草原生态与畜牧业发展的系统耦合模型分析——以1994—2011年内蒙古牧区为例

张照，郭健

（1.香港科技大学商学院，中国香港；2.华中农业大学经济管理学院，湖北武汉430070）

草原生态与畜牧业发展的系统耦合模型分析
——以1994—2011年内蒙古牧区为例

张照1，郭健2

（1.香港科技大学商学院，中国香港；2.华中农业大学经济管理学院，湖北武汉430070）

基于对草原生态系统和牧业经济系统之间相互胁迫、动态演进关系的认识，采用熵权法对2009—2011年我国五大牧区内蒙古、西藏、新疆、青海、甘肃的草原生态安全和畜牧业发展做出定量的综合评价。建立耦合度模型对内蒙古草原生态系统和畜牧业经济系统的关系进行动态平衡分析。结果表明：1997年以前“草畜”协调发展，而后人类活动以内蒙古政府的“围封禁牧”政策为表现形式，使耦合系统从1998年的极限发展阶段越过下一阶段，直接进入低级共生阶段；之后从2008年至今，由于政策的调整和人们观念的改变，“草畜”系统通过自我调节进入再生阶段。

草原资源；草原生态系统；畜牧业经济系统；耦合度；熵权法；政策；政府；畜牧业生态效益

一、问题背景

（一）我国草原与畜牧业概况

我国的草原资源非常丰富，天然草原面积达到4亿公顷左右，其中可利用面积3.1亿公顷，占国土面积的41.7%，总量为世界第二，占世界草原总面积的8.4%。但我国的人均草原面积仅为0.33公顷，远不及世界平均水平。我国的天然草原大面积集中分布在西藏、内蒙古、青海、四川、甘肃、广西、云南和黑龙江等省区，其中内蒙古、西藏、新疆、青海、甘肃五个省区的草原面积合计约占全国草原总面积的73%。依靠丰富的草原资源，我国畜牧业总产值已占中国农业总产值的34%。

（二）草原退化现状

由于长期不合理利用，我国草原出现了严重的退化。目前我国90%以上的天然草原存在不同程度的退化，每年新增退化的草原面积达200亿公顷，其中，西部和北方地区是我国草原退化最为严重的地区，当地退化草原面积己达草原总面积的75%以上。

以内蒙古草原为例，建国以来，内蒙古草地资源一直呈现不断退化的状态。到21世纪初，退化草原面积已经达到可利用草原面积的70%以上。这也直接导致了近年来西北地区风沙肆虐，因为草地资源的锐减和质量下降，使草原的生态功能严重退化。

二、研究基础与路径

草原生态问题的严重性引起了学者们的高度关注。杜发春等（2012）认为，工业过度开发消耗环境、牧区过度放牧是草原生态恶化的主要因素。盖志毅（2005）从多个学科的角度分析了影响草原生态经济系统的几大原因，过大的人口压力、较少的资本投入、欠合理的经济结构、失当的土地制度都是阻碍草原生态与衍生于其上的经济系统协调共进的因素。张占军等（2009）梳理了草原与牧业之间的耦合关系，草原的恢复过程需要人类活动参与，草原在高质量恢复生态环境的同时应该获得高产出，高产出又形成改良生态环境的物质基础。孟淑红（2011）分析了内蒙古草原畜牧业经济现状，揭示了内蒙古几个主要牧区在实现草畜平衡过程中的艰难性，提出减少牧区人口是实现平衡的关键。以往对草牧二者关系的量化研究较少，没有精确地描述其间的规律。因此本文在借鉴以往研究成果的基础上，首先对我国主要牧区的现状进行了综合评价，然后建立耦合度模型来描述草原与牧业系统的关系。

三、草原畜牧系统的评价

（一）评价指标体系构建

对草原生态系统和牧业经济系统进行评价，首先构建两个系统的评价体系。选择层次分析法[1]，根据数据的可获得性与稳定性，对于草原生态安全评价体系，本文选取5个评价类别下的8个评价指标；对于畜牧业可持续发展评价体系，本文选取4个评价类别下的7个评价指标。具体指标的选择见表1、表2。

指标解释：草原生态安全评价体系中的指标，用接待旅游人次的多少反映该地区旅游业的发展给草原环境带来的压力；单位面积载畜量指单位面积草原上承载的牲畜头数，用来反映草原的生态压力。畜牧业可持续发展评价体系中的指标，人均草地面积衡量一个地区可用于牧业生产的草地资源丰裕程度；单位面积草地载畜量是评定草地生产能力高低的指标；农牧民人口数量主要反映农牧业与农村牧区的负担系数；牧业产值占农业总产值比重反映牧业在区域经济中的发展程度；农牧民人均纯收入是衡量农牧民从事农牧业生产活动的最终成果的指标，若农牧民人均纯收入水平较低、增长缓慢或处于停滞状态，不仅会影响社会公平度，拉大城乡差距，而且会影响农牧业生产的投入，从而影响农牧业的持续发展。

表1 草原生态安全系统评价指标体系

表2 畜牧业经济系统评价指标体系

（二）基于熵权法评价模型的建立与评价结果

1.方法选取与数据处理。本文选择熵权法，数据处理首先根据《中国统计年鉴》搜集到相应指标的数据，再将各指标去量纲化，确定每个指标的熵值及权重，通过综合评价法得出综合评价指数。上述过程在MATLAB中编程实现。

2.草原生态安全评价。根据确定出的各草原生态评价指标的权重和在《中国统计年鉴》上搜集的五省区不同指标数据，使用综合评价法计算2009—2011年五大牧区的综合得分，具体得分情况见表3。

表3 2009—2011年五大牧区生态安全综合得分

表3显示，五大牧区草原生态安全综合得分从大到小依次为：西藏、青海、内蒙古、甘肃、新疆。说明在该评价体系下，草原生态安全情况最好的是西藏自治区，最差的是新疆维吾尔自治区。

横向分析，西藏地广人稀，该地区生态环境人口容量很小，人口数量和人口密度都很小。草原生态是全国五大牧区中最为安全的。内蒙古自治区典型草原类分布最广、面积最大，总面积2 767.35万公顷[3]。但内蒙古畜牧业发达，草场实际载畜量超过理论载畜量，给草场的安全造成巨大压力，草原生态安全面临威胁。新疆牧区天然草地牲畜超载率均在80%以上，退化面积已达80%，草原退化、沙化严重，草原火灾、旱灾、鼠灾等自然灾害也频繁发生[4]。

时间上纵向分析：2009—2011年期间，除青海、甘肃两省综合评分有小幅起落外，另外西藏、内蒙古、新疆三个我国草原面积最大的省份，综合得分均呈逐年下降的趋势。特别是西藏在2011年生态安全情况下降明显。这说明近年来随着各省畜牧业、工业的不断发展，草原已逐渐逼近甚至超过其承载力。各区正面临不同程度并且逐年恶化的草原生态安全问题。

3.畜牧业经济综合评价。依据确定出的各畜牧业发展评级指标的权重和在《中国统计年鉴》上搜集到的五省区不同指标数据，使用综合评价法计算2009—2011年五大牧区的综合得分，具体得分情况见表4。

表4 2009-2011年五大牧区畜牧业综合得分

表4显示，五大牧区畜牧业可持续发展综合得分从大到小依次为：西藏、内蒙古、青海、新疆、甘肃。该综合得分可以说明，在本文选取的指标评价体系下，西藏自治区畜牧业可持续发展情况最好，而甘肃省畜牧业可持续发展情况最差。

横向分析，西藏草原牧区的生产性能和开发价值最佳，牧区畜牧业可持续发展情况较好。内蒙古自治区畜产资源丰富，但由于畜牧业生产长期粗放经营，生态环境趋于恶化。甘肃的畜牧业发展在五大牧区中较为落后，企业集约化和产业化水平低，市场开拓不足。

纵向分析，2009—2011年，除甘肃外，其他四大牧区的畜牧业发展均呈上升趋势。其中，西藏自治区畜牧业发展尤为迅速，特别是2011年涨幅接近7%。同草原生态安全的逐年恶化情况相比较，我国畜牧业的发展一定程度上是以牺牲生态环境为代价的，畜牧业的发展仍以粗放式为主，畜牧业的可持续发展不容乐观。

四、草牧耦合系统的建立

（一）模型介绍

本文研究对象为草原生态系统和畜牧业发展系统，笔者将二者抽象为“草原牧业系统”作为研究对象，草原生态系统和畜牧业发展系统即为此系统下的两个子系统。

草原牧业经济耦合是草原生态系统和畜牧业经济系统的耦合，是“草牧关系”的量化表达，也是自然再生产与经济再生产的相互融合。因此，人类活动能够通过控制系统的运行方向，充分发挥系统所固有的开放性带来的外延特性，实现草原牧业系统的进化和生产潜力的解放，实现草牧间的动态平衡。

（二）耦合模型的建立

用ah，gl分别表示草原生态系统（下文简称生态系统）和畜牧业经济发展系统（下文简称经济系统）总量，则gl（t）、ah（t）是加入时间维度的生态系统和经济系统总量，其模型表达式为：

其中，xi和yi分别为生态系统和经济系统中各指标值关于时间t的函数fi（t），ai和bi是各个指标在该系统中的权重。

各系统的变化过程都是复杂且非线性的过程，非线性系统运动的稳定性取决于一次近似系统特征根的性质[5]，因此在保证运动稳定性的前提下，将其在原点附近按泰勒级数展开，并略去高次项可以得到上述的近似表达：

鉴于经济系统与生态系统之间的互相胁迫关系，生态系统和经济系统的状态演化方程如下：

k1、k2分别是经济系统与生态系统对生态系统演化过程的响应系数，k3、k4分别为经济系统与生态系统对经济系统演化过程的响应系数，它们揭示了畜牧业经济系统与草原生态系统的互动方向与强度。

根据兹的不同取值，可以确定草牧系统所处的状态以及草原生态系统（gl）和牧业经济系统（ah）协调发展的耦合程度。整个系统在一个演化周期内将经历低级共生、协调发展、极限发展、再生发展4个阶段，如图1所示。

图1 草原牧业与经济系统的耦合过程

1.在第四象限内，草原牧业系统与经济系统处于低级共生阶段，两个系统相互之间的影响几乎为零，基本上不受另一系统限制和约束而独立发展。

2.在第一象限内，两系统处于协调发展阶段，且经济系统较为敏感，在（45°，60°］区间为理想状态；在（0°，45°］时，两系统发展缓慢，经济建设滞后，生态资源未充分利用；在（60°，90°］时，生态环境制约和限制经济系统的发展，生态建设滞后，不可持续发展危机显现。

3.在第二象限内，两系统处于极限发展阶段，经济系统的快速推进导致无节制索取资源和破坏环境问题凸显。此时，系统有可能通过内部自我调整和资源优化配置，向再生阶段发展；或是通过一系列政策措施来缓解和调控内部矛盾，使诸要素合理优化，系统耦合关系向着良性发展，同时突破再生和低级共生两个阶段，直接进入高水平耦合状态，以达到系统稳态。

4.在第三象限内，系统处于再生阶段，此时通过系统内部的自我调节，双方矛盾逐渐缓和，经济建设与生态环境转变为相互促进的关系，系统进入共生阶段，草原牧业经济系统进入一个新的循环，从而实现螺旋式上升良性发展。

（三）结果及分析

1.求解系统总量表达式。本文选取内蒙古1994—2011年的草原生态与畜牧业发展情况为研究对象，分别选取7个和6个指标，采用问题一中的熵权法为各指标客观赋值。具体指标及其对应指标如表5、表6。

表5 草原生态系统指标及权重

表6 畜牧业发展系统指标及权重

已知各指标的拟合结果和其对应的权重，依据下式计算出各自的总量表达式：

gl（t）=0.000 379 482t3-0.010 22t2+0.064 489t+0.411 907

ah（t）=-0.000 113 312t3+0.001 217t2+0.021 462t+0.343 15

其中，gl（t）、ah（t）是加入时间维度的生态系统和经济系统的总量，演变趋势如图2。

图2 1994—2011年两系统总量值变化

2.计算各系统演化速度和响应系数。分别对以上求出的每一时间维度下的系统总量求导，得到两系统的演化速度，其中Vgl和Vah分别是生态系统和经济系统的演化速度（见图3）。

图3 1994—2011年两系统演化速度变化

依据上文求出的gl（t）、ah（t）和Vgl、Vah，利用SAS编程对其1996—2011年的值进行多项式拟合，得到k1、k2、k3、k4的值。k1、k2分别是生态系统与经济系统对生态系统演化过程的响应系数；k3、k4分别为经济系统与生态系统对经济系统演化过程的响应系数；该系数的正负可以反应系统之间是正向影响或是负向影响，其绝对值反应系统之间的影响程度大小。

求解结果显示k1、k3为正，说明系统内部对自身的影响为正；k2、k4为负，说明两子系统之间存在负向的相互影响。其绝对值大小反映出这种影响的大小。

3.计算两系统之间的耦合度

其中，兹为耦合度。根据兹值，可以确定整个草原生态经济系统的演化状态以及经济系统与生态系统协调发展的耦合程度。

耦合度的时间趋势图如图4。

图4 1994—2011年内蒙古草原牧业系统的耦合度

根据上述模型中耦合度所处象限对应的系统间关系，结合内蒙古1995—2011年的实际发展情况（见表8），可以得出以下分析结论：

1995年与1996年，整个草原牧业系统的耦合度位于45°～60°，两系统处于协调发展的理想状态，畜牧业经济的良好运行能与草原生态系统协调共存。

1997年，系统的耦合度为79度，说明持续发展畜牧业经济，使得草原生态建设滞后，系统面临不可持续发展的危机。由于草原生态的建设和畜牧业发展的一大特点是需要充足的资本支持，而该系统的外部性之强和公共产品之多的特性，又决定了政府要在投资中占主体地位。因此针对当时我国的社会经济状况，政府大力发展畜牧业而搁置草原生态维持的政策将不可避免地阻碍草原生态的建设步伐。除此之外，从图3也可以看出，20世纪90年代末草原系统运行速度的递减速率明显快于牧业系统。由此可知，宏观产业政策的引导使得资源分配失衡，从而导致草原生态系统建设的滞后。

1998年，系统耦合度位于第二象限，系统处于极限发展阶段，过度发展的畜牧业加剧了草原生态环境的破坏，人类活动激化了草原生态与畜牧业发展之间的矛盾。大部分牧区草场严重退化、沙化，反作用使得畜牧业生产效益持续下降。

1999年，系统耦合度位于第四象限，整个系统越过第三阶段直接运行到低级共生阶段，这与内蒙古政府在1998年出台的草原生态保护工程有关。通过休牧、封育草场、建设饲草料基地、开发“草原牧家乐”特色旅游项目等措施，使得草原生态环境得以保护。

表7 k1、k2、k3、k4的值及其置信度

表8 内蒙古历年草原牧业系统的耦合度

2000—2002年，耦合度位于第一象限，持续的护草工程使得整个系统又进入第一阶段的协同共进时期，草原生态水平得到了长足的提升。不过，在21世纪初期，耦合度仅为34度，表明宏观政策的偏斜使得畜牧业发展缺乏动力，对草原资源的利用度不足。

2003—2007年，耦合度位于第二象限，整个系统又一次进入极限发展阶段。这与内蒙古“十一五”期间大力发展牧业经济密切相关，党中央和自治区政府都进一步加大对内蒙古粮食生产的投入，扩大了牧业补贴的范围，全区牧业牲畜存栏头数比“十五”期末增长45.4%。这些都给草原生态带来了压力，使其进入相对敏感脆弱的阶段。

2008—2011年，耦合度处于第三象限，说明系统由第二阶段自动过渡到第三阶段，是整个系统内部的自我调节，草原生态系统和牧业经济系统两个子系统的互相优化配置资源。2008年的经济危机带来的连锁效应，使得内蒙古的牧业经济发展步伐放缓，草原生态环境不致继续陷入窘迫境地。除此之外，也与当时领导人放松管制的自由政策有关，政府通过调整自身在大市场中的定位，适当减少干预，发挥市场自身配置资源的调节功效，这样使草原生态环境得以缓慢却自然地恢复，减少大规模硬性环保工程带来的负面挤出效应。

综上所述，以过去17年为观测对象，人类活动主要以宏观政策的形式来影响内蒙古地区的草原生态状况，政策同时对草原和牧业两个子系统产生作用，通过耦合过程的进行，使牧业经济系统积累的能量、流动的信息传递到草原生态系统，引起草原生态的变化。

五、结论

1994—2011年，内蒙古的草原生态系统和牧业经济系统的发展经历了两次由协调发展向极限状态演进的循环，而且在2008年转入再生阶段的急剧变化。目前，内蒙古的草牧系统有突破低级共生向协调发展转化的良好态势。从分析中可以看出，内蒙古的草原生态安全以及畜牧业的可持续发展，与外界经济环境和政府调控联系紧密。畜牧业作为农业经济的一部分，又是内蒙古经济的一大支柱，普遍存在着资源错配、外部性强等影响市场作用、扭曲市场价格的因素，自治区政府和中央政府应该倾斜更多的资源促进畜牧业和生态环境的良性互动，但是要减少干预造成的负效应，控制好二者平衡前进的路径。

［1］张鹤.鄂尔多斯市畜牧业可持续发展评价研究［D］.呼和浩特：内蒙古大学，2010.

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责任编辑、校对：艾岚

System Coupling Model Analysis of the Grassland Ecosystem and Animal Husbandry Development

Zhang Zhao1,Guo Jian2
（1.Business School,Hong Kong University of Science and Technology,Hong Kong,China;
2.The Economic Management Institute,Huazhong Agricultural University,Wuhan 430070,China）

Based on the understanding of the dynamic evolution relation and the stress relationship between grassland ecosystem and animal husbandry economy system,the entropy weight method is adopted for 2009-2011 China's five major pastoral areas of Inner Mongolia,Tibet,Xinjiang,Qinghai and Gansu grassland ecological security and the author made quantitative comprehensive evaluation of the development of animal husbandry.The coupling model is set up in Inner Mongolia grassland ecosystem and animal husbandry economic system for dynamic balance analysis.The results showed that before 1997,"breeding"coordinated development,and human activity in Inner Mongolia government"enclosure grazing prohibition"policy as the form,made the coupling system from the limit of the development stage in 1998 over the next stage and direct access to low-level symbiosis stage.Since 2008,due to perceptions adjustment and change in policy," breeding"system entered the stage of regeneration system through self-regulation.

grassland resource,grassland ecosystems,the animal husbandry economy system,the coupling degree,Entropy weight method,policy,government,the animal husbandry ecoefficiency

S8-9

A

1673-1573（2015）03-0096-05

2015-07-02

张照（1992-）男，河北保定人，香港科技大学商学院硕士研究生，研究方向为发展经济学；郭健（1992-）男，内蒙古呼和浩特人，华中农业大学经济管理学院硕士研究生，研究方向为农业技术经济理论。