河南省社会经济和生态环境系统协调发展的耦合分析

李文启，范晶晶

（河南工业大学经济贸易学院，河南 郑州 450001）

1 引言

2005年习近平总书记在浙江安吉考察时提出“绿水青山就是金山银山”的概念，强调了经济发展和生态环境之间的相互关系。2019年习近平总书记又提出绿色发展“五个追求”，为生态文明建设指明方向。改革开放以来，随着我国工业化和城镇化进程不断推进，加上为了追赶世界脚步，国家将发展经济放在重要的战略地位，河南省积极响应国家方针政策大力发展经济，在十几年的时间里实现了质的飞跃。根据国家的统计数据显示，河南省2020年的生产总值达到了54 997.07亿元，连续五年位居全国第5位，相比1978年的生产总值翻了近300多倍；居民的消费价格相比2019年上涨了2.8%，商品的零售价格上涨了0.9%，超过了国家的平均水平。但伴随着经济高速发展，一系列不容忽视的问题相继出现，如空气污染、环境破坏、能源短缺等。经济发展和自然生态保护两者间的矛盾日益突出。河南省经过近几年对生态环境的大力保护和治理，自然生态环境朝着好的趋势发展，但在整个过程中仍然存在着一些短板和薄弱环节。因此，研究河南省自然生态环境和社会经济之间的协调发展水平和变化趋势，对于河南省可持续发展的战略实施和自然生态环境进一步治理具有重要的实践意义［1］。

自然生态环境与社会经济之间的关系一直是可持续发展中重要的研究话题。对这两个系统之间相互关系的研究已逐渐从定性分析向定量分析转移。马亚亚等（2019）利用熵权法计算延安市安塞县社会、经济、环境三系统的综合评价指数，然后利用耦合协调模型和剪刀差方法分析了三系统之间的发展状态、变化趋势及演化差异［2］；任祁荣等（2021）以2007—2017年甘肃省为研究对象，构建了自然生态系统与社会经济系统综合评价指标体系，计算两个系统间的耦合协调度并分析其演变过程［3］；刘国锋等（2021）采用耦合协调模型测算分析资源利用—生态环境—新型城镇化三系统的协调关系并利用GM（1，1）灰色模型预测了未来发展趋势［4］；Santtu Kareksela等（2018）通过空间优先级分析和最终分区方法，量化出了生态和社会经济两者之间不同权衡生态成本的研究与实施差距［5］；Richard Damanja等（2018）以刚果民主共和国为研究对象，建立了森林破坏函数，研究了经济增长、森林砍伐和生物多样性之间的关系［6］；Kropfeld Maren等（2018）以人们生活方式为切入角研究生态、环境和经济可持续发展之间的关系［7］。

但是目前社会经济与自然生态环境的研究多以城市或城市群为主，以城市化进程中自然生态环境和社会经济两系统之间的耦合发展为研究对象。李强等（2019）以长江经济带的208个城市为研究对象［8］；吴艳霞等（2021）、任保平等（2021）分别以黄河流域9个省和62个地级市为研究对象［9-10］；Roderic Gill（2004）等以中国金山县为研究对象，建立系统动力学模型（AISEEM），探索生态农业中经济和生态之间的相互作用［11］；Victir Moutinho等（2020）以石油输出组织中的12个国家为研究对象［12］；Sefa Awaworyi等（2020）以澳大利亚8个州和地区为研究对象［13］。考虑到省域在学术研究中的重要地位，本文选取中国腹部省份河南为研究对象，采取耦合协调度模型研究河南省社会经济和自然生态环境之间的协调发展状况和变化规律，为河南省社会经济和自然生态环境之间的协调发展提供可靠的理论支撑。

2 河南省社会经济和自然生态环境发展现状分析

2.1 河南省社会经济发展现状

河南省是一个人口众多、劳动力资源丰富、消费市场巨大的省份，同时也是我国农产品主要生产基地和最大的粮食转化加工省。据统计，河南省2019年生产总值高达54 259.20亿元，相比2018年增长了7.0%，增速高于全国平均水平0.9个百分点，经济总量继续位居全国第五位、中西部省份第一位，全省经济平稳运行、稳中向好（见图1）。

图1 2010—2019年河南省GDP增长趋势图

2019年河南省总人口达到10 952万人，相比2018年末增加了46万人；常住人口9 640万人，比2018年末增加了35万人。2019年出生人口120万人，出生率11.02%；死亡人口75万人，死亡率6.84%；自然增长率4.18%。2010—2019年河南省人口一直呈现近似线性增长的趋势，保持着中国人口大省的地位。可以看出，2019年河南省城镇常住人口达到5 129万人，常住人口城镇化率在53.21%，比2018年末提高了1.50个百分比。2010—2019年城镇化率也呈现出不断增长的趋势，在2017年超过50%，这表明河南省的社会组织水平和管理水平在不断提高，社会经济在不断发展。

河南省2019年全年生产总值为54 259.20亿元。其中，第一产业4 635.40亿元，同比增长2.3%；第二产业23 605.79亿元，同比增长7.5%；第三产业26 018.01亿元，同比增长7.4%。三次产业结构为8.5∶43.5∶48.0。可以看出，近十年来河南省第一产业和第二产业在GDP中所占比重在逐年减少，而第三产业在GDP中的比重却在逐年增加。2018年第三产业比重超过第二产业比重，成为河南省支柱性产业。2010—2019年河南省产业结构如图3所示。近些年河南省加强了对自然生态的保护，加大了对旅游业和服务业发展的扶持力度，这些措施不仅刺激了河南省的消费，而且对生态环境产生了有利的影响。

图2 2010—2019年河南省总人口和城镇化率

图3 2010—2019年河南省产业结构

2.2 河南省自然生态环境发展现状

在自然生态环境方面，河南省境内有1 500多条河流纵横交错，流域面积在100平方千米以上的河流有560条。全省水资源总量400多亿立方米，占全国水资源的1/5，占世界水资源的1/20。但由于人口众多，人均水资源量仅约370立方米，不足全国平均水平的1/5。从图4（西藏和青海数据缺失）可以看出，截至2019年底，河南省人均水资源量在我国31个省（区市）范围内排名倒数第四，仅高于天津市、北京市、河北省。从2010—2019年水资源总量的变化也可以看出，河南省水资源持有量在不断减少（图5）。虽然河南省水资源总量在全国各省中排名靠前，但是人均水资源量不多，加上近几年总持有量在不断减少，这些都导致河南省水资源安全面临着一定的威胁。

图4 2019年各省（区市）人均水资源量

图5 2010—2019年河南省水资源总量

在大力发展重工业、促进经济发展的同时，城市空气质量差、环境污染物浓度升高等问题也随之出现。根据《2020年中国统计年鉴》对各个省份省会空气质量的检测发现，2019年河南省郑州市空气质量达到二级以上的天数仅有177天，占全年的48.5%，不及全年天数的一半，从整体范围来看排名倒数第二，仅高于石家庄（图6）。其中，首要的污染物是PM2.5，在2019年5—9月连续五个月达标；其次为PM10，在2019年6—9月连续四个月达标。2010—2019年间，郑州市的空气质量在2013年开始出现明显的变化，主要是因为近几年河南省为了发展本省的经济大力开设工厂，所造成的不利影响在2013年逐渐显现出来（图7）。空气质量的急剧变化使政府和百姓开始意识到保护环境的重要性。政府开始提高废弃物排放的标准，居民开始重视低碳生活，政府和居民联手从生产生活中的各个方面保护生态环境。

图6 2019年全国各省空气质量达到二级以上的天数

图7 2010—2019年郑州市空气质量达到二级以上天数

3 河南省自然生态环境和社会经济发展评价

自然生态环境泛指直接影响人类生存和社会发展的各种水资源、土地资源、生物资源等的总称，同时还包括自然界中的人类为了生存和社会发展，在综合利用和改造自然的过程中所造成的各种负反馈效应。社会经济系统包括社会、经济、科学技术等领域，涉及人类活动的各个方面。伴随着工业化、城镇化进程不断推进，自然生态环境的负反馈效应变得日益突出，产业活动在拉动GDP增长的同时，也给生态环境带来了严重的破坏，威胁和影响着社会的稳定和发展。日益严重的环境问题不仅影响着人们的身心健康，还阻碍了国家经济的可持续发展。因此，为了研究河南省社会经济和自然生态环境之间的协调发展水平，探究可持续的发展路径，本文从自然生态环境和社会经济的概念入手，分别从自然资源的供给、生态环境压力、环境状况、社会发展水平、经济发展水平和社会福利水平等方面建立指标体系，运用耦合协调度模型对此问题进行探究。

3.1 指标选取和模型假设

河南省生态环境和社会经济系统协调发展的综合指标在基本概念的基础上考虑科学性、系统性、动态性、可比性等原则，本文在参考相关的研究成果后，通过建立总目标层、准则层和指标层在内的三层次综合评价模型，构建了能够反映河南省自然生态环境和经济社会发展水平的综合评价指标体系（见表1）。其中社会经济系统包括社会发展水平、经济发展水平和社会福利水平等一级指标，具体选择了人口密度、城镇化率、居民人均可支配收入、河南省GDP、河南省人均GDP、全社会固定资产投资、进出口总额、各级各类学校在校学生数、每万人口拥有卫生机构床位数、公共图书馆机构数、城镇医疗保险参保人数等11个二级指标；自然生态系统包括自然资源供给、生态环境压力和环境状况等一级指标，具体选择了森林覆盖率、能源生产总量、降水量、人均水资源量、能源消耗总量、生活垃圾无害处理率、工业二氧化硫排放量、废水排放总量、农业化肥施用折纯量、市容环卫专用车辆设备、城市供热面积等11个二级指标。

自然生态系统和社会经济发展评价指标体系中，每个指标的量纲和单位存在一定的差异，如果直接参与计算得到结果，进行分析时会造成数字过大、评定标准难以确定等问题。为了避免这些问题的产生，本文在计算前对所获得的数据采用极差法进行标准化处理［14］。具体公式如下。

其中，min为最小值，max为最大值，xi'为标准化值经过处理的数据无量纲，且都为正值。最终结果出现0值时，为每一个0值加上0.01即可。

由于各个指标层在指标体系中的作用不同，对自然生态系统和社会经济系统协调发展的影响程度也不同，为了区分它们对系统影响的差异性，通常通过计算各个指标层的权重，来确定它们对整个指标体系的相对重要程度［15］。

本文选择了简化数据集的主成分分析法（PCA）来确定各指标的权重，采用降维思维，在保持数据集对方差贡献最大的条件下，将多个指标转化为少数几个综合指标［16］。计算结果见表1。

表1 河南省自然生态环境和社会经济耦合协调度评价指标体系及权重

3.2 数据来源

本文以2010—2019年为研究时段，数据主要来源于《中国统计年鉴》《河南省统计年鉴》及国家统计局、国家和地方公布的统计资料。对于个别缺失的数据，本文采取EVIEWS对获取的数据做线性回归，然后对未获取到的数据做预测，根据其他年份数据对所获得数据进行适当处理，得到各指标连续十年的数据。

3.3 权重计算结果

本文利用SPSS和Excel表格进行处理，计算得到各个指标层的权重。

3.4 耦合协调度模型

耦合协调度模型（CCM）是一种评价协调度技术发展的重要方法，它是一种通过测量，确定两个或两个以上系统之间相互作用、相互协调的方法。其中耦合程度泛指两个或两个以上系统之间相互影响、彼此制约的过程，反映的是两个系统之间相互协调和发展的一种动态性关联。协调程度主要是用来表示两个系统之间的相互作用中各种良性耦合的程度和强弱。耦合协调度模型主要是将两者紧密地结合起来，既可以反映各个系统之间相互作用的严重程度，又可以反映各个系统所处的地理位置［17］。本研究涉及三个指标的计算，分别是耦合度C值，系统综合发展指数T值和耦合协调度D值。

3.4.1 耦合度。在本研究中，耦合度即为河南省社会经济系统和自然生态环境系统间相互作用程度。耦合度函数：

其中，f(x)和f(y)分别是社会经济系统效益函数和自然生态环境系统效益函数，计算公式如下：

其中，ai：社会经济系统各指标的权重；bj：自然生态环境系统各指标的权重；xi：社会经济系统各指标标准化值；yj：自然生态环境系统各指标标准化值。

结合已有研究文献综述［3］，将耦合度分为6个层次。显然，0≤C≤1，C=1时耦合度最大，此时表示自然生态环境和社会经济发展达到良性共振，两个系统之间相互协调，朝着有序的方向发展；C∈(0.85,1)时，自然生态环境系统的承受能力与社会经济发展水平相接近，为极度耦合；C∈(0.65,0.85]时，自然生态环境系统的承受能力与社会经济发展水平较为接近，此时为较强耦合；C∈(0.35,0.65]时，以破坏自然生态环境为成本来推动经济发展，称为中度耦合；C∈(0,0.35]时，社会经济发展较慢，自然生态环境良好，称为弱耦合；C=0时耦合度最小，认为河南省自然生态环境系统和社会经济系统之间毫无联系，系统之间朝着无序的方向发展。具体分级标准如表2所示。

表2 耦合度分级标准

3.4.2 综合发展指数。综合发展指数反映了河南省社会经济发展和自然生态环境的综合水平，是f(x)社会经济系统效益函数和f(y)自然生态环境系统效益函数加权得到的，计算公式如下：

其中，T是系统综合发展指数，α和β是待定权数，在本文中认为α=β=0.5。

3.4.3 耦合协调度。在一些情况中，耦合度很难反映出社会经济发展和自然生态环境各自的发展情况，为了有效地评价两个系统之间的整体效果，必须要构建耦合协调度模型：

其中，D为耦合协调度，D∈[0,1]。D越接近1，说明系统整体的耦合协调程度越高；反之，说明耦合协调程度越低。

在参考已有研究文献的基础上［18］，考虑耦合协调度与各系统的特征，本文将社会经济发展和自然生态环境的耦合协调度分为10个层次（表3）。

表3 耦合协调度划分标准

进一步地分析系统综合评价指数的特征，根据社会经济系统效益函数和自然生态环境系统效益函数的大小，参考现有的研究成果［19］，本文将发展状况分为以下三种（表4）。

表4 发展状况划分标准

4 实证结果

4.1 河南省社会经济系统和自然生态环境系统发展效益函数演变特征

4.1.1 社会经济效益函数。由图8可以看出，河南省社会经济发展水平在2010—2019年间整体呈现线性上升的趋势，2016年后变化速度相比之前有所增加，这与河南省GDP变化趋势大致相同。产生这样的演化特征主要是因为在2010—2019年间，随着工业化和城镇化的不断发展，河南省社会经济发展水平整体上不断提升，人们生活水平和质量不断提高。尤其是河南省围绕中原崛起的目标，致力于将传统农业大省转变成全国重要的经济大省、新兴工业大省和有影响力的大省，积极引进人才，招商引资，建立自贸区。一系列的举措使河南省社会经济效益函数呈现上升趋势。

图8 2010—2019年河南省社会效益函数

4.1.2 自然生态环境效益函数。从图9可以看出，河南省自然生态环境效益函数呈U形变化趋势，2010—2013年呈现下降趋势，从2013年开始缓慢上升，在2017年的时候出现小幅波动。呈现这样的变化主要是因为河南省从2010年开始大力发展工业，过度重视GDP的增长，而忽视了生态环境保护，对生态环境造成的不良后果在2013年逐渐显现出来。因此，河南省从2013年开始逐渐转变发展方式，坚持走“两不三新”的“三化协调”发展之路，在发展经济的同时更加注重自然生态环境的保护，不再走以牺牲环境换取经济发展的粗放式经济发展之路。

图9 2010—2019年河南省自然生态环境效益函数

4.2 自然生态环境与社会经济发展耦合协调度评价结果

为了更好地分析河南省社会经济系统和自然生态环境系统综合指数的变化，判断社会经济发展和自然生态环境之间的相互耦合协调程度，本文将两者看成两个系统，借助耦合协调度模型，计算得到社会经济系统和自然生态环境系统的耦合度C、系统综合发展指数T和耦合协调度D，结果见表5。

表5 河南省自然生态环境和社会经济耦合协调度评价结果

从表5可以看出，耦合度C整体呈现增长趋势，在2012年之后趋于平缓，也就是说2010—2019年河南省社会经济系统和自然生态环境系统两者之间从弱耦合过渡到了中度耦合，两者之间的耦合过程正在从磨合阶段向着更高水平的有序状态稳定发展。系统综合发展指数T整体呈现上升的趋势，尤其是在2016年之后，上升幅度增大，这表明社会经济发展和自然生态环境保护的综合水平向着利好的趋势发展。

由图9和表5可知，2010—2019年河南省社会经济和自然生态环境的耦合协调度水平处在0.233 3～0.643 8之间，整体向好的方向转变，经历了从中度失调到轻度失调到濒临失调再到初级协调的过程，拐点分别在2011年、2014年、2016年、2018年。上述情况说明在2010—2019年间，河南省社会经济和自然生态环境的耦合协调度有所改善。另外，通过比较社会经济效益函数和自然生态环境效益函数的大小可以得出：2010—2012年为社会经济发展滞后型，2013—2019年为生态环境滞后型。这反映出河南省在2010—2019年间自然生态环境是制约河南省社会经济和自然生态环境耦合协调发展的关键因素，整体看来，经济的发展还是属于粗放式发展，即以牺牲环境为代价来发展经济。

2010—2013年，河南省社会经济和自然生态环境的耦合协调度为中度失调、轻度失调。这一阶段河南省采用粗放式的发展模式，依靠工业化带动城市化快速发展，人口增多、工业二氧化硫排放增多、工业废水排放增加，使得污染物的排放速度大于生态环境的溶解速度，再加上河南省自身经济实力并不强，这些都在很大程度上限制了城镇化和生态环境的协调发展。

2014—2015年，河南省社会经济和自然生态环境的耦合协调度为濒临失调，这一阶段河南省将生态环境建设纳入城市的协调发展中，对城市的整体布局进行了重新规划，增大绿植面积，加强对工业“三废”的技术投入，提高自然生态环境的自我调节能力，反映出河南省由粗放式发展模式逐渐转变为可持续的发展模式。

2016—2019年，河南省社会经济和自然生态环境的耦合协调度为勉强失调、初级协调。这一阶段耦合协调度逐渐增加，并超过0.5。这表明河南省前几年所做的变革已经初见成效，社会经济和自然生态环境已经慢慢地向协调发展转变，并且经济对生态环境的修复作用越来越强（图10）。

图10 耦合度、系统综合发展指数、耦合协调度变化情况

5 结论与对策

5.1 研究结论

本研究在借鉴国内外相关研究的基础上，结合河南省社会经济和自然生态环境的实际情况，应用层次分析法建立了河南省社会经济系统和自然生态环境系统的指标体系。该指标体系较为准确地反映了河南省社会经济发展和自然生态保护的现状和趋势。因为各个指标层之间的重要程度不同，所以本文利用主成分分析法计算各个指标在各自系统中所占的权重，然后建立了耦合协调度模型，以分析河南省社会经济系统和自然生态系统之间的协调发展状况。

计算结果显示，2010—2019年河南省社会经济效益函数整体呈现上升的趋势，自然生态环境效益函数先下降后逐步上升。耦合度呈现先上升后趋于平稳的变化趋势，耦合协调度整体呈现上升的趋势。并且从2016年开始，河南省已经慢慢地向协调发展转变，社会经济发展对自然生态环境的影响和相互作用开始逐渐显现出来。耦合协调度模型的计算结果反映了河南省往年的发展状况，对于指导河南省经济发展和环境保护具有一定的现实意义。

5.2 对策建议

虽然研究发现河南省自然生态环境和社会经济系统之间的协调水平在逐年提高，但是对生态环境的利用水平相对来说还是较低，两个系统之间的协调发展水平有待进一步提高。河南省可以通过进一步加强对生态环境的治理，促进社会经济向绿色发展转型，强化经济对自然生态环境的支撑作用，提升河南省自然生态环境和社会经济之间的协调发展水平。

5.2.1 加强自然生态环境的治理。注重生态环境的恢复和改善。要加强水源的保护和自然保护区的土地利用，确保水质量和环境质量。对于城市，可以继续构建绿色生态系统，通过建设生态公园等不断提高城市的生态系统；对于农村，可以鼓励农民使用低残留、高效率的农药和化肥，减少土地和水资源的污染。

加强环境治理和污染处理，推进产业园尤其是污染排放较高园区污染物集中处理设施的建立和完善，防止产业园空气质量和水质量的下降，同时提高污染物处理效率。加大对清洁能源和可再生能源的开发和利用，鼓励居民购买和使用新能源汽车，引导居民绿色低碳出行。

加强城市和农村的基础设施建设［20］，改善居民的居住环境。发展经济的最终目的是为了改善民生，在保证基础设施建设的同时，还要不断提高在医疗、教育、文化等各方面的投入，使人们病有所医，学有可上，尤其是要注重农村卫生环境的改善，不断缩小城乡差距，统筹城乡发展［21］。

5.2.2 推动社会经济绿色发展。加大研发投入，鼓励科技创新。科学技术是第一生产力，是推动现代生产力发展的重要因素和重要力量。科技创新不仅能够提高企业的生产效率，同时也能够降低污染物的排放。建立支持绿色产业发展的产学研合作体系和绿色人才培养的激励机制，加强政府、企业、高校、科研院所和社会中介组织之间的分工协作；同时完善金融投融资渠道，发展绿色金融，吸引天使投资、风险投资和股权基金等来发展绿色经济。

推动产业结构优化与升级。高新技术制造占比较低、第三产业竞争力不强等是影响河南省未来经济增长的重要因素。因此，在未来发展过程中应该注重以自主创新方式提升产业科技水平，建立以企业为经营主体、市场需求为导向、产学研相融合的科技创新体系，大幅度增强企业原始创新、集成性创新和引入消化再创新等能力；同时，应大力发展先进制造业，提高服务业占比和人们的生活保障水平，加强基础配套设施建设，优化我国城乡地区协调发展。