南寧市生態環境與社會經濟系統協調發展的耦合分析

薛鉛鉛 XUE Qian-qian；莫定源 MO Ding-yuan；蘇嬋嬌 SU Chan-jiao；陳秋萃 CHEN Qiu-zui；黃丹玲 HUANG Dan-ling；黃海恩 HUANG Hai-en

（百色學院數學與統計學院，百色533000）

0 引言

2012年，黨的十八大首次提出了“五位一體”總體布局的戰略方針，將生態文明建設提升到國家戰略層面，倡導在加速國民經濟建設時必須兼顧生態環境的承載力。近年來，社會經濟發展與生態環境可持續發展的耦合協調關系研究是國內外備受關注的議題之一，眾多學者在不同研究尺度上對兩者關系進行了深入研究，并從宏觀的定性研究轉向運用各種數學模型進行定量研究，如基于耦合度-協調發展度模型[1-2]、生態足跡模型、主成分分析和回歸估計法[3]、系統動力學方法[4]等。在研究尺度與研究區域方面，國內學者主要集中于研究重點城市及省域的社會經濟發展與生態環境的耦合協調關系。

本研究以廣西首府-南寧市作為研究對象，綜合運用熵權法、耦合協調度模型與剪刀差模型，從靜態與動態兩個維度系統研究南寧市的自然生態環境質量與經濟發展間的耦合協調發展程度以及演變規律，為南寧市生態環境保護及可持續發展戰略的實施提供重要依據。

1 研究方法

1.1 熵權法

在信息論中，熵是不確定性的量度。如果信息熵值越小，則表示指標的離散程度越大，即該指標對綜合評價的影響就越大。反之，則對綜合評價影響就越小。假設研究區的評價指標矩陣可表示為[5]：

為了消除量綱對評價的影響，針對不同類別的指標（正向指標和逆向指標）標準化方法如下：

正向指標：

逆向指標：

矩陣X 表示原始指標值所構成的矩陣，式（1）的xij表示第i 個指標第j年的初始值，i=1，2，…，m，m 表示評價指標的個數；j=1，2，…，n，n 表示評價年份的個數。R 表示標準化后的評價矩陣。信息熵的值為，其中，假定1n0=0。

下一步，計算綜合評價指數，公式如下：

其中f（x）表示自然生態環境系統的綜合評價指數，φ（y）表示社會經濟發展系統的綜合評價指數，兩大系統的指標個數分別為m、n，ai、bj分別為指標權重，xij、yij表示兩個系統評價指標的標準化值。

1.2 耦合模型

耦合度則是對兩個或兩個以上系統相互作用程度的度量。在自然生態環境系統與社會經濟發展系統之間，也存在著耦合關系。公式如下：

式（6）中，C 表示耦合度，且C∈[0，1]，C 值越大，表示自然生態系統與社會經濟發展系統間的耦合程度越高；反之，則越低。將南寧市自然生態環境系統與社會經濟發展系統的耦合度分級如表1 所示。

表1 耦合度分級類型

1.3 協調發展模型

耦合度只能在某種程度說明系統間的耦合作用強弱程度，但無法直接反映系統間協調發展水平的高低。為了更深入挖掘系統間的協調發展水平，引入協調發展模型，其計算公式如下：

上式中，D 表示協調發展度，T 為自然生態環境與社會經濟發展協調發展綜合評價指數，其中α、β 為待定系數且α+β=1。在本研究中認為生態環境與社會經濟發展同等重要，故α=β=0.5。

根據已有研究成果[6]，結合南寧市的實際，將南寧市自然生態環境與社會經濟發展協調發展度類型劃分為10 個等級，詳見表2。

表2 南寧市自然生態環境與社會經濟發展協調發展特征

1.4 剪刀差模型

為了分析自然生態環境質量與社會經濟發展質量變化速率大小，客觀反映兩者速率的變動方向，構建兩者的剪刀差模型。假設f′（x）表示自然生態環境指數對時間年份的變化量，φ′（y）表示社會經濟發展指數對時間年份的變化量，α 表示兩條曲線在給定某時刻切線的夾角，剪刀差模型的公式如下[7]：

其中，α 的值越大，表示f′（x）、φ′（y）變化差異越大；α的值越小，則表示f′（x）、φ′（y）變化差異越小。

為了更深入探討兩個系統之間的交互作用，將兩個系統增長率變化量分別投影到二維平面直角坐標軸，分析兩個系統的增長率變化量比值的反正切值β 的大小，即

2 實證分析

2.1 研究區簡介

南寧市是廣西首府，處于中國華南、西南和東南亞經濟圈的結合部，位于廣西中部偏南，是環北部灣沿岸重要的中心城市、中國面向東盟國家的區域性國際城市。自2003年舉辦首屆國際博覽會以來，南寧市的社會經濟得到快速發展，2012年南寧市GDP 僅為2503.2 億元，而2021年南寧市GDP 達到5120.9 億元，增長率高達104.6%。

2.2 指標體系的構建及數據來源

本研究根據自然環境與社會發展的關聯性及復雜性，依據客觀性、全面性、可度量性等原則，構建表3 的南寧市自然生態環境與社會經濟發展的綜合評價指標體系。

表3 南寧市綜合評價指標體系及指標權重

本研究以2012-2021年為研究時段，指標數據主要來源于《廣西統計年鑒》、《南寧市統計年鑒》、南寧市國民經濟和社會發展統計公報等，個別指標的缺失數據運用插值法填補。

3 結果分析

3.1 自然生態環境指數

由圖1 可知，自然資源要素的波動趨勢與自然生態環境指數的波動一致，在一定程度上反映了年均降水量、年平均氣溫是影響生態環境質量的重要指標。自然生態條件的波動趨勢與自然生態環境指數的波動基本一致，在一定程度上反映了綠化覆蓋面積、人均公園綠地面積等因素是影響自然生態環境的主要因素。生態環境壓力指數在2012-2014年間呈下降趨勢，主要原因是工業二氧化硫排放量、城市道路面積、市轄區建成區面積在逐年增加，導致生態環境壓力指數不斷下降；生態環境壓力指數在2014-2019年呈現上升趨勢，主要原因是工業廢水排放量、工業二氧化硫排放量在逐年下降，且污水處理率在不斷上升；生態環境壓力指數在2019-2021年呈現先下降后上升的趨勢，主要原因是污水處理廠集中處理率和生活垃圾清運量呈現先下降后上升、人均城市道路面積和市轄區建成區面積呈現先上升后下降的趨勢。

圖1 南寧市自然生態環境指數變化趨勢

3.2 社會經濟發展指數

由圖2 可知，經濟發展指數在2012-2021年間的變動趨勢與社會經濟發展指數變動趨勢完全一致，從某種程度上說明地區生產總值、人均GDP、社會固定資產總額、工業增加值、城鎮失業率等是影響社會經濟發展的主要因素。社會發展指數在2017年有微小下降，在2012-2021年間基本呈現不斷上升的趨勢，主要原因是城鎮可支配收入、農村可支配收入在不斷提高，從而使得人們生活水平有了較高的改善；同時，醫院床位數也在不斷增加，人們的醫療服務得到了充分保障，幸福感指數得到了進一步的提升。經濟結構指數在2012-2017年呈現不斷上升趨勢，主要原因是第二、第三產業占GDP 比重呈現總體不斷上升趨勢。

圖2 南寧市社會經濟發展指數變化趨勢

3.3 南寧市自然生態環境與社會經濟發展耦合協調度

由表4 可知，在2012-2021年間，南寧市自然生態環境與社會經濟發展的耦合度的值保持在0.92 以上，且處于0.9201～0.9989 范圍之間，屬于極強耦合范疇。耦合度的值穩定在較高水平且總體呈現出上升-下降-上升的趨勢，表明兩個系統在高水平有序狀態穩定發展。

表4 南寧市協調發展類型

由表4 可知，在2012-2021年南寧市自然生態環境與社會經濟發展耦合協調度處于0.4414～0.8340 之間，經歷了瀕臨失調衰退型-勉強失調發展型-初級協調發展型-中級協調發展型-良好協調發展型五個過程，拐點分別為2013年、2015年、2019年、2021年。南寧市自然生態環境與社會經濟發展的協調發展度的值在2014年、2018年、2020年有較小幅度的下降之外，其余年份呈現出不斷上升的趨勢。由此可見，在2012-2021年間，南寧市自然生態環境與社會經濟發展的協調發展水平在逐步提高，兩個系統向著良性方向發展，實現了從瀕臨失調衰退型到良好協調型的蛻變。

3.4 基于剪刀差模型的南寧市自然生態環境與社會經濟發展增長速率的耦合過程

為了對南寧市自然生態環境系統和社會經濟發展系統增長速率的耦合過程分析，從增長速率和剪刀差兩方面進行分析，由表5 可知，結論如下：①從增長速率角度分析。除2015年之外，2013-2018年南寧市社會經濟發展指數增長速速率均高于自然生態環境增長速率，在此期間自然生態環境增長速率出現負數，說明該時期經濟發展對自然生態環境造成了極大損害，以犧牲生態環境的支撐為代價換取社會經濟的發展；在2019-2020年，南寧市自然生態環境增長速率高于社會經濟發展指數增長速率，自然生態環境指數迅速增長但很快出現了負數，說明社會經濟發展速度放緩并趨于停滯不前的狀態，對自然生態支撐能力有較大改善但迅速又對生態環境造成了較大危害；在2021年，自然生態環境增長速率低于社會經濟發展指數增長速率，自然生態環境指數增長速率由-0.0543 變為0.0518，社會經濟發展指數增長速率由-0.1530 變為0.4877；由此可見，相比于2020年，自然生態環境有了一定改善，同時社會經濟發展有較大程度提升。②從剪刀差角度分析。在2014年、2019年、2021年，剪刀差角度處于23.033°～43.224°之間，表明南寧市在這幾個年份的自然生態環境狀況與社會經濟發展差異較大；在2013年、2017年，剪刀差角度處于13.741°～16.933°之間，表明在這兩個年份的自然生態環境狀況與社會經濟發展差異一般；在其余年份，剪刀差角度處于0.129°～5.593°之間，表明自然生態環境狀況與社會經濟發展差異較小，增長速率幾乎同步。

表5 南寧市自然生態環境與社會經濟發展的增長速度和剪刀差

3.5 南寧市自然生態環境與社會經濟發展的動態耦合分析

2013-2021年南寧市自然生態環境指數增長速率與社會經濟發展指數增長速率在二維直角平面上構成的投影軌跡夾角處于-68.043°～83.934°之間，動態演變過程詳見圖3。

圖3 南寧市自然生態環境與社會經濟發展動態耦合過程

由圖3 可得如下結論：

①當-90°＜β≤0°時，即在2014年、2017年自然生態環境系統與社會經濟發展系統處于低級協調共生階段。在該階段，自然生態環境指數增長率為負數，而社會經濟發展指數增長速率為正，表明南寧市經濟發展是以降低生態環境質量為代價換取的。

②當0°＜β≤45°時，即在2015年、2018-2019年自然生態環境系統與社會經濟發展系統處于初級協調發展階段。在該階段，社會經濟發展速度小于或等于自然生態環境演化速度，經濟發展已經顯現出對自然生態環境的脅迫作用，生態環境在一定程度上制約了社會經濟的快速發展。

③當45°＜β≤90°時，即在2013年、2016年、2020-2021年自然生態環境系統與社會經濟發展系統處于共同發展階段。在該階段，社會經濟發展速度大于自然生態環境演化速度，良好的生態環境為社會經濟發展提供強有力的支撐能力，為社會經濟的快速發展奠定了物質基礎。

在2013年，即在經濟初期南寧市社會經濟系統指數增長速率達到0.77，社會經濟得到較快發展，但對自然生態環境的消耗和依賴也越來越嚴重，使得自然生態環境對社會經濟發展支撐能力逐漸減弱，從而制約了社會經濟發展的速度，在2014-2018年南寧市的社會經濟發展指數增長速率在逐年下降，在2018年增長速率降到-0.1285。隨著社會經濟發展增長速率的放緩，對自然生態環境的消耗和依賴減弱，從而促進了自然生態環境增長速率的提升，在2019-2020年自然生態環境增長速度已超過社會經濟增長速度。正是由于自然生態環境與社會經濟發展的相互脅迫的動態耦合，從而使得以上三種狀態交替出現。

由此可見，隨著南寧市經濟的快速發展，南寧市政府相關部門早已意識到生態環境問題也日益凸顯。為了緩解經濟發展對生態環境帶來的巨大壓力，南寧市政府相關部門頒布了一系列生態環境保護的規劃與方案，譬如《南寧市生態環境保護基礎設施建設三年作戰方案（2018-2020年）》、《南寧市環境保護“十三五”規劃（2016-2020年）》等，通過實施強有力的生態環境保護政策，南寧市的自然生態環境保護已取得了階段性的成效。

4 結論

本研究從自然生態環境和社會經濟發展兩個系統對南寧市展開綜合評價，依據一定的準則構建評價指標體系，基于熵權法、耦合度模型、協調發展度模型、剪刀差模型系統分析2012-2021年南寧市自然生態環境質量和社會經濟發展狀況，南寧市的生態環境系統和社會經濟發展系統已處于共同發展階段，自然生態環境保護已取得了階段性的成效。