林業資源型城市生態-經濟-社會協調發展的定量測度
——以黑龍江省伊春市為例

姜曉艷,吳相利

哈爾濱師范大學地理科學學院,哈爾濱 150025

伊春位于小興安嶺腹地,是我國最大的國有林區和國家木材后備基地。50余年的持續開發導致伊春“因林而生、因林而興、因林而衰”,2000年前后已面臨資源、經濟的兩危困境[1],人口收縮、老齡化嚴重、社會保障水平低等問題日趨加重并呈群發現象,生態、經濟、社會系統間相互掣肘矛盾日益突顯。在可持續發展戰略的背景下,伊春市被相繼確定為我國首批資源枯竭型城市(林業)、衰退型林業資源型城市、資源型經濟轉型試點城市、“天保工程”試點城市、國家重點建設的生態主體功能區等,享受相關政策紅利。但從實際發展水平上看,近十年社會經濟發展雖有所起色,總體卻仍在低谷徘徊。從生態主體功能區建設、經濟轉型發展、社會健康的發展目標上看,全面研究其生態-經濟-社會系統耦合協調發展狀態過程,破除制約協調發展因素,探究優化系統發展對策路徑具有重要的現實意義。伊春是我國典型的林業資源型城市,其研究范式與發展經驗對我國眾多林業城市發展研究都具有良好的借鑒意義。

國外關于生態、經濟、社會協調發展的研究較為成熟,學者們較早地注意到經濟發展過程中的環境質量問題[2]。Cumberland運用投入產出模型研究經濟生產活動與生態環境的相關系數[3]。Grossman等運用環境庫茲涅茨曲線(EKC)研究環境質量與人均收入間的關系[4],學者們進行了關于環境庫茲涅茨曲線假說的綜述和實證研究,并指出了環境與經濟發展關系的多樣性[5- 6],推進了以“可持續發展”為核心的生態、經濟、社會協調發展主題[7- 8],基于數據包絡分析法(DEA)[9]、生態足跡法[10]等方法模型的定量研究。相比之下,國內研究起步較晚,但成果也較為豐富。其中,一部分學者側重于探討生態環境與經濟發展的協調關系并將其拓展到三維系統,研究內容主要集中在城市化與生態環境[11- 13]、環境與經濟[14]、旅游-生態-經濟環境[15- 16]的耦合協調發展關系等方面。另一部分學者側重于生態-經濟-社會的耦合協調關系,并將其擴展到四維系統。馬世駿提出社會-經濟-自然復合生態系統[17],毛漢英早在1991年便探討了縣域PRED協調發展的目標、指導思想和研究方法[18]。學者們從生態文明建設[19]等角度,國家[19]、省域[20]、地區[21]、典型城市[22]、縣域[23]、城市群[24]等多個尺度進行分析和實證研究。同時,資源型城市[25]的發展問題也備受關注,學者們在林業資源型城市的城市轉型[26]、經濟轉型[27]、可持續發展[28]研究方面取得一定進展。Markey等在對加拿大不列顛哥倫比亞省北部地區的發展軌跡和措施進行研究的基礎上,指出競爭優勢是區域復興的有效途徑[29]。旅游業的增長和耕作方式的改變促進了新西蘭南島海岸兩個停止采伐舊林的資源依賴型小型社區減輕林業損失和社區衰退的能力[30]。

已有研究為林業資源型城市生態-經濟-社會的耦合協調發展研究提供了一定的理論和實踐基礎,但少有學者研究林業資源型城市生態-經濟-社會耦合協調關系,且偏向于將經濟系統和社會系統合成社會經濟系統[31]進行評價,缺乏對三維系統發展水平的分析及耦合協調發展的預測。本文以林業資源型城市伊春為例構建生態-經濟-社會復合系統,運用熵值法及耦合協調度模型測度2005—2018年間各子系統發展水平及三者耦合協調度,應用障礙度模型診斷阻礙伊春協調發展的障礙因子,并借助GM(1,1)灰色預測模型對伊春生態-經濟-社會未來的協調發展情況進行預測,以期為林業資源型城市生態-經濟-社會協調發展提供一定的科學依據。

1 研究區概況與指標數據

1.1 研究區概況

本研究區范圍為伊春市轄行政區域范圍(圖1),面積3.3萬km2。其中,自然保護區總面積達672462 hm2,占行政區劃面積的20.52%,森林覆蓋率達84.7%,遠高于全國平均水平。2018年全市實現生產總值274.15億元,較上年增長6%,低于全國平均水平0.1%。城鎮恩格爾系數31.8%,養老保險參保人數307711人,城鎮登記失業率為3.94%。近年來,伊春人口呈負增長態勢,人口持續外流,2018年年末總人口為114.1萬人,較2005年減少14.7萬。

圖1 研究區Fig.1 Study area

1.2 指標體系構建與數據來源

從協調發展理念出發,借鑒已有研究成果[15,19],結合大小興安嶺地區生態功能區建設指標、國家“生態市”建設指標[32],針對林業資源型城市現狀,圍繞生態、經濟、社會3個維度,構建了能反映伊春生態-經濟-社會發展水平的綜合評價體系(表1)。其中,生態子系統基于“壓力-狀態-響應”模型,從生態基礎、生態壓力、生態響應3個視角選取指標,目的是反映經濟生產、社會生活及生態環境的互動效應；經濟子系統以“可持續發展”為原則,從經濟基礎、經濟結構、經濟質效3個方面選取指標,目的是系統地反映城市經濟發展質量；社會子系統重點選取人口就業、居民生活水平、社會保障等反映民生發展的指標。初選指標后利用因子分子和主成分分析驗證指標的合理性,最終確定31個指標因子。指標層及準則層的權重由熵值法[24,33]確定,并通過加權求和獲得各子系統的發展指數。指標數據來源于2006—2019年《伊春統計年鑒》、《黑龍江統計年鑒》、部分數據來源于2005—2018年《伊春市國民經濟和社會發展統計公報》,少數缺失數據通過插值法補齊,并在數據使用前對原始數據進行極差標準化和無量綱處理。

表1 生態-經濟-社會系統協調發展評價體系

2 研究方法

2.1 熵值法

熵值法是一種客觀賦權法,可以客觀真實地反映隱含在指標數據中的信息。因此,可以利用其計算出評價指標權重,為綜合評價提供依據。計算過程如下:

(1)數據極差標準化處理,對于含正負向的指標數據進行極差標準化處理,公式如下：

正向指標:

(1)

(2)

Xij為第i年第j項指標的值,Xjmax、Xjmin為第j項指標的最大值、最小值。

(2)熵值法[24,33]計算出各指標的權重及各子系統的綜合評價值(發展指數),過程如下:

首先,計算第i年第j項指標值的比重：

(3)

然后,計算第j項指標的信息熵：

(4)

其次,計算第j項指標的權重：

(5)

最后,計算各子系統第i年的發展指數：

(6)

2.2 耦合協調度模型

耦合協調度描述兩個或兩個以上系統相互作用影響的程度,耦合作用和協調程度決定了系統發展狀況[34]；本文借鑒容量耦合系數模型構建林業資源型城市生態-經濟-社會的耦合協調度模型。公式如下：

(7)

(8)

式中,C為耦合度,f(x)、g(y)、h(z)分別為生態、經濟、社會子系統的綜合評價值,也稱發展指數,由各準則層的評價值累加得到；T為3個子系統的綜合發展指數,α、β、δ為調節系數,本文認為生態、經濟、社會子系統同等重要,故令α=β=δ=1/3；D為協調度,表示三者的協調發展程度,本文將廖重斌[35]協調度的劃分大類與張青峰等[21]協調度的子類劃分方法相結合并擴展到三維系統作為本文協調度劃分標準。

2.3 障礙度模型

運用障礙度模型[36],診斷影響伊春生態-經濟-社會協調發展的障礙因素,利于政府采取針對性措施促進協調發展。計算步驟如下：

(9)

式中,Mj為單項指標j的障礙度,Bi為系統i的障礙度,Xij為單項指標采用極差標準化方法得到的標準化值,Wi為第i個系統的權重,Pij為第i個系統中第j個指標權重。

2.4 GM(1,1)灰色預測模型

灰色系統理論是研究解決灰色系統分析、建模、預測、決策和控制的理論[37],常用數列預測、災變與異常值預測、季節災變與異常值預測、拓撲預測、系統預測5種[15]。本文采用數列預測對發展指數及協調度進行預測。具體操作如下：

(1)設原始數列x(0)=(x(0)(1),x(0)(2)…x(0)(M)),對原始數列作一次累加生成得到新數列x(1)=(x(1)(1),x(1)(2)…x(1)(M)),則近似微分方程為：

dx(1)/dt+ax(1)=u

(10)

(2)通過最小二乘法擬合得到a、u：

(11)

(3)將所求值代入時間響應函數：

(12)

(13)

(5)對灰色預測公式進行精確度等級[15]檢驗,求得后驗差比值C′和小概率頻率P′,如果P′和C′都在允許范圍之內,則可計算出該項指標的預測值,否則需要通過分析殘差序列,對公式進行重新修正。

3 結果分析

3.1 生態、經濟、社會子系統及綜合發展指數分析

利用熵值法、耦合協調度模型計算得到2005—2018年各子系統的發展指數及綜合發展指數(圖2)。從圖2可以看出,生態子系統發展指數整體呈波動上升趨勢,生態基礎較好、生態彈性較強；“天保工程”、經濟轉型等政策推進,萬元GDP能耗及萬元廢水、煙(粉)塵排放量逐年減少,也為生態子系統的發展提供了良好契機。2006、2011、2014年生態子系統發展指數有所波動是由于森林覆蓋率、農用化肥施用量、建成區綠化覆蓋率波動變化的干擾,這分別反映了生態基礎、生態壓力、生態響應準則層不穩定對生態子系統發展水平的制約。總體而言,合理施用農用化肥、提高建成區綠化覆蓋率、降低工業能耗及污染,是保持生態基礎穩定、提高生態子系統發展水平的重要保障。

2005—2018年間,經濟子系統發展指數大體呈增長-下滑并停滯-回升發展態勢(圖2)。從圖中可以看出,2005—2013年經濟子系統發展指數呈持續上升態勢并在2013年達到峰值,經濟基礎、經濟質效準則層發展指數的持續上升是支持經濟子系統發展的主要動力,拉動其達到峰值的核心因子是固定資產投資率的增長。2014—2016年經濟發展回落是由于全面林木禁伐及固定資產投資率的下降,而同期職工平均貨幣工資及人均消費品零售額穩步提升,經濟質效準則層作用突顯并在后期成為拉動經濟子系統發展的主要動力。2017—2018年經濟基礎、經濟結構準則層發展指數微弱上升,這與伊春固定資產投資率繼續回落,產業結構“退二進一”相呼應。在經濟子系統發展過程中應積極發展綠色經濟、合理投資固定資產、提高職工工資、提升人均消費品零售額,在促進經濟高質量發展同時避免生態破壞。

社會子系統發展指數總體上呈波動上升的發展態勢(圖2)。2013年前,社會子系統發展指數持續增長,增長動力主要來源于社會保障、生活水平準則層;從因子上看,養老保險人數、城市居民可支配收入的增加是促進社會子系統增長的核心因子。2014、2015年社會子系統發展指數下滑是受到人口就業準則層的影響,由于總人口數、自然增長率負向增長,城市人口密度下降導致社會發展活力和動力不足。2016年后社會子系統發展指數雖有所回溫,但人口就業準則層仍處于較低水平,成為制約社會子系統發展水平的重要因素。因此,增加居民可支配收入、增強社會保障福利、控制人口收縮、提高人口密度是促進“林竭城衰”城市社會子系統發展的重要舉措。

整體而言,研究期間生態-經濟-社會的綜合發展指數呈爬坡型增長(圖2),是3個子系統共同作用的結果,但各子系統的貢獻程度不一。具體而言,2005—2010、2011—2014、2015年以來3個時段對綜合發展指數拉動較大的動力分別為生態子系統、經濟子系統、生態子系統,可見伊春市綜合發展的主要動能發生了轉換。從3個子系統之間來看,研究期間3個子系統的發展水平逐漸趨于協同。但從綜合發展指數的實際水平上看,盡管14年來綜合發展指數呈增長態勢,但平均值僅為0.495,年均增幅7.9%,截止2018年綜合發展指數也僅為0.722,綜合發展水平仍有很大的提升空間。

圖2 伊春2005—2018年生態子系統、經濟子系統、社會子系統發展指數及綜合發展指數Fig.2 Development index of ecological, economic subsystem, social subsystem and comprehensive development index of Yichun from 2005 to 2018

3.2 耦合協調度分析

采用耦合協調度模型計算得到伊春生態-經濟-社會耦合度及協調度(表2)。由表2可知,13年來伊春生態-經濟-社會的耦合度一直穩定在0.99左右,處于高水平耦合階段,說明伊春生態、經濟、社會子系統發展之間存在緊密的相互依賴、相互作用關系,但高水平的耦合階段并不代表高水平的發展階段,這從生態-經濟-社會綜合發展指數上即可證實,如2005年耦合度為0.965,但綜合發展指數不足0.3,綜合發展水平較低。同時,高水平的耦合也不代表高水平的協調發展,如表2所示,協調度與耦合度的演進過程并不相同,協調度發展呈波動上升態勢,實現了從2005年勉強協調狀態向2018年良好協調狀態的轉變,大體可分為四個階段。

(1)2005—2007年,勉強協調-經濟滯后發展。這一時期伊春處于“資源危機、經濟危困”的兩危境地,“天保工程”的實施使得生態環境得到重視,單一依靠木材資源為基礎的經濟發展受阻,2005年起作為資源枯竭型城市經濟轉型試點進行轉型的效果還未顯現,經濟發展滯后于生態、社會子系統發展,且由于經濟發展滯后及政企合一體制限制,社會發展資金、動力逐漸弱化,社會子系統發展漸緩。

(2)2008—2009年,初級協調-經濟滯后發展。這一時期伊春的經濟轉型處于探索階段,經濟產值的增長仍主要來源于第二、第三產業,經濟發展雖較前一時期有所改善,但與生態子系統發展指數相比,仍處于滯后發展,經濟發展不足以支撐社會發展,社會子系統發展愈加趨緩,截止2009年,社會、經濟子系統同步滯后發展。

(3)2010—2017年,中級協調-同步發展。這一時期伊春繼續推進“天保工程”及經濟轉型調整、大力發展接續產業、積極推進林區“三次創業”,森林食品北藥業“變采為種”,“紅藍黑黃+林藥+林畜”產業鏈引領,森林生態旅游不斷升級,木材精深加工持續推進,綠色礦業逐漸發展,并實施棚戶區改造工程,生態、經濟、社會子系統發展水平均有所提升并實現同步發展。其中,2013年的良好協調發展狀態是高固定投資拉動下的、虛假的高水平協調,并不是經濟發展和生態-經濟-社會綜合發展實際水平和效益的體現。

表2 2005—2018年伊春生態-經濟-社會耦合協調度時序變化

(4)2018年,良好協調-同步發展。這一時期伊春全面適應停伐政策,積極應對經濟下行,著力構建生態文明建設視角下的生態主體功能區,生態發展穩步提升,經濟運行穩中向好,社會保障繼續推進,生態、經濟、社會子系統基本同步、同向演進,協調度突破0.8,進入良好協調發展狀態。未來,更應注重生態、經濟、社會子系統的均衡同步發展,以生態經濟發展為著力點,提高社會福利保障水平,以實現林城的內生性優質協調發展。

3.3 障礙因子分析

運用障礙度診斷模型,計算出各子系統的障礙值(圖3)、各年份排名前5的障礙因子(表3)。從圖3可以看出,3個子系統對協調發展的障礙度差異較大。2005—2010年,3個子系統障礙值徘徊波動,相對而言,生態、社會子系統的障礙度較高,經濟子系統的障礙度較小。2011—2018年,社會子系統障礙值波動上升,障礙度最大,經濟子系統障礙度次之,相對而言,生態子系統障礙值呈線性下降,截至2018年障礙值僅為0.197,與社會、經濟子系統障礙度相比很小。由此可見社會子系統始終是制約伊春協調發展的重要因素,實現伊春近期協調發展的關鍵在于兼顧生態、經濟子系統發展,著重提高社會子系統發展水平。

圖3 伊春生態-經濟-社會協調發展的系統障礙度變化情況Fig.3 Changes in the system obstacles on coordination of ecology, economy and society of Yichun from 2005 to 2018

由指標障礙度(表3)可知,影響伊春協調發展的障礙因子并不穩定。依據系統障礙度分析,將研究期間排名前5的障礙因子按2005—2010、2011—2018年二階段劃分,并統計其中出現頻率37.5%以上的指標,將其作為二階段的主要障礙因子(表4)。由表4可知：2005—2010年間,污水集中處理率、進出口總額相當于GDP占比、社會保障和就業支出占比、恩格爾系數、教育事業費支出相當于GDP比重5個指標出現頻率大于50%,是這一階段的主要障礙因子；人口自然增長率、建成區覆蓋率、GDP增長率、第三產業就業人數比重4個指標在2011—2018年間出現頻率相對較高,將其作為這一階段制約3個子系統協調發展的主要障礙因子。

綜上可見,各子系統障礙度及單一指標障礙度是變化的,因此制定生態-經濟-社會協調發展的政策也應審時度勢、因時制宜,根據系統障礙度及指標障礙度的轉變及時進行政策和對策調整,以使政策、對策適應發展變化,措施采取具有針對性。

表3 2005—2018年伊春生態-經濟-社會協調發展的主要障礙因子障礙度

表4 2005—2018年伊春生態-經濟-社會協調發展的主要障礙因子出現頻率

3.4 預測結果分析

以2006—2018年伊春生態、經濟、社會子系統發展指數及協調度為基礎數據,運用灰色預測模型,對各子系統發展指數及協調度進行預測(圖4、圖5),其P值分別為0.9286、0.8571、0.7857、0.8571,C值分別為0.4106、0.5404、0.4572、0.4264,均通過預測精確度檢驗,精度等級分別為合格、勉強合格、勉強合格、合格。從圖4可知,2019—2030年,伊春生態、經濟、社會的綜合發展指數預測值大小排序為經濟>生態>社會,短期內生態、經濟、社會子系統發展指數差距較小,三者基本同步發展。但從長遠看來,經濟子系統將成為伊春生態-經濟-社會綜合發展指數增長及協調發展的主要驅動力。從圖5可以看出,2019—2030年,伊春生態-經濟-社會協調度將呈上升趨勢,說明生態-經濟-社會系統三者將更加協調,但仍需警惕未知因素(如政策變化等)對伊春發展過程的影響,以保證三者協調發展的健康穩定。

4 討論與結論

4.1 討論

本研究在采用傳統上常用的三維系統耦合協調度模型的基礎上,加入了障礙度模型及灰色預測模型,對探索林業資源型城市生態-經濟-社會耦合協調發展的障礙因子及未來發展態勢具有一定意義,能夠加深對復合系統協調發展的認識,也使分析更加全面。

圖4 各子系統發展指數預測曲線Fig.4 Development index prediction curve of each subsystem

圖5 協調度的預測曲線Fig.5 Prediction curve of coordination degree

通過對伊春2005—2018年生態-經濟-社會的耦合協調發展研究發現：伊春2005—2018年生態-經濟-社會三維系統協調發展狀態由勉強協調-經濟滯后發展向良好協調-同步發展類型轉變。這一結果與伊春2007—2011年生態-經濟二維系統協調發展及2012—2016年二維系統協調發展預測的狀態研究[38]具有一致性,本文印證了其研究結論,并將二維系統擴展到三維,相比之下,三維系統的研究有助于認識二維系統間的互動關系。但這一結果與伊春2006—2014年生態與經濟社會耦合發展研究中歷經生態損益型-發展同步型-生態主導型的研究結果[31]有所不同,原因是本文中將生態、經濟、社會作為3個子系統進行研究,更能顯示生態、經濟、社會各個系統的發展差異,與經濟社會合并成一個系統與生態系統進行研究劃分協調類型[31]相比較,劃分更加具體、細致。

采用障礙度模型進行障礙度診斷發現,相比較而言,社會子系統障礙度始終保持在較高水平,是制約協調發展的重要因素,其中人口自然增長率是制約伊春近期協調發展的核心指標。這是因為人口負增長下勞動年齡人口將逐年減少且老齡化程度將逐年增高,對城市經濟發展的人口支撐及社會子系統公共服務發展造成壓力,從而制約了系統間的協調發展。已有研究證實人口負增長滯后于勞動年齡人口負增長,先于老年人口負增長,且與人口老齡化之間可能存在相互強化[39],應控制人口收縮,穩定人口就業,提高社會保障度,并與生態、經濟子系統發展有機結合起來,以實現生態、經濟、社會的多贏發展。

本文在構建指標體系時,由于指標數據限制,林區特色性還有體現的空間,加之生態-經濟-社會系統間作用的復雜性和動態性,如何進一步優化模型方法有待深入探討。此外,預測模型的選擇是決定未來預測可靠性的重要基礎,文中運用灰色預測模型進行預測,預測精度還有很大的提升空間。未來,優化指標體系構建以更好凸顯林區特色,選擇更合適的預測方法提高預測精度,并在協調發展評價分析基礎上,探索林業資源型城市生態-經濟-社會健康協調發展的路徑建議是今后的研究方向。

4.2 結論

針對林業資源型城市伊春生態-經濟-社會協調發展問題,本文基于各子系統的發展水平,分析三維系統耦合協調度、制約協調發展的障礙因子,并預測了2019—2030年各子系統的發展指數及協調度。結果表明：(1)2005—2018年間,生態-經濟-社會3個子系統發展不均衡,促進伊春綜合發展指數增長的動能歷經了生態-經濟-生態為主趨于協同的轉換；(2)2005—2018年間,生態-經濟-社會的耦合度穩定在較高水平,協調度的發展呈現波動上升態勢,實現了從2005年勉強協調、經濟滯后發展向2018年良好協調、同步發展的轉變；(3)從系統層中看,社會子系統是阻礙協調發展的主要系統；從單一指標層中看,人口自然增長率、建成區綠化覆蓋率、GDP增長率、第三產業就業人數比重4個指標是2011—2018年間制約子系統協調發展的主要障礙因子。(4)2019—2030年間,伊春生態、經濟、社會子系統發展指數及協調度的預測值均呈上升態勢,經濟發展將成為促進生態-經濟-社會綜合發展的主要動力,生態-經濟-社會復合系統將向更高級的協調發展狀態演進。

伊春在重視生態環境的生態效益與經濟價值,注重環境治理與保護的同時,政府要推進政策環境優化,加強生態建設,引導生態創新。深入綜合開發森林資源,大力發展林下經濟,打造北藥、綠色食品等特色產業品牌基礎上,培育“生態文旅與康養結合”增長點,構建森林生態產業體系。發揮國家主體生態功能區優勢,探索“生態銀行”發展模式,推進森林生態資源資產化試點,逐步發展“碳交易”經濟,服務國家“碳中和”目標實現。優化城鎮體系結構,大力發展中心城區,集中人口分布,提高生活配套設施水平和社會服務質量,減少人口對生態干擾破壞；積極擴大就業市場穩定城市人口規模；提高社會保障水平應對老齡化。