2017年1月，北部湾城市群获批为国家级城市群，范围包括广西壮族自治区南宁市、北海市、钦州市、防城港市、玉林市、崇左市，广东省湛江市、茂名市、阳江市和海南省海口市、儋州市、东方市、澄迈县、临高县、昌江县，寄希望于“建设面向东盟、服务‘三南’、宜居宜业的蓝色海湾城市群”^[1]。同时，作为全国海洋经济发展“十三五”规划的重点发展区域之一，北部湾沿岸及海域发展的功能定位是构建西南地区面向东盟的国际出海主通道、打造西南中南地区开放发展新的战略支点、形成“丝绸之路经济带”与“21世纪海上丝绸之路”有机衔接的重要门户。中国最后一片净海与处于后发展阶段的区域特质，如何打造为蓝色海湾城市群，经济与环境的协调发展将是其急需破解的关键问题，而分析该区经济与环境发展的耦合特征及其时空演变格局，对该区明晰当前经济发展与环境协调性，选择合适的经济发展与生态文明建设模式具有重要参考意义。

环境库兹涅茨曲线(environmental kuznets curve，EKC)以人均收入与环境污染指标之间的演变模拟来表明经济发展对环境污染程度的影响^[2-3]。作为表征环境与经济耦合关系的重要手段，环境库兹涅茨曲线自20世纪90年代以来受到了相关研究领域的广泛关注。Panayotou于1993年根据Kuznets提出的人均收入水平与收入不均等的倒“U”型拟合模型，将环境质量与人均收入的关系定义为环境库兹涅茨曲线^[3]；其后，EKC的研究与应用逐渐得到推广，例如，Lindmark发现瑞士的经济增长与CO₂排放量的EKC关系为倒“U”型^[4]；Cole对环境库兹涅库曲线的实证分析，认为有意义的EKC存在于大气环境方面的研究^[5]；而Bruyn发现经济与环境的EKC模型不仅呈现倒“U”型，还出现“N”型^[6]；此外，Paudel发现水污染中氮、磷、溶解氧等环境指标与收入水平的EKC模型也呈现“N”型^[7]。目前关于中国大城市的EKC实证研究中，大多研究结果证实其环境质量存在先恶化后改善的关系^[8]，EKC理论在我国海洋环境与区域经济发展关系方面的案例中也得到了证实，比如，徐胜证实环渤海地区环境与经济的EKC模型基本符合倒“U”型^[9]；盖美发现辽宁沿海地区人均收入水平与工业废水排放量的EKC模型大体呈现倒“U”型^[10]；范帅邦分别对辽宁沿海6个城市的经济与环境关系进行分析，发现葫芦岛、丹东、盘锦、营口的EKC模型基本符合倒“U”型，而锦州、大连则符合正“U”型^[11]；赵丽玲对辽宁沿海经济带经济增长与海洋环境质量综合水平的量化研究中发现大连和丹东地区的EKC呈正“U”+倒“U”型，而其他子区呈现倒“U”+正“U”型^[12]；焦苗运用EKC理论探讨我国沿海地区陆海经济发展与海域环境的关系，发现1991—2010年我国沿海省市经济增长与近岸海域环境污染的关系呈现倒“N”型、倒U型、单调递增以及单调递减等四种形态^[13]。由此可见，EKC理论在我国海洋环境与区域经济发展关系方面的研究中发挥了重要作用。

环境库兹涅茨曲线定性表征了具有环境与经济发展的耦合特征，伴随研究的定量化发展，学者们进一步通过建立协调发展的指标体系，得出具体的协调发展程度指标系数来判断协调度。盖美在对大连市水环境与经济协调程度的研究中，通过环境经济发展协调系数模型计算发现大连市环境与经济发展并不协调^[14]；而用同样的方法研究辽宁省其他城市，发现其环境与经济发展较协调^[10]。可见，协调系数在环境与经济发展关系的定量化研究中具有重要意义。

上述研究实践表明，环境库兹涅茨曲线与协调系数相互补充，有利于揭示与地区实际情况相符的经济与环境耦合特征。因此，本文选择北部湾城市群主要沿海地区(钦州市、北海市、防城港市、湛江市、茂名市、阳江市、海口市)经济与环境数据为数据源，综合分析该区经济发展状况和环境时空演变趋势，并综合运用环境库兹涅茨曲线(EKC)和协调系数，评估该区经济发展与环境的耦合特征，以期为北部湾蓝色海湾城市群环境与经济的可持续发展提供科学依据。

1   数据来源与方法

1.1   研究区概况

北部湾城市群的规划范围包括南宁市、北海市、钦州市、防城港市、玉林市、崇左市、湛江市、茂名市、阳江市、海口市、儋州市、东方市、澄迈县、临高县、昌江县。鉴于数据获取程度(儋州市、东方市、澄迈县、临高县、昌江县的历年数据无法查获)，本文以其沿海城市，即北海市、钦州市、防城港市，湛江市、茂名市、阳江市和海口市为研究区(图 1)，分析其环境、经济发展及其两者耦合关系的时空格局。研究区坐标为19°32′00″N~22°41′02″N、107°27′00″E~112°21′51″E，研究区内地势平坦，港口、岸线、油气、旅游、农林资源丰富，属于热带、亚热带季风型海洋性气候，年均气温为22.0~24.2℃，年均降水量为1417~2362.6 mm，无结冰现象。北部湾城市群坐拥我国南部最大湾，是我国沿海、沿边开放的交汇地区，在我国与东盟开放合作的大格局中具有重要战略地位^[1]。同时，在“一带一路”倡议带动下，北部湾城市群向陆海双向开放合作，发展潜力巨大，将成为华南发展的热土。

图  1  研究区范围

Fig.  1  Study area

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1.2   数据来源

本文拟采用北部湾城市群沿海城市(防城港市、钦州市、北海市、湛江市、茂名市、阳江市、海口市)的GDP、人均GDP数据来表征经济发展指标，工业废水排放量、居民生活废水排放量、总废水排放量数据表征环境指标，主要来源于2006—2016年的《广西统计年鉴》^[15]、《海南统计年鉴》^[16]、《广东统计年鉴》^[17]、《中国城市统计年鉴》^[18]以及《2008年海口市经济和社会发展统计公报》^[19]，2006—2014年的《中国海洋统计年鉴》^[20]，以及《2012年湛江市国民经济和社会发展统计公报》^[21]和《海南省水资源公报》^[22]，因2008年钦州市工业废水排放量数据无法查获，故本文环境污染指数中排除2008年钦州市工业废水排放量。

1.3   研究方法

1.3.1   环境库兹涅茨曲线数理模型

以环境库兹涅茨曲线(EKC)数理模型(主要是基于对人均收入的二次方程和三次方程)来分析经济增长与环境污染之间的关系能详细反应一个区域的环境污染状况随经济发展的变化趋势，表达式为^[23-24]：

或

式中:Y_t是因变量，为t时期的海洋环境污染物量，由于近海海域80%污染物来源于陆源输入^{[10, 13]}，因此本文选择北部湾城市群主要沿海城市居民生活废水排放量和工业废水排放量来分析北部湾城市群海洋环境与经济发展的耦合关系；X_t是自变量，为人均GDP；β₀，β₁，β₂，β₃为模型参数；ε_t为t时期的标准误差项。

用SPSS软件测度并检验北部湾城市群人均GDP与环境污染物排放量之间的相关性，然后分别通过上述数理模型进行二次方程和三次方程回归分析拟合，选取拟合优度高的方程作为环境污染指标与经济增长指标的函数表达式，生成北部湾城市群经济增长与环境污染之间的关系模型表，并对经济发展与环境污染相互关系模型所表征的意义进行释义。

在EKC模型中，人均GDP与环境指标数据拟合曲线形状的不同表征了经济与环境的不同耦合关系^{[2, 13]}：EKC模型拟合曲线单调增长，表明经济水平提高的同时环境质量下降；拟合曲线单调下降，表明经济增长的同时境质量提高；拟合曲线呈倒“U”型，表明随着经济水平提升，环境质量先恶化后好转；拟合曲线呈现“U”型，即在经济发展水平较低阶段，环境质量随着经济增长而提高，在经济发展水平较高阶段，环境质量随着经济的增长而下降；拟合曲线呈现“N”型，表明随着经济的增长，环境质量先下降再提高，而后回转恶化；拟合曲线呈现倒“N”型，表明随着经济的增长，环境质量先提高再恶化，而后好转。

1.3.2   环境经济协调发展系数

经济发展与环境保护既相互制约又相互促进，经济活动向环境排放的污染物量与经济水平之间的关系反映了环境保护与经济发展之间的关系。环境经济协调发展即是在经济发展的同时保护好环境，因此，选取污染物排放量平均增长率与国民生产总值年平均增长率之比来表征其协调发展程度，这个比值称为环境经济协调发展系数。相较于其他经济与环境协调发展方法，就沿海城市来说，协调系数通过废水排放量的综合指标，不仅能反映污染控制与环境建设的成果，还能直接与海洋环境质量直接联系起来，充分体现环境保护的具体成果^{[10, 25]}。

因此，为了解北部湾城市群海洋环境与经济协调发展的程度，本文采用环境经济协调发展系数，其模型为：

式中:α表示环境与经济协调发展系数。当α < 0时，环境质量随经济的增长而好转，即环境与经济协调发展；当α>0时，环境质量随经济的增长而恶化，环境与经济呈现不协调发展；当α=0时，环境质量随着经济的增长而保持当前水平，表明环境与经济发展处于基本协调的状态。

由于近海主要污染物来自陆源输入^[10]，为对应环境与经济的EKC关系研究，本文同样选取北部湾城市群主要沿海城市居民生活废水排放量和工业废水排放量为环境指标，其地区GDP和人均GDP为经济指标来分析北部湾城市群海洋环境与经济协调发展的程度。

1.3.3   数据处理

数据分析在SPSS 18.0和Microsoft Excel软件下完成，进一步借助ArcGIS软件制作图件。

2   结果与讨论

2.1   北部湾城市群海洋环境质量及其演变趋势分析

结合北部湾城市群废水排放情况研究海洋环境污染状况，2005—2015年北部湾城市群海洋环境总体呈现恶化-改善-恶化趋势(图 2)，2005—2010年期间北部湾城市群的总废水排放量呈上升趋势，至2010年已达50893万t；2011—2013年期间总废水量有所下降，2012年下降至43461万t，此时海洋污染状况好转；而后两年总废水量又大幅度上升，2015年高达54279万t，海洋环境随之恶化。生活废水排放量逐年增加，由2005年的23330万t上升至2015年的33487万t，工业废水存在较大波动，近年来有下降趋势。

图  2  北部湾城市群废水排放量变化趋势

Fig.  2  The variation of wastewater discharge in Beibu Gulf urban agglomeration

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从北部湾城市群各沿海城市来看，各市生活废水排放量均呈上升趋势，工业废水则不尽相同。其中钦州市和湛江市的工业废水排放量呈现先下降后上升的态势，总废水排放量也随之先下降后上升，湛江市废水排放量比其他6市相对较高，随着废水排放量的增加，2012—2016年湛江市近岸海域一类海水水域面积占比由25%下降至0%，而三类海水水域面积由无上升至16.7%，至2016年海水水质类别仍保持以第二类标准为主；2010—2016年钦州市的近岸海水质量日益下降，至2016年劣四类海水水域面积为33.3%，海域水质状况较差。防城港市的工业废水和总废水排放量呈现先上升后下降态势，近两年海域水质有所好转，2016年海域水质均达到或优于三类标准。北海市、茂名市和阳江市的废水排放量存在较大的波动，近年来存在回升趋势，2016年北海市、茂名市和阳江市海域海水总体上符合第二类海水水质标准。海口市的废水排放量呈现大幅度上升趋势，由2005年的7250万t上升至10877万t，此外，海口市废水排放量主要以生活废水为主，其排放量远高于其他沿海城市，近十年来海口市第一类海水水域面积呈下降趋势，目前其海域水质尚优于或符合第二类海水水质标准。生活污水排放量的日渐增加，该区在严控工业排污的同时，也应注意对生活污水的治理与管理工作。

2.2   北部湾城市群经济发展状况分析

北部湾城市群各市经济发展状况良好，地区GDP不断上升(见图 3)。以广东省的湛江市和茂名市的增长率最为显著，其地区GDP遥遥领先于其他的五个城市，分别达到了2380.02亿元和2445.63亿元。

图  3  北部湾城市群经济发展趋势

Fig.  3  Economic development of Beibu Gulf urban agglomeration

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从人均GDP来看，海南省的海口市人均GDP最高，增长率最大，其次是广东省的阳江市，而广西沿海的北钦防三市人均GDP较低。海南近年来注重产业结构的升级，以农业为主的第一产业比重下降，以海洋生态旅游为主的第三产业发展形势良好；而广西沿海的北钦防三市的工业基础较为薄弱，还处于工业发展初期，地区GDP与人均GDP都较低。

2.3   北部湾城市群海洋环境与经济发展的耦合特征分析

2.3.1   EKC数理模型分析

选用北部湾城市群陆源生活废水排放量、工业废水排放量、总废水排放量3个环境指标和人均GDP经济指标来分析其海洋环境与经济发展的关系。通过SPSS软件进行回归分析拟合，在EKC模型中，三次方程的拟合优度最高，即该区环境与经济的耦合关系以三次曲线拟合效果最佳。总体上，北部湾城市群海洋境与经济的耦合关系呈“N”型，表明在经济不断增长的同时，北部湾城市群的海洋环境质量变化明显，呈现恶化-改善-恶化的态势。工业废水与经济的耦合关系也呈“N”型，表明受工业影响的水环境质量先下降再提高而后回转恶化；而生活废水与经济的耦合关系呈正“U”型，表明受生活废水影响的水环境质量先好转后恶化。北部湾城市群环境与经济的环境库兹涅库曲线的实证研究说明了北部湾城市群整体上正处于经济与环境不协调发展阶段。从工业废水排放量方面来讲，北部湾城市群需要进行产业结构的调整，降低第二产业的比重；从生活废水排放量的角度来看，居民需要提高环保意识，节约用水。此外，急需加强对污水排放的治理力度，以达到减排、净排。

如表 1和图 4所示，钦州市、阳江市的海洋环境与经济发展的关系总体上均呈正“N”型趋势，其工业废水排废量也呈正“N”型，即在经济增长过程中，海洋环境质量呈现恶化-改善-恶化的态势。表明钦州市、阳江市的环境与经济发展不协调，尤其是钦州市作为集国家政府合作产业园、中国-东盟港口城市互联互通与合作机制、保税港、经济技术开发区、高新区等一系列优惠政策于一身的发展平台，近年来经济发展突飞猛进，虽然居民环保意识有所提高，但经济发展中工业园区的扩增致使近年来工业污水排放量有所回升，这印证了钦州市海洋环境与经济发展的正“N”型趋势特征，应加大对工业废水污染的管理力度，控制海洋环境逐渐恶化的趋势。值得一提的是，阳江市生活污水排放量均高于工业废水排放量，这得益于阳江市大力发展第三产业，在发展工业的同时注重环境保护，采取有效措施管理工业污水排放，但作为优秀旅游城市的阳江市，更应该重视对生活污水的治理与生态环境的保护。

表  1  北部湾城市群环境污染物与人均GDP的模拟结果

Tab.  1  Simulation results of environmental pollutants and per capita GDP in Beibu Gulf urban agglomeration

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图  4  北部湾城市群EKC关系

Fig.  4  Variation trend of EKC in Beibu Gulf urban agglomeration

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北海市和湛江市海洋环境与经济发展的关系总体上均呈倒“N”型，这意味着在北海市和湛江市经济增长过程中，海洋环境质量呈现改善-恶化-改善的变化态势。表明北海市和湛江市由经济与环境不协调的初期发展，经过治理后得到明显改善，正逐渐转向高增长低污染的经济与环境协调发展阶段。北海市和湛江市海洋环境与经济发展的倒“N”型关系特征与实际工业发展以及环境治理力度的变化基本一致，反映了北海市和湛江市海洋环境污染在一定的经济增长阶段可以通过调整产业结构、加大环境治理投资等措施得到有效改善。

海口市海洋环境与经济发展的关系呈单调上升的趋势，其中生活废水排放量也呈单调上升的趋势，即海口市海洋环境整体上随经济的发展不断恶化，表明海口市环境与经济发展不协调。与其他城市不同的是，海口市的工业废水排放量远低于生活废水排放量，且工业废水呈倒“N”型趋势，这与海口市经济状况较吻合，海口市作为一座旅游城市，其工业基础薄弱且正处于产业结构调整时期，第二产业的比重下降，以旅游业为主的第三产业比重上升，因此其海洋环境污染主要来源于生活废水排放。但海洋环境与旅游业的发展息息相关，海口市在大力发展第三产业的同时，更要注重对海洋环境的保护，实现环境与经济的协调发展。

防城港市、茂名市海洋环境与经济发展呈倒“U”型关系，其中工业废水排放量呈倒“U”型趋势，由于工业废水占比重较大，总废水变化趋势主要受工业废水影响。表明防城港市、茂名市海洋环境质量随经济的增长先恶化后改善。防城港市、茂名市基本符合西方发达国家工业化阶段的环境与经济的环境库兹涅茨模型拟合曲线特征，即从经济与环境不协调的发展初期，达到一定的发展水平后，经过环境治理发生转折，从而实现经济与环境的协调发展，这体现了工业城市的一般发展特征。

2.3.2   北部湾城市群海洋环境与经济发展协调度分析

北部湾城市群海洋环境与经济发展协调度的计算结果表明该区环境与经济发展总体上呈现不协调关系(图 5)。具体而言，茂名市经济与工业废水排放量、总废水排放量呈现协调发展关系，协调系数α分别为-0.153、-0.047，这印证了茂名市海洋环境与经济发展呈倒“U”型的协调发展关系；湛江市的工业废水排放量与经济发展呈现协调关系，协调系数α为-0.058，这与湛江市生活废水排放量与经济发展呈倒“N”型特征的协调发展结果一致；其余城市的各环境指标、茂名市的生活废水排放量、湛江市的生活废水排放量和总废水排放量与经济发展均不协调(协调系数α均大于0)。其中，钦州市工业废水排放量与经济发展的不协调性最强，这主要是因为钦州市以工业为主导产业，尤其重工业迅速发展，但环保投资跟不上工业发展速度，致使工业污水得不到及时的处理与控制，排放量持续增长，严重威胁海域环境。茂名市大力发展第三产业，在经济发展的同时注意环境的保护，致力于污水治理与控制，削减了工业废水排放量，因此环境与经济发展较为协调。防城港是以重工业为主导产业的港口工业城市，在发展初期工业废水大量排放加剧了海洋环境污染，经过有效的治理后，虽目前环境与经济发展关系仍未达到一定程度的协调关系，但正逐渐转向经济与环境协调发展的良性发展模式。

图  5  北部湾城市群海洋环境与经济发展协调度示意图

Fig.  5  Sketch map of coordination degree between marine environment and economic development in Beibu Gulf urban agglomeration

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协调度分析结果进一步印证了环境库兹涅茨曲线的拟合趋势，两者在揭示北部湾城市群实际情况相符的经济与环境耦合特征的研究结果具有一致性，即2005—2015年期间北部湾城市群海洋环境与沿海地区经济发展整体呈不协调发展关系。该区应结合其资源环境承载能力，落实环境保护的相关政策，努力实现北部湾蓝色海湾城市群环境与经济的协调及可持续发展。

3   结论

(1) 结合北部湾城市群的废水排放情况来研究海洋环境污染状况，2005—2015年北部湾城市群海洋环境总体上呈现恶化-改善-恶化的态势。基于地区生产总值与人均生产总值数据分析，北部湾城市群各市经济发展状况良好，地区生产总值和人均生产总值总体上持续增长。

(2) 北部湾城市群海洋环境与经济发展呈正“N”型关系，其生活废水排放量、工业废水排废量与经济发展的关系分别呈正“U”型和正“N”型；城市群七个沿海城市情况各异，其中北海市海洋环境与经济发展的关系呈倒“N”型趋势，钦州市海洋环境与经济发展的关系呈正“N”型，防城港市海洋环境与经济发展呈倒“U”型关系，湛江市海洋环境与经济发展的关系呈倒“N”型，茂名市海洋环境与经济发展的关系呈倒“U”型，阳江市海洋环境与经济发展呈正“N”型关系，海口市海洋环境与经济发展的关系呈单调上升的趋势。环境库兹涅茨曲线表明，在经济不断增长的同时，北部湾城市群的海洋环境质量呈现先恶化再好转，而后回转恶化的演变趋势，即海洋环境质量与经济发展不协调。北部湾城市群海洋环境与经济发展之间的耦合关系，主要受产业结构变化和环境政策的影响，环境库兹涅茨曲线的特征与相应阶段经济发展以及环境治理力度的变化基本吻合，进一步反映了沿海城市海洋环境污染在一定的经济增长阶段可以通过调整产业结构、加大环境治理投资等措施得到有效改善。

(3) 协调度分析结果也表明北部湾城市群的海洋环境与沿海地区经济发展总体上呈不协调关系(协调系数α为0.219)。各市中，茂名市的总废水排放量、工业废水排放量与经济发展呈协调关系(协调系数α分别为-0.047、-0.153)；湛江市仅工业废水排放量与经济发展呈现协调关系(协调系数α为-0.058)；除此之外，其余城市的各环境指标、茂名市的生活废水排放量、湛江市的生活废水排放量和总废水排放量与经济发展均不协调(协调系数α均大于0)。

(4) 本文基本探明了北部湾城市群海洋环境与沿海地区经济发展整体呈不协调关系，尚处于资源环境消耗型发展阶段。因此，要求统筹陆海资源配置、产业布局、生态保护、协调发展，统筹北部湾城市群各沿海城市间产业分工与布局协调发展。结合《全国海洋经济十三五规划》、区域发展战略和“一带一路”建设战略，优化经济布局，调整产业结构，提升层次；落实海洋生态保护红线制度，加强入海排污口污染总量控制和动态监测，实施强制保护和严格管控；鼓励开展产业节能减排、低碳发展的信息咨询和技术推广活动，推进经济与海洋环境持续健康发展，以实现北部湾蓝色海湾城市群的发展目标。