美克拉衣·艾克拜尔　孜比布拉·司马义　陈溯

(1.新疆大学资源与环境科学学院,新疆乌鲁木齐　830046;2.新疆大学绿洲生态教育部重点实验室,新疆乌鲁木齐　830046;

3.新疆大学智慧城市与环境建模教育厅高校重点实验室,新疆乌鲁木齐　830046)

北疆地区城市化与生态环境交互耦合的过程

美克拉衣·艾克拜尔1,3孜比布拉·司马义1,2,3陈溯1,3

(1.新疆大学资源与环境科学学院,新疆乌鲁木齐830046;2.新疆大学绿洲生态教育部重点实验室,新疆乌鲁木齐830046;

3.新疆大学智慧城市与环境建模教育厅高校重点实验室,新疆乌鲁木齐830046)

以新疆北部地区城市城市化与生态环境交互耦合的规律性进行了分析。在北疆城市城市化与生态环境之间,既有相互胁迫的过程,也有相互促进的环节,它们之间是一种在交互胁迫中相互促进的动态耦合关系;北疆城市城市化与生态环境交互耦合的演进过程中根据生态压力指数的变化规律,双指数函数方程得出乌鲁木齐,克拉玛依市,奎屯市处于磨合阶段,昌吉市,阜康市,塔城市,乌苏市,博乐市,阿勒泰市处于拮抗阶段,石河子市处于好转阶段。

北疆地区城市城市化水平生态环境耦合阶段

随着我国城乡隔离户籍制度的瓦解和城镇化战略的实施，参照国际城市化发展的一般规律，可以认为我国城市化已进入大规模发展阶段。城市化正在或即将对周围生态环境造成现实的破坏和潜在的威胁。在此形势下，研究城市化与生态环境交互耦合的胁迫与约束机制，认清二者交互影响的规律性，从而为科学制定城市可持续发展政策提供科学依据，就显得极为重要[1]。现代城市化是社会结构现代化的重要内容之一，城市化水平是社会现代化实现程度的重要指标[2]。

1　研究区概况

新疆北部(北疆)地区，在行政区方面包括五地州、三市和两县，即伊犁哈萨克自治州(伊犁州直属县、阿勒泰地区、塔城地区)、昌吉地区、博尔塔拉蒙古自治州、乌鲁木齐市、石河子市、克拉玛依市， 及哈密地区的巴里坤县和伊吾县。主要包括乌鲁木齐市、昌吉市、克拉玛依市、阜康市、石河子市、伊宁市、塔城市、乌苏市、阿勒泰市、博乐市、奎屯市十一个城市(看图1)。北疆城市分布较为密集，城市数量占全疆的52%，已初步形成了特大、中、小不同等级规模的城市点轴体系。2013年北疆城市总人口为5.73×105人，全疆总城市人口为8.91 ×105人。北疆城市总人口占全疆城市总人口的64.3%。北疆主要城市的面积为88.35×103km2，占北疆地区总面积的15.27%，占全疆城市总面积的39.6%。新疆城市总建城区面积为645.53km2，而北疆城市建成区面积占新疆城市总建成区面积的70%，以此创造出52.6%的新疆国民生产总值，城市经济发展遥遥领先新疆其它地区。2011年新疆北部地区主要城市城市化水平为49%。实现地区生产总值(GDP) 35.02×1010元，占全疆地区生产总值的46.5%，人均GDP达到5.19× 104元/人。实现社会消费品零售总额6.56×106元，地方财政收入达到3.25×1010元。

新疆北部地区城市总面积大，自然条件恶劣，生态环境脆弱，人类的生存空间和社会经济活动受制于区域地理环境因素，是依托绿洲生存的典型城镇区域。该地区在城市发展、矿产资源开发利用、绿洲开垦、交通枢纽建设等方面取得了卓越的成绩[3]。国家在实施西部大开发和新型城市化以来，区域内的基础设施建设、能源开发、环境保护和生态建设方面的工作已见成效。尽管如此，城镇发展过程中还是反映出一些弊端[4]。

2012年，北疆地区完成生产总值36.77×1010元，按可比价格计算，比2000年增长了16.7%。连续10年保持两位数增长;城镇人口占全疆城镇人口的比重达到36%;北疆地区城镇居民人平均可支配收入35846元。北疆地区的城市化水平，也从2000年的54.2%增长到2012年的69.59%。(图1)

北疆地区作为全疆经济主要发展地区，随着经济结构的调整，第二产业在国民经济中所占的比重占重要地位。一些重污染行业给环境造成了很大的压力。城市化水平的不断加速也给生态环境带来一定的污染。从图2中可以看出随着城市化水平的提高，工业粉尘排放量也随着增加。发达国家“先污染后治理”的城市化道路带给我们教训，即在城市化过程中，必须同时重视经济增长和污染治理，加大环保投资力度，有效遏制污染，改善环境状况。根据发达国家的经验，一个国家在经济高速发展时期，环保投资要占到GDP的1%-1.5%，才能有效控制环境污染，达到3%才能使环境质量得到明显改善[5]。

图1　北疆地区城市化水平与GDP变化(2000-2012)

图2　北疆地区工业粉尘排放量变化(2000-2012)

表1　生态压力指数评价指标体系Table 1　The index system of eco-environm rnta l p ressure exponent

表2　北疆地区各城市生态压力指数Table 2　the eco-environm rntal pressure exponents of the cities in North Xinjiang

表3　北疆地区各城市城市化与生态环境交互耦合的双指数函数方程Table 3　the double-exponentiaon l coup ling functions between urbanization and eco-environm ent o f the cities in　in North Xin jiang

2　城市化与生态环境耦合关系综述

耦合原本作为物理学的概念，是指两个或两个以上的系统或运动形式通过各种相互作用而彼此影响的现象。耦合度是描述系统或要素彼此相互作用的影响程度。我们可以把城镇化与生态环境两个系统通过各自的耦合元素彼此产生影响的程度定义为城镇——生态环境耦合度，即其大小反映了对区域社会经济发展的贡献程度[6]。

城市化是指人口向城市地带集中地过程，从城镇化的实质来看，它是一个人口经济化，社会化合产业的高级化过程。在区域不断加快城镇化的过程中，人口得以集中，经济加以发展，产业加以升级，而作为支撑城镇化进程的基础——生态环境，却可能会面临不断的退化，因而，城镇化与生态环境之间存在着先天的耦合机理。一方面。城市化通过人口的聚集，社会经济的发展，能耗增加和交通扩张对生态环境产生胁迫;另一方面，生态环境的保护又通过人口的限制，排斥资本和干预对策对城镇化的发展产生约束。一般，我们按照城镇化与生态环境交互作用的强弱程度，将其耦合的过程可以分为低水平耦合，拮抗耦合，磨合耦合和高水平耦合四个阶段[7]。所以，从城镇化与生态环境的交互耦合的吉利来看，一个区域的社会经济发展过程就是生态环境和城镇化耦合协同的过程，如果一个区域的城镇化进程速率过快，超出区域生态环境可以消耗和承载的能力，则区域生态环境将会出现不断恶化的现象，城镇化过程最终会面临被遏制，甚至会出现城镇化发展倒退的现象;如果对生态环境建设和治理的投资过大而超出区域经济发展的总体水平，城镇化的正常发展就会因资金的缺乏而不能跟上生态环境耦合程度以及调控好二者的相互关系，是实现区域人口，社会，经济与环境全面，稳定和可持续发展的基础[8]。

3　北疆地区的城市化与生态环境耦合规律性的验证与分析

为了验证干旱区城市化与生态环境交互耦合的规律性，可以采用非农业人口占总人口比重代表城市化水平，人均GDP代表经济发展水平，生态压力指数代替生态环境恶化程度，通过拟合求解，进而判断城市化与生态环境之间的耦合函数，耦合轨迹，耦合类型与耦合阶段[4]。

3.1生态压力的综合评价

根据北疆地区城市的实际情况，按照简明科学性原则，系统整体性原则与可比，可量，可行性原则，建立如下指标体系(表1)。各指标数据来源于2000-2011年新疆统计年鉴，环境质量报告书和水利年报。为了消除数据的数量级及量纲的不同而造成的影响，采用极差标准化的方法进行标准化处理，公式为:

式中，x为指标数据;i为年份;k为城市;j为指标序号。为统一指标的变化方向，需要对部分指标进行变向处理，公式为:aikj=1-Aijk。经处理后，数据的数值范围在[0-1]之间，并且对于统一指标来说，在所有年份所有城市中最大者为1，最小者为0，这样，既消除了量纲的影响，又使各城市之间的指标具有可比性。各指标权重的赋值，采用德尔菲法(Delphi)来确定，经过加权求和，得出北疆城市各年份生态压力指数(表2)[5]。

3.2北疆城市城市化与生态环境交互耦合双指数函数的验证

（一）课程结构限制。高中语文课程中关于对主观传统文化的教育主要通过基本课堂教育、语文课内教育、语文选修课及少量语文课活动来实现。“把中华优秀传统文化教育系统融入课程和教材体系”是教育部颁布过的指导纲要中特别提出的，但就对高中生传统文化素养的培育来说显得杯水车薪。由于受课程结构的限制，大部分高中生只能在语文课堂中接触到教材中、考题中出现的传统文化相关内容。

根据周一星等人的研究，城市化水平与经济发展水平之间存在着一种对数曲线的相关关系，可以表示为[9]:

式(2)中，y代表城市化水平;x代表人均GDP;a，b为待定参数。此外，Grossman等人也早就证实生态环境状况与经济水平之间是一种到“U”形的变化关系，可以表示为:

式(3)中，z代表生态环境恶化程度;x为人均GDP;m，n，p为待定参数。因此，基于这两种关系，可以采用数学方法推导出城市化与生态环境之间的耦合函数为双指数函数:

式(4)中，z为生态环境恶化程度;y为城市化水平;m，n，a，b，p为待定参数。

在对城市化水平，人均GDP，生态压力指数灯光数据进行处理后，通过公式(2)、(3)、(4)得出各城市的城市化与生态环境交互耦合双指数函数方程，见表3.对双指数函数加以分析可知，m为拐点出现生态环境的恶化程度;b为取值决定拐点出现的早晚，其值越大，拐点出现时的城市化水平就越高;n的取值与生态压力随城市化变化的速率有关，其值越大，变化速率越大。因此，从m的取值来看，分析乌鲁木齐＞克拉玛依市＞石河子市＞昌吉市＞乌苏市＞阜康市＞伊宁市＞奎屯市＞博乐市＞塔城市＞阿勒泰市，表现出工业城市和生态脆弱型城市拐点出现时的生态压力一般较高;从b的取值来看，乌鲁木齐市＞石河子市＞克拉玛依市＞乌苏市＞昌吉市＞奎屯市＞伊宁市＞阜康市＞塔城市＞博乐市＞阿勒泰市，表现出工业城市的拐点晚于农业城市的特点;从n值来看，乌鲁木齐市＞克拉玛依市＞石河子市＞乌苏市＞昌吉市＞阜康市，塔城市＞伊宁市＞奎屯市＞阿勒泰市＞博乐市，这与各城市生态压力及城市化水平的变化趋势基本一致。以上情况说明所求出的耦合方程能够恰当反映北疆各城市城市化与生态环境的交互耦合关系。

3.3北疆地区城市城市化与生态环境交互耦合阶段的判断

乌鲁木齐市和克拉玛依市，城市化水平都比较高，工业经济发达，城市化速度很快，由于进入城市化的成熟发展阶段，生态压力指数高，属于磨合阶段。

昌吉市、阜康市、伊宁市，近几年来城市化率快速推进，处于城市化中期，生态压力明显增大，两者之间存在错综复杂的协同或拮抗作用，累积环境效应响应呈现急速加速的趋势。

奎屯市，地处北疆北部和西部各地州县市的要冲，系兰新铁路西段的重要编组站，全市目前以轻纺、食品工业为主，但随着周围地区资源的开发，有可能成为有色金属冶炼加工和石油化学工业的重要基地。从今后发展的前景看，该市在北疆西部的作用将日益提高。近5年城市化速度较快，正处于城市化加速发展阶段，经济的快速发展必然会给生态环境带来一定的破坏，所以处于磨合阶段。

塔城市、阿勒泰市、博乐市，刚刚进入城市化的加速发展初期，生态环境会跟着经济发展而受到不同程度的破坏，所以处于拮抗阶段。

乌苏市，是一个县级市，以农业经济为。城市化缓慢，生态投入不足，生态压力较大，生态恶化速度较快。鉴于处于城市化中期，因此处于拮抗阶段。

石河子市，在新疆科技发展“十五”计划和到2010年规划纲要中被列为天山北坡经济带中段科技发展的中心城市。重点实施生物技术应用、生态农业、信息农业、农区畜牧业工厂化、棉产业一体化、节水技术和装备产业化等科技示范工程。城市化水平较高，处于成熟发展阶段，生态环境随经济结构的调整，生态环保投入的增加而改善，因此处于好转阶段。

总体来说北疆城市正处于城市化快速推进的阶段，经济、社会的快速推进及发展都会给生态环境带来一定的破坏和污染，生态环境的恶化将不断下降城市化与生态环境协调度，所以采取各种有效措施，保护生态环境显得尤为重要。

[1]黄金川,方创琳.城市化与生态环境交互耦合机制与规律性分析[J].地理研究,2003,3(22):211-220.

[2]Yasuhiro Sato, Kazuhiro Yamamoto, Population concentration, urbanization and demographic transition.Journal ofUrban Economics,2005,58(1):45-61.

[3]周一星.城市地理学[M].上海:商务印书馆,1995:96-134.

[4]方创琳,杨玉梅.城市化与生态环境交互耦合系统的基本定律[J].干旱区地理,2006 29(1):1-8.

[5]方创琳,黄金川．西北干旱区水资源约束下城市化过程及生态效应研究的理论探讨[J]．干旱区地理,2004,27(1):1-7．

[6]赵旭,吴孟.区域城市化与城市生态环境耦合协调发展评价—基于全国30个省区市的比较[J].重庆工商大学学报,2007.12,17(6):73-78.

[7]郭晓鸣,廖祖君.论我国城市化与可持续发展[J].可持续发展,2006 (2):83-86.

[8]方创琳.耗散结构理论与地理系统论.干旱区地理,1 989,1 2(3): 51-56.

[9]万本太,王文杰等.城市生态环境质量评价方法[J],生态学报, 2009.3(29):1068-1073.