我国滨海生态脆弱区生态保护与经济耦合关系研究——以辽河滨海三角洲为例<br/>

我国滨海生态脆弱区生态保护与经济耦合关系研究——以辽河滨海三角洲为例

2015-11-22于成学

华东经济管理 2015年4期

于成学

（大连民族大学国际商学院，辽宁大连116600）

一、引言

生态脆弱区也称生态交错区（Eco-tone），是一种类型的生态系统向另一种类型的生态系统演变的边缘交界区域。这些交界过渡区域的生态资源状况与两个不同的生态系统主要区域的一个明显的区别是生态环境变化明显。近年来，国内外生态—经济耦合评价模型大多应用于农业方面［1-2］，同时也涉及区域生态经济的协调发展［3-4］。现有的文献也大多是关于农牧交错生态脆弱区的研究［5］。生态-经济系统的演变过程是生态系统与经济系统耦合与相悖的矛盾运动过程［6］。目前，关于经济系统与生态系统之间如何协调关系的相关研究也逐渐从静态的、定性的现状分析［7-10］逐渐地过渡到定量、动态的过程评价［11］。其中，运用定量的或动态的评估方法主要体现在系统动力学模型［12-16］、系统耦合模型［17-18］、能值分析模型［17］等。而对二者之间的耦合过程及对体现系统与系统之间耦合关系的县域尺度研究不多见。辽宁滨海三角洲属于沿海水路交接带生态脆弱区的范畴，是我国“十二五”规划限制性开发区域。基于此，本文建立了表征滨海生态脆弱区生态—经济系统耦合的指标体系，通过建立“耦合度模型”，分析1997-2013年的生态经济系统耦合发展状态和趋势，此模型揭示经济系统与生态系统之间的互动关系及耦合演变过程，甄别出制约两个系统耦合发展的主要障碍因素，进而解决经济系统与生态系统的相悖态势。

二、指标体系构建与数据标准化

（一）指标体系构建

本文将生态保护与经济耦合发展系统分为生态系统和经济系统两大子系统。对我国滨海生态脆弱区生态—经济系统的影响指标归为生态条件、生态资源、生态压力以及经济发展、政府环境管理、社会发展6个一级指标，每个一级指标又设二级指标（共计20个），构成我国滨海生态脆弱区生态—经济系统评价指标体系（见表1）。

表1 我国滨海生态脆弱区生态—经济系统评价指标体系

（二）数据标准化

为消除各指标间数量单位的差异，需要对各指标数据进行无量纲化处理。假设选取某研究区域有m年的数据能用于生态安全状况评价，选取n个指标，则被评价对象的相应指标的原始数据矩阵如下式：

式中xij是第i年第j项指标的值。根据指标的贡献度将其划分为正向指标和负向指标。正向指标能促进生态—经济系统向良性耦合方向演进，负向作用则导致生态—经济系统退化甚至崩溃；其中，正向指标值越大越优，逆向指标值越小越优。为便于综合分析，使逆向指标正向化，从而满足指标作用方向一致，本文做如下设定：

当xij为正向指标时，

当xij为负向指标时，

其中，yij为xij标准化以后的数值。

三、生态系统与经济系统综合指数计算

（一）指标权重设定

熵权法是一种客观赋权的方法，本文采用熵权法对生态系统和经济系统指标赋权，求各指标值权重。

（1）计算第j项指标下第i年的指标值的比重pij，得式（4）：

其中rij为标准化以后的指标值。

（2）计算第j个指标的熵值ej，得式（5）：

其中，k=1/ln m。

（3）计算第j个指标的熵权wj，得式（6）：

为使ln pij有实际意义，需要假定当pij=0时，pijln pij=0。

（二）生态系统指数和经济系统指数

基于以上设定，本文建立生态系统和经济系统综合评价函数分别为式（7）、（8）：

式（7）中：i为年份，j为描述生态系统特征的指标个数，aj为指标权重，tij为描述生态系统特征的第i年的第j项指标的标准化值。此函数是生态系统综合指数的衡量标准，生态系统综合指数越高，生态环境状况越好，而生态系统综合指数越低，生态环境状况越差。

式（8）中：i为年份，j为描述经济系统特征的指标个数，bj为指标权重，uij为描述经济系统特征的第i年的第j项指标的标准化值。此函数是经济系统综合指数的表征量，经济系统综合指数越高，表明经济发展速度越快，水平越高；而经济系统综合指数越低表明经济发展速度越慢，水平越低。

四、经济—生态系统耦合过程模型构建

在已知某滨海生态脆弱区生态保护与经济发展关系的基础上，借鉴系统理论的一般演化思想，根据二者之间的非线性关系，建立动态过程耦合演化模型。i=1,2,…,n；f为yi的非线性函数。

将其在原点按泰勒级数展开：

f(y)=f(0)+a1y1+a2y2+…+anyn+ο(y1,y2,…,yn)，其中f(0)=0，ο(y1,y2,…,yn)为yi的不低于二次方的解析函数。

根据李雅普诺夫第一近似定理［19］：非线性系统的运动稳定性，取决于一次近似系统的特征根的性质。因此，本文可以略高次项ο(y1,y2,…,yn)，而保证运动过程的稳定性，从而得到近似线性系统：

按上述方法，分别用en、ec表示生态系统与经济系统总量，则en(tij)、ec(uij)分别表示时间i时生态系统与经济系统的总量，分别表示时间i生态系统与经济系统的演化速度。依据贝塔兰菲的一般系统理论［20］，本文将滨海生态脆弱区经济-生态系统的演化方程表达为下式：

式中k1、k2分别表示生态系统与经济系统对生态系统演化过程的响应系数，即状态表征量对生态系统演变速度的贡献度；k3、k4分别表示生态系统与经济系统对经济系统演化过程的响应系数，即状态表征量对经济系统演变速度的贡献度［15］。此表达式揭示了生态系统与经济系统的相互作用方向与强度，在特定区域k1、k2、k3、k4都是常数情况下，可通过回归分析求出结果。由于生态系统的演化受经济系统的制约，经济系统的演化也受生态系统的制约。因而整个系统的演化满足组合S型发展机制［21］，所以我们可以在二维平面上研究生态—经济系统演化速度V的演变过程以及en和ec的协调关系。以分别为横坐标和纵坐标在平面上作图，图形显示V的演化轨迹为坐标系的一椭圆（如图1所示），所以有式（10）：

式中的θ可以表示生态脆弱区生态环境与经济发展的耦合度，通过θ值可以判断耦合态势［21］。

图1 滨海生态脆弱区生态经济耦合过程

此模型可以清晰地发现滨海脆弱区生态保护与经济发展整个系统的演化状态，从而对整个系统做出科学合理地评价；进而通过调整经济与生态发展的演化速度来实现两者的协调发展，实现滨海生态脆弱区生态保护与经济耦合发展的目的。通过分析二者之间的耦合关系，可以得出如下结论：二者之间是否协调是一个过程，是逐渐集中化与逐渐分解化的过程，是经济发展的量变积累导致了生态系统与经济系统的突变，根据式（11），可以得出任何一个因子发生变化，则另一个因子也会同时发生变化，从而导致整个系统发生质的变化。从图1中可以看出θ=180°时，生态系统演变出现崩溃，此时Ven=0，这个点是生态系统演变过程中的一个突变点。因此，可以对生态与经济发展的变化进行预测，然后通过对生态系统与经济系统的调控，从系统发展、系统退化、系统解体和系统再生四个阶段找出能够实现两者耦合发展的具体方案（如表2所示）。

表2 经济系统与生态系统耦合发展关系

五、经济系统与生态系统耦合过程模型的扩展

生态-经济系统耦合过程的扩展形式可通过式（11）来表示：

其中，α1和α2为分别表示重大行为过程对生态系统和经济系统影响后的调整系数。假如整个系统在没有外在行为过程的作用导致演变轨迹发生变化时：则α1、α2为0。重大的外部力量、行为过程对生态系统与经济系统影响有正向和负向之分，正向影响时，α1、α2取正，负向影响时，α1、α2取负。α1、α2主要根据其活动对系统影响的偏离程度来确定，用式（12）求出：

式中Δaixi、Δbjyj分别表示生态系统与经济系统受到重大行为过程影响后，所偏离的增量。

六、实例分析

（一）研究对象选取

本文选取典型的辽河三角洲生态脆弱区为研究对象，因为该区域是我国面积最大的芦苇滨海湿地，也是世界第二大芦苇产地，生态环境非常脆弱。该区域作为一个特殊的湿地类型，其具有防止盐水入侵陆地、调节气候、调蓄洪水、净化水质等功能。是丹顶鹤，黑嘴鸥等珍稀水禽繁殖区域。随着工农业的快速发展，该区域的生态环境受到严重威胁，湿地苇田面积由原有的130多万亩减少了约24万亩，湿地的生态功能逐步开始衰退。

（二）数据获得与指标值确定

1.en、ec、Ven、Vec、θ值的确定

依据所构建的指标体系，查阅1997-2013年的辽宁省统计年鉴获得相关数据，并先将表1中的指标进行标准化处理，然后求出权重，最后结合权重以及标准化数据加权求和，求出生态系统和经济系统的综合指数en和ec以及Ven、Vec、θ值，结果如表3所示。

表3 en、ec、V en、V ec、θ值

根据表3的结果，可以发现辽河三角洲近17年除了1998年θ的取值均介于45°～90°之间，且0＜Vec＜Ven，根据表2的要求，可以发现环境保护开始制约经济发展，环境保护为满足经济发展，其增长速度大于经济发展速度，处于系统发展阶段。1998年0°＜θ＜45°，Vec＞Ven＞0，环境保护与经济发展开始相互影响，共同发展。究其原因，在于1998年环境资源方面还没有发生剧烈变化，其演化速度较小。为清楚地了解辽河三角洲生态脆弱区生态保护与经济发展的演化趋势，对二者进行多项式综合拟合后，得到的结果如式（13）和式（14）所示。

式中t的取值范围为1～17，对应的年份为1997-2013年。

对en与ec求导，有：

以此为基础，利用式（9）进行回归，求出k1、k2、k3、k4。

其耦合过程公式为：

由式（17）可以看出，k2的系数为负，说明经济系统态势的变化对生态系统演化起抑制作用，且2006年以前en＞ec， ||k2＜k1，表示经济系统对生态系统的抑制作用已经达不到生态系统的恢复或改良作用。即，经济系统对生态系统的压制作用强度没有超过其阈值［21］，说明该区域生态系统的演化速度呈现递增态势。因此，其态势的变化对经济系统的演化速度促进作用。

2.α1、α2值的确定

为了确定α1、α2，就需要探讨辽河三角洲生态系统与经济系统的指标体系。

（1）按照现有演变轨迹情况下。未来各个生态和经济要素不会发生突变，则α1、α2为0，式为（17）。

当1.63en(t)-1.17ec(t)-0.44=0，即ec(t)=1.39 en(t)-0.38时，生态系统演变速度为0，表示为生态系统自我调节的临界点。此时，经济系统演化速度表示为Vec=0.121en(t)-0.013。即在生态系统自平衡条件下，生态—经济系统共同作用，促使了经济系统的最大演化速度为0.121en(t)-0.013。

（2）相关产业链尚未建立起来时，有可能出现复垦的前提下。假如退回到2001年时的水平，那么生态系统中林草面积（x3）、海水养殖面积（x4）、人均绿地面积（x6）都会变小，经济系统中人均GDP（y1），人均财政收入（y5）、人均环境投入（y6）也相应减小。计算得到α1=-0.35，α2=-0.21，式（17）变为：

由式（18）知，当ec(t)=0.91en(t)-0.38时，生态系统演变速度则为0，而经济系统演变速度为Vec=0.065en(t)-0.0228，表示单位生态系统功能呈现减弱的态势。

七、结束语

基于一般系统演化的思想，所建立的辽河滨海三角洲生态—经济系统耦合过程模型，能够反映生态—经济系统的互动过程，通过此模型我们可以确立经济系统影响生态系统的临界点。同时研究表明经济系统的发展态势与经济系统演化速度呈正相关，而与生态系统演化速度呈负相关。式（17）、（18）给出一个明确的信号，取消或稳固退耕还林政策，会潜在造成经济系统和生态系统的功能差异性。即，辽河滨海三角洲生态系统态势对生态系统演变速度的影响为1.54倍；当这种影响达到生态系统自我调节临界点时，潜在的经济功能，前者是后者的1.86倍，所以由此得知，辽河滨海三角洲必须稳固退耕还林、还田、还草等政策，加强生态环境方面的建设，增加环保投入，降低经济发展速度，这样生态—经济系统才能实现良好的发展。

［1］任志远，徐茜，杨忍.基于耦合模型的陕西省农业生态环境与经济协调发展研究［J］.干旱区资源与环境，2011（12）：14-19.

［2］吕晓，刘新平.农用地生态经济系统耦合发展评价研究［J］.资源科学，2010，32（8）：1538-1543.

［3］张富刚，刘彦随，王介勇.沿海快速发展地区区域系统耦合状态分析——以海南省为例［J］.资源科学，2007，29（1）：16-20.

［4］吴勤堂.产业集群与区域经济发展耦合机理分析［J］.管理世界，2004（2）：133-134，136.

［5］汤青，徐勇.农牧交错带生态经济耦合评价模型及其实证研究［J］.中国人口·资源与环境，2011，21（2）：117-123.

［6］王继军，郭满才，姜志德，等.农业生态经济系统耦合过程模型的建立及应用［J］.生态学报，2010，30（9）：2371-2378.

［7］袁榴艳，杨改河，冯永忠.干旱区生态与经济系统耦合发展模式评判［J］.西北农林科技大学学报：自然科学版，2007，35（11）：41-47.

［8］毕安平，朱鹤健.基于PSR模型的水土流失区生态经济系统耦合研究——以朱溪河流域为例［J］.中国生态农业学报，2013，21（8）：1023-1030.

［9］徐勇，党丽娟，高雅.黄土丘陵区果园生态经济耦合评价——以燕沟流域为例［J］.水土保持研究，2011，18（2）：30-34，43.

［10］马彩虹，兰叶霞，赵先贵，等.江西省生态经济系统耦合态势分析［J］.水土保持研究，2009，16（3）：221-224.

［11］王介勇，吴建寨.黄河三角洲区域生态经济系统动态耦合过程及趋势［J］.生态学报，2012，32（15）：4861-4868.

［12］左其亭，陈嘻.社会经济——生态环境耦合系统动力学模型［J］.上海环境科学，2001，20（12）：592-594.