基于DPSIR概念模型的黄土丘陵区协调发展预测评估——以志丹县为例

党晶晶, 孙 斌

(1.西安工业大学 经济管理学院, 西安 710021; 2.国网陕西省电力公司经济技术研究院, 西安 710065)



基于DPSIR概念模型的黄土丘陵区协调发展预测评估
——以志丹县为例

党晶晶1, 孙 斌2

(1.西安工业大学 经济管理学院, 西安 710021; 2.国网陕西省电力公司经济技术研究院, 西安 710065)

基于DPSIR概念模型，以志丹县水土保持及退耕还林(草)示范区为实证研究对象，构建了驱动力—压力—状态—影响—响应因果关系的生态—经济—社会系统协调发展预测评估指标体系，运用综合指数模型计算了1997—2014年志丹县的生态指数、经济指数、社会指数，在此基础上，通过灰色系统预测模型GM(1，1)分别对2015—2019年生态指数、经济指数、社会指数进行预测，并采用变异系数协调发展模型评估其协调发展状态。结果表明：志丹县在2015—2019年，生态、经济、社会指数预测值呈稳定上升趋势，按上升速率排序为：社会指数>经济指数>生态指数，三个系统间协调发展预测值均呈上升态势，发展度>协调发展度>协调度，依据预测结果，在2015—2019年期间，志丹县应在巩固现有生态修复成果的基础上，继续以社会与经济的发展为重点，加快经济结构的调整，大力发展特色产业和民营经济，并加大对科教文卫等公共事业的投入和管理力度等，从而促进生态、经济、社会系统的持续协调发展。

DPSIR; 退耕还林(草); 生态—经济—社会系统; 协调发展预测模型; 志丹县

生态、经济与社会系统的协调发展是目前区域可持续发展研究的热点问题，对改善人类生存环境、全面发展经济及社会具有重大意义[1]。黄土高原是我国生态系统较为脆弱的地区之一，该区具有丰富的煤炭石油资源禀赋，是我国重要的能源化工基地，如何促进该区域的生态、经济、社会的协调发展，已成为众多学者关注的重点[2]。退耕还林(草)工程作为黄土高原生态建设及综合治理的主要措施，不仅对该区生态恢复有着巨大的推动作用[3-6]，提高了全民的生态意识，也在很大程度上调整了农村的经济结构，使生态退化、农业面源污染(农药、化肥)、粮食安全等众多问题得到了有效的解决。因此准确预测及评估黄土丘陵区生态、经济、社会的协调发展趋势具有重要的意义[7-11]。

DPSIR概念框架由驱动力、压力、状态、影响、响应五个因子构成[12]，是对生态环境、经济与人类社会系统间因果关系进行分析的一种有效方法[13-17]。基于此，本文在DPSIR概念框架下构建生态—经济—社会系统协调发展评估指标体系，结合协调发展模型及灰色动态系统预测模型，以志丹县为研究对象，预测评估其2015—2019年生态—经济—社会协调发展程度，为志丹县的协调全面发展提供依据。

1　研究区概况

志丹县位于陕北黄土高原丘陵沟壑区(108°11′56″—109°3′48″E， 36°21′23″—37°11′47″N)。东接安塞县，西北连靖边县、吴起县，东南毗邻甘泉县、富县，西南与华池县、合水县交界。志丹县土地总面积达3 781 km2，其地貌类型属于以梁峁为主体的黄土梁峁丘陵沟壑区。该区域石油探明储量约达1亿t，可供开发的面积为2 916 km2，具有埋藏浅、油质好、易开采等特点，石油工业占地区生产总值的92.4%，是工业体系中的主导，对经济快速发展有极大的助推作用，也为农副产品加工业的发展提供了保障。然而石油、煤炭等能源过渡开采造成了植被破坏、水土流失严重等一系列生态环境问题。为了恢复该区生态环境，国家从1999年开始试点实施退耕还林(草)工程，先后历经了大规模实施(1999—2005年)和巩固恢复(2006—2014年)两个阶段，取得了显著生态环境效应，其中小流域治理102条，水土流失治理面积23.80万hm2，治理度达到71.1%，累计造林13.289万hm2，平均造林成活率为94%，森林覆盖率由1999年的21.5%提升到2014年的34%(图1)。

2　研究方法

2.1评价指标体系

本文基于DPSIR概念模型，参照全面建设小康社会指标体系及中国社会科学院提供的主要社会指标体系[18]，建立了志丹县生态—经济—社会系统协调发展评价指标体系(表1)：在该区域资源型经济发展的“驱动力”下，石油的需求和开发与日俱增，给生态系统带来巨大的“压力”，使生态环境、经济总量及社会结构等“状态”发生变化，严重“影响”着生存环境、经济社会的持续性发展，通过退耕还林(草)的实施和转变经济发展方式等“响应”来解决生态、经济与社会间的矛盾，维持系统间的协调性和持续性[19-20]。

图1　1997-2010年志丹县造林面积

2.2协调发展评价模型

本研究采用杨士弘、廖重斌等提出的变异系数协调发展模型，计算出1997—2014年志丹县生态、经济、社会综合指数及协调发展度。

(1)

(2)

(3)

(4)

C(t)=αf(t,x)+βg(t,y)+δh(t,z)

(5)

(6)

式中：f(t，x)，g(t，y)，h(t，z)分别表示生态指数f(x)、经济指数g(y)和社会指数h(z)在t时刻生态平衡状态、经济发展水平和社会进步程度；xi，yi和zi分别代表生态、经济和社会系统第i个指标的特征值，与其对应的权重分别用α，β和δ来表示；B(t)为t时刻协调度；C(t)为t时刻发展度；D(t)为t时刻协调发展度。

2.3灰色系统GM(1，1)预测模型构建

基于生态、经济、社会指数变化的不确定性，本文采用灰色系统预测模型GM(1，1)，对2015—2019年生态、经济、社会综合指数发展趋势进行时序预测，然后利用变异系数协调发展模型，测算未来5 a生态、经济、社会系统的协调发展水平。模型构建步骤如下[21-22]：

表1　协调发展评价指标体

(1) 一次累加生成处理

(7)

(2) 均值数列为X(1)的紧邻均值生成的序列

(8)

(3) 建立X(1)(M)的一阶微分方程(影子方程)

(9)

其中a和u为待定参数，可通过最小二乘法拟合得到，将u离散化，即满足下式：

(10)

B为构造数据矩阵

(11)

(4) 微分方程X(1)所对应的时间响应函数模型为

(12)

式中：a为发展系数，u为灰色作用量，X1，X2为发展态势。由上式计算得到的是在K+1时刻生成数列的预测值，对其累减运算即可求出原始数列的预测值，公式为：

(13)

将12式代入13式，则可得到原数列的预测值为：

(14)

其中X(1)(0)=X(0)(1)，k=1，2，…，n

(5) 模型检验(参差检验)

原始数据方差

(15)

残差方差s2：

(16)

均方差比值c：

(17)

小误差概率P：

(18)

式中：c值越小，p值越大时，则表明模型的精度越好，精度等级划分见表2。

表2　精度检验等级表

(6) 纳什系数

(19)

2.4数据来源及处理

本文涉及的经济、社会数据来源于志丹县1997—2014年的统计年鉴，部分数据来源于实地考察调研；生态环境数据来源于志丹县气象局、林业站以及周河志丹站长期定位观测数据。并运用综合指数模型测算出生态指数、经济指数、社会指数(1997—2014年)，然后采用灰色系统预测模型预测出生态、经济、社会三个指数预测值(2015—2019年)，以此作为预测协调发展水平的样本数据来源。并对所收集的数据进行无量纲处理。

3　结果与分析

3.11997—2014年综合指数变化分析

(1) 生态指数。志丹县1997—2014年生态指数最低值为1998年的0.135，最高值为2014年的0.815，明显高于18 a均值0.563，其整体呈波动式上升的趋势(图2)。大致划分为1997—2003年，2004—2008年，2009—2014年三个阶段，其中2000—2003年生态指数增幅高达71.4%，主要是因为退耕还林(草)工程进入大规模实施阶段，植被覆盖率明显提升，水土流失有所缓解，生态环境得以改善；从2004—2008年退耕规模逐渐放缓，生态指数尽管有所下降，但整体仍高于经济指数与社会指数；2009—2014年进入生态巩固时期，生态系统日趋稳定，其平均值为0.754，与1997—2003年和2004—2008年相比分别增加了23%和16%；2009—2014年生态修复的后发效应逐渐显现，截止到2014年，志丹县森林覆盖率达和水土流失治理度，分别达到69.2%和75.1%。

(2) 经济指数。1997—2014年志丹县的经济发展水平存在较大差异，经济指数均值为0.493，与1997年(0.087)经济指数相比，2014年(0.871)是1997年的10倍(图2)。其中1997—2005年为快速发展时期，经济指数增加了47.6%，年均增幅5%，但整体水平较低，主要是由于退耕实施过程中，农业结构单一、第二、三产业才逐步壮大、粗放的经营方式等使地区生产总值、农民人均收入、工业总产值、地方财政收入均处于较低水平；2006—2014年经济指数逐渐趋于稳中有增的态势，经济指数增加了29.6%，年均增幅3.7%，为稳定发展时期。

(3) 社会指数。志丹县1997—2014年社会指数整体呈上升趋势，2014年的社会指数较1997年增加了85.2%，年均增幅4.7%。在1997—2002年处于退耕还林的实施期，由于生态的时滞效应，资金的大量投入及社会进步缓慢，期间社会指数增幅较小，增加了16.3%，年均增幅2.7%；2007—2014年进入退耕还林巩固期，生态效应初见效果，社区基础设施的改善，社会结构及人民生活水平的调整与提高，使该时期社会指数增加了30.3%，年均增加率为4%，明显高于同期的经济指数与生态指数，社会进步显著。

3.2综合指数预测分析

依据志丹县1997—2014年生态指数、经济指数、社会指数，构建灰色预测模型方程，并对预测模型进行检验，确保预测2014—2019年的生态指数、经济指数、社会指数的可信度。

图21997-2014年生态-经济-社会各指数变化趋势

由表3可知，建立的生态指数函数预测模型精度基本可靠，Nash系数接近0，主要是与生态滞后效应及其不可预知的特性等因素有关，致使误差大，但模拟结果总体可信；相比之下，建立的经济与社会指数函数预测模型精度可靠，C值均小于0.35，p值均为1，Nash系数均接近1，精度很好，模型构建合理。

依据上述预测模型预测志丹县(2015—2019年)

生态、经济与社会指数的变化趋势，对其排序为：社会指数>经济指数>生态指数。其中社会指数预测在2015—2019年整体呈上升趋势(图3)，到2019年，社会指数较2015年将增加74.8%。由此可见，在退耕还林工程的后发效应及经济持续发展的驱动下，社区综合条件、人口及社会结构以及人民生活水平等方面将呈良性快速发展趋势；经济指数预测在2015—2019年整体呈直线上升趋势，增幅为58%，其中2015—2017年增速比2018—2019年缓慢，表明随着能源工业园区的逐步完善，能源开采技术和方式的不断改进，经济指数持续增加，经济趋于持续稳定发展；生态指数预测整体呈稳定上升的趋势，但与社会指数、经济指数相比，整体增幅较小，2019年生态指数较2015年将增加27%。可见随着退耕规模逐渐降低，进入生态巩固恢复中长期，生态系统逐渐稳固。总之，该区域依托现有的能源产业，经济仍保持发展态势，并为社会进步提供支撑、保障。同时仍需继续重视生态治理，持续巩固现有的生态修复成果，充分发挥其后发优势。

表3　指数预测模型与精度检验参数

3.3协调发展度预测分析

依据预测获取的生态、经济、社会指数，运用变异系数协调发展模型，对志丹县协调度、发展度及协调发展度进行预测，得出生态、经济、社会(EES)系统协调发展的各项预测值均呈稳定上升趋势，按其上升速率排序为：发展度>协调发展度>协调度。

(1) 发展度。研究区发展度未来5 a总体呈现增加趋势(图3)。其中2015年最低为0.943，2019年最高为1.478，年平均发展度为0.106。由此可见，未来5 a志丹县在社会持续进步、经济稳定增长以及生态环境逐步恢复的共同驱动下，发展基数不断增加，发展度持续提高，但发展速度放缓，趋于稳定态势。总之，继续巩固退耕还林成果、重视社区水利、交通等基础设施和能源收入等方面的提升，对研究区生态、社会经济的持续发展依然有着重要的驱动作用。

(2) 协调度。志丹县2015—2019年协调度整体高于协调临界点0.9，但协调水平趋于下降趋势，这主要归咎于研究区社会、经济和生态指数值之间的离差系数较大(图3)，其中生态指数在自身修复和外在能源开发利用的共同作用下有所波动，而在产业结构的不断调整和工业园区集群化发展牵引下，经济持续发展，在社区建设不断完善和人民生活水平不断提高的带动下，社会发展显著，导致社会、经济和生态指数离差增大，协调度有所下降。因此，如何实现志丹县生态、经济、社会同步协调发展，是未来发展的重点。

(3) 协调发展度。志丹县2015—2019年协调发展度从预测绝对值分析得出：协调发展度呈稳定上升趋势，较2015年相比，2019年协调度增加18%；但从相对值分析，协调发展度增幅缓慢，仅2016—2018年均增副为2.1%，表明未来志丹县生态、经济、社会三者间整体呈良性平衡的协调发展状态；但生态的相对滞后，仍将是生态、经济、社会持续协调发展的制约因子。

图3　生态-经济-社会各指数值及协调度、发展度、协调发展度预测变化趋势

4　结论与讨论

本文以1997—2014年志丹县的综合指数值为样本，通过灰色GM(1，1)预测模型对该区域2015—2019年的生态指数、经济指数、社会指数预测，得出三个指数均呈上升趋势，其中社会指数增加最快，经济指数次之，生态指数发展最慢。在此基础上采用变异系数协调发展模型测算出生态、经济、社会协调发展预测值(2015—2019年)，即研究区生态、经济、社会发展度预测值最高，协调发展度次之，协调度预测值最低。总之，志丹县未来生态、经济、社会的发展整体呈协调趋势。

随着经济的发展，生态的改善及社会的进步，志丹县作为资源型发展县域，生态、经济与社会发展更为协调，但生态环境的不可确定性、自我修复等特性，使其相对经济社会环境略显不足。同时经济与社会的可持续协调发展都是以良好的生态环境为前提，因此，志丹县未来应继续加强退耕还林后续产业建设，巩固退耕还林等生态修复的成果，确保生态治理的成效和持续性；在利用资源禀赋优势的同时，加快产业结构转型升级，转变经济发展方式，大力发展特色产业(草畜、棚栽、林果、杂粮)和民营经济，完善产业工业园区，充分发挥产业集群及集约效应，保障区域经济持续稳定发展，为生态修复提供必要保障和支撑；加大对科教文卫等公共事业的投入和管理力度，不断完善城乡基础设施与城乡居民生活环境，改善民生，支持社会持续进步。在生态、经济、社会三个系统各自发展的同时，应更加注重以维持生态平衡为基础，以经济、社会发展为重点，实现生态、经济、社会系统间的协调发展。

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Forecast and Evaluation of Coordinated Development of Ecology-Economy-Society System Based on DPSIR Framework in the Loess Hilly Region—Taking Zhidan County as a Case Study

DANG Jingjing1, SUN Bin2

(1.SchoolofEconomicsandManagementXi′anTechnologicalUniversity,Xi′an710021,China;2.StateGridShaanxiElectricPowerCompanyEconomicResearchInstitute,Shaanxi,Xi′an710065,China)

Based on DPSIR conceptual model, we took the demonstration area of soil conservation and ‘grain for green’project as a study site of Zhidan County， used 5 factors: the drive force, pressure, state, influence, response to construct the prediction evaluation index system of harmonious development of EES systems, and calculated the ecological index and economic index, social index during the years from 1997 to 2014 as the sample data of Zhidan County, predicted index changes in three sub system in EES system 2015—2019 years by using the grey system prediction model of single sequence of first-order linear dynamic model GM (1,1), and predicted its development state using the coefficient of variation of coordinated development model. The results showed that in returning farmland to forest (grass) in the process of project implementation, the EES system of the predicted values showed the stable upward trend, the rates of rise of the sort decreased in the order: social index >economic development degree index >coordinated development degree >ecological index >coordination degree. According to the forecast results, Zhidan County should consolidate the existing ecological restoration results, and continue focusing on the social and economic development, speed up the adjustment of economic structure, develop the characteristic industry and private economy, and raise the public investment and management in the science-education-culture-health utilities etc., so as to promote the sustainable coordination development of ecological, economic and social( EES) system during the period from 2015 to 2019.

DPSIR; grain for green; ecology-economy-society system; coordinated development forecast; Zhidan County

2015-07-15

2015-08-03

党晶晶(1982—),女,陕西榆林人,博士,讲师,主要从事资源经济与环境管理研究。E-mail:djj_kk@163.com

孙斌(1978—),男,西安人,学士,工程师,主要从事区域经济技术研究。E-mail:16483937@qq.com

F171.1;F321

A

1005-3409(2016)04-0143-06