经济发展与生态环境耦合协调性识别与优化路径研究——以东北地区为例

高林安

(西安财经大学 a.国际合作交流处；b.商学院，陕西 西安 710100)

一、引 言

经济全球化带动世界各国经济得到了快速发展，但也给生态环境带来一定的影响，出现了经济发展与生态环境系统非协调性问题，结果是以牺牲生态环境为代价来换取经济发展，导致资源环境不可持续发展[1]。如何促进经济发展与生态环境耦合协调发展一直是学界关注的热点问题。在20世纪60年代OECD提出物质能耗在工业化初期随着经济增长而增长，在特定时期会出现反方向变化，即脱钩理论(Decoupling theory)[2]。Rapport提出压力-状态-响应模型(Pressure-State-Response)[3]。20世纪90年代经济合作与发展组织(OECD)和联合国环境规划署(UNWP)将PSR模型引入到环境领域，共同组建了环境指标PSR框架体系[4]。Grossman认为环境污染与经济发展的两大系统呈现倒U型曲线关系[5]。国内学者从国家、省域、地级市和县域等尺度，构建评价指标体系，利用耦合度模型，对经济发展与生态环境耦合协调度进行测度，并对经济发展与生态环境耦合协调结果进行评价[6-10]。然而以往文献局限性在于：第一，多份文献从静态的角度研究经济发展与生态环境耦合协调性问题，尚未从动态的角度研究耦合协调性变化情况；第二，多数文献在评价指标上，基于以往文献构建指标体系，由于指标相似度较高，尚未合理评价经济发展与生态环境耦合协调性。第三，以往研究文献仅是对基于某个城市耦合协调性进行测度，并未对其进行类型划分。

鉴于此，本文从经济学、生态学和地理学的跨学科视角，选择经济发展与生态环境非协调性耦合问题突出的东北地区作为研究对象，根据地区实际情况，构建评价指标体系，利用熵权法和耦合度模型度量两大系统综合分值、耦合度与耦合协调度，依据评价标准判定东北地区经济发展与生态环境耦合协调度关系，提出东北地区经济发展与生态环境协调发展的优化路径，旨在为各级政府制定区域发展战略提供科学依据。

二、研究设计

(一)评价指标体系

OECD组织在分析人类活动对生态环境影响度时可知，经济发展与生态环境是相互影响的复杂系统[11]。在城市经济发展过程中，需要生态环境作为载体，利用区域资源禀赋扩大经济规模，不断优化产业结构，本文从经济潜力(Potential)、经济规模(Scale)、经济结构(Structure)等三个维度来选取指标体系。相对而言，经济发展也会给生态环境带来一定影响，人类为了修复生态环境会借助各类修复手段来保护生态环境。因此，生态环境系统从发展压力(Pressure)、发展状态(State)和发展响应(Response)等三个维度选取指标体系。因此，本文结合东北地区经济发展和生态环境的实际情况，依据数据易得性、可比性和相关性等原则[12-13]，共选取18项指标，构建经济发展与生态环境耦合评价体系(见表1)。

表1 经济发展与生态环境耦合评价指标体系

(二)研究方法

1.经济发展和生态环境系统综合分值测度方法

鉴于以往计算经济发展与生态环境综合分值均采用Delphi法、层次分析法(AHP)、环比赋权法，以上方法属于主观赋权法，在确定权重时，受人为主观因素的影响较大，而均方差法、熵权值法、主成分分析法依据数据的离散程度，确定指标权重，客观性较强，具有较好的实用价值。因此，本文利用熵权值法计算两大系统的综合分值，根据指标变异性的大小来确定指标权重。通常情况下指标的信息熵ej越小，表明指标变异程度越大，提供的信息量越多，计算经济发展与生态环境的综合分值，计算步骤如下：

第一，由于指标之间存在量纲差异，为消除量纲差异，本文采用极大值法对原始数据进行标准化，其中zij∈[0，1]：

zij=(xij-xjmin)/(xjmax-xjmin)

zij=(xjmax-xij)/(xjmax-xjmin)

(1)

第二，计算各指标的信息熵。根据信息论对信息熵的界定，信息熵ej计算如下：

(2)

第三，计算指标权重wj：

wj=1-ei/k-∑ei(i=1，2，3，…，k)

(3)

第四，计算经济发展和生态环境的综合水平：

PSS=wjyEij， PRS=wjySij

(4)

其中PSS代表经济发展系统综合水平，PRS代表生态环境系统综合水平。

2.经济发展与生态环境耦合协调度测度方法

“耦合”是指两个或两个以上的系统在相互作用下形成相互影响的现象。因此，在计算耦合度(Capacitive Coupling)时，利用以下模型度量出两大系统的耦合度C[14]：

C=[(PSS×PRS)/(PSS+PRS)(PSS+PRS)]1/2

(5)

通常情况下C∈[0，1]，当C越趋近于1时，表明经济发展与生态环境处于高度耦合阶段，反之亦然。参考以往文献对耦合度C的划分标准[15]。根据东北地区经济发展与生态环境协调发展情况，将耦合度C划分为四个类型：0≤C<0.29为经济发展与生态环境的低度耦合阶段；0.3≤C<0.49为经济发展与生态环境的颉颃阶段；0.5≤C<0.79为经济发展与生态环境的初级磨合阶段，0.8≤C<1.0为经济发展与生态环境的高度磨合阶段。

由于耦合度C仅能表征经济发展与生态环境系统耦合的时序状态，存在一定的局限性，主要是各个子系统之间存在交互发展的复杂性。特别是在多个区域之间展开评价，耦合度C将不能反映出各子系统对整体系统的“协同”作用，要利用耦合协调度D来判定两大系统的耦合关系：

D=(C×T)1/2，T=αPSS+βPRS

(6)

其中D为耦合协调度，T为调节系数，主要是反映经济发展与生态环境两大系统的贡献度，α、β为待定系数，待定系数α+β=1。根据党中央的“保护青山绿色就是金山银山”的指导思想，发展经济和保护生态同等重要，分别令α、β取值为0.5[16]。通常D∈[0，1]，当D越趋近于1时，说明经济发展与生态环境耦合协调关系越好，反之亦然。为了直观地反映耦合协调度所处的时序变化情况，对耦合协调度D水平的划分为9个类型[17]： 0.00≤D<0.19表示经济发展与生态环境处于失序的发展状态，属于重度失调；0.2≤D<0.29表示经济发展与生态环境的处于过渡阶段，属于中度失调阶段；0.3≤D<0.39属于经济发展与生态环境轻度耦合失调阶段；0.4≤D<0.49属于濒临耦合失调阶段；0.5≤D<0.59属于经济发展与生态环境勉强耦合协调阶段；0.6≤D<0.69属于经济发展与生态环境的初级耦合协调阶段；0.7≤D<0.79属于经济发展与生态环境中级耦合协调阶段；0.8≤D<1.0表示两大系统迈入优质耦合协调发展阶段。

三、实证分析

(一)数据来源

在测度经济发展与生态环境耦合协调度时，评价指标体系中数据均选自历年《中国城市统计年鉴》《辽宁省统计年鉴》《吉林省统计年鉴》《黑龙江省统计年鉴》，研究范围以辽宁省、吉林省和黑龙江省管辖的副省级城市和地级市为主，由于黑龙江省大兴安岭地区和吉林省延边州统计口径差异，不作为研究对象。部分数据经过计算以后得到，其中人均公共绿地面积、建成区绿化覆盖率以市辖区范围为准，其余数据以全市范围为准。

(二)经济发展与生态环境的综合水平

针对表1中的原始指标数据，利用公式1进行标准化，对标准化数据利用式(2)～(6)计算出东北地区34个城市经济发展和生态环境的综合分值(见表2)，主要列出2003年和2017年的计算结果。

1.经济发展系统的综合分值

首先，东北地区经济发展综合分值介于0.022～0.93之间，在2003年东北地区的34个城市中，大连市经济发展水平综合分值(0.930)最高，而黑河市得分(0.022)最低。到2017年东北地区经济发展水平略有上升，大连经济发展综合分值(0.777)最高，伊春得分(0.022)最低，由此可知东北地区城市之间的经济发展水平差异性较大。其次，在2003年以前，东北地区受国企改革和资源型城市转型的影响，城市经济发展水平较低，仅有沈阳、大连、鞍山、长春、哈尔滨和大庆等城市的综合分值在不断升高，其余城市的得分都低于0.3，由此表明东北地区经济发展水平较低。经历“十一五”和“十二五”两个五年计划以后，国务院出台多项政策振兴东北老工业基地，东北地区经济发展综合水平的平均值由2003年的0.191上升到2017年的0.232，经济发展水平提升和增效明显。再次，从东北地区内部看，辽宁省中部城市群经济发展水平较高，吉林省经济发展水平处于中间，黑龙江省经济发展水平最低，从得分可知仅有哈尔滨和大庆的经济发展水平略有增长以外，其余城市的经济发展水平增长缓慢。

表2 东北地区经济发展与生态环境系统综合分值

注：PSS表示经济发展系统综合分值，PSR表示生态环境系统综合分值。

2.生态环境系统的综合分值

从表2中可知，东北地区生态环境综合分值介于0.2～0.65之间。首先，2003年排名靠前的城市主要有伊春、牡丹江、松原、朝阳、绥化和白山。从生态环境综合得分可知，以上5个地级市的经济发展水平比较差，但生态环境质量较好。排名比较靠后城市为铁岭、四平、通化、抚顺和阜新等5个地级市。这与城市的发展基础有着较大联系，铁岭、四平和通化由于基础设施建设历史欠账较多，导致城市环保设施和工业污染处理设施较少，市内生态环境质量较低。抚顺和阜新为资源型城市，受资源型转型和棚户区的影响，对城市生态环境破坏较大[17]。其次，2017年黑龙江省北部的鹤岗、双鸭山、大庆、伊春、七台河、牡丹江、绥化，吉林省的辽源、白山、松原，辽宁省本溪、丹东、盘锦和朝阳的生态环境水平较高。以上城市生态环境质量较高，但部分城市经济发展比较薄弱，原因是部分中小城市受到交通区位边缘和产业基础等多种因素的影响，市内污染企业多，工业污染物较少得到处理；另一方面，部分城市比较重视生态环境保护，带动市内建成区绿化覆盖率、人均公共陆地面积、生活垃圾无害化处理率发展水平较高，如伊春、牡丹江、丹东、盘锦等。

(三)经济发展与生态环境的耦合度与耦合协调度

1.耦合度与耦合协调度时序变化

为了表达东北地区经济发展与生态环境耦合度变化情况，利用Excel软件绘制出东北地区的耦合度与耦合协调度雷达图(见图1)。

图1东北地区经济发展与生态环境的耦合度与协调度图

一是耦合度的时序演变。首先，依据耦合度C的划分标准和图1中显示，2003年有朝阳、松原、白城、鸡西、鹤岗、双鸭山、伊春、七台河、黑河、绥化等10个城市耦合度值低于0.3，处于低度耦合阶段，其余24个城市的耦合度值C介于0.3～0.49，处于颉颃阶段。其次，2017年仅有阜新、铁岭、鹤岗、伊春和七台河等5个城市处于低度耦合阶段，其余28个城市耦合度处于颉颃阶段，相比2003年耦合度时序变化幅度较小，说明此时东北地区经济发展对生态环境具有较强的胁迫性，仅有沈阳在2017年由颉颃阶段步入初级磨合阶段，表明沈阳市经济发展与生态环境由互相对抗进入初级磨合阶段，印证了沈阳市在“十一五”和“十二五”阶段积极响应国家“去产能、调结构”战略，不断调整产业结构，将高耗能和高污染企业关停并转，使经济增长对生态环境向优良方向发展的贡献不断加大。

二是耦合协调度时序演变。依据耦合协调度划分标准：(1)初级协调阶段。2003年东北地区34个城市都未有达到初级协调阶段的城市，2017年仅有大连由勉强协调型迈入初级协调型。(2)勉强协调阶段。2003年大连、沈阳、大庆位于勉强协调阶段，2017年沈阳、长春、哈尔滨、大庆步入勉强协调阶段，说明以上4个城市在“十二五”期间实施“去产能、调结构”初见成效，经济发展对生态环境贡献度逐渐提高，两大系统由初期的胁迫转换为协调发展，市内的金融业、创意和会展业、旅游业、物流行业已经初具规模，低碳行业带动市内空气质量逐渐变好[18]。(3)濒临失调阶段。2003年鞍山、盘锦和长春等3个城市处于濒临失调阶段，2017年盘锦、吉林、辽源、通化、白山、牡丹江等7个城市处于濒临失调阶段，说明经济发展与生态环境由胁迫发展向耦合发展阶段转化。(4)轻度失调阶段。2003年本溪、丹东、锦州、营口、辽阳、葫芦岛、吉林、通化、松原、白城、七台河、牡丹江等12个城市处于轻度失调阶段，2017年鞍山、抚顺、本溪、丹东、锦州、营口、阜新、辽阳、铁岭、四平、齐齐哈尔、鸡西、双鸭山、佳木斯、七台河等15个城市处于轻度失调阶段，相比2003年有所增加，以上城市主要集中于辽宁省中部城市群和黑龙江省东北部地区，多数是以资源开发、冶金、煤化工等污染行业为主导产业。从建国初直到20世纪90年代，以上城市作为全国的能源供应基地，输出产品以初级资源产品为主，但是收入价格与输出价格存在明显的“剪刀差”，导致无力建设环保设施和城市绿化设施，这些历史遗留问题导致地方经济发展胁迫生态环境的发展。(5)中度失调型。2003年阜新、铁岭、朝阳、四平、辽源、白山、鸡西、鹤岗、双鸭山、伊春、佳木斯、黑河、绥化等13个地级市处于中度失调阶段，2017年朝阳、松原、白城、鹤岗、黑河和绥化等6个城市处于中度失调阶段。以上6个地级市由于经济发展比较缓慢，但市内生态环境水平较好，说明经济发展水平对生态环境胁迫力度较小，但是相比2003年，2017年处于中度失调阶段城市比重降低50%以上，说明耦合协调度向好趋势比较明显。

2.耦合度与耦合协调度的空间演变

依据耦合度与耦合协调度判定标准，利用Arcgis9.3软件进行矢量化，将2003年和2017年耦合度与协调度空间进行可视化处理，得到耦合度和协调度空间格局图(见图2～图3)。

图2东北地区经济发展与生态环境的耦合度空间格局图

图3 东北地区经济发展与生态环境耦合协调度空间格局图

一是耦合度空间演变特征。首先，从图2可知，2003年辽宁省耦合度水平较高，吉林省耦合度处于中等水平，黑龙江省耦合水平最低，形成了“南高北低”分布格局。其次，2017年仅有沈阳的耦合度(0.500)处于初级磨合阶段，阜新、铁岭、伊春、鹤岗和七台河等5个城市处于低度耦合阶段，其余28个城市处于颉颃阶段，占城市总数的80%，耦合度在空间上呈现的差异性较小，反映出多数城市的经济发展与生态环境协调性较差，处于相互抗衡和对抗状态，说明东北地区还需加大调节力度，促进经济发展与生态环境向协同发展。

二是耦合协调度空间演变特征。首先，在省际之间，2003年辽宁省耦合协调度(0.385)最高，吉林省(0.327)其次，黑龙江省(0.291)最低，2017年辽宁省耦合协调度(0.419)与吉林省耦合协调度(0.424)差异较小，黑龙江省耦合协调度(0.335)最低，呈现出“南高北低”的空间分布特征。其次，从地级市的空间分异状态看，2003年大连、沈阳、大庆的协调度介于0.50～0.59之间，处于勉强协调阶段；鞍山、盘锦、长春、哈尔滨耦合协调度介于0.40～0.49之间，处于濒临失调阶段；抚顺、本溪、丹东、锦州、营口、辽阳、葫芦岛、吉林、松原、白城、七台河以及牡丹江处于轻度失调阶段，朝阳等其余11个城市的耦合协调度处于中度失调阶段。2017年大连由勉强协调阶段上升为初级协调阶段，沈阳、长春、哈尔滨和大庆进入到勉强协调阶段，沿着哈大轴线形成了“串珠型”隆起带。沿线哈大铁路的周边城市盘锦、吉林市、通化、白山、牡丹江等也处于勉强协调阶段，但耦合协调度水平在依次降低，形成了“中间高外围低”的空间布局特征。

第三，在辽宁省中南部的鞍山、抚顺、本溪、丹东、锦州、营口、阜新、辽阳、铁岭和黑龙江省的齐齐哈尔、鸡西、双鸭山、佳木斯、七台河等的耦合协调度处于轻度失调阶段，朝阳等其余6个地级市处于中度失调阶段，表明辽宁省中南部城市群和黑龙江北部城市群集中连片成为东北地区经济发展与生态环境耦合协调度的“塌陷区”。

(四)经济发展与生态环境耦合协调度类型划分与优化路径

本文以经济发展综合得分排名为纵坐标y，以生态环境系统综合得分排名为横坐标x，根据两大系统得综合排名散点图划分为四种类型(见图4)：第Ⅰ象限属于经济发展系统和生态环境系统排名双高型区；第Ⅱ象限是生态环境系统得分高，经济发展系统得分低的高低类型区；第Ⅲ象限是生态环境系统和经济发展系统得分低的双低类型区；第Ⅳ象限为是生态环境系统得分低，经济发展系统得分高的低高类型区。由于经济发展水平和生态环境质量都会随着时间的推进向好的方向发展，具有一定时序性，本文从动态的角度分析耦合协调类型变化，并提出经济系统与生态环境系统耦合协调优化路径。

图4东北地区经济发展与生态环境耦合协调类型图

1.双高类型区划分结果与优化路径

第Ⅰ象限为经济发展与生态环境得分双高类型区。从图4中可知，2003年仅有沈阳、大连、大庆、鞍山、盘锦、辽阳、葫芦岛、牡丹江等8个城市处于双高类型区；2017年有沈阳、大连、长春、哈尔滨、大庆、盘锦、辽源、丹东、辽阳、锦州、通化、辽源等11个城市处于双高型区，说明东北地区经济发展质量和生态保护向好的趋势发展。尤其是长春和哈尔滨两个副省级城市开始步入双高区，说明经济发展对生态环境胁迫性较小，经济发展与生态环境逐渐走上了良性协调发展的轨道。在未来发展过程中，应该依托现有基础与优势，借助良好的区位优势和政策支持，加速产业结构优化，发展绿色产业和科技密集型产业，将商贸、物流、旅游与创意产业、金融证券业做大做强，促进经济高质量发展，同时加强生态环境保护，控制高污染和高耗能企业进入，促进生态环境与经济发展两大系统协调发展。

2.高低类型区划分结果与优化路径

第Ⅱ象限属于经济发展系统得分低，生态环境系统得分高的高低类型区。从图4中可知，2003年有伊春、鹤岗、朝阳、辽源、佳木斯、绥化、白山、松原等8个城市处于第Ⅱ象限，2017年有七台河、铁岭、佳木斯、双鸭山、松原等5个城市，其中佳木斯和松原两市的始终处于第Ⅱ象限，其他城市都有所变动。通过表2可知，以上城市生态环境得分比较高，但是经济发展水平较低。在未来应该以保护生态环境为重任，将现有生态优势转换为经济优势，引进更多利于生态环境的发展项目，形成绿色经济产业链，发展绿色循环经济，重点发展生态农林业、旅游业、文化创意产业等低碳、环保、绿色产业，走内涵型、绿色化、低污染和低排放型发展道路，在保护环境中提高经济发展水平，促进经济发展与生态环境保护形成协同效应。

3.双低类型区划分结果的优化路径

第Ⅲ象限为经济发展水平和生态环境水平得分都较低的双低类型区。从图4中可知，2003年有双鸭山、黑河、鸡西、白城、七台河、四平、阜新、通化、铁岭等9个城市处于双低区，2017年则有阜新、伊春、鹤岗、黑河、绥化、朝阳、鸡西、齐齐哈尔、白城、四平、营口、葫芦岛等13个城市，相比2003年增加了4个城市，2017年处于双低区城市总数占评价城市总数的38.23%。黑河、鸡西、白城、四平、阜新等5个城市始终处于双低区，另外8个城市相继划入双低区，说明东北地老工业基地经济发展水平处于低水平的同时，部分城市的生态环境质量下降的趋势也比较明显。究其原因，主要是部分城市的大型企业少，经济增长水平缓慢，外加粗放型发展，给生态环境带来严重的污染。建议各级政府应该高度关注该区域，划拨专项资金，加强产业规划、生态环境保护，实施优惠政策，加强人才引进，与北上广深等大型城市建立对口帮扶制度。主要目的是改善城市生态环境质量，调整产业结构，摈弃粗放型经济发展模式，提升经济发展水平和生态环境质量。

4.低高类型区划分结果与优化路径

在第Ⅳ象限的低高类型区，属于经济发展水平高，生态环境水平得分低。通过图4可知，2003年有哈尔滨、长春、吉林、丹东、齐齐哈尔、本溪、营口、锦州、抚顺等9个城市位于低高类型区，2017年则有牡丹江、白山、抚顺、吉林、本溪、鞍山等6个城市。由于以上城市经济发展水平处于中等，而生态环境发展水平处于中下等，经济发展对生态环境的胁迫性较高。由此印证了以上城市经过改革开放40年的发展，市内工业化、城镇化水平较高，但是经济发展多是以高耗能和高污染产业为基础，对生态环境胁迫性较大。未来应该进一步转变经济增长方式，保护生态环境，降低城市污染水平，形成循环经济产业链条，走高效生态经济发展之路。

四、结论与展望

本文通过构建经济发展与生态环境评价指标体系，利用熵权值法和耦合协调度模型对东北地区34个城市的经济发展与生态环境水平与耦合协调度进行测度，依据测度结果对耦合协调度进行类型划分，并提出优化路径，具体结论如下：

第一，东北地区经济发展水平和生态环境质量整体上都在不断提高。沈阳、长春、哈尔滨和大连经济发展和生态环境质量增长幅度较大，向好趋势明显，而部分中小城市的经济发展水平和生态环境质量增长幅度较小，处于低水平发展行列。

第二，在测度期内东北地区经济发展与生态环境整体耦合度处于颉颃阶段，耦合协调度处于轻度失调和濒临失调阶段。在东北地区的城市之间，沈阳、大连、长春、哈尔滨和大庆等城市耦合度与耦合协调度处于领先地位，其余中小城市处于濒临失调和轻度失调阶段。

第三，利用象限分析法，对东北地区34个城市经济发展和生态环境综合分值形成散点图，将耦合协调度划分为四种类型：双高型、高低型、双低型、低高型。从两个年份变化情况看，双高型区的城市有所增加，高低型区城市有所减少，低高型区的城市数量有所降低，尤其是双低型城市数量增长幅度较大，说明东北地区30%以上的城市应该重视经济发展和生态环境耦合协调发展的问题。未来建议双高型应该促进经济发展与生态环境协调同步，实现高质量发展；高低型应该发展循环经济和低碳产业，提高生态环境质量；双低型在开发中保护，重视人才、资金和技术的引进，做好规划协调，促进经济社会发展与生态环境协同发展；低高型应该依托现有经济优势，以“去产能、调结构”为基础，重要任务是提高生态环境质量，促进经济发展与生态环境协调发展。

本文对东北地区经济发展与生态环境耦合协调度进行测度和类型划分，以上研究结果验证了经济发展与生态环境耦合协调发展，是在人地关系发展的背景下形成了由非协调向协调阶段过渡的过程，具有一定的必然性。鉴于研究过程中受到数据限制，笔者仅是研究地级市层面的经济发展与生态环境耦合协调性。在未来研究过程中，将会对数据进行补充，缩小研究尺度，解释经济发展与生态环境的相互作用、内在机理和调控路径等内容。