南宁市生态环境与社会经济系统协调发展的耦合分析

薛铅铅 XUE Qian-qian；莫定源 MO Ding-yuan；苏婵娇 SU Chan-jiao；陈秋萃 CHEN Qiu-zui；黄丹玲 HUANG Dan-ling；黄海恩 HUANG Hai-en

（百色学院数学与统计学院，百色533000）

0 引言

2012年，党的十八大首次提出了“五位一体”总体布局的战略方针，将生态文明建设提升到国家战略层面，倡导在加速国民经济建设时必须兼顾生态环境的承载力。近年来，社会经济发展与生态环境可持续发展的耦合协调关系研究是国内外备受关注的议题之一，众多学者在不同研究尺度上对两者关系进行了深入研究，并从宏观的定性研究转向运用各种数学模型进行定量研究，如基于耦合度-协调发展度模型[1-2]、生态足迹模型、主成分分析和回归估计法[3]、系统动力学方法[4]等。在研究尺度与研究区域方面，国内学者主要集中于研究重点城市及省域的社会经济发展与生态环境的耦合协调关系。

本研究以广西首府-南宁市作为研究对象，综合运用熵权法、耦合协调度模型与剪刀差模型，从静态与动态两个维度系统研究南宁市的自然生态环境质量与经济发展间的耦合协调发展程度以及演变规律，为南宁市生态环境保护及可持续发展战略的实施提供重要依据。

1 研究方法

1.1 熵权法

在信息论中，熵是不确定性的量度。如果信息熵值越小，则表示指标的离散程度越大，即该指标对综合评价的影响就越大。反之，则对综合评价影响就越小。假设研究区的评价指标矩阵可表示为[5]：

为了消除量纲对评价的影响，针对不同类别的指标（正向指标和逆向指标）标准化方法如下：

正向指标：

逆向指标：

矩阵X 表示原始指标值所构成的矩阵，式（1）的xij表示第i 个指标第j年的初始值，i=1，2，…，m，m 表示评价指标的个数；j=1，2，…，n，n 表示评价年份的个数。R 表示标准化后的评价矩阵。信息熵的值为，其中，假定1n0=0。

下一步，计算综合评价指数，公式如下：

其中f（x）表示自然生态环境系统的综合评价指数，φ（y）表示社会经济发展系统的综合评价指数，两大系统的指标个数分别为m、n，ai、bj分别为指标权重，xij、yij表示两个系统评价指标的标准化值。

1.2 耦合模型

耦合度则是对两个或两个以上系统相互作用程度的度量。在自然生态环境系统与社会经济发展系统之间，也存在着耦合关系。公式如下：

式（6）中，C 表示耦合度，且C∈[0，1]，C 值越大，表示自然生态系统与社会经济发展系统间的耦合程度越高；反之，则越低。将南宁市自然生态环境系统与社会经济发展系统的耦合度分级如表1 所示。

表1 耦合度分级类型

1.3 协调发展模型

耦合度只能在某种程度说明系统间的耦合作用强弱程度，但无法直接反映系统间协调发展水平的高低。为了更深入挖掘系统间的协调发展水平，引入协调发展模型，其计算公式如下：

上式中，D 表示协调发展度，T 为自然生态环境与社会经济发展协调发展综合评价指数，其中α、β 为待定系数且α+β=1。在本研究中认为生态环境与社会经济发展同等重要，故α=β=0.5。

根据已有研究成果[6]，结合南宁市的实际，将南宁市自然生态环境与社会经济发展协调发展度类型划分为10 个等级，详见表2。

表2 南宁市自然生态环境与社会经济发展协调发展特征

1.4 剪刀差模型

为了分析自然生态环境质量与社会经济发展质量变化速率大小，客观反映两者速率的变动方向，构建两者的剪刀差模型。假设f′（x）表示自然生态环境指数对时间年份的变化量，φ′（y）表示社会经济发展指数对时间年份的变化量，α 表示两条曲线在给定某时刻切线的夹角，剪刀差模型的公式如下[7]：

其中，α 的值越大，表示f′（x）、φ′（y）变化差异越大；α的值越小，则表示f′（x）、φ′（y）变化差异越小。

为了更深入探讨两个系统之间的交互作用，将两个系统增长率变化量分别投影到二维平面直角坐标轴，分析两个系统的增长率变化量比值的反正切值β 的大小，即

2 实证分析

2.1 研究区简介

南宁市是广西首府，处于中国华南、西南和东南亚经济圈的结合部，位于广西中部偏南，是环北部湾沿岸重要的中心城市、中国面向东盟国家的区域性国际城市。自2003年举办首届国际博览会以来，南宁市的社会经济得到快速发展，2012年南宁市GDP 仅为2503.2 亿元，而2021年南宁市GDP 达到5120.9 亿元，增长率高达104.6%。

2.2 指标体系的构建及数据来源

本研究根据自然环境与社会发展的关联性及复杂性，依据客观性、全面性、可度量性等原则，构建表3 的南宁市自然生态环境与社会经济发展的综合评价指标体系。

表3 南宁市综合评价指标体系及指标权重

本研究以2012-2021年为研究时段，指标数据主要来源于《广西统计年鉴》、《南宁市统计年鉴》、南宁市国民经济和社会发展统计公报等，个别指标的缺失数据运用插值法填补。

3 结果分析

3.1 自然生态环境指数

由图1 可知，自然资源要素的波动趋势与自然生态环境指数的波动一致，在一定程度上反映了年均降水量、年平均气温是影响生态环境质量的重要指标。自然生态条件的波动趋势与自然生态环境指数的波动基本一致，在一定程度上反映了绿化覆盖面积、人均公园绿地面积等因素是影响自然生态环境的主要因素。生态环境压力指数在2012-2014年间呈下降趋势，主要原因是工业二氧化硫排放量、城市道路面积、市辖区建成区面积在逐年增加，导致生态环境压力指数不断下降；生态环境压力指数在2014-2019年呈现上升趋势，主要原因是工业废水排放量、工业二氧化硫排放量在逐年下降，且污水处理率在不断上升；生态环境压力指数在2019-2021年呈现先下降后上升的趋势，主要原因是污水处理厂集中处理率和生活垃圾清运量呈现先下降后上升、人均城市道路面积和市辖区建成区面积呈现先上升后下降的趋势。

图1 南宁市自然生态环境指数变化趋势

3.2 社会经济发展指数

由图2 可知，经济发展指数在2012-2021年间的变动趋势与社会经济发展指数变动趋势完全一致，从某种程度上说明地区生产总值、人均GDP、社会固定资产总额、工业增加值、城镇失业率等是影响社会经济发展的主要因素。社会发展指数在2017年有微小下降，在2012-2021年间基本呈现不断上升的趋势，主要原因是城镇可支配收入、农村可支配收入在不断提高，从而使得人们生活水平有了较高的改善；同时，医院床位数也在不断增加，人们的医疗服务得到了充分保障，幸福感指数得到了进一步的提升。经济结构指数在2012-2017年呈现不断上升趋势，主要原因是第二、第三产业占GDP 比重呈现总体不断上升趋势。

图2 南宁市社会经济发展指数变化趋势

3.3 南宁市自然生态环境与社会经济发展耦合协调度

由表4 可知，在2012-2021年间，南宁市自然生态环境与社会经济发展的耦合度的值保持在0.92 以上，且处于0.9201～0.9989 范围之间，属于极强耦合范畴。耦合度的值稳定在较高水平且总体呈现出上升-下降-上升的趋势，表明两个系统在高水平有序状态稳定发展。

表4 南宁市协调发展类型

由表4 可知，在2012-2021年南宁市自然生态环境与社会经济发展耦合协调度处于0.4414～0.8340 之间，经历了濒临失调衰退型-勉强失调发展型-初级协调发展型-中级协调发展型-良好协调发展型五个过程，拐点分别为2013年、2015年、2019年、2021年。南宁市自然生态环境与社会经济发展的协调发展度的值在2014年、2018年、2020年有较小幅度的下降之外，其余年份呈现出不断上升的趋势。由此可见，在2012-2021年间，南宁市自然生态环境与社会经济发展的协调发展水平在逐步提高，两个系统向着良性方向发展，实现了从濒临失调衰退型到良好协调型的蜕变。

3.4 基于剪刀差模型的南宁市自然生态环境与社会经济发展增长速率的耦合过程

为了对南宁市自然生态环境系统和社会经济发展系统增长速率的耦合过程分析，从增长速率和剪刀差两方面进行分析，由表5 可知，结论如下：①从增长速率角度分析。除2015年之外，2013-2018年南宁市社会经济发展指数增长速速率均高于自然生态环境增长速率，在此期间自然生态环境增长速率出现负数，说明该时期经济发展对自然生态环境造成了极大损害，以牺牲生态环境的支撑为代价换取社会经济的发展；在2019-2020年，南宁市自然生态环境增长速率高于社会经济发展指数增长速率，自然生态环境指数迅速增长但很快出现了负数，说明社会经济发展速度放缓并趋于停滞不前的状态，对自然生态支撑能力有较大改善但迅速又对生态环境造成了较大危害；在2021年，自然生态环境增长速率低于社会经济发展指数增长速率，自然生态环境指数增长速率由-0.0543 变为0.0518，社会经济发展指数增长速率由-0.1530 变为0.4877；由此可见，相比于2020年，自然生态环境有了一定改善，同时社会经济发展有较大程度提升。②从剪刀差角度分析。在2014年、2019年、2021年，剪刀差角度处于23.033°～43.224°之间，表明南宁市在这几个年份的自然生态环境状况与社会经济发展差异较大；在2013年、2017年，剪刀差角度处于13.741°～16.933°之间，表明在这两个年份的自然生态环境状况与社会经济发展差异一般；在其余年份，剪刀差角度处于0.129°～5.593°之间，表明自然生态环境状况与社会经济发展差异较小，增长速率几乎同步。

表5 南宁市自然生态环境与社会经济发展的增长速度和剪刀差

3.5 南宁市自然生态环境与社会经济发展的动态耦合分析

2013-2021年南宁市自然生态环境指数增长速率与社会经济发展指数增长速率在二维直角平面上构成的投影轨迹夹角处于-68.043°～83.934°之间，动态演变过程详见图3。

图3 南宁市自然生态环境与社会经济发展动态耦合过程

由图3 可得如下结论：

①当-90°＜β≤0°时，即在2014年、2017年自然生态环境系统与社会经济发展系统处于低级协调共生阶段。在该阶段，自然生态环境指数增长率为负数，而社会经济发展指数增长速率为正，表明南宁市经济发展是以降低生态环境质量为代价换取的。

②当0°＜β≤45°时，即在2015年、2018-2019年自然生态环境系统与社会经济发展系统处于初级协调发展阶段。在该阶段，社会经济发展速度小于或等于自然生态环境演化速度，经济发展已经显现出对自然生态环境的胁迫作用，生态环境在一定程度上制约了社会经济的快速发展。

③当45°＜β≤90°时，即在2013年、2016年、2020-2021年自然生态环境系统与社会经济发展系统处于共同发展阶段。在该阶段，社会经济发展速度大于自然生态环境演化速度，良好的生态环境为社会经济发展提供强有力的支撑能力，为社会经济的快速发展奠定了物质基础。

在2013年，即在经济初期南宁市社会经济系统指数增长速率达到0.77，社会经济得到较快发展，但对自然生态环境的消耗和依赖也越来越严重，使得自然生态环境对社会经济发展支撑能力逐渐减弱，从而制约了社会经济发展的速度，在2014-2018年南宁市的社会经济发展指数增长速率在逐年下降，在2018年增长速率降到-0.1285。随着社会经济发展增长速率的放缓，对自然生态环境的消耗和依赖减弱，从而促进了自然生态环境增长速率的提升，在2019-2020年自然生态环境增长速度已超过社会经济增长速度。正是由于自然生态环境与社会经济发展的相互胁迫的动态耦合，从而使得以上三种状态交替出现。

由此可见，随着南宁市经济的快速发展，南宁市政府相关部门早已意识到生态环境问题也日益凸显。为了缓解经济发展对生态环境带来的巨大压力，南宁市政府相关部门颁布了一系列生态环境保护的规划与方案，譬如《南宁市生态环境保护基础设施建设三年作战方案（2018-2020年）》、《南宁市环境保护“十三五”规划（2016-2020年）》等，通过实施强有力的生态环境保护政策，南宁市的自然生态环境保护已取得了阶段性的成效。

4 结论

本研究从自然生态环境和社会经济发展两个系统对南宁市展开综合评价，依据一定的准则构建评价指标体系，基于熵权法、耦合度模型、协调发展度模型、剪刀差模型系统分析2012-2021年南宁市自然生态环境质量和社会经济发展状况，南宁市的生态环境系统和社会经济发展系统已处于共同发展阶段，自然生态环境保护已取得了阶段性的成效。