中國區域能源、經濟與環境耦合的動態演化

逯進+常虹+汪運波

摘要 文章全面解析了系統耦合機制，以此為基礎構建了能源、經濟與環境三系統耦合模型，測算了1995—2014年中國四大區域三大系統間的耦合協調水平，并從時空兩個維度對區域三系統交互關系的變化特征以及差異做出了全面討論。結果表明，①各省區經濟和環境綜合指數呈持續上升的良好態勢，而能源綜合指數在小幅波動中保持了較為穩定的發展狀態，同時三者關系極為密切，具體表現為三類指數的變動具有顯著的相關性。②三系統交互作用的耦合度均保持不斷遞增的演化趨勢，但絕對水平較低，且區域間差異較為明顯，整體上呈現由東到西遞減態勢。③三系統的耦合變化與能源-經濟、能源-環境和經濟-環境三類二元系統的協調發展具有密切的相關性。

④在探索三系統耦合協調的持續發展路徑時，需重點引導三系統打破固有束縛，通過有秩序的相互配合產生單個系統所不具備的發展能力。而從現實狀態看，在當前面臨經濟下行、資源環境不可持續以及區域發展差異擴大等問題的嚴峻挑戰，各省區需結合本區域實際發展狀況和比較優勢制定發展規劃。東部需以雄厚的經濟實力為基礎強化技術創新，以帶動能源高效利用和環境保護；中部和東北需調整能源消費結構并提高能源利用效率；西部則應將重點放在綠色發展和防范環境風險兩方面。

關鍵詞 能源；經濟；環境；耦合

中圖分類號 F224.0 文獻標識碼 A 文章編號 1002-2104（2017）02-0060-09 doi：10.3969/j.issn.1002-2104.2017.02.010

改革開放以來，中國經濟歷經三十多年高速增長的同時，能源和環境狀況也發生了巨變，粗放發展模式所依賴的“高投入”、“高能耗”、“高污染”造成了持續的能源緊缺與嚴重的環境退化。一方面，長期高強度的能源投入為粗放型經濟的高速增長提供了支撐，但長期以煤炭為主的能源消費結構和低效的能源利用效率引致了自然環境的快速退化；反過來，其又對經濟和能源發展形成制約，一些地區甚至陷入“環境貧困陷阱”，由此形成的不良循環模式不斷加劇著能源、經濟與環境三者之間的矛盾。另一方面，我國地域遼闊，各地區經濟基礎、發展模式和自然資源分布差異明顯，從而使得上述矛盾顯現出區域間的顯著差異。我國面臨日益嚴重的能源、經濟與環境的可持續發展困境。

1 文獻綜述

隨著“可持續發展”理念的逐步成型，其在世界范圍內被廣泛接受，并在理論與實踐當中有機地將能源、經濟與環境三大系統（下文簡稱3E）密不可分地聯系在一起，從而成為考量3E關系的標準出發點。目前，有關3E的研究目標非常明確，其中一個主要的研究分支在于揭示三大系統及其各自子系統內部眾多要素之間的交互作用程度，進而由此全面評判三大系統之間的綜合平衡水平。

既有研究從多視角對3E系統的內在聯系及其相互作用的邏輯關系做出了基本陳述與判斷。部分研究以時間序列數據為樣本，運用協整分析和因果檢驗，討論了能源與經濟的二元關系。各國學者對二者的相互作用具有較為統一的認識，認為能源消費與經濟增長之間具有穩定的長期雙向因果關系，且存在明顯的區域差異[1-5]。就能源與環境系統而言，有學者研究認為能源生產和消費的增加已成為導致環境質量退變的重要原因[6-9]。關于環境與經濟關系的研究則大多從環境庫茲涅茨曲線假說入手，但研究結論存在分歧，一方面，支持論者從經濟增長、貿易和政策等方面研究EKC形成的內在動因[10-12]，并以不同國家的數據為樣本得出了基本一致的結論：環境質量隨經濟發展程度提升先退化后改善；另一方面，一些學者對EKC提出了質疑，他們認為，經濟與環境的關系曲線存在多種形態，包括U型、N型、同步型等[13-15]。

另有研究展開了對3E系統的綜合討論，但研究時序和方法選擇有所不同，主要包括3E系統協調度的測算與評析[16-20]，應用動態CGE模型[21]和內生增長模型[22]，以及使用計量模型分析和闡述能源、經濟與環境的投入產出關系以及相關關系[23-25]等。現有文獻中涉及3E系統協調性分析的結論基本一致，大都認為中國3E協調水平仍處于較低等級。此外，魏一鳴、范英等將人口系統納入研究范圍，組成動態開放復雜系統，構建多目標規劃和集成模型反映子系統協調發展的制衡關系[26]，這一研究具有較為新穎的分析視角。

深入考查現有研究可知，目前仍有以下方面有待深化與完善：一是在兩系統關系研究基礎上，需要將3E綜合于系統耦合分析框架下，從多系統協調和發展視角展開理論與實證分析；二是從時空兩個維度測度3E耦合演化規律，并從省域層面展開比較分析；三是加深對耦合邊界與層次的確定。解決上述問題對進一步全面認識3E系統的變動規律具有重要的理論與實際意義。

2 系統耦合機制的理論解析

2.1 二元系統耦合

本文的兩系統耦合度模型源于廖重斌[27]的研究成果，其主要的計算過程由如下方程構成：

其中，X、Y為兩系統各自的綜合指數；C 表示協調度，可由兩系統的偏離差系數推導得到；T 表示兩系統的綜合發展水平，可由等產量線推得；D 為耦合度。α、β 為表示兩系統重要程度的權重，以能源、環境兩系統為例，筆者認為二者同等重要，因此，可設定α=β=1/2。

2.2 三元系統耦合

首先，三系統協調度的離差系數可設定為[28]：

2.3 三元系統耦合的理論解析

假設三系統的耦合躍遷演化路徑滿足S形周期波動變動機制，且系統發展呈周期性變化，則可將圖1中三個發展圈看作三個依次提升的耦合發展層次。這里可以假定，圖1中VC和VT為協調水平和發展水平在受自身和外界條件影響下的演化速度。在每一個發展周期內，整個系統經歷四個發展階段：Ⅰ區為協調共生階段，X、Y、Z三系統之間不存在相互約束和限制，VT和VC隨子系統發展而增加。Ⅱ區為協調發展階段，經濟的快速增長將對能源環境顯現出脅迫作用，進而資源環境退化開始制約經濟發展，系統間矛盾日漸顯露但并不突出，VT繼續增加而VC下降。Ⅲ區為極限發展階段，這一時期子系統間形成負反饋關系，能源和環境問題日趨嚴峻，同時對經濟發展產生副作用，導致VT和VC均下降。Ⅳ區為螺旋式上升階段，依靠資本和技術積累，將有力推動環保、資源開采與利用的技術創新，從而促使能源產業向清潔高效轉變；同時源于經驗積累而引致的3E政策調整亦出現優化與升級，從而三系統由相互制衡轉為相互促進并實現躍遷。

從I至III，3E系統的協調與發展水平經歷了逐漸衰退的過程。假設處于III區域的耦合水平為圖1中的M，則如果不采取任何干預措施，演化路徑將極有可能演變為曲線MQ，這意味著實際耦合水平將偏離最佳演化路徑的程度越來越大。而如果進行資金、技術投入或政策干預，演化路徑將可能變為曲線MA，則三元耦合關系將向正反饋方向發展，最終實現整個系統向更優質的耦合水平躍遷的態勢，M點移至A點，進入下一個演化周期。

3 指標體系與數據說明

3.1 指標體系

分別對能源、經濟和環境領域相關概念進行明確界定，綜合考慮各方面因素，借鑒已有研究成果[16-20]，遵循科學性、動態性、數據可得性和層次性原則[29]，本文從總量、結構、效益三個方面考察能源和經濟系統，同時將環境系統分解為環境污染程度、環境治理與環境質量三個方面。這一指標體系較為全面的展現3E系統的綜合內涵。指標分類見表1。

3.2 數據來源

本文的研究時序為1995—2014，以我國30個省區作為研究對象，西藏、港澳臺地區因數據缺失未納入研究對象。文中數據來源于歷年《中國統計年鑒》、各省統計年鑒、《中國能源統計年鑒》、《中國環境統計年鑒》以及WIND數據庫等。部分缺失數據統一采用線性擬合法估算而得。

3.3 實證

（1）指標值的標準化處理。3E指標具體數據的量級和量綱差異較大，因此可對數據進行標準化處理。本文采用組間極差值公式進行處理。

正向指標：Xij′=Xij-minXijmaxXij-minXij，負向指標：Xij′=maxXij-XijmaxXij-minXij

（2）指標權重的確定。本文采用熵值法確定各項指標的權重值。限于篇幅，權重值不再列出。

（3）綜合指數和耦合度的測算。綜合指數可測度各子系統發展水平與狀況，其計算公式如下：

式中Wi、Wj、Wk分別表示能源、經濟與環境指標的權重；Xn、Yn、Zn分別為能源、經濟與環境綜合指數；Iin、Ijn、Ikn分別表示各指標的標準化數值。以此為基礎，即可計算二元和三元系統的耦合度。

（4）耦合發展類型的判斷。具體劃分類型如表2所示[29]。

4 實證分析

4.1 綜合指數

依據（9）式可得三系統的綜合指數值，限于篇幅不再列出。觀察指數計算結果可知，一方面，從全國整體看，能源綜合指數的總體均值在0.47左右波動，表明1995—2014年間我國能源整體發展水平較為穩定；經濟綜合指數的總體均值從0.1上升至0.33，呈緩慢上升態勢；環境綜合指數的總體均值從0.3變動至0.61，總體上保持良好態勢。

另一方面，綜合來看，能源、經濟與環境之間存在一定的聯系。首先，2000—2008年經濟發展綜合指數快速上升時期，我國產業結構的重型化發展趨勢明顯，四大區域能源綜合指數均出現過不同程度下降；但2008年后，能源綜合指數保持平穩，說明伴隨經濟開始轉型和經濟增速的回落，能源的優化配置和高效利用一定程度上得以落實。其次，經濟與環境系統二者間總體呈同向

變動趨勢，雖然環境綜合指數在個別年份出現下降，但從長期趨勢看，存在環境質量緩慢改善的趨勢，這與我國整體經濟發展水平趨穩，增長方式轉變以及經濟結構穩步調整有關，與此相伴隨，無論是積極的推進，還是倒逼機制的作用，污染治理強度逐年提升，均與生態環境改善密切相關。

4.2 系統耦合分析

4.2.1 二元系統耦合

由（1）、（2）、（3）式可得三類二元系統的耦合度值，限于篇幅，計算結果未列出。依據計算結果，并結合圖2ac可得如下規律：

（1）近20年來，從全國均值看，能源與經濟的耦合水平較低，僅從嚴重失調轉變為輕度失調，且耦合度的提升主要由經濟增長帶動。從四大區域看，上述特征也較為明顯。東部、東北、中部和西部分別從0.17、0.16、0.16、0.15變動至0.46、0.36、0.37、0.34，均未實現由失調向協調發展的跨越，且與經濟增長時序變動規律基本一致，耦合度由東至西依次遞減，經濟發展水平越高，能源與經濟耦合水平越高。二者之間的協調發展大致可分為三個階段：2000年之前，四大區域均在0.15—0.2區間內微幅上升；2001—2008年，東部地區率先實現躍遷，耦合優勢逐步突顯，與其他區域耦合水平差異呈擴大態勢；2008年后耦合度繼續穩步上升，區域間差距保持在一定水平不再擴大。

（2）能源與環境的耦合變動較為平穩，二者耦合水平持續遞增，總體均值從0.39上升至0.57，增幅較小，僅由輕度失調轉變為勉強協調，但整體上呈趨向于耦合優化的態勢。從各區域看，耦合度亦持續提升。東部、東北、中部、西部分別從0.45、0.43、0.37、0.34變動至0.6、0.55、0.54、0.55，增幅分別為33%、28%、46%、62%，增幅由西向東逐次降低。具體來看，1995年四大區域均為輕度失調狀態，且東部和東北部相對較高；2001年東部率先實現向勉強協調發展的躍遷，同時西部耦合值加速提升并超越中部和東北。目前，除東部外三大區域間耦合差距正逐步縮小，未來可能呈現趨同態勢。

（3）從全國均值看，經濟與環境耦合水平在2000年之后保持上升的良好態勢，1995—2014年耦合度從輕度失調的0.39變動至勉強協調的0.56。分區域看，東部、東北、中部和西部的耦合均值分別從0.45、0.43、0.37、0.33變動至0.6、0.55、0.54、0.54，東部在2005年之后與其他區域間的一直保持較為明顯的差距，而西部增速較快，截止2014年，其耦合水平與東北部和中部基本持平。

4.2.2 3E系統耦合

表3給出了1995—2014年各省區耦合度的計算結果，圖2d描繪了3E耦合時序變動的動態演化趨勢，可以發現：

（1）從各年度全國均值看，耦合總體呈緩慢上升態勢，從0.26上升至0.48，增幅為85%，由中度失調轉變為瀕臨失調，耦合絕對水平較低，截止2014年仍未實現由失調衰退向協調發展的跨越。

（2）從四大區域看，東部、中部、西部、東北的耦合度分別從0.3、0.28、0.25、0.23變動至0.56、0.46、0.46、0.44，增幅分別為87%、64%、84%、91%，各區域耦合水平均保持逐步上升且呈“U”型狀態，其中東北增幅最低，而中部和西部一直低于全國平均水平，但增幅較大。此外，除東部外三大區域耦合差距逐年縮小，目前均處于瀕臨失調狀態。東部地區在2014年率先實現由瀕臨失調向勉強協調的躍遷，領先優勢越來越明顯。

（3）從省域層面看，各省耦合度均呈上升趨勢，省域間耦合水平差異明顯。東部的北京、上海、山東、江蘇、浙江和廣東進入勉強協調發展階段，但耦合水平較低，其余各省均屬于瀕臨失調衰退區間。東北三省差異較大，遼寧省最高，屬于勉強協調發展狀態，吉林和黑龍江屬于輕度失調衰退類。中部地區各省的差異最小，各省均在處于瀕臨失調衰退狀態。中部和東北部能源型城市經濟發展滯后，資源環境壓力較大，有待突破發展瓶頸。西部地區耦合態勢不容樂觀，僅內蒙古為勉強協調，其余省份均屬于輕度失調和瀕臨失調狀態。

（4）從起止兩個年度看，所有省區3E的耦合協調性水平都有絕對提升，但相對關系并沒有發生根本變動，從東至西依次減弱的態勢依舊明顯。由此可以明確，除個別省份外，三大區域之間的相對差異沒有根本性改觀。

4.2.3 2E與3E系統耦合關聯性分析

由于能源、經濟與環境三系統耦合水平的變化趨勢與每個二元系統的耦合度密切相關，因此，可以通過比較上述四類耦合值，明確他們之間的關系。圖3給出了四大區域三類二系統耦合度和三系統耦合度的時序擬合線及函數。通過觀察可以發現：

（1）東部和東北的能源-環境線性擬合的斜率為正但數值較小，整體變化幅度較小，同時2014年耦合值的下降表明二者耦合水平可能呈逐步衰減趨勢，進而拉低3E耦合。這一趨勢可能主要與兩地區能源綜合指數遞減趨勢相關。兩地區能源的供求矛盾一直比較突出，能源的可持續利用與發展能力令人堪憂。

（2）東北、中部和西部經濟-環境擬合曲線在2002年之后由平穩轉為上升趨勢，但增幅均落后于東部。原因可能有兩個方面，一是東部原本就具有自然環境的優勢用以承載高速經濟增長；另一方面，考慮到東部在“率先發展戰略引導下”進行了經濟結構調整和發展方式轉型的先試先行，其產業發展的整體水平要明顯優于其它三個地區。這兩個方面為環境問題的解決提供了基礎性保障。而中西部經濟發展起步晚基礎薄弱，且在生態保護和環境污染治理方面存在明顯劣勢，因此這一現象當屬正常。

（3）東北和中部兩地區能源—經濟耦合變動趨勢具有相似性，1995—2002年歷經了一段較長時間的停滯不前，在2002年后開始表現出較為明顯的上升趨勢。兩區域各省區的資源與能源型城市較多，但長期依靠高開采、高能耗、高污染支撐的粗放型發展模式，并未將資源優勢轉化為經濟發展優勢，反而加重了環境破壞與眾多資源枯竭型城市的衰退，導致區域經濟增長動力不足，由此嚴重阻礙環境與經濟以及3E系統的良性協調發展態勢。

5 結 論

各省區經濟和環境綜合指數呈現出持續上升的良好態勢，而能源綜合指數在小幅波動中保持了較為穩定的發展狀態，此外三類指數的變動具有正或負向的相關性。雖然三系統之間具有相對獨立性，且三者的發展并不總能保持一致，但提升各自的發展水平卻是它們的共同導向，而這一點將有助于保持三者之間的協調共進。

各大區域3E系統耦合交互作用中經濟系統均表現出主導作用，為此，保持合理的經濟增速十分必要。考察期內，2E與3E系統耦合度均保持不斷遞增的演化趨勢，但絕對耦合水平較低，實現協調可持續發展任重道遠。

無論是三類綜合指數、還是幾類系統耦合度，在區域之間和區域內部均表現出明顯的差異。東部地區兩類耦合優勢突出，但內部省際差異比中西部更為明顯，而中西部多數地區的3E耦合仍處于失調狀態，耦合水平和增幅均遠落后于東部。這表明近年來中國的區域發展差異仍舊明顯。

在系統耦合演化過程中，3E系統耦合水平的變化趨勢與三類二元系統的耦合水平密切相關。這一點表現出新的現實信號是，各省區在探索耦合發展的有效途徑時，還需重點關注三系統打破原有束縛組成的綜合有機體將如何通過有秩序的相互配合產生單個系統所不具備的功能，實現和諧統一、繁榮共生。長久以來，社會各界大都關注區域間經濟發展水平差異，殊不知，能源生產和使用的效率、環境破壞與保護的博弈、以及3E協調共進與否，都已成為區域之間更為廣泛而深刻的差異表現。關注于此，將會更為有效地檢測與制定區域發展政策。

3E系統耦合演化進程中，系統耦合值的持續上升趨勢較為明顯，這表明未來3E系統將趨于向更優質的耦合層次躍遷，據此可知，系統耦合的增長趨勢與波動規律，耦合值極限的到來以及由極限突破引致的躍遷方式，將為“環境負載”、“增長極限”、“瓶頸突破”等問題的解決提供明確而新穎的審視視角和與政策引導。

依據上述結論，筆者認為，為有效提升我國3E系統耦合水平并縮小地區間的差距，各省區在探索3E良性耦合發展路徑時，需結合本區域實際發展狀況和比較優勢，本著因地制宜與科學規劃的思路制定相關政策。具體選擇時，東部應以雄厚的經濟實力為基礎，發揮比較優勢，強化技術創新以帶動能源高效利用和環境保護；東北和中部地區應調整能源消費結構并提高能源利用效率，將資源優勢轉化為經濟優勢，這將有助于兩地區切實擺脫高污染、高能耗以及低附加值的粗放式發展模式；而西部地區在追求經濟增長的同時必須堅持綠色發展導向，特別是西藏、青海、云南、四川、甘肅等環境與生態脆弱省區，為有效防范環境與生態風險，不應片面強調GDP、投資等生產性指標。此外，考慮到我國地域遼闊，經濟增長和能源分布存在嚴重的空間錯位現象，故應利用靈活的市場機制，展開區域間有效的經濟協作和資源整合。

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