京津冀產業結構與環境質量協調關系研究

卜洪運 黃杰

內容摘要：產業結構和環境質量協調發展研究對促進經濟和環境共同發展至關重要。本文先對產業結構和環境質量耦合原理進行分析，然后通過設計京津冀產業結構綜合評價指標體系和環境質量綜合評價指標體系，用基于耦合理論的協調度模型，實證分析了京津冀產業結構和環境質量的協調關系。結果顯示，2000-2008年京津冀產業結構和環境質量處于瀕臨失調階段，2009-2015年京津冀產業結構和環境質量則上升到勉強協調。最后通過GM（1，1）與二次指數平滑相結合的不等權組合預測方法對協調度預測，結果顯示未來七年協調度一直在0.59以下，即京津冀產業結構和環境質量間將持續保持勉強協調。

關鍵詞：產業結構 環境質量 熵平衡方程 協調度

引言

經濟迅速增長的同時，也給社會帶來了嚴重的環境問題，怎樣持續保持經濟和環境質量良性循環是當前必須面對的難題。經濟發展通過經濟增長方式，也就是通過產業結構間接去作用環境質量，同時環境質量通過產業結構調整也間接去反饋經濟發展，這其中產業結構充當著聯結經濟發展和環境質量的角色。一方面，從經濟角度來看，產業結構是各類生產要素的“資源轉換器”；另一方面，從環境質量角度來看，產業結構充當著“污染物控制體”的角色。因此，產業結構系統與環境質量系統通過彼此間的相互作用連接在一起，經濟與環境質量的協調發展問題轉換為產業結構與環境質量的協調發展問題。同時由于近年來京津冀經濟和環境問題嚴峻，研究京津冀產業結構和環境質量協調關系具有重要的現實意義。

相關文獻綜述

早在1992年，Grossman分析經濟與環境關系時，就認為經濟增長通過結構效應等對生態環境產生影響。國內研究從兩方面進行分析。一是關于產業結構的環境效應方面。劉宇等對遼寧省、徐君（2015）對呼包銀榆經濟區運用典型相關分析法，分析了產業結構演變的環境效應；徐璐對西安市、黃常輝（2009）等對長株潭三市運用灰色關聯分析法，分析產業結構對生態環境影響，發現影響順序是二、一、三產業；王芳通過進行一元回歸分析發現，環境質量對第一、三產業增長敏感，對第二產業增長不敏感。二是兩者彼此作用方面。趙雪雁等（2005）通過線性加權平均法建立產業結構與環境質量協調度模型，分析了黑河流域產業結構與環境質量協調關系；萬永坤等根據熱力學第二定律對產業結構調整和環境質量相互關系進行了理論分析，構建了回歸計量模型，實證分析了甘肅省的情況；通過構建GDP、生態環境和產業結構回歸模型，并進行脈沖響應；王晨旭對河南省、陳燕武對福建省進行了相關研究，認為兩者之間具有正向影響。

以上研究在理論上缺乏對產業結構與環境質量內在耦合機理的研究。在實證方法上，大多數學者主要采用灰色關聯法、向量回歸模型、典型相關法等，只研究了產業結構對環境質量的單向影響，并沒有研究兩者關系是不是協調；采用協調度模型對產業結構與環境質量相互關系進行研究的學者較少，且研究大多集中于省域及地市范圍，缺乏跨省域范圍的研究。

本文在分析產業結構與環境質量內在耦合機理的基礎上，采用基于物理學上耦合理論的協調度模型，對京津冀產業結構與環境質量協調關系測評并預測，能使相關部門了解京津冀產業結構與環境質量目前及未來的協調關系，進而制定相關產業的環境政策促進產業結構和環境質量協調發展。

協調度模型構建

（一）產業結構與環境質量交互耦合機制

產業結構與環境質量耦合的概念。廣義上耦合是指兩個及以上系統經過互相作用形成彼此影響的現象。產業結構和環境質量耦合是指產業結構和環境質量系統通過彼此組成元素互相產生作用和影響。一方面，產業結構系統作為關鍵經濟社會活動方式，其構成決定資源配置方式和消耗，進而影響環境質量，即產業結構對環境質量有直接作用。另一方面，環境質量的變化通過改變經濟活動成本進而使資源發生轉移，影響產業結構，即環境質量對產業結構具有反饋作用。

產業結構與環境質量耦合機制。產業結構系統通過直接作用即社會活動，時刻和生態環境互換能量，具備開放性，且其本身是不能達到均衡狀態、內部因素彼此不規則作用的系統，所以說產業結構系統具備明顯的耗散結構。

按照熱力學第二定律，產業結構系統遵循熵平衡方程：dP=dPi+dPe，其中，dPi代表產業結構系統內部熵流，dPi≥0；dPe代表產業結構系統和環境質量系統熵交換產生的熵流，其值為任意數，正熵流表示產業結構系統從環境質量系統獲得了消極的反饋作用，負熵流表示產業結構系統從環境質量系統獲得了積極的反饋作用；dP代表產業結構系統的熵變。從系統發展看，熵P是時間積累且滿足∫Pdt=∫（Pe+Pi）dt，所以產業結構熵變的外在表現就是在時間Δt內產業結構因環境質量演變所引發的可能軌跡。其軌跡可以用熵變定律得到解釋：第一，當dP=dPi+dPe<0，即dPe<0且dPi<|dPe|時，說明產業結構系統從環境質量系統獲得負熵流，抵消了產業結構系統內部產生的正熵流后還有剩余，表明產業結構因環境質量演變帶來的積極反饋作用變得有條不紊，它的軌跡如圖1中持續上升的曲線A。第二，當dP=dPi+dPe=0，即dPi=|dPe|時，說明產業結構系統從環境質量系統獲得負熵流正好抵消了產業結構系統內部正熵流，表明產業結構因環境質量演變沒有變化，它的軌跡如圖1中平穩曲線B。第三，當dP=dPi+dPe>0，有兩種情況，一是dPe>0，說明產業結構系統從環境質量系統獲得了消極反饋作用，即獲得了正熵流；二是dPe<0且dPi>|dPe|，說明產業結構從環境質量獲得負熵流無法完全抵消產業結構內部正熵流。兩種情況表明產業結構系統發展的有序度降低，產業結構發展表現為圖1中下降的曲線C。

環境質量系統通過反饋作用和產業結構系統交換能量，同樣具有開放系統的特性，并且其本身是一個不能達到均衡狀態、內部因素彼此作用的系統，所以說環境質量系統同樣為明顯的耗散結構。根據熱力學第二定律，環境質量系統同樣遵循熵平衡方程，能使環境質量水平變化軌跡如圖1所示：a曲線表示環境質量水平隨時間好轉，環境質量系統熵變dP<0；b曲線表示環境質量水平隨時間保持基本不變，環境質量系統熵變dP=0；c曲線表示環境質量水平隨時間惡化，環境質量系統熵變dP>0。

（二）產業結構和環境質量指標體系設計及數據處理

指標評價體系設計。本文根據產業結構和環境質量內涵及其耦合機制，參考其它文獻中產業結構與環境質量的常用指標，結合京津冀三地指標標準的異同，設計產業結構和環境質量相關指標體系，如表1所示。所有相關原始數據都出自于2000-2015年京津冀三地統計年鑒。

數據處理。第一，原始數據的標準化處理。因為指標單位有所差別，所以為了全面、準確評價相關系統，需將指標間單位差別去除，以提高評價效果，那就需要把不同指標單位差別數值無量綱化，變成不含量綱標準化值。本文通過歸一化法將原始數據無量綱化，計算思路為：

（1）

式（1）中，xij為原始值，minxij、maxxij為第j個指標的最小、最大值。

第二，確定各評價指標的權重系數。為了保證指標權重的準確性，本研究中采用熵權法確定各指標權重，計算結果見表1，熵值法的計算步驟及公式如下：

計算第j項指標，第i個經過標準化值比重：

（2）

計算第j項指標的熵值：

（3）

計算差異系數gj：

gj=1-ej （4）

計算第j項指標權重：

（5）

第三，計算相關綜合評價指數。用標準值和指標權重加權平均：

（6）

用式（6）計算產業結構和環境質量綜合指數。

（三）協調度評價方法

耦合度模型。耦合度是測度系統間彼此影響程度，可以用來進行系統間交互耦合機理的定量分析，運用物理學耦合系數模型適當調整模型，去測度京津冀產業結構和環境質量耦合度。產業結構與環境質量的耦合度模型如下：

（7）

式（7）中，P表示產業結構和環境質量耦合度，F（x）和F（y）分別代表產業結構綜合指數和環境質量綜合指數。P∈（0，1），當P靠近0，意味著兩個系統彼此影響程度逐漸變小；當P靠近1時，意味著兩個系統彼此影響程度逐漸變大。

協調度模型。由于耦合度只能夠表明產業結構與環境質量之間彼此作用強弱，沒有實質性作用，無法真正體現產業結構與環境質量之間協調關系水平，故在此基礎上通過調整耦合度模型，使之變為協調度模型，以方便準確評價產業結構和環境質量關系水平。構建協調度模型計算公式為：

（8）

式（8）中，R代表產業結構和環境質量協調度，P代表產業結構和環境質量耦合度，Q為產業結構和環境質量系統整體綜合指數，Q∈（0，1），R∈（0，1），α、β分別代表產業結構和環境質量權重。就目前京津冀產業結構和環境質量狀況相對重要性而言，將目前京津冀產業結構和環境質量平等對待，所以本文賦值α=β=0.5。

本文通過結合袁丹丹等（2016）、張浩（2016）的協調度等級劃分標準對協調度劃分等級，能更直觀地說明京津冀產業結構與環境質量的協調程度，具體等級見表2。

實證結果與評價

基于京津冀三地產業結構和環境質量2000-2015年相關整體數據，運用以上各種方法計算的綜合評價指數、耦合度、協調度如表3所示。

（一）協調度時序演變

如圖2和表3所示，在研究期內，京津冀產業結構與環境質量協調度變化相對穩定，從2000年開始大體呈現緩慢增長，2013年增長到最大值0.5319，隨后協調度開始下降。2000-2008年協調度類型一直是瀕臨失調；從2009年變為勉強協調，并一直持續到2015年。近兩年的協調度下降是因為2014年開始京津冀一體化的提出，導致產業轉移，進而影響產業結構的短時波動，再加上環境質量日益嚴峻，使得最終京津冀產業結構和環境質量整體協調度下降。產業結構綜合評價指數在2000-2004年高于環境質量綜合評價指數，表明在此時間段內京津冀為環境滯后性發展；2005-2015年產業結構綜合評價指數低于環境質量綜合評價指數，表明在此時間段內京津冀為產業結構滯后性發展。

（二）協調度空間比較

如圖3和表4所示，北京市產業結構和環境質量協調度大體上呈現持續下降態勢，產業結構和環境質量關系于2004年以前達到勉強協調狀態，2004-2009年則退步到瀕臨失調狀態，2010-2015年則進一步退到輕度失調狀態，說明產業結構和環境質量越來越不協調；河北省則大體呈現持續上升態勢，從2000年處于輕度失調階段，持續上升到勉強協調階段，說明由于相關調整，河北省產業結構與環境質量越來越協調；天津市2007年前協調程度不斷變化，2007-2013年協調程度持續下滑，2014-2015年開始有所上升，在2007年前天津市產業結構和環境質量關系類型變動頻繁，之后一直是瀕臨失調狀態。與北京市相比，河北省在2008年前產業結構與環境質量協調度一直低于北京市，從2008年開始則持續高于北京市；與天津市相比，河北省在2009年前持續低于天津市，從2009年開始持續高于天津市；與北京市相比，天津市在2004年前持續低于北京市，從2004年開始則持續高于北京市。

未來協調度預測

京津冀產業結構與環境質量協調度的預測，有利于了解京津冀產業結構與環境質量未來的協調關系發展趨勢，進而使相關部門能提前制定相關政策應對。由于協調度是時間序列數據，所以本文采用GM（1，1）和二次指數平滑相結合的不等權組合預測對京津冀產業結構與環境質量協調度預測，以便更好地提高預測精度。DPS統計軟件，是目前在技術上相當成熟、國內統計分析功能最全的統計分析軟件，操作起來簡單方便。因此，本文借助DPS統計軟件對京津冀產業結構與環境質量協調度進行GM（1，1）預測與二次指數平滑預測。

不等權組合預測，是指將每一模型得出數據依照差別權重加權求和。對于運用不等權組合預測法預測中兩模型權重確定問題，本文利用方差倒數法計算兩模型權重。它的基本思路是：對誤差小的模型賦予較大權重，誤差大的模型賦予較小權重。按照方差倒數法，為GM（1，1）求得權重0.4226、二次指數平滑權重是0.5774。預測結果見表5。

由組合預測結果可以看出，京津冀產業結構與環境質量未來幾年內的協調發展情況總體上有所改善，處于持續上升階段，但上升幅度很小，這與京津冀近兩年的產業結構調整是分不開的。

結論與建議

通過運用協調度模型，從時間及空間兩個方面研究京津冀產業結構和環境質量協調狀況，進一步通過采用GM（1，1）和二次指數平滑相結合的不等權組合預測對2016-2022年京津冀產業結構和環境質量協調度預測。結果顯示：從時間上看，京津冀整體產業結構與環境質量協調度大體呈現上升趨勢；從空間上看，京津冀三地發展不均，北京市協調度大體上呈現持續下降態勢，天津市協調度不斷變化，河北省協調度則大體呈現持續上升態勢；從預測結果來看，京津冀整體上未來幾年的協調度將穩步上升，但上升速度不明顯。

以目前及預測狀況看，要達到京津冀產業結構系統與環境質量系統互相促進、協調發展仍需較長時間。這就要求京津冀在未來發展中，著力突破自身主導限制性因素，樹立京津冀整體大局觀念，使產業結構和環境質量同步發展、整體提升，進而有利于京津冀經濟和環境健康發展。具體建議有：第一，加強科研院所和創新企業合作，讓科技創新推動京津冀傳統第二產業優化升級，大力推進無污染或少污染新興綠色低碳行業，以此提高環境質量；第二，京津冀三地要發揮自身優勢，進行產業錯位發展，避免由于產業發展過度重復，造成資源浪費和環境污染；第三，加強《京津冀區域環境保護率先突破合作框架協議》和環保法執行力度，對于違反情況嚴格懲處；第四，加強政府調節和監督作用，加大企業污染稅征收強度及無污染和少污染企業獎勵強度，倡導企業主動減少污染。

參考文獻：

1.徐君.呼包銀榆經濟區產業結構對生態環境的影響研究[D].內蒙古科技大學，2015

2.黃常輝.長株潭地區產業結構對環境質量的影響研究[D].湖南大學，2009

3.趙雪雁，周健，王錄倉.黑河流域產業結構與生態環境耦合關系辨識[J].中國人口·資源與環境，2005，15（4）

4.周成，金川，趙彪等.區域經濟-生態-旅游耦合協調發展省際空間差異研究[J].干旱區資源與環境，2016，30（7）

5.張浩.生態與經濟互動關系分析對生態經濟耦合評價模型的應用[J].生態經濟（中文版），2016，32（3）

6.袁丹丹，姚永鵬.區域金融生態環境與經濟增長的耦合協調關系量化分析[J].資源開發與市場，2016，32（4）