基于熵權法測度甘肅省農業經濟和農業生態的耦合性*

丁磊，呂劍平

(甘肅農業大學財經學院，蘭州市，730070)

0 引言

耦合指的是兩個或者以上的模塊，相互作用，相互影響，導致模塊組合在一起時表現出與單個模塊不同的特征。模塊能夠耦合在一起說明其具有相關連的聯系，耦合程度的大小取決于依賴于模塊間的調用程度，傳遞的數量多少，以及模塊間的控制大小。由于耦合的這些特殊特征，近些年被廣泛的用于各種研究領域[1-2]。

甘肅省氣候干旱、降水量不足，制約著農業的發展，近些年隨著政府對農業的重視，農業方面有了起色。目前全省約有耕地3 600 khm2。甘肅省氣候類型多樣，從南到北涵蓋了四大氣候類型，干旱和半干旱占總面積75%，光照充沛，水量稀少，大部分土壤貧瘠，不適合種植農作物生長。但是隨著科技進步，生物科技發展，農藥化肥的研發使用，近些年農業產出逐步增加，與此同時大量的使用也造成了農業生態的污染，損害了農田[3-4]。飲水安全的問題隨著農業污染逐步凸顯，農業環境也隨著工業“三廢”逐漸惡化，危害著勞動人民的身體健康。由此怎么優化農業往好的方向的發展成為近些年眾多研究者的研究對象。20世紀開始就有研究者著手于作物的生長與季節氣候的關系，如何在利用土地事保持適度規模經營、土地肥力，植物營養的物質循環等的研究。農業與農村可持續發展試驗示范地的建設主要是為了探究農業生態的發展路徑、建議包含了對農業經濟、生態環境、農村生產的相互協調關聯探究于1991年在我國開展[5-7]。魏媛等[8]注意到經濟發展受到生態環境的制約，并通過各種指標驗證了經濟發展與環境的耦合協調度。Hanley N[9]通過一般均衡模型(CGE)對生態環境保護與經濟發展之間的關系進行研究。Allan G等[10]以生態經濟學視角來看環境與經濟的關系。劉國偉[11]通過環境庫茲涅茨曲線驗證出生態環境污染與經濟發展有著顯著的相關關系，并且相互影響程度很大。張樂勤等[12]運用熵值法對生態系統與經濟發展進行評價進行評價，得出生態環境影響著可持續發展。蘇慧等[13]通過能值分析出各地區生態系統承載力不一樣，要因地制宜的提高系統承載力與可持續發展的能力。江紅莉等[14]以動態耦合模型測度出經濟與生態環境發展處于協調的過程中。農業的發展與經濟的發展是相輔相成的，農業的發展可以促進經濟的發展，經濟發展到一定的程度，會促進農業往高水平方向上發展，隨著經濟快速的發展，生態環境也遭到了很大的破壞，不能走“先污染，后治理”的道路，這就要求在農業生態與農業經濟之間找到動態耦合協調的平衡點。到現在為止研究甘肅省農業經濟與農業生態的偶和協調關系的研究很少。文章重點探討甘肅省生態農業的情況，農業要素的利用效率，甘肅各地農業經濟與農業生態的可持續發展的程度以及其差異。文章是以研究甘肅省農業經濟與農業生態的耦合協調關系圍繞甘肅省14個地市為研究對象而展開，旨在為甘肅省農業生態環境保護以及農村經濟可持續發展提供決策依據。

1 研究區與數據來源

1.1 研究區域

甘肅省地處中國西北部、黃河上游，全省劃分為12個地級市和2個自治州，位于北緯 32°31′～42°57′，東經92°13′～108°46′之間。甘肅有橫跨四個不同類型的氣候，以山地為主，日照充足，年降雨量300～400 mm，全省耕地面積約有3 600 khm2。干旱與半干旱地區占據了整個甘肅的75%。為了促進當地經濟發展，加強對農業生態環境的保護，研究甘肅省農業生態—農業經濟的耦合協調度、協調關系的現實意義十分重要。

1.2 甘肅省農業生態和農業經濟概況

國家統計年鑒上顯示甘肅省2019年農林牧漁業實現總產值 1 887.58億元，同比增長13.75%; 實現增加值228.22億元，分行業看，農業、林業、牧業、漁業、農林牧漁增加值分別增長2.91%、10.43%、20.84%、8.79%。2018年甘肅農林牧漁業實現增加值99.72億元，按可比價格計算，增長1.22%。由于糧食產量整體下降和生豬出欄持續下行等因素影響，2018年增幅較上年度下降 1.4個百分點。分行業看，農業、林業、漁業增加值分別增長0.72%、2.35%、0.11% 和農林牧漁同比下降1.68%，牧業同比下降4.86%。2017年甘肅農林牧漁生產總值為1 559.64 億元，其中農業生產總值為1 068.61億元，林業生產總值為31.57億元，牧業生產總值為308.97億元，漁業生產總值為2.09億元。

據初步統計，目前全省累計治理水土流失面積9 090.65 khm2，人工造林保存面積296.02 khm2，修建梯土、梯田2 200 khm2，防護林面積227.67 khm2，森林覆蓋率達到13.77%，封山育林累計在封面積33.601 khm2，當年飛機播種面積0.67 khm2;建立各類國家自然保護區20個，保護地面積0.55 khm2，占全省土地面積0.01%; 2019年開展小流域綜合治理31.95 hm2，水電站582座，開展生態與農業氣象試驗業務站點個數15個，“美麗鄉村”示范點697個等。

2 研究方法與數據來源

2.1 甘肅農業生態與農業經濟的耦合協調度模型

2.1.1 甘肅省農業經濟與生態耦合作用機理

假如把農業經濟與農業生態看成兩個不同的模塊，那么耦合作用機理在這兩個模塊之間可這樣描述:一方面，農業生態會受到生產要素和資本在經濟發展過程中的優惠配置的反哺而優化農業生態的發展以及對農業生態進行保護。另一方面，農業生態能夠使各類農產品、經濟要素、資本達到優化配置并且為經濟增長帶來動力，經濟系統內關聯產業的發展質量和速度可以通過農業生態的擴散效應、規模效應、集聚效應和乘數效應來帶動，經濟發展也可以靠農業生態來促進，然而，經濟的發展也會受到農業生態的無節制開發利用造成逆反饋抑制的效果。農業生態與經濟相互耦合作用的過程就是農業生態與經濟兩者相互影響，相互制約的過程。農業生態與經濟之間存在高度耦合關聯性，一方面來自二者相互推拉和制約，另一方面是相互適應與促進[15-18]。

2.1.2 耦合協調度模型

可以證明，農業經濟模塊與生態模塊的耦合度區間范圍為(0,1)二者的耦合協調性越優，數值越接近1，反之越差[2, 4, 11, 19-21]。

2.2 指標體系的選取

要按照科學性、全局性、對比性的原則來選取指標。要清晰各指標所具有的意義與內容，指標的數據要有時序動態性、易獲取性、精確性[4，8，22-23]。表1中明確了該研究選取的關于農業經濟發展模塊和農業生態模塊的指標。該研究中甘肅省各市的農業生態環境污染、農林牧漁業各項產值的數據均來自《甘肅農村年鑒》《甘肅發展年鑒》《國家統計年鑒》。

表1 農業經濟子模塊與農業生態子模塊指標體系

2.3 指標權重的確定

可以通過熵權法來求得[24-26]。熵權法用指標的變異性(離散程度)的大小來客觀確定指標的權重，其信息熵值越小，指標的離散程度越大，其系統的綜合評價權重也就越大，通過熵權可以修正各項指標的權重，能夠定量客觀的反應信息熵值的優越性，得到有效的權重。計算指標權重的過程如下。

1)數據標準化。將各個指標的數據進行標準化處理。假定給了k個指標X1,X2…,Xk,其中Xi={x1,x2,…,xn}。若對個各個指標數據標準化后的值Y1，Y2，…,YK,那么

式中：xi j——被評價對象的比重，為第i項指標下第j個數。

2)計算各指標的信息熵。有信息熵在信息論中的定義，可知公式

3)計算第j項指標的差異性系數

αj=1-Ej

αj值越大，表明指標xj在評價中重要性越大。

4)計算各指標的權重。按照信息熵的計算公式，計算各個指標的信息熵為E1，E2，...,Ek,通過信息熵計算各個指標的權重

某指標的熵值越小，其離散程度越大，帶來的綜合評價影響就大、信息越多，該指標的參考價值就越大，其權重就越大，反之權重越小。

2.4 數據來源

該研究中甘肅農業經濟、生態中的每個指標數據分別來自 《甘肅發展年鑒》《甘肅農村年鑒》《國家統計年鑒》。

3 結果與分析

3.1 基于熵權法的耦合性測度

3.1.1 指標數據的采集與整理

通過查閱2010—2019年的《國家統計年鑒》，將農業生態與農業經濟系統的各指標進行搜集和匯總，得到表2。

表2 2010—2018年甘肅省農業基本情況

由表2可知:2010—2018年，第一產業勞動力人數由724.82萬人下降到652.26萬人，年均增長率為-1.31%; 年末實有耕地面積由349.36萬hm2上升到356.3萬hm2，年均增長率為0.25%;當年減少耕地面積由0.7萬hm2下降到 0.1萬hm2;農作物播種面積由3 723.47 khm2上升到3773.55 khm2，年均增長率為0.17%; 造林面積面積由232.76 khm2上升到392.77 khm2，年均增長率為6.76%。其中造林面積增長率最大，其次是年末實有耕地面積。第一產業勞動力是下降趨勢。如表4所示: 2010—2019年，第一產業的總產值由905.22億元上升到1887.58億元，年均增長率為2.56%;農業總產值由628.88億元上升到1 306.41 億元，年均增長率為8.46%; 林業總產值22.06 億元上升到38.09億元，年均增長率為 6.26%; 牧業總產值由141.52億元上升到395.57億元，年均增長率為12.10%;漁業總產值由0.78億元上升到2.03億元，年均增長率為11.21%。其中，牧業年均增長率最大，其次是漁業，農業第三，林業增長率最小。由第一產業環境綜合統計基本狀況顯示(表3):自2010—2018年，廢水排放總量由5.124 1億t增長到7.004 9億t，年均增長率為3.99%;化學需氧量(COD)排放量由16.80萬t 下降到12.6萬t，年均增長率為-3.53%;氨氮排放量由2.35萬t增長到1.77萬t，年均增長率-3.48%;二氧化硫排放量由55.178 5萬t下降到25.253 2萬t，年均增長率為-9.30%;煙(粉)塵排放量由2011年的23.619 1萬t下降到19.501 2萬t，年均增長率為-2.70%。其中出了廢水排放總量呈增長趨勢外，化學需氧量(COD)排放量、氨氮排放量、煙(粉)塵排放量、二氧化硫排放量均為下降趨勢且下降速率二氧化硫排放量最快，其次是化學需氧量(COD)排放量、氨氮排放量，最后是煙(粉)塵排放量。

表3 2010—2018年甘肅省第一產業環境綜合統計基本狀況

表4 2010—2019年甘肅省第一產業產值

3.1.2 耦合度的計算與分析

1)對農業經濟模塊和農業生態模塊各指標進行規范標準[6, 27-28]，得到如下標準化后的結果在[0,1]區間的矩陣。

2)根據熵權計算公式和各指標矩陣，計算得出農業經濟和農業生態系統的熵權(表5)。

表5 農業生態與農業經濟模塊各指標的熵權計算結果

農業經濟模塊里，牧業的熵權值最大，林業的熵權值最小，其次是總產值。農業生態模塊里中，煙(粉)塵排放量熵權值最大，廢水排放總量熵權值最小。

3)分析耦合協調度計算結果。把農業經濟模塊和農業生態模塊所計算的熵權指標的數據以及上述計算的矩陣標準化數據帶入綜合評價函數計算公式，得出2010—2018年甘肅農業經濟模塊和農業生態的綜合評結果，然后帶入耦合協調公式得出耦合協調度的結果(表6)。

表6 2010—2018年甘肅省生態農業與生態經濟系統的綜合評價及耦合度

2010—2018年，農業經濟模塊的綜合評價值逐年在升高，其中2010—2012年的綜合評價值在0.3以下，2010年最低，2013—2015年處于0.5以下，2016—2018年較高均超過了0.8，最后兩年甚至超過了0.9,2018年綜合評價值最高接近1。

農業生態模塊的綜合評價值是處于上下波動的狀態，波動程度大概程正態分布狀態，綜合評價值最高的是2014年超過了0.9,最低是2017年低于0.1，其中2012—2014年綜合評價值逐步上升，且大于0.6,2014—2017年逐步下降且跌幅最大,超過了0.6，2017—2018有稍微的回升，幅度不大。2011年出現的反常的數據且綜合評價值較高。

由表5的耦合度可知：2010—2013年，甘肅省農業經濟模塊與農業生態模塊的耦合度是逐年上升的，2013—2015年出現小幅度的波動且趨于平穩狀態，都在0.9以上，并在2015年達到最大值0.969 4，說明這幾年二者耦合協調性很好，說明甘肅省在追求經濟高速發展的同時對生態也非常重視，并加強了農業生態的建設，突出了農業生態在經濟可持續發展中的作用。從而促進了兩者的相輔相成，協調發展。然而2015—2018年開始逐漸下降速度比較緩慢，可能的原因是農業經濟快速的發展對農業生態起到了一定的一直做作用，人們生活條件的提高對農業污染的產品消費的增加破壞了農業生態環境。

4 結論

以甘肅省2010—2018年的農業經濟和農業生態環境為研究對象，對農業經濟-農業生態環境進行指標構建以及最后用耦合協調度的客觀結果分析農業經濟與生態的發展的相互關系。在定量分析后表明，甘肅省農業經濟與生態發展在2010—2018年呈現出不穩定性。

1)2010—2018年甘肅省農業經濟處于快速發展階段，表明隨著各項惠農政策的下發甘肅省正在依靠自身的地理條件大力發展農業經濟。

2)農業生態處于正態分布的波動狀態，甘肅省近幾年雖然致力于農業生態的保護但是沒有達到預期的結果，這與甘肅農業環境有關，需要進一步加強對此方面的投入。

3)兩個模塊在2010—2015年基本呈現協調發展的趨勢，且耦合度均在0.9以上，2015—2018年呈現下降的趨勢。這說明農業生態與農業經濟的發展是相互影響，相互制約的，單獨發展經濟忽略農業生態環境的發展不能使兩者呈現較高的耦合度，同時農業生態發展好了也會促進農業經濟的可持續發展。

經濟增長原本是可以更好的保護生態環境的，但是不能片面的追求農業經濟快速增長，破壞了脆弱的生態環境，使兩者呈現低的耦合度，這樣不僅不利于生態而且過了一段時間之后會反噬經濟抑制其發展。隨著一系列的農業政策的引導以及轉變經濟發展方式的政策提出，要牢牢樹立科學發展觀，高質量發展經濟的同時要加大保護生態環境的力度，促進農業生態與經濟協調友好的發展。該文通過運用熵值法對各個指標進行量化定量分析并結合耦合協調度模型側度出農業經濟與生態的相互耦合的機理。統計計算出甘肅省2010—2018年農業經濟與生態的耦合度，呈現波動的現象，說明二者耦合度不是太理想，說明甘肅省需要立足于自身的發展特點，尋找符合自身農業生態-農業經濟的發展特點的優質良性的耦合發展道路。