京津冀产业结构与环境质量协调关系研究

卜洪运 黄杰

内容摘要：产业结构和环境质量协调发展研究对促进经济和环境共同发展至关重要。本文先对产业结构和环境质量耦合原理进行分析，然后通过设计京津冀产业结构综合评价指标体系和环境质量综合评价指标体系，用基于耦合理论的协调度模型，实证分析了京津冀产业结构和环境质量的协调关系。结果显示，2000-2008年京津冀产业结构和环境质量处于濒临失调阶段，2009-2015年京津冀产业结构和环境质量则上升到勉强协调。最后通过GM（1，1）与二次指数平滑相结合的不等权组合预测方法对协调度预测，结果显示未来七年协调度一直在0.59以下，即京津冀产业结构和环境质量间将持续保持勉强协调。

关键词：产业结构 环境质量 熵平衡方程 协调度

引言

经济迅速增长的同时，也给社会带来了严重的环境问题，怎样持续保持经济和环境质量良性循环是当前必须面对的难题。经济发展通过经济增长方式，也就是通过产业结构间接去作用环境质量，同时环境质量通过产业结构调整也间接去反馈经济发展，这其中产业结构充当着联结经济发展和环境质量的角色。一方面，从经济角度来看，产业结构是各类生产要素的“资源转换器”；另一方面，从环境质量角度来看，产业结构充当着“污染物控制体”的角色。因此，产业结构系统与环境质量系统通过彼此间的相互作用连接在一起，经济与环境质量的协调发展问题转换为产业结构与环境质量的协调发展问题。同时由于近年来京津冀经济和环境问题严峻，研究京津冀产业结构和环境质量协调关系具有重要的现实意义。

相关文献综述

早在1992年，Grossman分析经济与环境关系时，就认为经济增长通过结构效应等对生态环境产生影响。国内研究从两方面进行分析。一是关于产业结构的环境效应方面。刘宇等对辽宁省、徐君（2015）对呼包银榆经济区运用典型相关分析法，分析了产业结构演变的环境效应；徐璐对西安市、黄常辉（2009）等对长株潭三市运用灰色关联分析法，分析产业结构对生态环境影响，发现影响顺序是二、一、三产业；王芳通过进行一元回归分析发现，环境质量对第一、三产业增长敏感，对第二产业增长不敏感。二是两者彼此作用方面。赵雪雁等（2005）通过线性加权平均法建立产业结构与环境质量协调度模型，分析了黑河流域产业结构与环境质量协调关系；万永坤等根据热力学第二定律对产业结构调整和环境质量相互关系进行了理论分析，构建了回归计量模型，实证分析了甘肃省的情况；通过构建GDP、生态环境和产业结构回归模型，并进行脉冲响应；王晨旭对河南省、陈燕武对福建省进行了相关研究，认为两者之间具有正向影响。

以上研究在理论上缺乏对产业结构与环境质量内在耦合机理的研究。在实证方法上，大多数学者主要采用灰色关联法、向量回归模型、典型相关法等，只研究了产业结构对环境质量的单向影响，并没有研究两者关系是不是协调；采用协调度模型对产业结构与环境质量相互关系进行研究的学者较少，且研究大多集中于省域及地市范围，缺乏跨省域范围的研究。

本文在分析产业结构与环境质量内在耦合机理的基础上，采用基于物理学上耦合理论的协调度模型，对京津冀产业结构与环境质量协调关系测评并预测，能使相关部门了解京津冀产业结构与环境质量目前及未来的协调关系，进而制定相关产业的环境政策促进产业结构和环境质量协调发展。

协调度模型构建

（一）产业结构与环境质量交互耦合机制

产业结构与环境质量耦合的概念。广义上耦合是指两个及以上系统经过互相作用形成彼此影响的现象。产业结构和环境质量耦合是指产业结构和环境质量系统通过彼此组成元素互相产生作用和影响。一方面，产业结构系统作为关键经济社会活动方式，其构成决定资源配置方式和消耗，进而影响环境质量，即产业结构对环境质量有直接作用。另一方面，环境质量的变化通过改变经济活动成本进而使资源发生转移，影响产业结构，即环境质量对产业结构具有反馈作用。

产业结构与环境质量耦合机制。产业结构系统通过直接作用即社会活动，时刻和生态环境互换能量，具备开放性，且其本身是不能达到均衡状态、内部因素彼此不规则作用的系统，所以说产业结构系统具备明显的耗散结构。

按照热力学第二定律，产业结构系统遵循熵平衡方程：dP=dPi+dPe，其中，dPi代表產业结构系统内部熵流，dPi≥0；dPe代表产业结构系统和环境质量系统熵交换产生的熵流，其值为任意数，正熵流表示产业结构系统从环境质量系统获得了消极的反馈作用，负熵流表示产业结构系统从环境质量系统获得了积极的反馈作用；dP代表产业结构系统的熵变。从系统发展看，熵P是时间积累且满足∫Pdt=∫（Pe+Pi）dt，所以产业结构熵变的外在表现就是在时间Δt内产业结构因环境质量演变所引发的可能轨迹。其轨迹可以用熵变定律得到解释：第一，当dP=dPi+dPe<0，即dPe<0且dPi<|dPe|时，说明产业结构系统从环境质量系统获得负熵流，抵消了产业结构系统内部产生的正熵流后还有剩余，表明产业结构因环境质量演变带来的积极反馈作用变得有条不紊，它的轨迹如图1中持续上升的曲线A。第二，当dP=dPi+dPe=0，即dPi=|dPe|时，说明产业结构系统从环境质量系统获得负熵流正好抵消了产业结构系统内部正熵流，表明产业结构因环境质量演变没有变化，它的轨迹如图1中平稳曲线B。第三，当dP=dPi+dPe>0，有两种情况，一是dPe>0，说明产业结构系统从环境质量系统获得了消极反馈作用，即获得了正熵流；二是dPe<0且dPi>|dPe|，说明产业结构从环境质量获得负熵流无法完全抵消产业结构内部正熵流。两种情况表明产业结构系统发展的有序度降低，产业结构发展表现为图1中下降的曲线C。

环境质量系统通过反馈作用和产业结构系统交换能量，同样具有开放系统的特性，并且其本身是一个不能达到均衡状态、内部因素彼此作用的系统，所以说环境质量系统同样为明显的耗散结构。根据热力学第二定律，环境质量系统同样遵循熵平衡方程，能使环境质量水平变化轨迹如图1所示：a曲线表示环境质量水平随时间好转，环境质量系统熵变dP<0；b曲线表示环境质量水平随时间保持基本不变，环境质量系统熵变dP=0；c曲线表示环境质量水平随时间恶化，环境质量系统熵变dP>0。

（二）产业结构和环境质量指标体系设计及数据处理

指标评价体系设计。本文根据产业结构和环境质量内涵及其耦合机制，参考其它文献中产业结构与环境质量的常用指标，结合京津冀三地指标标准的异同，设计产业结构和环境质量相关指标体系，如表1所示。所有相关原始数据都出自于2000-2015年京津冀三地统计年鉴。

数据处理。第一，原始数据的标准化处理。因为指标单位有所差别，所以为了全面、准确评价相关系统，需将指标间单位差别去除，以提高评价效果，那就需要把不同指标单位差别数值无量纲化，变成不含量纲标准化值。本文通过归一化法将原始数据无量纲化，计算思路为：

（1）

式（1）中，xij为原始值，minxij、maxxij为第j个指标的最小、最大值。

第二，确定各评价指标的权重系数。为了保证指标权重的准确性，本研究中采用熵权法确定各指标权重，计算结果见表1，熵值法的计算步骤及公式如下：

计算第j项指标，第i个经过标准化值比重：

（2）

计算第j项指标的熵值：

（3）

计算差异系数gj：

gj=1-ej （4）

计算第j项指标权重：

（5）

第三，计算相关综合评价指数。用标准值和指标权重加权平均：

（6）

用式（6）计算产业结构和环境质量综合指数。

（三）协调度评价方法

耦合度模型。耦合度是测度系统间彼此影响程度，可以用来进行系统间交互耦合机理的定量分析，运用物理学耦合系数模型适当调整模型，去测度京津冀产业结构和环境质量耦合度。产业结构与环境质量的耦合度模型如下：

（7）

式（7）中，P表示产业结构和环境质量耦合度，F（x）和F（y）分别代表产业结构综合指数和环境质量综合指数。P∈（0，1），当P靠近0，意味着两个系统彼此影响程度逐渐变小；当P靠近1时，意味着两个系统彼此影响程度逐渐变大。

协调度模型。由于耦合度只能够表明产业结构与环境质量之间彼此作用强弱，没有实质性作用，无法真正体现产业结构与环境质量之间协调关系水平，故在此基础上通过调整耦合度模型，使之变为协调度模型，以方便准确评价产业结构和环境质量关系水平。构建协调度模型计算公式为：

（8）

式（8）中，R代表产业结构和环境质量协调度，P代表产业结构和环境质量耦合度，Q为产业结构和环境质量系统整体综合指数，Q∈（0，1），R∈（0，1），α、β分别代表产业结构和环境质量权重。就目前京津冀产业结构和环境质量状况相对重要性而言，将目前京津冀产业结构和环境质量平等对待，所以本文赋值α=β=0.5。

本文通过结合袁丹丹等（2016）、张浩（2016）的协调度等级划分标准对协调度划分等级，能更直观地说明京津冀产业结构与环境质量的协调程度，具体等级见表2。

实证结果与评价

基于京津冀三地产业结构和环境质量2000-2015年相关整体数据，運用以上各种方法计算的综合评价指数、耦合度、协调度如表3所示。

（一）协调度时序演变

如图2和表3所示，在研究期内，京津冀产业结构与环境质量协调度变化相对稳定，从2000年开始大体呈现缓慢增长，2013年增长到最大值0.5319，随后协调度开始下降。2000-2008年协调度类型一直是濒临失调；从2009年变为勉强协调，并一直持续到2015年。近两年的协调度下降是因为2014年开始京津冀一体化的提出，导致产业转移，进而影响产业结构的短时波动，再加上环境质量日益严峻，使得最终京津冀产业结构和环境质量整体协调度下降。产业结构综合评价指数在2000-2004年高于环境质量综合评价指数，表明在此时间段内京津冀为环境滞后性发展；2005-2015年产业结构综合评价指数低于环境质量综合评价指数，表明在此时间段内京津冀为产业结构滞后性发展。

（二）协调度空间比较

如图3和表4所示，北京市产业结构和环境质量协调度大体上呈现持续下降态势，产业结构和环境质量关系于2004年以前达到勉强协调状态，2004-2009年则退步到濒临失调状态，2010-2015年则进一步退到轻度失调状态，说明产业结构和环境质量越来越不协调；河北省则大体呈现持续上升态势，从2000年处于轻度失调阶段，持续上升到勉强协调阶段，说明由于相关调整，河北省产业结构与环境质量越来越协调；天津市2007年前协调程度不断变化，2007-2013年协调程度持续下滑，2014-2015年开始有所上升，在2007年前天津市产业结构和环境质量关系类型变动频繁，之后一直是濒临失调状态。与北京市相比，河北省在2008年前产业结构与环境质量协调度一直低于北京市，从2008年开始则持续高于北京市；与天津市相比，河北省在2009年前持续低于天津市，从2009年开始持续高于天津市；与北京市相比，天津市在2004年前持续低于北京市，从2004年开始则持续高于北京市。

未来协调度预测

京津冀产业结构与环境质量协调度的预测，有利于了解京津冀产业结构与环境质量未来的协调关系发展趋势，进而使相关部门能提前制定相关政策应对。由于协调度是时间序列数据，所以本文采用GM（1，1）和二次指数平滑相结合的不等权组合预测对京津冀产业结构与环境质量协调度预测，以便更好地提高预测精度。DPS统计软件，是目前在技术上相当成熟、国内统计分析功能最全的统计分析软件，操作起来简单方便。因此，本文借助DPS统计软件对京津冀产业结构与环境质量协调度进行GM（1，1）预测与二次指数平滑预测。

不等权组合预测，是指将每一模型得出数据依照差别权重加权求和。对于运用不等权组合预测法预测中两模型权重确定问题，本文利用方差倒数法计算两模型权重。它的基本思路是：对误差小的模型赋予较大权重，误差大的模型赋予较小权重。按照方差倒数法，为GM（1，1）求得权重0.4226、二次指数平滑权重是0.5774。预测结果见表5。

由组合预测结果可以看出，京津冀产业结构与环境质量未来几年内的协调发展情况总体上有所改善，处于持续上升阶段，但上升幅度很小，这与京津冀近两年的产业结构调整是分不开的。

结论与建议

通过运用协调度模型，从时间及空间两个方面研究京津冀产业结构和环境质量协调状况，进一步通过采用GM（1，1）和二次指数平滑相结合的不等权组合预测对2016-2022年京津冀产业结构和环境质量协调度预测。结果显示：从时间上看，京津冀整体产业结构与环境质量协调度大体呈现上升趋势；从空间上看，京津冀三地发展不均，北京市协调度大体上呈现持续下降态势，天津市协调度不断变化，河北省协调度则大体呈现持续上升态势；从预测结果来看，京津冀整体上未来几年的协调度将稳步上升，但上升速度不明显。

以目前及预测状况看，要达到京津冀产业结构系统与环境质量系统互相促进、协调发展仍需较长时间。这就要求京津冀在未来发展中，着力突破自身主导限制性因素，树立京津冀整体大局观念，使产业结构和环境质量同步发展、整体提升，进而有利于京津冀经济和环境健康发展。具体建议有：第一，加强科研院所和创新企业合作，让科技创新推动京津冀传统第二产业优化升级，大力推进无污染或少污染新兴绿色低碳行业，以此提高环境质量；第二，京津冀三地要发挥自身优势，进行产业错位发展，避免由于产业发展过度重复，造成资源浪费和环境污染；第三，加强《京津冀区域环境保护率先突破合作框架协议》和环保法执行力度，对于违反情况严格惩处；第四，加强政府调节和监督作用，加大企业污染税征收强度及无污染和少污染企业奖励强度，倡导企业主动减少污染。

参考文献：

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