江西省新型城镇化与生态环境耦合协调及演变趋势分析

邹聿洋，张延飞，丁木华

(1.东华理工大学地球科学学院，330013，南昌；2.东华理工大学理学院，330013，南昌)

0 引言

城镇化与生态环境耦合协调关系研究一向是学术界关注的焦点，国外学者多从系统演进、影响因子、趋势预测等角度展开研究。Grossman等通过实证研究，揭示出环境质量与人均收入之间的关系，并首次提出环境库兹涅茨曲线(EKC)假设[1]；Pearce通过研究城市建设进程不同阶段所采取的环境政策，提出了城市发展阶段环境对策模型[2]；Deosthali则通过研究城市生态环境变化对城镇化建设的影响，模拟出二者未来的发展趋势[3]。国内学者则多基于动态评价、定量测度、动力机制等角度展开研究，王文举等通过对河南省新型城镇化及生态环境承载力耦合程度作出动态评价，为探索研究区的可持续发展提出政策与建议[4]；赵建吉等定量测度了黄河流域新型城镇化与生态环境耦合协调的时空格局及二者的同步发展状态，并对黄河流域新型城镇化与生态环境耦合的影响因素进行研究[5]；陈肖飞等以长三角城市群为研究对象，在大地伦理观指导下基于主体功能区规划，研究二者的协同发展机制[6]。新型城镇化与生态环境是一个动态的复合系统，其核心是二者的耦合协调发展，综上研究发现，多数主要着眼于分析二者间的耦合协调关系，虽注重对其耦合协调关系发展现状特征的分析，但缺乏对耦合关系的系统性衡量，更忽视了对二者耦合协调关系的动态发展进程与演进趋势的阐述，难以提供全面客观的决策参考。

江西省作为国家生态文明先行示范区和生态文明实验区，具有一定的生态环境优势[7]，同时国务院已于2020年，设立江西内陆开放型经济试验区，这些为其加速推进新型城镇化建设奠定基础[8]。因此，在分析二者非线性耦合关系的基础上，构建耦合协调评价指标体系，利用耦合协调度模型对2010—2019年江西省新型城镇化与生态环境耦合协调关系进行评价分析。同时，运用系统动力学理论与方法，构建起二者的耦合系统动力学模型，仿真模拟2020—2029年二者耦合关系的演变趋势，以期为全省制定适宜的发展战略，引导二者发展水平相适应，以及最终实现绿色、协调、可持续的发展目标提供有力支撑。

1 研究方法

1.1 指标体系构建

结合江西省新型城镇化发展及生态环境现状，参考相关文献[9-11]，以新型城镇化、生态环境为系统层，以人口城镇化、经济城镇化、社会城镇化、空间城镇化以及生态环境压力、状态与响应为指标层，初步选取24项具体指标，经由多重共线分析法处理，剔除3项冗余指标，构建起江西省新型城镇化与生态环境耦合协调评价指标体系，如表1所示。

表1 江西省新型城镇化与生态环境耦合协调评价指标体系

1.2 数据来源与预处理

数据来源于《中国统计年鉴》(2010—2020年)、《江西省统计年鉴》(2010—2020年)、《江西省环境状况公报》(2010—2020年)及国家统计局网站。

本文采用极差变换法对数据进行无量纲化处理，假设对m个区域的评价指标有n个，第i个区域的第i个指标原始数据表示为xij，0≤i≤m,0≤j≤n。正向指标按：yij=[xij-min(xij)]/[max(xij)-min(xij)]；逆向指标按：yij=[max(xij)-xij]/[max(xij)-min(xij)]，其中：yij为原始数据xij的无量纲化值，min(xij),min(xij)分别为所在属性最大值及最小值。

1.3 综合评价模型

1.3.1 平移修正信息熵确定权重 “熵”概念源于热力学，度量系统的无序程度和数据所提供的有效信息，信息熵越小，信息的有效性越强，系统中指标所占的权重越大；反之，信息熵越大，权重就越小。计算过程如下。

1)标准化样本平移修正计算：

(1)

式中：yij为标准化样本数据，pij为平移后的特征比重。

2)指标信息熵计算：

(2)

3)指标权重计算：

渐进式专业认知教育既注重科学理论方法的学习，又注重与实际问题密切相关的实践教学，达到理论与实践相统一。既要努力学习专业知识，夯实理论基础，又要开展课外专业实践和科技竞赛，增强其动手能力；既要通过专业的前沿讲座来加强学生对专业发展的了解，又要走访企业来促进个人发展。

(3)

式中：信息熵冗余度为dj=1-ej。

4)评价得分计算：

(4)

1.3.2 耦合协调度评价 本文拟用物理学中的容量耦合理论和容量耦合系数模型，测度江西省新型城镇化与生态环境系统之间的耦合协调程度。U1为江西省新型城镇化建设的评价指数，U2为江西省生态环境发展的评价指数，C为系统耦合度，K为调节系数，实际运用时应使K≥2，本文取其为2[12]，则系统耦合度模型为：

C={(U1×U2)/[(U1+U2)/2]2}2

(5)

式中：C∈[0,1]，C为0时，新型城镇化与生态环境处于无关联状态，系统逐步走向无序；C∈(0, 0.3]时，表征二者耦合水平极低；C∈(0.3, 0.5]时，表现为拮抗阶段；C∈(0.5, 0.8]时，为磨合阶段；C∈(0.8, 1]时，耦合水平极高。此外，为了比较客观反映出系统间的互动状况，补充构建系统交互耦合的协调度模型，藉此来充分表征江西省新型城镇化与生态环境的发展水平及协调特征：

T=αU1+βU2

(6)

(7)

式中：T为新型城镇化与生态环境发展的综合协调指数；α、β为待定参数，分别表示2个子系统对耦合发展的作用程度。此处根据已有的研究做法及实际需要[13-14]，认为彼此耦合的互促作用是对等的，因此取α、β均为0.5。D为耦合协调度，其越大，二者协调发展越好[15]。新型城镇化与生态环境系统耦合协调度分类标准及特征如表2所示。

表2 新型城镇化与生态环境耦合协调类型及发展特征

1.4 耦合SD趋势分析模型

系统动力学是将系统科学理论与计算机仿真紧密结合、研究系统反馈结构与行为的一门科学，由美国麻省理工学院的J.W.Forrester教授于1956年提出[16]。其构建流程大致分为以下几步：首先，明确研究对象、内容及问题，确定系统边界；其次，划分研究对象为若干子系统，建立系统间因果关系网络，构造流图与变量方程；最后，检验已构建模型，进行模拟与分析。

2 江西省新型城镇化与生态环境耦合协调评价分析

依据江西省新型城镇化与生态环境耦合协调评价指标体系(表2)，由公式(1)～(7)分别计算出2010—2019年间江西省新型城镇化与生态环境发展水平综合得分及其耦合协调类型与发展特征(表3)。

表3 2010—2019年江西省新型城镇化与生态环境耦合协调评价结果及类型

1)从新型城镇化建设角度来看，2010—2019年间江西省新型城镇化建设水平呈现上升趋势，且于2019年达到此时段的峰值，这主要得益于江西省人口、经济、社会、空间四方面综合发展水平的迅速提升，其中对经济起关键作用的低成本优势日趋稳固，主要依靠资源、劳动力等要素投入推动经济发展的动力增强，促进江西省人均GDP与地均GDP日渐上升，经济上行趋势开始显现，2010—2019年，江西省万人中卫生技术人员数、万人中普通高等学校在校生数、万人拥有公共汽车数分别提升了65.71%、79.05%、113.92%，同样也体现了江西省大力完善社会公共服务体系所带来的红利；另一方面，随着全省人民生活水平的逐年提升，从事批发和零售、住宿和餐饮、金融及房地产业等第三产业的人数增加，使得江西省第三产业从业人数占比于2019年达到此时段的峰值，在上述因素的作用下，江西省新型城镇化建设处于加速推进阶段。

2)从生态环境发展角度来看，江西省生态环境发展较于新型城镇化建设始终处于较高水平，这主要得益于江西省不断通过完善环境治理责任体系、强化环境要素支撑保障、优化环境保护监管来加大生态环境保护力度，提高污染治理能力。2019年江西省工业废水排放量较2010年降幅接近50%，人均公共绿地面积涨幅超过70%，城市污水集中处理率接近提升20%，环境污染整治成效显著。上述多方因素结合，促使江西省生态环境发展水平综合得分从2010年的0.150 7提升至2019年的0.965 3。

3)从二者的耦合协调度角度来看，江西省初期处于不协调类别中的中度失调阶段，主要原因在于城市基础设施及自身公共服务体系的建设周期与反馈时间长，从而导致了前期低水平不合理的新型城镇化发展，进而与生态环境的发展水平拉开差距，致使二者发展不协调。但至中后期，各类城市建设开始发挥效用，在此期间，江西省建成区面积不断扩大，第三产业增加值占GDP比重也逐年上涨，这些都极大地促进了江西省新型城镇化建设水平的提升，从而使得二者间的耦合协调关系转变为协调发展类别中的高度协调。

3 新型城镇化与生态环境耦合演变趋势分析

3.1 系统动力学模型构建

近年来系统动力学已成功应用于经济[17-18]、社会发展[19-20]和生态环保[21-23]等领域的战略分析。因此，本文将新型城镇化与生态环境2个子系统作为一个具有多重反馈回路的动态复杂系统来研究，并经因果关系梳理分析得出，二者主要通过建成区绿化覆盖面积、人口总量、工业“三废”等变量相互作用与制约。最终，涵盖多要素、多模块的江西省新型城镇化与生态环境耦合系统动力学模型构建如下(图1)[24]。

图1 江西省新型城镇化与生态环境耦合系统动力学模型

3.2 系统动力学模型仿真模拟检验

本文通过采用真实性检验对仿真模型的直观性、有效性进行检验，即以2009年为初始年，设置时间步长为1 a，仿真模拟了2010—2029年江西省人均GDP、建成区面积等变量的模拟值，并进行历史性检验，结果表明，相关变量的系统仿真模拟值误差率均在±5%以内，反映出构建的仿真模型具有较好的模拟能力(表4)，也表明仿真模型行为与江西省新型城镇化与生态环境实际状况的发展变化相吻合，表明该模型具有一定的实用性。

表4 仿真模型检验结果

3.3 模型仿真结果分析

在仿真模型的真实性检验基础上，以2019年为现状年，设置模拟步长为1 a，模拟时段为2020—2029年，对江西省新型城镇化与生态环境的演变趋势进行仿真模拟分析，部分仿真模拟结果如表5所示。

表5 2020—2029江西省新型城镇化与生态环境演进趋势仿真结果

依据模型仿真结果，结合江西省新型城镇化与生态环境耦合协调评价指标体系及式(1)～(7)，对江西省2020—2029年的新型城镇化与生态环境演进趋势变化情况进行量化分析，计算耦合协调度，并判断耦合协调类型及发展特征。结果如表6所示。

表6 2020-2029年江西省新型城镇化与生态环境耦合协调结果

由表6可知：1)从新型城镇化的发展角度来看，江西省新型城镇化评价指数在2020—2029年间呈现稳定上升态势，由2020年的0.077 1持续上涨至2029年的0.915 6，提高了近11倍。江西省新型城镇化发展水平的上升，主要与其社会城镇化和空间城镇化发展水平的显著提升息息相关。江西省在坚持走好中国特色社会主义教育发展的道路上，加快推进教育现代化、建设教育强省、办好公办、民办等多种教育形式、完善医疗、交通等各类公共服务设施，使得江西省万人中普通高等学校在校生数与万人中卫生技术人员数分别由2020年的308.91人、60.18人上升至2029年的543.29人、105.24人。另外，江西省在坚持新发展，加快实施以促进人的城镇化为核心、以提高质量为导向的新型城镇化战略理念下，逐步提高农业转移人口市民化质量，增强大都市圈、省域副中心城市等综合承载、资源优化配置能力，使得人口城镇化与经济城镇发展水平得到了一定提升，城市建成区面积也由1 670.61 km2增长为2 373.69 km2，进而促进江西省新型城镇化发展水平向更好更高的态势发展。2)从生态环境的发展角度来看，江西省生态环境评价指数在2020—2029年同样呈现稳定上升趋势，即由2020年的0.168 6上升至2029年的0.955 4，生态环境发展表现出由低到高的动态变化。工业废气、废水、固废排放量分别由2020年的15 285.30亿m3、34 273.40万t、4 960.44万t逐步降至2029年的13 855.30 亿m3、17 329.00万t、1 336.37万t，工业“三废”污染情况得到有效治理。再者，随着国民环保意识的加强与财政收入的增加，用于工业污染治理的投入也由2020年的19.05亿元上升至2029年的40.99亿元，涨幅超过2倍，污染乱象整治力度进一步得到增强。3)从系统耦合协调度的角度来看，2020—2029年江西省新型城镇化与生态环境耦合协调度由初始的0.301 9升至末年的0.966 8，耦合协调类别也由不协调阶段中的中度失调转为协调发展阶段中的高度协调。进一步研究表明，江西省新型城镇化与生态环境的耦合协调特征在前2 a与后5 a为均同步型，而在2022—2024年间，二者耦合协调特征表现为新型城镇化滞后型。系统耦合协调度由不协调逐步转型为协调发展，这主要得益于江西省在新型城镇化建设中，积极贯彻落实以交通主通道为轴线，努力打造“一群两带三区”的城镇布局主骨架的建设理念，使得江西省人均城市道路面积由2020年的5.76 m2增加至2029年的11.62 m2；另一方面，由省委省政府提出构建的“龙头昂起、两翼齐飞、苏区振兴、绿色崛起”发展格局，也进一步推动了江西省新型城镇化对生态环境的响应逐步正向化，新型城镇化对生态环境发展开始展现出“促进”作用。

4 结论与对策

4.1 结论

本文在分析江西省新型城镇化与生态环境二者非线性耦合关系的基础上，结合耦合协调度模型，对2010—2019年江西省新型城镇化与生态环境耦合协调关系进行评价分析。同时，运用系统动力学理论与方法，构建起江西省新型城镇化与生态环境耦合系统动力学仿真模型，评价分析2020—2029年江西省新型城镇化与生态环境耦合协调关系的演变趋势。研究结论如下。

1)在前10 a研究时段内，江西省生态环境发展水平相较于新型城镇化建设水平，优势作用明显，表明全省环境资源禀赋较好，生态发展充满动力。反观新型城镇化发展，其建设水平虽逐年上涨，但仍一定程度落后于生态环境，表明经济、人口、社会及空间的推动效能仍有待提升。此外，鉴于城镇化与生态环境子系统发展水平的同步提升，耦合协调特征也由伊始的不协调类别中的中度失调，转变为协调发展类别中的高度协调，即二者协调发展态势逐步向好。

2)在后10 a模拟预测时段内，得益于江西省工业“三废”的逐年降低，以及城市污水集中处理率与一般工业固体废物综合利用率的稳步提升，环境压力下降明显，环境状态显著改善，生态环境发展态势愈发向好。同时，也因环境质量的改善，新型城镇化建设水平也于此时段上升明显，表明生态环境发展的良好推动，是城镇化建设强有力的支撑。至此，全省耦合协调度也由不协调类别中的中度失调转变为协调发展类别中的高度协调，即在未来江西省新型城镇化与生态环境的发展将更加稳定、协调。

4.2 对策

通过对江西省新型城镇化与生态环境耦合协调关系在当前与未来时期的研判，从推动新发展理念下的新型城镇化建设[25]与新时期生态环境发展的角度出发，提出以下对策。

1)以创新发展理念推进江西省新型城镇化建设。促进空间结构发展模式创新，合理规划省域空间布局，调整城市空间布局；推动服务机制创新，促进人口结构优化，完善公共服务体系，持续推进基本公共服务均等化，破除城乡二元制壁垒，增进民生福祉，优化产业布局，形成发展新方式，构建发展新格局，提升发展新动能。

2)以绿色发展理念指导江西省生态环境保护开发[26]。改变粗放式发展模式，加大污染治理投入，依托环保产业集群开发新技术，降低发展环境成本与资源代价，不搞大开发，利用环境禀赋，发展优势特色农业。以“资源节约型”和“环境友好型”为标准，建立绿色发展长效机制，发挥生态环境自身效应，做好江西省新时代社会主义生态文明建设。

3)以协调发展理念推动江西省新型城镇化与生态环境共建共享。注重推进绿色城市建设，打造生态宜居示范区，改变单一追求城市发展理念，以绿色文化为倡导，构建合理城市社会结构，以生态环境为抓手，提高城市生态系统功能，从而实现区域尺度的可持续发展与二者的优质耦合协调。