山东邹平市自然生态与社会经济系统耦合协调研究

赵晓帅 王宜成

（1.邹平市生态环境监控中心，山东邹平 256200；2.青岛农业大学资源与环境学院，山东青岛 266109）

1 引言

黄河流域生态保护和高质量发展是重大国家战略，《黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要》明确指出，到2030 年，黄河流域逐步形成生态共治、环境共保、城乡区域协调联动发展的格局［1］。邹平市位于鲁西北，北靠黄河，其社会经济近年来实现了快速发展，地区生产总值从2011 年的632 亿元迅速增长到2017 年的898 亿元，与此同时，其生态环境保护工作面临巨大的压力，主要大气污染物SO2的排放量从2011 年的3.56 万t 增长到2016 年的8.56 万t，生态环境与社会经济的矛盾日益突出。本文选择静态耦合与动态耦合相结合的方法，分析研究邹平市社会经济发展与自然生态之间的耦合程度及发展规律，以期为该市经济与环境政策的制定提供重要的理论基础和数据支撑，实现黄河流域生态保护和高质量发展。

2 研究方法

2.1 评价指标体系构建

根据邹平市社会经济与自然生态的实际，借鉴相关研究成果［2］，构建经济与环境综合评价指标系统［3］。指标体系由自然生态系统和社会经济系统组成，其中，自然生态系统选取年均降水量和SO2排放量等10 个指标，社会经济系统选取地区生产总值和固定资产投资额等10 个指标，见表1。

表1 邹平市生态与经济耦合协调发展指标体系

2.2 数据来源与处理

本研究以2011—2020 年为研究时段，数据来源于《邹平市统计年鉴》《邹平市国民经济和社会发展统计公报》。

本文主要采用极差变换法［4］对各指标进行量化［5］，公式如下：

式中，xij表示系统指标的原始值；maxxij，minxij分别表示第j 个指标第i 年的最大值和最小值；Xij为指标标准化值，其值介于0～1 之间。通过极差变换法分别得到社会经济系统的标准化值xi和自然生态系统的标准化值yi。

2.3 耦合协调度模型

耦合是指多个系统之间相互作用并彼此影响的现象和程度［6-7］。社会经济系统和自然生态系统的耦合关系主要表现为两系统内各指标之间相互作用的演化趋势［8］。

2.3.1 指标权重测算

本研究采用熵值法计算各个指标的权重，各指标的信息熵（Ej）公式为：

各项指标的权重（wj）公式为：

式中，pij为第j 个指标第i 年指标值的比重；m 为某项指标的个数；k 为各个子系统的指标数。

通过上述2 个公式计算得到社会经济系统指标权重（ai）和自然生态系统指标权重（bi）。

2.3.2 综合评价指数测算

综合评价指数测算公式如下：

式中，F（x）为社会经济系统的综合评价指数。

式中，F（y）为自然生态系统的综合评价指数。

2.3.3 耦合协调度计算

耦合协调度计算公式如下：

式中，C 为两系统的耦合度；T 为两系统的综合发展指数，g 和h 分别为社会经济系统与自然生态系统在评价指标体系的权重，取值均为0.5；D 为复合系统的耦合协调度。借鉴已有研究文献［6］，邹平市社会经济发展与生态环境的耦合协调类型见表2。

表2 邹平市社会经济与自然生态耦合协调类型

2.4 剪刀差方法

剪刀差方法可用来反映社会经济系统和自然生态系统的综合评价指数的变化趋势差异性［9］。本研究利用剪刀差方法对社会经济发展与自然生态的变化速率构建切线夹角α。α 值越大，表示F（x）与F（y）两条曲线变化趋势之间的差异越大。

式中，V（x）与V（y）分别为F（x）与F（y）的变化速率。

3 结果与分析

3.1 邹平市社会经济系统与自然生态系统综合发展指数分析

3.1.1 社会经济系统综合指数

2011—2020 年邹平市社会经济系统综合发展指数变化趋势见图1。

图1 2011—2020 年邹平市社会经济系统综合发展指数变化趋势

由图1 可知，邹平市社会经济系统综合发展指数在研究期间整体呈波动上升而后逐步下降的变化趋势，2011—2017 年邹平市社会经济系统指数由0.270 1 波动上升到0.706 1，经济实力明显提升，而后社会经济系统指数由2017 年的0.706 1 下降到2020 年的0.317 3，说明该时期内社会经济整体面临的压力加大。

社会经济系统分类指标中，经济运行指数整体呈波动上升而后逐步下降的变化趋势，这主要源自邹平市2018 年和2019 年开展新旧动能转换，淘汰了部分“两高”项目及落后产能；社会发展指数整体呈波动缓慢上升的变化趋势，2013 年指数下降明显主要源自当年社会从业人员和卫生机构床位数减少。

3.1.2 自然生态系统综合指数

2011—2020 年邹平市自然生态系统综合发展指数变化趋势见图2。

图2 2011—2020 年邹平市自然生态系统综合发展指数变化趋势

由图2 可知，邹平市自然生态系统综合发展指数在研究期间整体呈波动上升的变化趋势，2011—2014 年邹平市自然生态系统指数由0.258 9 上升到0.654 0，说明该时期生态功能的作用逐渐发挥作用，使得生态指数明显增加；2015—2016 年自然生态系统指数连续下降到0.429 8，说明该时期内生态环境整体面临的压力加大；2017—2020 年自然生态系统指数值又上升至0.797 2，说明生态环境质量明显改善。

自然生态系统分类指标中，生态环境指数呈现出波动上升的演变趋势，其中2015 年和2016 年下降明显，主要源自工业废水排放量和SO2排放量上升，以及工业固废综合利用率下降；自然资源指数呈现先上升后缓慢下降的演变趋势，主要是2019—2020 年林地面积和人均绿地面积下降所致。

3.2 社会经济与自然生态耦合协调度

2011—2020 年邹平市社会经济系统与自然生态系统耦合协调度变化趋势见图3。

图3 2011—2020 年邹平市社会经济系统与自然生态系统耦合协调度变化趋势

由表2 可知，耦合协调度的数值越大，表明自然生态系统与社会经济系统耦合协调发展程度越高。由图3 可知，邹平市社会经济系统与自然生态系统的耦合协调度在2011—2013 年属于轻度失调型；2014—2017 年为濒临失调型；2018—2020 年为勉强失调型。10 年间，邹平市社会经济系统与自然生态系统的耦合协调度水平由0.323 6 增长至0.596 6，整体在向好的方向转变，经历了从轻度失调到濒临失调再到勉强失调的过程，说明邹平市生态环境与经济发展的耦合协调性有所改善。

3.3 社会经济系统与自然生态系统演化剪刀差

以2011 年为基准年，2012—2020 年邹平市社会经济指数与自然生态指数增长速率见图4。

图4 2012—2020 年邹平市社会经济指数与自然生态指数增长速率

以2011 年为基准年，2012—2020 年邹平市社会经济系统与自然生态系统演化速率剪刀差见图5。

图5 2012—2020 年邹平市社会经济系统与自然生态系统演化速率剪刀差

由图4～5 可知，以2011 年为基准年，2012—2020 年邹平市社会经济系统的演化速率呈缓慢波动上升趋势，自然生态系统的演化速率呈波动下降趋势，两系统的演化速率的差异越来越大，剪刀差呈平稳波动上升趋势，大体在0.418 0～0.428 0 之间波动，说明两系统发展演化速率的差异基本维持在稳定水平。

4 讨论

本文选择静态耦合与动态耦合相结合的方法，利用耦合协调度模型和剪刀差方法，对邹平市的经济与环境的协调发展状态和二者的发展速度差异进行分析判断，为当地制定经济与环境协调发展的政策体系提供了重要理论基础和数据支撑。

研究结果表明：（1）邹平市社会经济系统综合水平整体呈波动上升而后逐步下降的变化趋势，自然生态系统综合水平呈波动上升的变化趋势，前者发展速度总体上快于后者。（2）经济与环境的协调发展度在研究期内不断提高，由0.323 6 增长至0.596 6，整体在向好的方向转变，经历了从轻度失调到濒临失调再到勉强失调的过程，说明邹平市生态环境与经济发展的耦合协调性有所改善。（3）经济与环境系统演化速率的剪刀差呈平缓波动上升趋势。

社会经济与生态环境耦合协调度同经济发展和生态环境建设密切相关，经济发展水平和生态环境建设水平直接影响二者耦合协调发展的程度。因此，邹平市未来应着重关注经济与环境的协调发展。经济方面，加快新旧动能转换，创新经济活力和提高经济效益；环境方面，加强环境治理，大力发展环保产业，持续改善环境质量。邹平市自然生态与社会经济系统耦合协调研究可为区域可持续发展提供科学依据，有助于邹平实现黄河流域生态保护和经济高质量发展。