寧南山區生態環境與社會經濟的耦合協調發展

郝夢露, 彭守璋

(1.中國科學院 水利部 水土保持研究所 黃土高原土壤侵蝕與旱地農業國家重點實驗室, 陜西 楊凌 712100; 2.中國科學院大學 研究生院, 北京100049)

實現社會經濟與生態環境的協調發展是處理經濟增長與環境保護間關系的最佳選擇，也是可持續發展戰略的基本內涵[1-3]。但隨著社會的進步，城鎮化和工業化水平的不斷提高，消耗和占用了大量的自然生態資源[4]，在此背景下，生態破壞、資源枯竭等一系列環境問題日益突出，這些問題嚴重影響著人類的生活質量和生存條件，生態環境問題業已成為制約區域經濟發展最為突出的問題[5]。探討生態環境與社會經濟之間的相互作用關系，了解其耦合發展規律，從而制定適當的發展戰略，是學術界研究的熱點問題。

國內外學者在生態環境與社會經濟系統耦合協調發展關系方面進行了大量的研究，并取得了豐富的成果。目前，國外最具代表性的研究是圍繞環境庫茲涅茨曲線展開的系列研究[6]，而國內的研究圍繞指數加成及計量分析法[7]、變異系數和彈性系數法[8-9]、模糊及灰色理論法[10]、系統演化及系統動力學方法[9,11-12]、數據包絡分析法、結構方程模型法等[12]方面進行[13]。張佰瑞等[14]計算了“十一五”初期31個省級行政單位以及全國和四大區域的協調發展系數，張青峰等[8]使用變異系數法，在耦合模型基礎上，提出黃土高原生態與經濟系統耦合發展的評判標準和基本類型，并對黃土高原各縣域生態與經濟系統協調發展狀況進行了研究。系統間耦合協調發展關系的研究范圍尺度也涵蓋了區域、流域、城市群、三角洲地區以及省和市[15]。如溫彥平等[16]對長江中游城市群的產業結構與生態環境耦合協調關系進行了研究，蘇宏枝等[17]對黃河三角洲地區的人口—經濟—環境系統的耦合協調發展狀況進行了研究。這些成果為本研究對寧南山區自然生態系統與社會經濟系統耦合協調發展狀況及趨勢的進一步探討提供了借鑒和參考。

寧南山區生態環境脆弱、自然條件惡劣，西海固地區被聯合國認定為不適合人類居住區域，更有“苦瘠甲天下”之說[18]。這里也是全國十大集中連片貧困區之一，是寧夏貧困人口的聚居區，約占寧夏自治區貧困人口的70%。區內社會經濟落后、群眾脫貧任務艱巨[19]。由于該生態十分脆弱，以及人口增長帶來的環境壓力進一步增大，其經濟與資源、環境之間的矛盾日益突出。

盡管張青峰等[8]已在包含寧南山區的整個黃土高原地區探討了其生態與經濟系統耦合發展水平，但其研究集中在2005年前后，為現階段寧南山區生態保護與經濟發展提供的參考信息不足，并且未對寧南山區所轄縣區發展做出針對性建議。基于此，本研究針對寧南山區現階段以及過去時期的生態環境與社會經濟狀況，研究兩系統的耦合變化現狀以及趨勢，以期為該區生態保護與高質量發展提出相應的解決方案，探究該區現階段經濟建設與生態環境保護之間的相互作用關系，并對二者的協調發展狀況進行評價，便于及時發現問題。

1 研究區及研究方法

1.1 研究區概況

寧夏南部山區(簡稱寧南山區)，位于寧夏回族自治區南部(圖1)。地處西北農牧交錯地帶的半干旱地區。研究區位于35°2′—38°2′N，105°1′—107°7′E，行政范圍包括中衛市的海原縣、固原市的原州區、隆德縣、西吉縣、涇源縣、彭陽縣以及吳忠市的鹽池縣、同心縣和紅寺堡區在內的9個縣區。該地區年均溫5～8 ℃，無霜期為97～158 d，≥10 ℃有效積溫2 500 ℃左右[20]，年平均日照時數2 518.2～2 724.3 h[21]，晝夜溫差大。降雨量由南向北遞減[15]，且主要集中在7—10月，大多數降水經蒸發、蒸騰等方式消耗，僅6%形成地表水資源，地勢南高北低，海拔差異較大。區內土地利用類型以林地、灌木、草地、農地、棄耕地為主，植被主要包括山杏、榆樹、沙棘、楊樹等，以天然次生林、人工林和荒山荒坡的天然草地為主[22]。

目前，研究區也面臨著種植密度大，土壤供養能力不足等問題[23]，其位于黃土丘陵區，是典型的生態脆弱區，區內溝壑縱橫，地貌類型主要為黃土梁、黃土峁以及溝谷階地。干旱缺水、土質疏松且容易被流水、大風侵蝕，土壤侵蝕、水土流失十分嚴重，生態環境穩定性較差。區域總人口達2.32×106人，占全區人口比重不斷下降。截至2017年，區域生產總值為4.91×1010，總體經濟水平較低，生態環境適宜性較差、自然資源的不充分利用也一度制約當地經濟的發展。

圖1 寧南山區數字高程模型及其行政區劃

1.2 研究方法

1.2.1 指標體系的構建以及數據來源 寧南山區位于黃土高原西南部，生態脆弱、環境惡劣、水土流失嚴重，且經濟發展水平相當落后，是聯合國認定的最不適宜人類生存的地區之一，也是中國重點扶貧地區[15]。因此在確定評價指標時，應當充分考慮當地的生態環境和社會經濟狀況。

本研究在遵循指標選取的科學性、代表性、綜合性等原則的基礎上，綜合研究區現狀并參照前人經驗構建自然生態與社會經濟綜合指標評價系統[8，23]。本系統由自然生態系統與社會經濟系統兩部分組成，選取年平均氣溫等11個指標反映寧南山區生態環境狀況，選取人口密度等13個指標反映該區社會經濟發展狀況(表1)。本系統涵蓋2000，2005，2010，2015，2017年寧南山區9個縣共24個指標。這些原始數據來源于《寧夏回族自治區統計年鑒》。其中原州區2000年，紅寺堡區2000，2005年的統計數據缺失，故未計算兩縣相應年份指數。

1.2.2 耦合協調度模型 耦合是描述兩個或兩個以上體系或運動形式之間通過交互作用而互相影響現象的物理概念[23-25]，協調度指的是系統與系統之間或者系統內部各要素之間在發展的過程中呈現的平衡狀態及其協調程度，其側重點是系統之間能否進行良性互動[6]。自然生態系統與社會經濟系統間的耦合關系指的是兩系統之間以及系統內部各要素之間互相脅迫、互相促進的協調關系。通常采用耦合度(C)來度量系統內部各要素相互作用的影響程度，但是其無法表征各系統之間的協調狀況，即無法表征各系統之間是在高水平上相互促進還是低水平上的相互制約[26]。

因此，本研究選擇耦合度模型，反應自然生態系統與社會經濟系統發展速度差異，然后選擇耦合協調度(D)反應自然生態系統與社會經濟系統各自發展水平和協調狀態。

由于不同指標的單位不統一，無法直接進行計算，故先對原始數據進行標準化處理，消除不同指標的量綱不同以及正負取向差異的影響，從而獲得標準化矩陣X。由于標準化后的指標值“0”出現后會對后續計算過程造成影響，本研究對計算公式進行了如下改動[26]。對正向指標和負向指標分別按公式(1)和公式(2)進行計算：

(0

(1)

(0

(2)

數據預處理完成后，運用熵值法確定各項指標權重。熵值法是一種客觀賦權方法，根據各指標包含的信息量大小確定權重，其依賴于數據本身的離散程度，能夠克服指標變量間信息的重疊以及人為主觀性，從而客觀反映指標的效用價值[26-27]。計算過程如下：

表1 寧南山區9個縣自然生態系統與社會經濟系統的綜合評價指標體系

第一步：計算指標的信息熵ej。

(3)

第二步：計算各項指標的權重wj。

(4)

第三步：獲得自然生態系統和社會經濟系統的各項指標權重后，通過綜合指數法確定自然生態系統指數F(x)以及社會經濟系統指數F(y)。

(5)

(6)

通過耦合度模型，計算自然生態系統與社會經濟系統的耦合度指數C，耦合度的值介于0～1之間，其值越大說明自然生態系統與社會經濟系統之間的相互作用程度越高，當C值為0時說明自然生態系統與社會經濟系統處于無關狀態，耦合度極低，C值為1時則相反，說明兩系統處于良性互動的有序發展狀態。

(7)

第四步：計算耦合協調度D

T=αF(x)+βF(y)

(8)

(9)

D為生態環境系統與社會經濟系統耦合協調度，其反應的是在自然生態系統與社會經濟系統的發展水平一定的情況下，為了使兩系統發展的復合效益達到最大，二者進行組合協調的程度。D值大小在0～1之間，D值越高，表明生態環境系統與社會經濟系統之間協調狀態越理想，D值越低，表明兩系統越不協調。T為生態環境系統與社會經濟系統的綜合評分，α，β為生態環境與社會經濟系統的綜合評價指數的權重。其權重的大小能反映兩個系統的重要程度，參考已有研究成果并結合本研究實際情況[23,28]，取α=β=1/2。基于上述分析將耦合協調度劃分3大類與10個亞類(表2)。

2 結果與分析

2.1 自然生態系統與社會經濟系統綜合發展分析

如圖2所示，研究期間寧南山區的社會經濟綜合指數呈穩定上升的趨勢，社會經濟綜合指數最低的涇源縣由2000年的0.25提升到2017年的0.47。說明在研究年限內，由于社會的不斷發展以及一系列扶貧政策的實施，區域經濟水平不斷提高。

寧南山區的自然生態綜合指數發展較為平穩且稍微有所下降，下降幅度最大的是鹽池縣，從2000年的0.53下降到2017年的0.45。其根本原因是，當地生態環境本身較為脆弱，隨著人口的增長，其承載能力不足的缺陷逐漸顯露，再加上前期經濟的發展以破壞環境為代價，自然環境與社會經濟之間的矛盾突出，形成惡性循環。

表2 生態環境與社會經濟耦合協調度類型劃分

圖2 寧南山區9個縣的自然生態、社會經濟系統綜合指數

在21世紀初期，9個縣的社會經濟綜合指數和自然環境綜合指數差距較大，說明兩個系統的發展水平差距較大，主要是因為當時的社會經濟發展水平較低，而隨著時間的推移，包括紅寺堡區和原州區在內寧南山區這9個縣的社會經濟發展水平逐步提高，其中涇源縣、隆德縣的社會經濟系統與其自然生態系統的差距仍然較大，海原縣、彭陽縣、西吉縣以及紅寺堡區兩系統趨向均衡，同心縣、鹽池縣和原州區3個縣區的社會經濟發展水平已經逐步超過其生態環境水平。

考慮到土壤侵蝕與自然生態系統發展狀況密切相關。如當土壤侵蝕加大，會降低森林覆蓋率，減少人均耕地面積和牧草地面積，破壞當地生態環境。因此本研究根據寧南山區不同年份年均侵蝕模數進行土壤侵蝕等級劃分(表3)。可以發現涇源縣、彭陽縣、西吉縣從2005年起土壤侵蝕等級有所下降，其中彭陽縣下降較明顯。海原縣、原州區、隆德縣從2010年起土壤侵蝕等級由輕度侵蝕變為微度侵蝕。土壤侵蝕等級下降說明這些地區土壤侵蝕狀況得到有效治理。同心縣土壤侵蝕等級一直并未下降，并在2017年上升為中度侵蝕。鹽池縣、紅寺堡區在2015年等級降低到微度侵蝕，但在2017年又轉為輕度侵蝕。這些地區的自然生態綜合指數也有相應的趨勢，由此應該注重這幾個縣區土壤侵蝕方面的治理。

2.2 耦合度和耦合協調度綜合分析

根據模型計算得2000—2017年寧南山區9個縣區的自然生態與社會經濟發展耦合協調度(圖3)，由圖3可知，在研究期間，寧南山區的生態環境與經濟發展耦合協調度整體上呈上升趨勢，前期上升速度較快，自2015年來上升速度有所降低，特別是2017年底，同心縣等部分區縣出現下調的現象。9個縣內部耦合協調狀態差異較大，原州區的耦合協調度保持在較高水平，一直高于其他縣域。紅寺堡區的耦合協調度在2010年高于彭陽縣、鹽池縣、涇源縣、隆德縣，但自身經濟發展水平較慢。因而在2010年之后，紅寺堡區的耦合協調度逐漸落后于其他縣域。生態環境與社會經濟耦合度(圖4)的整體變化趨勢與耦合協調度類似，在研究期間，耦合度整體呈現上升趨勢，2005年之前上升速度最快，而到了2010年前后，總體上升趨勢明顯減慢，鹽池縣和原州區的耦合度開始出現下降的趨勢，2017年，寧南山區耦合度上升趨勢明顯變緩，一些區縣出現小幅度下降的趨勢。9個縣區的耦合狀態均處于較高水平，并且差異較小，整體耦合度介于[0.89,1]，說明其生態環境系統與社會經濟系統之間的相互作用、相互影響較為強烈。

圖3 寧南山區各縣耦合協調度

圖4 寧南山區各縣耦合度

將計算出的2017年寧南山區9個縣的生態經濟耦合協調度進行分類(表4)，耦合協調度D的數值越大，表明其自然生態系統與社會經濟系統的耦合協調程度越高，相互促進作用越明顯，其耦合協調類型等級越高。其中原州區的耦合協調度最高，屬于良好協調發展類，而紅寺堡區耦合協調度最低，屬于初級協調發展類。整體上看9個縣區都處于協調發展類，說明其生態環境與社會經濟系統之間處于相互促進、共同發展的狀態。除原州區，紅寺堡區的其他縣域由初級協調發展進入中級協調發展階段。原州區由中級協調發展進入更高發展階段(2015年達到良好協調發展類)。紅寺堡區的生態環境與社會經濟系統協調發展狀態并未發生變化。

表4 寧南山區9個縣生態經濟耦合協調度評價

寧南山區9個縣的耦合度與耦合協調度形成差異主要與經濟發展速度及自然生態系統和社會經濟系統發展水平有關。紅寺堡區兩個系統間差距相對較小，故其耦合度穩定在高水平。除紅寺堡區和原州區由于信息確實無法確定外，其他縣在21世紀初兩個系統差距較大，故耦合度水平較低。隨著經濟的發展，縣域內系統間兩個系統差距逐漸減小，其中海原縣、彭陽縣、西吉縣的生態環境與社會經濟發展水平逐步達到相對均衡，耦合度穩定在0.99左右。經濟增長過快或者過慢同樣會限制兩系統間耦合度的增長速度，甚至降低其耦合度。隆德縣和涇源縣的社會經濟系統增長緩慢，經濟發展滯后，而同心縣、鹽池縣和原州區的社會經濟系統增長過快，經濟發展超前，上述各縣的耦合度都受到了一定程度的限制。經濟增長速度過快、過慢會降低耦合度，而經濟發展水平增長便會引起耦合協調度上升。可以發現，除紅寺堡區，其他縣域的社會經濟系統的增長都導致耦合協調度不同程度的上升。耦合協調度的大小也與兩系統水平的高低有關。原州區兩系統水平較高，因而其耦合協調度高于其他縣域。鹽池縣在2000，2005年兩系統水平均低于其他區域，因而其耦合協調度較低。

3 討 論

寧南山區自然條件惡劣，干旱少雨，水資源較為匱乏，同時屬于典型的黃土高原水土流失區。由于經濟增長方式粗放，產業結構不平衡等原因，該區面臨著較為嚴峻的生態保護與經濟發展雙重壓力，因此促進其生態環境與社會經濟的協調發展是關系到該區域實現可持續發展的重大問題。本研究以耦合協調模型評估和分析寧南山區九縣發展的耦合關系，以統計數據為基礎，量化指標，科學呈現生態環境與社會經濟協同發展這一區域發展問題。

通過對寧南山區9個縣2000—2017年的社會經濟與生態環境耦合協調發展分析表明，寧南山區社會經濟系統綜合評價指數呈穩定上升趨勢，而自然生態系統綜合評價指數基本保持穩定，小部分縣區呈波動下降的趨勢。說明寧南山區社會經濟迅速發展，但是其生態環境狀況沒有改善，有些地區的生態環境質量甚至有所下降。鹽池縣在2010年，同心縣在2015年開始出現經濟發展速度明顯快于生態環境改善水平的情況。兩縣的經濟運行情況在十幾年間快速發展，而林草植被覆蓋率不斷降低導致生態環境指數倒退，人均耕地面積以及人均牧草地面積大幅減少，導致土地利用程度降低，并且土壤侵蝕等級在2015—2017年期間由輕度轉變為中度，生態子系統評價不斷降低，致使兩縣的自然生態系統與社會經濟系統發展差距進一步擴大。根據耦合度以及耦合協調度的計算過程可知，社會經濟系統與自然生態系統發展水平以及發展速度差異會對耦合度以及耦合協調度的計算結果產生直接影響，并且只有當兩系統發展水平一致或是較為接近時，耦合度才能處在較高水平：2015—2017年間，各縣區耦合度增長速度明顯降低，鹽池縣、原州區的耦合度發生了較為明顯的下降。在此期間，原州區林草植被覆蓋率以及人均耕地面積大幅下降，導致其對應的生態子系統評價降低。同樣在此期間，各縣區的耦合協調度增長速度也有所放緩，鹽池縣、同心縣的耦合協調度發生了小幅度的下降。這說明寧南山區社會經濟發展水平與其生態環境的改善水平逐漸失衡。這也與其早期實行的資源驅動型發展戰略密切相關，其在促進經濟發展的同時，造成了生態環境的嚴重破壞[6]，生態環境通過地形地貌、氣象氣候、水土資源、能源和生物等環境因子影響社會經濟的發展，使得當地居民的生存環境進一步惡化[29]。一方面，社會經濟迅速發展帶動當地工業化程度、城鎮化水平進一步提高，人口的迅速增長導致人類對自然資源的需求量進一步增多，另一方面，氣候惡劣、各種自然災害頻發、土壤貧瘠、資源短缺等惡劣的自然條件又會阻礙社會經濟的發展。長此以往，社會經濟系統和自然生態系統將會相互制約，停滯不前。故而寧夏政府在后來又提出了節能減排、低碳發展的可持續發展政策以及緩解人口壓力、減少土地負荷的生態移民政策[30]，然而經濟發展與生態保護的矛盾依舊存在，改善生態環境的壓力依然很大，并且生態環境系統對各類社會經濟政策的響應存在著一定的滯后性，實施綠色發展的經濟政策勢必要投入大量的社會經濟資源。但是在政策實施的初期，由于滯后性的存在，我們很難通過生態環境的積極反饋來獲益。我們應當放眼未來，積極落實可持續發展政策的各項要求，將綠色、可持續的理念貫徹在經濟發展的每一步中，轉變經濟發展方式、調整和優化產業結構、提高經濟增長質量水平，結合當地的自然條件，充分發揮農牧業優勢，推動節水灌溉工程的建設，發展當地特色產業。在生態環境的保護和恢復方面，要充分發揮生態系統的自我調節能力，結合區域氣候環境條件以及水土資源狀況，引進適合當地的耐旱植物與農作物，因地制宜制定恢復策略；要進行企業的技術升級，提高資源合理利用和使用效率，促進各類污染物和廢棄物的回收和再利用，使得各項資源能夠發揮最大的價值。

本文的重點在于探討寧南山區社會經濟與生態環境耦合協調的演變規律和演化機制，從時間和空間維度對寧南山區的生態發展以及社會發展狀況進行了分析，其耦合發展受多方因素共同作用[23]，然而本研究未對其演化的決定性因素及驅動機制進行進一步分析。并且研究選取的指標主要是基于數據的代表性、可獲取性、客觀性，可能存在不夠全面、不足以反應全部的現實狀況的情況，這也是接下來的研究中需要進行的重點內容。

4 結 論

本文采用熵權法計算自然生態系統和社會經濟系統各指標的權重，并建立評價體系，而后通過耦合度模型以及耦合協調度模型來對寧南山區9個縣的自然生態系統和社會經濟系統在2000—2017年間的發展狀況、耦合狀態和協調發展狀態進行綜合評價，結果表明：

(1) 9個縣在2000—2017年間，社會經濟飛速發展，自然生態系統綜合評價指數狀態穩定，部分縣呈波動下降趨勢，前者的發展速度整體高于后者，并且發展水平逐漸持平甚至部分地區社會經濟系統發展水平超過自然生態系統，兩系統之間發展的差異性在逐步擴大。

(2) 9個縣的生態—經濟耦合度一直處于較高的水平，在經過了早期的快速發展階段之后，部分地區的發展速度陷入停滯，在2017年前后，整體上看生態環境與社會經濟耦合度逐漸呈現出下降的趨勢。

(3) 從整體的耦合協調度看，9個縣2017年的耦合協調度均屬于協調發展類，說明生態—經濟系統之間相互作用程度較高。2000—2015年大部分地區的耦合協調度水平不斷提高，但是在2015年之后，整體耦合協調度水平增長速度明顯變緩，自然生態與社會經濟系統發展的差異逐漸從耦合協調度的角度顯現出來。