基于灰色系统理论的生态环境—城镇化—旅游业的非协调性耦合识别及优化研究——以重庆市为例

杨光明，杨芸瑞，桂青青

(重庆理工大学 管理学院，重庆 400054)

0 引 言

生态环境、城镇化和旅游业并不是三个独立的系统，它们之间存在着相互关联关系.如图1所示，城镇化建设有利于促进区域协调发展，是推动区域经济可持续发展，实现中国现代化的重要手段.旅游业的发展为欠发达地区提供了提高城镇化水平的机会，全域旅游的兴起，改变了传统旅游模式，增强了旅游业对城镇化发展的促进作用.旅游业通过乡村旅游、特色产品促进城乡统筹，以产业关联效应带动相关产业发展，通过资源规划带动基础设施建设与完善，从而推动城镇化建设.城镇化建设为旅游业发展提供财力和物力保障，通过提供客源、形象载体和基础服务带动旅游业发展.生态环境是旅游业和城镇化发展的重要基础，良好的生态环境能够促进旅游产业发挥其联动效应，加快城镇化发展进程.同时，在旅游业和城镇化发展的进程中会产生水污染、大气污染等一系列破坏生态环境的问题，制约旅游业与城镇化的可持续发展.因此为了促进区域可持续发展，必须理清生态环境保护、城镇化建设和旅游业发展三大系统之间的关系，保证三大系统之间的协调.重庆市处于长江上游地区，资源丰富，生态环境良好，如何在生态环境承载力的范围内，通过产业联动效应助推城镇化建设，利用城镇化建设带动旅游业发展，实现三者的良性互动和协调发展成为关键问题.

图1 生态环境、城镇化、旅游业系统作用机理

关于生态环境、城镇化和旅游业三者之间的关系，已经有不少学者进行了研究.Raza[1]、Nathaniel[2]和Sghaier[3]等人多以环境影响为切入点，对生态环境、城镇化及旅游业相关关系进行研究.他们认为旅游业和城镇化在发展过程中不可避免地会对生态环境造成影响，其中的关联机制因不同地区、不同现状而有所不同.而对于生态环境、城镇化和旅游业三者系统之间的关系，学者多采用耦合协调模型进行探索.Fu等人[4]以青岛为例，评估了2000—2018年城镇化与生态环境发展关系的定量演化，研究发现两个系统从最初的严重不协调逐步过渡到良好协调.Shen[5]比较分析了河南省18个地级市旅游产业与生态环境耦合度空间变化，发现其耦合度随时间发展呈现增长趋势.Ding[6]分析了旅游业与城镇化的耦合效应测度，发现资源利用和区位条件的改善可以增强关中地区旅游业与新型城镇化的耦合效应.Zhang等人[7]以黑龙江为例建立了旅游、城镇化和生态环境发展的评价指标体系，分析了黑龙江2003—2017年的耦合协调演化特征.赵安周等人[8]对京津冀城市群城镇化、旅游业与生态环境耦合协调度测算发现城镇化综合水平子系统和旅游产业子系统均呈现增加的趋势,生态环境子系统呈现减少的趋势.

纵观现有研究，学者多对两系统或三系统进行耦合协调分析，探究各系统之间耦合协调趋势，而从非协调耦合视角对系统之间的关系进行研究的较少.系统的耦合协调度能够反映系统之间的相互作用影响，动态关联关系以及协调状况好坏，而非协调性耦合能从相反视角探究系统发展状况好坏.在以往研究的基础上，本文从系统思维出发，探讨重庆市生态环境、城镇化与旅游业系统之间的发展关系，从宏观层面分析各系统的影响程度和协调状况.以非协调发展视角为切入，逆向思维对生态环境、城镇化和旅游业的发展现状与趋势进行研究，探讨阻碍三大系统协调发展的相关因素.通过生态环境、城镇化与旅游业三大系统之间的不协调发展状态找出影响系统之间协同发展的相关问题，并根据问题提出针对性发展对策，改善重庆市三大系统的发展现状.

1 研究设计

1.1 研究区域

重庆市位于中国西南部地区，分别被大娄山、大巴山、巫山和武夷山环绕，处长江上游，因地貌多以丘陵和山地为主，获得“山城”的别称.重庆市作为拥有众多网红景点的新一线城市，既是西部地区经济建设的重点，也是长江上游重要的生态屏障.城镇化水平的快速提高，旅游业的快速发展，使得重庆市的生态环境遭到一定破坏.重庆市的生态环境关系着中国的淡水资源涵养和长江中下游的饮水安全，生态环境的优劣对于重庆市的未来发展至关重要.然而工业、农业与生活污水的排放造成了水污染，生态问题频发，威胁流域生态安全，严重制约着重庆市的进一步发展.在旅游业和城镇化得到快速发展的背景下，解决好生态环境问题是重庆市可持续发展的关键.

1.2 指标体系构建与数据处理

1.2.1指标体系构建

为了能真实有效、客观、全面地反映重庆市生态环境、城镇化和旅游业间的关系，本着科学、实用以及数据准确性与可收集性原则，根据相关研究[9-10]，评价指标体系由52个指标构成(见表1).其中，从生态环境中选取三个方面13个指标(X1～X13)；从城镇化建设中选取五个方面31个指标(Y1～Y31)，从旅游业系统中选取三个方面8个指标(Z1～Z8).数据主要来源于《重庆市旅游业统计公报》《重庆市国民经济和社会发展公报》和《重庆市统计年鉴》，由于部分年份数据缺失，采用简单移动平均法来补全.

表1 重庆市生态环境、城镇化以及旅游业三大系统的评价指标权重

(续表1)

1.2.2 数据处理

(1)熵值法

第一步：数据标准化处理.由于初始数据的单位、类型都不一样，无法直接使用，需要先对其无量纲化处理，通过极差标准化方法进行无量纲化处理，另外对数据进行无零化处理(统一加 0.01)[11-12]，其中：

正效用指标(+)：指标值越大表明该指标发展良好.

x'ij=(xij-xmin)/(xmax-xmin)+0.01

(1)

负效用指标(-)：指标值越小表明该指标发展良好.

x'ij=(xmax-xij)/(xmax-xmin)+0.01

(2)

其中，xij为第i年的第j个指标的值；i=1,2,3,…,m，表示年份个数；j=1,2,3,…,n，表示指标个数.

第二步：指标权重确定.

首先，计算第i年j项指标的比值sij：

(3)

其次，计算第j项指标的熵值hj：

(4)

再次，计算第j项指标的差异系数aj：

aj=1-hj

(5)

最后，确定j指标的权重wj：

(6)

(2)层次分析法

第一步：构建层次结构模型.根据研究目标的问题，将其分解为不同要素并进行不同层次组合，一般定义为3个层次，即目标层、准测层、方案层.

第二步：确定判断矩阵.用成对比较法和 1～9 尺度，构造各层对上一层每一因素的成对比较矩阵：

(7)

第三步：一致性检验.判断矩阵A的一致性指标为CI.

CI=(λmax-n)/(n-1)

(8)

其中λmax为A的最大特征值.当CI=0，则矩阵成立.当CI≠0，需检验矩阵A的一致性，用随机一致性指标CR=CI/RI检验.式中RI 为平均随机一致性指标.当CR≤0.1时，矩阵A达到一致性要求，否则必须重新建立判断矩阵.

(3)主成分分析法

主成分分析(PCA)是通过对协方差进行特征分析，在保留重要信息的情况下，将多个变量通过线性变换组合成相互独立的较少的几个变量的降维分析法.一般有五个步骤：筛选指标、规范指标、缩小指标维度、计算权重和综合评价得分.本文利用SPSS 软件对数据进行主成分分析.

一是充分调研，找准定位。前期通过深入调研，了解干部在管理工作中遇到的问题，以迫切需要提升的能力作为培训切入点；对干部队伍现状进行详细的数据分析，了解干部队伍的年龄、职称、学历、专业背景、岗位需求等信息，制定科学系统的培训计划；结合医院事业发展重心，确定项目定位，将医院需求、干部需求、管理需求融合后形成培训体系。

根据样本数据求出特征值并计算主成分方差贡献率，用来反映信息量的大小.

(9)

最终计算出主成分得分

Fi=α1iX1+α2iX2+…+αpiXp，i=1,2,…,m

(10)

(4)综合权重

单独使用一种确定权重的方法存在一定局限性，熵权法虽较为客观，但未能考虑实际情况，层次分析法虽借鉴专家意见，但易受主观意志影响，主成分分析法虽结合了定量与定性分析，但定性成分较多，不易令人信服.因此将三种方法结合起来使用，避免未能充分考虑指标重要性存在的不足和不够客观的弊端.

①生态环境综合评价函数：

(11)

其中f(x)表示生态环境的综合评价指数，xij指生态环境第i年第j个指标的无量纲值.f(x)值越大，意味着生态环境保护得越好.

②城镇化综合评价函数：

(12)

③旅游业综合评价函数：

(13)

其中h(z)表示的是旅游业的综合评价指数，zij指旅游业第i年第j个指标的无量纲值.h(z)值越大，则表明旅游业发展得越好.

2 研究方法与模型构建

2.1 灰色关联分析法

灰色关联分析法用于度量系统发展过程中，系统之间随时间或对象变化的因素的关联强度.该方法的优势在于不过分要求样本的数量，因此本文基于灰色关联理论，通过灰色系数ξ和关联度R的公式计算，分别计算出重庆市生态环境、城镇化、旅游业各指标之间的灰色关联度[13].

第一步：确定参考序列x0(k).

第二步：无量纲化xi(k)=xi(k)/xi(1),k=1,2,…,n;i=0,1,2…,m.

第三步：计算关联系数

分辨率系数ρ反应相关系数之间的差异显著性，一般在0～1取值.另外当ρ≤0.546，分辨率最好，本文取0.5.

第四步：计算关联度

(19)

关联度Ri的取值范围在0～1间，值越大，说明关联性越强，耦合作用也越强[14-15].见表2.

表2 关联度类型及等级标准表

2.2 非协调性耦合判别

耦合协调模型主要用于分析事物发展的协调水平，通过系统间耦合度的计算，分析系统间相互制约、相互影响的程度.本文从逆向思维建立了生态环境—城镇化—旅游业三个系统的非协调性耦合模型，探究生态环境—城镇化—旅游业非协调发展状况，如下所示：

(14)

T=xU1+yU2+zU3

(15)

(16)

ND=1-D

(17)

其中，C代表耦合度，其取值C∈[0，1].U1代表生态环境系统综合评价指数，U2代表城镇化系统综合评价指数，U3代表旅游业系统综合评价指数.协调耦合度系数用D表示，耦合度用C表示，生态环境—城镇化—旅游业系统的综合协调指数用T表示，非协调耦合系数用ND表示.x、y、z为待定系数，参考以往研究分别取值为0.35，0.35，0.3.具体的非协调性耦合等级划分见表3[16].本文中非协调耦合值越低，表明系统间协调发展程度越高，系统之间相互影响越显著.

表3 非协调性耦合等级划分

3 结果与分析

3.1 关联度排序与解剖

根据灰色关联度公式，计算出指标的灰色关联度，按照大小进行排序(见表4)，辨识分析各项指标对这三大系统的影响程度.

根据表4中结果显示，生态环境系统中，工业废气排放总量与城市天然气总量关联度最强，均在0.9以上，其余指标均分布在0.5～0.7之间.城镇化系统中，专利授权量与房地产开发投资关联度较强，均在0.9以上，其余指标分布在0.6～0.9之间.旅游业系统中与旅游业发展关联度最强的是国内旅游收入，为0.9366，其余指标均分布在0.7～0.9之间.

生态环境系统中，工业废气排放总量排名第一，处于极高关联，这表明生态环境受废气影响较大.城镇化建设中必然离不开第二产业的发展，而第二产业的发展必然产生废气排放等污染环境的废弃物，造成生态系统受到损害.在旅游业与城镇化发展的过程中应注重生态环境的修复与清洁能源的开发利用，加大对环境污染的治理力度，做到旅游业、城镇化与生态环境的协调发展.

城镇化系统中，排名前十的有一半属于经济城镇化指标，这说明城镇化建设与社会经济发展息息相关，要提高城镇化建设效果，就要注重社会经济发展质量，做到两者相辅相成，相互促进.除此之外，排在前三名的专利授权量、房地产开发投资和固定资产投资总额表明科技创新与基础设施建设是影响城镇化建设的重要因素.未来城镇化建设中要重视科技创新的重要作用，充分发挥科技创新的带头作用，有效提高城镇化水平.

旅游系统中各指标均分布在0.7以上，说明重庆市旅游需求较多，旅游市场前景较好，各指标对旅游业的发展影响较大.排名靠后的三个指标为A级景区个数、旅行社总数和旅行社从业人数，这三个指标也是影响国内旅游收入等排名靠前指标的重要因素，因此在旅游业发展过程中要注意提升景区及旅行社的质量与效率，进一步加强旅游业的发展.

为进一步探讨生态环境、城镇化、旅游业系统之间的关联性，对两两系统关联度进行测算，如表5、表6、表7.

由表5，6，7中数据可知，生态环境、城镇化与旅游业各系统之间均具有较高关联度，各子系统之间的关联度均在耦合作用较强及其以上阶段.从表5中数值可以看出，除了文化城镇化—压力指标子系统关联度处在耦合作用较强阶段，其他子系统关联度均为耦合作用极强阶段.从横向来看，城镇化子系统关联度排序为人口城镇化>空间城镇化>经济城镇化>社会城镇化>文化城镇化.从纵向来看，生态环境子系统排序为响应指标>状态指标>压力指标.其中人口城镇化—响应指标子系统关联度最高，为0.9785，这表明在生态环境与城镇化这两大系统中，人口与污染治理对两系统的发展具有极强的关联性.整体来看，生态环境与城镇化的关联度极高，两系统自身发展与彼此息息相关，各系统自身水平的提高均能对彼此产生积极影响.

表4 重庆市生态环境—城镇化—旅游业灰色关联度指标排序表

表5 生态环境—城镇化子系统关联强度表

表6 旅游业—城镇化子系统关联强度表

从表6中可以看出，各子系统之间关联程度不同.其中关联度较低的是社会城镇化—旅游规模子系统，关联度为0.7478，空间城镇化—旅游供给子系统关联度最高，为0.9241.从横向来看，城镇化子系统关联度排序为空间城镇化>经济城镇化>人口城镇化>文化城镇化>社会城镇化，耦合作用均较强.从纵向来看，旅游业子系统排序为旅游供给>旅游收入>旅游规模，其中旅游供给达到耦合作用极强阶段.整体来看，旅游业与城镇化之间具有高关联关系，这说明旅游业发展与城镇化发展之间存在相互促进作用，且旅游供给、空间城镇化子系统对于系统间发展的影响较为强烈.

表7 旅游业—生态环境子系统关联强度表

与表5，6相比，表7旅游业—生态环境系统关联度值稍低，但整体仍处于耦合作用较强阶段.从横向来看，生态环境子系统关联度排序为状态指标>响应指标>压力指标.从纵向来看，旅游业子系统关联度排序为旅游收入>旅游规模>旅游供给.其中状态指标—旅游收入子系统关联度最高为0.7575，这表明在旅游业—生态环境系统中，生态环境质量与旅游业收入对两个系统发展的影响较大，彼此之间关联度较高.整体来看，旅游业与生态环境系统之间关联度较高，这说明旅游业与生态环境不是两个独立发展的系统，两者自身的发展对双方均能产生一定的影响，系统之间存在较高的关联性.

综上所述，生态环境、城镇化与旅游业三大系统之间存在较强的关联性，各系统之间并非独立发展，而是相互影响.从上述关联度数值可以看出，旅游业与城镇化、生态环境与城镇化、旅游业与生态环境均处于耦合作用较强或耦合作用极强阶段，即系统自身发展受到其他系统的较强影响.基于此，从非协调耦合视角出发，对生态环境、城镇化及旅游业三大系统展开研究，能更直观明了地了解三大系统之间的发展状况，发现系统之间协调发展的薄弱之处.

3.2 综合评价指数与非协调性耦合分析

根据相关数据测算及研究方法，计算出重庆市生态环境、城镇化及旅游业综合发展指数及非协调性耦合度，如图2所示.

图2 生态环境、城镇化和旅游业非协调性耦合评价值

3.2.1 生态环境综合发展水平

生态环境发展水平整体呈现缓慢增长趋势，发展的波动性较大，具体可分为两个阶段.2000—2008年稳定发展期，生态环境发展速度较为平缓，发展指数从0.2248增长到0.4692，逐年缓慢增长.2008—2019年波动发展期，生态环境发展综合评价指数时升时降.2011—2014年生态环境指数缓慢下降，2014—2017年生态环境发展指数有快速提升，整体来看，生态环境指数虽然存在较大波动，但仍是上升的发展趋势.生态环境波动发展期恰恰是旅游业和城镇化快速增长的时期，这说明旅游业与城镇化的繁荣发展对生态环境造成了一定破坏，过度的旅游开发及重化工企业的废弃物排放降低了生态环境的质量.

3.2.2 城镇化综合发展水平

重庆市城镇化综合发展水平呈现持续稳步上升态势.城镇化综合发展指数由2000年的0.1061到2019年的0.8627，20年之间发展指数增长了7倍左右.重庆市自1997年直辖后，加快了城镇化进程，但是受重庆农业人口比重大、农村经济发展缓慢、农民收入普遍较低等“三农”问题与城镇化水平起点较低，区域发展不平衡等影响，重庆城镇化发展势头较为平缓，城镇化进程在一定程度上受到阻碍.重庆市在城镇化过程中应着力发挥资源优势，培育优势产业，提升经济综合竞争力，促进城镇化建设.

3.2.3 旅游业综合发展水平

重庆市旅游业整体发展呈现上升趋势，具体可以分为四个发展阶段.2000—2006年缓慢发展期，发展指数从0.0142上升至0.1100，发展速度较为缓慢，此阶段旅游业尚未在重庆发展起来.2006—2013年快速提升期，发展指数上升到0.5460，相对前一阶段，旅游业发展有较大提升.2013—2016年稳步发展期，发展速度较快速提升期有所减缓，但仍在稳步上升.2016—2019年高效提升期，发展指数提升到0.9935，此阶段旅游业发展进一步提升.2000—2019年旅游业发展呈现稳步上升趋势，主要有两个关键原因.一是随着经济快速发展，人们物质生活水平的提高，促使人们更加追求精神享受，旅游便成为人们休闲娱乐的重要方式，旅游市场需求逐渐提高.二是近年来，重庆大力发展旅游业，应运而生一批网红打卡景点、网红打卡饭店，丰富了重庆的城市形象，增强了重庆的旅游吸引力.

3.2.4 生态环境—城镇化—旅游业综合评价

重庆市生态环境、城镇化和旅游业综合评价指数整体属于上升发展趋势，系统整体发展趋势与城镇化发展指数保持较高一致性.重庆市旅游业与城镇化发展较快，生态环境发展波动性较大，三个子系统发展具有不均衡性.旅游业与城镇化存在相互促进效应，各自的发展都能推动对方系统加快发展进程.然而生态环境在旅游业与城镇化快速发展中形成较大波动，说明生态环境发展具有滞后性，重庆市应在发展旅游业和城镇化的过程中加大对生态环境的修复和保护工作力度，提升生态环境的承载力.

3.2.5 生态环境、城镇化、旅游业非协调性耦合分析

如图2所示，重庆市生态环境、城镇化与旅游业耦合度水平较高，三者交互关系密切，彼此发展相互影响.从图2可以看出，耦合度与非协调耦合度呈相反的发展趋势.从2000—2019年，耦合度的发展速度较为平缓，呈缓慢上升态势.非协调性耦合度恰恰与其相反，从2000—2019年一直呈现下降态势，耦合度越高，非协调性耦合度就越低，越到后期，耦合度与非协调性耦合度的差距越大.这恰恰说明，重庆市2000—2019年期间，非协调水平在逐步下降，生态环境、城镇化与旅游业之间的发展越来越协调.

从非协调发展各阶段特征来看，重庆市生态环境、城镇化与旅游业磨合非协调耦合阶段在2000—2006年期间，随着经济发展，生态系统遭到严重破坏，生态系统承载能力下降，旅游业和城镇化发展相对缓慢，旅游业资源开发和旅游业潜力没有完全释放，城镇化进度缓慢.2007—2015年为拮抗非协调耦合阶段，旅游业与城镇化发展速度加快，生态环境支撑能力下降.低水平非协调耦合发展阶段在2016—2019年期间，旅游业发展势头强劲，生态环境得到一定修复，城镇化发展速度稳定，各系统之间形成正反馈效应，系统整体进入低水平非协调发展.

4 结论与建议

4.1 结 论

通过对重庆市生态环境、城镇化以及旅游业系统进行灰色关联度分析和非协调耦合发展水平分析，得到以下主要结论：

(1)重庆市生态环境、城镇化与旅游业整体关联度较高，相互关联水平均在耦合作用较强及以上.从系统内部来看，工业废气排放总量、专利授权量、国内旅游收入均居系统第一，分别为0.9206、0.9715、0.9366.从系统间来看，人口城镇化—响应指标、空间城镇化—旅游供给、状态指标—旅游收入在系统间关联度最优，分别为0.9785、0.9241、0.7575这说明生态环境、城镇化、旅游业系统发展存在较强联系，各指标对生态环境、城镇化及旅游业系统发展均存在较强的影响.

(2)重庆市生态环境、城镇化、旅游业综合发展水平整体上均呈现上升态势，但生态环境综合发展水平波动较大.生态环境综合指数2011年上升至0.5606后，2014年下降至0.4910，此后缓慢上升.到2017年生态环境综合指数上升至最高水平0.7679，后又呈现缓慢下降趋势.城镇化建设与旅游业发展造成生态环境受到破坏，生态环境整体发展速度缓慢，其变化具有阶段性与时滞性.

(3)从2000—2019年，生态环境、城镇化和旅游业非协调性耦合由0.7304到0.0751大幅度降低，这表明三个系统之间逐步向良好发展靠近，关联性和互动性越来越高.生态环境为旅游业和城镇化发展提供资源条件， 旅游业的发展立足于区域自然人文景观，并推动城镇化的地域空间结构的演变，而城镇化进程会深刻影响区域生态环境和旅游业的发展，呈现正负反馈并存的特点.

4.2 建 议

基于以上分析结果，针对重庆市生态环境、城镇化与旅游业后续协调发展提出以下建议：

第一，注重生态环境的修复与改善，维护好城镇化的承载空间与旅游业的物质基础.生态环境是城镇化和旅游业发展的重要基础，提升生态环境发展质量对于城镇化与旅游业实现资源可持续发展具有重要意义.重庆市作为长江上游的重要生态屏障，应积极完善环境规制，加强环境治理力度，控制水污染、大气污染等工业排放，切实履行金山银山就是绿水青山的可持续发展理念，将重庆市打造成为生活宜居、生态良好，经济与环境协同发展的高质量城市.

第二，加快产业优化升级，积极培育绿色环保产业.近年来重庆逐渐成为人们喜爱的旅游城市，旅游业快速发展，跻身全国旅游地前十.对此，重庆市应做好长期规划与旅游城市基础建设，完善交通、餐饮与住宿等旅游相关设施，并积极探索低污染、低排放的旅游设施新技术，在发展产业的同时保护好生态环境.在城镇化进程中，要加大对绿色产业、环保产业的投资力度，加强对绿色创新技术的研发，让第二产业逐渐转型升级，逐步淘汰高污染产业，培育低能耗、低污染、高效率的绿色产业.

第三，努力发展循环经济，实现生态环境、城镇化与旅游业的协同发展.重庆市地理位置独特、资源丰富，在发展旅游业时，各区县应充分结合自身资源优势，合理规划布局和产业分工，制定实施低碳经济或低排放新技术的旅游政策，降低产业发展对生态环境的破坏.经济发展与城镇化紧密相关，重庆市应加强产业创新，发展低能耗、高质量绿色产业，结合产业特点和经济基础，培育具有地区特色的龙头产业.生态环境、城镇化与旅游业系统之间存在紧密联系，应从全局角度出发，针对系统协调发展状况提出相应对策，逐渐降低系统间的非协调水平，进入良性发展状态.