江蘇省城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合測度及空間沖突診斷

劉希朝，李效順※，陳 鑫，張馭航，李光亮，沈春竹

（1.中國礦業(yè)大學中國資源型城市轉(zhuǎn)型發(fā)展與鄉(xiāng)村振興研究中心，徐州 221116；2.自然資源部海岸帶開發(fā)與保護重點實驗室，南京 210095；3.清華大學地球系統(tǒng)科學系，北京 100084）

0 引言

改革開放以來，中國城鎮(zhèn)化率由1978 年的17.90%提高到2021 年的64.72%，以年均1%的增長速度在全球范圍內(nèi)領先，城市建成區(qū)面積由1981 年的0.70 萬km2擴張至2020 年的6.07 萬km2，增長了近9 倍且提前突破規(guī)劃指標[1]?？焖俪擎?zhèn)化在推動社會經(jīng)濟發(fā)展的同時，引發(fā)了耕地資源緊張、空間沖突升級、生態(tài)環(huán)境惡化及生態(tài)服務功能降低等一系列問題[2-3]，阻礙了城鎮(zhèn)化發(fā)展質(zhì)量的提升，給區(qū)域可持續(xù)發(fā)展帶來壓力與挑戰(zhàn)。隨著國家新型城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略的實施和生態(tài)文明建設的推進，研究城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境的交互關系，推進兩者協(xié)調(diào)發(fā)展，已經(jīng)成為現(xiàn)階段及未來研究的重點。

城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境之間存在密不可分的聯(lián)系，國內(nèi)外學者從不同視角，運用不同的方法開展了大量的研究。國外學者較早提出環(huán)境庫茲涅茲曲線、格蘭杰因果檢驗、脫鉤理論等研究環(huán)境問題與經(jīng)濟發(fā)展之間的關系[4-6]，國內(nèi)學者借鑒、改進后，主要將其應用于研究碳排放、能源利用、環(huán)境污染等與經(jīng)濟增長之間的關系[7-9]。然而上述3 個模型側(cè)重于兩者之間的單向影響，因此，物理學中的“耦合”概念被引入資源環(huán)境領域，學者們展開了對城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合的機理研究，提出了耦合魔方、耦合圈等理論模型[10-12]。在實證研究方面，耦合協(xié)調(diào)度模型廣泛應用于全國、省域、流域、城市群、城市等各尺度，學者們多通過單一代表性指標或構(gòu)建綜合評價指標體系，分析城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境之間的耦合協(xié)調(diào)關系[2,13-16]；在城市內(nèi)部，學者們多以土地利用數(shù)據(jù)為基礎，通過構(gòu)建城鎮(zhèn)化水平指數(shù)、景觀生態(tài)風險指數(shù)，分析兩者之間的耦合協(xié)調(diào)關系[3,17-18]。

總體而言，城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境關系的相關研究較為豐富，在研究內(nèi)容方面，多數(shù)采用單一或多個指標評價分析兩者的關系，在研究方法方面，多數(shù)運用耦合協(xié)調(diào)度等計量模型分析兩者之間的關系，缺少從空間格局視角分析兩者在空間上的沖突狀況，并且綜合數(shù)值耦合和空間沖突的研究文獻較少。鑒于此，本文融合指標數(shù)值和空間格局兩個視角，分析城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境的交互關系，提出差異化的發(fā)展建議，以期為區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展提供定量參考和決策依據(jù)。

1 研究框架與方法

1.1 研究框架

城鎮(zhèn)化是一系列因素演化和轉(zhuǎn)型的過程，不僅通過人口增長、經(jīng)濟發(fā)展和社會進步驅(qū)動區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化，其發(fā)展也需要生態(tài)環(huán)境本底條件的支撐，如資源承載能力、生態(tài)服務能力等，因此城鎮(zhèn)化與區(qū)域生態(tài)環(huán)境呈“動態(tài)權衡”發(fā)展態(tài)勢。生態(tài)環(huán)境涵蓋水、土、氣等諸多自然要素，自然資源開發(fā)利用的壓力會對城鎮(zhèn)化進程產(chǎn)生制約作用，生態(tài)環(huán)境的保護與改善也需要合理的城市發(fā)展和建設作為支撐，因此生態(tài)環(huán)境對城鎮(zhèn)化具有“制約調(diào)整”等影響。整體來看，城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境既有各自系統(tǒng)的演化規(guī)律，兩個系統(tǒng)之間又互相影響和支撐。促進兩系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展，將城市空間建設在適宜的生態(tài)環(huán)境空間上是實現(xiàn)區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展的前提。因此，本文構(gòu)建了如圖1 所示的研究框架。

圖1 研究框架Fig.1 Research framework

如圖1 所示，本文首先從指標數(shù)值耦合視角切入，構(gòu)建“人口-經(jīng)濟-社會”三位一體的綜合城鎮(zhèn)化評價體系和“壓力-承載-保護”互饋響應的生態(tài)環(huán)境評價指標體系，通過選取指標和確定權重測算綜合城鎮(zhèn)化水平及生態(tài)環(huán)境水平，進而運用耦合協(xié)調(diào)度模型測算城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)度并劃分耦合協(xié)調(diào)類型。其次，從空間格局沖突視角切入，綜合水源涵養(yǎng)、土壤保持和生物多樣性3 種生態(tài)服務功能，評價生態(tài)環(huán)境保護重要性并劃分等級，同時提取城鎮(zhèn)建設用地并分析其空間布局特征，進而通過空間疊加，得到建設用地在各等級中的占比情況，通過構(gòu)建空間沖突強度指數(shù)，診斷城鎮(zhèn)建設用地與生態(tài)環(huán)境保護重要性的空間沖突情況并劃分沖突等級。最后，融合雙視角分析結(jié)果，提出不同區(qū)域城鎮(zhèn)化和生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的差異化建議。

1.2 研究區(qū)概況

江蘇省地處中國大陸東部沿海地區(qū)，介于東經(jīng)116°18′～121°57′，北緯30°45′～35°20′之間，面積約10.72 萬km2，下轄13 個地級市（圖2）。2022 年地區(qū)生產(chǎn)總值122 875.60 億元，比上年增長2.80%，城鎮(zhèn)化率達到74.40%，近10 a 提升了14.18%，且始終比全國平均水平高出10%～15%。在經(jīng)濟迅速發(fā)展的同時，該地區(qū)也面臨著生態(tài)環(huán)境惡化、土地利用結(jié)構(gòu)不合理、建設占用生態(tài)用地等困境，尤其在同一政策環(huán)境下，江蘇省區(qū)域發(fā)展不協(xié)調(diào)問題突出，蘇北、蘇中和蘇南發(fā)展差異明顯：2021 年，蘇南、蘇中、蘇北城鎮(zhèn)化率分別為82.60%、70.60%和64.80%，蘇南生產(chǎn)總值（66 647.91億元）、工（企）業(yè)單位數(shù)量（32 139 個）大于蘇中和蘇北之和，蘇北的農(nóng)作物播種面積和糧食產(chǎn)量是蘇南的5 倍以上。江蘇省的發(fā)展是全國地區(qū)發(fā)展的縮影，也是長江經(jīng)濟帶、長三角城市群發(fā)展的重要支點，因此選擇江蘇省作為研究區(qū)，探索城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境之間的關系并提出發(fā)展建議，能夠為其他區(qū)域提供參考借鑒。

圖2 研究區(qū)位置Fig.2 Location of study area

1.3 數(shù)據(jù)來源與預處理

考慮數(shù)據(jù)可獲得性和研究可行性，本文將研究時段定為2000—2020 年，所用的數(shù)據(jù)包括：2000、2010 和2020 年土地利用數(shù)據(jù)、植被凈初級生產(chǎn)力數(shù)據(jù)、NDVI數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)（年降水量、年平均氣溫），均為柵格數(shù)據(jù)（分辨率1 km），DEM 數(shù)據(jù)（分辨率90 m），以上數(shù)據(jù)均來源于中國科學院資源環(huán)境科學與數(shù)據(jù)中心（https://www.resdc.cn/）；土壤屬性數(shù)據(jù)來源于世界土壤數(shù)據(jù)庫（HWSD）的中國土壤數(shù)據(jù)集（v1.1），分辨率1 km；社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)來源于《江蘇統(tǒng)計年鑒》《江蘇省國民經(jīng)濟與社會發(fā)展統(tǒng)計公報》、江蘇省13 個地級市的統(tǒng)計年鑒和統(tǒng)計公報以及住房與城鄉(xiāng)建設部、各地級市統(tǒng)計局、環(huán)保局等網(wǎng)站的信息。

運用ENVI 對2000、2010 和2020 年的土地利用柵格數(shù)據(jù)進行精度檢驗，3 期影像的綜合精度達91%以上，根據(jù)中國多時期土地利用遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)集（CNLUCC）的分類系統(tǒng)，在ArcGIS 中提取城鎮(zhèn)建設用地，并轉(zhuǎn)為矢量數(shù)據(jù)，以便分析城鎮(zhèn)建設用地擴張?zhí)卣鳌Ｔ贏rcGIS 中將DEM 數(shù)據(jù)重采樣為1 km 分辨率，運用分析工具中的坡度分析，提取坡度信息。在中國土壤數(shù)據(jù)集中，根據(jù)研究需要，主要獲取土壤屬性字段“T_USDA_TEX”用于計算土壤滲流因子，“T_SAND” “T_SILT” “T_CLAY”和“T_OC”用于計算土壤可蝕性因子。

1.4 研究方法

1.4.1 指標體系構(gòu)建及權重計算

通過檢索有關城鎮(zhèn)化、城鎮(zhèn)發(fā)展、區(qū)域發(fā)展、土地利用、生態(tài)環(huán)境等相關文獻，篩選影響較大和出現(xiàn)頻率較高的指標，再結(jié)合江蘇省實際發(fā)展情況，參考具體研究成果[2,13-14,19-20]，本文從人口、經(jīng)濟、社會3 個維度選取能夠表征城鎮(zhèn)化發(fā)展進程的10 個指標，評價綜合城鎮(zhèn)化水平，從壓力、承載和保護 3 個維度選取能夠表征自然條件和人為作用下生態(tài)環(huán)境狀況的10 個指標，評價生態(tài)環(huán)境水平。為消除量綱的影響，采用極差標準化法處理，并采用熵值法計算指標權重（表1）。

表1 綜合城鎮(zhèn)化水平和生態(tài)環(huán)境水平評價的指標體系Table 1 Index system for comprehensive urbanization level and ecological environment level evaluation

1.4.2 耦合協(xié)調(diào)度計算模型

城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合度的計算式如下所示[21-22]：

式中A、B分別代表該區(qū)域城鎮(zhèn)化和生態(tài)環(huán)境評價的得分（A、B通過表1 的評價指標體系計算得到），C為耦合度。但耦合度只代表各系統(tǒng)相互影響程度的強弱，并不能反映各系統(tǒng)之間是否是優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)。所以利用式（2）和式（3）計算城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)程度[19,21-22]。

式中L為耦合協(xié)調(diào)水平的綜合評價結(jié)果，α、β分別為城鎮(zhèn)化和生態(tài)環(huán)境的權重，D為耦合協(xié)調(diào)度。城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境對城市發(fā)展起同等重要的作用[2,10,13]，所以α=β=0.5。

運用相對發(fā)展指數(shù)（M）可以進一步厘清城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境的內(nèi)在聯(lián)系[22-23]，計算式如下：

基于耦合協(xié)調(diào)度D和相對發(fā)展指數(shù)M的測算結(jié)果，借鑒物理學的劃分標準，參考已有研究[20-23]，將城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)情況劃分為5 個一級類，15 個二級類（表2）。

表2 城鎮(zhèn)化和生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)類型Table 2 Types of coupling and coordination between urbanization and ecological environment

1.4.3 生態(tài)環(huán)境保護重要性評價

參考相關研究[15,24-28]，鑒于江蘇省自然本底特征與生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，考慮到數(shù)據(jù)獲取的有限性，本文選取具有代表性、能體現(xiàn)地區(qū)差異的水源涵養(yǎng)、土壤保持、生物多樣性3 種生態(tài)服務功能進行評價，評價模型參考《生態(tài)保護紅線劃定指南》和《資源環(huán)境承載能力和國土空間開發(fā)適宜性評價技術指南（試行）》為生態(tài)環(huán)境保護重要性等級劃分的依據(jù)。

1）水源涵養(yǎng)

水源涵養(yǎng)功能以水源涵養(yǎng)服務能力指數(shù)表示[27-29]，通過柵格計算器計算，計算式如下：

式中Wc為水源涵養(yǎng)服務能力指數(shù)，N為植被凈初級生產(chǎn)力（g/(m2·a)），F(xiàn)sic為土壤滲流因子，F(xiàn)pre為年平均降水量因子，S為坡度因子，均為無量綱因子[27-29]。

2）土壤保持

土壤保持功能采用改進的土壤流失方程計算[15,28,30-31]，通過柵格計算器計算，計算式如下：

式中Ap為土壤保持量，R為降雨侵蝕力因子，K為土壤可蝕性因子，SL為坡長因子，CV為植被覆蓋因子，P為水土保持措施因子，上述均為無量綱因子[30-31]。

3）生物多樣性維護

生物多樣性維護功能以生物多樣性維護能力指數(shù)表示[27-28]，通過柵格計算器計算，計算式如下：

式中Sbio為生物多樣性維護能力指數(shù)，F(xiàn)tem為年平均氣溫因子，F(xiàn)dem為高程因子，均為無量綱因子[27-28]。

4）綜合服務重要性

將上述3 類評價結(jié)果等權疊加得到綜合服務重要性，將其作為生態(tài)環(huán)境保護重要性等級劃分的依據(jù)，結(jié)合自然斷點法與經(jīng)驗知識，將生態(tài)環(huán)境保護重要性劃分為低、較低、中等和高4 個等級[25-28]。由于該方法運用NPP 指標，未考慮河流、湖泊等水源地，因此將水源地作為高等級區(qū)域進行疊加[28]。

1.4.4 建設用地擴張強度指數(shù)

建設用地擴張強度指數(shù)（E）能夠反映建設用地擴張的快慢[18,32]，計算式如下：

式中Ua為研究期初城鎮(zhèn)建設用地面積，km2，Ub為研究期末城鎮(zhèn)建設用地面積，km2，U為研究區(qū)總面積，km2，ΔT為研究時段，a。

1.4.5 空間沖突強度指數(shù)

參考有關空間沖突的研究[33-35]，本文通過定義“空間沖突強度指數(shù)”（IC）分析研究區(qū)建設用地與生態(tài)環(huán)境保護重要性的空間格局沖突，計算式如下：

式中Si為分布在第i級生態(tài)環(huán)境保護重要性等級的城鎮(zhèn)建設用地的面積（i表示低、較低、中等和高4 個等級），km2，Sc為城鎮(zhèn)建設用地總面積，km2。Fi表示城鎮(zhèn)建設用地與第i級生態(tài)環(huán)境保護重要性等級的沖突程度，生態(tài)環(huán)境保護等級越高，沖突程度越大，F(xiàn)i值越大。因此，對4 個等級進行賦值（低—1，較低—2，中等—3，高—4），并做歸一化處理。IC值越大，表明建設用地分布在生態(tài)環(huán)境保護等級越高區(qū)域的規(guī)模越大，即城鎮(zhèn)化發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護的空間沖突越嚴重。

2 結(jié)果與分析

2.1 城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境指標數(shù)值耦合分析

2.1.1 綜合城鎮(zhèn)化水平測算

2000—2020 年江蘇省綜合城鎮(zhèn)化水平不斷提升（表3），各地級市城鎮(zhèn)化水平差異擴大，說明區(qū)域內(nèi)部發(fā)展不均衡性增強。2000 和2010 年南京城鎮(zhèn)化水平最高，2020 年無錫城鎮(zhèn)化水平最高；2000 年宿遷城鎮(zhèn)化水平最低，2010 和2020 年連云港城鎮(zhèn)化水平最低；至2020 年，江蘇省城鎮(zhèn)化水平呈現(xiàn)南京、無錫和蘇州“領跑”的特征。

表3 2000—2020 年綜合城鎮(zhèn)化水平和生態(tài)環(huán)境水平評價得分Table 3 Evaluation scores for comprehensive urbanization level and ecological environment level during 2000-2020

市域變化對比可知，蘇南、蘇中南通和泰州以及蘇北宿遷，城鎮(zhèn)化水平呈穩(wěn)步上升趨勢，其中無錫和蘇州增加值最大，分別增加了0.30 和0.29；蘇中揚州、蘇北徐州、淮安和鹽城，城鎮(zhèn)化水平波動變化，但變化程度均較小。連云港的城鎮(zhèn)化水平出現(xiàn)了明顯的下滑，通過指標探究發(fā)現(xiàn)主要由人均社會固定資產(chǎn)、人均醫(yī)院數(shù)量下降，城鎮(zhèn)失業(yè)登記率上升引起。

從空間分布來看，城鎮(zhèn)化水平呈現(xiàn)“南高北低”的分布特征，從大到小依次為蘇南、蘇中、蘇北，且由全局自相關可知，2000、2010 和2020 年市域城鎮(zhèn)化水平的Moran’ I 分別為0.40、0.44 和0.50，均通過顯著性檢驗（P＜0.01），進一步驗證了江蘇省城鎮(zhèn)化水平的空間聚集性趨于增強。

2.1.2 生態(tài)環(huán)境水平測算

2000—2020 年江蘇省整體生態(tài)環(huán)境水平不斷提升（表3），各地級市生態(tài)環(huán)境水平差異縮小。2000、2010 和2020 年生態(tài)環(huán)境水平高值分別出現(xiàn)在南京、鎮(zhèn)江和南通；最低值出現(xiàn)在蘇州。

市域變化對比可知，大部分城市的生態(tài)環(huán)境水平呈上升趨勢：蘇南（除南京）、蘇中、蘇北徐州、淮安和鹽城的生態(tài)環(huán)境水平呈穩(wěn)步上升趨勢，其中，南通的上升幅度最大，由2000 年的0.33 增長到2020 年的0.76；蘇北連云港和宿遷的生態(tài)環(huán)境水平先上升后下降，整體上升。而南京的生態(tài)環(huán)境水平整體下降，通過指標探究發(fā)現(xiàn)，主要由2010 和2020 年人均水資源和人均耕地面積大幅度減少導致。

從空間分布來看，生態(tài)環(huán)境水平較為平均，未出現(xiàn)梯度分級現(xiàn)象，且由全局自相關可知，2000、2010 和2020 年市域生態(tài)環(huán)境水平Moran’ I 分別為0.18、0.05 和-0.19，未通過顯著性檢驗（P＞0.1），進一步驗證了該省生態(tài)環(huán)境水平的空間聚集性減弱，趨于離散分布。

2.1.3 耦合協(xié)調(diào)度測算及類型劃分

整體來看，2000—2020 年江蘇省城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)度不斷提升（圖3），反映出自2000 年以來江蘇省城鎮(zhèn)化水平提升的同時，生態(tài)環(huán)境也在逐步改善。2000 和2010 年南京耦合協(xié)調(diào)度最高，2020 年無錫耦合協(xié)調(diào)度最高；2000 年宿遷耦合協(xié)調(diào)度最低，2010 和 2020 年連云港耦合協(xié)調(diào)度最低。

圖3 江蘇省城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度Fig.3 Coupling and coordination degree between urbanization and ecological environment in Jiangsu Province

市域變化對比可知，除連云港外，其余12 市的耦合協(xié)調(diào)度均上升，其中南通上升幅度最大，由2000 年的0.58 上升至2020 年的0.78，由基本協(xié)調(diào)升至高度協(xié)調(diào)等級；南京、鎮(zhèn)江一直處于高度協(xié)調(diào)等級，無錫、蘇州、常州和揚州均由中度協(xié)調(diào)升至高度協(xié)調(diào)等級，泰州和徐州分別由輕度失調(diào)和基本協(xié)調(diào)升至中度協(xié)調(diào)等級；宿遷、淮安和鹽城分別由中/輕度失調(diào)升至基本協(xié)調(diào)等級。

從空間分布來看，江蘇省城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度呈現(xiàn)“南高北低”空間梯度分級現(xiàn)象。且由全局自相關可知2000、2010 和2020 年市域耦合協(xié)調(diào)度的Moran’ I 分別為0.39、0.44 和0.45，均通過顯著性檢驗（P＜0.01），進一步驗證了江蘇省城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度的空間聚集性趨于增強。

根據(jù)相對發(fā)展指數(shù)判斷城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境的內(nèi)在聯(lián)系（表4），從類型劃分和變化特征來看，蘇南、蘇中、蘇北的差異明顯。

表4 江蘇省城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)類型Table 4 Types of coupling and coordination between urbanization and ecological environment in Jiangsu Province

除鎮(zhèn)江外，蘇南各市由“高/中度協(xié)調(diào)—生態(tài)環(huán)境滯后”轉(zhuǎn)變?yōu)椤案叨葏f(xié)調(diào)—生態(tài)環(huán)境滯后”，此區(qū)域的城鎮(zhèn)化發(fā)展遙遙領先，生態(tài)環(huán)境水平的提升滯后于城鎮(zhèn)化；鎮(zhèn)江則表現(xiàn)為“高度協(xié)調(diào)—城鎮(zhèn)化滯后”，由于其位于南京和常州之間，受到兩市虹吸效應影響，經(jīng)濟發(fā)展受阻，城鎮(zhèn)化水平低于蘇南其余4 市。

蘇中的南通和揚州分別由“基本/中度協(xié)調(diào)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤案叨葏f(xié)調(diào)—城鎮(zhèn)化滯后”，南通注重生態(tài)保護，尤其在水氣土污染治理方面取得較大成效，且受到上海的輻射作用，大量的資金和產(chǎn)業(yè)流通，在一定程度上提升了城鎮(zhèn)化水平；揚州是大運河的原點，生態(tài)本底條件較好，伴隨經(jīng)濟發(fā)展，城鎮(zhèn)化水平雖有提升但仍滯后于生態(tài)環(huán)境水平。泰州由“輕度失調(diào)—城鎮(zhèn)化受阻”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸卸葏f(xié)調(diào)—城鎮(zhèn)化滯后”，泰州建市較晚，于1996 年由揚州劃出，城鎮(zhèn)化水平落后，但后期通過發(fā)展，城鎮(zhèn)化水平逐漸提升，基礎設施、綠地等內(nèi)部要素獲得同步發(fā)展，但仍存在高新技術缺乏、人才流失等問題。

蘇北的徐州由“基本協(xié)調(diào)—城鎮(zhèn)化滯后”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸卸葏f(xié)調(diào)—城鎮(zhèn)化滯后”，徐州地理位置優(yōu)越，水資源豐富，在蘇北5 市的經(jīng)濟發(fā)展中一直處于領先地位，且作為資源枯竭型城市轉(zhuǎn)型發(fā)展的代表，在采煤塌陷區(qū)生態(tài)修復和治理方面取得了較大成績，由以高耗能高污染的煤炭產(chǎn)業(yè)為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐怨I(yè)機械等制造業(yè)為主，生態(tài)環(huán)境逐步改善，但相較蘇南各市，缺少高新技術產(chǎn)業(yè)的支撐，在人口和經(jīng)濟城鎮(zhèn)化方面仍有較大提升空間；淮安、鹽城和宿遷由“中/輕度失調(diào)—城鎮(zhèn)化受阻”轉(zhuǎn)變?yōu)椤盎緟f(xié)調(diào)—城鎮(zhèn)化滯后”，3 市以農(nóng)業(yè)發(fā)展為主，耕地資源和水資源豐富，生態(tài)本底條件較好，且工業(yè)發(fā)展較為薄弱，污染物排放較少，因此生態(tài)環(huán)境水平強于城鎮(zhèn)化水平；連云港則由“輕度失調(diào)—城鎮(zhèn)化受阻”倒退至“中度失調(diào)—城鎮(zhèn)化受阻”，主要原因是連云港的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型較慢，社會發(fā)展資金投入較少，且受到上海港、舟山港、青島港的制約，并沒有發(fā)揮出港口優(yōu)勢，與其余各市的差距逐漸拉大。

至2020 年，蘇南整體呈現(xiàn)“高度協(xié)調(diào)—生態(tài)環(huán)境滯后”特征，蘇中整體呈現(xiàn)“高/中度協(xié)調(diào)—城鎮(zhèn)化滯后”特征，蘇北整體呈現(xiàn)“基本協(xié)調(diào)—城鎮(zhèn)化滯后”特征，由此可見，蘇南和蘇中耦合協(xié)調(diào)水平較高，且蘇南城鎮(zhèn)化水平的提升快于生態(tài)環(huán)境水平的改善。

2.2 城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境空間格局沖突診斷

2.2.1 城鎮(zhèn)建設用地擴張?zhí)卣?/p>

2000—2020 年，江蘇省城鎮(zhèn)建設用地不斷擴張，總面積由2000 年的2 803.66 km2增至 2020 年的8 513.35 km2，增幅達203.65%，擴張強度為0.28。2010—2020 年的擴張強度遠大于2000—2010 年；2000—2010 年，各城市的擴張強度均小于0.35，60%以上城市的擴張強度小于0.10；2010—2020 年，60%以上城市的擴張強度大于0.35。表明隨著城鎮(zhèn)化進程的推進，建設用地擴張速度加快，各市之間的差距略有緩解但依然較大。

市域變化對比可知，蘇州擴張強度最大，城鎮(zhèn)建設用地由2000 年的461.17 km2擴張到2020 年的1 702.15 km2，擴張強度為0.72，其次是無錫，由2000 年的289.80 km2擴張到2020 年的861.30 km2，擴張強度為0.62，這與“后蘇南模型”興起，政府撤縣設區(qū)等區(qū)劃合并政策、開發(fā)區(qū)建設和配套公共設施建設有關；而鹽城、淮安、連云港的擴張強度較小，分別為0.11、0.15 和0.16，說明其城鎮(zhèn)建設仍處于發(fā)展期。與蘇南各市相比，蘇中和蘇北各市在2010 年之后才步入發(fā)展快車道。從空間分布來看（圖4），城鎮(zhèn)建設用地擴張強度呈現(xiàn)“南高北低”空間分布特征，由于長江經(jīng)濟帶的輻射作用，沿江城市的建設用地快速擴張，涌現(xiàn)沿長江發(fā)展的都市區(qū)。且由全局自相關可知2000—2020 年擴張強度指數(shù)的Moran’ I 為0.27，通過顯著性檢驗（P＜0.01），說明城鎮(zhèn)建設用地擴張空間聚集性明顯，進一步驗證了城鎮(zhèn)建設用地擴張的空間分異性。

圖4 江蘇省城鎮(zhèn)建設用地及其擴張強度的空間格局Fig.4 Spatial pattern of urban construction land and its expansion intensity in Jiangsu Province

2.2.2 生態(tài)環(huán)境保護重要性格局

通過疊加水源涵養(yǎng)、土壤保持、生物多樣性3 種生態(tài)功能評價結(jié)果及水源地，得到江蘇省生態(tài)環(huán)境保護重要性的評價結(jié)果（圖5），通過統(tǒng)計生態(tài)環(huán)境保護重要性各等級面積可知，低等級區(qū)面積占比先增后減，其余等級區(qū)面積占比先減后增，整體變幅較小。

圖5 江蘇省生態(tài)環(huán)境保護重要性空間格局Fig.5 Spatial pattern of the importance of ecological environment protection in Jiangsu Province

高等級區(qū)約占總面積的26%～28%，在蘇南、蘇中、蘇北均有分布：蘇北的連云港南部、徐州東南部與宿遷東北部交界處、宿遷北部與淮安西南部，大規(guī)模集中在駱馬湖、洪澤湖等水體以及低丘陵區(qū)域；蘇中的揚州北部、泰州北部，大規(guī)模集中在高郵湖、里下河湖泊群等水體以及里下河低洼平原區(qū)域；蘇南的蘇州西南部和無錫南部，大規(guī)模集中在太湖區(qū)域。這些區(qū)域在水源涵養(yǎng)、土壤保持和生物多樣性維持中發(fā)揮重要作用，需要重點保護。中等和較低區(qū)約占總面積的57%～63%，主要分布在低丘陵區(qū)域（以林、草地為主）以及耕地連片區(qū)。低等級區(qū)占比最小，但相對變幅較大，其主要分布在各市的城區(qū)及附近區(qū)域，該區(qū)域人口密度大、建設用地聚集，幾乎不發(fā)揮水源涵養(yǎng)以及土壤保持功能，生物多樣性功能較低。

2.2.3 空間沖突強度分析

通過空間疊加分析，可得到城鎮(zhèn)建設用地在生態(tài)環(huán)境保護重要性各等級中的分布情況，進而計算得到各市空間沖突強度指數(shù)，結(jié)合自然斷點法及經(jīng)驗知識將其劃分高（＞0.165）、較高（0.150～0.165）、較低（0.135～0.149）、低（＜0.135）4 個等級，等級越高，說明城鎮(zhèn)建設用地分布在生態(tài)環(huán)境保護重要性越高等級區(qū)域的面積越多，即城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境的空間沖突強度越大。

江蘇省整體空間沖突強度呈先下降后上升的趨勢，平均值由0.154 增加至0.160，沖突強度高和較高的地級市數(shù)量增加。如表5 所示，2000 年各市空間沖突強度介于（0.129～0.206）之間，沖突強度高的城市全部位于蘇北（徐州、連云港和宿遷）。2010 年各市空間沖突強度介于（0.117～0.166）之間，除淮安外，其余12 市的空間沖突強度均呈現(xiàn)不同程度的下降，大部分處于較高和較低等級，表明城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境空間沖突有所減緩。結(jié)合2000—2010 年的城鎮(zhèn)建設用地擴張?zhí)卣骱蜕鷳B(tài)環(huán)境保護重要性空間格局特征可知，在這一時間段內(nèi)，城鎮(zhèn)建設用地擴張強度較小，且生態(tài)環(huán)境保護重要性低等級區(qū)面積略有增加，高等級區(qū)和較高等級區(qū)略有減小，因此空間沖突有所減緩。2020 年各市空間沖突強度介于（0.126～0.196）之間，除鎮(zhèn)江略有下降外，其余12 市均上升，大部分處于高和較高等級，表明城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境的沖突進一步加劇。在2010—2020 年這一時間段內(nèi)，城鎮(zhèn)建設用地擴張強度明顯增加，且生態(tài)環(huán)境保護重要性低等級區(qū)大幅度減小，導致城鎮(zhèn)建設用地無序擴張過渡占用更高等級的生態(tài)環(huán)境保護空間，因此空間沖突加劇。

表5 江蘇省城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境空間沖突強度指數(shù)和等級Table 5 Intensity index and level of spatial conflict between urbanization and ecological environment in Jiangsu Province

對蘇南、蘇中和蘇北三大區(qū)域進一步分析可知，蘇北的空間沖突強度一直較高，原因是建設用地持續(xù)擴張但利用方式粗放、低效，且生態(tài)保護規(guī)劃存在不足，缺乏管控；蘇中的空間沖突強度變化最大，原因是為追趕蘇南發(fā)展，在追求城市發(fā)展建設的同時忽視了建設適宜性，占用了較多的生態(tài)空間；蘇南在平衡建設用地擴張與生態(tài)環(huán)境保護方面相對較好。至2020 年蘇中和蘇北的空間沖突強度遠大于蘇南地區(qū)。

在ArcGIS 中的地統(tǒng)計分析模塊，選擇趨勢分析功能，擬合江蘇省沖突強度在東西方向和南北方向的曲線，進一步判斷其空間差異情況，可以得到：2000 年，沖突強度在東西方向上由西向東呈下降趨勢，在南北方向由北到南呈下降趨勢；2010 年，東西方向的差距擴大，由西向東呈“拋物線”趨勢下降，同時南北方向的差距擴大，保持由北到南的下降趨勢，但中部區(qū)域有所提升；2020 年，東西方向的差距縮小，整體趨勢未變，中北部區(qū)域沖突強度上升導致南北方向的差距進一步擴大。綜上，2000—2020 年江蘇省城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境空間沖突強度總體上呈現(xiàn)西部大于東部（即內(nèi)陸大于沿海），北部大于南部的趨勢。

2.3 城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展對策

數(shù)值耦合結(jié)果可以反映城鎮(zhèn)化水平與生態(tài)環(huán)境水平的耦合協(xié)調(diào)情況，根據(jù)耦合協(xié)調(diào)度的高低和耦合協(xié)調(diào)類型，可以從指標視角提出發(fā)展建議?？臻g沖突結(jié)果可以反映城鎮(zhèn)化發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護的空間布局沖突，根據(jù)空間沖突指數(shù)的高低，可以從空間規(guī)劃與管制視角提出發(fā)展建議。根據(jù)上述分析結(jié)果可知，江蘇省各市的情況不同，城鎮(zhèn)化和生態(tài)環(huán)境的數(shù)值耦合情況與空間沖突情況并不完全一致。因此，本文融合兩個視角的研究結(jié)果，以2020 年各市的情況為基礎，提出差別化建議（表6），為城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展提供參考。

3 結(jié)論

本文構(gòu)建了基于指標數(shù)值耦合和空間格局沖突雙視角的城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境關系分析框架，以江蘇省為例開展實證研究，研究結(jié)論如下：

1）水平測度結(jié)果表明：2000—2020 年，江蘇省綜合城鎮(zhèn)化水平提升，其中蘇州和無錫提升幅度最大，空間上呈現(xiàn)“南高北低”的分布特征。整體生態(tài)環(huán)境水平提升，其中南通的提升幅度最大，生態(tài)環(huán)境的空間分布不聚集。

2）數(shù)值耦合測算發(fā)現(xiàn)：城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度提升，空間上呈現(xiàn)“南高北低”的分布特征，蘇南表現(xiàn)為“高度協(xié)調(diào)—生態(tài)環(huán)境滯后”，蘇中和蘇北徐州表現(xiàn)為“中/高度協(xié)調(diào)—城鎮(zhèn)化滯后”，蘇北表現(xiàn)為“失調(diào)/基本協(xié)調(diào)—城鎮(zhèn)化滯后（受阻）”。

3）空間格局識別顯示：2000—2020 年江蘇省城鎮(zhèn)建設用地擴張增幅達203.65%，蘇州擴張強度最大，鹽城最小，空間上涌現(xiàn)沿長江發(fā)展的都市區(qū)。生態(tài)環(huán)境保護重要性較低和中等等級的比例較大，高等級區(qū)集中在洪澤湖、太湖等水體、低洼平原以及低丘陵區(qū)域。

4）空間沖突診斷表明：城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境空間沖突強度呈先下降后上升的趨勢，平均值由0.154 增加至0.160，沖突強度高和較高的市域數(shù)量增加，沖突強度呈現(xiàn)西部大于東部、北部大于南部的布局特征。

基于以上研究結(jié)論，為促進區(qū)域城鎮(zhèn)化水平與生態(tài)環(huán)境水平協(xié)調(diào)發(fā)展，并將高質(zhì)量的城鎮(zhèn)化建立在適宜的生態(tài)環(huán)境條件上，本文提出以下建議：蘇南在保持城鎮(zhèn)化穩(wěn)步發(fā)展的同時，應針對工業(yè)排放、生活污染等短板指標，改善生態(tài)環(huán)境水平，其中南京、鎮(zhèn)江空間沖突顯著，應嚴格規(guī)范建設用地擴張。蘇中和蘇北的城鎮(zhèn)化水平有較大提升空間，增加資金投入、技術支撐和人才支持，同時發(fā)揮資源本底優(yōu)勢，進一步提升生態(tài)環(huán)境水平，其中揚州、泰州、徐州、連云港、宿遷的空間沖突顯著，應適當轉(zhuǎn)變、合理規(guī)劃建設用地擴張方向，嚴格劃定三區(qū)三線，加強空間管控，其余城市可穩(wěn)步引導建設用地適度擴張。

本文的研究結(jié)果及建議可以為江蘇省城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展提供定量參考和決策依據(jù)，同時彌補了從指標層面研究兩者關系的不足，融合指標數(shù)值和空間格局雙重視角更有助于提出符合省情的差別化協(xié)調(diào)發(fā)展對策。但本文也存在一定不足，一是指標權重的確定依賴樣本數(shù)據(jù)導致測度結(jié)果會有一定的誤差，二是從底層邏輯層面探究兩者交互機制的研究深度不足，下一步可運用時間序列的自然資源本底數(shù)據(jù)探索城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境交互耦合影響機制。