基于耦合角度的河北省棉花“五化”与区域经济发展研究

赵姗姗，王露爽，刘 佳，卢秀茹

(河北农业大学 经济管理学院，河北 保定 071000)

随着经济的发展，由于成本、技术、补贴、比较效益等原因，植棉散户放弃种植棉花，导致河北省棉花种植面积日渐萎缩。但河北省棉花具有悠久种植历史、适宜的自然条件和品质特色，因此河北省棉花产业在提高适纺性的背景下逐渐向区域化、特色化发展，河北省棉花区域性规模发展的同时刺激了棉花的机械化、信息化、智能化和社会服务化日渐成熟，从而带动区域经济的再发展。围绕河北省棉花生产“五化”与区域经济间的关联程度和相关影响做计量分析，对棉花产业与区域经济的发展具有重要意义。

棉花生产的机械化、规模化、智能化、信息化、社会服务化已成为棉花产业发展的常态，不仅能促进棉花产业转型升级，还能促进当地经济社会的全方位现代化持续进步。棉花生产“五化”是农业、工业、服务业的深度融合，是工业化和信息化的长远合作，有利于优化产业结构，加快区域经济实现现代化的纵深融合。棉花“五化”生产不断融合使得棉花种植成本降低、集约化水平提升，有利于标准化作业，高品质带来更多的产品附加值和订单量，推动棉花产业链升级，带动区域经济的民生收入和消费。棉花“五化”使得棉花产业综合生产能力提高，同时促进农业、工业和服务业各要素优化配置，实现帕累托最优，缩小农民收入差距，保障当地民生，提速区域经济发展。面对日益发展完善起来的棉花“五化”，应正确认识棉花“五化”与其当地区域经济之间的相互作用、相互影响。

耦合关系是指某两个事物之间如果存在一种相互作用、相互影响的关系。国内外关于事物间的耦合关系研究已经涉及各行各业，并越来越注重农业方面的相互影响。尽管已有学者对农业与产业、农业与生态的相互耦合做出研究，如陈锋正借鉴系统观和协同思想，统筹农业生态环境与农业经济耦合系统的逻辑关系和耦合原理。但鲜有研究者对棉花产业的经济层面耦合作用做定性和定量研究。喻树迅首次提出解决棉花生产过程中生产成本高、劳动力短缺、实现棉花产业现代化的必然途径是发展棉花生产的机械化、规模化、智能化、信息化、社会服务化，并分析了其制约因素[1]；毛树春提出用品质中高端引领中国棉花产业，并在2017年对新疆棉花高产简化栽培技术做出评述和展望，加强新疆棉花高效轻简化栽培的基础理论创新；翟雪玲全面分析了棉花产业发展现状和趋势，并提出了深化棉花产业供给侧结构性改革的相关建议。因此，本研究统筹河北省棉花生产“五化”与区域经济耦合系统的逻辑关系和耦合原理，运用无量纲化的熵值法处理研究数据，深入分析河北省棉花“五化”与区域经济发展的关联程度与协调状态。

一、河北省棉花“五化”与区域经济耦合模型分析

(一)耦合模型的理论基础

经济发展包含产业发展，同时经济发展又以产业发展为前提和基础。基于产业生命周期规律和产业结构演变规律等，深入研究产业发展规律才能增强产业发展的竞争能力，才能更清楚地引领产业发展方向，进而促进整个区域经济的发展。

“耦合”主要是存在于两种以及多种客观事物中信息与能量的转移以及交换直至融合,也就是反映两个及以上系统之间相互作用、相互影响的程度。河北省棉花“五化”与区域经济的耦合程度包括耦合度和耦合协调度两部分，耦合协调发展是对耦合的整体研究，耦合度只是反映系统间的动态协调关系，耦合协调度是指耦合相互作用关系中良性耦合程度的大小，它可以体现出协调状况的好坏，反映二者的发展状况与效应，从而提高耦合度，提升全要素生产率。

(二)耦合度公式

在河北省棉花“五化”与区域经济耦合系统的评价指标体系中，各个子系统的指标特征和种类不同，存在着量纲差异。本研究采用熵值法先将每个实际指标数值转化成标准的评价指标值，对原始数据做统一化处理，即无量纲化。

步骤1：数据标准化。构建判断矩阵(m个评价方案，n个评价指标)。

为了消除不同量纲无法进行比较所带来的影响，需要先对判断矩阵进行标准化处理，将矩阵的值转化为[0，1]区间的相对化数值，标准化的数据指标分为“正向型指标”和“负向型指标”，“正向型指标”数值越大指标越优，“负向型指标”越小指标越优。

“正向型指标”公式为：

x=(xij)m×n(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)

(1)

“负向型指标”公式为：

(2)

步骤2：求各指标的信息熵。各评价指标的信息熵Ei公式为：

(3)

(4)

步骤3：确定指标权重。依据信息熵公式，各个指标的信息熵为E1,E2,…,Ek。指标权重wi公式为：

(5)

步骤4：耦合度计算。利用物理学中的耦合定义与模型，河北省棉花“五化”与区域经济发展的耦合度模型如下：

(6)

式中：C为河北省棉花“五化”与区域经济发展的耦合度，C∈(0，1)，其值越大表示河北省棉花“五化”与区域经济两个系统耦合程度越高，反之耦合程度越低。当C=1时，耦合度达到最大值，此时河北省棉花“五化”与区域经济两个系统间达到良性共振耦合，系统将进入新的有序结构(整个系统实现良性涌现)；当C=0时，耦合值达到极小，他们两个系统间处于一种无关状态，系统会走向无序发展(整个系统呈现负涌现)。k在该式中代表调节系数，一般取值为(2，5)，在本文中取中间值，k=3。F(x)为河北省棉花“五化”子系统综合评价指数。G(y)为区域经济发展子系统综合评价指数。

(7)

在河北省棉花“五化”子系统综合评价指数式中：wi为河北省棉花“五化”子系统第i个指标的权重，xi为河北省棉花“五化”子系统第i个指标的标准化值。

(8)

在区域经济子系统综合评价指数式中：wj为区域经济发展子系统第j个指标的权重；yj为区域经济发展子系统第j个指标的标准化值。

综合评价指数可以用来反映子系统，计算得出的指数越高，代表发展情况越好，如果计算出来的指数越低，即表示发展情况不好。

(三)耦合协调度公式

耦合度算法中，C反映的是两个系统间的动态相互协调关系，这对促进二者进一步协调发展有很强的指导意义。但是，单靠耦合度无法精确地反映出河北省棉花“五化”与区域经济发展的协调水平。因为耦合度只是反映协调情况，不能体现出两个系统的发展程度，比如两系统的协调可能是高水平的协调，也可能是低水平的协调。因此，再计算耦合协调度来分析河北省棉花“五化”与区域经济发展子系统耦合协调发展的程度，能更清晰地反映出各子系统间的相互作用和综合效益，反映各子系统是否具有良好的发展水平。在这里，耦合协调度的大小表示总体协调水平的好坏，其值越大，表示总体协调水平越好，反之亦然。

耦合协调度的计算公式：

(9)

式中：D为河北省棉花“五化”与区域经济发展的耦合协调度；T为河北省棉花“五化”与区域经济发展综合评价指数。

T=αF(x)+βG(y)

(10)

式中：α是指河北省棉花“五化”发展水平的权重，β是指区域经济发展水平的权重，二者为待定参数且α+β=1，是衡量各子系统对整体的重要度，取α=β=0.5(1)本文参考王搏学者的意见，认为棉花“五化”子系统与区域经济子系统的贡献量是相同的，各子系统同等重要。。

(四)耦合类型评判标准

为了更直观地分析判断河北省棉花“五化”与区域经济子系统的协调关系，通过对已有成果和参考文献总结，对耦合度和耦合协调度制定划分评价标准。河北省棉花“五化”与区域经济发展耦合度0

表1 河北省棉花“五化”与区域经济耦合度划分

具体的耦合协调度D值用于耦合协调等级划分，0

表2 河北省棉花“五化”与区域经济耦合协调度评判标准

二、河北省棉花“五化”与区域经济耦合协调发展实证分析

实证分析中应用到的2009—2018年各个指标来源于2009—2018年的《中国统计年鉴》、河北省农业农村厅、中国棉花信息网、棉花产业体系经济信息网和EPS数据平台的中国区域数据库(分省)、中国三农数据库(分省)。

(一)评价指标选取

河北省棉花“五化”与区域经济发展子系统具有十分复杂的特征，包含影响因素众多。在选取评价指标层面上，要深入考虑研究领域的实际情况，统筹指标选取的真实性、可靠性、可行性和动态变化。因此总结已有文献研究的指标选取，综合兼顾研究背景，坚持科学发展的原则，对指标进行了筛选。

在河北省棉花生产“五化”系统方面，以机械化、规模化、智能化、信息化、社会服务化为二级指标，且通过走访调研考虑到棉花的智能化、信息化和社会服务化发展时间尚短，尚未成熟，因此暂将这“三化”归为一体，统一划定三级指标，三级指标的确定来源于“长江和黄河流域棉区棉花生产五化发展战略研究”项目。

棉花“五化”的三级指标层为农用机械总动力、棉花商品率、每亩人工成本、棉花单位面积产量、棉花产量、每亩土地成本、农业自动气象站建立数、移动电话年末用户、农村宽带接入用户，共9个指标。

在区域经济系统方面，选取经济水平、经济结构、经济规模作为子系统，其三级指标有人均城乡居民消费水平、人均地区生产总值指数、农村居民人均纯收入实际数、人均GDP、第一产业生产总值占比、第二产业生产总值占比、第三产业生产总值占比、地区生产总值、社会消费品零售总额，共9个指标。

(二)确定指标权重

棉花“五化”的不断发展需要经济基础，也就是区域经济发展到一定程度，才能实现棉花的机械化作业，适度规模经营，建立大数据库，智能分析与判断，社会服务制度完善。二者在相互影响中，其指标有正向和负向影响，只有二者进入到一个良性循环，才能实现高水平耦合。考虑到指标正负不同会导致结果不同，因此，根据公式先将各指标正负分类标准化处理后，再计算权重。整理后的河北省棉花“五化”子系统与区域经济发展子系统耦合协调评价指标体系见表3。

表3 河北省棉花“五化”子系统与区域经济发展子系统耦合协调评价指标体系

(三)河北省棉花“五化”与区域经济系统综合评价分析

综合评价指数(见表4)反映系统的发展情况，河北省棉花“五化”子系统的综合评价指数自2011年的0.562 2到2016年的0.373 8是一直呈现较大幅度的下降趋势。从2016年最低点又开始逐渐好转至2018年的0.450 1，结合棉花的种植面积和人工成本变化，可得，2011—2016年河北省棉花发展形势颇为严峻，其变化点是因为人工成本的翻倍上涨，导致棉花生产利润大幅度缩减，影响棉花“五化”的综合评价发展。2016年之后稳步回升是因为政策明确鼓励棉花生产、确保河北省棉花种植面积和产量，因此2016年后河北省棉花发展有所改善。区域经济子系统的综合评价指数总体态势自2009年的0.222 7到2018年的0.740 4，是在小幅波动中大体积极向上发展，整体上呈现了良好的发展趋势。

表4 河北省棉花“五化”与区域经济系统综合评价指数

为了更直观地体现计算结果，依照计算得出的数据，绘制一个河北省棉花“五化”与区域经济发展综合评价指数变化，见图1。

图1 河北省棉花“五化”与区域经济发展综合评价指数

从图1可以看出，整个统计区间，区域经济发展综合指数稳步向上增长，但在2011年河北省棉花“五化”开始呈下降趋势的同时，区域经济也放缓增长速度。在2016年随着棉花“五化”的综合评价指数上升，区域经济发展加快增长幅度。因此，在不同的时间节点，棉花“五化”与区域经济发展有着不同程度的刺激作用。通过进一步比较可以看出，河北省棉花“五化”与区域经济子系统间存在明显的“剪刀差”现象。随着时间的推移呈现阶段性变化。首先是F(x)>G(y)，河北省棉花“五化”处于缓慢降低状态而区域经济从快速上升到缓慢上升，剪刀差由大变小；以2015年为交叉点，二者出现交叉；随后F(x)

“剪刀差”的成因：2009—2018年间，河北省经济发展明显上升，区域经济发展体现在第二三产业生产总值占比越来越大、人均城乡消费水平从7 193元涨到16 722元、人均GDP从24 581元上升到47 772元等方面，内需拉动外需。相对而言，棉花“五化”的发展受到区域经济第三产业的蓬勃发展和通货膨胀影响，致使棉花生产成本大幅增加，棉花种植面积下降，不利于河北省棉花的规模化、机械化、信息化、智能化和社会服务化的深入发展。因此，2011—2016年，棉花“五化”发展水平滞后于区域经济。而在2016年出现政策帮扶和约束后，河北省棉花“五化”再次同区域经济齐发展，此时区域经济对棉花产业的“五化”起到再促进作用。

(四)耦合模型分析

根据耦合度公式和耦合协调模型公式，将各类指标数据嵌入Excel表中，表5计算得出耦合度等数据。

表5 河北省棉花“五化”与区域经济耦合协调度类型及发展水平

根据表5计算得到的数据，绘制体现二者的耦合度和耦合协调度态势的折线图，图2反映了2009—2018年河北省棉花“五化”与区域经济耦合情况。

图2 2009—2018年河北省棉花“五化”与区域经济耦合

从耦合度的计算结果与衡量标准来看，2009年河北省棉花“五化”与区域经济的耦合度为0.539 4，处于勉强耦合状态；但到了2010年，耦合度很快上升到0.800 9，上升幅度相对较大；2015年耦合度达到极高值0.997 7，无限接近C=1，将近实现二者良性共振耦合状态；随后2018年又缓慢回落到0.832 0，虽然有轻微浮动但总体上仍维持着良好耦合状态。

纵观图2的耦合折线图，耦合协调度走势与耦合度大体略同，但其协调等级变化更为明显：2009年二者耦合协调度为0.459 6，位于濒临失调状态；2010年其耦合协调度上升0.14左右，成为勉强协调等级；随后2011—2017年在较为平稳中发展，均在0.6～0.7范围，是初级协调状态；2018年与耦合度呈下降态势不同的是，棉花“五化”与区域经济耦合协调发展指数是上升状态，指数0.703 7进入中级协调等级，而二者的2018年耦合度不是10年间最高的数值。

总之，河北省棉花“五化”与区域经济间耦合程度是在上下曲折中发展，大体保持良好耦合关系；其耦合协调发展趋势在轻微浮动中稳步上升。这表明，河北省棉花产业的“五化”发展与区域经济发展有很大的相关性。在2009—2018年中由濒临失调到初级协调再到中级协调状态，表明二者之间耦合程度越来越高，相互促进的协调效应越来越明显。

(五)耦合协调发展的影响因素

发展棉花“五化”的最终目的是改善棉花生产方式，促进棉花产业链健康发展。棉花产业高效高质带动农业经济增收，刺激市场经济需求。根据测算的二者耦合度、耦合协调度分析判断，河北省棉花产业的“五化”发展与区域经济发展刚刚进入中级协调发展，距离高度协调还有差距，有待进一步发展。在实证过程中有几个突出时间点，反映了二者耦合程度的重要因素，以2011、2015、2016年为突出时间点简单分析河北省棉花“五化”与区域经济耦合发展中的影响因素有人力资源因素、政策因素、农业基础设施建设3个方面。

1.人力资源因素。区域经济发展越快，带来的是更多劳动力从事第三产业且劳动报酬更高。棉花生产过程复杂、使用人工时长的特性，在劳动力成本增加的同时导致生产成本上涨，而棉花价格上涨速度跟不上成本上涨速度，造成棉农获利空间大幅减小，从一定程度上，人力资源阻碍棉花产业“五化”发展；另一方面，区域经济发展带动人才培养和人才流动，区域经济的开放性和包容性使得棉花“五化”方面的人才在省内聚集交流，形成科研、生产、市场等产业链完整信息。不仅带动河北省棉花“五化”与区域经济良性耦合互动，同时助推农业现代化建设进程。

2.政策因素。河北省棉花产业“五化”的发展与政策设计和制度安排密不可分，单靠民间自主组织难成规模、难以实现产业升级。政府在前期考虑大力发展区域经济时首先考虑经济效益高的农作物，难免忽视棉花的战略地位，自上而下，农民更多地会选择经济回报率高的其他农作物种植。2011年后，棉农植棉意愿下滑，河北省棉花种植面积大幅下跌，不利于对棉花“五化”进一步的融合发展。直到2016年棉花产业专家喻树迅院士提出加强黄河流域和长江流域棉花“五化”的发展，并以此为导向，2017年河北省政府颁布《关于建立粮食生产功能区和重要农产品生产保护区的实施意见》的政令，保障了河北省棉区的种植面积和产量，并给予多方位的专家指导和交流。

3.农业基础设施建设。棉花田间管理工序繁杂，据统计很多工序因没有合适农机仍需人工操作，平均每亩用工20多个，导致人工成本太高。因地制宜、因种制宜，适合河北省棉花生产的中小型农机设施太少，导致机采棉的机收率低，还易混入三丝，这既是2011年后河北省棉花产业“五化”发展的瓶颈，也是植棉面积逐年减少的主要原因。自2016年河北省实施棉花“五化”以来，不断改进种植模式从而配合引进新疆棉花精量播种机与研发适于冀中南棉区的棉花播种机，并在南宫市示范基地进行测产和机械采收，达到了预期效果。因此，相配套的棉花基础设施是实现棉花“五化”与区域经济良性耦合的重要助推剂。

三、对策建议

河北省棉花“五化”的稳步发展，可以帮助棉花产业获得更高经济效益和更多的服务性收入。河北省棉花产业是区域经济发展中的重要组成部分，同时还能辐射棉花产业相关的生产经营活动和产业效益。经济效益的增加，提高了地方区域经济水平，增加了人们的实际收入。河北省棉花“五化”与区域经济发展密不可分，相互影响。现阶段河北省棉花“五化”与区域经济发展存在着中级耦合效应，相互促进相互影响，但仍未进入良性共振耦合状态，为促进二者之间进一步耦合，提出以下建议：

(一)加快棉花“五化”与区域经济信息共享

搭建区域经济与棉花产业之间的信息桥梁，开发网络信息共享平台。让更多的棉农随时随地与产业链各环节互通互联，获取第一手可信任、准确度高的信息，并能及时反馈。依托现有资源吸引资本建设棉花大数据中心，联合各大网络平台加快棉花产业的区块链、人工智能、智慧气象、物联网建设等现代信息技术。在棉花生产领域加快信息改革，实现更便捷的棉农-政府-专家-企业的双向+多向共同云对话，减少信息不对称的交流环节，优化资源配置，以“五化”提高全要素生产率，通过棉花产业裂变升级，推动河北省棉花“五化”与区域经济各要素不断交换、转化、融合，辐射带动区域经济增长发展。

(二)改善棉花“五化”基础设施，拉动区域经济增长

以划定的河北省棉花保护区为重点加快推进高标准棉田建设，突破棉花生产薄弱环节的机械化技术，加快适合河北省棉花种植的中小型、智能化、复合型农业机械研发和应用，支持棉田宜机化改造，加紧棉花田间管理的一系列水利工程和配套设施建设，实现棉花生产轻简栽培。

鼓励各类农业机械器具生产研发公司切实对接农民需求，因地制宜，生产适合当地种植模式、适合需求品种的多类型农机农器，鼓励棉农研发适宜小农户棉田的机具。先进的基础设施是棉花生产节本增效的重要基石，适宜的基本设施配套能大幅缩减人工耗时和人力成本、提高采收效率，促进棉花“五化”再发展。同时，各类农机器械的研发需要大量资金注入，可以加强资本在农业领域的流通，刺激棉花产业相关消费，形成资本-农业的上升性良性循环，拉动区域经济增长。

(三)完善棉花社会服务体系，提供经济保障

完善棉花社会服务体系是棉花产业发展的必然要求，是满足棉花产业生产发展的需要。棉花社会服务体系就好像强有力的双手，从始至终托举着棉花产业，是棉花产业平稳健康运行的指路人。在完善棉花社会服务体系中可以创新棉花社会服务体系模式，重点支持为棉农提供生产托管、代耕代种、统防统治、储藏流通等服务。比如：由政府部门建立公益性的社会服务机构，周期性的为棉农提供信息咨询、帮扶指导服务；科研部门和高校联合提供的社会化服务，及时有效地对接棉农，提供专业指导和接收棉农反馈意见；以合作社为主、涉农企业为辅的自主社会化服务，更方便与棉农沟通。

在社会服务体系中，要展开对棉花信息的公示服务、形成棉花质量监测服务报告。推广棉花新品种时，各机构带头、分派各推广人员深度与棉农交流，并让棉农参与试验，提升棉农可接受度和可信任度。建立河北省专门的棉花信息对接机构，减少棉花滞销情况，服务机构积极与棉农和消费市场对接，增加供需定制服务，实现点对点、点对线业务，直接指导棉农种植市场需要的棉花种类与数量，使棉农对最新棉花行情和农业技术有切实的了解，一定程度上规避滞销风险。社会服务体系引导市场生产棉花相关的衍生品，包括包装、营销和品牌化，为棉花增收创造更多的价值点，促进区域经济平稳运行。

(四)加大产学研深度融合，助力耦合发展

涉棉中小企业虽然具有创新的动力与活力，但面临科研人员水平参差不齐和人数不足、最新技术不到位等难题，中小企业在引进和使用新技术、参与科研项目和自行开展技术研发方面普遍存在困难。因此，急需产学研深度结合，解决科技人才难以最大效用化的问题，人才助力棉花“五化”同区域经济耦合发展。

政府十九大报告指出，政府要做产学研深度融合的引导者，需引导建立产学研深度融合的利益分配机制和风险控制机制。在棉花“五化”的产学研深度融合过程中，需以市场为导向，因为市场在资源配置中起决定性作用。推动人才下乡，培养更多知农爱农、扎根乡村的人才，推动更多科技成果应用到棉田。整合利用农业广播学校、农业科研院所、涉农院校、农业龙头企业等各类资源，加快构建高素质农民教育培训体系，为棉花产业注入新鲜血脉。加强现代棉花产业技术创新体系建设，扩大对特色优质棉花的覆盖范围。目前河北省成立的有现代农业产业技术体系棉花创新团队，团队设有8个岗位、4个综合实验推广台与2个企业站。在此基础上，加深各岗位专家与综合试验推广站的协作关系，及时、有效地发现并处理棉花生产管理的突发状况，这不仅有助于把控棉花全程动态，对增强棉花市场竞争力也具有重大推动作用。

(五)严控棉花品质品种，提升多元化附加值

河北省棉花产业存在高品质原棉短缺问题，难以满足纺织企业需求，且需求下降易导致生产下降。2018年河北棉花纤维检验局证实河北具有生产出高品质原棉的能力。采用棉花轻简化栽培管理技术，控制棉花收获过程中的异形纤维是提供高端原棉的保障。在种植面积锐减、低品质棉花库存过剩的背景下，发展高端原棉能带来更高的经济利益，帮助棉农增加收入，满足市场需求。实现高品质棉花与工厂订单式对接，既有助于满足企业目标需求，又能保证棉农的成本收益。把控棉花品质品种，逐渐形成河北省棉花区域化、特色规模化，从而提升棉花竞争力和附加值，拉动区域经济增长。

以问题为导向，深化棉花品质供给侧结构性改革，弹性、柔性引进人才，坚持“棉花浑身是宝”原则，带动一二三产业区域融合发展，打造数字经济新优势、新业态，延长产业链、缩短供应链、提升价值链，确保“六保”“六稳”，实现棉花“五化”与区域经济更好耦合。