洞庭湖区新型城镇化与生态环境耦合协调度时空分异及其影响因素

王鑫滨,赵雅媛,熊建新

(湖南理工学院 经济与管理学院,湖南 岳阳,414000)

新型城镇化与生态环境是相互联系的两个系统,两者的耦合协调发展对实现高质量可持续发展具有重要意义[1]。目前,我国城镇化正处于加速增长期,快速城镇化给局部地区带来了生态环境污染、能源枯竭等问题,并且随着城镇化的推进,投入大量生产要素带来的边际效用递减,城镇化与生态环境矛盾凸显[2]。为此,学者们围绕两者耦合协调发展开展了系列研究。从研究方法来看,主要采用两种方法:一是耦合动态模拟模型,如崔学刚[3]通过城镇化和生态环境耦合动态模拟的理论、方法与应用的研究,认为动态模拟将是两者未来研究的重要方向。但是,目前使用该方法开展新型城镇化和生态环境研究的较少。二是耦合协调度模型,如毕国华[4]使用该模型对中国生态文明建设与城市化进行了研究,认为两者的耦合协调发展总体上处于磨合阶段,且发展阶段呈现出“两头窄、中间宽”的梭型态势。从研究尺度来看,主要集中在省域层面和城市群,如熊曦[5]通过省域生态文明与新型城镇化研究,发现中部地区的福建、浙江、广东、湖南等省份处于优质协调发展阶段,西部地区的青海、西藏、新疆等省份协调度较低。崔木花[6]发现中原城市群9市城镇化与生态环境耦合协调水平总体偏低,除郑州外,其余8市城镇化水平均滞后于生态环境水平。就洞庭湖区而言,它是国家层面的生态经济区,城镇化与生态环境的协调发展对促进洞庭湖生态经济区高质量发展具有重要现实意义。但是,快速城镇化造成了土地退化、水体富营养化等一系列生态环境问题,引起了学术界和各级政府的共同关注[7]。总体来看,现有研究成果多集中于经济较为发达的省级[8]或市级区域[9-10],对城市内部和县域层面的研究较少;分析两者耦合协调度的较多,而揭示其影响因素的较少,围绕洞庭湖区新型城镇化与生态环境耦合关系的研究则更少[7]。因此,本文利用耦合协调度模型和固定效应模型,分析洞庭湖区新型城镇化和生态环境耦合协调度时空格局,揭示其影响因素,为洞庭湖生态经济区高质量发展提供决策依据。

1 研究区域概况、数据来源和研究方法

1.1 研究区域概况

洞庭湖区地处长江中游荆江段以南,其85%以上的国土位于湖南省境内,是我国重要的湿地生态屏障。近年来,区内城镇化进程明显加快,城镇化率由2001年的29.8%上升到2019年54.8%[11],生态环境问题也日益受到党和政府的高度重视。行政区划上,本文以洞庭湖区岳阳市、常德市和益阳市3个地级市的17个县域为研究区域,参考《洞庭湖生态经济区规划》,将常德市区、岳阳市区和益阳市区界定为洞庭湖边缘地区,将南县、沅江市和湘阴县等县域为洞庭湖核心地区,其它县域为外围地区。

1.2 数据来源及指标选取

1.2.1 数据来源

自2014年起,国家开始推行新型城镇化建设。因此,本文选取2014—2019年17个行政单元的县域数据。数据来源于2015—2020年《湖南省统计年鉴》、《岳阳市统计年鉴》、《常德市统计年鉴》、《益阳市统计年鉴》和wind数据库等相关部门网站。部分缺失数据通过相邻年份指标值加权平均、线性模拟处理进行插值补充。

1.2.2 指标选取

生态环境建设与新型城镇化是建设美丽中国的重要战略[9]。目前,用于评价生态环境和新型城镇化的指标体系还不够统一。因此,本文结合前人研究成果[12-16],从人口、经济、社会和空间城镇化4个维度选取指标,反映新型城镇化水平;从状态、压力和响应3个维度选取指标,反映生态环境水平,构建两者的评价指标体系(表1)。

表1 新型城镇化和生态环境的评价指标体系

续表1

1.3 研究方法

1.3.1 综合评价模型

采用综合评价模型分别测定洞庭湖区新型城镇化水平和生态环境水平,计算公式为:

式中:Rj表示新型城镇化或生态环境的综合指数,其中R1表示新型城镇化综合指数,R2表示生态环境综合指数;Wi表示两个系统内各指标的权重;Yi表示对每个指标进行极差标准化后的值。其中权重Wi用面板数据的熵值法求得,计算步骤如下:

步骤1:指标选取。设有r个年份,n个城市,m个指标,则Xθij表示第θ年,第i个城市,第j个指标的值。

步骤2:标准化处理。由于不同的指标具有不同的量纲和单位,因此需要进行标准化处理,这里选择极差标准化处理,计算公式为:

式中:Xmax和Xmin表示第j个指标在第i个城镇中所有年份的最大和最小值;表示极差标准化后的值,取值范围为[0,1],表示在n个城市所有年份中的相对大小。

步骤3:非负平移。极差标准化后,可能会产生等于0的数,而后续步骤5中要取对数,值不能为0,所以每个数加上0.001。即

步骤4:计算第j个指标的贡献度。公式如式(3):

步骤5:计算熵值。计算公式如式(4):

步骤6:计算差异系数。第j项指标的差异系数如式(5):

步骤7:计算第j项指标的权重,计算公式如式(6):

式中:Wj表示第j个指标的权重。

1.3.2 耦合度模型

耦合最早用于物理学中,反应两个或两个以上的系统或运动形式通过相互作用而彼此之间影响的现象[17]。本文只涉及到新型城镇化和生态环境两个系统,参考暴向平[18]的计算公式:

式中:C表示生态环境与新型城镇化的耦合度,取值范围为[0,1],C越大,说明这两个系统间的相互作用越强;R1和R2分别为新型城镇化和生态环境的综合指数。

1.3.3 耦合协调度模型

耦合度只能说明新型城镇化和生态环境之间相互作用的程度,并不能揭示两者之间的耦合协调水平。因此,本文引入了耦合协调度模型,计算公式为:

式中:D代表耦合协调度;C代表耦合度;T代表系统间综合协调指数,α和β为待定系数,并且α＋β＝1,本文认为这两个系统之间相互作用、地位同等,故取值均为0.5。借鉴耦合协调度的相关研究[14-15]和本文的最终数据结果,本文将新型城镇化和生态环境的耦合协调度划分为7个类型(表2)。

表2 耦合协调度类型划分

2 结果与分析

2.1 新型城镇化与生态环境水平综合评价

2.1.1 新型城镇化与生态环境水平时序变化特征

根据公式(1)分别测算出洞庭湖区2014—2019年17个县域新型城镇化与生态环境的综合指数,并将17个县域的综合指数按年份求平均值,作为整个区域的综合指数(表3)。可以看出:① 新型城镇化综合指数由2014年的0.244上升到2019年的0.462,增加了0.218,呈现出上升态势,年增长率分别为18.44%、14.84%、14.28%、11.17%和10.53%,增长速度均在10%以上,说明在国家实施新型城镇化战略背景下,洞庭湖区新型城镇化增长速度处于较快水平。② 生态环境综合指数由2014年的0.239上升到2019年的0.451,增幅为0.212,也呈现逐步上升的趋势,年增长率分别为15.06%、12%、18.50%、12.33%和10%,增长速度也均在10%以上,处于较快增长水平。值得注意的是,2014—2019年洞庭湖区生态环境水平低于新型城镇化水平,说明洞庭湖区新型城镇化对生态环境胁迫性依然较为明显。

表3 洞庭湖区新型城镇化和生态环境综合指数时序变化

2.1.2 新型城镇化与生态环境水平空间差异特征

为了比较两者的空间差异特征,利用ArcGIS软件绘出洞庭湖区2014—2019年17个县域新型城镇化和生态环境指数的空间分布图(图1)。可以看出:① 近6年来17个县域的新型城镇化指数空间分布呈现不均衡特征。其中,常德市区、岳阳市区、益阳市区和津市4个县域新型城镇化指数明显较高,桃源县、桃江县、南县、华容县、汉寿县和岳阳县6个县域明显较低,其余7个县域处于中等水平。② 生态环境指数的空间分布表现为洞庭湖边缘地区＞核心地区＞外围地区,西南地区和核心地区的生态环境指数较低,边缘地区的常德市区、津市、汨罗市、岳阳市区和益阳市区处于较高水平,其余县域处于中等水平。整体来看,新型城镇化水平较高的县域,其生态环境水平也较高。

图1 新型城镇化和生态环境综合指数空间差异

2.2 新型城镇化与生态环境耦合协调度时空特征

2.2.1 耦合协调度时序变化特征

根据公式(7)和(8)分别计算出2014—2019年洞庭湖区17个县域的耦合度和耦合协调度,将其按年份求平均值(表4)。可以看出:①2014—2019年洞庭湖区新型城镇化与生态环境耦合度都保持在0.920之上,处于较高水平,并且表现为稳步上升趋势,由2014年的0.921上升到2019年的0.967,说明两者的相互作用较强,耦合程度较高。② 从耦合协调度来看,2014—2019年两者耦合协调度一直保持上升趋势,由2014年的濒临失调(0.484)上升为2019年的初级协调(0.691),说明两者耦合作用较强的同时,其协调性不容乐观。总体来看,两者耦合度和耦合协调度均呈上升趋势,但耦合协调度滞后耦合度,且处于较低水平。因此,推进新型城镇化过程中,必须加强对生态环境的治理、保护和监控。

表4 洞庭湖区新型城镇化和生态环境耦合度及耦合协调度时序变化

2.2.2 耦合协调度空间差异特征

为了揭示耦合协调度的空间差异,借助ArcGIS软件绘出2014和2019年17个县域耦合协调度的空间分布图(图2)。可以看出:①2014年常德市区和岳阳市区处于初级协调水平,益阳市区、沅江市和津市处于勉强协调水平,桃源县、汉寿县和华容县处于中度失调水平,其余9个县域均处于濒临失调水平,无县域处于中级协调和高级协调水平,整体表现为耦合协调水平较低。② 相对2014年,2019年县域耦合协调水平呈现出较为明显的变化,常德市区和岳阳市区由初级协调上升为高级协调,益阳市区和津市由勉强协调上升为中级协调,汉寿县和南县上升为勉强协调上升,其余11个县域处于初级协调水平,尚无县域处于中度失调和濒临失调阶段,反映出洞庭湖区新型城镇化和生态环境耦合协调水平有了明显的提高,空间差异在逐渐缩小。同时可以看出,岳阳市区、常德市区和益阳市区的耦合协调水平明显高于其它县域。因此,如何发挥这3个中心城市对临近县域的辐射作用,是值得关注的重点议题。

图2 洞庭湖区新型城镇化与生态环境耦合协调度时空演变格局

2.3 耦合协调度时空格局的影响因素

2.3.1 变量选择和模型建立

不同时空尺度下,影响新型城镇化和生态环境耦合协调发展的因素复杂多样[13]。通常,一个地区的经济、人口、产业、科技和政策等因素是影响两者耦合协调发展的重要因素。因此,借鉴相关研究成果[10,14],本文以耦合协调度为被解释变量,以人均GDP(千元/人)、城镇化率(%)、第三产业占GDP之比(%)、污染治理投资率(%)和废水达标排放率(%)5个指标作为解释变量,分别表征经济推动力、人口集聚力、产业驱动力、政策调控力和科技支撑力。利用2014—2019年洞庭湖区17个县域的面板数据,建立耦合协调度及影响因素的计量模型,如下(9):

式中:i表示县域;t表示年份;iβ表示每个县域的个体效应;tβ表示时间效应;Y表示耦合协调度;Eco表示经济推动力;Pop表示人口集聚力;Ind表示产业驱动力;Pol表示政策调控力;Tec表示科技支撑力;itε表示随机扰动项。

2.3.2 模型求解及分析

为了检验此面板数据是选用固定效应模型还是随机效应模型,对其进行辅助回归Wooldridge检验,检验结果显示P值为0.004 7,故强烈拒绝原假设,即可以选择使用固定效应模型。为了解决误差项的异方差和自相关问题,用Stata计算时对其使用聚类稳健标准误,计算结果如表5。可以看出:这5个解释变量对洞庭湖区新型城镇化和生态环境耦合协调度都具有显著(5%的水平上显著)的正向影响,且组内R2=0.9357,说明模型拟合效果较好。

(1)经济推动力。从表5中可以看出,人均GDP每增加1个单位,耦合协调度就会增加0.001 677 9个单位,两者之间具有显著的正相关。2014—2019年洞庭湖区人均GDP分别为4.056 4×104、4.334 8×104、4.701 1×104、4.909 6×104、5.363 1×104和5.584 7×104,人均GDP增长率分别为7.2%、6.7%、8.4%、4.5%、9.2%和4.1%,处于正增长速度。但经济增长的同时也会对环境造成一定程度破坏,例如“三废”排放量增多和湖泊湿地面积减少。因此,在保持经济高速增长的同时也应注意对生态环境的保护。从洞庭湖区的17个县域来看,常德市区、益阳市区和岳阳市区的人均年GDP处于较高水平,其他区域处于较低水平,因此,耦合协调度的分异格局基本形成了以这3个市区为核心的三角形空间结构。

(2)人口集聚力。从表5中可以看出,城镇化率每增加1个百分点,耦合协调度就会增加0.001 160 8个单位,两者之间具有显著的正相关关系。2014—2019年洞庭湖区城镇化率分别为47.38%、49.02%、50.72%、52.44%、53.36%和55.15%,呈现出上升趋势,岳阳市区、益阳市区、津市和常德市区更是在2019年达到了62%以上,使得这4个县域的新型城镇化综合指数处于较高水平;南县、汉寿县和桃江县城镇化率处于较低水平,导致这3个县域的新型城镇水平处于较低水平,进而导致耦合协调度也处于较低水平。城市人口高度集聚加剧对资源剥夺和环境污染,势必会给生态环境形成一定压力,进而影响到耦合协调水平的整体提升。

(3)产业驱动力。从表5中可以看出,第三产业占GDP之比每增加1个百分点,耦合协调度就会增加0.001 134 7个单位,两者之间具有显著的正相关关系。2014—2019年洞庭湖区第三产业占GDP之比分别为36.89%、38.65%、39.97%、45.41%、47.02%和46.17%,从2014年到2018年逐年上升,而2018年到2019年有所下降。截止到2019年,岳阳市区,安乡县和澧县第三产业占GDP之比较高,其余14个县域占比较低。目前,洞庭湖区的产业结构处于较低水平,影响到耦合协调水平的提高。因此,以产业融合为出发点、科技创新为发力点,不断调整和优化产业结构的措施任重道远。

(4)政策调控力。从表5中可以看出,污染治理投资率每增加1个单位,耦合协调度就会增加0.008 192 3个单位,两者之间具有显著的正相关关系。2018年国家主席习近平考察洞庭湖时明确指出“生态环境状况依然严峻”,提出“守护好一江碧水”、“共抓大保护,不搞大开发”的生态治理目标和绿色发展理念[19],成为新型城镇化发展和生态环境治理的发展方向。近几年来,洞庭湖区污染治理投资率越来越高,使其生态环境变得越来越好,特别是3个市区,其生态环境有了明显的提高。今后,政府一方面可以通过宏观调控对城镇化进行干预和控制,另一方面可以通过资金投入、监督协调等手段对生态环境进行治理、修复与优化,促使新型城镇化水平和生态环境水平的同步增长,协调性不断增强。

表5 耦合协调度影响因素的回归结果

(5)科技支撑力。从表5可以看出,废水达标排放率每增加1个百分点,耦合协调度就会增加0.007 945 3个单位,两者具有显著的正相关关系。2014—2019年洞庭湖区废水达标排量率提高了2.67%,达到了96.89%,总体处于较高水平。由此看出,科技水平是影响新型城镇化和生态环境耦合协调水平的重要因素。科技是第一生产力,科技水平的提高,不仅可以提高劳动生产率,而且可以提高“三废”达标排放率,直接影响到新型城镇化的建设质量和生态环境的建设水平,对两者的耦合协调发展具有较强作用力。

2.4 新型城镇化与生态环境耦合作用机理

新型城镇化与生态环境相互影响、相互制约,形成复杂的耦合机理(图3)。首先,两个系统间存在良性循环,表现为:(1)新型城镇化带来的政策红利增强了人才集聚效应,提高了科技创新水平,加快了产业转型升级,从而改善了生态环境质量。(2)新型城镇化带来的资本集聚有利于调整产业结构,使各要素资源得到高效配置,同时能够集中处理环境污染。(3)新型城镇化的发展极大满足了人们对物质与精神层面的需求,促使社会整体素质不断提高,进而增强了环境保护的理念。受此影响,生态环境对新型城镇化产生正向作用,为其提供良性发展的物质资源和内在动力。其次,两个系统之间存在恶性循环,表现为:(1)新型城镇化在提高人们生活水平的同时,会引起人们过度消耗水源和电能,排放大量“三废”,对生态环境造成了污染和破坏。(2)新型城镇化会促使人口高度集聚,过度消耗自然资源,导致资源枯竭及土地过度开发利用等问题。(3)产业集聚是新型城镇化的向心力,但是现有粗放式产业发展模式打破了生态环境的平衡,特别是高污染行业带来的环境污染,是目前我国生态环境恶化的主要来源。受此影响,生态环境也会对新型城镇化的发展产生负向影响,成为制约新型城镇化高质量发展的关键影响因素。

图3 新型城镇化与生态环境耦合作用机理

3 结论与讨论

(1)从综合水平来看,洞庭湖区新型城镇发展和生态环境建设不充分、不平衡问题突出。新型城镇化水平由2014年的0.244上升到2019年的0.462,生态环境水平由2014年的0.239上升到2019年的0.451,二者整体都处于上升趋势,但仍处于较低水平。此外,洞庭湖区新型城镇化水平要略高于生态环境水平。

(2)从耦合协调发展水平来看,洞庭湖区由2014年的濒临失调(0.484)上升为2019年的初级协调(0.691),整体呈上升态势,但县域耦合协调发展水平差异较大。2014—2019年岳阳市区、益阳市区和常德市区的耦合协调水平明显高于其周边县域。因此,如何发挥这3个中心城市对临近县域的辐射作用,是值得关注的重点问题。

(3)从影响因素来看,影响洞庭湖区新型城镇化和生态环境耦合协调发展的因素是多方面的。其中,经济推动力、人口集聚力、产业驱动力、政策调控力和科技支撑力对耦合协调度具有显著的正向影响。因此,可以从这5个方面来提高洞庭湖区两者的耦合协调水平。

研究结论表明,洞庭湖区新型城镇化与生态环境已进入初级协调阶段,国家实施的洞庭湖生态经济区发展规划、新型城镇化建设、生态环境保护以及创新驱动协调发展已初见成效,但距离高级协调阶段还有一定差距,表明洞庭湖区新型城镇化与生态环境协调发展水平还具有较大提升空间。因此,不仅要从宏观层面对洞庭湖区新型城镇化与生态环境的协调发展做出政策调控,也要因地制宜,扬长避短,根据洞庭湖区的实际发展情况,提供相应的制度保障。由于本文所用的研究方法较为传统,研究时间较短,指标数据存在标准化处理。因此,研究结果的客观性可能受到影响。