長三角區域生態經濟系統耦合協調演化分析

單海燕,楊君良

0 引言

近年來，隨著我國工業化、城市化的迅速發展，化學燃料消耗量的迅猛增加，導致生態環境的承載極限不斷面臨挑戰，區域環境污染問題嚴重，我國現已形成九大霾區，其中京津翼地區、長三角地區、珠三角地區以及四川盆地的區域性灰霾問題最嚴重[1]。長三角區域是我國重要的經濟體，擁有中國東部沿海開放城市帶和沿江產業密集帶，是中國經濟發展速度最快、經濟總量規模最大、最具活力與競爭力的經濟區域。然而該區域生態系統功能退化，環境質量趨于惡化，區域灰霾現象日益嚴重，江浙滬地區全年空氣質量達標天數少于250天，該區域經濟發展與生態環境間已出現了不協調現象。

區域經濟發展與生態環境問題已引起學術界的廣泛關注。目前主要以投入產出模型、環境庫茨涅茨曲線、生態足跡模型、能值分析理論、耦合度模型以及模糊隸屬函數為主的定量研究模型，建立了對生態經濟系統可持續性的基本分析框架。

現有研究主要從城市、省際的范圍對生態經濟系統進行實證分析[2-6]，針對長三角區域生態經濟系統的研究較少，從時間和空間尺度上對該區域生態經濟系統的耦合協調發展進行演化分析和空間分類對比的研究則更為薄弱；從評價指標的構建來看，現有研究缺乏對各個子系統結構特征和發展機理的深入挖掘，無法相對全面的反映各子系統的發展狀況，本文在遵循科學性、可操作性、獨立性和針對性等原則的基礎上，結合近五年來有關生態環境及經濟發展的設計指標進行頻度統計，確定評價指標體系；從耦合協調度的等級劃分來看，現有文獻大多僅劃分為4個等級，當耦合協調度處在區間[0.5,0.8]時，稱為高度耦合協調，事實上，近十年來長三角區域絕大多數城市耦合協調度處在該區間內，若將各城市協調狀態近似歸為一類，甚為不妥，因此，本文針對長三角區域發展實際，再結合文獻[2,7]劃分標準，將耦合協調度劃分為7個等級。

鑒于此，本文以長三角核心區16個城市為研究范圍，綜合運用改進熵值法和耦合協調度模型，構建長三角區域生態經濟系統耦合協調評價指標體系，定量測度2005—2014年長三角區域生態經濟系統耦合協調關系，并對其耦合協調度及綜合發展指數進行演化分析和空間分類比較，為區域生態管理提供科學決策和現實指導。

1 生態經濟系統耦合度理論及模型

1.1 生態經濟系統耦合度理論

耦合概念最初來自于物理學，主要是指兩個及以上的體系或兩種運動形式之間通過各種相互作用而彼此影響以至聯合起來的現象，或者是通過各種內在機制互為作用，形成一體化的現象。1994年，任繼周院士將系統耦合概念引入農業科學系統，首次提出生態系統耦合概念，即兩個或兩個以上性質相近的生態系統具有相互親和的趨勢，當條件成熟時，可結合為一個新的、高一級的結構——功能體[8]。系統耦合屬于一種動態的相對平衡狀態，可能會致使原來系統產生進化，變成耦合系統，最終成為一個新系統，即復合系統。復合系統或耦合系統經過解耦后，恢復原來的系統模式。

生態經濟系統是由生態系統和經濟系統相互交織、相互作用、相互結合而成的復合系統。經濟系統與生態系統之間存在著物質、能量和信息的循環與轉換，二者間存在著交互耦合的關系。本文認為生態經濟系統的耦合關系錯綜復雜，運用耦合理論可探討生態、經濟子系統之間協調、反饋和發展的機理、機制，生態經濟系統作為耦合系統可利用子系統作為緩沖、過渡、輔助等作用，將經濟發展與生態環境之間關聯起來，生成比子系統具有更高層次的自我調節、負反饋及更穩定的組織結構，即構建新的動態平衡系統，實現經濟價值和生態價值的協調發展。

1.2 生態經濟系統耦合度模型

（1）子系統綜合發展指數的計算

本文選用了改進的熵值法[9]來確定序參量的權重，具體計算步驟如下：

①原始數據標準化

假設m個城市組成的某子系統，由n個評價指標構成。由于各指標的量綱不同，需將原始指標數據進行標準化處理，計算公式如下：

其中Xij為原始指標數據，分別表示m個城市中第j個指標的最大值和最小值，uij為原始數據的標準值，易見uij∈[0，1]。

②計算第i個城市第j項指標的比重Rij

易證ej∈[0，1]。

④計算各指標差異性系數gj

gj=1-ej，j=1，…，n

顯然gj∈[0，1]，差異性系數越大說明該指標在評價中重要性越強，反之亦然。

⑤計算各指標的權重wj

（2）耦合度計算模型

耦合度主要反映系統無序及其有序狀態間的轉變過程，體現系統內部參量間的相互作用關系[10]。生態經濟系統的發展是由生態子系統與經濟子系統之間相互協調作用的結果，耦合度可反映它們之間的相互作用程度。為了使計算出的耦合度具有一定的層次性，借鑒文獻[3，4，6，7]，城市i生態經濟系統耦合度函數Ci可表示為：

其中u1i、u2i分別表示城市i生態子系統及經濟子系統的綜合發展指數；k為調節系數，k≥2，本文取k=2。易見Ci∈[0，1]，當Ci=0時，生態經濟系統耦合度值最小，表明子系統之間處于無關狀態，系統將向無序發展；當Ci=1時，生態經濟系統耦合度值最大，表明子系統之間存在良性協同作用，系統將向新的有序結構發展。

（3）耦合協調度計算模型

耦合度難以反映子系統間的整體功效和協同效應，協調度主要度量系統間或系統組成要素間在發展過程中平衡狀態及其和諧程度，側重系統之間的良性互動關系[10]。為此構造耦合協調度模型評判兩個子系統之間耦合的協調程度和協同的效果，其能有效避免低生態環境水平與低經濟發展水平得出高耦合度的弊端。借鑒已有研究成果，本文將城市i生態經濟系統耦合協調度Di定義為：

其中Ti=αu1i+βu2i，T為區域生態與經濟子系統綜合調和指數，反映兩者整體協同效應或貢獻，α，β∈(0，1)為待定系數，α+β=1。通常認為經濟發展和生態環境同等重要，故取α=β=0.5。易見Di∈[0，1]，當耦合協調度較大時，表明生態與經濟子系統整體耦合發展程度越高，反之亦然。據此再結合文獻[2,7]的劃分標準，本文的生態經濟系統耦合協調度的等級如表1所示。

表1 生態經濟系統耦合協調度D的等級劃分

2 生態經濟系統耦合協調評價指標體系

2.1 研究區域界定

長三角經濟圈最初由上海、南京、蘇州、無錫、常州、鎮江、揚州、泰州、南通、杭州、寧波、嘉興、湖州、紹興、舟山、臺州共16個城市，簡稱兩省一市。現發展到以上海為中心，南京、杭州、合肥為副中心，包括江蘇的蘇州、無錫、徐州、揚州、泰州、南通、鎮江、常州、鹽城、淮安、連云港、宿遷，浙江的寧波、溫州、嘉興、湖州、紹興、舟山、臺州、金華、衢州、麗水，安徽的淮南、滁州、蕪湖、馬鞍山共30個城市，簡稱三省一市。從數據的完備性角度出發，本文所涉及的長三角區域包含的是最初的16個核心城市。

2.2 評價指標體系

由于生態經濟系統中諸多活動相互聯系、相互作用，而用于分析系統壓力（pressure）—狀態（state）—響應（response）的PSR框架模型常被用來作為衡量生態環境系統的指標體系[11,12]，因此，本文生態環境子系統要素層借鑒PSR框架模型的思路。

本文通過人均工業廢水排放量、人均工業SO2排放量及人均工業煙塵排放量3個指標反映生態環境壓力，其值越大說明生態環境承受的負擔越重，與生態環境子系統是負相關，屬于負向指標；人均水資源擁有量、人均綠地面積及建成區綠化覆蓋率這3個指標反映生態環境狀態，其值越大說明生態環境狀態越優，與生態環境子系統是正相關，屬于正向指標；工業固體廢物綜合利用率及生活垃圾無害化處理率反映生態環境響應，反映人們對待環境問題所采取的措施，其值越大說明人們對環境采取越積極的保護態度，對環境的促進作用越大，與生態環境是正相關的，屬于正向指標。

將經濟發展系統分解為經濟發展規模、經濟發展結構及經濟發展潛力三大子系統，共選擇9項指標來表征長三角區域16個核心城市經濟綜合發展指數，易見這9項指標均屬于正向指標。

表2 生態經濟系統耦合協調評價指標體系

2.3 數據選取

本文所選取的生態環境與經濟發展相關指標數據來源于《中國城市統計年鑒（2005—2014）》《上海統計年鑒（2005—2014）》《江蘇統計年鑒（2005—2014）》《浙江統計年鑒（2005—2014）》，其中人均工業廢水排放量、人均工業SO2排放量、人均工業煙塵排放量、人均水資源擁有量、人均固定資產投資總額以及人均科教文衛事業費支出是經過計算后的結果，從而保證了數據的權威性與可靠性。

空間數據來自于《上海市地圖集（2014年）》《江蘇省地圖集（2014年）》《浙江省地圖集（2014年）》，利用Arc-GIS10.2軟件進行矢量化處理，以確保空間地圖的準確性。

3 實證研究結果

3.1 耦合協調度總體演化特征分析

根據耦合度及耦合協調度計算模型，計算2005—2014年長三角16個核心城市的平均耦合度C及耦合協調度D，結果如圖1所示。由圖1可知，該區域2005—2014年生態經濟系統的耦合度C的均值位于[0.75,0.9]的范圍，擬合曲線方程系數為0.0067（R2=0.7976），說明2005—2014年長三角區域耦合度總體上呈現一定的上升趨勢；2005—2014年生態經濟系統的耦合協調度D的均值位于[0.5,0.6]的范圍，說明生態經濟系統耦合協調度總體上位于勉強協調階段，擬合曲線方程系數為0.0003（R2=0.6286），說明2005—2014年長三角區域耦合協調度總體上呈現緩慢上升趨勢。2005—2014年期間，平均耦合度C及耦合協調度D均呈現出一定提升趨勢，表明長三角核心區生態環境子系統與經濟發展子系統耦合協調發展已取得一定的進步。

圖1 長三角區域生態經濟系統耦合度及耦合協調度均值比較

3.2 耦合協調度時空演化特征分析

運用EXCEL2010軟件繪制2005年、2008年、2011年及2014年長三角生態經濟系統耦合協調度雷達圖，如圖2所示。

圖2 生態經濟系統耦合協調度的雷達圖

由圖2可知，（1）部分城市耦合協調度基本保持不變，或波動幅度較小。例如杭州市耦合協調度基本保持在0.7附近，處于從中等協調狀態向良好協調狀態演變過程中；南京、無錫以及寧波市的耦合協調度波動幅度較小。這一現象說明這些城市生態環境與經濟發展處于相對穩定的狀態。

（2）與其他城市相比較，舟山耦合協調度上升幅度最明顯，2014年該市耦合協調度D=0.74，屬于良好協調狀態，而2008年耦合協調度D=0.53，屬于勉強協調狀態，說明該市生態環境與經濟發展將趨于更加協調。這一現象依賴于該市優越的區位優勢及有力的政策支持，例如2011年國務院正式設立舟山群島新區，是我國第一個以海洋經濟為主題的國家戰略層面新區，2013年國務院又批復了《浙江舟山群島新區發展規劃》等。

（3）部分城市耦合協調度下降幅度較明顯，如臺州、紹興等，說明這些城市生態環境與經濟發展將處于相對失調的狀態。臺州及紹興都是浙江制造業的重要基地，與世界先進水平相比，我國的制造業仍然大而不強，制造業依托的物質資源紅利已逐漸消失，但同時卻帶來了能源消耗及環境污染等問題，表現為這些城市耦合協調度的下降。

表3給出了長三角區域16市耦合協調度等級演化結果。從區域整體來看，經過2005—2014這十年的演化，長三角16市正在向更加協調的方向發展，耦合協調度的等級分布稍微更集中些，但良好協調型城市較少，依舊缺少優質協調型城市。

表3 長三角區域16市耦合協調度等級演化

3.3 區域空間格局演化

為了更加直觀地了解16個城市生態經濟系統耦合協調度格局的空間演化，將上述的計算結果用Arcgis10.2軟件進行可視化，如圖3所示。從圖中可知：2005年，長三角區域16市耦合協調度分布在[0.3，0.8]之間，涉及到五個等級，其中中度失調的城市有1個，為泰州，占總體的6.25%；低度失調的城市有2個，分別為揚州和南通，占總體的12.5%；勉強協調的城市有5個，分別為蘇州、常州、鎮江、嘉興和湖州，占總體的31.25%；中等協調的城市有7個，分別為上海、無錫、杭州、寧波、紹興、舟山和臺州，占總體的43.75%；良好協調的城市有1個，為南京，占總體的6.25%。到2014年，長三角區域16市耦合協調度分布在[0.4，0.8]之間，涉及四個等級，其中低度失調的城市有3個，分別為湖州、紹興和臺州，占總體的18.75%；勉強協調的城市有4個，分別為揚州、泰州、嘉興和寧波，占總體的25%；中等協調的城市有7個，分別為南京、蘇州、常州、無錫、鎮江、南通和杭州，占總體的43.75%；良好協調的城市有2個，分別為上海和舟山，占總體的12.5%。

從協調度的等級來看，2005年勉強協調和中等協調的城市之和占總體的75%，2014年勉強協調和中等協調的城市之和占總體的68.75%，可以說長三角區域16市經濟發展和生態環境的協調水平大部分還處于勉強協調和中等協調階段。這是由于城市在快速發展的過程中，難免會對生態環境造成一定的沖擊和影響，所以導致了兩個系統的整體協調程度不高。在未來發展經濟的過程中，理應更加關注和考慮生態環境的變化情況，在盡量減少對生態環境破壞的前提下，合理地發展經濟，做到經濟系統和生態系統的協調發展。

圖3 長三角區域16市生態經濟系統耦合協調度空間格局演化

3.4 區域空間類型劃分

根據生態經濟系統耦合協調評價指標體系及改進熵值法，可計算出2005—2014年長三角區域16市生態/經濟綜合發展指數，年平均結果如圖4所示。從圖4可見：部分城市經濟綜合發展指數較高，但生態綜合發展指數較低，如上海及蘇州；部分城市生態綜合發展指數較高，但經濟綜合發展指數較低，如臺州及湖州；部分城市經濟綜合發展指數與生態綜合發展指數較為接近，如南京、常州、杭州、寧波及舟山。

圖4 長三角區域16市2005—2014年平均生態綜合發展指數vs經濟綜合發展指數

本文依據長三角區域16市的經濟發展與生態環境綜合發展指數，將16市進行分類。以2014年為例，將經濟綜合發展指數為橫坐標，生態綜合發展指數為縱坐標，對生態經濟系統進行分類，如圖5所示，并將其劃分為四種類型：

（1）高和諧型，即生態綜合發展指數、經濟綜合發展指數較高的城市。由圖5可知，目前該區域尚未出現該類型的城市，說明各城市目前均未達到高度和諧狀態，存在較大的改進和上升空間；

（2）重生態型，即生態綜合發展指數較高，但經濟綜合發展指數較低的城市，主要包括臺州、舟山和湖州，占總體的18.75%。這些城市的生態綜合發展指數均在[0.5,0.7]之間，而經濟綜合發展指數處于[0.2,0.5]之間，需要將當前的生態優勢轉化為經濟優勢，堅持可持續發展道路，努力提升地區的經濟水平；

（3）重經濟型，即經濟綜合發展指數較高，但生態綜合發展指數較低的城市，主要包括蘇州、杭州、南京及上海，占總體的25%。這些城市的經濟綜合發展指數處于[0.5,0.9]之間，而生態綜合發展指數均低于0.5。從某種意義上說，這些城市的經濟系統得以發展是犧牲生態環境為代價，倘若持續發展下去，經濟和生態將嚴重失衡，亟需改變當前高能耗、高污染的粗放型經濟增長方式，合理調整城市產業結構，完成集約型經濟發展方式的轉變；

（4）低和諧型，即生態綜合發展指數較低，經濟綜合發展指數亦較低的城市，主要包括紹興、南通、常州、泰州、鎮江、嘉興、揚州、寧波以及無錫，占總體的56.25%。這些城市的生態綜合發展指數和經濟綜合發展指數均小于0.5．需要制定新的發展規劃，做好基層工作，逐步替換當前的經濟發展方式，在加速經濟發展的同時，提高人們的生態保護意識，增強環保工作，促進經濟系統與生態系統協調發展。

圖52014 年長三角區域16市綜合發展指數類型劃分

4 結論與建議

本文以2005—2014年為數據背景，以長三角核心區16個城市為研究范圍，構建生態經濟系統耦合協調評價指標體系，綜合運用改進熵值法和耦合協調度模型，計算生態綜合發展指數及經濟綜合發展指數，探究長三角區域生態經濟系統耦合協調度的演化規律，基本結論如下：

（1）2005—2014年，長三角區域平均耦合度C及耦合協調度D均呈現出一定提升趨勢，表明長三角核心區生態環境子系統與經濟發展子系統耦合協調發展取得一定的進步。

（2）從區域整體來看，經過2005—2014這十年的演化，長三角區域16市正在向更加協調的方向發展，耦合協調度的等級分布稍微更集中些，大部分處于勉強協調和中等協調階段，良好協調型城市甚少，仍然缺少優質協調型城市。

（3）2005—2014年，部分城市耦合協調度基本保持不變，或波動幅度較小，如杭州、南京、無錫以及寧波等；部分城市耦合協調度下降幅度較明顯，如臺州、紹興等；部分城市耦合協調度上升幅度較明顯，如舟山。

（4）依據長三角區域16市的經濟發展與生態環境綜合發展指數，可將16市進行分類，依次為高和諧型、重生態型、重經濟型以及低和諧型，2014年占比分別為0、18.75%、25%以及56.25%。

2016年國務院批復了《長江三角洲城市群發展規劃》，明確指出該區域與其他世界級城市群相比存在明顯差距，如出現生態系統功能退化，環境質量趨于惡化等問題。結合本文分析結果，針對該區域生態經濟系統，提出如下發展建議：

（1）借助優越的區位優勢及有力的政策支持，促進生態環境系統與經濟發展系統同步協調。例如，國家“一帶一路”和長江經濟帶戰略的實施，可為長三角城市群充分發揮區位優勢和開放優勢，更高層次更高水平參與國際合作和競爭帶來了新空間。

（2）樹立創新發展理念，加大技術、人才的投入。黨的十八屆五中全會提出“創新、協調、綠色、開放、共享”五大發展理念，并把創新擺在國家發展全局的核心位置。長三角區域應尋求技術、知識、品牌、服務等新資源以提高經濟增長質量和要素利用效率，才能不斷對區域生態經濟系統進行優化。

（3）加強區域生態環境改善及環境污染的治理。可通過打破行政區域界線，開展區域環境協同治理、統一區域內環保法規和政策、統一區域環境補償標準等方式，提高區域環境綜合發展指數。

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