基于DPSIR概念模型的黃土丘陵區協調發展預測評估——以志丹縣為例

黨晶晶, 孫 斌

(1.西安工業大學 經濟管理學院, 西安 710021; 2.國網陜西省電力公司經濟技術研究院, 西安 710065)

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基于DPSIR概念模型的黃土丘陵區協調發展預測評估
——以志丹縣為例

黨晶晶1, 孫 斌2

(1.西安工業大學 經濟管理學院, 西安 710021; 2.國網陜西省電力公司經濟技術研究院, 西安 710065)

基于DPSIR概念模型，以志丹縣水土保持及退耕還林(草)示范區為實證研究對象，構建了驅動力—壓力—狀態—影響—響應因果關系的生態—經濟—社會系統協調發展預測評估指標體系，運用綜合指數模型計算了1997—2014年志丹縣的生態指數、經濟指數、社會指數，在此基礎上，通過灰色系統預測模型GM(1，1)分別對2015—2019年生態指數、經濟指數、社會指數進行預測，并采用變異系數協調發展模型評估其協調發展狀態。結果表明：志丹縣在2015—2019年，生態、經濟、社會指數預測值呈穩定上升趨勢，按上升速率排序為：社會指數>經濟指數>生態指數，三個系統間協調發展預測值均呈上升態勢，發展度>協調發展度>協調度，依據預測結果，在2015—2019年期間，志丹縣應在鞏固現有生態修復成果的基礎上，繼續以社會與經濟的發展為重點，加快經濟結構的調整，大力發展特色產業和民營經濟，并加大對科教文衛等公共事業的投入和管理力度等，從而促進生態、經濟、社會系統的持續協調發展。

DPSIR; 退耕還林(草); 生態—經濟—社會系統; 協調發展預測模型; 志丹縣

生態、經濟與社會系統的協調發展是目前區域可持續發展研究的熱點問題，對改善人類生存環境、全面發展經濟及社會具有重大意義[1]。黃土高原是我國生態系統較為脆弱的地區之一，該區具有豐富的煤炭石油資源稟賦，是我國重要的能源化工基地，如何促進該區域的生態、經濟、社會的協調發展，已成為眾多學者關注的重點[2]。退耕還林(草)工程作為黃土高原生態建設及綜合治理的主要措施，不僅對該區生態恢復有著巨大的推動作用[3-6]，提高了全民的生態意識，也在很大程度上調整了農村的經濟結構，使生態退化、農業面源污染(農藥、化肥)、糧食安全等眾多問題得到了有效的解決。因此準確預測及評估黃土丘陵區生態、經濟、社會的協調發展趨勢具有重要的意義[7-11]。

DPSIR概念框架由驅動力、壓力、狀態、影響、響應五個因子構成[12]，是對生態環境、經濟與人類社會系統間因果關系進行分析的一種有效方法[13-17]。基于此，本文在DPSIR概念框架下構建生態—經濟—社會系統協調發展評估指標體系，結合協調發展模型及灰色動態系統預測模型，以志丹縣為研究對象，預測評估其2015—2019年生態—經濟—社會協調發展程度，為志丹縣的協調全面發展提供依據。

1　研究區概況

志丹縣位于陜北黃土高原丘陵溝壑區(108°11′56″—109°3′48″E， 36°21′23″—37°11′47″N)。東接安塞縣，西北連靖邊縣、吳起縣，東南毗鄰甘泉縣、富縣，西南與華池縣、合水縣交界。志丹縣土地總面積達3 781 km2，其地貌類型屬于以梁峁為主體的黃土梁峁丘陵溝壑區。該區域石油探明儲量約達1億t，可供開發的面積為2 916 km2，具有埋藏淺、油質好、易開采等特點，石油工業占地區生產總值的92.4%，是工業體系中的主導，對經濟快速發展有極大的助推作用，也為農副產品加工業的發展提供了保障。然而石油、煤炭等能源過渡開采造成了植被破壞、水土流失嚴重等一系列生態環境問題。為了恢復該區生態環境，國家從1999年開始試點實施退耕還林(草)工程，先后歷經了大規模實施(1999—2005年)和鞏固恢復(2006—2014年)兩個階段，取得了顯著生態環境效應，其中小流域治理102條，水土流失治理面積23.80萬hm2，治理度達到71.1%，累計造林13.289萬hm2，平均造林成活率為94%，森林覆蓋率由1999年的21.5%提升到2014年的34%(圖1)。

2　研究方法

2.1評價指標體系

本文基于DPSIR概念模型，參照全面建設小康社會指標體系及中國社會科學院提供的主要社會指標體系[18]，建立了志丹縣生態—經濟—社會系統協調發展評價指標體系(表1)：在該區域資源型經濟發展的“驅動力”下，石油的需求和開發與日俱增，給生態系統帶來巨大的“壓力”，使生態環境、經濟總量及社會結構等“狀態”發生變化，嚴重“影響”著生存環境、經濟社會的持續性發展，通過退耕還林(草)的實施和轉變經濟發展方式等“響應”來解決生態、經濟與社會間的矛盾，維持系統間的協調性和持續性[19-20]。

圖1　1997-2010年志丹縣造林面積

2.2協調發展評價模型

本研究采用楊士弘、廖重斌等提出的變異系數協調發展模型，計算出1997—2014年志丹縣生態、經濟、社會綜合指數及協調發展度。

(1)

(2)

(3)

(4)

C(t)=αf(t,x)+βg(t,y)+δh(t,z)

(5)

(6)

式中：f(t，x)，g(t，y)，h(t，z)分別表示生態指數f(x)、經濟指數g(y)和社會指數h(z)在t時刻生態平衡狀態、經濟發展水平和社會進步程度；xi，yi和zi分別代表生態、經濟和社會系統第i個指標的特征值，與其對應的權重分別用α，β和δ來表示；B(t)為t時刻協調度；C(t)為t時刻發展度；D(t)為t時刻協調發展度。

2.3灰色系統GM(1，1)預測模型構建

基于生態、經濟、社會指數變化的不確定性，本文采用灰色系統預測模型GM(1，1)，對2015—2019年生態、經濟、社會綜合指數發展趨勢進行時序預測，然后利用變異系數協調發展模型，測算未來5 a生態、經濟、社會系統的協調發展水平。模型構建步驟如下[21-22]：

表1　協調發展評價指標體

(1) 一次累加生成處理

(7)

(2) 均值數列為X(1)的緊鄰均值生成的序列

(8)

(3) 建立X(1)(M)的一階微分方程(影子方程)

(9)

其中a和u為待定參數，可通過最小二乘法擬合得到，將u離散化，即滿足下式：

(10)

B為構造數據矩陣

(11)

(4) 微分方程X(1)所對應的時間響應函數模型為

(12)

式中：a為發展系數，u為灰色作用量，X1，X2為發展態勢。由上式計算得到的是在K+1時刻生成數列的預測值，對其累減運算即可求出原始數列的預測值，公式為：

(13)

將12式代入13式，則可得到原數列的預測值為：

(14)

其中X(1)(0)=X(0)(1)，k=1，2，…，n

(5) 模型檢驗(參差檢驗)

原始數據方差

(15)

殘差方差s2：

(16)

均方差比值c：

(17)

小誤差概率P：

(18)

式中：c值越小，p值越大時，則表明模型的精度越好，精度等級劃分見表2。

表2　精度檢驗等級表

(6) 納什系數

(19)

2.4數據來源及處理

本文涉及的經濟、社會數據來源于志丹縣1997—2014年的統計年鑒，部分數據來源于實地考察調研；生態環境數據來源于志丹縣氣象局、林業站以及周河志丹站長期定位觀測數據。并運用綜合指數模型測算出生態指數、經濟指數、社會指數(1997—2014年)，然后采用灰色系統預測模型預測出生態、經濟、社會三個指數預測值(2015—2019年)，以此作為預測協調發展水平的樣本數據來源。并對所收集的數據進行無量綱處理。

3　結果與分析

3.11997—2014年綜合指數變化分析

(1) 生態指數。志丹縣1997—2014年生態指數最低值為1998年的0.135，最高值為2014年的0.815，明顯高于18 a均值0.563，其整體呈波動式上升的趨勢(圖2)。大致劃分為1997—2003年，2004—2008年，2009—2014年三個階段，其中2000—2003年生態指數增幅高達71.4%，主要是因為退耕還林(草)工程進入大規模實施階段，植被覆蓋率明顯提升，水土流失有所緩解，生態環境得以改善；從2004—2008年退耕規模逐漸放緩，生態指數盡管有所下降，但整體仍高于經濟指數與社會指數；2009—2014年進入生態鞏固時期，生態系統日趨穩定，其平均值為0.754，與1997—2003年和2004—2008年相比分別增加了23%和16%；2009—2014年生態修復的后發效應逐漸顯現，截止到2014年，志丹縣森林覆蓋率達和水土流失治理度，分別達到69.2%和75.1%。

(2) 經濟指數。1997—2014年志丹縣的經濟發展水平存在較大差異，經濟指數均值為0.493，與1997年(0.087)經濟指數相比，2014年(0.871)是1997年的10倍(圖2)。其中1997—2005年為快速發展時期，經濟指數增加了47.6%，年均增幅5%，但整體水平較低，主要是由于退耕實施過程中，農業結構單一、第二、三產業才逐步壯大、粗放的經營方式等使地區生產總值、農民人均收入、工業總產值、地方財政收入均處于較低水平；2006—2014年經濟指數逐漸趨于穩中有增的態勢，經濟指數增加了29.6%，年均增幅3.7%，為穩定發展時期。

(3) 社會指數。志丹縣1997—2014年社會指數整體呈上升趨勢，2014年的社會指數較1997年增加了85.2%，年均增幅4.7%。在1997—2002年處于退耕還林的實施期，由于生態的時滯效應，資金的大量投入及社會進步緩慢，期間社會指數增幅較小，增加了16.3%，年均增幅2.7%；2007—2014年進入退耕還林鞏固期，生態效應初見效果，社區基礎設施的改善，社會結構及人民生活水平的調整與提高，使該時期社會指數增加了30.3%，年均增加率為4%，明顯高于同期的經濟指數與生態指數，社會進步顯著。

3.2綜合指數預測分析

依據志丹縣1997—2014年生態指數、經濟指數、社會指數，構建灰色預測模型方程，并對預測模型進行檢驗，確保預測2014—2019年的生態指數、經濟指數、社會指數的可信度。

圖21997-2014年生態-經濟-社會各指數變化趨勢

由表3可知，建立的生態指數函數預測模型精度基本可靠，Nash系數接近0，主要是與生態滯后效應及其不可預知的特性等因素有關，致使誤差大，但模擬結果總體可信；相比之下，建立的經濟與社會指數函數預測模型精度可靠，C值均小于0.35，p值均為1，Nash系數均接近1，精度很好，模型構建合理。

依據上述預測模型預測志丹縣(2015—2019年)

生態、經濟與社會指數的變化趨勢，對其排序為：社會指數>經濟指數>生態指數。其中社會指數預測在2015—2019年整體呈上升趨勢(圖3)，到2019年，社會指數較2015年將增加74.8%。由此可見，在退耕還林工程的后發效應及經濟持續發展的驅動下，社區綜合條件、人口及社會結構以及人民生活水平等方面將呈良性快速發展趨勢；經濟指數預測在2015—2019年整體呈直線上升趨勢，增幅為58%，其中2015—2017年增速比2018—2019年緩慢，表明隨著能源工業園區的逐步完善，能源開采技術和方式的不斷改進，經濟指數持續增加，經濟趨于持續穩定發展；生態指數預測整體呈穩定上升的趨勢，但與社會指數、經濟指數相比，整體增幅較小，2019年生態指數較2015年將增加27%。可見隨著退耕規模逐漸降低，進入生態鞏固恢復中長期，生態系統逐漸穩固。總之，該區域依托現有的能源產業，經濟仍保持發展態勢，并為社會進步提供支撐、保障。同時仍需繼續重視生態治理，持續鞏固現有的生態修復成果，充分發揮其后發優勢。

表3　指數預測模型與精度檢驗參數

3.3協調發展度預測分析

依據預測獲取的生態、經濟、社會指數，運用變異系數協調發展模型，對志丹縣協調度、發展度及協調發展度進行預測，得出生態、經濟、社會(EES)系統協調發展的各項預測值均呈穩定上升趨勢，按其上升速率排序為：發展度>協調發展度>協調度。

(1) 發展度。研究區發展度未來5 a總體呈現增加趨勢(圖3)。其中2015年最低為0.943，2019年最高為1.478，年平均發展度為0.106。由此可見，未來5 a志丹縣在社會持續進步、經濟穩定增長以及生態環境逐步恢復的共同驅動下，發展基數不斷增加，發展度持續提高，但發展速度放緩，趨于穩定態勢。總之，繼續鞏固退耕還林成果、重視社區水利、交通等基礎設施和能源收入等方面的提升，對研究區生態、社會經濟的持續發展依然有著重要的驅動作用。

(2) 協調度。志丹縣2015—2019年協調度整體高于協調臨界點0.9，但協調水平趨于下降趨勢，這主要歸咎于研究區社會、經濟和生態指數值之間的離差系數較大(圖3)，其中生態指數在自身修復和外在能源開發利用的共同作用下有所波動，而在產業結構的不斷調整和工業園區集群化發展牽引下，經濟持續發展，在社區建設不斷完善和人民生活水平不斷提高的帶動下，社會發展顯著，導致社會、經濟和生態指數離差增大，協調度有所下降。因此，如何實現志丹縣生態、經濟、社會同步協調發展，是未來發展的重點。

(3) 協調發展度。志丹縣2015—2019年協調發展度從預測絕對值分析得出：協調發展度呈穩定上升趨勢，較2015年相比，2019年協調度增加18%；但從相對值分析，協調發展度增幅緩慢，僅2016—2018年均增副為2.1%，表明未來志丹縣生態、經濟、社會三者間整體呈良性平衡的協調發展狀態；但生態的相對滯后，仍將是生態、經濟、社會持續協調發展的制約因子。

圖3　生態-經濟-社會各指數值及協調度、發展度、協調發展度預測變化趨勢

4　結論與討論

本文以1997—2014年志丹縣的綜合指數值為樣本，通過灰色GM(1，1)預測模型對該區域2015—2019年的生態指數、經濟指數、社會指數預測，得出三個指數均呈上升趨勢，其中社會指數增加最快，經濟指數次之，生態指數發展最慢。在此基礎上采用變異系數協調發展模型測算出生態、經濟、社會協調發展預測值(2015—2019年)，即研究區生態、經濟、社會發展度預測值最高，協調發展度次之，協調度預測值最低。總之，志丹縣未來生態、經濟、社會的發展整體呈協調趨勢。

隨著經濟的發展，生態的改善及社會的進步，志丹縣作為資源型發展縣域，生態、經濟與社會發展更為協調，但生態環境的不可確定性、自我修復等特性，使其相對經濟社會環境略顯不足。同時經濟與社會的可持續協調發展都是以良好的生態環境為前提，因此，志丹縣未來應繼續加強退耕還林后續產業建設，鞏固退耕還林等生態修復的成果，確保生態治理的成效和持續性；在利用資源稟賦優勢的同時，加快產業結構轉型升級，轉變經濟發展方式，大力發展特色產業(草畜、棚栽、林果、雜糧)和民營經濟，完善產業工業園區，充分發揮產業集群及集約效應，保障區域經濟持續穩定發展，為生態修復提供必要保障和支撐；加大對科教文衛等公共事業的投入和管理力度，不斷完善城鄉基礎設施與城鄉居民生活環境，改善民生，支持社會持續進步。在生態、經濟、社會三個系統各自發展的同時，應更加注重以維持生態平衡為基礎，以經濟、社會發展為重點，實現生態、經濟、社會系統間的協調發展。

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Forecast and Evaluation of Coordinated Development of Ecology-Economy-Society System Based on DPSIR Framework in the Loess Hilly Region—Taking Zhidan County as a Case Study

DANG Jingjing1, SUN Bin2

(1.SchoolofEconomicsandManagementXi′anTechnologicalUniversity,Xi′an710021,China;2.StateGridShaanxiElectricPowerCompanyEconomicResearchInstitute,Shaanxi,Xi′an710065,China)

Based on DPSIR conceptual model, we took the demonstration area of soil conservation and ‘grain for green’project as a study site of Zhidan County， used 5 factors: the drive force, pressure, state, influence, response to construct the prediction evaluation index system of harmonious development of EES systems, and calculated the ecological index and economic index, social index during the years from 1997 to 2014 as the sample data of Zhidan County, predicted index changes in three sub system in EES system 2015—2019 years by using the grey system prediction model of single sequence of first-order linear dynamic model GM (1,1), and predicted its development state using the coefficient of variation of coordinated development model. The results showed that in returning farmland to forest (grass) in the process of project implementation, the EES system of the predicted values showed the stable upward trend, the rates of rise of the sort decreased in the order: social index >economic development degree index >coordinated development degree >ecological index >coordination degree. According to the forecast results, Zhidan County should consolidate the existing ecological restoration results, and continue focusing on the social and economic development, speed up the adjustment of economic structure, develop the characteristic industry and private economy, and raise the public investment and management in the science-education-culture-health utilities etc., so as to promote the sustainable coordination development of ecological, economic and social( EES) system during the period from 2015 to 2019.

DPSIR; grain for green; ecology-economy-society system; coordinated development forecast; Zhidan County

2015-07-15

2015-08-03

黨晶晶(1982—),女,陜西榆林人,博士,講師,主要從事資源經濟與環境管理研究。E-mail:djj_kk@163.com

孫斌(1978—),男,西安人,學士,工程師,主要從事區域經濟技術研究。E-mail:16483937@qq.com

F171.1;F321

A

1005-3409(2016)04-0143-06