安徽省低碳发展与经济社会协调性研究

张世玉，何 刚，符艺文，蒋怀印，郑志伟

(安徽理工大学 经济与管理学院，安徽 淮南 232001)

中国共产党的十八大以来，中国将生态文明建设作为统筹推进“五位一体”总体布局的重要内容，全国整体生态环境质量呈现向好趋势[1-2]。中国共产党的十九大以来，中国经济由“高速发展”向“高质量发展”转变[3-5]，2020年，中国政府又提出“碳达峰”和“碳中和”的“双碳”目标[6]。新时代背景下，中国初步实现了碳排放与经济社会发展的协调发展。今后，如何在进一步保证经济增长的同时促进绿色低碳循环是经济转型的关键，也关乎建设美丽中国的战略目标。基于此，研究低碳经济的协调发展对中国实现可持续发展具有现实意义。

一、文献综述

低碳发展是推动经济增长的核心动力。周灵[7]基于Tapio模型测度分析碳排放与经济增长之间的关系，认为两者之间呈现弱脱钩向强脱钩转变状态。王少芬[8]通过拟合能源消费与GDP关系发现能源消费对GDP的影响在不同经济发展时期具有不同的特点。王林辉等[9]拓展了环境技术进步方向模型，数理演绎经济增长和环境质量在技术进步方向转变时的动态变化，认为政府可以通过动态设计不同阶段的具体政策或政策组合来应对经济增长中的环境质量恶化等问题，实现经济与环境的协同共赢。宋弘等[10]基于双重倍差法考察了“低碳城市”试点政策对空气质量的影响机制，认为抑制企业排污可以有效降低城市空气污染。

经济增长对低碳发展起到引导和带动作用。经济发展能够促进低碳生产的技术创新，从而实现碳减排。李慧芳等[11]认为，煤炭消费与经济增长之间存在强相关，经济增长显著影响煤炭消费的增长。鄢哲明等[12]认为，清洁技术创新和灰色技术创新均具有直接的碳强度抑制效应。张娜等[13]认为，现代科学技术可以通过升级改造传统产业、培育新兴产业以及提高管理质量与效率来促进城市产业结构升级。牛宝春等[14]认为，科技创新会显著促进低碳经济的发展，降低能耗是科技影响低碳发展的重要机制。

综上可知，现有文献集中于对低碳发展与经济社会间单向作用关系的研究，鲜有文献将两者放在同一维度分析两者间的协同关系。将两者纳入同一维度下分析更有利于深刻理解低碳经济的深层含义。针对以上文献梳理，引入Lotka-Volterra共生模型[15-17]，构建“低碳发展-环境容量-经济社会”指标体系，测度安徽省16个地级市2010-2019年低碳发展与经济社会共生指数，科学描述安徽省16个地级市低碳发展与经济社会的关系，分析全省不同区域低碳发展与经济社会的时空演变特征，以期为提高两者协调发展提供理论参考。

二、数据来源与指标体系构建

当前，低碳发展与经济社会间的协调性测度没有统一的指标体系和方法。在已有研究成果上，基于统计数据构建低碳经济协调性评价指标体系，分析安徽省低碳发展与经济社会协调性的发展趋势及时空演变特征。

(一)数据来源

研究数据来源于2010-2019年各年《安徽省统计年鉴》、各地级市统计年鉴、《中国城市统计年鉴》、各地区国民经济运行及社会发展统计公报以及各地区环保部门发布公报。缺失数据利用插值法补齐；不能直接获取的指标数据通过公式计算得到。

(二)低碳经济发展协调性评价指标体系构建

指标选取的科学性与全面性是评价区域低碳经济发展协调性的关键。结合安徽省实际情况及Lotka-Volterra共生模型的构建要求，建立包含“低碳发展-环境容量-经济社会”3个子系统的评价指标体系(表1)。

表1 低碳发展与经济社会发展协调性评价指标体系

1.低碳发展

低碳发展的本质是提高能源利用效率，其与能源消费强度和碳排放强度密切相关。能源消费强度用来衡量能源消耗与产出的比重，用单位GDP能耗、单位工业增加值能耗和单位GDP电耗表示。碳排放强度用单位GDP碳排放强度与单位能耗碳排放强度来表示，用来测算能源利用效率和碳排放效率。

2.环境容量

环境容量是低碳发展的基础，也是经济社会进步的间接体现。选取人均公园绿地面积、人均城市道路面积、人均水资源量与燃气普及率来反映当前资源环境的现状。针对资源环境现状，人类作出一系列响应用于改善环境容量。选择城市污水处理率、工业固体废物综合利用率、当年造林面积和第三产业比重4个指标来体现人类为改善环境所作出的努力。

3.经济社会

经济社会发展是低碳发展与环境容量的驱动力。在经济效益上，选取人均GDP、年末固定资产投资额、GDP增长率及城镇化率4个指标体现一个城市的发展程度和经济的增长速度。在人民生活水平上，从收入、交通和医疗3个方面选取城镇居民人均可支配收入、农村居民人均可支配收入、年末公共交通运营数量和万人卫生技术人员数来衡量居民生活是否得到保障。

三、研究方法

当前学者对区域低碳经济协调度多采用耦合协调度与脱钩模型进行分析，这种方法难以表示低碳发展和经济社会之间的相互作用，无法明晰两者失调的原因。因此，引入熵权法与Lotka-Volterra共生模型，减少主观因素影响，定量测度低碳发展和经济社会之间的相互作用以及两者之间的协调度。

(一)熵权法

与德尔菲法和层次分析法等主观赋权法相比，熵权法更具有客观性。利用信息之间的差异性进行赋权，能够更好地对结果进行解释。具体步骤如下：

1.对数据进行无量纲化处理，方法为：

(1)

2.对各个指标进行规范化处理，计算第i年第j个指标的比重Pij：

(2)

由于计算信息熵时不能出现0值，因此需要对标准化后的结果整体向右平移，即整体加上0.0001。

3.计算各指标信息熵ej：

(3)

4.计算第j项指标差异系数：

dj=1-ej

(4)

5.根据差异系数计算第j指标权重：

(5)

6.计算综合指数：

(6)

(二)Lotka-Volterra共生模型

1925年，西方学者Lotka和Volterra首次构建微分动态模型用来研究同一空间下两个物种种群间的共生关系。该模型认为在同一生态系统中，各种群都有其存在的作用及相对稳定的生存空间。在此基础上，各种群存在着与生态系统资源的竞争或共生关系，只有保有现有生态位的物种才能继续存活[18-19]。Lotka-Volterra模型的提出促进了后续生态学和生物种群关系研究的发展。Lotka-Volterra模型如下：

(7)

(8)

式(7)和(8)中，N1(k)和N2(k)分别是种群S1和S2的数量；K1和K2分别是种群S1和S2的环境容纳量；r1和r2分别是种群S1和S2的增长率；α是种群S2对种群S1的竞争强度系数，β是种群S1对种群S2的竞争强度系数。基于Lotka-Volterra模型构建低碳发展系统与经济社会系统共生模型：

(9)

(10)

其中，F(k)是经济社会系统综合水平，F(k)是低碳发展系统综合水平，C是环境容量；rF是经济系统增长率，rE是生态系统增长率；α是低碳发展系统对经济系统的竞争系数，β是经济系统对低碳发展系统的竞争系数。将上述公式离散化可得：

(11)

(12)

求解可得：

(13)

(14)

其中：

(15)

(16)

参照张智光等[20]对共生关系的研究，在竞争系数α和β基础上可得到低碳发展和经济社会系统的受力方向，并据此构造出共生受力指数SF(k)和SE(k)。

(17)

(18)

进一步构造出低碳发展-经济社会复合子系统的综合特征指数，即共生度指数S(k)：

(19)

图1 低碳发展与经济社会发展共生协调状态的等级判断模型

表2 低碳发展与经济社会发展协调性状态划分

四、结果分析

基于Lotka-Volterra共生模型测算2010-2019安徽省低碳经济发展相关指数及16个地级市的低碳经济发展协调性，深入分析区域低碳经济协调性发展现状及差异性。

(一)安徽省低碳发展与经济社会基本指数计算结果分析

通过公式(1)～(5)计算出指标权重，将标准化之后的数据与权重带入公式(6)中，计算出安徽省2010—2019年低碳发展、环境容量和经济社会发展基本指数(表3)。

表3 2010-2019年安徽省低碳发展与经济发展基本指数测度结果

从表3可见，安徽省低碳发展指数逐年递增，但仍处于较低水平。追溯原始数据可得，安徽省造林面积和人均公园绿地面积不断增加，这使得安徽省生态固碳放氧功能得到有效提升，促进了环境的良性循环。但自2004年以来，以电力、冶金、化工、钢铁、水泥和石油加工为主的工业成为安徽省主导产业，这导致全省碳排放量与能源消费不断上升，低碳发展进程缓慢。2010-2017年，安徽省环境容量指数稳步上升，但近几年出现波动现象，环境问题不容乐观。究其原因，主要是经济社会的发展必然会消耗自然资源。因此，安徽省一方面应加强污染治理，另一方面要注重植树造林，提高每年造林面积、人均公园绿地面积与城市污水处理率，增加环境容量。安徽省经济社会发展指数由2010年的0.074增长到2019年的0.463，增长幅度大。这一方面得益于2008年以来全国经济形势整体高速发展给安徽省带来了发展契机，安徽省的城镇化进程不断加快，第三产业比重、人均可支配收入和固定资产等经济驱动因素增长明显；另一方面是在国家批准的中部崛起战略和皖江城市带承接产业转移示范区等相关政策的引领下，安徽省大力发展第三产业，产业结构由“重”向“轻”发展，区域绿色经济增长更有活力。

(二)安徽省低碳发展与经济社会综合特征指数计算结果分析

将低碳发展、环境容量和经济社会的基本指数带入式(17)～(19)中，得到低碳发展和经济社会的受力指数以及两者之间的共生指数(图2)。

图2 2011—2019年安徽省低碳发展与经济社会发展协调指数

由图2可知，2011、2012、2014和2019年安徽省低碳发展系统受力指数为正，其余年份为负值，这表明经济社会发展对生态环境存在积极和消极影响，且消极影响更为显著。2012年，经济社会系统受力指数为负值，即处于经济社会系统单害模式，其余各年均为正值，这表明大多数时候低碳发展系统对经济社会系统的作用力为正，对经济社会的发展起到增益作用。综合来看，2011、2014和2019这3年中，安徽省的低碳发展受力指数、经济社会受力指数和共生协调指数均为正值，此3年低碳发展系统与经济社会发展系统处于共赢状态，经济增长与生态环境良性互动。2012年，低碳发展与经济社会两系统处于经济社会系统单害模式，这说明由于要求低碳发展效率达到高标准，因此导致未达标生产活动停止，环境保护以牺牲部分经济为代价。2013年和2015—2018年安徽省处于低碳发展系统单害模式，这说明经济社会的发展会导致低碳发展的压力增大，长此以往，会造成环境的恶化。

(三)安徽省16个地级市低碳经济协调度分析

基于2010—2019年安徽省16个地级市数据，测度其低碳发展与经济社会受力指数及共生指数，结合表2中的分级标准，对16个地级市的低碳发展与经济社会发展协调性进行分级(表4)。

表4 16个地级市低碳发展与经济社会协调度分级

利用ArcGIS10.8软件，分别将2011年、2015年和2018年安徽省各地级市低碳发展与经济社会协调度分级结果进行可视化表示(图3～5)。

表4(续)

图3 2011年安徽省16个地级市低碳发展与经济社会协调度分布

图4 2015年安徽省16个地级市低碳发展与经济社会协调度分布

图5 2018年安徽省16个地级市低碳发展与经济社会协调度分布

从上图可以看出，2011-2018年，安徽省16个地级市低碳发展与经济社会协调度的整体状态向好发展，亳州市、滁州市、宿州市、阜阳市、安庆市和芜湖市的低碳发展与经济社会协调度状态改善明显，淮南市低碳发展与经济社会协调度恶化显著。2011年，亳州市、宿州市、滁州市、阜阳市和安庆市的低碳发展与经济社会协调度不容乐观，其中：亳州市、宿州市和滁州市是资源型城市，长期以来经济社会发展依赖于矿产资源，单位GDP碳排放和单位能耗碳排放指标处于较高水平，环境压力大。为响应国家可持续发展理念，安徽省各市开始重视节能减排和生态环境保护。2011-2018年，亳州市、宿州市和滁州市的固体废物利用率、污水处理率及植树造林面积等指标快速提升，低碳发展与经济社会协调度有所改善，但离低碳发展与经济社会的良好协调发展仍有一定距离。若持续发展新兴产业和优化产业结构，则有机会达到良好协调发展状态。安庆市自然环境优越，森林覆盖率达40%，近年来重点发展旅游业，工业化程度低，经济社会的发展给低碳发展带来的压力逐渐变小。芜湖市自2010年成为《皖江城市带承接产业转移示范区规划》中示范区的重要城市[24]以来，其单位GDP碳排放降低了43.13%，第三产业比重、人均GDP及城镇化率呈上升趋势，低碳发展和经济社会受力指数均为正，低碳发展与经济社会两系统处于相互增益状态。2011-2018年，阜阳市同时推进城镇化与环境保护，没有以牺牲其中一方发展另一方。2018年，仅淮南市处于中度失调衰退阶段。分析原始数据可知，在绿色低碳的约束下，依赖煤炭资源的淮南市GDP增长缓慢，甚至有出现负值的年份。可见，牺牲环境带来的收益已难以弥补生态环境恶化带来的负面影响。

安徽省低碳发展与经济社会协调度区域差异明显，皖南地区的协调度优于皖中和皖北地区。皖北地区大多是资源型城市，多年来依赖能源开发和发展工业带动区域经济发展，给环境带来极大的损耗。2016年，安徽省出台《安徽省“十三五”生态保护与建设规划》，2018年，安徽省发布《关于全面加强生态环境保护坚决打好污染防治攻坚战的实施意见》，在这些生态强省政策之下[25]，皖北地区放弃“先污染，后治理”的老路，注重“环境-经济”共同发展，低碳发展与经济社会的协调性得到明显改善。皖中地区以合肥市为中心，积极推动“合肥都市圈”高质量健康发展，马鞍山市、芜湖市和滁州市等城市的低碳发展与经济社会协调度处于良好协调发展状态。皖南地区自然条件优越，近年来积极发展旅游业，这也带来了人口密度、交通压力和生活垃圾等一系列环境问题，政府应合理开发旅游资源，重视环境保护，实现低碳发展与经济社会协调度向良好协调阶段发展。

五、结论与建议

基于上述实证分析，得出如下研究结论和建议。

(一)结论

第一，2010-2019年，安徽省低碳发展指数不断上升，但仍处于较低水平，经济社会发展指数增幅明显。2011年和2014年安徽省低碳发展与经济社会两系统互利共生，2012年安徽省低碳发展与经济社会两系统处于经济社会系统单害模式，其余年份均处于低碳发展系统单害模式，碳减排压力较大。

第二，安徽省低碳发展与经济社会协调性区域差异明显，皖南地区优于皖中和皖北地区。2011-2018年，皖南地区低碳发展与经济社会协调度整体保持在良好水平，但由于近年来大力发展旅游经济，因此环境状况受到一定影响；皖中地区安庆市和滁州市的低碳经济协调性改善显著；2011年，皖北地区低碳发展与经济社会协调性不容乐观，但至2018年有了明显改观。

第三，安徽省16个地级市中绝大多数城市低碳发展与经济社会协调性向好发展。亳州市、滁州市、宿州市、阜阳市、安庆市和芜湖市的低碳发展与经济社会协调性得到不同程度改善，仅有长期依赖煤炭发展经济的淮南市低碳发展与经济社会协调性恶化显著。

(二)建议

针对上述结论，要提升安徽省低碳发展与经济社会协调性应从以下方面着重开展工作。

1.鼓励科技创新，克服能源依赖

在大力开发先进技术的过程中，既要强调“绿色导向”，也要关注“经济高效”，加速能源经济转型为绿色低碳经济，促进经济社会发展与碳排放脱钩。

2.发挥区域特有优势，确保“环保-经济”同时发展

皖南地区应充分发挥优越的地理位置和自然资源优势，注重环境保护，以绿色旅游带动经济增长，确保“环保-经济”同时发展；皖中四市要积极利用经济优势扩大“合肥都市圈”辐射范围，扩大区际间科技、人才与技术的集聚效应和规模效应；皖北地区须克服资源依赖，加强与浙江地区和江苏北部的交流与合作，推动产业转型升级，为低碳经济增速提效。

3.建立碳基经济体系，加强宏观调控

安徽省各地要根据自身发展现状与环境容量匹配区域资源禀赋，虑及其他政策与发展目标，寻求环境规制与经济发展之间的协调路径。政府通过财政补贴、税收和价格调控等手段鼓励企业积极整改，履行环境和社会责任，建立碳基经济体系，提高民众生活幸福感。

综上，该研究引入耦合指标体系法和特征指数法的Lotka-Volterra共生模型，既得到明确的低碳发展指数和经济社会指数，又验证了“低碳发展与经济社会”的协同关系，为安徽省生态文明建设提供实证依据。此外，基于时间和空间维度探究安徽省各市低碳发展与经济社会两系统的协调度，揭示其时空演变规律及空间联系，有利于安徽省各市在制定政策时打破传统“定点施策”的固定思维，发挥中心城市的辐射和带动作用，“分区-分级”精准治理不同城市，推动安徽省低碳经济发展的路径设计。后续研究可从以下两个方面完善：一是进一步完善现有指标体系，结合研究区的发展现状选择具有包含地域特征的指标；二是探究影响区域低碳经济协调性的主要因素，促进安徽省实现低碳发展与经济社会的平衡发展。