武夷山市生态—经济—社会复合系统耦合协调发展研究

韩梦竹，温小婷，林嫩妹，陈秋华

（福建农林大学 经济管理学院，福州，3520002）

党的十八大将“生态文明”上升到国家战略高度，而党的十九大更是进一步提出建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计。生态文明的提出，突破了人们的固定思维，在处理生态环境问题时不单可以从保护治理入手，也可以通过对其合理利用与科学投入，提高区域生态、经济、社会系统的耦合协调度，从而实现发展与保护的双赢的目标。而生态、经济、社会系统又存在于不同的领域，这种错综复杂的交融、影响、制约关系成为了现今研究的重点和难点。为此，本文以复合系统理论为基础，运用其多元化、开放化、复杂耦合的特点，通过系统间相互协调配合，以实现复合系统整体优化。在以往学者关于复合系统的耦合协调研究主要分为两个层次：首先是二子系统研究，从生态环境与经济二者的耦合协调研究展开。这类学者所研究的经济包含区域社会经济[1]、旅游经济[2]、产业经济[3]、海洋经济[4]等多角度，探究生态环境质量与经济发展之间的耦合协调关系，在这一层次很少有学者探讨生态与社会的耦合协调关系；其次是三子系统研究，从经济、生态与社会三者的耦合协调研究展开。研究主要集中在范围较大的在省域、行政区域经济与社会、生态的协调度[5-6]、水资源与森林资源与社会、经济的协调度[7-8]、城市群及经济圈中社会-生态-经济的协调度[9-10]。总体而言，学界关于复合系统耦合协调的研究已较为全面，研究对象大到国家、城市，小到海洋、森林；研究方法以定量分析为主，如能值分析法、生态足迹模型、系统演化模型、Lotka-Volterra 模型和耦合模型等[11-12]。但主要局限于发展成熟的大型城市、城市群和全国尺度范围，而中小城市是生态环境与经济、社会相互作用的基本单元，基于中小城市尺度探查生态—经济—社会的协调发展具有重要意义。基于此，笔者以福建省武夷山市为例，采用2005-2020年的年鉴等公开数据，构建武夷山市生态—经济—社会复合系统评价指标体系，基于主成分分析法（PCA）确定权重，运用耦合协调度模型对武夷山市复合系统的协调发展状况进行实证分析，并通过剪刀差法揭示各子系统间的趋势变化差异，以期为武夷山市生态环境、经济发展和人类社会进步提供决策参考。

1 数据来源与研究方法

1.1 研究区域

福建省武夷山市是目前中国仅有的四个世界文化与自然“双遗产”地之一。位于福建省西北部，闽赣两省交界处，属中亚热带季风湿润气候区。武夷山具有独特、稀有的自然生态环境，森林覆盖率达80.51%，是人类与自然环境和谐统一的代表。全市生产总值（GDP）从2005年的30亿元增长至2020年的208亿元，并且连续两年突破200亿元大关，经济发展势头迅猛；全市总人口从2005年22.36万人发展至2020年24.33万人，亦发生了较大的变动。由此可见，16年来，武夷山市凭借着先天的生态资源优势推动经济、社会的发展，践行“绿水青山就是金山银山”理念，生态文明建设成果走在全国前列。因此，选择武夷山市作为区域生态—经济—社会复合系统耦合协调性研究的对象，可以为其他区域的发展凝练经验、总结教训，具有一定的代表性及现实意义。

1.2 研究方法

1.2.1 综合效益指数

为了解武夷山市生态—经济—社会复合系统内各子系统的发展状况，本研究引入综合效益指数来进行衡量，其具体步骤为：首先处理数据，由于数据所表达的意义不同、符号不同、量纲不懂，在进行主成分分析（PCA）之前需对原始指标进行标准化处理以去除量纲的影响，本文采用极值法，其中正向指标标准化值为负向指标标准化值为其中X表示原始ij指标，maxXi和minXi分别表示指标i的最大值和最小值。其次通过SPSS 软件对标准化后的生态子系统、经济子系统和社会子系统的数据分别进行信效度检验，当KMO值大于0.7，巴特利特球形检验值小于0.01 时方可进行主成分分析；再次，在主成分分析后用因子载荷矩阵得分及特征根，计算出线性组合系数，并以每个成分的贡献率为权重对主成分得分作加权平均，得到综合得分模型并经过标准化处理计算出生态、经济和社会子系统各指标权重ai、bi、ci；最后根据公式（1-3）分别计算出生态、经济、社会子系统的综合效益指数，式中xm、yn、zk分别为生态、经济、社会三个子系统各指标的标准化值。

1.2.2 耦合协调模型

耦合度与耦合协调度是两个不一样的概念，耦合被解释为多个系统之间相互作用彼此影响的现象，仅计算耦合度不能确定系统间的影响是良性的还是恶性的。而耦合协调度反应的是系统间的良性耦合的程度，这意味着当耦合协调度越高时，系统之内配合得当、相互和谐统一程度越强[13]。基于此，本文利用耦合协调度模型对武夷山市复合系统耦合协调度进行评估，步骤如下：首先构建耦合度模型：

式中C代表三个子系统的耦合程度，C∈[ 0,1 ]，当C的值越接近1 时，说明耦合程度越好。其次构建耦合协调度模型：

式中：D表示耦合协调度，D∈[ 0,1 ]，当D越接近1时，说明耦合协调程度越好；T表示各系统的整体协调度，α、β、δ是待定系数，他们分别表示生态、经济、社会对武夷山市复合系统发展的贡献程度，文章认为它们同等重要，故取α=β=δ= 1/3。依据以往学者的研究成果[14]，确定耦合度和耦合协调度的类型判别标准，如表1。

表1 耦合度与耦协调度的类型判别标准

1.2.3 剪刀差法

为进一步反应三个子系统中生态与经济、生态与社会、经济与社会系统间的变化趋势差异，本文引入剪刀差方法，首先计算生态、经济、社会系统综合效益指数的变化速率f'(x)、g'(y)和h'(z)：

接着计算生态与经济、生态与社会、经济与社会系统的综合效益指数曲线在给定时刻t0的两切线的夹角，分别用a1、a2和a3来表示，如公式（10-12），其角度越小，表示两条曲线变化趋势之间的差异越小。

1.3 数据来源

研究以2005-2020年为研究时段，通过三个五年规划历程中武夷山市所反应出的生态、经济、社会数据的变化，来观察武夷山市生态—经济—社会复合系统的耦合协调问题。数据主要来源于《武夷山市统计年鉴（2006-2020）》《武夷山市国民经济和社会发展统计公报（2006-2020）》《南平市统计年鉴（2006-2020）》《南平市环境状况公报（2006-2020）》、武夷山市人民政府网站等国家和地方公开发布的统计资料，个别缺失数据采用移动平均进行模拟。

2 武夷山市生态—经济—社会复合系统指标体系构建

武夷山市生态—经济—社会复合系统协调发展的综合指标体系主要由生态子系统、经济子系统、社会子系统构成，指标选取综合考虑其全面性、导向性、易获得性、可对比性等原则，结合武夷山市生态、经济、社会发展现状与生态环境实际特征，参考已有相关研究成果[14-15]，构建能够综合反映武夷山市生态环境质量与经济、社会发展水平的综合评价指标体系。其中包括3个一级指标、9个二级指标和38个三级指标（见表2）。

表2 武夷山市复合系统综合指标体系

3 结果分析

3.1 综合效益指数分析

由图1 及具体研究数据相结合分析可以看出：生态子系统的综合效益指数由2005 年的0.07 增长到2020年的0.97。在这16年间出现了较大的提升，其主要可以分为三个阶段：一是2005-2010年在“十一五”规划过程中生态系统发展呈波动上升态势，指数由0.07 上升至0.67，整体上升速率快且发展情况较好，说明早年间生态子系统的发展前景及潜力较大；二是2011-2015年“十二五”规划期间，社会经济发展对生态发展产生了制约，生态系统发展处于停滞阶段，可以看出虽然有小幅度的波动，但整体处于平稳态势；三是2015-2020 年“十三五”规划期间，生态系统与经济、社会系统交汇，并保持着相对一致的步调协同发展，直至2019 年受到疫情的影响，社会、经济系统下降，而生态系统依旧保持着缓慢上升的发展水平。可以看出生态系统为武夷山市经济、社会发展提供了良好的基础与保障。经济子系统的综合效益指数由2005年的0.001 4增长到2020 年的0.88，总体发展水平有大幅度的提升，相较于其他两个子系统而言，经济子系统的数值具有较低的起点，这表明早年间武夷山市经济发展基础薄弱，在2005-2011 年间把握国家支持海西建设的有利时机，武夷山主动融入“两个先行区”建设，经济运行中积极因素不断增多，经济开始发展；2012-2019年发展速率有所波动，但发展趋势坚持稳中求进，好中求优，在2019 年综合效益指数达到最高值0.95；但由于受到疫情的影响，2020年经济发展出现小幅度下降趋势。社会子系统在三个子系统中的综合发展速率最慢，但其综合发展水平在16年间保持持续上升，从2005 年的0.08 增长到2020 年的0.84。但社会子系统受疫情影响较大，如社会消费品零售总额、城镇/农村居民人均可支配收入、单位从业人员年末人数等指标在2019-2020年都出现了大幅度的下降，使得社会子系统在2020年出现了负增长的趋势。总体来看，2005-2020 年武夷山市生态、经济、社会子统的综合发展效益指数增幅大，虽然生态系统曾出现停滞阶段，经济、社会系统在2020 年有所下调，但总体发展态势良好，在16 年间不断向生态“高颜值”，发展“高质量”前进。

图1 武夷山市生态、经济、社会子系统的综合效益指数

3.2 耦合度和耦合协调度分析

通过收集整理得来的数据与公式（6~8），计算武夷山市复合系统耦合度C与耦合协调度D。根据耦合度与耦合协调度的类型判别标准（表1），判别2005-2020年武夷山市复合系统耦合度和耦合协调度类型（见表3），并将其绘制到坐标图中去（如图2）。

由表3、图2 可以看出耦合度C 曲线在2005-2008 年间增长幅度较快，耦合度从0.23 发展至0.88，耦合类型从极低耦合度阶段发展至高耦合度阶段，说明在2005-2008 年间生态、经济、社会三个子系统相互作用彼此影响愈加明显；在2008-2020年间增长幅度减小且变化速度较慢，三个子系统间耦合发展状态持续保持在高度耦合阶段，呈现有序发展的态势。相比而言耦合协调度D曲线发展速率相对较慢，其数值变化在16 年间从0.2 提升至0.85，从中度失调状态经历了轻度、面临失调至临界、一般、中级协调最终转变为良好协调发展阶段，可将其发展分成三个阶段：2005-2006 年为缺乏协调阶段，在这段期间生态系统发展较好，而经济、社会系统发展未能与之匹配，尚未合理利用生态环境资源，具有较大的发展空间与潜力；2007-2010年为转换阶段，三个子系统的耦合协调度逐渐增大，从0.44 转变为0.57，生态、经济、社会子系统间仍存在相互作用，但和谐一致的因素有所增加；2011-2020年为系统协调阶段，在这近十年的发展过程中耦合协调度不断提升，子系统之间相互配合得当协调发展，直至2020年受疫情的影响协调度有所回落。但从长远角度来看，在2005-2020 年的研究期内武夷山市复合系统耦合发展水平从极低耦合阶段向高耦合阶段转变，耦合协调发展水平从缺乏协调向系统协调发展转变，武夷山市复合系统耦合协调发展由弱转强呈现出较好发展态势。

表3 武夷山市复合系统耦合度和耦合协调度类型判别

图2 武夷山市复合系统耦合度和耦合协调度

3.3 剪刀差分析

以前文计算得到的各子系统的综合效益指数为基础，分别将它们与时间进行曲线拟合，得到拟合效果良好的三条曲线。根据公式（9~12），计算出生态与经济系统、生态与社会系统、经济与社会系统之间的剪刀差，如图3。首先，从折线总体走势分析来看，2005-2020年，各子系统间的剪刀差都存在较大幅度的波动变化，它们之间发展演化速率的差异呈现不断缩小、扩大循环的态势。2005-2007 年武夷山市生态与经济系统、生态与社会系统之间的剪刀差不断缩小在2007 年接近于0 与经济与社会系统间剪刀差交汇，这说明经过数年的磨合直至2007-2008 年间三个子系统发展趋势基本一致，发展速率相对协调；而在2008-2016 年各子系统间的剪刀差分别从0 开始扩大后又于2016 年逐渐逼近与0，经历了先扩大后缩小的变化，说明系统间的剪刀差具有一定的内在规律，既不会一味扩大也不会一味缩小，各子系统之间存在着相互制约又协同发展的关系；在2016-2020 年各子系统间的剪刀差又开始了下一个循环周期，开始逐步扩大，展现出了各系统之间的发展趋势差异。其次从曲线分布情况上看经济与社会系统之间的剪刀在三条折线的最底部，且波动最小说明经济与社会系统发展最为协调，两系统步调相对一致，而生态与社会系统剪刀差在三条折现线的最上方，且波动最大，在发展过程中社会发展对生态环境造成的负面影响较为严重，需加强环境治理投入。最后从长远的角度看，各子系统间的剪刀差在2005年数值范围在0-8度之间，2020 年转变为1~4 度之间，由此可以看出，各系统之间的差异在波动变化中不断缩小，但仍存在不稳定、不规律的问题。

图3 生态与经济系统、生态与社会系统、经济与社会系统间剪刀差

4 结论与讨论

本文以世界双遗产地夷山市为例，运用复合系统理论构建武夷山市生态—经济—社会复合复合系统评价指标体系，基于主成分分析法、耦合协调度模型、剪刀差法对武夷山市复合系统的协调发展状况进行实证分析。主要结论如下：①2005-2020年期间，武夷山市生态、经济、社会子系统综合效益指数均呈现增长态势，表明近年来武夷山市生态环境质量改善，经济社会得到发展，政府对生态、经济、社会调控的成效逐渐显现；②武夷山市复合系统耦合协调度逐渐由弱转强，耦合协调发展经历了从缺乏协调阶段到转换阶段再到系统协调阶段的转变；③武夷山市生态与经济系统、生态与社会系统、经济与社会系统之间的发展趋势差异在波动中逐渐缩小，但仍存在不稳定、不规律的问题，需提高内部子系统发展水平及系统间协调水平。

经历了三个五年规划实施阶段，武夷山市生态、经济、社会耦合协调发展从缺乏协调转变为系统协调，其主要原因是武夷山市具有生态资源丰富，生态环境复杂多样的主要优势。其耕地面积、降水量、森林覆盖率、人均绿地面积等自然生态条件在发展过程中均达到较高水平，与此同时积极控制生态胁迫程度，加强生态保护力度，使生态系统成为武夷山市复合系统协调发展的基础与优势。但经济、社会发展仍存在较大提升空间，从论文结论可以看出，在2020 年新冠肺炎的影响下，武夷山市经济、社会系统发展均受到制约，武夷山市经济基础薄弱、旅游收入占地区生产总值比重较大导致经济规模受突发事件影响较大；资源分布不合理导致开发困难，项目投资困难；教育事业落后，科技人才缺乏形成居民思想观念的落后等问题。在未来武夷山市应继续注重生态环境、区域经济与人类社会发展问题的统筹与协调。在生态方面要大力度抓生态优环境，在生态保护工作中合理开发利用，整治区域污水直排问题，排查摸底推进，集中收集处理；持续保持茶山整治高压态势，对国省道、铁路、城市、乡村沿线一重山茶山进行生态化改造；对林地全面摸底建立台账，分年度有计划进行林相改造，提升生态系统碳汇能力。在经济方面要抓产业壮总量，面对新冠肺炎疫情严重冲击，武夷山市要抓住“十四五”的契机，坚持稳中求进，改善经济结构，以旅游产业、茶产业为载体，延长游客逗留时间、优化旅游服务设施发展旅游业；围绕全产业链发展和“11363”目标，促进茶产业全产业链发展，做强现有企业，出台扶持政策，发挥武夷旅游产业与茶产业优势，不断增强市场竞争力。在社会方面要抓民生强保障，深入推进统筹疫情防控和社会发展工作，着力解决居民工作、医疗问题，扩大公共服务供给；实施教育振兴行动，加快推进24 个教育项目建设；通过公共服务、生活质量的提高，提高居民幸福感、安全感、归属感。在生态、经济、社会方面三管齐下争取使武夷山市生态—经济—社会复合系统协调度向优质协调阶段迈进。