武汉城市圈社会经济与资源环境系统耦合作用的时空结构

摘要：建立都市圈社会经济-资源-环境系统（ERE）评价指标体系，构建系列ERE耦合作用模型，系统揭示武汉城市圈ERE复合系统耦合作用的时空规律：①时间演化上，ERE复合系统耦合度和协调度波动变化明显。耦合度发展曲线为S型，呈动态螺旋上升趋势；协调度呈剧烈波动变化态势；协调发展度增长迅猛，整体呈直线上升态势；整个ERE复合系统内部或要素之间不断交互作用，与外界环境不断进行熵流交换，呈现一开放的、渐变与突变、自组织与他组织相互交织演替的递嬗过程，发展函数上表现为一动态的螺旋上升曲线，是一个开放的复杂巨系统。②空间分异上，ERE系统耦合度呈“串形”等级规模结构，空间集聚性明显，形成两大空间板块；协调度呈“纺锤形”等级规模分布，空间呈一定弱集聚效应和相关作用，形成两个高值区、多个中值区和两个低值区；社会经济-资源-环境系统空间分异明显，等级规模结构失衡呈“纺锤形”、“串字形”等不均衡态势。③区域类型上，耦合作用强度和协调程度空间不对称，形成磨合良好协调、磨合濒临失调、拮抗优质协调、拮抗良好协调、拮抗中级协调、拮抗初级协调、拮抗勉强协调七大区域类型。

关键词：耦合作用；时空结构；ERE复合系统；武汉城市圈

中图分类号 F291.1文献标识码 A 文章编号 1002-2104（2014）05-0145-08

经济-资源-环境（EconomyResourceEnvironment System， 简称ERE）发展是当今世界人地关系的焦点问题，其耦合程度关系到一个国家（或地区）社会经济可持续发展水平，相应耦合协调机理研究受到学术界（地理学、生态学、系统科学、经济学等）和决策界的广泛关注[1]。

国外学者对于ERE系统耦合研究起源于19世纪末，从英国学者霍华德的“田园城市”构想[2]，到环境经济学、资源经济学和生态经济学等学科理论体系的建立，社会-经济-资源-环境系统的相互作用关系研究领域不断深化、成果不断涌现，形成理论与实证、定量与定性分析相结合的研究范式：①研究方法上，大量计量模型涌现，如基于生态经济学角度的通用平衡模型、环境经济决策与多目标规划模型、区域计划多方案模拟模型[3-5]，基于资源经济学角度的环境-资源-经济一体化核算体系（SEEEA）[6-7]。②研究内容上，从全球-区域的宏观领域到城市内部的微观领域，集中于不同区域类型、经济发展水平的生态环境效应辨识，以城市-区域尺度研究为主。从经济-生态环境相互作用角度，美国环境经济学家Grossman和Krueger提出著名的环境库兹涅茨曲线（EKC）假设[8]。从经济-资源相互作用角度，美国生态学家 Brown M.T.和意大利生态学家 Ulgiati S.提出了能值可持续指标（ESI）[9]。从经济-资源-环境相互作用角度，Slesser M.系统研究了区域资源与人口增长、经济发展、社会进步、环境污染之间的相互关系[10]。

国内学者于20世纪70年代开始了ERE系统的耦合协调发展研究，以区域PRED系统为主要研究对象，集中在协调发展的理论阐述和定量实证两方面。理论研究上，方创琳等揭示了城市化与生态环境的动态耦合关系，运用耗散结构与生态需要理论，建立二者耦合协调的基本定律[11]。马世俊构建了城市-生态系统论，揭示社会、经济、自然三个亚系统的相互作用机制[12]。实证研究上，主要包括国家或省区等大尺度[13]，集中于资源环境脆弱的西部地区[14]和社会经济发展迅猛的东部沿海地区[15]，以及单个城市等小尺度[16]，主要关注资源型城市的产业升级与续接，对于城镇群体中尺度空间的研究力度相对薄弱[17-18]。

当前，国内外研究空间尺度多集中于“广域”（国家或省区）和“城域”（城市内部）范围，对于都市圈（群）的实证研究有待加强，研究对象多探讨社会经济与资源、社会经济与环境相互耦合作用关系，社会经济-资源-环境三系统耦合作用研究不多见。基于此，以武汉城市圈为例，建立ERE系统评价指标体系，构建耦合-协调相互作用模型，定量分析都市圈社会经济-资源-环境系统相互耦合作用的时空结构，以期为中国“两型”都市圈空间协调发展提供理论借鉴和实践指导。

1 研究方法

1.1 构建评价指标体系

2.1.1 耦合度发展曲线表现为S型，呈动态螺旋上升态势

整个耦合度时序曲线先上升，再下降，后上升，总体划分为缓慢上升（1978-1989年）、缓慢下降（1990-1999年）、快速上升（2000-2012年）三个阶段（图1）。耦合度整体呈上升趋势，由拮抗型逐渐发展到磨合型阶段，社会经济在高速发展的同时，日益重视资源节约、生态修复、环保投入等，资源环境系统不断优化，整个社会经济-资源-环境系统不断由无序向有序演化，系统在渐变中不断跃迁至良性发展态。

2.1.2 缓慢上升阶段（1978-1989年）

武汉城市圈ERE系统耦合度的时序变化呈缓慢上升状态，其变化幅度由0.35持续上升至0.54，耦合特征从拮抗型发展到磨合型。期间，经济体制不断由计划经济向“市场经济”转轨，社会经济发展逐步开放搞活，进而为资源利用和环境保护提供支持，整个圈域ERE系统耦合发展表现出社会经济引导性特征，即系统的耦合优化取决于社会经济的快速发展。

2.1.3 缓慢下降阶段（1990-1999年）

武汉城市圈ERE系统耦合度的时序变化呈缓慢下降趋势，从1990年的0.53，逐渐下降到1999年的0.37，整个圈域ERE系统从磨合型下滑到拮抗型。十年里，社会经济整体上呈高速发展，甚至呈现“泡沫状”，不断突破资源环境的承载力，资源浪费、生态衰退和环境污染日益突出，促使这一时期的ERE系统耦合度的时序变化呈缓慢下降趋势。

2.2 ERE系统协调度的时序变化

2.2.1 协调度整体呈剧烈波动变化态势

1978-2012年30多年里，ERE系统协调状态不断优化，整体上呈上升趋势，社会经济-资源-环境逐渐呈良性发展趋势，可以分为四个阶段：快速上升阶段（1978-1983年）、停滞不前阶段（1984-1995年）、剧烈振荡阶段（1996-2003年）、波动上升阶段（2003-2012年）（图1）。

2.2.2 快速上升阶段（1978-1983年）

六年内整个ERE系统协调状态除1982年外，整体呈快速上升态势，协调度由最初0.54迅猛增长到期末的0.89，由勉强协调迅速上升到良好协调态，表明了改革开放对ERE系统协调态的优化驱动作用。这一时期整个城市圈ERE系统仍处于和谐上升态势，但存在像1982年剧烈冲突引致的协调态“突变”现象。

2.2.3 停滞不前阶段（1984-1995年）

武汉城市圈ERE系统协调度的时序变化大体呈缓慢下降态势，协调度由1982年的0.89缓慢下降到1995年的0.78。但这种缓慢渐变下降累积的结果便是整个圈域协调态发生质变，由起初的良好协调态跌至中级协调态。一定程度反映出，社会经济高速发展的同时，资源环境承载力不断下降，资源约束和环境掣肘日益突现，整个圈域ERE系统不断呈退化态势。

2.2.4 剧烈震荡阶段（1996-2003年）

1997年金融危机爆发以来，武汉城市圈ERE系统协调度时序变化出现剧烈振荡，系统协调态在优质-良好-中级-初级-勉强-濒临协调态间等级跳跃，整个圈域社会经济、资源和环境相互作用强烈，协调关系变化剧烈，系统极不稳定和平衡，社会经济-资源-环境的协调作用在波动中急剧下降，1999年跌入波谷（0.42），尽管政策调控力度不断加大，使得若干年份圈域ERE系统协调至优质协调态（1998年的0.91），但仍然无法有效阻止整个圈域ERE系统不断退化。

2.2.5 快速上升阶段（2003-2012年）

2002年末，湖北省委省政府提出“武汉城市圈”发展战略，城市圈域城际分工和合作日益紧密，社会经济发展日益科学和可持续；2007年末，武汉城市圈获批“两型社会”综合配套改革试验区，循环经济和低碳经济发展步伐不断加快，自主创新和体制改革日益深入，资源利用水平不断提高，环境保护力度持续加大，生态文明意识日渐增强，整个圈域ERE系统协调发展度逐渐走向良好、优质协调状态。

3 ERE系统耦合作用的空间分异规律

3.1 ERE系统耦合度的空间分异

3.1.1 空间差异不明显，整体耦合水平不高

2012年，县域（其中地级市鄂州市和县直管市仙桃、天门和潜江视作县域看待）ERE耦合度空间差异较小，圈域ERE系统耦合作用强度保持低水平态势。县域绝大部分耦合度数值集中在0.37-0.50之间，极差不足0.2，空间分异系数仅0.122，耦合度区域分布呈类正态分布（耦合度较大和较小的空间单元比例很小），整体耦合作用水平不高，耦合等级集中在磨合型和拮抗型发展阶段，社会经济-资源-环境的相互作用强度不大。

3.1.2 等级规模呈“串形”，形成相对连片的空间板块

耦合度等级较集中，全部为磨合型（10个）和拮抗型（32个）两种，其他耦合等级缺失，呈现“串形”结构，表明武汉城市圈总体产业结构层次较低，以外延型增长为主，产业结构和布局多雷同重复，在资源耗用、环境影响、经济增长方面具有很大相似性；两大类型空间分布相对集中，以拮抗型为主。其中，拮抗型县域广泛分布连片，形成拮抗型基底空间，而磨合型县域分布较零散，呈跳跃式展布于孝感、黄冈、黄石和武汉四市局部地区（图2）。

（3）拮抗型优质协调型：咸安区、江夏区、蔡甸区、武穴市、东西湖区、赤壁市等6个县域。六个县域社会经济、资源、环境发展水平普遍偏低，三者协调程度处于优质

状态。社会经济发展相对落后，资源环境赋存丰富，社会经济与资源环境耦合作用不够强烈，处于良好协调水平，但这种协调共振状态建立在较低的社会经济、资源和环境系统发展水平基础上（表2）；

（4）拮抗型良好协调型：浠水县、大悟县、嘉鱼县、黄梅县、新洲区、通城县、汉南区、红安县、蕲春县、安陆县、罗田县、江岸区、崇阳县等13个县域。以上县域社会经济发展相对落后，资源环境赋存丰富，社会经济与资源环境耦合作用不够强烈，处于良好协调水平，但这种协调共振状态建立在较低的社会经济、资源和环境系统发展水平基础上（表2）；

（5）拮抗型中级协调型：通山县、口区、江汉区、武昌区。四个县域社会经济、资源、环境三个系统耦合度较低，协调度位于中等水平，表现为拮抗型中级协调（表2）；

（6）拮抗型初级协调型：阳新县、汉阳区、黄陂县、洪山区和麻城市。五个县域社会经济、资源、环境三个系统发展水平明显滞后于圈域其它城市，社会经济发展严重滞后，社会经济与资源环境处于弱关联作用和初级协调态（表2）；

（7）拮抗型勉强协调型：汉川区、鄂州市、潜江市、天门市和仙桃市，这五个区域社会经济、资源和环境发展水平较低，其中社会经济发展水平相对较低，资源发展处于较低发展状态，环境发展水平相对较高，整个ERE复合系统整体不够协调（表2）。

4 结 论

（1）社会经济-资源-环境系统耦合作用表现为一

反馈作用过程。随着社会经济增长水平的不断提高，社会经济系统对资源环境系统的干扰程度不断增加，环境系统则通过自身的再生和修复能力，维持自身系统的结构和功能，同时也对社会经济系统产生一定程度的反馈作用。具体表现为：社会经济发展、资源能源消耗和地域扩张对资源环境产生胁迫（袭夺）和资源环境通过环境选择、人口驱逐、资源争夺和政策干预对产业发展产生约束（抗逆）两个方面。社会经济和资源环境系统正是通过这种相互作用过程，形成了具有复杂性、不确定性和适应性特征的社会经济-资源-环境复合系统（ERE系统）。