我国南繁产业与资源环境系统耦合研究

陈冠铭 李可贵 曹 兵

（1三亚市南繁科学技术研究院，海南三亚572000；2海南省农业科学院，海口571100）

产业与资源环境关系是人地关系论研究的重要内容，而系统耦合是对两个及以上系统之间的相互作用、相互关联、相互协调的量度，且引入时间序列数据采用动态研究，因此可以很好地分析判断产业发展等相关政策。南繁得益于海南的自然资源禀赋，研究南繁产业与资源环境系统耦合，有利于南繁产业布局的区位选择、政策制定。

1 耦合作用机理及模型

海南以生态立省，区域人地关系论对研究相关产业与资源协调性具有重大意义。国家将海南的南部地区1.7933万hm2划定为南繁保护区，在三亚市规划建设南繁科技城、全球动植物种质资源引进与中转基地、生物育种专区，重点发展南繁产业，势必改变原有的农业产业结构和以农业生物技术研究为核心的第三产业结构，促进人地关系的调整。

南繁产业系统与资源环境系统耦合关系的作用机理在于寻求两个系统之间的均衡。南繁产业对资源环境的影响主要有产业规模效应、产业结构效应和技术效应。资源环境对南繁产业的影响主要是资源与南繁产业聚集。自然资源、人力资源、资本和技术是连接南繁产业系统与环境系统的载体，当载体发生变化时就会对系统耦合关系产生影响，从而分析南繁产业-资源系统演替的驱动力。

1.1 耦合度模型[1-2]设定f（x）和h（y）分别为南繁系统和资源环境系统的综合评价函数，x、y为影响函数的变量指标。南繁产业系统的各指标的标准化值，wi是其权重。为资源环境系统的各指标的标准化值，wj是其权重。

因此，计算wi和wj成为确立f（x）和h（y）两个函数的关键，方法见后。

南繁系统与资源环境系统的耦合度计算公式如下。

C值越大，耦合程度越高、越协调。k为调节系数，取值[2，5]，建议k取值2[1]。在k取值2时，耦合度区间划分见表1。

表1 耦合度区间划分

1.2 耦合协调度模型[3]耦合协调度模型反映出f（x）和h（y）两个系统整体功效和协同效应。

公式4：D= ，R为耦合协调度，T为南繁产业与资源环境系统的综合评价指数，D∈（0，1），耦合协调度划分见表2。

表2 耦合协调度划分

公式5：T=αf（x）+βh（y），α为南繁产业发展水平权重，β为资源系统发展水平权重。尽量避免主观赋值，α、β的具体取值要参考费米预测法进行推测。

一是，α取值参考海南种业上市公司在全国上市公司的收入占比0.023。上市公司可以代表地区行业发展水平，可以从侧面佐证南繁产业发展水平，并且其他数据无法获取，因此取代表性数据替代。

二是，β取值参考海南绿色发展指数得分在全国占比0.031[4]。资源环境系统发展水平较难评估，资源环境系统作为承载系统以及海南生态试验区战略要求，绿色发展指数可以从侧面反映海南资源系统发展水平。

由于α+β=1，在保留1位小数时，则α折算为0.4，β折算为0.6。由于南繁产业化处于起步阶段，因此α<β，这与上述取值方向一致。

实际上耦合协调度逐年变化，正常情况应该按年度进行匹配α、β的值，但是绿色发展指数近年才有，无法取得持续的数据流以确定β值。

2 数据标准化处理

在获取数据时，各项指标的数据计量单位较难一致，为了统一度量，需要向耦合协调度模型中录入无量纲化处理后的数据。

2.1 原始数据描述评价m年内南繁产业与资源环境系统协调发展状况，评价包括n项指标，其初始数据矩阵X={xij}n*m（0≤i≤n，0≤j≤m）。xij表示第j年第i项南繁产业与资源环境系统评价指标的数值。

2.2 原始数据的标准化处理[3]同一年度内同一指标的计量单位是一致，因此可以无量纲化，即同一指标在不同年度的数据流可以进行数据标准化处理，或者是同一年度不同考察项目的数据流可以进行数据标准化处理。此处f（x）和h（y）则利用逐年的数据流，通过对各指标项的m年内的数据进行线性化处理，消除所有数据的数量单位。

对矩阵X内的数据进行正项化处理。

对x′ij的数据进行线性化处理。

从而得到南繁产业系统综合评价函数f（x）和资源系统综合评价函数h（y）所需的各指标的标准化值，为耦合协调度模型中涉及指标的标准化值及其权重提供了数据分析基础。

3 评价指标权重的确定

南繁产业与资源环境系统有逐年的数据积累，因此采取客观赋权的熵值法来确定各个指标的权重。

熵值法是用来判断某个指标的离散程度的数学方法。在信息论中，熵是对不确定性的一种度量。信息量越大，不确定性就越小，熵也就越小。

3.1 各个指标的信息熵e和信息效用值d[5]数据经过无量纲标准化处理后，可计算各项指标的信息熵，第i项指标的信息熵为ei，计算公式如下。

本文中，三亚市2018年统计年鉴统计了2011-2017年的数据，共7年数据，故k=1/ln7=0.5139。

信息效用值di=1-ei，信息效用值越大，对评价的重要性就越大。

3.2 各个评价指标的权重w第i项指标的权重计算公式如下。

4 指标体系设计

南繁产业-资源系统的指标体系分成资源系统、南繁产业系统等2个子系统。南繁产业系统按规模、结构和活力等3个方面设计一级指标，资源系统按资源禀赋水平、环境压力水平和环境抗逆水平等3个方面设计一级指标。根据一级指标类别，设置二级指标。

二级指标设计的原则为：一是指标的代表性与全面性，二是数据可获取性与动态性，三是指标间的关联性与区别性。比如在用熵值法计算权重时，要求指标值有所变化（类似动态性），因为如果某项指标的指标值全部相等，则该指标在综合评价中不起作用，属于无效指标设计[6]。

鉴于二级指标设计的原则，南繁产业-资源系统的指标体系较难构建，主要是因为：南繁产业相关数据并未纳入年度统计，数据信息难以获得，只能以涉农和涉科的相关数据替代，如南繁产业内部的产业结构构成只能以一产二产三产比例替代；统计年鉴内的数据项目较少，涉及环保数据时还存在统计标准不一致等问题，甚至部分年度缺数据；部分数据存在波动小，如H3水库总库容、H4森林覆盖率。

对应指标设计原则和现有数据可获得性，设计出南繁产业系统和资源系统的二级指标（表3）。其中，南繁产业系统的二级指标主要包括南繁育制种面积、教科文卫支出占地方公共财政支出比例、南繁关注度等12项内容；资源系统的二级指标主要包括有效灌溉用地面积、工业废水排放量、城镇生活污水集中处理率等12项内容。

表3 南繁产业-资源系统综合评价指标

5 南繁产业-资源系统耦合关系数据处理

根据《三亚市统计年鉴（2018年）》以及收集到的有关南繁数据，得到2011-2017年共7年的数据。根据公式6、公式7，对2011-2017年的数据进行处理，得到无量纲的标准化数据（表4）。

表4 南繁产业-资源系统综合评价无量纲化标准数据

基于表4，套用公式8和公式9，计算出南繁产业系统和资源环境系统共计24项指标的权重（表5）。同时，根据以上公式，并应用Excel函数快速计算，得到系统耦合相关数据（表6）。

6 南繁产业-资源系统耦合关系分析

6.1 权重指标①如前所述，受到数据可得性影响，可能存在关键性指标缺失，但经类似数据替代，不影响总体趋势的分析。若有更详细的数据、更多年度数据，可以进行更细致地分析。根据表5指标权重，可以得出当前推进系统发展的关键因素和薄弱因素，见图1和图2。南繁产业系统前4个指标为F1南繁育制种面积、F7第二产业产值占比、F9南繁关注度、F12科研和技术服务业固定资产投资，说明产业规模、地区产业结构、产业发展热度和科技类固定资源投资是当前促进南繁产业系统进化的基础。系统后4位指标为F6第一产业产值占比、F3科研技术服务和地质勘查业产值、F11在校学生人数、F5教科文卫支出占地方公共财政支出比例，说明现有产业结构不够优化、科研产出弱、人才资源匮乏和科技支出不足是制约南繁产业系统进化的因素。

图1 南繁产业系统指标权重雷达图

图2 资源环境系统指标权重雷达图

表5 各指标权重

表 6 耦合关系数据

资源环境系统前4个指标为H4森林覆盖率、H3水库总库容、H8农药化肥使用量、H6工业废气排放量，说明良好的生态、丰富的水资源、严控的农药化肥和低排放促使海南资源环境系统更加健康。系统后4位指标为H9城镇生活污水集中处理率、H2全社会从业人员、H11工业废水处理率、H1有效灌溉用地面积，说明生态环境系统尚有提升空间，如进一步提高城镇生活污水集中处理率、工业废水处理率、有效灌溉用地面积。

6.2 系统指标从表6和图3得出两个系统发展水平不一致，两个系统的评价指标均在上升，但两者存在较大的差距（表7）。其中，资源环境系统h（y）上升幅度较大，生态环境不断得到改善，环境承载能力有增强的趋势，说明区域可持续发展的能力增强，从侧面反馈了三亚“双城双修”的生态效应开始显现；南繁产业系统平缓增长，南繁产业仍然处于低水平运行阶段，受2015年国家南繁规划的刺激，2016年小幅度拉升，与资源环境相比拉升幅度小，两者仍然存在较大差距（f（x）

图3 系统耦合度

表7 南繁产业系统与资源环境系统年度指标比值

C、D值的拐点出现在2016年，两个系统开始良性耦合，达到中度协调，南繁产业有机会聚集力量进入快速发展的通道。

6.3 耦合度演变态势南繁产业-资源环境系统总体上处于拮抗期。南繁产业系统与资源环境系统耦合已由开始的低水平耦合，过度到拮抗期并进入良性耦合，但再次进入拮抗期，两个系统发展水平和速度不一致时，就可能出现反复。从耦合度演变态势上，从侧面说明海南近年严格的生态环境法制和执法环境促进了海南生态环境向优发展。

6.4 耦合协调度与耦合发展类型分析南繁产业-资源环境系统已从低度协调耦合进入中度协调耦合，两个系统向高度协调耦合方向还有较大差距。

7 区域人地关系对南繁产业规划的启示

经过60余年的积累，南繁产业系统已基本完成了自然地理环境地域分异过程和人文利用功能空间匹配过程，已进入适度规模与同类利用功能聚集过程。南繁产业在聚集过程中首先要满足生态需求，其次要配套人与人交流的生活环境，为打造各生产平台创造丰富的条件。

7.1 南繁产业有条件促成复合型地域功能的形成南繁有潜力建立起绿色的农业生态-产-城“三生”融合的功能，通过加快建设南繁科技城来实现生态①农业具有碳汇功能，稻田还具备人工湿地功能，林木花卉具备绿化和景观功能，采摘具有休闲娱乐功能。-生活-生产等功能在空间上并置，在可持续发展的前提下，加速自然环境地域分异过程。

7.2 南繁产业与资源环境相适应，资源环境更为超前近年海南加大了对生态环境的管控力度，加大了对生态的投资，并在体制机制上做出重大调整，如中部市县划为生态保护区，体现了人地关系论中生态优先的理念，为海南调优产业结构奠定了资源环境基础。

7.3 南繁产业发展层次较低自2011年以来，南繁产业一直处于低水平的发展之中，未见质的飞跃，尤其是产值主要来源于制种产业，并处于种业链的低谷、价值洼地。产业资源过于集聚在低层级的农业生产上，影响了南繁产业与资源环境在更高层级上的协调发展。

7.4 南繁产业缺乏科技支撑和成果熟化通过权重分析，南繁产业科研产出弱、人才资源匮乏和科技支出不足。南繁产业作为高新技术产业，需要人才、技术、资金、平台的支撑，需要有高附加值的成果产出给予南繁产业系统正反馈。南繁产业发展要实现质的飞跃，首先要解决制约其发展的科技支撑与成果熟化的问题。