南京市經濟發展與生態環境耦合協調關系研究

段長桂，董增川，管西柯，賈文豪

(河海大學水文水資源學院，江蘇南京210098)

南京市經濟發展與生態環境耦合協調關系研究

段長桂，董增川，管西柯，賈文豪

(河海大學水文水資源學院，江蘇南京210098)

采用基于離差平方和的綜合賦權法將主客觀賦權法相結合，對南京市經濟發展和生態環境進行評價，并運用耦合協調度模型對2001年～2014年2個子系統間的耦合協調關系進行研究。結果表明，南京市經濟發展水平呈穩定上升趨勢，生態環境系統綜合評價值呈現波動上升趨勢，且經濟系統上升趨勢高于生態系統；南京市經濟發展與生態環境耦合協調關系向良好態勢發展，從經濟滯后型低度耦合逐漸轉變成生態滯后型極度耦合。為保障社會經濟與生態環境的持續協調發展，未來幾年，南京市應加強生態環境保護，提高區域生態環境質量。

經濟發展；生態環境；耦合協調；綜合賦權；南京市

0 引 言

近年來，我國經濟飛速發展的同時，經濟發展與生態環境之間的矛盾日益突出，各種生態問題日趨嚴重，阻礙了社會的發展，而經濟發展與生態環境是密不可分的，經濟的快速發展可以為生態環境的改善提供資金支持，良好的生態環境反之可為經濟發展提供充足的物質基礎。因此，研究經濟發展與生態環境相互影響機理，探討兩者之間的耦合協調關系，可為區域經濟和生態環境可持續發展提供理論基礎。

國外對經濟發展與生態環境之間協調關系的實證研究始于20世紀90年代。Grossman和Krueger研究SO2、微塵和懸浮顆粒等3種環境質量指標與收入之間的關系發現，3種污染物都與收入呈倒“U”形關系[1]；Panayotou借用Kuznets界定的人均收入水平與收入不均等之間的倒“U”形曲線，首次將這種環境質量與人均收入水平間的關系稱為環境庫茲涅茨(EKC)曲線[2]，隨后掀起了研究EKC曲線的浪潮。國內相關實證研究起步較晚，但也取得了長足的發展。袁雯等[3]采用相關分析等手段，對上海市城市環境經濟發展的演變規律進行研究；黃金川等[4]采用幾何學和代數學推導出生態環境與城市化發展的耦合規律；邵波等[5]采用因子分析、模糊隸屬度函數等方法對西北五省區經濟與環境協調度進行評價；楊小鵬[6]采用灰色系統分析和人工神經網絡構建經濟環境互動模型，分析陜西省環境與經濟協調發展狀況；張榮天、焦華富等[7]采用改進熵權法和耦合協調模型分析1999年～2013年泛長三角地區經濟發展與生態環境系統的耦合協調關系。

盡管國內外學者對經濟發展與生態環境的關系進行了廣泛的實證研究，但研究以定性、相關分析居多，定量評價較少，且定量評價多采用單一評價方法，影響了評價結果的準確性。其中，主觀賦權法受人為影響較大，而客觀賦權法有時會忽略指標本身的重要性，且2種方法的評價結果往往是不一致的。針對這一問題，本文以南京市為例，構建了經濟發展與生態環境系統的評價指標體系，采用基于離差平方和的綜合賦權法將主客觀賦權法結合起來，對經濟發展子系統與生態環境子系統進行評價，并結合耦合協調度模型定量分析南京市經濟發展與生態環境的協調演變規律，為南京市經濟與生態環境可持續發展提供理論依據。

1 研究背景

1.1 研究區概況

南京市是江蘇省的省會，位于長江下游中部地區，跨長江兩岸，是長三角經濟核心區的重要區域中心城市。全市下轄11個區，總面積6 597 km2。其中，市區面積4 723.07 km2，屬于北亞熱帶濕潤氣候，四季分明。地貌特征屬寧鎮揚丘陵地區，林木覆蓋率26.4%。

21世紀以來，南京市社會經濟持續快速發展，城市化進入加速發展階段，建成區面積不斷擴大。截至2015年，南京市建成區面積923.8 km2，常住人口823.6萬人。其中，城鎮人口670.4萬人，城鎮化率81.4%。2015年實現地區生產總值9 720.77億元，人均地區生產總值11.8萬元，三產結構為2.4∶40.3∶57.3，建成區綠化率45%，人均綠地面積13.7 m2。

1.2 指標選取及數據來源

基于相關文獻[8]并考慮指標數據的可獲取性、可量化、系統性、層次性等原則，以及根據南京市經濟發展、生態環境的特點，構建南京市經濟發展與生態環境耦合的評價指標體系。經濟發展子系統由經濟規模、經濟能力、經濟潛力等3個方面8個指標組成；生態環境子系統由環境壓力、環境保護、環境質量等3個方面9個指標組成。具體指標見表1。本文評價指標數據來源于2002年～2015年《江蘇省統計年鑒》、《南京市統計年鑒》以及2001年～2014年《南京市國民經濟與社會發展公報》。

表1 經濟發展與生態環境指標體系

2 研究方法

2.1 單一賦權法

2.1.1 熵值法

熵值法確定權重的思想是某項屬性的變異程度越大，則其權系數越大[9-10]，即

(1)

式中，wk為第k個指標的權重；aik為第i個對象，第k個指標的規范化值，n為評價對象數量；l為評價指標數量。

2.1.2 層次分析法

層次分析法是由美國運籌學家satty提出的，將與決策總是有關的元素分解成目標、準則、方案等層次，在此基礎之上進行定性和定量分析的決策方法[11]。大體分為4個步驟：①建立遞階層次結構模型；②構造出各層次中的所有判斷矩陣；③層次單排序及一致性檢驗；④層次總排序及一致性檢驗。

2.2 基于離差平方和的組合賦權法

(2)

將該目標函數轉化為無約束優化問題并求解，得到最優組合權重[12]。

2.3 耦合協調度模型

參考物理學中的容量耦合系數模型，構建經濟發展與生態環境相互作用的耦合協調度模型[13]，即

(3)

T=at1+bt2

(4)

(5)

式中，C為耦合度；t1、t2分別表示經濟發展系統和生態環境系統的綜合評價值；T為經濟發展系統與生態環境系統的綜合評價值；a、b為待定系數，本文認為經濟發展與生態環境同樣重要，故取a=b=0.5；D為復合系統的耦合協調度。

耦合協調度模型可以評價經濟發展與生態環境之間的耦合協調發展水平，但卻不能評價兩者之間的相對發展狀況，故運用相對發展系數E進行分析，即

E=t1/t2

(6)

本文參考文獻[14-15]將經濟發展與生態環境耦合協調度等級分為4個階段12個類型(見表2)。

3 結果分析

3.1 權重結果

利用層次分析法、熵值法以及基于離差平方和的組合賦權法分別對南京市經濟發展子系統以及生態環境子系統各指標進行分析評價，得到的權重系數見表3。由表3可知，對經濟發展子系統而言，各指標的重要性為：人均GDP>GDP>城鎮居民人均消費支出>三產占GDP比重>農民人均純收入>財政收入>城鎮居民可支配收入>進出口總額。其中，人均GDP對其影響程度最大，為0.199 2；GDP次之，為0.140 9；進出口總額的影響最小，僅為0.083。對生態環境子系統而言，各指標重要性為：SO2去除量>SO2排放量>污水處理率>工業固體廢物排放量>COD排放量>可吸收顆粒物年均濃度>工業固體廢物綜合利用率>人均公共綠地面積>建成區綠化覆蓋率>地表水功能區水質達標率。其中，SO2去除量對其影響程度最大，為0.217 3；地表水功能區水質達標率最小，為0.043 1。

表2 耦合協調度等級

3.2 子系統綜合評價

根據3.1得到組合權重，利用線性加權法計算得到南京市2001年～2014年經濟發展子系統的評價值t1和生態環境子系統的評價值t2(見表4)。經濟發展系統與生態系統綜合評價值變化趨勢見圖1。相對發展系數變化趨勢見圖2。

從圖1可知，南京市經濟發展系統評價值呈穩定上升態勢，生態環境系統評價值雖有一些波動但是總體也呈上升態勢，說明進入21世紀以來，南京市在大力發展經濟的同時，也注意到了生態環境的重要性，將經濟與生態環境同步健康發展。2011年之后，經濟發展系統的評價值超過生態環境系統，增長速率有穩定趨勢。由圖2可知，南京市經濟發展與生態環境相對發展系數總體呈波動性上升趨勢，說明南京市經濟發展系統的增長速度高于生態系統的增長速度，在2011年之后，2個子系統的關系由經濟滯后演變為生態滯后。

表3 各指標權重系數

表4 經濟發展與生態環境綜合評價值

圖1 經濟發展系統與生態系統綜合評價值變化趨勢

圖2 相對發展系數變化趨勢

3.3 耦合協調發展

根據式(3)～(5)計算出南京市2001年～2014年經濟發展系統和生態環境系統的耦合協調度D，耦合協調度D的變化趨勢見圖3。根據表2對耦合協調類型的劃分得到南京市歷年耦合協調類型(見表5)。

圖3 經濟發展與生態環境系統耦合協調度變化趨勢

年份耦合協調度D相對發展系數E耦合協調類型20010.2610.168經濟滯后型低度耦合20020.3390.188經濟滯后型低度耦合20030.3610.154經濟滯后型低度耦合20040.4650.377經濟滯后型中度耦合20050.5430.413經濟滯后型高度耦合20060.6000.510經濟滯后型高度耦合20070.6610.530經濟滯后型高度耦合20080.7150.630經濟滯后型高度耦合20090.7490.660經濟滯后型高度耦合20100.8050.714經濟滯后型極度耦合20110.8121.125經濟生態同步型極度耦合20120.8041.565生態滯后型極度耦合20130.8831.356生態滯后型極度耦合20140.9261.359生態滯后型極度耦合

由表5可知，近14年來，南京市經濟發展與生態環境系統歷經了低度耦合、中度耦合、高度耦合以及極度耦合的階段。其中，2001年～2003年為低度耦合階段；2004年為中度耦合階段；2005年～2009年為高度耦合階段；2011年～2014年為極度耦合階段。耦合協調類型逐步從經濟滯后型轉變成生態滯后型。其中，2001年～2010年為經濟滯后型；2011年為經濟生態同步型；2012年～2014年為生態滯后型。由圖3可知，南京市2001年～2014年經濟發展與生態環境的耦合協調度D呈波動性較小的穩定增長趨勢。

總體來說，南京市2001年～2014年經濟發展與生態環境的關系向著日趨協調的方向發展，且經濟系統的發展速度大于生態環境系統。為保障社會經濟與生態環境的持續協調發展，應提高對生態環境的重視程度，加大生態投入，提高生態質量，使其與經濟發展相協調。

4 結 語

本文利用主客觀賦權法相結合的基于離差平方和的綜合賦權法，對南京市經濟發展與生態環境的評價指標體系進行評價，并應用經濟發展與生態環境耦合協調度模型，對南京市2001年～2014年經濟發展與生態環境的耦合協調關系進行研究，結論如下：

(1)近14年來，南京市經濟發展水平穩定逐年上升，生態環境發展水平雖有波動，但總體呈上升趨勢，且經濟系統的上升趨勢大于生態環境系統。

(2)南京市經濟發展系統與生態環境系統之間的耦合協調關系向著良好的方向發展，從經濟滯后型低度耦合協調關系逐漸轉變成生態滯后型極度耦合協調關系。

(3)為保障南京市社會經濟與生態環境的持續協調發展，應提高對生態環境的重視程度，加大生態投入，提高生態質量，使其與經濟發展相協調。

[1] GROSSMAN G, KRUEGER A . Environmental impacts of a North American Free Trade Agreement[J]. Social Science Electronic Publishing, 1992, 8(2)： 223- 250．

[2] GROSSMAN G, KRUEGER A. Economic growth and the environment[J]. Quarterly Journal of Economics, 1995, 110(2)： 353- 377．

[3] 袁雯, 楊凱. 上海城市環境經濟系統發展過程的數量分析[J]. 地理研究, 2001, 21(1)： 97- 106．

[4] 黃金川, 方創琳. 城市化與生態環境交互耦合機制與規律性分析[J]. 地理研究, 2003, 22(2)： 211- 220．

[5] 邵波, 陳興鵬. 中國西北地區經濟與生態環境協調發展現狀研究[J]. 干旱區地理, 2005, 28(2)： 136- 141．

[6] 楊小鵬. 陜西省環境與經濟協調發展模型評價研究[D]. 西安： 陜西師范大學, 2007．

[7] 張榮天, 焦華富. 泛長江三角洲地區經濟發展與生態環境耦合協調關系分析[J]. 長江流域資源與環境, 2015, 24(5)： 719- 727．

[8] 孫東升. 基于主成分分析法研究南京市環境質量的統計分析[J]. 資源節約與環保, 2013, 37(2)： 58- 60．

[9] 趙麗, 朱永明, 付梅臣, 等. 主成分分析法和熵值法在農村居民點集約利用評價中的比較[J]. 農業工程學報, 2012, 28(7)： 235- 242．

[10] 郭銳利, 鄭欽玉, 劉娟, 等. 基于熵值法和GM(1,1)模型的重慶城市生態系統健康評價[J]. 中國環境科學, 2012, 32(6)： 1148- 1152．

[11] 鄧雪, 李家銘, 曾浩健, 等. 層次分析法權重計算方法分析及其應用研究[J]. 數學的實踐與認識, 2012, 42(7)： 93- 100．

[12] 陳偉, 夏建華. 綜合主客觀權重信息的最優組合賦權方法[J]. 數學的實踐與認識, 2007, 37(1)： 17- 22．

[13] 王搏. 基于耦合模型的我國區域經濟與生態環境協調發展動態研究[D]. 長沙： 湖南大學, 2014．

[14] 劉耀彬, 李仁東, 宋學鋒. 中國城市化與生態環境耦合度分析[J]. 自然資源學報, 2005, 20(1)： 105- 112．

[15] 劉浩, 張毅, 鄭文升. 城市土地集約利用與區域城市化的時空耦合協調發展評價——以環渤海地區城市為例[J]. 地理研究, 2011, 30(10)： 1805- 1817．

StudyontheCouplingRelationshipofEconomicDevelopmentandEcologicalEnvironmentinNanjingCity

DUAN Changgui, DONG Zengchuan, GUAN Xike, JIA Wenhao

(College of Hydrology and Water Resource, Hohai University, Nanjing 210098, Jiangsu, China)

The subjective and objective weight methods are combined based on sum of deviation square to evaluate the economic development and ecological environment of Nanjing City. The coordination development of these two systems from 2001 to 2014 is analyzed by using the coupled coordination model. The result shows that: (a) the economic development level of Nanjing City has a steady growth trend and the comprehensive evaluation value of ecological environment system is now rising in a fluctuating way, but the economic growth rate is higher than that of ecological-environment system; (b) the coupling relationship between these two systems is developing for a good trend, which is gradually changed into ecological-lag type extreme-degree coupling from economic-lag type low-degree coupling. To ensure the sustained and coordinated development of social economy and ecological environment, Nanjing should strengthen ecological environment protection and improve regional ecological environment quality in next few years．

economic development; ecological environment; coupling coordination; comprehensive weighting; Nanjing City

F127；X22(253)

A

0559- 9342(2017)09- 0005- 05

2017- 04-11

黑龍江省應用研究與開發計劃項目(GZ16B035)；江蘇省水利科技項目(20165042812)

段長桂(1993—)，男，江蘇泰州人，碩士研究生，主要從事水資源規劃與管理；董增川(通訊作者)．

(責任編輯楊 健)