黄河流域生态环境与经济发展耦合胁迫关系研究

2021-08-11刘同超

人民黄河 2021年7期

摘要：為探究黄河流域生态环境和经济发展之间的耦合胁迫关系，给黄河流域生态保护和高质量发展决策提供参考，建立了黄河流域生态环境与经济发展综合评价指标体系，并运用耦合协调和交互胁迫模型分析了黄河流域9个省（区）2007—2017年生态环境与经济发展的关系。结果表明：在时间序列上，研究时段初期黄河流域生态环境与经济发展耦合协调状况处于严重失调状态，后期整体处于良好协调状态，整体上越来越协调;在空间格局上，研究时段初期黄河上中游省份生态环境和经济发展之间协调程度高于下游省份的，后期黄河上下游省份的协调程度高于中游省份的，黄河中游地区生态环境与经济发展的关系还需要进一步调整;经胁迫关系验证，黄河流域生态环境与经济发展存在一定的交互胁迫关系，研究时段前期生态环境综合指数大于经济发展综合指数，后期经济发展综合指数大于生态环境综合指数，生态环境的改善具有一定的滞后性。

关键词：生态环境;经济发展;耦合协调;胁迫关系;黄河流域

中图分类号：X171.4;TV882.1 文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.07.003

引用格式：刘同超.黄河流域生态环境与经济发展耦合胁迫关系研究[J].人民黄河，2021，43（7）：13-18，23.

Abstract：In order to explore the coupling degree and interactive stress between ecological environment and economic development of the Yellow River basin and provide reference for the ecological protection and high-quality development decision-making of the basin， This paper analyzed the relationship between the ecological environment and economic development of nine provinces （regions） in the basin from 2007 to 2017 by using coupling coordination and interactive stress model. The results show that in terms of time series， the coupling coordination between the ecological environment and economic development of the Yellow River basin is in a serious maladjustment state in the early stage， and in a good coordination state in the late stage， and it is more and more coordinated in the whole researched period; in terms of spatial pattern， the coordination degree between the ecological environment and economic development of the upper and middle reaches of the Yellow River is higher than that of the lower reaches of the Yellow River in the early stage， and the coordination degree of the upper and lower reaches of the Yellow River is higher than that of the middle reaches of the Yellow River， the relationship between ecological environment and economic development in the middle reaches of the Yellow River needs further adjustment; through the verification of the stress relationship， there is a certain interactive stress relationship between ecological environment and economic development in the Yellow River basin. In the early stage of the study period， the comprehensive index of ecological environment is larger than that of economic development， in the later stage， the comprehensive index of economic development is larger than that of ecological environment and the improvement of ecological environment has a certain lag.

Key words： ecological environment; economic development; coupling coordination; stress relationship; Yellow River basin

习近平总书记在黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上的讲话中指出，当前黄河流域存在洪水风险、生态环境脆弱、水资源保障形势严峻和发展质量有待提高四大问题。关于黄河流域洪水风险和水资源方面的研究已取得丰硕成果，本文不再赘述。在生态环境方面，黄金亭等[1]依据黄河流域土地利用类别和面积分析了黄河流域生态环境的质量，认为黄河流域生态环境质量虽然有所提高但提高幅度不大;董战峰等[2]认为黄河流域生态保护需要引入生态补偿机制，并提出了生态补偿机制的实施路径;张文馨等[3]对黄河三角洲地区植物与生态的关系进行研究，认为土壤含盐量是影响植物多样性和生态环境的重要因素;刘轩志等[4]对黄河流域各省份生态效率进行了研究，认为黄河上游生态效率较低、中下游生态效率相对较高。在经济发展方面，马海涛等[5]认为通过核心城市群建设可辐射、带动、促进黄河流域高质量发展;薛明月等[6]采用空间变差函数分析旅游经济的空间格局，认为黄河流域旅游经济具有明显的空间特点;孟怡伟等[7]认为陕西和山东为旅游经济发达区，资源和信息化水平对旅游经济的影响较大;简子菡等[8]对黄河中下游的城镇经济发展情况进行分析，认为河南和山东为核心经济发展区。在生态环境与经济发展的关系方面，石涛[9]采用社会网络分析法研究了黄河流域生态保护与经济高质量发展的耦合协调特征;焦念涛等[10]对黄河流域生态环境和旅游经济的耦合协调度进行研究，并分析了其影响因素;刘昌明[11]认为黄河流域生态保护和高质量发展之间有矛盾的对立统一性，应在保护中开发、在开发中保护，最终实现双赢;丁舒熳等[12]对黄河流域34个城市经济发展情况进行分析，认为生态环境严重影响着城市经济的发展。与黄河流域洪水风险和水资源方面的研究相比，关于黄河流域生态保护与经济发展尤其是二者关系的研究相对较少，已有研究大多集中于评价协调关系、侧重于耦合协调度，对时序特征把握不够、缺乏对生态环境与经济发展是否存在交互胁迫关系的验证。为弥补上述不足，笔者从时间和空间两个维度分析黄河流域生态环境与经济发展的动态耦合度，并验证了二者的交互胁迫关系，以期为黄河流域生态保护和高质量发展决策提供参考。

1 模型构建

1.1 生态环境与经济发展动态关系分析

经济系统和生态系统相互作用，两者之间存在着相互交织的动态关系。生态系统各要素能够支持经济发展，消化和吸收经济发展所带来的生态污染，脆弱生态环境受损后将制约经济发展的速度和效率;经济发展成果对生态环境保护具有支撑作用，经济发展应考虑生态环境承载能力，经济发展对生态系统要素的消耗破坏了生态系统的平衡状态，因此经济发展对于生态环境具有胁迫作用。

经济发展与生态环境相互作用具有阶段性[13]。在经济发展初期，二者之间的相互作用力度较小;在经济高速发展阶段，其对生态环境的影响较大，易使生态环境受到严重破坏，受损的生态环境会影响经济的发展，但是當生态环境得到修复后，经济将会得到进一步发展并促进生态环境的好转，经济发展与生态环境相互促进从而实现动态平衡。

1.2 生态环境与经济发展交互耦合模型

耦合是指两个或两个以上系统相互影响的一种现象，耦合度则是对这种相互影响程度的度量。在现实生活中存在着许多系统耦合现象，耦合模型被广泛应用于自然系统和社会系统等领域的研究[14-16]。笔者选择如下模型揭示生态环境与经济发展之间的交互耦合机理：

式中：C为生态环境系统与经济发展系统的耦合度，其值为0～1;FU为生态环境综合指数;FE为经济发展综合指数;k为调节指数，一般取值为2～5，本研究取值为2;T为生态环境与经济发展综合协调指数;α、β为待定系数，二者取值为[0，1]，且二者之和为1，本研究中二者取值均为0.5;ur和es分别为生态环境和经济发展各要素的标准化指标值;ar和bs分别为生态环境和经济发展各要素的权重，采用熵值法计算;r和s分别为生态环境要素和经济发展要素的编号，h、g分别为对应要素的个数;D为生态环境与经济发展的耦合协调度。

参考相关研究成果[17]，依据耦合协调度对生态环境与经济发展的协调程度进行等级划分，见表1。

1.3 生态环境与经济发展交互胁迫模型

用如下模型反映生态环境与经济发展之间的相互胁迫关系[18]：

式中：z为生态环境恶化程度;x为人均国民生产总值，元;m、n、p为非负待定参数，m为生态最大恶化程度，n与生态环境随经济发展的变化速度有关（其值越大生态环境变化速度越快），p值决定了生态环境恶化拐点（其与x具有相同单位）。

当x小于p时，生态环境恶化程度随着经济水平的提高而提高;当x等于p时，生态环境恶化程度达到最大值，即为m;当x大于p时，生态环境恶化程度随着经济水平的提高而降低。

2 生态环境与经济发展综合评价指标体系

黄河流域横跨我国西部、中部、东部3个区域，流经青、川、甘、宁、内蒙古、晋、陕、豫、鲁等9个省（区），干流长5 464 km，流域面积79.5万km2。2018年，流域总人口为4.2亿人，占全国总人口的30.3%;综合生产总值为23.9万亿元，占全国生产总值的26.5%;第三产业增加值为11.6万亿元，占全国第三产业增加值的24.78%。黄河流域承载了全国约三分之一的人口和四分之一的经济（生产总值），是中国重要的经济区域和生态走廊，经济发展对生态环境造成了一定破坏，生态环境修复与经济高速发展的矛盾日益突出。

黄河流域生态环境与经济发展综合评价指标体系的构建，以评价指标的准确性为前提，同时考虑数据来源的可靠性与可操作性。根据已有研究成果[19-20]和黄河流域的特点，按生态环境与经济发展2个系统提出一级指标6个、二级指标25个，构成黄河流域生态环境与经济发展综合评价指标体系，见表2。考虑到不同指标对生态系统和经济系统的影响不同，为避免主观因素的影响，采用熵值法对各指标进行赋权。

各指标数据来源于2007—2017年《中国统计年鉴》《黄河年鉴》《黄河水资源公报》《黄河泥沙公报》《黄河流域水土保持公报》等。为了消除各指标单位不同的影响，对各指标进行无量纲处理，具体方法为

3 结果分析

3.1 生态环境与经济发展耦合协调度时序分析

由图1可以看出，2007—2017年黄河流域生态环境与经济发展耦合协调度呈上升趋势。2007年耦合协调度为0.12，属于严重失调状态;2008年耦合协调度为0.39，属于轻度失调状态;2009年、2010年耦合协调度分别为0.51、0.54，均属勉强协调状态;2011年耦合协调度达到0.72，属于中等协调状态;2012年和2013年耦合协调度出现下滑趋势，分别为0.64和0.63，属于初级协调状态;2014年、2015年、2016年耦合协调度分别增长到0.85、0.87、0.88，均属良好协调状态;2017年耦合协调度达到0.91，属于优质协调状态。整体来看，2007—2017年耦合协调度从严重失调上升8个等级到优质协调，其间虽有波动，但很快又恢复上升趋势，生态环境与经济发展的耦合协调状况逐步优化，已进入生态环境与经济协调发展阶段。

从生态环境综合指数来看，2007—2017年呈波动上升趋势，2007年为0.27，2009年增长到0.45，2010年下滑到0.29，2011年增长到0.57，之后2012年和2013年分别下滑到0.35、0.34，然后从2014年的0.66逐年增长到2017年的0.76。从经济发展综合指数来看，其值从2007年的0.02一直逐年增长到2017年的0.92，其间没有出现下滑的情况。因此，不难判断耦合协调度在2012年和2013年出现下滑是生态环境综合指数下降导致的。

生态环境综合指数受水资源、泥沙和水土保持的影响。从图1不难发现：生态环境综合指数在2010年、2012年出现下降的原因主要在于泥沙和水土保持两个方面，泥沙指标值分别从2009年的0.27降到2010年的0.09、从2011年的0.24降到2012年的0.03，水土保持指标值分别从2009年的0.055降到2010年的0.049、从2011年的0.47降到2012年的0.43;生态环境综合指数在2013年出现下降的原因主要在于水资源方面，水资源指标值从2012年的0.28降到2013年的0.25（水资源指标值在2011年达到最大值0.29后逐年下降到2016年的0.18）;生态环境综合指数在2013—2017年逐年上升的原因主要在于泥沙方面，泥沙指标值从2013年约0.04上升到2014年的0.30，之后在0.34上下波动，说明泥沙治理方面在2014年之后取得了较好的效果。

经济发展综合指数受经济实力、经济活力和经济结构的影响。从图1不难发现：经济结构指标值在2007—2013年逐年增长，而2014—2017年保持在0.27左右;经济实力指标值每年保持高速增长，2007—2013年年均增幅大约为0.04，2014—2017年年均增幅大约为0.03;经济活力指标值在2007—2010年年均增幅大約为0.01，2011—2017年年均增幅大约为0.02。因此，经济发展综合指数在2013年以前受经济实力、经济活力和经济结构的共同影响，在2013年以后主要影响因素为经济活力和经济实力。

3.2 生态环境与经济发展耦合协调度空间分析

选择各省（区）2007年、2012年和2017年3个时间节点生态环境与经济发展耦合协调度（见表3）进行空间分析。

2007年，山东的耦合协调度为0，属于极度失调状态;宁夏的耦合协调度为0.02，也属于极度失调状态;内蒙古和山西的耦合协调度均为0.15，属于严重失调状态;青海、陕西和河南的耦合协调度分别为0.21、0.22、0.23，属于中度失调状态;四川和甘肃的耦合协调度分别为0.30、0.38，属于轻度失调状态。

2012年，青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙古、山西、陕西、河南和山东的耦合协调度分别为0.63、0.62、0.64、0.64、0.65、0.65、0.63、0.63、0.64，各省（区）耦合协调状况处于同一水平，即均处于初级协调状态;与2007年相比，耦合协调状况变化较大者为山东和宁夏，从极度失调状态发展到了初级协调状态，跨越了5个级别。

2017年，流域9省（区）耦合协调度为0.89～0.91，属于良好协调状态或优质协调状态，具有较好的发展态势。

从整个研究时段来看，甘肃和四川耦合协调状况属于起点高但发展缓慢，在2007年处于领先水平，而在2017年则处于平均水平之下;山东和宁夏属于起点低但发展迅速，在2007年处于较低水平，而在2017年则处于领先水平;山西和河南两省前期与整个黄河流域的耦合协调状况处于同一水平，但后期发展缓慢，在2017年低于平均水平;内蒙古、陕西和青海在研究时段内与整个黄河流域处于同一水平。

从黄河流域整体来看，上游地区耦合协调度基本保持平均水平，中游省份耦合协调度在前期保持平均水平、在后期低于平均水平，下游省份耦合协调度在前期低于平均水平、在后期与平均水平相一致，说明黄河中游地区生态环境与经济发展的关系还需要进一步调整。

3.3 生态环境与经济发展交互胁迫关系验证分析

采用Excel软件对生态环境综合指数与经济发展综合指数的关系进行曲线拟合，见图2～图10。

图2～图10表明，黄河流域各省（区）生态环境综合指数与经济发展综合指数关系的曲线拟合效果较好，黄河上游省份和下游省份的确定系数R2大于中游省份的，这与黄河流域各省份耦合协调度保持一致。各省份生态环境综合指数与经济发展综合指数关系拟合曲线走向基本一致，均属于生态环境与经济发展相互促进阶段，但曲线的斜率不同，即各省份生态环境与经济发展的相互促进关系不尽相同。此外，各省份的经济发展水平高于生态环境建设水平，即生态环境改善具有一定的滞后性。当经济发展综合指数接近1.0时，河南、四川和甘肃3个省的生态环境综合指数大于0.9，表明这3个省生态环境与经济发展的相互促进作用较强;内蒙古生态环境综合指数约为0.78、其他省份生态环境综合指数为0.85左右，表明这些省（区）生态环境与经济发展的相互促进作用相对较弱，但在后期具有较好的发展趋势。

4 结论与建议

4.1 结论

（1）在时间维度（2007—2017年）上，黄河流域生态环境与经济发展耦合协调状况在前期呈现严重失调状态、后期呈现良好协调状态，即随着时间推移越来越协调;在前期生态环境综合指数大于经济发展综合指数，但后期经济发展综合指数大于生态环境综合指数。

（2）在空间维度上，黄河流域生态环境与经济发展耦合协调度在前期呈现上中游省份大、下游省份小的态势，而在后期呈现上下游省份大、中游省份小的态势，即黄河下游生态环境与经济发展耦合协调水平上升较快，而黄河中游生态环境与经济发展耦合协调水平上升缓慢，黄河中游地区生态环境与经济发展的关系还需要进一步调整。

（3）经胁迫关系验证，黄河流域生态环境与经济发展存在相互作用的关系，从各省（区）二者关系曲线拟合结果来看，其确定系数大小与耦合协调度大小相一致，即生态环境与经济发展相互作用在黄河流域上游和下游省份较强，而在黄河流域中游省份作用相对较弱;各省份的经济发展水平高于生态环境建设水平，即生态环境改善具有一定的滞后性。

4.2 建议

（1）加快生态环境和经济发展各子系统建设，减少子系统发展差距。各个子系统发展差距明显，特别是水土保持子系统严重落后，应加强黄河流域生态环境（水土保持）建设;同时，水资源子系统发展在近几年处于下降趋势，应重视黄河流域水资源的保护;经济发展方面，经济结构基本处于平稳状态，应适时调整经济结构使其更加合理。

（2）经济发展应重视生态环境，加快改善黄河流域生态环境。在经济处于快速发展的同时，生态环境处于缓慢改善状态、滞后于经济发展，因此经济发展要反哺生态环境建设。

（3）重视黄河流域生态环境与经济发展空间布局，提高黄河流域整体发展质量。黄河上游、中游、下游发展各有特点、速度不同，应根据各自发展特点和不足，制定合理的发展思路和战略，发挥各自优势，带动周边区域发展，缩小各区域之间的差距，形成分工合作、相互协调的黄河流域生态环境与经济发展态势。

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