城市化与生态环境系统是一种竞合关系，系统以及要素之间存在不断的时间和空间双维度的正负反馈，进而产生系统整体的涨落与演进。两个系统的耦合是人与自然协调发展的重要一环，两者在时间上的互馈演化关系一直是科学界关注的重要问题。

城市化与生态环境在时间维度上的演进是否存在规律性，能否用函数曲线进行表达？

为回答这个问题，我们在环境库兹涅茨曲线EKC理论基础上，提出了城市化-环境库兹涅茨曲线假说（UEKC）。该假说认为城市化与生态环境演化关系曲线符合“U型”曲线规律，即随着城市化率的不断升高，生态环境质量先呈下降趋势，当城市化发展到一定阶段时，曲线出现拐点，生态环境质量开始趋于好转。本研究将城市化率作为表征城市化进程的变量，从水、土、气、生等几个维度选取表征生态环境质量的关键变量，构建一个综合的生态环境质量指数（eco-environmental quality index，EQI）。基于原有的EKC曲线假设，一方面以城市化率（UR）替代经济增长指标，一方面在当前注重人居环境质量背景下，以生态环境质量指数代替传统的环境污染指标，从而扩展了原有理论验证范围。借鉴EKC理论，将城市化率作为生态环境变化的解释变量，构建Urbanization-environmental Kuznets curve（UEKC）曲线模型为：

其中，i、t分别表示不同的区域和时间；lnECI_it为生态环境质量指数的对数形式；α_it为特定的截面效应；lnUR_it和(lnUR_it)²分别表示城市化率的对数一次和二次形式；ε_it为模型的随机误差项；同时，可以计算曲线的拐点：

G=exp(-β1/(2β2))                             

对城市化-环境库兹涅茨“U型”曲线在坐标系中进行分类。不同区域的UEKC曲线应该是不同的，可能有以下四种基本类型（图1）：

a. “快生快降”类型，指生态环境质量随城市化增长先快速下降再快速恢复的过程；

b. “缓升缓降”类型，指生态环境质量受城市化影响不太大，质量缓降而后又恢复；

c. “快降缓升”类型，指随城市化率增长，生态环境质量快速下降，后缓慢回升过程；

d. “缓降快升”类型，指随城市化率增长，生态环境质量前期受到的负向影响缓慢，到城市化后期迅速得以改善的过程。

图1   城市化-环境库兹涅茨曲线（UEKC）四种基本类型

基于5个特大城市群数据（京津冀、长三角、珠三角、成渝、长江中游），运用固定效应面板数据模型，得到城市化与生态环境质量指数的耦合曲线方程为包含对数和二次项的复合函数（图3），表达式为lnEQI = 3.06 − 1.93lnUR + 0.25(lnUR)2，该曲线也可以分解成包含一个反比例函数和二次函数的分段函数。根据这一函数曲线，5个特大城市群生态环境质量好转的拐点大概是城市化率达到47%，符合UEKC曲线假设，且属于“快降缓升”的“U型”曲线类型，说明生态环境破坏后的恢复可能是一个漫长的过程，中国城市化正处在转型时期，生态环境承载能力趋于饱和，生态环境质量在多主体博弈下已经很难恢复到城市化初级阶段时的状态。

图2 中国五大城市群城市化与生态环境的UEKC拟合曲线

该研究拓展了经典的环境库兹涅茨曲线，提出UEKC曲线假设，并在中国城市群尺度进行验证，发现耦合曲线为对数二次项复合函数，经验性拐点为47%。本研究提出的假说有待更多区域和更多尺度的案例进行检验。该成果对于指导和预判未来我国高质量城市化发展具有参考价值。相关成果发表在Ecological Indicators。 

论文信息：Fang C, Liu H, Wang S. The coupling curve between urbanization and the eco-environment: China’s urban agglomeration as a case study[J]. Ecological Indicators, 2021, 130: 108107. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1470160X2100772X