基于耦合模型的生態環境與經濟協調發展研究
——以湖南省為例

謝佩佩（貴州財經大學經濟學院）

■前言

國家“十三五”規劃把“生態文明建設”“環境治理”“綠色低碳發展”納入重點建設對象。目前，國外學者主要利用一般均衡模型（CGE）研究生態環境與經濟協調發展二者之間的關系。國內，張憶君等（2016）基于層次分析法（AHP）和熵權法的組合賦權法對各項指標賦予權重后，動態分析了蘇北地區環境與經濟的協調發展狀況，得出蘇北地區整體達到了優質協調階段[1]。魏媛等（2018）借用耦合模型對貴州省各地州市2005～2015年經濟發展系統與生態環境系統耦合協調演變情況進行了研究[3][4]。

■研究區概況

湖南省位于中國中南部，是長江經濟帶的重要組成部分。2015年，湖南省GDP42754億元，比2014年增加10.6%。2015年湖南省森林覆蓋率達到51.4%，比2014年增長10.8%；湖南省總省的SO2排放量為59.55wt，比2014年減少近3wt。

■評價指標體系構建

（一）數據來源與分析

原始數據主要來源于2006-2016年《中國統計年鑒》《中國能源統計年鑒》。本文主要采用SPSS20.0等軟件對原始數據進行定量分析研究。

（二）評價指標的選取

為全面反映湖南省經濟發展與生態環境的耦合協調程度，本文根據環境--經濟系統的特征，借鑒相關學者的研究思路和研究方法，并根據研究區的具體情況，分別選取了7個一級評價指標，18個二級評價指標，其中環境系統二級評價指標9個，經濟系統二級評價指標9個。

（三）評價指標標準化處理

為了使研究結果更加客觀，因此把所有指標進行規范化處理，消除差異后使指標成同量綱的值。根據每個指標對系統影響的方向性，將2個子系統的18個指標按照正向指標和負向指標2類進行分類，并運用極差變換法對原始數據進行標準化變換。標準公式如下：

式（1）、（2）中：y表示各系統第i項指標的實際值，表示第i項指標的標準化值，maxyi表示第i項指標所有評價年份中的最大值，minyi表示第i項指標所有評價年份中的最小值。

（四）指標權重的計算及確定

指標權重的判斷和計算對研究結果的準確性和可信度起著重要作用。客觀賦權法是以評價對象的客觀實際數據為基礎，通過計算得出權重，主要包括主層次分析法（AHP）、變異系數法、熵法等。本文主要采用變異系數法，通過變異系數計算各指標的權重。計算步驟和方法如下：

1.各項指標的變異系數公式如下

式中：vi是第i項指標的變異系數；σi是標準化后第i項指標的標準差；是標準化后第i項指標的平均數。

2.各項指標權重計算公式如下

式中：wi為第i項指標的權重值，

用上述公式計算標準化值，各指標的權重。9項指標在經濟系統和環境系統中的平均權重為0.11，在生態環境系統中，水土流失治理面積、環境污染治理占GDP比重、耕地面積、SO2排放量以及人口自然增長率的權重值均大于或者等于0.11，表明其對生態環境影響很大。而在經濟發展系統中，人均國內生產總值、地方財政收入、固定資產投資、高新技術產業利潤總額、工業增加值、進出口總額加權值均大于0.11，說明這些指標對經濟發展也有重要貢獻。

■生態環境系統與經濟系統耦合協調性評價

（一）耦合協調模型構建與計算

1.發展指數模型構建與計算分析

本文主要參考魏媛對相關城市經濟與生態環境耦合協調度的研究，構建了湖南省生態環境系統與經濟發展系統的綜合評價模型。本文分析的是生態環境-經濟發展兩個子系統，所以設定兩個函數對綜合發展指數進行計算。函數表達式如下：

（5）、（6）式中的三個公式：ai、bi分別表示第i項指標的權重值；xi表示環境系統中第i項指標的標準化值，yi表示經濟系統中第i項指標的標準化值；f(x)為環境系統的綜合評價指；f(y)為經濟系統的綜合評價值，二者變化區間為【0,1】，數值越小，表明系統層的指標水平越低，反之則越高。

2005-2015年湖南省經濟系統發展指數呈逐年上升趨勢，增長率為460%，年均增長46%。2005年最低值為0.15，2015年最高值為0.84，是2005年的4.9倍。這表明，隨著工業化、城鎮化的快速發展，湖南省經濟也實現了較快發展。

相比之下，2005-2015年湖南省生態系統發展指數呈波動上升趨勢，總體增長394.12%，年均增長39.4%。2005年最低為0.17，2015年最高為0.84。但是，湖南省經濟系統發展指數是同期生態環境發展指數的11.67倍，說明湖南省在發展經濟的同時要注意環境保護。

2.耦合度模型構建與計算分析

本文借鑒物理學中的耦合概念和理論，進一步擴展了子系統綜合評價模型，建立了生態環境系統與經濟系統相互作用的耦合度模型。耦合度的公式為：

式（7）中：k為協調系數，k大于等于2，本文根據湖南省的具體情況取k=2；耦合度C取值范圍在【0,1】，當C值由0到1逐漸變大時，說明系統的耦合度逐漸變強，達到有序結構。2005-2015年湖南生態環境與經濟系統的耦合度，上升幅度為10%，年均上升了1%，表明湖南生態環境與經濟發展之間耦合調性在上升。

3.耦合協調度模型及計算分析

在耦合度的基礎上，引入協同耦合度的概念，使結論更具實用性和指導性。耦合協調度評價計算公式為：

式（9）中：T是湖南省生態環境經濟發展評價體系的綜合評價指標，反映了湖南省生態環境與經濟發展系統的整體效益水平； α、β均為待定系數。基于兩者在相互作用中的影響相當，最后得出α=β=0.5。2005-2015年，湖南省生態環境系統與經濟發展系統的綜合發展指數（T）和耦合協調度（D）總體呈上升趨勢，上升幅度分別425.0%、130%，年均分別上升了42.5%、13.0%。

（二）生態環境系統與經濟發展系統耦合協調發展評價與分析

1.耦合度評價

本文主要參考廖重斌的均勻分布函數，對經濟環境系統的耦合水平進行等級劃分。

2005-2015湖南省生態環境系統與經濟發展系統的耦合度總體上呈現出波動上升的趨勢，0.83≤C≤1.0。湖南省的環境-經濟系統整體演進過程為：中等協調-良好協調-優質協調。十年期間，湖南省全面實施“退耕還林”政策，使森林覆蓋率由2005年的40.63%增加到2015年的51.4%，與此同時，有關環境保護的投入也在逐年增加。隨著“工業化、城鎮化”的不斷推進，湖南省的GDP由2005年的6596.1億元增至2015年的28902.21億元，10年間GDP翻了約5倍。

2.耦合協調度評價

2005-2015年湖南省生態環境系統與經濟發展系統耦合協調度呈現逐步上升的趨勢，0.38≤D≤0.84，結合表5可以得出：研究區在2005至2010年期間生態環境與經濟發展的耦合協調度很低，瀕臨失調衰退型或輕度失調型。這5年期間由于湖南省正在由農業逐步向工業發展，大力發展工業，煤炭等能源消耗增加，SO2等廢棄物的排放量也大量增加，致使環境受到了很大程度的污染。

3.綜合發展指數評價

2005-2015年間，湖南省生態環境-經濟發展系統的T指數呈現持續上升的狀態，0.16≤T≤0.84，說明了湖南省的綜合發展能力在不斷地增強。2010年以后，發展經濟的同時，加大了環境保護力度以及環境治理力度。在經濟方面，10年間湖南省的GDP迅速增長，GDP的權重占到了0.13，大于經濟系統的平均權重，占比較大。在環境保護方面，湖南省的森林覆蓋率在不斷地增加，環保治理方面的投入也在不斷地擴大。

■研究結論與對策建議

（一）研究結論

本文運用了變異系數賦值法以及動態耦合理論模型對湖南省2005-2015年生態環境系統與經濟發展系統耦合協調性的動態變化情況進行了研究與分析，研究的主要結論有：

（1）2005年至2015年，湖南經濟系統發展指數、生態環境系統發展指數和系統綜合發展指數均呈上升趨勢。分別上升了460.0%、394.1%、10.0%，說明了湖南省生態經濟發展能力、環境發展能力以及綜合發展能力均在不斷地提高，但環境發展指數增長幅度小于經濟發展指數。

（2）2005-2015年研究區生態環境系統與經濟發展系統耦合度以及協調度呈現逐步上升的趨勢，0.83≤C≤1.0、0.38≤D≤0.84。表明湖南省生態環境系統與經濟系統發展水平得到提升，二者的耦合協調性已由2005年的瀕臨衰退型到2015年的良好協調型。

（二）對策建議

湖南省地處中國中南部，近十年為了發展經濟消耗了大量的資源能源，能源的消耗以及環境的破壞又抑制經濟的發展。為了使經濟達到可持續發展的目標，必須采取有效的措施使生態環境系統與經濟發展系統和諧發展。

1.加大供給側結構性改革力度，優化產業結構

湖南省在發展過程中，一二產業的比重大于第三產業，而一二產業的發展主要依賴能源的消耗，對環境造成的污染較大。湖南省第三產業的比重雖在增加但增幅較小，應該考慮把發展重心轉移到第三產業，實現產業結構的優化。

2.建立健全環保法規，增加環保投入

政府要在公共資源配置中發揮主導作用，建立健全環境保護法律法規，出臺相關政策，嚴格控制企業“三廢”排放。加大環保投入，充分利用現代手段，建立綠色生活服務和信息平臺，使社會生活方式走向綠色。