成节约资源和保护环境的空间格局、产业结构、生产方式、生活方式。”城市化是世界各国工业化进程必然会经历的一个阶段。改革开放40年来，我国城市化率由1978年的17.92%上升至2019年的60.60%。城市化的快速发展带动了经济的快速发展，人民生活水平也显著提高，但随之而来的是，快速城市化也给生态环境造成了巨大压力。如何实现城市化与生态环境的协调发展是实现城市化的长久之计，也是实现可持续发展的必然选择。伴随城市化进程，城市化与生态环境协调发展这一问题引起了国内外学者的广泛关注。

国外的相关研究主要是围绕揭示城市化与生态环境二者关系、如何进行城市规划等展开。自工业革命以来，西方学者便开始关注城市化与生态环境的关系问题。如霍华德的“田园城市理论”就是倡导用科学的规划来协调城市化与生态环境的关系；1970年，加拿大统计学家福瑞德首次提出PSR模型，从“压力-状态-响应”角度研究经济活动与生态环境之间的相互关系；[1]Pearce认为在城市发展的不同阶段应采取不同的环境政策，提出了“城市发展阶段环境对策模型”；[2]格罗斯曼等通过研究42个发达国家环境质量与人均收入的关系，发现经济发展与环境污染程度总体上呈现倒“U”型曲线波动形态，[3]即著名的环境库兹涅茨曲线(EKC)假说，此后各国学者对此假说进行了大量的实证检验；[4]2002年OECD提出了脱钩理论，旨在探讨阻断环境质量损害与经济发展关联性的可能。[5]相比国内学者，国外学者在城市化与生态环境耦合关系方面的研究成果要少很多，但这些成果为我国学者从多学科视角研究城市化与生态环境关系奠定了理论基础，提供了方法借鉴。

相较国外，国内就城市化与生态环境关系的研究起步虽然较晚，但由于我国正处于城市化快速发展时期，城市发展与生态环境的冲突在我国表现更加突出，加之政策因素的影响，国内学者在该领域的研究成果相较西方学者更加丰富。国内相关研究主要集中在以下几方面：(1)现象与特征。崔木花发现，中原城市群9市城镇化与生态环境的总体协调发展水平偏低，两者的耦合协调关系被划分为3种发展类型；[6]师海猛等发现黄河流域8省(区)城镇化高质量发展和协调度均呈上升趋势，而生态环境为“W”形曲折增长的走势，生态环境显著滞后于城镇化；[7]熊曦等研究发现武陵山片区六个中心城市的耦合协调基础较好，但各中心城市的空间差异明显。[8](2)格局与机制。马艳运用耦合协调度模型和交互胁迫模型，发现长江经济带的城镇化与生态环境之间的协调性呈稳步上升态势，整体处于良好协调阶段；在空间格局上，二者的协调发展态势存在由东部区域向中西部区域下降的空间差异特征。[9](3)趋势与规律。王少剑等对珠三角城市城镇化与生态环境耦合协调度的测算发现，城镇化水平总体不断上升，生态韧性水平持续下降，两者耦合协调度总体由基本协调向基本失调下滑；[10]韩燕等研究发现，甘肃各地级市2009-2018年城镇化及生态环境子系统平均呈上升趋势，80%的城市属于城镇化滞后型城市，耦合度整体上处于拮抗和磨合阶段，且空间差异较大。[11](4)协调关系评价。黄金川等早在2003年就分析了城化与生态环境的交互耦合机制，揭示出区域生态环境随城市化的发展存在先指数衰退、后指数改善的耦合规律，交互耦合的过程分为低水平协调、拮抗、磨合和高水平协调四个阶段；[12]张发明等发现中部地区新型城镇化质量与生态环境承载力耦合程度处于拮抗阶段，且耦合度近年来处于停滞阶段。[13](5)模拟与预测。宋建波等通过构建城市化与生态环境评价指标体系，对长江三角洲16个城市的城市化与生态环境发展水平和协调发展程度进行了测算；[14]赵安周等应用耦合协调度和灰色Verhulst模型构建了京津冀城市群城市化—旅游业—生态环境综合评价指标体系，并对未来10年的耦合协调度进行了预测，预测结果显示未来10年三者的耦合协调度保持小幅度持续上升的趋势。[15]

综上研究发现，国外研究侧重理论分析，国内研究则更注重实证研究。国内相关研究成果多以东部发达地区、长江流域和几个特大城市群为研究对象，以某省城市群为研究对象的成果相对较少，以四川省为研究对象的成果则更少。基于此，本文选择四川省18个地级市为研究对象，分析城市化与生态环境的耦合协调关系，以期增进对四川省城市化与生态环境耦合协调发展水平、空间格局及类型的认识，为四川省实现城市化与生态环境高质量协调发展，助力“一干多支”发展战略顺利实施提供一定的参考，同时也为其他省区相关研究提供借鉴。

一、研究区域概况

四川省位于东经97°21′-108°33′和北纬26°03′-34°19′之间，地处我国西南内陆，辖区面积48.7万km2，下辖18个地级市、3个自治州，2019年常住人口8375万人，城镇化率为53.79%，滞后于全国7个百分点。为解决四川省城市发展不充分、区域协调发展不足问题，2018年，四川省委十一届三次全会提出构建“一干多支”发展战略。主要内容为:做强“主干”，支持成都加快建设全面体现新发展理念的国家中心城市；发展“多支”，打造各具特色的区域经济板块，推动环成都经济圈、川南经济区、川东北经济区、攀西经济区竞相发展，形成四川区域发展多个支点支撑的局面。

本文选取四川省18个地级市：成都、自贡、攀枝花、泸州、德阳、绵阳、广元、遂宁、内江、乐山、南充、眉山、宜宾、广安、达州、雅安、巴中、资阳为研究对象(剔除了部分数据缺失的阿坝藏族羌族自治州、甘孜藏族自治州、凉山彝族自治州三地)，探讨城市化与生态环境之间的耦合协调关系及存在的问题。

二、研究方法和数据来源

(一)指标体系的构建

城市化是农村人口转化为城市人口、农业用地转化为城市用地的过程，既是人口和土地的空间变化，也是经济结构、社会服务、生活方式等全方位的城市化。生态环境是人类赖以生存的自然资源和自然环境系统，包括水资源、大气环境、能源系统、土地资源、生态绿地系统等多个方面。本文借鉴宋建波、崔木花、杜霞等[16]、童彦等[17]的研究成果，结合四川省城市发展实际情况，遵循科学性、综合性、层次性、代表性和可操作性等原则，对城市化选取了人口城市化、空间城市化、经济城市化以及社会城市化等四个方面共16项二级指标，对生态环境选取了生态环境水平、生态环境压力和生态环境保护等三个方面共12项二级指标，构建了城市化与生态环境耦合协调发展评价指标体系(见表1)。

表1 城市化与生态环境耦合协调发展评价指标体系

表1原始数据来源于《四川统计年鉴(2020)》和《中国城市统计年鉴(2020)》，对于年鉴中少量缺失数据使用相关城市2020年国民经济和社会发展统计公报数据进行了补充。

(二)数据标准化处理

由于城市化和生态环境二级指标存在数量级、量纲和正逆指标的差异，因此有必要对指标原始数据进行标准化处理。本研究采用了z-score标准化法对原始数据进行标准化处理。具体如公式(1)所示：

(1)

式中，x为某一城市的具体指标数值，μ为平均数，σ为标准差。z值的量代表原始分数与母体平均值之间的距离，是以标准差为单位计算。在原始分数低于平均值时z为负数，反之则为正数。

由于表1中的生态环境二级指标具有正负向之别，如反映生态环境水平的万元GDP耗电量和反映生态环境压力的四个二级指标均为负向指标，为便于比较，在确定指标权重之前，先对X18、X22、X23、X24、X25取倒数，然后再进行标准化处理。

(三)权重确定

指标权重的确定方法可分为主观赋权评价法和客观赋权评价法，常用的主观赋权评价法有AHP法、Delphi法等，常用的客观赋权评价法主要有熵权法、主成分分析法、变异系数法等。熵权法是通过指标信息熵的计算来确定各指标权重，可有效避免人为因素对指标权重的影响，使指标权重的确定具有更高的可靠性[18]，也能更好地反应指标信息熵值的效用价值，本研究拟采用熵权法计算二级指标的权重系数，计算结果见表1。

从四川省城市化系统的一级指标权重来看，4个城市化子系统的综合排序为:社会城市化>空间城市化>经济城市化>人口城市化，说明目前社会城市化对城市化综合水平影响最大，而人口城市化影响最小。从生态环境系统一级指标权重来看，3个子系统的综合排序为：生态环境压力>生态环境水平>生态环境保护，且权重差异较大，说明由于四川近年重视环保投入，在污水处理、生活垃圾处理等方面各城市已经差异不大；权重最大的是生态环境压力指标，说明各城市产业转型升级压力普遍较大。

(四)耦合度模型

耦合概念来自物理学，指不同系统在自身和外界的作用下产生的相互作用、相互影响。本文使用耦合度衡量城市化与生态环境的交互关系，通过计算测定要素双方相互作用的强弱程度。耦合度越大，要素之间的发展方向越有序，关系越趋于稳定。[19]其公式为：

(2)

进一步，建立耦合协调度模型，以详细测度城市化与生态环境的协调水平：

(3)

T=αU1+βU2

(4)

式中，U1和U2分别表示城市化和生态环境系统的综合评价指数，C为耦合度，D为耦合协调度，T为综合协调指数。耦合度C作为一个中性变量，只能表示系统间的关系强弱，无法反应两个子系统的整体发展水平。当城市化与生态环境都比较低时，也有可能具有较高的耦合度。耦合协调度D能够更全面地评价两个系统的发展状况，D越大，系统间的耦合协调状况越好，反之亦然。[20]α、β分别代表两个子系统的贡献份额，根据已有研究，α、β可解释为两个子系统的相对重要性，且其相对大小基本不会影响模型中耦合协调度的总体走势。本文认为，在城市发展过程中，生态环境与城市化的发展同等重要，因此将两个值均设定为0.5。

三、城市化与生态环境耦合关系评价

(一)权重及各系统发展指数

基于表1数据，利用线性加权法计算各地城市化与生态环境一级指标的得分(见图1)，在此基础上进一步计算各地城市化与生态环境综合发展指数(由于基础数据标准化的原因，负值表示该城市在这一指标的得分低于全省平均值)(见表3)。

图1 四川省各地城市化与生态环境二级指标得分

通过分析图1数据可以发现，四川各地级市城市化子系统和生态环境子系统的发展水平呈明显不均衡状态。以成都为例，其社会城市化>经济城市化>空间城市化>人口城市化，人口城市化已成为影响成都市城市化发展的瓶颈因素；攀枝花则是空间城市化严重滞后，且生态环境压力巨大；巴中市社会城市化严重滞后，而生态环境压力在全省最低。

(二)城市化与生态环境耦合协调类型划分

四川省18个地级市由于经济发展基础和自然环境条件不同，导致耦合协调度存在较大差异。根据耦合协调度模型的基本内涵，由公式(2)-(4)计算得到各城市的城市化指数、生态环境指数、城市化与生态环境耦合度、综合发展指数和协调发展度，并根据协调发展类型划分标准(见表2)对各城市的协调发展类型和对比类型进行划分(见表3)，结果发现，四川省18个城市可划分为6种类型，并在此基础上对二者的协调状态进行评估。

表2 城市化与生态环境协调发展类型划分[21]

表3 四川省地级市城市化与生态环境协调性评价结果

利用耦合度模型分析四川省18个地级市城市化与生态环境的协调发展水平，可以得出四川省城市化与生态环境协调发展水平整体不高，且区域间差异显著。根据耦合度指标，我们可以将18个城市划分为2种类型：(1)0.30≤C≤0.49，表示城市化与生态环境的协调水平处C于“拮抗期”，仅有攀枝花、达州、资阳、巴中等四个城市属于这一阶段，说明尽管这四个城市城市化发展水平差异明显，但由于自然条件或主导产业的限制，城市化对生态环境依赖性较强，加之人类开发和利用的强度日渐加大，生态环境对城市化的胁迫作用也日益突出。(2)C≥0.50，表示处于“磨合期”，成都、绵阳、德阳等14个城市属于这一阶段，该类型城市经济发展水平较高，城市化发展累积的生态环境破损状况不断加剧，生态环境对城市化的胁迫作用也更为深刻，需要不断优化产业结构和经济发展模式，减轻对环境的压力，并不断改善生态环境。四川绝大多数城市的城市化与生态环境处于“磨合期”，说明四川产业结构正在逐步优化，城市发展与生态环境实现了初步融合。

利用ArcGis10.8软件将四川省各地级市的城市化与生态环境耦合协调度数值输入数字地图。从地理空间匹配分析可以看出，四川省各城市的城市化与生态环境耦合协调状况具有明显的由成都向外围递减的空间分异特征，评价结果呈现出较强的区域块状集聚特征(见图2)，与四川省“一干多支，五区协同”发展战略的经济区划分高度契合。耦合协调度最好的成都位于“五区”中心，耦合协调度处于中间位置的主要是围绕在成都市周围的成都平原经济区城市，而耦合协调度较差的大多远离成都，如川南经济区和川东北经济区。涂建军等对成渝城市群城市间联系强度的研究发现，德阳、眉山、绵阳、资阳4个城市是成都对外联系的主要对象。[22]川东北经济区城市与成都的联系强度较弱，接受核心城市的辐射较小，掉入“边缘区”陷阱。结合本文研究，我们可以得出两个结论：一是与成都联系越紧密的城市，其城市化与生态环境系统的耦合协调性一般越好；二是四川城市化进程呈现“先污染，后治理”的粗放型发展特征。

图2 四川省城市化与生态环境耦合协调度空间分异特征

(三)城市化与生态环境耦合协调结构分析

从图1和表4可以看出，四川省18个城市的城市化发展水平、生态环境发展水平的相对波动较大，城市间差异明显。从表4可以看出，四川省城市化发展水平的不均衡程度要远高于生态环境发展水平的不均衡程度，尤其是在“社会城市化”和“经济城市化”方面差异最大，这说明四川省未来面临的主要问题还是加快推进城市化进程、提升城市化质量和实现更加均衡的发展。

表4 城市化与生态环境综合发展指数标准偏差与方差

四川省18个城市城市化与生态环境的协调度(T)除成都外，其余17个城市均较低，且与成都差距明显，也因此导致了18个城市城市化与生态环境协调发展呈现极不均衡的状态，被分成了六种类型(见表4)。从图3也可以看出，成都市的城市化指数得分远超其他城市，其中，11个城市呈现负值。这说明成都市“一家独大”、资源过于集中的问题非常突出，在未来的城市建设中，各类资源配置应适当向其他城市特别是边缘城市倾斜，这是实现城市均衡协调发展的关键。

1.城市化与生态环境“中级协调”、生态环境滞后型

属于这一类型的只有成都市。成都市不仅GDP总量、人均GDP、常住人口这三项数据遥遥领先，从城市化与生态环境综合评价得分来看，成都市城市化指数得分是第二名攀枝花的5倍，在生态环境指数上也是仅次于巴中市，且城市化指数明显高于生态环境指数(见图3)，成都市在四川省城镇体系中的“主干”地位体现得非常明显；耦合协调度也是明显优于其他城市，达到“中级协调”，第二梯队的绵阳仅属于“勉强协调”型。这说明在城市化进程中，成都市生态环境已经初步实现了与城市化的协调发展。在未来的城市化进程中，应充分发挥成都市作为国家级中心城市和“主干”城市的辐射功能，引领、带动周边城市共同发展。成都市在未来发展中，应进一步优化城市化与生态环境的协调关系：一是要重点控制传统能源的消费量，控制和减少碳排放；二是要对三废排放严加管控，最大限度地降低三废对生态环境的负面影响。

图3 四川省城市化与生态环境耦合协调情况

2.城市化与生态环境“勉强协调”、生态环境滞后型

属于这一类型的城市只有绵阳市。绵阳市城市化指数排名第三，生态环境指数却排名14，而耦合度(C)排名第一，高于成都。绵阳市不仅经济总量为全省第二，其在城市化与生态环境协调发展方面也是明显优于除成都之外的其他城市，在川北一枝独秀。绵阳作为四川最重要的工业基地，其城市化发展对生态环境影响较大，加之相关投入不足，导致绵阳市生态环境指数得分很低，生态环境已成为影响绵阳社会经济长远发展的重要制约因素。

作为川渝两地除成渝之外唯一一个GDP突破3000亿(2020年)的地级市，四川应该将绵阳市定位为经济副中心城市，通过对川东北、川西北经济区内的资源进行合理分配、合理规划，以绵阳带动这两个经济区实现更高质量发展。要建成副中心城市，绵阳迫切需要大幅提升城市承载力，扩大城市规模和量级，尽快进入大型城市行列，破解成渝城市群在规模结构上的“断层”问题。

3.城市化与生态环境“濒临失调”、城市化滞后型

属于这一类型的城市为遂宁、眉山和雅安。在六个城市类型中，四川本类型城市的内部差异是最大的。从城市化和生态环境指数得分看，雅安均居四川省前列，雅安目前最大的问题，一是经济体量小，二是传统产业为主，环保压力大，其万元GDP能耗是全省最高的。遂宁市生态环境指数排在全省前列，但城市化指数为倒数第四，特别是经济城市化和社会城市化指数，说明遂宁主要的问题是经济发展水平不足、质量不高，基础配套薄弱，城市承载力不够，突出表现为迄今没有本科院校。未来应加速优势制造业集聚，提升现代服务业比重，加快补齐城市基础设施和高等教育短板，发展高等教育方面宜宾经验值得借鉴。眉山则属于双滞后，城市化排11位，生态环境排12位，这与眉山优越的区位和资源禀赋条件是极不相称的。眉山主要问题是社会城市化指标和生态环境压力指标得分很低，说明一是城市规模、功能和品位不高，公共服务供给不足，基础设施短板突出；二是产业结构以传统产业为主，工业废弃物排放指标全省倒数，优化调整滞后，产业转型升级是未来的重中之重。未来应积极融入成渝地区双城经济圈，紧抓成德眉资同城化机遇，加快构建现代产业体系，同时不断优化生态空间格局。

4.城市化与生态环境“濒临失调”、生态环境滞后型

属于这一类型的城市为自贡、攀枝花、德阳、乐山，这四个城市有一个共同的特点，就是工业基础较好、城市化水平相对较高。攀枝花作为资源型城市，建市之初其人口、经济、城市基础设施等起点就高，其城市化指数仅次于成都，排第二位。但其生态环境压力巨大，人均工业污染物排放在全省遥遥领先，传统产业升级改造压力巨大。其他三个城市与成都的距离适中，受成都辐射带动影响，其城市化水平较高，最低的德阳也排在第九位。与较高的城市化水平相比，这几个城市是四川的传统工业城市，生态环境发展水平普遍较低。从耦合度指标看，德阳、乐山、自贡C值均在0.7左右，处于较高水平，说明这几个城市的城市化发展已经给生态环境带来了较大压力。

5.城市化与生态环境“轻度失调”、生态环境滞后型

属于这一类型的城市为泸州、内江、宜宾，这三个城市的共同点是均属于川南经济区，其最显著的特点是城市化整体水平较高，但生态环境发展水平严重滞后，突出表现是产业结构导致人均废水和其他工业废弃物排放高，且人均绿地面积少。这三个城市近几年经济发展较快，但生态环境建设相对滞后，这一点需要予以高度重视。“十三五”期间，川南经济区经济增速居全省首位，但在经济发展过程中，也暴露出“重经济、轻生态”的问题。从耦合度来看，这三个城市普遍偏低，这说明生态环境与城市化相互作用较低，这可能也是三个城市忽视生态环境建设的一个原因。短期内，轻生态重经济，有助于实现城市化量的提升，但长期看生态环境将成为城市化实现质的提升的制约因素。

6.城市化与生态环境“轻度失调”、城市化滞后型

属于这一类的城市有广元、南充、广安、达州、巴中和资阳六个城市，除资阳外，均属川东北经济区。该类城市有几个显著特点：一是这些城市大多距离成都较远且位于山区，地形、交通状况以及产业基础等限制导致经济发展水平相对滞后；二是这六个城市生态环境指数普遍较高，意味着这几个城市具有良好的生态禀赋优势；三是城市化与生态环境的耦合度很低，例如巴中仅有0.366，说明城市发展对生态环境还未形成明显的负面影响，这也很好地解释了为什么这些城市具有很好的生态优势，而城市化水平却严重滞后。利用好生态环境优势加快推进城市化进程是该区域亟须解决的问题。

四、结语

本文基于耦合协调度模型，研究了四川18个地级市城市化与生态环境耦合协调的空间分异特征，主要结论如下。

第一，耦合度结果分析表明，2019年四川省18个地级市城市化与生态环境耦合度总体水平不高，大多数城市处于“磨合期”，四川省城市化发展具有“先污染、后治理”的特征。随着城市化水平的提升，生态环境的胁迫作用开始显现，城市化发展要顺应生态环境的约束，严格贯彻绿色发展理念。

第二，耦合协调度结果分析表明，四川城市化与生态环境耦合协调度偏低，其中协调度最高的成都也仅达到中级协调，排名第二的绵阳为勉强协调，其他16个城市属于失调类型。说明四川省在未来的城市建设中，须加强生态环境建设，实现城市化与生态环境的高质量协调发展。

第三，四川省城市化与生态环境耦合协调度呈现明显的空间集聚特征，且由成都向外逐渐弱化。耦合协调度空间分异与四川省“一干多支”经济区划分高度契合，四川省优化城市化与生态环境协调发展可与“一干多支、五区协同”战略同步实施。