基于耦合模型的生态环境与经济协调发展研究——以湖南省为例

谢佩佩（贵州财经大学经济学院）

■前言

国家“十三五”规划把“生态文明建设”“环境治理”“绿色低碳发展”纳入重点建设对象。目前，国外学者主要利用一般均衡模型（CGE）研究生态环境与经济协调发展二者之间的关系。国内，张忆君等（2016）基于层次分析法（AHP）和熵权法的组合赋权法对各项指标赋予权重后，动态分析了苏北地区环境与经济的协调发展状况，得出苏北地区整体达到了优质协调阶段[1]。魏媛等（2018）借用耦合模型对贵州省各地州市2005～2015年经济发展系统与生态环境系统耦合协调演变情况进行了研究[3][4]。

■研究区概况

湖南省位于中国中南部，是长江经济带的重要组成部分。2015年，湖南省GDP42754亿元，比2014年增加10.6%。2015年湖南省森林覆盖率达到51.4%，比2014年增长10.8%；湖南省总省的SO2排放量为59.55wt，比2014年减少近3wt。

■评价指标体系构建

（一）数据来源与分析

原始数据主要来源于2006-2016年《中国统计年鉴》《中国能源统计年鉴》。本文主要采用SPSS20.0等软件对原始数据进行定量分析研究。

（二）评价指标的选取

为全面反映湖南省经济发展与生态环境的耦合协调程度，本文根据环境--经济系统的特征，借鉴相关学者的研究思路和研究方法，并根据研究区的具体情况，分别选取了7个一级评价指标，18个二级评价指标，其中环境系统二级评价指标9个，经济系统二级评价指标9个。

（三）评价指标标准化处理

为了使研究结果更加客观，因此把所有指标进行规范化处理，消除差异后使指标成同量纲的值。根据每个指标对系统影响的方向性，将2个子系统的18个指标按照正向指标和负向指标2类进行分类，并运用极差变换法对原始数据进行标准化变换。标准公式如下：

式（1）、（2）中：y表示各系统第i项指标的实际值，表示第i项指标的标准化值，maxyi表示第i项指标所有评价年份中的最大值，minyi表示第i项指标所有评价年份中的最小值。

（四）指标权重的计算及确定

指标权重的判断和计算对研究结果的准确性和可信度起着重要作用。客观赋权法是以评价对象的客观实际数据为基础，通过计算得出权重，主要包括主层次分析法（AHP）、变异系数法、熵法等。本文主要采用变异系数法，通过变异系数计算各指标的权重。计算步骤和方法如下：

1.各项指标的变异系数公式如下

式中：vi是第i项指标的变异系数；σi是标准化后第i项指标的标准差；是标准化后第i项指标的平均数。

2.各项指标权重计算公式如下

式中：wi为第i项指标的权重值，

用上述公式计算标准化值，各指标的权重。9项指标在经济系统和环境系统中的平均权重为0.11，在生态环境系统中，水土流失治理面积、环境污染治理占GDP比重、耕地面积、SO2排放量以及人口自然增长率的权重值均大于或者等于0.11，表明其对生态环境影响很大。而在经济发展系统中，人均国内生产总值、地方财政收入、固定资产投资、高新技术产业利润总额、工业增加值、进出口总额加权值均大于0.11，说明这些指标对经济发展也有重要贡献。

■生态环境系统与经济系统耦合协调性评价

（一）耦合协调模型构建与计算

1.发展指数模型构建与计算分析

本文主要参考魏媛对相关城市经济与生态环境耦合协调度的研究，构建了湖南省生态环境系统与经济发展系统的综合评价模型。本文分析的是生态环境-经济发展两个子系统，所以设定两个函数对综合发展指数进行计算。函数表达式如下：

（5）、（6）式中的三个公式：ai、bi分别表示第i项指标的权重值；xi表示环境系统中第i项指标的标准化值，yi表示经济系统中第i项指标的标准化值；f(x)为环境系统的综合评价指；f(y)为经济系统的综合评价值，二者变化区间为【0,1】，数值越小，表明系统层的指标水平越低，反之则越高。

2005-2015年湖南省经济系统发展指数呈逐年上升趋势，增长率为460%，年均增长46%。2005年最低值为0.15，2015年最高值为0.84，是2005年的4.9倍。这表明，随着工业化、城镇化的快速发展，湖南省经济也实现了较快发展。

相比之下，2005-2015年湖南省生态系统发展指数呈波动上升趋势，总体增长394.12%，年均增长39.4%。2005年最低为0.17，2015年最高为0.84。但是，湖南省经济系统发展指数是同期生态环境发展指数的11.67倍，说明湖南省在发展经济的同时要注意环境保护。

2.耦合度模型构建与计算分析

本文借鉴物理学中的耦合概念和理论，进一步扩展了子系统综合评价模型，建立了生态环境系统与经济系统相互作用的耦合度模型。耦合度的公式为：

式（7）中：k为协调系数，k大于等于2，本文根据湖南省的具体情况取k=2；耦合度C取值范围在【0,1】，当C值由0到1逐渐变大时，说明系统的耦合度逐渐变强，达到有序结构。2005-2015年湖南生态环境与经济系统的耦合度，上升幅度为10%，年均上升了1%，表明湖南生态环境与经济发展之间耦合调性在上升。

3.耦合协调度模型及计算分析

在耦合度的基础上，引入协同耦合度的概念，使结论更具实用性和指导性。耦合协调度评价计算公式为：

式（9）中：T是湖南省生态环境经济发展评价体系的综合评价指标，反映了湖南省生态环境与经济发展系统的整体效益水平； α、β均为待定系数。基于两者在相互作用中的影响相当，最后得出α=β=0.5。2005-2015年，湖南省生态环境系统与经济发展系统的综合发展指数（T）和耦合协调度（D）总体呈上升趋势，上升幅度分别425.0%、130%，年均分别上升了42.5%、13.0%。

（二）生态环境系统与经济发展系统耦合协调发展评价与分析

1.耦合度评价

本文主要参考廖重斌的均匀分布函数，对经济环境系统的耦合水平进行等级划分。

2005-2015湖南省生态环境系统与经济发展系统的耦合度总体上呈现出波动上升的趋势，0.83≤C≤1.0。湖南省的环境-经济系统整体演进过程为：中等协调-良好协调-优质协调。十年期间，湖南省全面实施“退耕还林”政策，使森林覆盖率由2005年的40.63%增加到2015年的51.4%，与此同时，有关环境保护的投入也在逐年增加。随着“工业化、城镇化”的不断推进，湖南省的GDP由2005年的6596.1亿元增至2015年的28902.21亿元，10年间GDP翻了约5倍。

2.耦合协调度评价

2005-2015年湖南省生态环境系统与经济发展系统耦合协调度呈现逐步上升的趋势，0.38≤D≤0.84，结合表5可以得出：研究区在2005至2010年期间生态环境与经济发展的耦合协调度很低，濒临失调衰退型或轻度失调型。这5年期间由于湖南省正在由农业逐步向工业发展，大力发展工业，煤炭等能源消耗增加，SO2等废弃物的排放量也大量增加，致使环境受到了很大程度的污染。

3.综合发展指数评价

2005-2015年间，湖南省生态环境-经济发展系统的T指数呈现持续上升的状态，0.16≤T≤0.84，说明了湖南省的综合发展能力在不断地增强。2010年以后，发展经济的同时，加大了环境保护力度以及环境治理力度。在经济方面，10年间湖南省的GDP迅速增长，GDP的权重占到了0.13，大于经济系统的平均权重，占比较大。在环境保护方面，湖南省的森林覆盖率在不断地增加，环保治理方面的投入也在不断地扩大。

■研究结论与对策建议

（一）研究结论

本文运用了变异系数赋值法以及动态耦合理论模型对湖南省2005-2015年生态环境系统与经济发展系统耦合协调性的动态变化情况进行了研究与分析，研究的主要结论有：

（1）2005年至2015年，湖南经济系统发展指数、生态环境系统发展指数和系统综合发展指数均呈上升趋势。分别上升了460.0%、394.1%、10.0%，说明了湖南省生态经济发展能力、环境发展能力以及综合发展能力均在不断地提高，但环境发展指数增长幅度小于经济发展指数。

（2）2005-2015年研究区生态环境系统与经济发展系统耦合度以及协调度呈现逐步上升的趋势，0.83≤C≤1.0、0.38≤D≤0.84。表明湖南省生态环境系统与经济系统发展水平得到提升，二者的耦合协调性已由2005年的濒临衰退型到2015年的良好协调型。

（二）对策建议

湖南省地处中国中南部，近十年为了发展经济消耗了大量的资源能源，能源的消耗以及环境的破坏又抑制经济的发展。为了使经济达到可持续发展的目标，必须采取有效的措施使生态环境系统与经济发展系统和谐发展。

1.加大供给侧结构性改革力度，优化产业结构

湖南省在发展过程中，一二产业的比重大于第三产业，而一二产业的发展主要依赖能源的消耗，对环境造成的污染较大。湖南省第三产业的比重虽在增加但增幅较小，应该考虑把发展重心转移到第三产业，实现产业结构的优化。

2.建立健全环保法规，增加环保投入

政府要在公共资源配置中发挥主导作用，建立健全环境保护法律法规，出台相关政策，严格控制企业“三废”排放。加大环保投入，充分利用现代手段，建立绿色生活服务和信息平台，使社会生活方式走向绿色。