陳奇霞,安瓦爾·買買提明,2*

(1.新疆師范大學(xué) 地理科學(xué)與旅游學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830054；2.新疆師范大學(xué) 絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶城市發(fā)展研究中心，新疆 烏魯木齊 830054)

近年來國內(nèi)外學(xué)者對(duì)城市化與生態(tài)環(huán)境兩者之間關(guān)系的研究較多，且取得了一些成果。19世紀(jì)，Grossman等[1]采用計(jì)量地理學(xué)方法，得出城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的好壞與經(jīng)濟(jì)水平有一定關(guān)系，城市生態(tài)環(huán)境隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高呈倒“U”型演變。2000年，Odum等[2]運(yùn)用2個(gè)模型，分析了城市化與生態(tài)環(huán)境交互作用的機(jī)理。Burak等[3]對(duì)地中海地區(qū)城市化加快進(jìn)行了分析，得出城市化加快對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成負(fù)面影響。Cristina等[4]運(yùn)用遙感技術(shù)，研究了美國東南城市用地?cái)U(kuò)展對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。Portnov等[5]對(duì)巴勒斯坦南部內(nèi)蓋夫地區(qū)城市化進(jìn)程進(jìn)行了研究，得出城市化對(duì)生態(tài)環(huán)境承受的壓力有緩解作用。

國內(nèi)城市化和生態(tài)環(huán)境關(guān)系研究較晚，但也取得了一定成果。劉耀彬等[6-12]認(rèn)為一個(gè)國家和地區(qū)的城市化水平與生態(tài)環(huán)境密不可分，既彼此促進(jìn)又彼此制約。喬標(biāo)和方創(chuàng)琳等[13-18]分析了干旱地區(qū)城市化與生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間存在的問題，得出城鎮(zhèn)在發(fā)展過程中受到生態(tài)環(huán)境脅迫并破壞了生態(tài)環(huán)境。王長建等[19]采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與沙漠化和水資源等要素進(jìn)行了耦合動(dòng)力學(xué)研究。喬標(biāo)等[16]認(rèn)為城市化與生態(tài)環(huán)境有交互脅迫關(guān)系，用數(shù)學(xué)關(guān)系表示呈“雙指數(shù)曲線”。大多數(shù)國內(nèi)學(xué)者分析了城市化與生態(tài)環(huán)境存在交互脅迫,用模型定量分析了兩者之間的關(guān)系，為城市良好發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

本文在查閱烏魯木齊市城市化與生態(tài)環(huán)境方面數(shù)據(jù)資料與研究方法的前提下，選取了烏魯木齊市城市化與生態(tài)環(huán)境的多項(xiàng)指標(biāo)，運(yùn)用熵值法確定指標(biāo)權(quán)重，借助物理學(xué)耦合模型，定量分析了2003～2014年烏魯木齊市城市化與生態(tài)環(huán)境的耦合過程與演進(jìn)趨勢(shì)。

1 研究區(qū)概括與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概括

烏魯木齊市簡稱為“烏市”，是全疆首府，地處亞歐大陸中心，天山山脈中段北麓，準(zhǔn)噶爾盆地南緣，三面環(huán)山，地勢(shì)東南高，西北低，氣候?qū)僦袦貛О敫珊禋夂?。烏魯木齊土地面積為12000 km2。截至2010年，全市常住人口為3112559人。烏魯木齊是第二座亞歐大陸橋經(jīng)濟(jì)帶，是中國西部地區(qū)重要的經(jīng)濟(jì)中心。2014年實(shí)現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值(GDP)2510億元，人均國內(nèi)生產(chǎn)總值70428元，是全疆人均國內(nèi)生產(chǎn)總值的1.7倍。

烏魯木齊屬干旱區(qū)的綠洲城市，水資源稀少，風(fēng)沙較大，城市生態(tài)系統(tǒng)比較薄弱。烏魯木齊與全疆相比經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，各類產(chǎn)業(yè)部門齊全，但同時(shí)該市又是一個(gè)環(huán)境污染較為嚴(yán)重的城市。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文選取的所有指標(biāo)均來源于《烏魯木齊統(tǒng)計(jì)年鑒》(2004～2015)、《新疆統(tǒng)計(jì)年鑒》(2004～2015)、《中國城市統(tǒng)計(jì)年鑒》(2004～2015)、《烏魯木齊國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》(2004～2014)。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

因?yàn)樽畛踔笜?biāo)量綱、數(shù)量級(jí)都不一樣，影響了最后的計(jì)算結(jié)果，所以必須對(duì)最初數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。本文使用極差變換法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，指標(biāo)值越大對(duì)系統(tǒng)越有利，采用正向指標(biāo)計(jì)算公式(1)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，指標(biāo)值越小對(duì)系統(tǒng)越好，采用負(fù)向指標(biāo)計(jì)算公式(2)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。正負(fù)向指標(biāo)公式分別為：

(1)

(2)

式中，Kij代表第i年第j項(xiàng)指標(biāo)的最初值，F(xiàn)ij代表第i年第j項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值；maxKij、minKij分別為第j指標(biāo)的最大值和最小值。

經(jīng)過計(jì)算，所有指標(biāo)值都在0～1之間，正、負(fù)向指標(biāo)都轉(zhuǎn)化為正向指標(biāo)，最好值為1，最差值為0。

2.2 指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算

要想?yún)^(qū)分指標(biāo)的重要性，有必要對(duì)所有指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重計(jì)算。權(quán)重與指標(biāo)呈正向關(guān)系，指標(biāo)在文章中越重要，權(quán)重越大。目前確定權(quán)重的方法有很多，本文采用客觀賦權(quán)法的一種，熵值法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重(表1)。熵值法是客觀的，不受主觀因素的影響，原始信息大都來源于外部環(huán)境，通過分析各指標(biāo)之間存在的關(guān)系和信息量，最終確定每個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。

熵值法得出指標(biāo)權(quán)重的步驟：

(3)計(jì)算信息熵冗余度：dj=1-ej

(3)

表1 烏魯木齊城市化與生態(tài)環(huán)境指標(biāo)體系

2.3 綜合指數(shù)的計(jì)算

根據(jù)上文得出的城市化和生態(tài)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值和權(quán)重?cái)?shù)值，把每個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值和權(quán)重?cái)?shù)值相乘并加權(quán)求和得出城市化綜合指數(shù)f(x)和生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)g(y)，公式如下[20]：

(4)

(5)

2.4 耦合度模型與協(xié)調(diào)度計(jì)算

耦合一詞顧名思義就是指系統(tǒng)之間互相影響。耦合度指系統(tǒng)之間影響的程度[21]。城市化與生態(tài)環(huán)境之間一直都存在著一種聯(lián)系。城市化發(fā)展對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生重要影響，反之生態(tài)環(huán)境對(duì)城市化也產(chǎn)生了很大的影響[22]。通過查閱前人研究，得出計(jì)算生態(tài)環(huán)境和城市化耦合度及協(xié)調(diào)度的公式。廖重斌[23]提出環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)模型，可以很好地表達(dá)2個(gè)系統(tǒng)相互耦合的協(xié)調(diào)程度，因此，本文引用該模型，對(duì)烏魯木齊市生態(tài)環(huán)境和城市化之間的關(guān)系進(jìn)行了分析。模型如下：

(6)

T=αf(x)+βf(y)

(7)

D=CT1/2

(8)

式中，C為耦合度，k為調(diào)節(jié)系數(shù)，k一般情況下大于2，本文k僅取2；T為城市化和生態(tài)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，f(x)為城市化綜合指數(shù)，f(y)為生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)，在本文中由于城市化發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)兩者同等重要，所以本文α、β取0.5；D為耦合發(fā)展度。通過計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，f(x)、g(y)、C、T、D都在0～1之間范圍內(nèi)。衡量城市化和生態(tài)環(huán)境水平一般用耦合發(fā)展度(D)，D值與烏魯木齊市城市化和生態(tài)環(huán)境綜合水平呈正向關(guān)系，D值越大說明兩者的綜合水平越好，同時(shí)它們之間的關(guān)系越和諧。表2是f(x)、g(y)、C、T、D的計(jì)算結(jié)果。

2.5 耦合發(fā)展度類型的判別

為了更好、更有效地說明烏魯木齊城市化和生態(tài)環(huán)境耦合達(dá)到的程度，需要?jiǎng)澐竹詈习l(fā)展度。由于D的最小值為0，最大值為1，在0～1之間范圍內(nèi)，所以耦合發(fā)展度(D)值越大越協(xié)和，D值越小越不協(xié)和。本文在參考前人研究成果的基礎(chǔ)上，把耦合發(fā)展度按表3進(jìn)行劃分。

3 結(jié)果與分析

根據(jù)上述公式和耦合模型，分別計(jì)算出城市化綜合指數(shù)、生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)、耦合度指數(shù)、綜合評(píng)價(jià)指數(shù)、耦合發(fā)展度指數(shù)(表2)，2003～2014年烏魯木齊市經(jīng)濟(jì)總量快速增長，居民生活程度顯著提高，城市化進(jìn)程顯著加快，同時(shí)生態(tài)環(huán)境也發(fā)生了巨大變化。在這一時(shí)期城市化對(duì)生態(tài)環(huán)境影響也最顯著。

表2 烏魯木齊城市化與生態(tài)環(huán)境耦合發(fā)展度(2003～2014)

表3 耦合發(fā)展度等級(jí)類型

3.1 城市化與生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)變化特征

為了能更好地說明烏魯木齊市城市化和生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)變化特征，把表2城市化綜合指數(shù)f(x)和生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)g(y)做成圖1。

圖1 烏魯木齊市城市化和生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)變化趨勢(shì)

從圖1可以看出：烏魯木齊的城市化綜合指數(shù)在0.09～0.90之間變動(dòng)，說明城市化綜合指數(shù)一年比一年大，說明城市化綜合水平顯著提高，呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。從表2可以看出，2011年之后，城市化綜合指數(shù)增長不斷加快(2011年為0.5612,2012年為0.6926,2013年為0.7614，2014年達(dá)到0.8656)，表明烏魯木齊已經(jīng)進(jìn)入城市化的快速發(fā)展時(shí)期。隨著城市的不斷發(fā)展，城鎮(zhèn)人口在逐年遞增，在總?cè)丝谥兴嫉谋戎匾苍谠黾樱?014年城鎮(zhèn)居民人均可支配收入31604元，比2011年增長了14.7%；社會(huì)銷售品零售總額增長較快，相比2003年增加了6.03倍；同時(shí)烏魯木齊市的教育、科技水平發(fā)展較快，2003年的普通高等學(xué)校學(xué)生人數(shù)為86107人，2014年達(dá)到172388人，比2003年增加了2倍多；城市社會(huì)保障體系也在不斷完善；2003年以來，烏魯木齊市各方面的基礎(chǔ)設(shè)施也得到完善。通過上述分析，說明烏魯木齊市城市化綜合指數(shù)呈線性增長。

從圖1可以看出，烏魯木齊的生態(tài)環(huán)境指數(shù)在0.29～0.67范圍內(nèi)變化。整體來看，烏魯木齊生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)呈現(xiàn)不穩(wěn)定的趨勢(shì)，上下浮動(dòng)變化。如2003～2005有下降趨勢(shì)，由0.3932下降到0.2598，平均下降速率為0.1871%。而2005～2008年又有所上升，由0.2598上升到0.4212，平均增長速率為0.1748%。生態(tài)環(huán)境的這種不穩(wěn)定變化是由于自然和人為原因造成的。

3.2 城市化與生態(tài)環(huán)境耦合關(guān)系以及耦合類型分析

由表2得出：烏魯木齊市2003～2014年的耦合度和耦合發(fā)展度，依據(jù)表3的分類標(biāo)準(zhǔn)，分別對(duì)烏魯木齊市2003～2014年的耦合發(fā)展度進(jìn)行劃分(表4)。由表4可以得出：2003年烏魯木齊市耦合發(fā)展度為低度協(xié)調(diào)，低水平耦合階段，這一年也是烏魯木齊市城市化和生態(tài)環(huán)境耦合發(fā)展度最低的一年。2004～2005年烏魯木齊為中度協(xié)調(diào)，拮抗時(shí)期。在這一時(shí)期內(nèi)烏魯木齊市城市化發(fā)展比較落后，生態(tài)環(huán)境的建設(shè)也比較差。城鎮(zhèn)人口占總?cè)丝诒嚷瘦^低，人少相應(yīng)消耗的能源少，所以城市的發(fā)展并沒有太大的損害生態(tài)環(huán)境。它們之間彼此沒有受對(duì)方太大的影響，屬于拮抗時(shí)期。2006～2011年烏魯木齊為高度協(xié)調(diào)，磨合階段。這一時(shí)期雖然烏魯木齊的城市化水平還不是很高，但在這5年內(nèi)城市化水平一直呈遞增趨勢(shì)，總體來看還是有明顯的提高。由于農(nóng)村人口向城市大量遷移，從事第二產(chǎn)業(yè)的人數(shù)大量增加，工業(yè)化速度迅速加快(2006年人均工業(yè)產(chǎn)值為35799元，到2011年人均工業(yè)產(chǎn)值為83820元)，對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響相應(yīng)地也在加快。隨著城市建設(shè)的不斷擴(kuò)大，生態(tài)環(huán)境對(duì)城市的發(fā)展有了一定的制約。但由于政府對(duì)城市環(huán)境給予了高度重視，實(shí)施了一系列對(duì)環(huán)境有利的措施，生態(tài)環(huán)境的污染處理率明顯提高，工業(yè)三廢的排放和人類排放的各種廢棄物對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的危害也有所降低，城市化和生態(tài)環(huán)境逐步走向高度協(xié)調(diào)。2012～2014年烏魯木齊為極度協(xié)調(diào)，高水平耦合階段。近年來，烏魯木齊經(jīng)濟(jì)保持持續(xù)快速增長，城市化水平快速增加，人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的意識(shí)越來越強(qiáng)，在城市居住的居民不光對(duì)物質(zhì)需求有較高要求，還要對(duì)生態(tài)環(huán)境有較高的要求，在保證城市數(shù)量的同時(shí)，還要保證城市環(huán)境的質(zhì)量。這幾年，政府對(duì)生態(tài)環(huán)境的治理給予了一定重視，運(yùn)用一些技術(shù)手段治理污染，使得城市化發(fā)展對(duì)生態(tài)環(huán)境壓力有降低趨勢(shì)，這3年烏魯木齊城市的生態(tài)環(huán)境總體水平較好，兩者正走向極度協(xié)調(diào)的趨勢(shì)。

表4 烏魯木齊城市化與生態(tài)環(huán)境耦合發(fā)展

由圖2可以得到，烏魯木齊市2003～2014年這12年間耦合度總體呈遞增趨勢(shì)，耦合度的范圍在0.3439～0.9992之間，說明烏魯木齊城市化和生態(tài)環(huán)境的耦合水平較好。但有個(gè)別年份耦合度增加幅度特別大，有的年份也出現(xiàn)微小的降低。例如2003年耦合度為0.3439,2004年增加到0.7709，平均增長率為0.4971%。出現(xiàn)大幅度增長的原因是，2003年是當(dāng)年烏魯木齊政府任職的第一年，這一年又出現(xiàn)“非典”疫情，為了抗擊“非典”，政府投入了所有的精力和時(shí)間，從而忽略了城市的建設(shè)，所以2003年城市化和生態(tài)環(huán)境耦合度極低。到了2004年烏魯木齊政府把工作投入到其他各方面，因此兩者的耦合度增加得也比較快。2008和2013年烏魯木齊耦合度都有略微下降的趨勢(shì)，導(dǎo)致耦合度下降的直接原因是當(dāng)?shù)氐淖匀缓腿藶橐蛩?。由圖2耦合發(fā)展度折線圖可以看出，烏魯木齊2003～2014耦合發(fā)展度基本呈上升趨勢(shì)，把這12年分為2個(gè)階段，2003～2012為第一階段，2013～2014年為第二階段。2個(gè)階段的耦合協(xié)調(diào)度一直呈上升趨勢(shì)，主要因?yàn)槌跗谑軔毫託夂驐l件的影響，從而限制了城市化的發(fā)展，初期城市化非常弱，城市居民生活條件差，這種狀況在當(dāng)時(shí)得到了政府的高度重視，政府立即采取措施對(duì)城市環(huán)境進(jìn)行治理，所以烏魯木齊在后期兩者耦合發(fā)展度一直呈現(xiàn)較好的趨勢(shì)。

圖2 烏魯木齊的耦合度與耦合協(xié)調(diào)度

4 結(jié)論和討論

4.1 結(jié)論

烏魯木齊城市化與生態(tài)環(huán)境之間的耦合關(guān)系是由多個(gè)指標(biāo)共同影響的成果，兩者之間存在極其繁雜的耦合機(jī)制，具體來說，就是城市化在發(fā)展過程中對(duì)生態(tài)環(huán)境有壓制作用，生態(tài)環(huán)境對(duì)城市化發(fā)展又有一定的限制作用。2003～2014年烏魯木齊市城市化綜合指數(shù)和生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)雖然有微小波動(dòng)但大體呈線性增長；從時(shí)間上看，烏魯木齊城市化和生態(tài)環(huán)境耦合演變過程分別為低度協(xié)調(diào)、中度協(xié)調(diào)、高度協(xié)調(diào)、極度協(xié)調(diào)；由圖2可以看出，2003～2014年烏魯木齊城市化和生態(tài)環(huán)境耦合發(fā)展度整體呈上升趨勢(shì)，并走向高水平耦合階段，由此可以得出，城市化發(fā)展到一定程度，生態(tài)環(huán)境就會(huì)有所改善，兩者耦合度才會(huì)增強(qiáng)。

4.2 討論

從表2可以看出：烏魯木齊的生態(tài)環(huán)境總體水平較好。但跟國內(nèi)一些發(fā)達(dá)城市相比還存在一定差距。因此，烏魯木齊必須加大城市化和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，但由于資源因素的制約，以及生態(tài)環(huán)境的影響，很難承受城市化快速增長帶來的壓力，城市化和生態(tài)環(huán)境的和諧發(fā)展必將是一項(xiàng)巨大的任務(wù)。城市化和生態(tài)環(huán)境之間的耦合關(guān)系是隨著時(shí)間的變化而在不斷變化。總體來看，烏魯木齊城市化與生態(tài)環(huán)境耦合正逐步走向高水平耦合階段，但是如果不重視生態(tài)環(huán)境的話，城市化的協(xié)調(diào)發(fā)展程度就會(huì)有惡化趨勢(shì)。因此，烏魯木齊政府要高度重視城市生態(tài)環(huán)境，既提高城市化水平又保證生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。由于一些指標(biāo)很難找到，本文僅選取了2003～2014年的指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，以期對(duì)今后烏魯木齊的發(fā)展提供一些參考價(jià)值。

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