京津冀生态环境与经济发展耦合：基于熵权法的协调分析

史宝娟，孟 立

(华北理工大学 经济学院，河北 唐山 063210)

引言

党的十八大以来，党中央提出了京津冀协同发展的战略，党的十九大更是将“区域协调发展战略”列为我国坚定实施的七大战略之一，我国的区域协调发展已开启了新篇章。区域协调发展是指区域内各地相互促进，取长补短，实现共同发展的动态过程。京津冀地区是我国的“首都经济圈”，也是我国的三大城市群之一，发展状况时刻受到人们关注。随着2014年京津冀协同发展战略的不断推进，京津冀区域间合作不断深化，产业聚集、要素流动效果显著，不过在经济发展水平达到了一个新高度的同时，也带来了区域内部分地区资源的滥用、环境恶化等一系列生态问题。一个区域要想健康快速的发展，必然离不开经济的支撑，而经济的可持续发展需要生态环境的助力，如何权衡在京津冀区域发展中对生态环境与经济发展的利弊，促进二者的协调发展来达到双赢的目的是值得深入思考的，因为只有达到生态环境与经济发展的协调统一才是实现京津冀区域协调发展的根本。对京津冀地区的生态环境与经济发展的现状进行分析，研究生态环境与经济发展之间的作用机制，对二者之间的动态耦合协调关系进行测度分析，将有助于京津冀地区绿色低碳经济发展体系的构建，促进经济生态系统的可持续发展战略实施，进而实现京津冀区域生态环境与经济的协调、健康发展。

一、文献综述

近年来，研究区域生态环境与经济的协调发展问题已成为一个热点话题，目前已经取得了较为丰硕的研究成果。学者在研究生态环境与经济发展的关系时大多采用定量的方法进行研究，采用的理论、评估模型，研究的范围也逐渐多样化。

在使用的研究方法上，国内学者目前已探索出多种方式，杨峰、孙世群[1](2010)在动态分析安徽省环境与经济协调发展状况时，采用层次分析法、熵权法进行组合赋权，得出安徽省环境与经济协调发展度由不协调发展逐渐发展到良好协调的结论；李苒等[2](2014)以榆林市1997-2012年的实地数据为基础，根据协同论的思想用主成分分析法评价了榆林市的环境经济复合系统，结果表明榆林市环境发展水平滞后经济发展水平，总体发展呈下降趋势。在研究的范围上，有国家、区域、省级、市级等不同范围，祝志川、张君研[3](2018)研究了我国生态环境与经济发展的协调关系，并发现GDP与绿地面积是影响二者发展的重要因素；祁敖雪、杨庆媛等[4](2018)从区域角度，定量分析了京津冀、长三角、珠三角三大城市群生态环境与社会经济协调发展水平；伍文生、李志东[5](2020)从省域层面出发，研究了安徽省生态环境与经济发展关系的协调情况，并对16个地级市的协调程度进行对比，得出在安徽省二者处于良好协调发展的类型，各地市的耦合度和协调度存在明显的分层差异的结论。更有的学者的研究拓展旅游业、农业等领域，进一步丰富了研究的视角。贾巨才、孔伟、任亮[6](2019)以张家口市为例，对该市的旅游经济与生态环境的关联度进行定量测度，得出二者关联度在逐年增强的结论；田俏[7](2019)在研究生态环境与经济发展的协调关系时加入了土地利用子系统，认为三者之间是相互促进相互制约的关系，不能忽视其中任何一个部分，否则就会阻碍区域之间的可持续发展。

鉴于大多数学者都以某一地区为研究对象，忽略了区域间协调发展这一要素，选取京津冀这一区域作为研究对象，分析该地区的生态、经济发展现状，运用熵权法对生态、经济两系统的发展情况进行赋值并构建耦合协调度模型，研究二者的协调状况，进而得出相关结论，为今后京津冀地区的生态、经济的协调可持续发展提供一定的参考。

二、京津冀生态环境与经济发展现状

(一)京津冀生态环境现状

京津冀位于华北地区和海河流域的北部，生态问题是京津冀协同发展需要率先突破的领域之一，故从生态要素条件、压力条件、响应条件三方面对该区域的生态环境现状进行分析。在生态要素方面，京津冀地区的天然植被资源并不丰富，主要依靠人工造林的方式增加绿化率，在城市的绿色化建设中，北京起步最早，天津紧随其后，河北省也启动了“绿色河北工程”进行植树造林，在京津冀地区建立起一道绿色的生态屏障，截止到2018年京津冀地区造林总面积已达到639.6千公顷。京津冀地区人口高度密集，是我国淡水供应最紧张的地区之一，人均水资源占有量不足全国水平的十分之一。在生态压力条件方面，京津冀地区整体废水排放量呈先上升后下降趋势，二氧化硫排放量呈现先高位徘徊，后逐步走低的态势，生活垃圾清运量逐年升高。在生态响应条件方面，2018年生活垃圾无害化处理率平均达到98%，其中北京已达到100%。整体上看，京津冀地区的自然资源相对匮乏，生态环境承载力面临巨大挑战，虽然近几年一系列保护环境政策的相应出台，生态环境发展状况有所改善，但目前仍有很大的可提升空间。

(二)京津冀经济发展现状

京津冀地区是我国的“首都圈”，同时也是除长三角、珠三角外的中国重要经济增长区，在京津冀协同发展的大背景下，该区域的经济发展稳中提质，已取得新的进展和成效。根据国家统计局的有关数据显示，截止到2019年该地区的GDP总值合计已达到84580亿元，比上年增长6.1%，占全国总体的比例为的8.5%。三次产业结构比为4.5：28.7：66.8，且产业结构仍在不断优化升级，第三产业占GDP的比重为66.8%，比上年提升了5.5个百分点。京、津、冀三地的人均可支配收入分别为67756元、42404元、25665元，也是逐年增加的趋势，不难看出河北的居民可支配收入水平显著低于京津两地。虽然京津冀地区在经济上取得了巨大的成就，但三地的经济差距较大，在一定程度上制约着区域经济协同发展。

三、生态环境与经济发展的耦合协调度模型

(一)生态环境与经济发展的耦合作用机制

“耦合”可以描述系统之间的相互影响及相互作用程度，使用耦合协调度模型来定量测度生态环境与经济发展两系统之间的耦合类型，可以衡量区域生态环境—经济发展系统耦合的阶段性特征。经济在发展过程中，如果一味追求经济而忽视对环境的保护，最终会出现环境反噬经济，不利于经济的可持续发展，而经济的高质量健康发展，将会为生态环境的保护提供经济支撑，因此二者是一对矛盾共同体，其中任何一方的变化都会引起另一方的变化，交互制约、交互促进形成一定的耦合轨迹。通过研究这两个系统中各要素之间的相互作用、相互影响程度，分析京津冀地区的生态经济协调发展情况。两系统具体各因素耦合作用机制见图1：

图1 生态环境与经济发展的耦合作用机制

(二)评价指标数据标准化处理

在进行数据分析时，由于数据来源、数据量纲的不同，需要对数据进行标准化处理来消除由此带来的偏差。选取常见的无量纲处理方法，即“最小-最大标准化”来消除量纲对分析结果的影响。

正向指标的标准化公式为：

负向指标的标准化公式为：

在多指标评价的过程中，受人为因素的影响，得到的综合评价结果可能主观性较强。为了避免主观赋权法影响评价过程的客观性，选取熵权法进行赋权。

(三)子系统的综合发展水平

若X=(x1,x2,...,xn)表示生态环境系统的n个指标，Y=(y1,y2,...,ym)表示经济发展系统的m个指标，则在指标标准化和赋权的基础上，构建各子系统的综合发展水平计算公式：

式中F(t,x)、F(t,y)分别为生态环境系统与经济发展系统t时期的综合发展水平，Xi、Yj分别为生态环境系统和经济发展系统指标标准化值，Wi、Wj分别为生态环境系统和经济发展系统指标权重。

(四)系统耦合协调度模型

研究京津冀地区生态环境与经济发展两个子系统的耦合程度，耦合度的计算公式如下：

借鉴前人对耦合程度等级的划分，根据中值分段法将生态环境与经济发展的耦合程度划分为6个等级，具体划分结果如下表1所示：

表1 生态环境与经济发展耦合度评判标准

耦合度C是复合系统的静态耦合协调度度量指标，它反映出二者之间的密切关系程度，但这一指标的不足之处在于它只能反映系统之间的关系程度，不能反映系统之间协调发展的整体水平，很难得出系统协调发展的状况和耦合程度的大小。所以在耦合度的基础上，采用加权的方法，构造出能够反映系统之间长期共生性发展变化趋势的动态耦合协调度模型，以期反映两系统发展水平的高低。综合评价计算公式为：

F(t)=αF(t,x)+βF(t,y) (5)

其中α，β表示生态环境和经济发展两个子系统的权重，因为将两系统看做是同等重要的，所以均取值为0.5。为了更直观地反映生态环境系统与经济发展系统耦合协调发展状况，借助相关文献并根据均匀分布函数法将耦合度等级评判标准确定如表2所示：

表2 生态环境与经济发展耦合协调度评判标准

表3 京津冀生态环境与经济协调发展评价指标体系

四、京津冀生态环境与经济发展的实证分析

(一)指标体系构建及赋权

1.指标体系的构建

指标的选取是否准确有效会对研究结果产生巨大影响，所以构建一个科学完整的评价体系是研究京津冀生态环境与经济发展系统协调程度的前提保障。指标选取遵循科学性、可比性、关联性等原则，考虑选取指标数据的可获得性，并结合其他学者的研究成果，最终选取了14个与京津冀地区生态环境、经济发展方面密切相关的指标。其中反映生态环境系统的指标体系包括7个指标，分别为造林总面积、人均水资源量、人均粮食产量、废水排放总量、二氧化硫排放量、生活垃圾清运量以及生活垃圾无害化处理率，反映经济系统发展的指标体系包括7个指标，分别为地区生产总值、全社会固定资产投资、社会消费品零售总额、进出口总额、第三产业占GDP比重、人均地区生产总值以及居民可支配收入。

2.数据标准化处理及赋权

数据均来源于2009-2018年《中国统计年鉴》，个别年份的数据缺失，采用移动平均法进行补齐。具体数据处理步骤如下：首先，对京津冀生态环境系统与经济发展系统的各个指标进行搜集和汇总；然后对原始数据采用离差标准化的方法进行预处理，以消除原始数据由于不同数量级或不同量纲所产生的影响；最后运用熵权法为指标赋权，具体结果见表3。

(二)结果分析

1.生态环境与经济发展水平

将上述计算结果带入到公式(3)计算得出京津冀地区2009-2018年生态环境和经济发展两个子系统的综合评价函数值和F(t,x)，F(t,y)(见表4)。

表4 京津冀生态环境与经济发展综合评价指数

从表4可以看出，在2009-2018年京津冀地区生态环境与经济发展都有一定的提升。其中，这十年京津冀地区生态环境质量发展处于中等水平，且一直处于波动状态，在2016年实现最佳，综合评价指数达到0.6122；经济发展综合评价指数逐年处于稳步上升状态，从最初的0.0070上升至2018年的0.9309，上升效果显著，多个年份达到上升0.1个点以上。

图2 京津冀生态环境与经济发展综合评价指数

将京津冀生态环境与经济发展的综合评价指数绘制到一张图上(图2)，观察两系统这十年间的总体发展变动趋势，可以看出在2013年京津冀区域的经济发展指数小于生态环境指数，在2013年之后后者超过前者经济发展的速度明显高于生态环境发展的速度。结合相关研究成果不难发现在2013年之前京津冀这一区域整体属于经济发展滞后型，在2013年之后属于环境发展滞后型，在一定程度上说明京津冀地区在牺牲环境换取经济增长。

2.生态环境与经济发展耦合等级分析

将京津冀地区生态环境与经济发展两个子系统的耦合程度代入公式(4)得出两系统的耦合度C(t)，然后判断不同年份所处的耦合等级，具体结果见表5：

表5 京津冀生态环境与经济发展的耦合度及耦合等级

据表5显示：在2009-2018年这十年间，京津冀地区生态环境与经济发展的耦合度除2009年耦合等级较低为低水平耦合外，其余九年年份均为高水平耦合状态，虽然耦合度的值存在轻微波动，但并没有明显变化，均处于0.95-1之间，其中2016年表现最佳，耦合度已达到0.9969。

3.生态环境与经济发展耦合协调类型分析

由公式(5)-(6)计算得到综合评价值F与耦合协调度D，根据表1对各年耦合协调程度进行划分，结果如表6所示：

表6 京津冀生态环境与经济发展的耦合协调度及耦合协调类型

图3 京津冀生态环境与经济发展水平综合评价值及耦合协调度值

由表6和图3可以看出，京津冀生态环境与经济发展水平的综合评价函数的结果显示，京津冀地区生态环境与经济发展两系统的综合评价值均呈现稳步上升趋势，已从最初的0.1742上升到0.7135。在2009-2018年的十年间二者的协调程度虽然存在轻微的波动，但总体上呈现一种稳步提升的态势，发展态势良好，耦合协调度已从最初2009年的0.2209变为2018年的0.8244，增长了将近4倍。其中耦合协调的等级，2009年为严重不协调—经济发展受阻，2010年为基本不协调，除2016年外2011-2017年均为基本协调状态，且由2013年之前的经济发展受阻转变2013年之后为生态环境受阻，最后2018年达到高度协调状态。

五、结论

通过构建京津冀地区的生态环境与经济发展两个子系统的指标体系，利用耦合度与耦合协调度模型对二者的协调程度进行定量的研究，得出如下结论：1.京津冀生态环境状况逐渐向好，京津冀经济发展呈现上升趋势。实证结果显示京津冀地区生态环境子系统的综合评价值在最近十年间总体上呈现波动的趋势，总体上有一定的进步态势。京津冀地区的经济发展子系统发展情况较好，这十年来京津冀地区无论是经济规模、经济结构还是经济质量均得到了较为明显的提高。2.京津冀地区生态环境与经济发展两系统的耦合等级的演变情况由低水平耦合过度到高水平耦合状态。3.京津冀生态环境与经济发展的耦合协调性逐年增强。京津冀地区耦合协调度在2009年为严重不协调—经济发展受阻，2010年为基本不协调—经济发展受阻，除个别年份外在2011-2017年这一时间段内的耦合协调程度均为基本协调，且在研究的样本内，在2013年之前大多是经济发展受制约，而到了2013年之后则是生态环境受制约，最后到2018年发展为高度协调状态。

综上，京津冀地区生态环境与经济发展的耦合协调状况在这十年间逐步改善，协调发展趋势越来越明显。京津冀区域在2010年之前生态环境与经济发展的协同效应较弱，经济发展受阻。随着我国国民经济的不断提升，京津冀区域间的经济、生态等交流的日益密切，两系统间的耦合互动效应逐年增强。特别是2014年实现京津冀协同发展战略提出后，两者的耦合协调度得到了较明显的提升，这说明京津冀协同发展有利于各地区间的经济合作、生态保护，为各区域更好、更健康的发展提供了助力。所以，为实现京津冀区域的协调可持续发展，缩小地区之间的差距，京津应加强对河北的辐射作用，河北也应抓住承接京津产业转移的机遇，加大与京津两地的互动，从而实现京津冀区域的健康、绿色、协调、可持续发展。