李伯華， 陳 容， 劉沛林1，， 竇銀娣

(1.衡陽師范學院 湖南省人居環(huán)境學研究基地， 湖南 衡陽 421002；

2.衡陽師范學院 資源環(huán)境與旅游管理系， 湖南 衡陽 421002;

3.華中農業(yè)大學 公共管理學院， 武漢 430070)

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湖南省人居環(huán)境與經濟耦合發(fā)展的時空演變研究

李伯華1，2,3*， 陳 容2， 劉沛林1，2， 竇銀娣2

(1.衡陽師范學院 湖南省人居環(huán)境學研究基地， 湖南 衡陽 421002；

2.衡陽師范學院 資源環(huán)境與旅游管理系， 湖南 衡陽 421002;

3.華中農業(yè)大學 公共管理學院， 武漢 430070)

利用耦合度評價模型，計算了2000年～2012年湖南省及14個市(州)的耦合度指數(shù)，并對耦合度時空演變特征進行了分析，研究結果顯示：(1)從整體態(tài)勢來看，湖南省人居環(huán)境綜合指數(shù)、經濟發(fā)展綜合指數(shù)和耦合度指數(shù)呈現(xiàn)良好的上升趨勢；(2)從時間序列來看，湖南省人居環(huán)境與經濟發(fā)展耦合狀態(tài)經歷了低水平耦合時期和頡頏耦合時期，已進入了良性耦合階段；(3)從空間尺度來看，耦合度指數(shù)空間上呈現(xiàn)東部高、西部低的格局.(4)從耦合度指數(shù)增長幅度來看，湘東和湘北地區(qū)增長幅度明顯放緩，湘西和湘中地區(qū)增幅較快.從耦合度指數(shù)的絕對差距來看，區(qū)域差距呈現(xiàn)縮小態(tài)勢.

人居環(huán)境； 經濟發(fā)展； 耦合度； 時空演變

改革開放以來，隨著中國城市化和工業(yè)化的快速推進，城鄉(xiāng)居民生活水平和居住空間得到較大改善，但也引發(fā)了一系列人地關系危機，體現(xiàn)在生態(tài)系統(tǒng)破壞、區(qū)域空間沖突和社區(qū)文化衰微等方面.因此，如何在保障經濟快速發(fā)展的同時，協(xié)調好與人居環(huán)境之間的關系，已經成為人類發(fā)展進程中的突出問題，成為包括地理科學在內的各學科面臨的重要課題之一[1].人居環(huán)境系統(tǒng)和經濟發(fā)展系統(tǒng)是兩個復雜的巨系統(tǒng)，系統(tǒng)之間存在著交互耦合的關系.所謂耦合是指兩個 (或兩個以上) 系統(tǒng)或運動形式通過各種相互作用而彼此影響的現(xiàn)象[2].一方面，良好的人居環(huán)境為經濟發(fā)展提供了穩(wěn)定的外部條件和持續(xù)的發(fā)展動力，改善人居環(huán)境是經濟發(fā)展能不能可持續(xù)發(fā)展的重要保障.另一方面，經濟發(fā)展為人居環(huán)境改善奠定了堅實的物質基礎，是人居環(huán)境建設的前提和基礎.因此，在弄清兩個子系統(tǒng)相互作用和相互制約的關系基礎上，需要保持兩系統(tǒng)的協(xié)調發(fā)展，才能實現(xiàn)環(huán)境-經濟系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展.

近年來，城市產業(yè)結構的升級調整和新農村建設的全面開展，為開展人居環(huán)境建設和研究提供了良好的條件，研究視野也從不同空間尺度的人居環(huán)境評價[3-7]轉向多學科的融合研究，其中，人居環(huán)境與經濟耦合發(fā)展等問題引起了學者們的持續(xù)關注.從研究對象來看，城市人居環(huán)境與經濟耦合發(fā)展規(guī)律是學者們關注的焦點，相關成果較多，如熊鷹[1]、李雪銘[8]、李雙江[9]、張正勇[10]、朱志玲[11]、申海元[12]等人分別研究了長沙市、大連市、石家莊市、烏魯木齊市、銀川市和西安市等城市的人居環(huán)境演變與經濟耦合發(fā)展的現(xiàn)狀與對策.從研究尺度來看，除了城市尺度外，研究成果含蓋了縣級城鎮(zhèn)[13]、大都市區(qū)[14]、城市群[15]和全國區(qū)域[16]的人居環(huán)境與經濟耦合發(fā)展規(guī)律.上述研究側重于從時間維度、指標構建和評價方法等角度研究某個區(qū)域人居環(huán)境演變與經濟耦合發(fā)展程度，忽視了從空間維度研究省域尺度的人居環(huán)境演變與經濟發(fā)展的耦合關系以及區(qū)際間的比較和內部差異性.本文正是在湖南省大力推進新型城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略基礎上，從時間和空間兩個維度探索湖南省人居環(huán)境與經濟耦合發(fā)展的時空演變規(guī)律以及內部差異性，為實現(xiàn)湖南省“兩型社會”建設目標、促進湖南省可持續(xù)發(fā)展提供理論支撐和決策依據(jù).

1 研究方法

本研究選取湖南省域及各個地級市州為研究單元，這主要是考慮到研究對象在地域空間和經濟實體上具有獨立性，社會經濟和環(huán)境數(shù)據(jù)相對完整、延續(xù)性強.社會經濟和環(huán)境數(shù)據(jù)主要來自《湖南省統(tǒng)計年鑒(2001-2013年)》和湖南省統(tǒng)計信息網.

1.1 評價指標體系的建立

人居環(huán)境和經濟發(fā)展是兩個相對獨立的系統(tǒng)，每一個系統(tǒng)又由若干個指標組成，涉及面非常廣，為了科學的反映二者耦合關系，需要分別構建各自的綜合評價體系.由于兩個子系統(tǒng)涉及的因素較多，評價指標體系必須遵循全面性、層次性、精簡性和可得性原則.全面性原則是要求指標盡可能的反映系統(tǒng)功能和效率；層次性則是強調了指標體系的邏輯性，避免指標之間因相互包含而降低對評價對象的解釋能力；精簡性要求各指標包含信息量大，語義明確、清晰；可得性是指各指標信息來源渠道要客觀，數(shù)據(jù)信息易獲得，具有可操作性.根據(jù)以上原則，建立了人居環(huán)境與經濟耦合發(fā)展評價指標體系，分別選取了20項人居環(huán)境系統(tǒng)評價指標和20項經濟發(fā)展系統(tǒng)評價指標(如表1).

表1 湖南省人居環(huán)境與經濟發(fā)展耦合發(fā)展評價指標體系

1.2 原始數(shù)據(jù)處理與權重確定

本文運用極差標準化法對原始數(shù)據(jù)進行無量綱化處理，極差標準化法適用于量綱不同、數(shù)量大小不一的連續(xù)性原始數(shù)據(jù)的變換，變換之后的數(shù)據(jù)有統(tǒng)一的量綱，其最大值為1，最小值為0，所有數(shù)據(jù)均在0～1之間.其計算公式為：

對正向指標：

對負向指標：

人居環(huán)境與經濟發(fā)展的綜合指數(shù)由系統(tǒng)內部各指標綜合評價獲得，其中，關鍵問題是指標權重的確定.目前，確定指標權重的方法很多，主要有德爾菲法、層次分析法、人工神經網絡法、主成分分析法和熵值法等.德爾菲法主觀性較強，過程復雜，結果不易控制.層次分析法系統(tǒng)性強，簡潔實用，但當指標過多時，權重的特征值和特征向量難以確定.人工神經網絡法具有非線性的特點，在應用中只需對神經網絡進行專門問題的樣本訓練，就能給出待解決問題的結果，但涉及到影響因子較多的時候，易出現(xiàn)預測精度不高的問題[17].主成分分析旨在利用降維的思想，把多指標轉化為少數(shù)幾個綜合指標，簡單易操作，但缺點是不能明確的判斷各數(shù)據(jù)降維的條件是否成立，結果往往有一些偏差[18].熵值法反映了信息的無序化程度， 可用來度量信息量的大小，在確定權重時對主觀因素的處理方面具有較大優(yōu)勢，適合評估人居環(huán)境與經濟發(fā)展各指標的影響程度.其計算步驟如下：

(2)對指標j做比重變換：

(3)計算指標j的熵值：

(4)計算指標j的權重：

表2 湖南省人居環(huán)境與經濟發(fā)展系統(tǒng)指標權重

1.3 耦合度評價模型

耦合是一個物理學概念，是指兩個或者兩個以上系統(tǒng)通過各種相互作用而彼此影響的現(xiàn)象.從系統(tǒng)學和協(xié)同學的角度來看，系統(tǒng)由無序走向有序的關鍵在于系統(tǒng)內部各序參量之間的協(xié)同作用，它左右著系統(tǒng)演變的速率和方向，耦合度就是衡量這種協(xié)同作用強度的有效指標.基于此，本文將人居環(huán)境與經濟發(fā)展兩個系統(tǒng)之間相互作用、彼此影響的程度定義為“人居環(huán)境-經濟發(fā)展”系統(tǒng)耦合度.根據(jù)上述概念，借助物理學中的容量耦合系數(shù)模型，建立耦合度評價模型[2，19]：

式中，c為系統(tǒng)耦合度；ui為各子系統(tǒng)的綜合評價值，是直接影響系統(tǒng)耦合度大小的關鍵變量.由于本文僅評估人居環(huán)境與經濟發(fā)展兩個子系統(tǒng)間的耦合度，故n=2.原始數(shù)據(jù)經無量綱化處理后，ui取值范圍在0～1之間，由此決定了系統(tǒng)耦合度c值也在0～1之間，且c值越大，表明耦合度越高，各子系統(tǒng)之間協(xié)同發(fā)展的趨勢越明顯，反之亦然.在借鑒前人研究成果基礎上[2，16，19]，將耦合度在0～1之間進行等級劃分(如表3).

表3 人居環(huán)境與經濟發(fā)展系統(tǒng)耦合度分級

2 湖南省人居環(huán)境與經濟發(fā)展耦合度的實證分析

2.1 省域尺度的人居環(huán)境與經濟發(fā)展耦合度的時空演變

根據(jù)上述評價方法和耦合度計量模型，分別計算了湖南省2000年～2012年人居環(huán)境綜合指數(shù)、經濟發(fā)展指數(shù)和耦合度指數(shù)(如圖1).從整體態(tài)勢來看，人居環(huán)境綜合指數(shù)、經濟發(fā)展綜合指數(shù)和耦合度指數(shù)呈現(xiàn)良好的上升趨勢.人居環(huán)境綜合指數(shù)從2000年的0.26上升到2012年的0.89，指數(shù)值增長了3.4倍，平均年增長率為10.8%.經發(fā)展綜合指數(shù)從2000年的0.11上升到2012年的0.85，指數(shù)值增長了7.7倍，平均年增長率為19%，而耦合度指數(shù)則從2000年的0.28上升到2012年的0.66，指數(shù)值增長了2.4倍，平均年增長率為7.4%.經濟發(fā)展綜合指數(shù)明顯快于人居環(huán)境綜合指數(shù)，也就造成了耦合度增長幅度相對較慢.

圖1 湖南省人居環(huán)境和經濟發(fā)展綜合指數(shù)及耦合度

從時間序列來看，2000年～2002年，湖南省人居環(huán)境與經濟發(fā)展耦合度均低于0.3，屬于低水平耦合階段，主要原因是經濟發(fā)展水平較低，粗放式發(fā)展模式引起的環(huán)境問題較突出，相應的人居基礎設施建設緩慢.2003年～2007年，是湖南省社會經濟快速發(fā)展的關鍵階段，經濟發(fā)展綜合指數(shù)和人居環(huán)境綜合指數(shù)同步快速上升，系統(tǒng)耦合度也從2003年的0.32上升到2007年的0.49，耦合階段也由低水平耦合階段上升到頡頏耦合階段.2008年～2012年，隨著湖南省“兩型社會”改革試驗區(qū)的全面啟動，湖南省進入了又快又好的發(fā)展階段，經濟發(fā)展質量顯著上升，人居環(huán)境建設持續(xù)提質，系統(tǒng)耦合度上升到新的臺階，指標值到達了0.66，即進入了良性耦合階段.

從圖1可以看出湖南省人居環(huán)境與經濟發(fā)展耦合度指數(shù)一直保持著上升趨勢，這表明人居環(huán)境與經濟發(fā)展兩大系統(tǒng)協(xié)調發(fā)展態(tài)勢良好.一般認為，人居環(huán)境是經濟發(fā)展的基礎和前提，經濟發(fā)展是人居環(huán)境建設的強大動力，二者存在明顯的相關性.為了進一步驗證耦合度的實際價值以及弄清二者之間的本質聯(lián)系，利用SPSS軟件對湖南省2000年～2012年人居環(huán)境綜合指數(shù)和經濟發(fā)展綜合指數(shù)進行了相關性分析.結果顯示，Kendall相關系數(shù)、Spearman相關系數(shù)和Pearson相關性系數(shù)分別為0.941、0.985和0.990，各種顯著性檢驗均能通過.說明湖南省人居環(huán)境系統(tǒng)與經濟發(fā)展系統(tǒng)存在明顯的空間對應關系，系統(tǒng)耦合度的時空演變具有較強的解釋意義.

2.2 市域尺度的人居環(huán)境與經濟發(fā)展耦合度的時空演變

為了更深入了解湖南省人居環(huán)境與經濟發(fā)展耦合度的內部差異，利用耦合度評價模型，計算了湖南省14個市(州)2000年、2005年、2010年和2012年的耦合度指數(shù)，并對耦合度時空演變特征進行了分析(如圖2).

圖2 湖南省市域尺度的人居環(huán)境與經濟發(fā)展耦合度的時空演變圖

2.2.1 耦合度指數(shù)整體呈現(xiàn)上升態(tài)勢 通過計算可知，長沙市耦合度指數(shù)一直占據(jù)了4個年度的第1名，排前3位的城市相對穩(wěn)定，但有起伏，2000年，前3位的城市是長沙市、株洲市和岳陽市.2005年，前3位的城市是長沙市、株洲市和常德市(岳陽市).2005年以后，特別是在長株潭城市群被確立為“兩型社會”改革試驗區(qū)以后，長株潭3市一直保持著前3名位置.2000年和2005年排名最后3位的城市依次為益陽市、吉首市和張家界市，2010年以后，排名最后3位的城市依次為懷化市、吉首市和張家界市.但從總體來看，各市州耦合度指數(shù)均呈現(xiàn)上升態(tài)勢，14個市州耦合度指數(shù)平均值分別由2000年的0.40、2005年的0.43上升到2010年的0.49和2012年的0.53，耦合狀態(tài)也由頡頏時期進入了良性耦合時期.從圖2中4個年度的顏色變化也可以看出進入良性耦合階段的城市越來越多，說明從整體上人居環(huán)境與經濟發(fā)展耦合度呈現(xiàn)逐漸提高趨勢.

2.2.2 耦合度指數(shù)空間分異特征明顯 從圖2可以看出，耦合度指數(shù)空間上呈現(xiàn)東部高、西部低的格局.2000年和2005年，東部長沙市耦合度指數(shù)最高，分別達到了0.63和0.66，已經處于良性耦合時期.而西部吉首市和張家界市則還處于低水平耦合階段，耦合度指數(shù)均低于0.3，東西部耦合度指數(shù)差距高達0.38.2010年和2012年是湖南省各市州人居環(huán)境建設和經濟發(fā)展較快的年份，耦合度指數(shù)快速上升，但“東高西低”的空間格局并沒有發(fā)生太大變化.進一步把湖南省分為湘北、湘南、湘中、湘東和湘西五大地理區(qū)域，可發(fā)現(xiàn)耦合度指數(shù)呈現(xiàn)明顯空間分異特征.從4個時間斷面上來看，湘中地區(qū)和湘西地區(qū)耦合度指數(shù)均低于當年全省平均水平，湘北地區(qū)和湘東地區(qū)耦合度指數(shù)均高于當年全省平均水平，而湘南地區(qū)均與當年全省水平相當.從耦合度的級別來看， 2005年以后湘東地區(qū)平均耦合度均超過0.5，進入了良性耦合階段，湘北地區(qū)2010年以后也達到了良性耦合狀態(tài)，這說明該區(qū)域人居環(huán)境建設與經濟發(fā)展保持了較強的同步性和協(xié)調性.湘中和湘南地區(qū)直到2012年才整體進入良性耦合時期，湘西地區(qū)耦合度指數(shù)保持上升態(tài)勢，但一直沒有達到良性耦合狀態(tài).

這種空間格局的形成是多因素驅動的結果，一是自然因素，如湘西和湘中地區(qū)大多處于生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)，經濟建設的環(huán)境壓力較大、成本高、效率低，而湘東和湘北地區(qū)則主要是平原和低丘地區(qū)，生態(tài)壓力相對較??；二是經濟因素，湘東和湘北地區(qū)一直是湖南省經濟發(fā)展先發(fā)地區(qū)，特別是在湖南省“突出核心，點軸發(fā)展，強化長株潭城市群的核心作用”的區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略影響下[20]，湖南省各市州之間的經濟差異，特別是東西部地區(qū)經濟差距不斷擴大；三是基礎配套設施因素.湘東和湘北地區(qū)內部網絡化交通格局已經形成，各種物質流、信息流和人力資源流等匯集于此，推進了該區(qū)域人居環(huán)境基礎設施的建設.湘南地區(qū)近幾年在高鐵效應的輻射下，人居環(huán)境基礎設施建設快速推進，系統(tǒng)耦合度指數(shù)也穩(wěn)步上升.而湘西地區(qū)在經濟實力有限的情況下，人居環(huán)境基礎設施投入相對不足.

2.2.3 耦合度指數(shù)內部級別差異顯著 根據(jù)表3中人居環(huán)境與經濟發(fā)展耦合度的分級劃分依據(jù)，可以看出耦合度指數(shù)內部級別差異顯著.總體來看，4個時間段里處于頡頏耦合階段的城市最多，并呈現(xiàn)下降趨勢.2000年和2005年頡頏耦合階段的市州有11個，2010年下降至10個，2012年迅速下降至4個.良性耦合階段的市州數(shù)量總體呈現(xiàn)上升趨勢，但增長幅度不穩(wěn)定，先緩慢增長后快速增長，2000年和2005年兩個時間點上沒有增長，2010年增長為4個，2012年快速增加到10個.分年度來看，2000年和2005年低水平耦合階段、頡頏耦合階段和良性耦合階段的市州比率相同，分別為：14%、79%和7%.2010年3階段百分比分別為：0%、71%和29%，到2012年3階段百分比為：0%、29%和71%，良性耦合階段的市州已經超過了2/3，但沒有城市進入更高級別的耦合發(fā)展階段，內部耦合級別差異依然明顯.

2.2.4 耦合度指數(shù)差距呈現(xiàn)縮小趨勢 盡管湖南省耦合度指數(shù)空間分異格局基本穩(wěn)定，但應看到各市州正在努力縮小差距.從耦合度指數(shù)增長幅度來看，湘東和湘北地區(qū)增長幅度明顯放緩，湘西和湘中地區(qū)增幅較快.湘東地區(qū)平均耦合度由2000年的0.49上升達2012年的0.64，增長幅度達到了30.6%.而湘西地區(qū)平均耦合度由0.30增長到0.45，增長幅度達到了50%，增長速度明顯高于湘東地區(qū).盡管湘中地區(qū)平均耦合度增幅只有27.5%，但也比湘北地區(qū)平均22.2%的增幅要高.從耦合度指數(shù)的絕對差距來看，2000年最高耦合指數(shù)與最低耦合度指數(shù)相差0.38，2005年差距縮小為0.35，2010年進一步縮小為0.31，2012年差距僅為0.28.由此可見，隨著湖南省整體經濟水平的提升以及生態(tài)文明理念的貫徹實施，湖南省各市州人居環(huán)境建設與經濟發(fā)展協(xié)調性進一步強化，區(qū)域差距呈現(xiàn)縮小態(tài)勢.

3 結論與討論

利用耦合度評價模型，計算了2000年～2012年湖南省及14個市(州)的耦合度指數(shù)，并對耦合度指數(shù)時空演變特征進行了分析，研究結果顯示：

(1)從整體態(tài)勢來看，湖南省人居環(huán)境綜合指數(shù)、經濟發(fā)展綜合指數(shù)和耦合度指數(shù)呈現(xiàn)良好的上升趨勢；從時間序列來看，2000年～2002年，湖南省人居環(huán)境與經濟發(fā)展耦合度均低于0.3，屬于低水平耦合階段.2003年～2007年，耦合階段由低水平耦合階段上升到頡頏耦合階段.2008年～2012年，系統(tǒng)耦合度上升到新的臺階，進入了良性耦合階段.

(2)從市域尺度來看，各市州耦合度指數(shù)均呈現(xiàn)上升態(tài)勢，14個市州耦合度指數(shù)平均值分別由2000年的0.40、2005年的0.43上升到2010年的0.49和2012年的0.53，耦合狀態(tài)也由頡頏時期進入了良性耦合時期.

(3)耦合度指數(shù)空間上呈現(xiàn)東部高、西部低的格局.湘中地區(qū)和湘西地區(qū)耦合度指數(shù)均低于當年全省平均水平，湘北地區(qū)和湘東地區(qū)耦合度指數(shù)均高于當年全省平均水平，而湘南地區(qū)均與當年全省水平相當.

(4)從耦合度指數(shù)增長幅度來看，湘東和湘北地區(qū)增長幅度明顯放緩，湘西和湘中地區(qū)增幅較快.從耦合度指數(shù)的絕對差距來看，2000年最高耦合指數(shù)與最低耦合度指數(shù)相差0.38，到2012年差距縮小為0.28，區(qū)域差距呈現(xiàn)縮小態(tài)勢.

(5)本研究也存在不足之處，比如文中只計算了兩大系統(tǒng)的耦合度指數(shù)，對系統(tǒng)間的協(xié)調度沒有計算，可能會影響最終用結論準確程度；基于計算和分析問題的方便，評價指標的權重沒有考慮各個市州的特殊性；兩大系統(tǒng)的耦合機制沒有深入研究，這也是下一步研究的重點內容.

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Temporal-spatial evolution of the coupling development between the human settlement environment and economic development in Hunan Province

LI Bohua1，2,3， CHEN Rong2， LIU Peilin1，2， DOU Yindi2

(1.Research Establishment for Hunan Settlement， Hengyang Normal University， Hengyang，Hunan 421008;2.Department of Geography & Tourism Management， Hengyang Normal University， Hengyang，Hunan 421008；3.College of Public Administraiton, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070)

By using coupling degree model， this paper calculates the coupling degree indexes of the 14 cities in Hunan province from 2000 to 2012 and analyzes the temporal-spatial evolution characteristics of the coupling degree. The results are as follows: 1)the human settlement environment comprehensive index， economic development comprehensive index and coupling degree index have steadily increased in Hunan province; 2)from the angle of time， the coupling state of human settlement environment and economic development has entered a benign coupling stage after experiencing a low level coupling period and antagonized coupling period; 3) form the angle of spatial pattern， the coupling degree index is higher in the east areas while lower in the west areas; 4) the increase of the coupling degree indexes have slowed down in eastern and northern Hunan， while the coupling degree indexes in western and central Hunan have increased quickly; 5) the regional gap in absolute coupling degree index has gradually narrowed in Hunan province．

human settlement environment; economic development; coupling degree; temporal-spatial evolution

2014-10-16.

國家自然科學基金項目(41101163)；湖南省自然科學基金創(chuàng)新研究群體基金項目(12JJ7003)；湖南省社會科學規(guī)劃項目(12YBA035);中國博士后基金項目(2014M560611).

1000-1190(2015)01-0125-07

X821

A

*E-mail: libeny_2058@163.com.