我國南繁產業與資源環境系統耦合研究

陳冠銘 李可貴 曹 兵

（1三亞市南繁科學技術研究院，海南三亞572000；2海南省農業科學院，海口571100）

產業與資源環境關系是人地關系論研究的重要內容，而系統耦合是對兩個及以上系統之間的相互作用、相互關聯、相互協調的量度，且引入時間序列數據采用動態研究，因此可以很好地分析判斷產業發展等相關政策。南繁得益于海南的自然資源稟賦，研究南繁產業與資源環境系統耦合，有利于南繁產業布局的區位選擇、政策制定。

1 耦合作用機理及模型

海南以生態立省，區域人地關系論對研究相關產業與資源協調性具有重大意義。國家將海南的南部地區1.7933萬hm2劃定為南繁保護區，在三亞市規劃建設南繁科技城、全球動植物種質資源引進與中轉基地、生物育種專區，重點發展南繁產業，勢必改變原有的農業產業結構和以農業生物技術研究為核心的第三產業結構，促進人地關系的調整。

南繁產業系統與資源環境系統耦合關系的作用機理在于尋求兩個系統之間的均衡。南繁產業對資源環境的影響主要有產業規模效應、產業結構效應和技術效應。資源環境對南繁產業的影響主要是資源與南繁產業聚集。自然資源、人力資源、資本和技術是連接南繁產業系統與環境系統的載體，當載體發生變化時就會對系統耦合關系產生影響，從而分析南繁產業-資源系統演替的驅動力。

1.1 耦合度模型[1-2]設定f（x）和h（y）分別為南繁系統和資源環境系統的綜合評價函數，x、y為影響函數的變量指標。南繁產業系統的各指標的標準化值，wi是其權重。為資源環境系統的各指標的標準化值，wj是其權重。

因此，計算wi和wj成為確立f（x）和h（y）兩個函數的關鍵，方法見后。

南繁系統與資源環境系統的耦合度計算公式如下。

C值越大，耦合程度越高、越協調。k為調節系數，取值[2，5]，建議k取值2[1]。在k取值2時，耦合度區間劃分見表1。

表1 耦合度區間劃分

1.2 耦合協調度模型[3]耦合協調度模型反映出f（x）和h（y）兩個系統整體功效和協同效應。

公式4：D= ，R為耦合協調度，T為南繁產業與資源環境系統的綜合評價指數，D∈（0，1），耦合協調度劃分見表2。

表2 耦合協調度劃分

公式5：T=αf（x）+βh（y），α為南繁產業發展水平權重，β為資源系統發展水平權重。盡量避免主觀賦值，α、β的具體取值要參考費米預測法進行推測。

一是，α取值參考海南種業上市公司在全國上市公司的收入占比0.023。上市公司可以代表地區行業發展水平，可以從側面佐證南繁產業發展水平，并且其他數據無法獲取，因此取代表性數據替代。

二是，β取值參考海南綠色發展指數得分在全國占比0.031[4]。資源環境系統發展水平較難評估，資源環境系統作為承載系統以及海南生態試驗區戰略要求，綠色發展指數可以從側面反映海南資源系統發展水平。

由于α+β=1，在保留1位小數時，則α折算為0.4，β折算為0.6。由于南繁產業化處于起步階段，因此α<β，這與上述取值方向一致。

實際上耦合協調度逐年變化，正常情況應該按年度進行匹配α、β的值，但是綠色發展指數近年才有，無法取得持續的數據流以確定β值。

2 數據標準化處理

在獲取數據時，各項指標的數據計量單位較難一致，為了統一度量，需要向耦合協調度模型中錄入無量綱化處理后的數據。

2.1 原始數據描述評價m年內南繁產業與資源環境系統協調發展狀況，評價包括n項指標，其初始數據矩陣X={xij}n*m（0≤i≤n，0≤j≤m）。xij表示第j年第i項南繁產業與資源環境系統評價指標的數值。

2.2 原始數據的標準化處理[3]同一年度內同一指標的計量單位是一致，因此可以無量綱化，即同一指標在不同年度的數據流可以進行數據標準化處理，或者是同一年度不同考察項目的數據流可以進行數據標準化處理。此處f（x）和h（y）則利用逐年的數據流，通過對各指標項的m年內的數據進行線性化處理，消除所有數據的數量單位。

對矩陣X內的數據進行正項化處理。

對x′ij的數據進行線性化處理。

從而得到南繁產業系統綜合評價函數f（x）和資源系統綜合評價函數h（y）所需的各指標的標準化值，為耦合協調度模型中涉及指標的標準化值及其權重提供了數據分析基礎。

3 評價指標權重的確定

南繁產業與資源環境系統有逐年的數據積累，因此采取客觀賦權的熵值法來確定各個指標的權重。

熵值法是用來判斷某個指標的離散程度的數學方法。在信息論中，熵是對不確定性的一種度量。信息量越大，不確定性就越小，熵也就越小。

3.1 各個指標的信息熵e和信息效用值d[5]數據經過無量綱標準化處理后，可計算各項指標的信息熵，第i項指標的信息熵為ei，計算公式如下。

本文中，三亞市2018年統計年鑒統計了2011-2017年的數據，共7年數據，故k=1/ln7=0.5139。

信息效用值di=1-ei，信息效用值越大，對評價的重要性就越大。

3.2 各個評價指標的權重w第i項指標的權重計算公式如下。

4 指標體系設計

南繁產業-資源系統的指標體系分成資源系統、南繁產業系統等2個子系統。南繁產業系統按規模、結構和活力等3個方面設計一級指標，資源系統按資源稟賦水平、環境壓力水平和環境抗逆水平等3個方面設計一級指標。根據一級指標類別，設置二級指標。

二級指標設計的原則為：一是指標的代表性與全面性，二是數據可獲取性與動態性，三是指標間的關聯性與區別性。比如在用熵值法計算權重時，要求指標值有所變化（類似動態性），因為如果某項指標的指標值全部相等，則該指標在綜合評價中不起作用，屬于無效指標設計[6]。

鑒于二級指標設計的原則，南繁產業-資源系統的指標體系較難構建，主要是因為：南繁產業相關數據并未納入年度統計，數據信息難以獲得，只能以涉農和涉科的相關數據替代，如南繁產業內部的產業結構構成只能以一產二產三產比例替代；統計年鑒內的數據項目較少，涉及環保數據時還存在統計標準不一致等問題，甚至部分年度缺數據；部分數據存在波動小，如H3水庫總庫容、H4森林覆蓋率。

對應指標設計原則和現有數據可獲得性，設計出南繁產業系統和資源系統的二級指標（表3）。其中，南繁產業系統的二級指標主要包括南繁育制種面積、教科文衛支出占地方公共財政支出比例、南繁關注度等12項內容；資源系統的二級指標主要包括有效灌溉用地面積、工業廢水排放量、城鎮生活污水集中處理率等12項內容。

表3 南繁產業-資源系統綜合評價指標

5 南繁產業-資源系統耦合關系數據處理

根據《三亞市統計年鑒（2018年）》以及收集到的有關南繁數據，得到2011-2017年共7年的數據。根據公式6、公式7，對2011-2017年的數據進行處理，得到無量綱的標準化數據（表4）。

表4 南繁產業-資源系統綜合評價無量綱化標準數據

基于表4，套用公式8和公式9，計算出南繁產業系統和資源環境系統共計24項指標的權重（表5）。同時，根據以上公式，并應用Excel函數快速計算，得到系統耦合相關數據（表6）。

6 南繁產業-資源系統耦合關系分析

6.1 權重指標①如前所述，受到數據可得性影響，可能存在關鍵性指標缺失，但經類似數據替代，不影響總體趨勢的分析。若有更詳細的數據、更多年度數據，可以進行更細致地分析。根據表5指標權重，可以得出當前推進系統發展的關鍵因素和薄弱因素，見圖1和圖2。南繁產業系統前4個指標為F1南繁育制種面積、F7第二產業產值占比、F9南繁關注度、F12科研和技術服務業固定資產投資，說明產業規模、地區產業結構、產業發展熱度和科技類固定資源投資是當前促進南繁產業系統進化的基礎。系統后4位指標為F6第一產業產值占比、F3科研技術服務和地質勘查業產值、F11在校學生人數、F5教科文衛支出占地方公共財政支出比例，說明現有產業結構不夠優化、科研產出弱、人才資源匱乏和科技支出不足是制約南繁產業系統進化的因素。

圖1 南繁產業系統指標權重雷達圖

圖2 資源環境系統指標權重雷達圖

表5 各指標權重

表 6 耦合關系數據

資源環境系統前4個指標為H4森林覆蓋率、H3水庫總庫容、H8農藥化肥使用量、H6工業廢氣排放量，說明良好的生態、豐富的水資源、嚴控的農藥化肥和低排放促使海南資源環境系統更加健康。系統后4位指標為H9城鎮生活污水集中處理率、H2全社會從業人員、H11工業廢水處理率、H1有效灌溉用地面積，說明生態環境系統尚有提升空間，如進一步提高城鎮生活污水集中處理率、工業廢水處理率、有效灌溉用地面積。

6.2 系統指標從表6和圖3得出兩個系統發展水平不一致，兩個系統的評價指標均在上升，但兩者存在較大的差距（表7）。其中，資源環境系統h（y）上升幅度較大，生態環境不斷得到改善，環境承載能力有增強的趨勢，說明區域可持續發展的能力增強，從側面反饋了三亞“雙城雙修”的生態效應開始顯現；南繁產業系統平緩增長，南繁產業仍然處于低水平運行階段，受2015年國家南繁規劃的刺激，2016年小幅度拉升，與資源環境相比拉升幅度小，兩者仍然存在較大差距（f（x）

圖3 系統耦合度

表7 南繁產業系統與資源環境系統年度指標比值

C、D值的拐點出現在2016年，兩個系統開始良性耦合，達到中度協調，南繁產業有機會聚集力量進入快速發展的通道。

6.3 耦合度演變態勢南繁產業-資源環境系統總體上處于拮抗期。南繁產業系統與資源環境系統耦合已由開始的低水平耦合，過度到拮抗期并進入良性耦合，但再次進入拮抗期，兩個系統發展水平和速度不一致時，就可能出現反復。從耦合度演變態勢上，從側面說明海南近年嚴格的生態環境法制和執法環境促進了海南生態環境向優發展。

6.4 耦合協調度與耦合發展類型分析南繁產業-資源環境系統已從低度協調耦合進入中度協調耦合，兩個系統向高度協調耦合方向還有較大差距。

7 區域人地關系對南繁產業規劃的啟示

經過60余年的積累，南繁產業系統已基本完成了自然地理環境地域分異過程和人文利用功能空間匹配過程，已進入適度規模與同類利用功能聚集過程。南繁產業在聚集過程中首先要滿足生態需求，其次要配套人與人交流的生活環境，為打造各生產平臺創造豐富的條件。

7.1 南繁產業有條件促成復合型地域功能的形成南繁有潛力建立起綠色的農業生態-產-城“三生”融合的功能，通過加快建設南繁科技城來實現生態①農業具有碳匯功能，稻田還具備人工濕地功能，林木花卉具備綠化和景觀功能，采摘具有休閑娛樂功能。-生活-生產等功能在空間上并置，在可持續發展的前提下，加速自然環境地域分異過程。

7.2 南繁產業與資源環境相適應，資源環境更為超前近年海南加大了對生態環境的管控力度，加大了對生態的投資，并在體制機制上做出重大調整，如中部市縣劃為生態保護區，體現了人地關系論中生態優先的理念，為海南調優產業結構奠定了資源環境基礎。

7.3 南繁產業發展層次較低自2011年以來，南繁產業一直處于低水平的發展之中，未見質的飛躍，尤其是產值主要來源于制種產業，并處于種業鏈的低谷、價值洼地。產業資源過于集聚在低層級的農業生產上，影響了南繁產業與資源環境在更高層級上的協調發展。

7.4 南繁產業缺乏科技支撐和成果熟化通過權重分析，南繁產業科研產出弱、人才資源匱乏和科技支出不足。南繁產業作為高新技術產業，需要人才、技術、資金、平臺的支撐，需要有高附加值的成果產出給予南繁產業系統正反饋。南繁產業發展要實現質的飛躍，首先要解決制約其發展的科技支撐與成果熟化的問題。