城镇化视角下长江经济带城市生态环境健康评价

王旭熙++彭立++苏春江++马宇翔++徐定德

摘 要：随着新型城镇化进程的加快，如何实现城镇化与生态环境协调发展将是长江经济带发展的核心议题.本文以长江经济带的36个城市为研究对象，从生态环境压力、状态、恢复潜力三个维度出发构建生态环境健康评价指标体系，建立熵权综合评价模型，对各城市生态环境健康进行了综合评价.结果表明：长江经济带城市生态环境水平存在明显的空间差异，长江下游城市生态环境综合指数整体高于长江中游和上游.根据长江沿江36个城市生态环境各指标的差异，借助PCA排序对其进行分类，将36个城市大致分为六大类型.最后，利用相关分析探讨城镇化与生态环境压力、状态、恢复潜力等指标的关联性，了解城镇化背景下长江经济带城市生态环境水平的差异，结果表明城镇化与生态环境压力呈现指数曲线变化；长江经济带上、中、下游城市间生态环境与城镇化的耦合特征不同.

关键词：生态环境健康；综合评价；PCA分析；城镇化；长江经济带

中图分类号：X826 文献标识码：A

Eco-Environment Health Assessment of Cities in the Yangtze River

in Economic Zone Based on Urbanization Approach

WANG Xu-xi1，2， PENG Li1， SU Chun-jiang1， MA Yu-xiang1，3， XU Ding-de1，2

（1.Chengdu Institute of Mountain Hazards and Environment，Chinese Academy of Sciences，Chengdu，

Sichuana 610041，China； 2.Univ of Chinese Academy of Sciences， Beijing 100049，China；

3.Sichuan Land Consolidation and Rehabilitation Ceater， Chengdu，Sichuan 610045，China）

Abstract：With the acceleration of new-type urbanization， how to realize the coordinated development between urbanization and eco-environment will be the central topic of the development of Yangtze River Economic Zone. 36 cities in the Yangtze River Economic Zone were studied， three indices were selected to build an eco-environment health evaluation system， including the pressure， status and restoration potential of ecological environment. An entropy-comprehensive evaluation model was established to comprehensively assess the eco-environment health of each city. The results indicate that the eco-environment level of 36 cities in the Yangtze River Economic Zone has obvious spatial difference， and the synthetic index of environment of the cities on the lower reaches of the Yangtze River is higher than those on the middle and upper reaches. According to the differences of various eco-environment indices of 36 cities in the Yangtze River Economic Zone， the 36 cities are divided into six types with the PCA ordination. Finally， the study analyzed the relationship between urbanization and the pressure， status， restoration potential of ecological environment to understand the eco-environment level differences of 36 cities in the Yangtze River Economic Zone under the background of urbanization with the correlation analysis method. The results show that urbanization and the eco-environment pressure exhibit exponential curve and the coupling characteristics of urbanization and eco-environment of cities on the upper， middle and lower reaches of the Yangtze River are different.

Key words：eco-environment health； comprehensive assessment； principal component analysis； urbanization； Yangtze River Economic Zone

城市是人类社会、经济和文化发展的产物，具有开放性、依赖性、脆弱性、复合性等特征[ 1].生态环境问题的产生是城市发展过程中的一种普遍现象，这种现象随着城镇化进程的进一步发展而日益突出，许多研究表明城镇化和生态环境之间存在着极其复杂的交互耦合关系，即城镇化对生态环境有一定的胁迫作用，生态环境对城镇化有一定的约束作用[ 2-5].随着城镇化的进一步推进，城市生态环境健康研究已成为相关领域的研究热点[ 6-9].国内外学者已经从城市生物多样性保护、城市可持续性、城市生态和谐与生态安全等角度对城市生态环境健康进行了深入研究，主要是通过构建相应的评价指标体系，建立适宜的评价模型进行评价[ 10-13].从评价指标的选取上看，国外学者Ulanowicz[ 14]提出用物种多样性、生态位分化、发达循环、全局反馈来评价生态环境健康；Costanza[ 15]采用活生态力、组织结构和恢复潜力3个指标对生态环境健康进行综合评价；Jorgensen等[ 16]采用活化能、结构活化能和生态缓冲容量来评价生态环境健康；Jerry等[ 17]采用驱动力压力状态-暴露-影响-响应（DPSEEA）模型对哈瓦那城市生态环境健康评价理论以及方法进行了探讨.国内学者官冬杰[ 18]等从结构功能、可持续利用能力、动态变化3个方面对重庆市生态环境健康进行了评价；陈克龙等[ 9]和赵帅[ 19]等都从活力、组织结构、恢复潜力、生态系统服务功能及人群健康5个方面建立了城市生态环境健康评价的指标体系，对城市生态环境健康进行了评价.但不同学者对不同区域生态环境健康评价指标体系的构建差异较大，同一维度评价指标的选取不同、同一指标归属维度不统一.本文在参考上述指标体系的基础上，综合考虑研究区人与生态环境之间的关系，从生态环境压力、状态、恢复潜力3个维度出发构建生态环境健康评价指标体系，对研究区生态环境健康进行评价.从评价模型上看， 目前关于城市生态环境健康评价的模型主要有综合评价模型、模糊数学评价模型、集对分析模型、投影追踪模型等[ 11，12，19].总体而言，由于各城市生态环境的复杂性与差异性，目前关于城市生态环境健康的研究还处于探索阶段，需进一步研究.

湖南大学学报（自然科学版）2015年

第12期王旭熙等：城镇化视角下长江经济带城市生态环境健康评价

随着中国新型城镇化战略的提出，城市群成为推动城镇化的主体形态，合理发展大城市、鼓励发展中等城市、积极发展小城市和小城镇，形成城市群与大、中、小城镇协调发展的城镇化发展新格局[ 20].在此背景下，关于多个城市以及多个城市群之间生态环境健康的评价研究具有重要意义.长江经济带横跨我国东中西部，沿江有多个城市群，且沿江城市群发展已具备经济支撑带基础条件，也成为了中国新型城镇化战略主战场，并对长江经济带生态文明建设具有重要作用.由于城镇化进程的不断加快，人口的集聚，资源的消耗，环境的污染造成城市生态环境的压力越来越大.且由于长江经济带各城市城镇化发展程度不同、以及地理特征、时空布局、人口规模、禀赋条件等的差异，长江经济带各城市生态环境健康状态不同.因此，本文选取长江经济带的上海、苏州、无锡、常州等36个城市为研究对象，从压力、状态、恢复潜力3个方面构建城市生态环境健康评价指标体系，将综合评价法与客观的熵权法有机结合，对其生态环境健康进行评价，比较城镇化视角下36个城市的生态环境水平差异，分析其生态环境水平空间格局，并初步探索各区域城镇化与生态环境水平之间的关系，以期为长江经济带城市的可持续发展提供决策依据.

1 研究区域

本文参考2011年《长江保护与发展报告》中关于长江沿江地区发展态势评估所确定的城市，并根据研究需要进行调整，选取了长江经济带的36个城市为研究单元，其中位于长江上游的城市包括成都、攀枝花、泸州、宜宾、重庆，位于长江中游的城市包括九江、武汉、黄石、宜昌、鄂州、荆州、黄冈、咸宁、岳阳，位于长江下游的城市包括上海、南京、无锡、常州、苏州、南通、扬州、镇江、泰州、杭州、宁波、嘉兴、湖州、绍兴、舟山、合肥、芜湖、马鞍山、铜陵、安庆、池州.本文中城市的概念是指行政区，是一个区域，重庆指的是重庆主城区，即渝中区、江北区、南岸区、九龙坡区、沙坪坝区、大渡口区、渝北区、巴南区、北碚区.城市大小级别不一样，对于区域经济的带动作用不同.如上海、武汉、重庆等中心城市人口与GDP远远高于池州、恩施等一般城市（图1），在带动长江下游、中游、上游区域经济发展中起着重要作用.另外，不同城市由于所处的地理位置不同，对区域生态环境的影响力也不一样.如长江上游城市在长江经济带水源涵养、水土保持以及生物多样性保护等方面具有重要作用[ 21].

图1 长江经济带36个城市分布图

Fig.1 Distribution diagram of 36 cities

in the Yangtze River Economic Zone

2 数据来源和研究方法

2.1 数据来源以及处理

本文中36个城市的数据主要来源于2013年中国城市统计年鉴、中国城市建设统计年鉴、中国国土资源统计年鉴、中国环境年鉴.其它数据以相应年份各省（市、区）统计年鉴中的数据加以补充.为消除不同量纲数据对综合评价的影响，须对数据进行标准化处理.本文采用极值法对数据进行标准化处理，具体公式为式（1）和式（2）：

2.2.3 主成分分析

采用主成分分析（Principal Component Analysis， PCA），对长江经济带36个城市的生态环境数据进行排序分析，了解长江经济带城市生态环境各要素空间差异及其分布特征.测试分析在软件CANOCO 4.5中完成.

3 结果与分析

3.1 长江经济带各城市生态环境水平

3.1.1 压力、状态与恢复潜力

长江经济带城市生态环境水平在压力、状态与恢复潜力3个分维度上存在明显的地域差异.

1）压力指数（YL）.长江经济带各城市YL值具有明显的地域差异性，长江上游<长江中游<长江下游（表2）.长江经济带各城市之间YL值变异系数最大，在长江下游各城市中，上海和苏州YL较高，其值分别为0.575 1，0.478 9，常州、扬州YL相对较低，其值分别为0.169 7，0.163 0；长江中游城市中，武汉YL最高，值为0.401 5，黄冈、九江、岳阳、宜昌、黄石、鄂州、咸宁、荆州YL值依次降低；长江上游各城市中，成都的YL较高，其值分别为0.455 9，攀枝花、宜宾、泸州、重庆次之、恩施YL最低，其值为0.140 9（图2）.

2）状态指数（ZT）.从表2得出，长江经济带城市的ZT值为：长江上游<长江中游<长江下游.相对于压力和恢复潜力两个维度来说，ZT值变异系数较小（0.238 8），长江上游各城市中，成都和重庆的ZT值较高，宜宾、泸州、攀枝花、恩施、依次降低；在长江中游各城市中，九江、岳阳ZT值较高，其值为0.564 2，0.551 3，宜昌、鄂州、荆州、黄石、咸宁、黄冈和武汉ZT值依次降低；长江下游各城市中，池州ZT值最大（0.748 5），杭州、湖州、宁波、舟山、上海、南通、苏州、绍兴、常州、镇江、嘉兴、无锡、铜陵、泰州、扬州、马鞍山、芜湖、南京、合肥、安庆ZT值依次减小（图2）.

3）恢复潜力指数（HF）.长江经济带城市的HF值为：长江中游>长江下游>长江上游（表2）.长江上游各城市中，重庆HF值最大（0.504 7），恩施、宜宾、泸州、成都、攀枝花HF值依次减小；长江中游各城市HF值以鄂州市最高（0.690 0），岳阳、九江、宜昌、咸宁、黄石、武汉、黄冈、荆州依次降低；长江下游各城市HF值以铜陵市最高（0.811 7），无锡、苏州、泰州HF值相对较低，并依次降低（图2）.

城市

图2 长江经济带36个城市的生态环境综合评价结果

Fig.2 The eco-environment comprehensive evaluation results of 36 cities in the Yangtze River Economic Zone

表2 长江上、中、下游城市的生态环境综合评价结果

Tab.2 The eco-environment comprehensive evaluation results

of cities in upstream， midstream and downstream

of the Yangtze River

流域

压力指数

状态指数

恢复潜力指数

综合指数

长江上游

0.266 4

0.403 1

0.429 1

0.438 4

长江中游

0.276 3

0.450 4

0.467 7

0.468 7

长江下游

0.312 8

0.536 7

0.457 2

0.488 3

3.1.2 生态环境综合指数（ZH）

从表2得出，长江经济带各城市ZH值存在一定的地域差异，长江上游<长江中游<长江下游.在长江经济带各城市中，长江下游铜陵、宁波、池州、扬州、湖州、嘉兴、舟山、南通、常州，长江中游鄂州、岳阳、九江、宜昌以及长江上游重庆的ZH值高于各市平均值（0.481 7），且以铜陵市最高，而绍兴、咸宁、恩施、安庆、宜宾、荆州、南京、芜湖、成都、泸州、无锡、合肥、泰州、上海、马鞍山、黄石、苏州、武汉、攀枝花、黄冈的ZH值依次减小，并低于平均值.

3.1.3 长江经济带各城市生态环境水平空间分异

利用ARCGIS软件的统计学分析模块中（Geostatistical Analyst）的趋势分析工具（Trend Analysis Tool）对压力、状态、恢复潜力、生态环境综合水平的全局趋势进行三维通视分析，即分别将长江经济带36个城市的YL，ZT，HF和ZH值作为高度属性值（Z值），采用二次多项式拟合生成三维通视图，揭示长江经济带各城市生态环境压力、状态、恢复潜力以及生态环境综合水平空间分异的格局特征及趋势，其中X，Y正方向分别表示正东、正北.

从图3（a）得出，YL值在X轴方向上呈现出U型趋势，这说明长江经济带各城市压力指数在东西方向上呈现出较强的由中心向边缘递增的趋势；ZT值在东西方向上呈逐渐指数递增的趋势，在南北方向上呈逐渐指数递减趋势（图3（b））；HF值在东西方向上呈现出较强的由中心向边缘递减的趋势，而在南北方向上无明显的空间分异形态（图3（c））； ZH值无明显的空间分异形态（图3（d））.

3.1.4 长江经济带各城市生态环境水平的PCA排

序分析

本文通过PCA排序分析各城市生态环境压力、状态、恢复潜力、生态环境综合水平的相似性及其差异.在PCA分析中，第一排序轴的特征值为0.594，第二排序轴的特征值为0.265，前两个排序轴特征值占总特征值的85.9%，说明原始数据中大部分信息可以被PCA降维后得到的前两个因子呈现出来.PCA排序将36个城市大致划分为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ和Ⅵ等6种类型（图4）.类型Ⅰ：包括长江上游的成都以及下游的上海、苏州、无锡、泰州、绍兴，其YL、ZT值高，HF、ZH值较低；类型Ⅱ：包括长江上游的攀枝花、宜宾、中游的武汉、黄冈以及下游的南京、合肥、马鞍山，其YL值高，ZT，HF和ZH值低；类型Ⅲ：包括长江上游的恩施、泸州、中游的荆州、咸宁、黄石与下游的芜湖、安庆，其YL，ZT，HF和ZH值都较低；类型Ⅳ：包括长江中游的鄂州、上游铜陵、扬州、镇江，其YL，ZT值低，HF，ZH值高；类型Ⅴ：包括长江上游的重庆、中游的九江、岳阳、嘉兴、下游的嘉兴、宁波，其YL， ZT，HF和ZH值较高；类型Ⅵ：包括长江下游的常州、南通、杭州、湖州、舟山、池州，其YL和HF值低，而ZT和ZH值高.长江下游大部分城市属于类型Ⅰ，Ⅳ和Ⅵ.因此，长江经济带沿江城市开发策略应根据不同城市生态环境状况进行调整，特别是对综合指数值低，而压力指数高的城市.

注： 图3中灰色为样本点，浅灰色、黑色分别为灰色点在ZX面、YZ面的投影、灰色直线长度表示样本点数据值，浅灰色曲线表示东西走向样本的投影趋势，黑色曲线表示南北走向样本的投影趋势

3.2 长江经济带生态环境健康水平与城镇化水平

3.2.1 长江经济带各城市城镇化发展水平

洛伦茨曲线是经济学上研究地区之间收人差距或财富不平等的一种分析手段，它利用频率累计百分数绘制成的曲线来描述和刻画不公平（集中或分散）的程度.本文以城市人口的累计百分比为纵轴，总人口累计百分比为横轴，绘制洛伦茨曲线（图5）.研究得出，长江经济带各主要城市城镇化的洛伦茨曲线分异较不明显，且基尼系数值为0.11.部分参考联合国有关组织对基尼系数的划分标准，并根据城镇化的发展规律，长江经济带整体城镇化水平发展较平衡.但长江经济带各城市之间仍存在明显差异，上海、南京、无锡等城市城镇化率达70%～90%，而恩施、安庆、黄冈等城市城镇化率只有30%～50%.

总人口累计百分比/%

3.2 2 长江经济带各城市生态环境水平与城镇化

水平的关联性分析

选取长江经济带各城市城镇化率与生态环境压力指数、状态指数、恢复潜力指数、生态环境综合指数进行相关性分析，探讨城镇化发展与生态环境水平的关系.结果表明，城镇化率与生态环境压力指数（R=0.588，P<0.01）具有明显的正相关.图6为城镇化率与生态环境压力指数的非线性拟合结果，从图6得出城镇化率越高，生态环境压力值越大.

3.2.3 长江经济带各城市生态环境综合水平与城

镇化的分异特征

以36个城市的生态环境综合指数值和城镇化率的平均值确定临界值进行制图分析（图7），揭示长江经济带各城市生态环境水平以及城镇化水平的差异特征.在横轴线以上的两个象限内的城市最多，且主要分布着长江经济带下游的大部分城市，这说明长江下游城市整体城镇化率高于长江中游和上游.长江经济带的上海、成都、武汉三个大城市都分布在左上象限内，即城镇化率高，而生态环境综合指数较低，而一些小城市安庆、恩施、宜宾、泸州、荆州等分布在左下象限内，城镇化率与生态环境综合指数平都低，这表明长江经济带大城市与小城市之间在经济发展、资源有效利用、环境治理方面等存在很

大的差距.另外，在四个象限内，右下象限分布的城市最少，包括湖州、九江、池州等.

城镇化率

4 结论与讨论

4.1 结 论

1）从生态环境压力、状态、恢复潜力3个维度综合对长江经济带主要城市生态环境健康进行了评价，研究表明长江经济带城市生态环境压力指数、状态指数、恢复潜力指数以及生态环境健康综合指数都存在明显的差异，其中压力指数变异系数最大，长江下游城市压力指数、状态指数、生态环境综合指数的平均值都高于长江中游和上游，而恢复潜力指数长江中游大于长江下游和上游.

2）长江经济带各城市生态环境压力指数在空间上呈现出“U”型曲线的分异形态，而生态环境恢复潜力指数在空间上呈现倒“U”型曲线.长江经济带各主要城市生态环境状态指数在空间上呈现指数曲线的分异形态.

3）通过PCA排序将36个城市大致划分为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ和Ⅵ6种类型，类型Ⅰ：压力、状态指数值高，恢复潜力与生态环境综合指数值较低；类型Ⅱ：压力值高，状态、恢复潜力、生态环境综合指数值低；类型Ⅲ：压力、状态、恢复潜力、生态环境综合指数值都较低；类型Ⅳ：压力、状态指数值低，恢复潜力与生态环境综合指数值高；类型Ⅴ：压力、状态、恢复潜力、生态环境综合指数值较高；类型Ⅵ：压力、恢复潜力指数值低，而状态和生态环境综合指数值高.

4）本文初步探讨了城镇化与生态环境各指标的关系，了解城镇化背景下长江经济带各城市的生态环境水平差异.研究表明城镇化水平越高，生态环境压力越高，且长江经济带各城市城镇化水平与生态环境水平差异较明显，如上海、无锡、合肥等城市生态环境综合水平低，而城镇化水平高；九江、池州、湖州等城市生态环境综合水平高，而城镇化水平低.

4.2 讨 论

1）长江经济带各城市生态环境压力指数在空间上呈现出“U”型曲线的分异形态，而生态环境恢复潜力指数在空间上呈现倒“U”型曲线.这可能是因为在我国东部的产业向中西部转移的进程中，由于中西部产业结构不合理、区位优势不强，多数是承接一些东部的资源依赖型产业的迁进，导致对中西部环境污染较大[ 25]，生态环境压力逐渐增加，生态环境恢复潜力逐渐降低.因此，中西部地区应该结合本地的主导产业，注重发挥要素的集聚效益，保护生态环境，进而做好东部产业的承接.

2）在长江经济带各城市中，类型Ⅰ，Ⅱ的城市（特别是上海、苏州、南京、武汉、合肥、成都等长江经济带的重要城市），这些城市生态环境压力指数高，而生态环境综合指数值低，这在一定程度上表明区域资源、环境与经济协调发展的形式较严峻，应在经济发展中，采取合理措施降低生态环境压力如适当将产业向生态环境压力低而生态环境综合水平高的区域转移（类型Ⅳ和Ⅶ特别是池州、湖州等城市化水平较低的城市）、优化自身产业结构与发展方式等，提高资源利用效率，增加生态环境恢复潜力如加强环境污染治理与生态环境保护建设等，进而提高区域生态环境综合指数，实现经济、社会、环境协调发展.类型Ⅳ和Ⅶ的城市大部分位于长江下游，属于长江三角洲城市群，生态环境综合水平高，压力指数低，而长江三角洲城市群的中心城市上海、苏州、南京压力值高，生态环境综合水平低，因此，在今后实施长江三角洲城市群的综合发展规划时应重视区域环境保护与生态安全问题，促进各个城市功能的相互衔接，优化各城市功能要素，实现整个城市群地区各城市有序、合理、协调发展.类型Ⅴ的城市如重庆既是长江经济带下游的中心城市，又是长江上游重要的生态屏障，虽然生态环境恢复潜力、生态环境综合水平较高，而生态环境压力较高，这在一定程度上表明区域生态环境存在潜在危险，在以后的发展中增强环境污染防御，减少生态环境压力，实现区域经济持续健康发展.

3）近年来，中国政府提出的主体功能区规划在宏观层面上为实现区域经济与人口合理布局、加强生态环境保护提供了方向性指导.国务院2010年颁布实施的《全国主体功能区规划》明确了我国国土开发的三大战略格局.在“两横三纵”为主体的城市化战略格局中，长江经济带是我国国土空间一级开发轴线[ 26]，沿江城市的开发应该严格按照国家功能区要求进行产业、人口、城镇布局以及生态环境保护.其次，新型城镇化是产业结构调整和转型升级的重要载体和平台，随着新型城镇化的实施，推动长江经济带产业结构调整升级，产业在沿海向内陆转移的过程中，应该把生态环境保护放在首要地位，根据内陆城市生态环境压力、恢复潜力、生态环境综合水平等选择合适的产业承接城市，也应根据长江经济带城市的发展需要进行差异化定位，不能走盲目开发，同质化竞争的路线.最后，在长江经济带生态恢复中，应继续实施可持续发展战略，发展循环经济、低碳经济，加强环境污染治理，健全完善生态功能区，推动长江经济带生态文明建设.

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