北方农牧交错带经济发展与生态环境协调前景预测＊

张培峰胡远满赵明华

(1.中国科学院沈阳应用生态研究所,辽宁沈阳110016;

2.中国科学院研究生院,北京100049;3.山东师范大学人口·资源与环境学院,山东济南 250014)

北方农牧交错带经济发展与生态环境协调前景预测＊

张培峰1,2,3胡远满1赵明华3

(1.中国科学院沈阳应用生态研究所,辽宁沈阳110016;

2.中国科学院研究生院,北京100049;3.山东师范大学人口·资源与环境学院,山东济南 250014)

北方农牧交错带生态环境脆弱,经济发展与生态环境严重失调,贫困与环境恶化不断加剧,为了寻求北方农牧交错带经济与生态环境协调发展的途径,应用系统动力学及指数评价法、主成分分析与层次分析对北方农牧交错带未来10年经济发展与生态环境的协调前景进行了预测。结果表明未来北方农牧交错带应选择适合区域特点的社会经济发展速度,合理调整产业结构,加强绿色环保产业的发展,加大环境保护投资力度,促进该带经济与生态环境协调水平的不断提高,使社会经济与生态环境的发展进入良性循环。

北方农牧交错带;经济发展;生态环境;协调;预测

北方农牧交错带是中国第一、世界四大农牧交错带之一,是我国东部重要的生态屏障及北方农区和牧区的桥梁和纽带,也是目前我国荒漠化威胁最严重的地区,该区生态环境脆弱,经济发展缓慢,生态环境严重恶化,其负面影响还可能扩张到两侧的农区和牧区,导致荒漠化的蔓延、水资源枯竭和环境质量的下降。1992年联合国环境与发展大会后,世界各国都把经济发展与生态环境协调的研究提上了议事日程。如何协调北方农牧交错带经济发展与生态环境的关系,维持其生态屏障作用,促进其经济的可持续发展,关系到今后我国各地区尤其是东部地区经济的发展和环境的改善,关系到国家的前途和安定。因此,对我国北方农牧交错带经济发展与生态环境协调的研究已迫在眉睫。

1 研究区概况

对北方农牧交错带的范围,不同的学者提出了不同的界定标准和具体范围。综合了李世奎、王静爱、刘良梧、李博(1980)、朱震达、赵哈林等人研究的结果,北方农牧交错带指降水量在250-450 mm之间,干燥度在0.9-2.1之间的由东部季风区向西北干旱区、由农区向牧区过渡的区域。大致包括以下三大区域:黄土高原水土流失区;鄂尔多斯干旱草场退化区和科尔沁土地沙化、草原退化区,其具体范围。

北方农牧交错带面积达57.982万km2,约占全国脆弱生态环境面积的30%,由东北向西南呈宽窄相间的带状分布,北起大兴安岭西麓的呼伦贝尔,向南一直延伸到河西走廊的东端,中部鄂尔多斯高原南部地区和黄土高原,南北跨300km以上。在地貌、气候、水文、生物等自然要素及资源的开发利用方面都表现出时农时牧,农牧交错的特征,气候干燥,风蚀沙化问题突出;水土流失严重,自然灾害频繁。

北方农牧交错带实证研究区—乌兰察布市地处内蒙古中部,总土地面积5.5万km2,北与蒙古国接壤,国境线长约104km;东与锡林郭勒盟、张家口市毗连;南以长城为界,与山西省为邻;西与包头市和呼和浩特市交界。乌兰察布市辖5县、4旗、1市、1区和161个乡镇苏木。

全市贫困面积大,自然灾害频繁,环境破环严重。2005年全市215.4万人,人均GDP达1.06万元,恩格尔系数达0.27,远高于自治区平均水平[1]。水土流失、土地沙漠化、草场退化和环境污染严重,全市水土流失面积达26 366km2,占全市土地总面积的47.6%。沙漠化面积2.82万km2,占总面积的51.01%。草场退化面积占全市草场总面积的42%。随着乌市经济的发展,工农业污染和生活污染等也在加剧[2-3]。气候类型上属于中温带干旱半干旱大陆性季风气候区,冬季寒冷而漫长,夏季温凉而短促,春秋冷热变化剧烈,年平均气温1.4-5.1℃之间,年平均降水量150-450mm[4]。

2 研究方法

2.1 系统动力学方法

系统动力学(SD)建模的目的是通过分析系统的结构,对系统内部复杂的动态行为进行仿真,根据仿真结果,跟踪模型的时序行为,继而掌握系统的行为趋势。系统动力学的建模过程包括,设计技术路线图,绘制因果关系图,根据因果关系图绘制模型流图,对模型进行有效性和真实性检验。本文运用系统动力学VENSI M软件中的Units check和Model check对模型的量纲和方程进行了检验。通过在合理范围内变动参数与结构相应的方程式来检查模型行为的灵敏度,模型通过行为适合性检验[5]。模型的结构和行为适合性和一致性通过了检验,通过筛选控制变量,调节控制变量的值来设计方案,进行模型的仿真模拟。

2.2 综合指数评价方法

对标准化好的经济发展类与生态环境类预测数据数进行主成分分析,得出各指标的相关系数矩阵R,特征值、贡献率Ek与累计贡献率,取累计贡献率达85%～95%的特征值对应的成分为主成分。为确定指标权重,用相关系数矩阵R与每一列因子的载荷向量建立回归方程[6]:

其中amk为分量贡献,Ek为第k个主成分对应的方差贡献率,Bm为第m个评价指标的权重值。将得到的Bm进行归一化处理,就得出各指标层的各项指标的权重值Wi。

应用层次分析法对准则层(Ci)的各项指标建立两两比较的判断矩阵来确定其权重,通过一致性检验使判断矩阵具有满意的一致性。并对权重值进行了信息熵修正。当评价指标集合为U=(U1,U2,…,Uq),用AHP分析法得到的权重分配为W=(W1,W2,…,Wq),其判断矩阵为:B=(bgh)q×q时,其修正步骤[13]如下:

①对判断矩阵进行归一化处理:

其中xij为第i个指标第j年的标准化值。

2.3 协调度与协调发展度计算方法

协调度指经济发展与生态环境之间保持协调状态质的稳定性的数量范围,是经济发展与生态环境是否协调发展的衡量尺度。协调发展度是用来衡量协调水平高低的量。

为计算的协调度有一定的层次性,文章分别给出了经济发展与生态环境协调度和协调发展度的计算模型(3)和(4):

式中C为协调度,n为调节系数,n=2。它反映了在经济发展与生态环境综合效益一定的条件下,为使经济发展与生态环境的复合效益最大,经济发展与生态环境复合效益进行组合协调的数量程度,C的取值在0～1之间。D为协调发展度,T为生态环境与经济效益或发展水平的综合评价指数,α,β为待定权数。

在实际应用中,为保证D在0～1之间取值,T取0～1之间的数。又因为生态环境质量与经济发展同等重要,故α,β均取0.5。

计算不同方案下经济发展与生态环境的协调度(C)和协调发展度(D)值,并采用均匀分布函数法拟定了协调度和协调发展度的等级划分标准。

3 北方农牧交错带经济发展与生态环境协调前景预测实证分析

3.1 模型建立

文中模型空间边界是乌兰察布市,共5.5万km2,时间边界是2005-2015年,基准年为2005年,仿真时间间隔为1年。以因果关系图中变量间的相关关系为依据,以107个变量为建立模型的基础,借助系统动力学VENSI M软件和一定的辅助变量、表函数和参数建立了模型的仿真流图[6-7](见图1),利用方程式来确定流图中各变量相互响应的数量关系。模型中有170个变量,110个方程。

本文运用系统动力学VENSI M软件中的Units check和Model check对模型的量纲和方程进行了检验,结果表明模型行为对于参数和结构的变动而引起的变动是合理的,其敏感性是合适的[5],模型的结构和行为适合性和一致性通过了检验,模型可以进行进一步的仿真分析。

3.2 模型仿真结果

本文选择了9个控制变量(人口自然增长率,GD增长率,一产比重。农业占一产的比重,二产比重,工业占二产的比重,环保投资比例,科研投资比例,肥水回用率),设计了4种方案(方案1:自然发展模式,方案2:人口经济快速增长模式,方案3:经济与生态环境协调发展模式,方案4:环境保护模式),以乌市2005年统计数据为基础数据,模拟时间为10年,四种方案下主要变量的仿真结果见表2。

3.3 协调前景预测结果

以乌市2005-2015年的仿真结果作为其协调前景预测的基础数据,将以上经济生态系统的的仿真数据分为社会经济发展类和生态环境类两种指标,并将经济发展与生态环境协调状况作为目标层,社会经济子系统与生态环境子系统分别作为系统层,系统层下根据各指标的具体特征设立了准则层与指标层。结合主成分分析法,层次分析法与指数评价法得出社会经济发展类与生态环境类指标的综合评价指数E和G,并得出相应的协调度(C)与协调发展度值(D)。

得出不同方案下经济发展与生态环境的协调度(C)和协调发展度(D)值(见表3),并采用均匀分布函数法拟定了协调度和协调发展度的等级划分标准(见表4)。

为了更直观的比较各发展方案下未来乌市经济发展与生态环境的协调状况,将各方案下协调度和协调发展度的预测结果以曲线图的形式表示出来(见图2)。

由预测结果可见,在不同发展方案下,未来乌市经济发展与生态环境协调状况不同。自然发展与人口经济快速增长模式下,未来10年乌市将由失调逐渐过度到弱协调,协调不稳定且协调水平低,人口经济快速增长模式下的协调前景(2005-2011失调,2012-2015弱协调)较自然增长模式下(2005-2009失调,2011-2015弱协调)更差。在经济发展与生态环境协调模式下,未来乌市的经济发展与生态环境的协调状况逐渐好转,逐渐由弱协调(2005-2010)过渡到一般协调(2011-2015),且协调状况和协调水平呈稳定的逐年提高的趋势。环境保护模式下,未来乌市的协调水平有所提高,但协调不稳定性较强,由失调(2005-2011)过渡到一般协调(2012-2015)。四种方案下协调度和协调发展度都有一定的波动性,这也正是乌兰察布市作为北方农牧交错带这一生态环境脆弱带的典型区域的直接表现,脆弱的生态环境使该市经济发展与生态环境间的相互影响与相互作用相当敏感,社会经济或生态环境中任一要素的轻微变化都会引起二者间协调状况的巨大起伏。

4 结 论

未来10年,随着北方农牧交错带经济发展水平的提高,科技的进步,高兴技术产业的发展,生态环境保护与治理力度的加大,制度和体制的创新,科学发展观、可持续发展观等的不断实施,整个北方农牧交错带经济发展与生态环境的协调状况将不断得到改善和优化。

图1 乌兰察布市经济生态系统仿真流图

表1 仿真结果

表2 乌兰察布市经济发展与生态环境协调预测结果

表3 协调度与协调发展度等级划分

图2 乌兰察布市协调度与协调发展度预测曲线

但在不同的发展模式下,未来10年北方农牧交错带经济发展与生态环境的协调变化的轨迹不同。在自然发展和人口、经济高度增长模式下,经济发展与生态环境协调由失调逐渐过渡到低水平的中级协调。在经济发展与生态环境协调模式下,经济发展与生态环境协调状况由中水平中级协调逐渐过渡到高水平的中级协调。在环境保护模式下,经济发展与生态环境协调状况由低水平的初级协调逐渐过渡到高水平的中级协调。为使北方农牧交错带走上协调发展的良性循环道路,未来北方农牧交错带应该在经济与生态环境协调发展的模式下发展,在现有的基础上降低人口的自然增长率,GDP的增长率控制在0.17-0.21‰之间,合理调整产业结构,减少资源消耗量大重污染产业的发展,加强绿色环保产业的发展,适度加大环境保护与科技研发的投资力度,推动乌市社会经济与生态环境的协调发展。

(编辑:李 琪)

[1]宝音,李百岁.乌兰察布市城市化与生态环境[M].呼和浩特市:内蒙古人民出版社,2004:37-62.

[2]内蒙古自治区环境保护局.内蒙古自治区环境质量报告书2001～2005[M]:内蒙古自治区日报社,2006:165-228.

[3]乌兰察布盟环境保护局,乌兰察布盟环境质量报表[R].2001-2005:18-73.

[4]孙金铸.内蒙古地理文集[M].呼和浩特市:内蒙古大学出版社,2003.

[5]余洁,边馥苓,胡炳清.基于gis和sd方法的社会经济发展与生态环境响应动态模拟预测研究[J].武汉大学学报:信息科学版,2003,28(1):18-24.

[6]徐建华.现代地理学中的数学方法[M].北京:高等教育出版社.2002:224-230.

[7]张海峰.山东半岛城市群生态环境与经济协调发展模式研究[D].青岛:中国海洋大学,2005:22-30.

[8]内蒙古自治区统计局.内蒙古统计年鉴1996-2005[M].北京:中国统计出版社.

AbstractNorthen Agriculture and Stock Raising Interlace Area is one of the fragile eco-environment zones in China.The system of economic development and eco-environment is unbalance.Poverty and environment degradation aremore serious.In order to seek an approach to make the economic development assorted with the eco-environment in Northen Agriculture and Stock Raising Interlace Area.This paper has forecasted the har monious perspective of economic development and eco-environment in the future ten years by system dynamics.The result showsNorthen Agriculture and Stock Raising Interlace Area ought to look for an appreciated development rate of economic which is suitable for the regional characteristic,readjusting the industrial structure in a rationalway,strengthening the development of environment industry,and intensifying investmentof environmentprotection.In the future,the citywill develope in the coordinated way of economic and eco-environmentwith the constantly improvingmatchable situation and coordinative levelwhich willmake the development in virtuous cycle.

Key wordsNorthen Agriculture and Stock Raising Interlace Area;economic development;eco-environment;coordination;forecast

The Coordinated Perspective of Econom ic Development and
Eco-environment in Northen Agriculture and Stock Ra ising Interlace Area

ZHANG Pei-feng1,2,3HU Yuan-m an1ZHAO M ing-hua3
(1.Institute ofApplied Ecology,Chinese Academy of Sciences,ShenyangLiaoning 110016,China;
2.Gradute School of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100039,China;
3.Collage of Population,Resources and Environment,ShandongNor malUniversity,Jinan Shandong 250014,China)

X196

A

1002-2104(2010)03专-0150-05

2010-01-16

张培峰,博士生,主要研究方向为城市景观生态。

＊中国科学院沈阳应用生态研究所知识创新工程项目(No.06LYQY1001)资助。