厦门市生态环境与城镇化耦合协调研究

黄斯喆,王佳韡,叶尚钰,伍世代b

(福建师范大学 a.文化旅游与公共管理学院,b.福建师范大学地理科学学院/碳中和未来技术学院,福州 350117)

城镇化深刻改变区域地表景观格局,与生态环境系统存在复杂的交互耦合胁迫机制[1]。快速增长的城镇化对区域生态环境造成巨大压力,区域生态环境恶化也制约着城镇化的健康发展。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》指出,要按照资源环境承载能力合理统筹安排城市规模与发展建设,持续改善生态环境与城乡人居环境。因此,开展城镇化与生态环境耦合协调研究对国家生态文明建设具有重要的现实意义。

对国内外有关文献进行梳理可知,学者在城镇化与生态环境的耦合协调研究方面取得一定进展。经济合作与发展组织(OECD)与联合国环境规划署(UNEP)共同提出PSR模型,从“压力-状态-响应”角度评价经济活动对生态环境的影响程度[2];Grossman和Krueger[3]提出环境库兹涅茨曲线(EKC),认为经济发展与生态环境污染之间存在着倒U型关系。国内学者聚焦于探究城市化与生态环境交互耦合机制[4]与交互耦合系统规律[5],方创琳等[6]从城镇化与生态环境交互作用耦合性出发构建交互耦合塔与耦合图谱用以揭示二者交互耦合关系与交互耦合方式。随着全球化和信息化的迅速发展,城市间形成广泛、复杂的相互联系,各类资源要素在城市间的跨境加速流动使全球化时代的城镇化与生态环境交互耦合系统呈现近远程交互耦特征,研究由系统内部单一要素迈向近远程要素耦合[7]。实证研究层面,学者运用双指数曲线[4]、耦合协调度模型[8]、交互胁迫度模型[9]、相对发展模型[10]等方法对国家[11]、区域[10-13]、城市[14]、县域[15]等不同尺度下的城镇化与生态环境耦合关系进行研究;运用灰色关联分析[16-17]、BP模型[18]、SD模型[19]等对城镇化与生态环境耦合动态进行模拟[20];运用地理探测器[21]、面板数据固定效应模型[22]、结构方程模型[23]探究城镇化与生态环境耦合协调的影响因素。总体而言,城镇化与生态环境关系研究已成为人地关系地域系统研究的重要部分[24]且取得丰富的研究成果,但较少研究涉及城镇化与生态环境二者的解耦关系[25]。

厦门市作为我国生态城市的典范,在面对快速城镇化带来的环境污染与生态破坏时,积极推动生态环境保护工作。黄丽华等[26]立足于区域经济-海洋生态系统耦合关系,识别出厦门港发展与海岸带生态环境耦合协调发展阶段;刘佳坤等[27]运用历史自然回顾分析方法,总结不同历史阶段厦门生态城市建设面临的主要问题与挑战;张明发等[28]深入探讨厦门市社会经济发展与生态环境之间的协调关系,研究发现厦门市生态环境系统与社会经济系统内部协调性整体良好。可见,学者们关注焦点在于厦门市城镇化与生态环境二者之间的耦合协调关系,鲜有研究涉及城镇化系统与生态环境系统二者之间的解耦关系。因此,本研究以厦门市为研究对象,时间跨度选取2004—2020年,在构建新型城镇化与生态环境综合评价指标体系的基础上,采用熵值法对厦门市城镇化子系统及生态环境子系统的综合水平进行评价,使用耦合协调度模型及相对发展度模型测度厦门市整体耦合协调发展特征并得出相对发展类型及其演变特征,最后借助Tapio解耦模型分析两系统间的互动关系,以期为推进厦门市新型城镇化与生态环境系统协调发展建设提供参考建议。

1 研究区概况、数据来源与方法

1.1 研究区概况

厦门市地处我国东南沿海,现辖思明、湖里、同安、翔安、海沧和集美6个行政区。改革开放以来,厦门市城市化水平不断提升,2020年末常住人口518万人,城镇常住人口占比89.41%。“十三五”时期,厦门市生态文明建设成效显著,荣获“国家生态园林城市”称号。

1.2 数据来源

本次分析所用指标数据来源于2005—2021年的厦门经济特区年鉴、厦门市国民经济和社会发展统计公报、厦门市水资源公报以及福建统计年鉴,部分缺失数据采用差值法补齐。指标体系中涉及的人均指标均采用当年末厦门市常住人口数。

1.3 研究方法

1.3.1 指标体系构建及赋权

考虑到指标选取须遵循的科学合理性及可取性原则,为准确评价厦门市城镇化与生态环境综合水平,在参照现有研究结果[28-30]的基础上,结合厦门市城市发展特点,本研究从人口、经济、社会及空间4个维度选取11个指标因子表示厦门市新型城镇化综合水平;采用“压力-状态-响应”(P-S-R)模型从资源状况、生态环境压力及环境治理3个方面选取13个指标因子对厦门市生态环境系统进行描述,指标具体情况如表1所示。为避免指标体系中因量纲和单位不同造成的差异,采用极差标准化方法对正向、负向指标数据进行标准化处理[31]。本文采用熵值法确定各指标权重。

表1 厦门市城镇化与生态环境综合评价指标体系

1.3.2 耦合协调度模型及相对发展度模型

耦合度源于物理学,反映多个系统或要素间相互影响、相互作用关系的程度,耦合度越大,表明各个子系统间的耦合情况越好且系统结构越趋于有序。本文研究厦门市城镇化系统与生态环境系统之间的耦合协调关系,借鉴耦合概念模型得出两个系统的耦合度模型。公式如下:

式中,C为系统耦合度,U1是城镇化综合评价指数,U2为生态环境综合评价指数,U1与U2可以通过多指标综合评价模型得出。 耦合阶段的划分参照刘耀彬等[32]的研究:当0

耦合度C描述了系统间相互作用和影响的程度,但无法反映两个系统的整体发展水平[33]。故进一步建立耦合协调度模型,用以详细测度城镇化系统与生态环境系统的整体协调水平。公式如下:

式中,D为耦合协调度;T为两系统的综合协调指数,可以反映系统发展状况对耦合协调水平的总体贡献;α与β可解释为两个子系统的相对重要性,本文认为生态环境子系统与城镇化子系统二者同等重要,因此将2个值均设定为0.5。

耦合协调度模型可以综合评价城镇化与生态环境耦合协调发展水平,但对于二者之间的相对发展状况的反映有限。故引入相对发展指数模型,计算相对发展指数λ,用以反映二者之间的相对发展程度。 公式如下:

λ=U1/U2。

根据有关学者的研究[10,34],将城镇化与生态环境系统的协调发展状况分为协调发展、转型发展及不协调发展3类,在不协调发展中将数值细化为基本不协调及严重不协调,结合相对发展度进一步划分为12种子类型(表2)。

表2 城镇化与生态环境协调发展类型分类

1.3.3 城镇化与生态环境交互耦合脱钩模型

“脱钩”发轫于物理学,主要用于研究具有关联性的多个系统(两个及以上)之间的相互关系[35]。自20世纪末经济发展与合作组织(OECD)将“脱钩理论”引入到农业发展领域以来,理论研究不断深入,已有研究将其运用于刻画城镇化与资源环境、生态环境之间的发展关系[36-37]。Tapio解耦模型利用弹性来测度脱钩程度,以增长变化率的比值重新定义脱钩指标,能够很好地反映研究对象的相对发展情况。公式如下:

式中,Qt为第t年的脱钩指数;U2t与U2t-1分别为第t年与第t-1年的生态环境综合评价指数;U1t与U1t-1分别为第t年与第t-1年的城镇化综合评价指数。参照生态环境综合评价指数增长率与城镇化综合评价指数增长率正负情况,Tapio解耦模型可划分脱钩、负脱钩及连接3种状态。进一步地,以0、0.8、1.2为临界值,将脱钩状态细分为衰退脱钩、强脱钩、弱脱钩、扩张负脱钩、强负脱钩、弱负脱钩、扩张连接、衰退连接8种具体状态[35](表3)。

表3 脱钩状态类型划分标准

2 厦门市城镇化与生态环境耦合协调演变特征

2.1 城镇化水平与生态环境水平

2003年,厦门市进行行政区划调整,城市建设重点由岛内进一步向岛外延伸,进入海湾型城市建设阶段[38]。如图1所示:2004—2019年厦门市城镇化综合水平呈上升趋势,城镇化综合指数由2004年的0.0621提升至2019年的0.8883;2019—2020年城镇化综合水平有所下降,期间社会城镇化指数与空间城镇化指数均出现一定幅度的下滑。城镇化系统中,多年平均值表现为社会城镇化>经济城镇化>人口城镇化>空间城镇化。2004—2009年,城镇化子系统中各个子系统呈现交替上升态势;2010—2020年,社会城镇化子系统引领厦门市城镇化发展;经济城镇化子系统对城镇化的作用不断提升;人口城镇化子系统的影响程度渐趋微弱,2017年后其影响能力低于空间城镇化子系统。

如图2所示:2004—2020年,生态环境综合指数呈现出先下降后波动上升的趋势,说明厦门市生态环境出现紧张状态但总体上趋于优质。2004—2006年生态环境综合指数出现下滑,随着海湾型城市建设战略的实施,大量耕地、林地转为城市建设用地,无序的经济发展引起的资源能源消耗导致该时段内资源状况曲线与生态环境压力曲线均呈现下降趋势,进而引致该时段生态环境指数较大幅度地减少。2007年后,厦门市推行生态城市建设,在经济发展的过程中注重生态环境保护,生态环境综合指数波动上升,生态环境水平进一步提升。资源状况曲线呈现出波动演进趋势,在2004—2020年实现由人均耕地、人均水资源等自然本底要素影响为主向公园绿地、建成区绿化面积等人为建设要素影响为主的转变。生态环境压力曲线在2004—2006年急速下降,快速发展所带来的资源损耗日益严重,污染物排放量逐渐上升,给区域生态环境造成一定压力;2006年后,厦门市政府注重提高清洁能源的比重,积极调整自身工业经济结构,生态环境压力指数呈现出波动上升趋势,环境压力得以减缓。环境治理曲线在2004—2008年、2016—2017年呈现上升趋势,表明这些年厦门市注重环境与生态保护,环境治理能力得以提升;2009—2010年、2019—2020年环境治理曲线略微回落,但都高于研究期初的环境治理能力值;2011—2016年环境治理曲线保持平稳。

2.2 耦合协调类型

如表4所示:2004—2020年厦门市耦合度与耦合协调度均不断提高,厦门市城镇化与生态环境耦合系统从磨合阶段进入高水平耦合阶段;耦合协调度由基本不协调历经基本协调向高级协调发展转变;结合相对发展指数,子系统协调特征从城镇化滞后型演变为二者同步发展型,最后向生态环境滞后型转变。

表4 厦门市城镇化与生态环境耦合类型

第一阶段为不协调发展阶段(2004—2007年),耦合协调类型为基本不协调-城镇化滞后型,该阶段耦合协调度不断提高,由2004年0.393 1提升到2007年0.496 3。在该阶段,城镇化指数不断提升,生态环境指数下降趋势明显,但生态环境系统综合水平仍高于城镇化系统综合水平,表明在21世纪初期厦门市经济与城市建设的发展并未对生态环境系统构成严重的威胁,但要警惕经济发展对生态环境带来的负面影响。

第二阶段为转型阶段(2008—2017年),该阶段耦合协调类型由基本协调-城镇化滞后型(2008—2009年)进入到基本协调型(2010—2013年),而后转为基本协调-生态环境滞后型(2014—2017年)。在该阶段,耦合协调度由2008年0.542 8提升至2017年0.774 4;城镇化系统发展水平迅速提高,逐渐追平生态环境系统发展水平并在2012年后超过生态环境系统发展水平;生态环境水平逐渐提升。表明厦门市在城镇化发展过程中注意生态环境的保护与治理,例如参与创建国家生态市、制定美丽厦门战略规划等,厦门市生态环境有所改善。

第三阶段为协调发展(2018—2020年),该阶段耦合协调类型为高级协调-生态环境滞后型,耦合协调度曲线渐趋放缓,稳定在0.8以上。城镇化建设水平继续提高,在2020年时出现回落;生态环境综合指数曲线呈现出波动趋势,二者协调程度持续优化。

3 厦门市城镇化与生态环境交互耦合解耦路径

厦门市城镇化与生态环境的脱钩状态如表5所示:综合来看,厦门市城镇化与生态环境的脱钩与连接出现反复。厦门市2004—2020年城镇化与生态环境的脱钩状态存在较大差异,脱钩主要表现为强脱钩、弱脱钩、扩张负脱钩、扩张连接以及强负脱钩5种。其中,2005、2006、2009、2014、2016及2019年城镇化与生态环境呈强脱钩状态,城镇化发展的同时生态环境下降,表明该些年份厦门市城镇化的发展致使生态环境遭受破坏;2007、2010、2012及2013年呈现弱脱钩状态,城镇化速度高于生态环境指数上升速度,表明该些时段厦门市在推进城镇化的同时注重生态环境保护工作的开展;2008、2015及2017年表现为扩张负脱钩,生态环境指数增长率明显高于城镇化指数增长率,生态环境水平呈扩张趋势;2011与2018年呈现出扩张连接,城镇化发展发展的同时生态环境水平上升,二者上升的速率基本持平,说明厦门市城镇化子系统与生态环境子系统相关性较强,二者相互作用、相互影响;2020年城镇化与生态环境呈现强负脱钩状态,该年生态环境水平上升,城镇化则出现研究期内唯一一次负增长。

表5 厦门市城镇化与生态环境脱钩状态

4 讨论与建议

4.1 讨 论

厦门市城镇化与生态环境水平总体呈现增长的趋势,城市生态保护与城镇化发展总体向好。随着海湾型城市建设战略的实施,厦门市城镇化发展进入高速发展阶段[27],城镇化综合指数逐年上升,这与刘春雨等[38]的研究相符。城镇化综合指数在2019—2020年出现回落,可能因为社会城镇化子系统与空间城镇化子系统发展倒退。研究期内,厦门市生态环境出现紧张状态但总体上趋于优质。2004—2006年生态环境综合指数呈现下滑趋势,原因在于该时期厦门市处于城镇化发展早期,以牺牲生态环境为代价推进城镇化建设[39]。2007年后,厦门市大力推行生态环境保护政策的实施,厦门市生态环境水平得以提升。

厦门市城镇化与生态环境的耦合协调度呈现增长的态势,厦门市生态环境系统与城镇化系统契合发展,研究结果与刘春雨等[38]、张明发等[28]的研究结果相似,具有一定的合理性。研究期内厦门市经历了不协调阶段、转型阶段与协调发展阶段,其中,第二阶段耦合协调类型与史戈[39]的研究一致,同为基本协调型。2018年开始,厦门市城镇化与生态环境耦合协调进入较为优质的发展阶段,二者耦合协调渐趋和谐。

从城镇化与生态环境的脱钩状态来看,厦门市城镇化指数与生态环境指数的演变轨迹存在着较大的波动变化。结合郭莎莎等[36]对北京市城镇化与资源环境的解耦分析可以发现,在城镇化快速发展地区,城镇化发展对生态环境影响存在动态性。城镇化子系统与生态环境子系统二者之间脱钩、连接与负脱钩关系反复出现,表明要更加关注城镇化的可持续发展,在推进城镇化发展的同时提升其质量。

4.2 建 议

1)研究期末,厦门市社会城镇化水平与空间城镇化水平呈现下降态势,进而制约厦门市综合城镇化的发展。厦门市应实施就业优先政策和完善社会保险制度,以提高社会城镇化水平;持续加大公共服务与城市基础设施等方面的投入,提升公共服务水平并完善城市基础设施建设以提升空间城镇化水平; 稳步推进经济发展,从而推动厦门市综合城镇化的稳定发展。

2)厦门市城镇化与生态环境相对发展关系由城镇化滞后转型为生态环境滞后,生态环境呈紧张态势而后趋于优化。厦门市要进一步协调城市发展与生态保护,提升综合城镇化水平与生态环境质量。通过落实能源消耗总量和强度双控行动、推进重点领域节能生产,来全面提高能源资源利用效率;加快构建绿色技术创新体系,不断优化产业结构,淘汰落后产能;深入打好污染防治攻坚战,持续开展大气、水、土壤等污染防治,进一步改善生态环境质量。

3)厦门市城镇化与生态环境进一步协调发展,耦合协调发展类型由基本不协调提升至高级协调。同时,要注意到城镇化与生态环境连接与脱钩情况的反复。要规范“多规合一”,创新厦门模式。厦门市作为最早实施生态城市建设战略的城市之一,积极推行“美丽厦门”规划及相关政策法规,通过“多规合一”机制,统筹城市发展与生态环境建设。落实国土空间开发保护和用途管制制度,完善自然资源管理和开发利用制度;加强不同部门之间的协作能力,以促进厦门市城镇化与生态环境耦合更进一步的协调发展。

本文通过构建新型城镇化与生态环境综合评价指标体系,较为深入地分析厦门市城镇化与生态环境耦合协调关系及解耦路径。由于数据可获得性的限制,本研究仅对厦门市整体生态环境与城镇化交互耦合关系作出分析评价,未能在更小尺度上(县区级等)进一步探讨其内部差异性规律。因此,基于更小空间尺度上开展城镇化与生态环境耦合协调研究并剖析其区域内部差异性规律,以丰富城镇化与生态环境研究内容,是今后研究的重点方向。