县域生态效率影响因素分析及趋势预测——以宁南山区三县为例

周俊俊,樊新刚,杨美玲,贾红丽,肖成权

(1.西北大学 城市与环境学院,西安 710127;2.宁夏大学 西部发展研究中心,银川 750021;3.宁夏大学 资源环境学院,银川 750021)

“十三五”是全面建设小康社会和生态文明的关键时期，提出以提高环境质量为核心，加大生态保护力度，提高资源利用效率的发展要求。宁南山区作为西部典型的生态脆弱区，在短期经济利益的驱使下，资源短缺、环境污染、生态退化等问题比较突出，成为制约县域生态经济系统可持续发展的瓶颈[1]。因此，在社会经济转型期，如何协调经济发展、资源节约与生态保护三者之间的关系，明确影响县域生态效率提升的关键因素及其重要程度，提高县域资源利用率，探索与生态环境承载力相适应的经济发展模式，成为今后宁南山区新型城镇化建设与乡村振兴过程中的重要任务。

Schaltegger 和Sturn[2]首次提出生态效率的概念，用于测度社会经济活动中的资源利用率。高效的生态效率以满足人类发展需求为基本点，通过高效的社会资源配置与自然环境投入，降低生态环境压力，最终实现整个人地关系地域系统的可持续发展。目前生态效率的研究尺度开始由国家省域宏观尺度[3-4]、大城市群中观尺度[5-6]向区域市县微观尺度[7-8]逐步聚焦；方法由单一数据统计分析法[9]向多元线性与非线性回归模型[10-11]综合集成发展，主要有数据包络分析模型(DEA)[12]、生命周期评价模型(LCA)[13]、向量空间模型(VSM)[14]、随机前沿模型(SFA)[15]等应用最广泛；内容由单一行业向多部门产业交叉拓展，多侧重于对宏观产业[16-17]、中观行业[18-19]、微观企业[20-21]、工业部门[22-23]生态效率本身的评价应用与方法测算研究，探讨不同时空尺度下的资源投入量与经济产出率之间的关系，对转变经济发展方式，促进生态保护具有重要意义。

总体而言，目前国内对经济欠发达区县域尺度的生态效率影响因素研究相对较少，尤其是对单因素和双因素共同作用对生态效率的影响程度研究更少，导致无法明确辨析哪些因子是影响生态效率提升的主导因素，从而制约了区域社会经济可持续发展。基于此，文章以同心县、西吉县、隆德县为研究区，首先运用扩展分析法计算2008—2017年三县的生态效率水平，分析不同时间序列三县生态效率的变化特征；其次通过地理探测器分析影响县域生态效率提升的多重因素和作用程度；最后利用灰色预测模型，对2018—2025年三县的生态效率发展趋势进行预测，最后探析县域绿色发展模式，对于更好地推进经济与生态协调发展具有重要的实践意义，这也是本研究要解决的关键问题。

1 研究区域与研究方法

1.1 研究区概况

宁南山区包括同心县、海原县、西吉县、原州区、彭阳县、隆德县和泾源县等7个县区，按照自然地理特征和生产生活方式划分，同心县属于中部干旱带传统农业与畜牧业相结合的交错发展区，西吉县是黄土高原传统旱作农业区，隆德县兼具六盘山生态农业区与生态保护区的双重特征，因此选择这3个代表性区域开展研究。2 017同心县总人口37.97万人，实现地区生产总值63.3亿元，三次产业结构规模比例分别为18∶44∶38，对GDP的贡献率分别是10%，57%，33%，年末全县消费品零售总额达到13.2亿元。西吉县总人口49.58万人，实现地区生产总值61.5亿元，三次产业增加值占全县GDP比重分别为24.6%，23.7%和51.8%，年末全县消费品零售总额达到16.28亿元。隆德县总人口17.54万人，完成地区生产总值25.01亿元，三次产业的比重为21∶30∶49，对GDP的贡献率分别是13.9%，28.9%，57.2%，年末全县实现社会消费品零售总额6.47亿元。

1.2 研究方法

1.2.2 地理探测器 地理探测器模型由王劲峰提出[26]，被广泛应用于生态服务价值[27]和土地利用变化[28]等影响因素空间分异研究中。本文运用地理探测器分析单因素与双因素对县域生态效率的共同作用。计算公式为：

式中：q为县域生态效率探测因素X的探测力值；n为研究区样本数，σ2为整个区域的离散方差。当q=1时，表明县域生态效率的发生分异完全由因素X决定的理想状态；当q=0时，表明因素X对县域生态效率发生分异影响为零。q值越大，因素对生态效率的分异影响越大。通过比较q值的大小，探测影响县域生态效率的主导因素。

1.2.3 灰色预测模型 20世纪80年代邓聚龙教授首次提出灰色预测模型GM(1,1)，被广泛应用于农业[29]与生态[30]等领域，用以解决“小样本、贫信息、不确定”等系统分析、预测、决策问题。鉴于县域生态效率变化趋势的不确定性与复杂性，灰色预测是一个比较适合的评价过程。具体操作步骤与计算过程参考相关文献[31]，预测精度等级划分见表1。

表1 后验差及小误差频率精度等级

1.3 数据来源

经济、人口和环境治理等社会经济发展数据来源于2009—2018年《宁夏统计年鉴》、《固原市和吴忠市统计年鉴》、《同心县、西吉县和隆德县经济要情手册》，因为部分年份数据有缺失，依据省级统计平均值和GDP增长关系进行推算。农业可更新资源与农村生活消费数据通过问卷调查获取，2018年7—8月在三县进行调研，将样本数确定为420份，每个县选取4个典型村，每村发放35 份，共收到有效问卷分别为123，135，132份。由于研究区域聚焦于县域尺度，尽管社会经济发展数据的统计口径不一致，但对地理科学研究的规律与格局并不会产生太大偏差，社会统计数据问题仍然是未来需要进行深入研究的问题[32]。

2 结果与分析

2.1 生态效率变化特征分析

2008—2017年，宁南山区三县的生态效率变化特征比较显著(图1)。其中同心县呈现“先波动上升、后波动下降”的变化特征，且年际变化幅度微大于其他两县。2008—2011年波动上升，由47.02%上升到53.19%，达到最大值，整体水平高于西吉县，低于隆德县；2012—2017年波动下降，由48.61%下降到42.66%，降到最低点，整体水平均低于其他两县。西吉县以2013年为分界点，呈现“先持续上升、后缓慢下降”的变化特征，由2008年的38.37%上升到2013年的55.52%，然后下降到2017年的45.11%，但2013年以前的水平均低于其他两县，2013年以后高于同心县，低于隆德县。隆德县以2012年为分界点，整体呈现“先缓慢下降、后略微上升”的变化特征。由2008年的62.13%下降到2011年的54.65%，2012年达到最大值60.87%，再由2013年的最低值50.92%上升到2017年的55.56%，除了2013年最低为50.92%外，其他年份的发展水平均高于其他两县。

图1 三县生态效率变化

总体而言，除了2013年三县的生态效率水平比较接近以外，其他年份的变化趋势差异比较显著，并且发展水平整体偏低，均存在较大的提升空间。主要是由于3个县的自然地理环境与内部经济结构不同，导致其资源利用效率与经济产出能力的差异性。同心县地处宁夏中部干旱风沙带，脆弱的自然生态环境，在一定程度上限制其经济发展规模，形成以农业特色产业为主导的发展模式，组织结构单一，农业生产效益低下，产量不稳定，导致生态效率年际变化幅度较大，整体水平较低。同时，县内一、二、三产业发展不平衡，资源能源比较短缺，经济贡献能力弱，形成低投入、高消耗、低产出的发展特征，对生态系统的胁迫较严重。西吉县地理资本禀赋差，县域发展主要依赖于单一农业生产。2013年以后，农业生产量开始下降，政府资本投入量逐年减少，同时县域社会经济系统比较封闭，人口数量位居宁南山区首位，内部资源能源消耗量大，经济产出率较低，形成高投入、高消耗、低产出的发展特征，导致生态效率整体变化速率低下。隆德县属于六盘山重点生态功能建设区，农业生产规模和工业发展水平有限，内部资源能源消耗较小，整体环境污染程度较低，形成低投入、低消耗、低排放的特征，系统承受的压力较小，生态效率水平显著高于其他两县。

2.2 生态效率影响因素分析

生态效率水平受多种因素的综合影响，通过文献梳理，综合现有研究成果[33]，从地域层面、经济层面、产业层面、科技层面、环境层面与政府层面选取9项指标(表2)。需要说明的是宁南山区三县均属于经济欠发达区，经济发展主要依赖于第一产业(农业)和第二产业中的简单食品加工业，第三产业发展极其缓慢，因此选取一产GDP比重和二产GDP比重衡量县域产业结构，这与以往发达地区城市通常选取三产GDP比重衡量区域产业结构有所不同。本文以生态效率为因变量，以人口密度、人均GDP、一产占GDP比重、二产占GDP比重、进出口总额、科技支出、环境污染治理、城市化率、政府投资总量等9项指标为自变量，探测影响生态效率变化的主导因素。首先对9项指标进行离散化处理，然后通过地理探测器分别探测单因子与双因子对生态效率的影响力值q。

表2 生态效率影响因素的评价指标

结果发现：由于3个县的经济发展水平大体相同，导致生态效率的探测因子p值均比较相近；同时由于经济发展模式和生产生活方式的不同，导致县域内部特定因子对生态效率的影响差异比较显著(图2)。同心县q值排在前三位的分别是X8城市化率(0.731 2)>X9政府投资总额(0.672 8)>X3一产占GDP比重(0.671 4)，X7环境污染投资占GDP比重q值最小为0.129 0；西吉县q值排在前三位的分别是X8城市化率(0.892 0)>X2人均GDP(0.718 1)>X9政府投资总额(0.572 4)，X3一产占GDP比重q值最小为0.177 1；隆德县q值排在前三位的分别是X3一产占GDP比重(0.637 0)>X8城市化率(0.615 7)>X6科技支出(0.605 7)，X7环境污染投资占GDP比重q值最小为0.127 0。

图2 三县生态效率探测因子决定力对比

通过探测因子间的交互作用发现：任何两种因素对生态效率的交互作用程度均大于单个因素的单向作用程度(表3)。同心县X1∩X9的交互作用最显著，q值为0.9872；X2∩X8的影响力次之，q值为0.9766；X2∩X6的影响力最小，q值为0.9766。西吉县X6∩X9的影响力最大，q值为0.9999；其次是X2∩X4，q值为0.9995；X1∩X3的影响力最小，q值为0.3810。隆德县X4∩X5的交互作最显著，q值为0.9491；其次是X3∩X6，q值为0.9425；X1∩X3的影响力最小，q值为0.4300。表明生态效率是多重因素共同作用的结果，整体上各因素对三县生态效率的影响程度比较相近。除了城市化率、一产占GDP比重、人均GDP、政府投资总额、科技支出是影响三县生态效率分异的主要因素之外，其他因素的影响较小。

表3 生态效率各影响因素及其交互作用

2.3 生态效率主导因素分析

(1) 城市化率。城市化率作为反映区域社会经济发展水平的重要指标，对三县生态效率的影响力位居其他因素首位，决定力值均在0.6以上(图2)。表明城市化率越高，城市工业化水平、基础设施建设与公共服务体系越趋于完善，越有利于提高区域生产要素的流动性与资源配置的高效性，继而促进区域资源利用率与经济产出率。同时，随着城市人口规模的持续扩大，居民生态文明意识对生态效率的促进作用逐渐显现出来。因此，在新型城镇化背景下，重塑“三生空间”发展的新格局，推动城乡一体化融合发展，成为宁南山区县域生态效率提升的关键所在。

(2) 一产占GDP比重。一产占GDP比重对同心县和隆德县的生态效率影响最显著，决定力值均在0.6以上，对西吉县影响较小(图2)。三县均属于经济欠发达区，三次产业结构比例差距巨大，以北方旱作农业和畜牧业为核心的第一产业在经济发展中占据主导地位。其中同心县和隆德县一产GDP占比较大，脆弱的自然生态环境与劳动密集型生产方式导致一产发展附加较高的资源环境成本，单位面积实际产出率较低。表明在经济欠发达区，为了缓解因单一产业过度发展导致的负面生态效应，必须通过适当的产业结构调整降低资源消耗压力，是实现生态效率提升的有效途径。

(3) 人均GDP。人均GDP是经济层面影响生态效率的重要因素，三县的决定力值均比较大，西吉县(0.718 1)>同心县(0.592 7)>隆德县(0.553 8)(图2)。随着人均GDP的持续增加，县域经济实力逐渐增强，经济发展与生态保护同等重要的价值观念不断加强，人们对现代生产方式与生活质量的要求越来越高，更加重视二者协调发展带来的积极效应，相应的环境资本投入越多。表明人均GDP越高，对生态效率的正向促进作用越大，越有利于促进县域社会经济系统的可持续发展。

(4) 政府投资总额。政府投资总额是政策层面影响生态效率的关键因素，宁南山区三县均属于六盘山集中连片特困区，形成了贫困约束下“低投入、低消费、低积累”的发展现状，导致整体生态效率水平降低。近年来，随着三县的政府投资总额持续加大，政策扶持在县域发展中的正向拉动效应越来越显著。表明切合实际的发展政策是促进县域经济快速发展的重要因素，因此加大对三次产业的政策、资金和技术扶持，兼顾引导以内部自力更生与外部政策扶持相结合的发展理念，增强内生经济发展能力，成为三县提高生态效率的必然选择。

(5) 科技支出。科技支出作为技术创新与对外开放的重要体现，通过提高经济效益与减少污染物排放直接影响生态效率。科技支出对三县生态效率的决定力值均在0.5以上，影响效应显著。表明科技支出越多，县域对外开放程度越高，对经济发展的外部性驱动作用越强，越有利于提高资源利用效率。因此，加大科技投入与区域协作，以更少的资源消耗创造更多的经济效益，打造资源集约型与生态环保型经济发展模式，是提高生态效率的重要措施。

2.4 生态效率趋势预测分析

生态效率趋势预测具有两种作用：一是调控作用，通过实际的经济产出水平与环境投入信息传递调控县域系统未来的可持续发展目标；二是反馈作用，通过模型预测结果反馈县域社会经济系统的现状问题，为县域未来发展规划提供决策依据与目标导向。表4可知，大部分数据的误差均小于0.05，表明模型的预测准确率合格，适合研究分析。

表4 三县生态效率预测的相对误差检验

通过预测发现(图3)，2018—2025年，三县的生态效率预测趋势差异性比较显著。其中同心县生态效率呈现持续缓慢下降趋势，由43.67%下降到38.79%，表明未来一段时间里县域经济结构可能不协调，资源利用效率将持续下降，生态系统承受的压力将不断增大，系统健康状态会受到威胁。西吉县呈现持续上升趋势，由51.31%上升到56.76%，到2022年以后超过同心县和隆德县的水平，表明其内部经济结构趋于合理，资源利用效率可能提升，系统将持续向着良性趋势发展。隆德县基本呈现稳定发展趋势，变化幅度微小，由54.96%变化到53.39%，表明社会经济活动与生态系统将可能保持相对稳定平衡的发展状态。

图3 三县生态效率发展趋势预测

宁南山区地处我国西北生态脆弱带，承担着区域重要的生态系统服务功能，但长期以来的农业生产与工业发展以牺牲资源环境为代价换取短期经济增长，导致区域生态效率水平极低。因此，在生态文明建设与新型城镇化的发展进程中，随着社会发展规模与经济活动范围不断扩大，如果不对各县的部门经济结构与资源利用方式作出切合实际的调整，转变高能耗、高投入、高污染的经济发展方式，不采取针对性措施改变目前的发展现状，那么生态系统压力可能持续增大，最终影响县域整体的可持续发展进程。

3 县域发展模式探析

新常态下“创新、协调、绿色、开放、共享”成为引领经济发展的五大理念，而宁南山区作为国家重点生态功能区，在低速工业化、缓慢城市化的现状发展水平下，有限的资源投入能力与较低的经济产出水平，成为了制约县域可持续发展的瓶颈。本文通过对比分析不同自然环境特征与经济发展模式下的县域生态效率变化特征，辨析影响生态效率提升的主导因素，并预测其发展趋势，探析与生态环境承载力相适应的县域发展模式，为协调经济发展与生态保护之间的关系提供科学依据。

(1) 同心县属于特色产业主导型发展模式，生态效率整体较低。今后在农业方面，需要加大资金与科技投入发展生态农业，减少农业面源污染排放量，降低生态系统负荷力。工业方面，引进先进的技术设备，以太阳能清洁能源代替化石燃料的使用，降低资源消耗与污染。同时依托畜牧业资源，打造以草蓄养殖、牛羊肉加工、羊绒加工与毛纺织加工为主的综合性产业，形成“蜂巢型”产业结构与“放射型”经济格局，提升县域资源利用率与经济产出率。

(2) 西吉县属于农业商贸结合型发展模式，生态效率持续向着良性方向发展，今后应充分依托农业种植优势，大力发展以农产品加工为主的商品农业，拓展城乡集市商贸发展，促进与周边县域的要素流动与商品交换，形成“龙形产业”组织形态，实现产业多样化发展，提高经济产出率。同时利用县域人口资源优势，发展劳务输出产业，提高城乡居民的储蓄能力与消费水平，缓解人口压力带来的环境压力，以降低资源消耗，提高生态效率水平。

(3) 隆德县属于生态建设驱动型发展模式，生态效率变化趋势比较稳定，今后在资源环境承载现状范围内，大力发展科技农业，通过绿色农产品加工，延伸农业产业链，增加经济附加值，提高县域整体资源利用率。同时依托“关陇锁钥”的交通优势，发展以红色文化和绿色生态为主的特色旅游业，实现资源要素向经济要素的转变，形成生产发展、生活富裕、生态良好的“金字塔”发展模式，促进生态经济系统协调发展。

4 讨 论

生态效率是一个长期变化的动态过程，受多种因素综合作用的影响。由于区域经济发展水平不同，可能造成生态效率的评价体系构建存在一定差异，从而导致影响因子选取可能会产生一些偏颇。研究发现，宁南山区三县生态效率普遍偏低，其中在产业结构层面一产GDP比重对生态效率的影响最显著，与东部经济发达区二、三产业GDP比重对生态效率的影响最显著结果有所不同[34]。因此，在后续研究中，需要立足县域发展实际，不断完善影响生态效率的相关因子，增加不同区域市县尺度的样本研究量，实现最大限度的反映生态效率影响因素的目标，丰富现阶段的研究结果。

生态效率的高低反映经济产出率与环境投入量之间的协调程度，随着新型城镇化的快速发展，社会经济结构与生态系统功能发生变化，可能带来新的区域发展问题。如城乡人口集聚与资源消耗限度[35]、产业发展规模与环境承载范围[36]、经济政策导向与生态保护需求[37]等要素变化，导致区域生态效率不断发生变化，使其影响因素更加趋于复杂，经济发展与生态保护可能面临多重压力与挑战。因此，需要全方位、多视角考量影响生态效率变化的因素，尤其是适用于经济欠发达区与生态脆弱区的相关指标还需进一步探索，以期为促进区域生态、经济、社会可持续发展提供借鉴。

5 结 论

(1) 从变化特征来看，2008—2017年，同心县呈现先上升后下降的波动变化特征，且年际变化幅度微大于其他两县；西吉县呈现先持续上升后缓慢下降的变化特征，2013年以后的变化趋势高于同心县，低于隆德县；隆德县呈现先缓慢下降后略微上升的小幅度变化趋势，除了2013年外，其他年份水平均高于另外两县。整体上三县的生态效率变化差异比较显著，但发展水平整体偏低，均存在较大的提升空间。

(2) 从影响因素来看，城市化率、一产占GDP的比重、人均GDP、政府投资总额、科技支出等因素对三县生态效率的影响最显著，其中城市化率是影响同心县和西吉县的主导因素，一产占GDP比重是影响隆德县的主导因素。整体上，低速发展水平下，各因素对三县生态效率的影响程度比较相近。

(3) 从预测趋势来看，2018—2025年，同心县呈持续缓慢下降趋势，由43.67%下降到38.79%，系统承受的生态压力可能增大；西吉县呈持续上升趋势，由51.31%上升到56.76%，到2022年以后超过其他两县，系统将向着良性方向发展；隆德县变化幅度微小，由54.96%变化到53.39%，系统发展比较稳定。总体上三县生态效率的预测趋势差异性比较显著。