產業結構與生態環境系統動態耦合協調發展研究
——基于廣東2005—2018 年的數據

張 林

（中共清遠市委黨校，廣東 清遠 511500）

一、引言

2019 年2 月，《粵港澳大灣區發展規劃綱要》（下稱《綱要》）正式印發實施。這一綱領性文件對粵港澳大灣區的戰略定位、發展目標、空間布局、產業體系及生態建設等方面作了全面規劃，意味著粵港澳大灣區迎來了新的發展機遇。按照《綱要》提出的發展目標，到2022 年，國際一流灣區和世界級城市群的框架要在粵港澳大灣區基本形成。這一目標的順利實現，離不開大灣區的產業結構優化與生態環境保護。當前粵港澳大灣區區域發展依然面臨諸多瓶頸，經濟發展水平與產業結構參差不齊、資源能源制約、生態環境問題突出。除此之外，過去主要依賴投資和要素驅動的經濟增長模式，導致我省自然資源短缺和生態環境惡化，經濟社會可持續發展受到嚴峻挑戰。珠三角地區無論是從地理范圍、人口規模，還是從經濟總量、發展水平，都是大灣區產業結構優化與生態保護的重點。而粵東西北地區對大灣區的建設同樣不可或缺，這些環灣區的城市既為大灣區的產業轉移提供了廣闊的腹地，也在大灣區生態環境保護方面發揮著重要的作用。在此背景下，本文運用系統演化理論總結廣東產業結構和生態環境的發展脈絡，對增進粵港澳三地開展深入合作，推動粵港澳大灣區實現階段目標具有極其重要的現實意義。

早在上世紀50 年代，國外一些學者就已經展開對產業結構與生態環境之間關系的研究。Hirschman[1]發現，發展中國家普遍存在資源短缺、人才不足以及經濟增長不平衡等問題。因此，政府部門應該積極對資源進行合理配置，將有限的資源投入到高產出、低污染的產業，促進產業結構的優化升級，并帶動其他行業的發展。Grossman 等[2][3]認為產業結構是連接經濟活動與生態環境的紐帶，一方面經濟活動通過資源投入推動產業結構演變，進而對生態環境產生影響，另一方面生態環境的保護力度也受限于當時的產業發展水平。

國內的研究中，總體上可以分成兩類。一類是在區域層面，以國家或各省市為研究對象，探討產業結構與生態環境的關系。彭建[4]研究發現，1992—2003 年間麗江產業結構的演變對生態環境影響整體不大，且呈現出逐年降低的趨勢，即區域產業結構的變化推動了生態環境的改善。張效莉等[5]從新興古典經濟學角度出發，利用超邊際分析理論，建立了包含經濟系統、生態環境系統的最優決策模型，模型表明增加外生性交易費用是提高經濟系統和環境系統效益，從而實現區域可持續發展的關鍵。鄒偉進等[6]通過構建綜合評價指標體系及耦合協調度模型，對我國2000—2013 年產業結構與生態環境的協調程度進行評價，結果表明我國產業結構與生態環境的發展經歷了極不協調、失調到弱協調三個階段。溫彥平等[7]分析了長江中游28 個地級市城鎮化、產業結構和生態環境的耦合度，研究發現該城市群2006—2015 年間的區域發展耦合協調度整體呈現上升趨勢，但各個城市的協調水平存在較大差異，因此區域間的統籌協調尤為重要。另一類則是在產業層面，研究具體產業的產業結構演化與生態環境變遷的情況。王繼軍等[8]構建了陜西省紙坊溝流域1938—2008 年間農業經濟系統與農業生態系統耦合度模型，模型結論是該流域的農業生態系統耦合逐漸失調，因此必須調整產業布局、優化產業結構，才有可能促進農業生態經濟系統的協調發展。鐘霞等[9]定量分析了廣東21 個地級市旅游—經濟—生態環境的耦合協調度，結果表明2001—2010 年間廣東的耦合協調度在不斷提高，但不同區域的耦合協調度水平存在巨大差距，珠三角地區遠遠超過粵東西北地區，且差距還在不斷擴大。茍露峰等[10]以山東海洋產業為研究對象，研究發現，2002—2012 年間山東省海洋產業結構與海洋生態環境之間的耦合協調度正趨于不斷轉好。田欣寧[11]利用2007-2018 年太原市的相關數據，研究發現太原市城鎮化與生態環境的綜合發展水平總體呈上升趨勢，二者的耦合協調度由輕度失調發展為初級協調。

回顧國內外對產業結構和生態環境關系的研究中，學者們多是利用靜態耦合模型對二者展開研究，從動態層面研究產業結構與生態環境的耦合情況相對較少。此外，國內定量研究中所使用的數據相對陳舊，結果導致研究結論不能全面反映當前產業結構與生態環境的協調程度，尤其缺乏十八大以來中央和各級政府在推動產業轉型升級和生態文明建設上所作努力的評價。為了充實現有理論研究，本文以廣東為例，通過構建綜合評價指標體系，系統評價廣東2005—2018 年產業結構與生態環境的動態耦合情況，為粵港澳大灣區的產業發展和生態環境保護提供政策建議。

二、產業結構與生態環境的耦合關系

耦合一詞最早來源于物理學，后被生態學、經濟學、管理學等學科廣泛應用，用來描述兩個或兩個以上系統之間或者組成系統的各個要素之間，如何通過相互作用來產生影響的。具體來說，系統或系統內要素之間的影響可以分成兩種情況。一種是積極作用，一方的發展推動整體和其他部分的發展，即良性耦合；另外一種是消極作用，一方的發展對整體和其他部分產生阻礙和制約作用，即惡性耦合。耦合度是基于耦合理論，通過度量系統間或系統內要素間在發展變化過程中相互影響的程度，從而反映系統整體內部的協調程度。

產業結構與生態環境之間存在彼此依存、相互制約的耦合關系。首先，生態環境是經濟社會發展的基礎，生態環境既能夠為各種產業的生產活動提供所需的物質資源，也能夠消化生產活動所產生的各種污染物。保護生態環境就是保護生產力，改善生態環境就是發展生產力。優良的生態環境有助于加快推動經濟的可持續發展，并優化產業結構，使得社會可以以較少的代價實現同等的產出。反之，當環境污染超過了環境的承載能力時，惡劣的生態環境則會減緩產業結構優化升級的進程，從而制約經濟社會的進一步發展。其次，從世界各國的經濟發展史可以看到，經濟發展過程中，伴隨著產業結構的演變，而生態環境狀況也呈現出相應的變化。當經濟發展處于初級階段時，產業活動水平較低，對資源的利用效率不高，消耗大量自然資源的同時還會排放大量污染物，對生態環境產生極大破壞；當經濟發展達到較高水平，尤其是第三產業占比較高時，新技術、新工藝不斷涌現，從而引起行業生產水平的提升以及污染物排放得到控制。經濟體創造相同價值消耗的資源和排放的污染物都出現下降，產業經濟活動對生態環境的負外部效應明顯減弱。因此，產業結構與生態環境之間不是相互獨立的，而是緊密聯系在一起的一個復合有機體，兩者之間存在著一種相互作用、彼此影響的關系。

三、模型設定與數據處理

（一）模型構建

利用系統演化構建動態耦合模型來分析產業結構和生態環境之間的客觀交互耦合關系，二者的變化過程可以通過非線性演化方程來表示：

式中，x為系統；t為時間；xi為系統內部的第個i元素，i=1,2…,n；為xi的非線性函數。

Lyapunov 第一近似定理指出，非線性系統的運動穩定性取決于一次近似系統的特征根的性質[12]。為了保證整個系統的穩定性，需對一次近似微分方程在平衡點處進行近似線性化，現將在原點處按泰勒級數展開，并略去高次項，僅保留常數項和關于xi的偏導數一次項，可以得到上述非線性系統的近似表達式：

按照這種方法，可以構建產業結構調整與生態環境變化的一般函數：

式中，f(I)是產業結構系統，f(E)是生態環境系統，xi、yj分別為兩個系統的元素，ai、bj是各個元素的所占的權重。

由于產業結構與生態環境之間存在相互作用、相互脅迫的關系，因此可以將二者納入一個包含f(I)和f(E)兩個部分在內的復合系統，該復合系統的演化情況為：

式中，A、B是在自身和外部兩方面因素共同影響下的產業結構和生態環境子系統的演化情況，VA、VB為演化速度。由于A與B是相互影響的，因此在整個復合系統中，VA、VB決定系統的整體速度，有V=f(VA,VB)。因此可以通過考察V的變化來考察整個復合系統及各個子系統的協調耦合關系。

由于產業結構和生態環境構成的系統在演化上滿足螺旋上升機制，可以假定二者的動態協調耦合關系呈周期性變化。在每個周期內，VA與VB帶來V的變化，因此可以在VA與VB組成的二維平面上，用α=arctg(VA/VB)作為耦合度來衡量整個系統的演化狀態以及子系統間的協調程度。在一個周期內，整個系統根據α的值大小可分為低級協調（I）、協調發展（II）、極限發展（III）和螺旋上升（IV）四個階段，如圖1A 所示。

（1）當-90°＜α＜0°時，系統處于低級協調共生階段。這一時期產業發展進程緩慢，生態環境帶來的限制和約束很小，產業結構演變對生態環境的影響幾乎為零。

（2）當0°＜α＜90°時，系統處于協調發展階段。產業結構演變速度較慢低但已經開始顯現出對生態環境的脅迫作用，生態環境對產業結構演變的約束與限制也日漸突出，但尚在可控范圍內。

（3）當90°＜α≤180°時，系統處于極限發展階段。由于產業發展快速推進,經濟社會的發展對自然資源的利用和生態環境的破壞日益加劇，產業發展與生態環境之間的矛盾愈演愈烈。

（4）當-180°＜α≤-90°時，系統處于螺旋式上升階段。在這一階段，隨著產業發展陷入困境，資源環境也呈現衰竭趨勢，產業發展與生態環境之間的交互脅迫關系被迫面臨調整。系統內部諸要素通過調整優化，產業發展與生態環境二者間的協調耦合關系也逐漸得到改善，并由相互脅迫轉化為相互促進，整個系統螺旋上升，子系統實現更高層次的協調，如圖1B 所示。

圖1 產業結構與生態環境的耦合發展過程

（二）評價指標選取及權重確定

為了準確評價產業結構及生態環境的變化情況，保證評價指標體系的科學性和有效性。本文在設置評價指標體系時，綜合考慮經濟、社會、環境等多方面的因素，并借鑒公開文獻中涉及產業結構與生態環境評價指標的相關資料，利用Delphi 法對各指標權重進行賦值，最終形成了由產值結構、就業結構、產業結構偏離度、效益水平4 個一級指標和13 個二級指標構成的產業結構指標評價體系；由生態環境污染、生態環境治理、生態環境質量3 個一級指標和9 個二級指標構成的生態環境指標評價體系，如表1 所示。

表1 生態環境及產業結構水平綜合評價指標體系及權重

（三）數據來源

為確保數據的可得性及研究的可行性，從《中國統計年鑒》（2006—2019）、《中國環境統計年鑒》（2006—2019）、《廣東統計年鑒》（2006—2019）以及《廣東省環境統計公報》（2005—2018）中選取相關數據，部分缺失數據通過推算得到。自2013 年起開展的城鄉一體化住戶收支和生活狀況調查。

（四）數據標準化

為消除變量由于量綱和正負項不同而影響實驗結果，本文采用極差標準化的方法對數據進行標準化：

式中：i為年份，j為指標序號，Aij為數據標準化后的數值，Xij為原始值，minXij與maxXij分別為評價區內該指標的最小值與最大值。不同數據經標準化處理后，消除了單位且數值范圍均在[0～1]之間。

四、結果與分析

（一）產業結構與生態環境耦合演變軌跡的綜合評估

將數據標準化處理后，按照設定的權重進行加權求和，可得廣東2005—2018 年間產業結構與生態環境的綜合指標指數，如表2 所示。

表2 2005—2018 年廣東產業結構與生態環境綜合指數

利用表2 的數據可以得到廣東產業結構與生態環境的演化曲線，如圖2 所示。從圖中可以看出，2005 年以來，廣東產業結構綜合指數和生態環境綜合指數整體上都呈上升趨勢。其中，2005—2010 年間，產業結構在不斷優化，生態環境狀況也在改善，且生態環境指數一直高于產業結構指數；2011—2015 年間的產業結構調整繼續向前推進，而生態環境在曲折中波動，整體上維持在2010 年的水平，不過生態環境指數依然高于產業結構指數；2016—2018 年間，生態環境指數整體處于下滑趨勢，且低于產業結構指數，說明生態環境在產業結構變遷過程中面臨的壓力明顯增加。

圖2 2005—2018 年廣東產業結構與生態環境動態變化曲線

（二）產業結構與生態環境協調發展的耦合態勢分析

為了更加清晰的反映廣東產業結構與生態環境協調發展的耦合情況，將圖2 中的產業結構綜合指數與生態環境綜合指數兩條曲線分別進行非線性擬合，可得：

（9）、（10）分別對t進行求導，可得兩子系統的演化速度VA、VB：

利用公式（11）和（12）可以得到廣東2005—2018 年間的VA、VB、tanα和α的值，如表3 所示。

表3 2005—2018 年廣東產業結構與生態環境協調發展的耦合度

根據表3 中α的值可以得到廣東2005—2018 年的產業結構與生態環境協調發展的動態耦合演化曲線，如圖3 所示。

圖3 2005—2018 年廣東產業結構與生態環境耦合曲線

由圖可知，2005—2018 年間0＜α＜90°，且耦合度α呈現出先上升、后下降的特點，并于2015 年達到峰值，廣東產業結構與生態環境的動態耦合過程處于協調發展（II）階段。具體來說，該過程可以分成兩個階段:第一階段為2005—2008 年，0＜α＜45°，0＜VA＜VB，生態環境的改善速度大于產業結構的優化速度，產業結構的發展尚未對生態環境產生負面影響，生態環境可以滿足產業發展對資源的需要，兩者構成了一個緊密的有機體。第二階段為2009—2018 年，45°＜α＜90°，0＜VB＜VA，該階段又可以分成兩個時期。2009—2014 年間，α呈上升趨勢且逐漸遠離45°，兩者的耦合程度也逐漸下降。盡管這一時期產業結構和生態環境之間依然處于的協調發展的階段，但伴隨著產業活動規模的擴大和結構的調整，生產活動對資源的消耗不斷加快，對生態環境的影響也越來越明顯，二者間的良性互動逐漸消失，產業結構的調整受到生態環境的制約。2015—2018 年間，α呈下降趨勢。隨著生態的投入的增加，生態環境開始好轉,因此產業結構與生態環境的耦合度從最高點緩慢下降,經濟社會的發展對自然資源的無序利用和生態環境的破壞受到遏制。環境改善的速度不斷加快，產業發展與生態環境之間的矛盾也得到一定程度緩解,生態環境對產業結構演變的約束作用逐漸減小，經濟結構更加合理、經濟發展也更加可持續。

五、結論

產業結構與生態環境的動態耦合系統是相互影響、相互制約、相互促進的復合系統，具有動態演化特征。在經濟發展初期,產業發展水平較低，往往需要以破壞生態環境為代價實現原始積累，然而隨著經濟發展到一定階段,產業結構不斷調整，生態環境也會受益于產業結構的優化而得到改善。本文基于動態耦合模型所建立的廣東產業結構與生態環境的協調耦合度,能夠較好地反映二者的動態耦合情況。

當前廣東省正處于產業結構與生態環境的協調發展階段,且協調耦合度在近三年呈下降趨勢，逐漸遠離極限發展階段，生態環境得到明顯改善，產業結構與生態環境呈現出更加協調發展的狀態。這也從另外一個方面證明了十八大以來，尤其是近三年來，廣東在推動產業轉型升級與生態環境保護方面做出的努力，已經取得了明顯的成績，但不可否認的是生態環境與產業結構的協調發展仍有待進一步加強。土壤重金屬污染、污水和垃圾處理等設施仍有待完善；另一方面，盡管產業結構漸趨優化,產業轉型升級不斷加快,但產業競爭力還不夠強。部分地區企業生產效率偏低、缺少支柱性高新技術產業，尤其是粵東西北等欠發達地還面臨著生態環境保護投入的經濟壓力。因此，廣東要繼續加大環境污染治理投入、構建多元化的投融資渠道，整合行政管理資源，加快在環保政策制定、環保綜合執法、產業發展合作等方面的合作力度，推動形成跨區域、多流域、全局性的生態環境與產業結構協調發展的格局。在新的歷史時期，緊緊抓住粵港澳大灣區城市群建設的重要歷史機遇，續寫經濟高質量發展的時代新篇章！