黄河流域经济高质量发展与生态环境耦合协调的时空演化

张芷若,肖喜萌

(吉林建筑大学经济与管理学院,长春 130119)

随着黄河流域生态保护和高质量发展上升为重大国家战略[1],在推动全流域经济高质量发展的同时,强化流域生态环境保护也同等重要。因此,对黄河流域经济高质量发展与生态环境的耦合协调发展水平进行科学评估,是实现流域可持续发展的重要条件。

经济与环境的协调发展一直是社会关注的重点问题,国内学者对于经济与环境关系的研究也日益增多,研究成果颇丰,主要体现在研究尺度、研究范畴和评价模型上。研究尺度覆盖全国[2]、各省份[3-4]乃至江河流域[5-6]等;研究范畴涵盖了旅游经济[7]、农业经济[8]和工业经济[9]等多角度,以此研究其与生态环境的耦合协调程度;评价模型也开始从单一模型向多元模型过渡。例如,魏振香和史相国[10]采用面板向量自回归(panel vector autoregression,PVAR)模型考察生态可持续与经济高质量发展的互动关系;刘伟明等[11]运用熵值法测算各地的环境质量,并使用空间杜宾模型对长江经济带环境质量与经济增长的相互关系及空间效应进行实证研究;冯丽媛等[12]通过综合运用熵值法、耦合协调度及空间自相关分析等方法,在时间和空间两个维度上对宁夏地区经济高质量发展、生态环境保护及两者耦合协调关系进行研究。

综上,不同学者针对经济与生态环境的关系开展了大量的实证研究,但依旧存在一些不足。从研究视角看,多数学者关注的是经济与生态环境的协同关系,而对经济高质量发展和生态环境问题的关注较少;在研究内容方面,已有研究中较少对黄河流域经济高质量发展与生态环境耦合协调的影响因素进行更深层次的探讨,无法为该流域不同区域之间的协调发展提供重要借鉴。鉴于此,选取黄河流域9省区作为研究区域,以2008—2021年为时间区间,科学评估其经济高质量发展和生态环境的综合发展水平、耦合协调发展状况,并深入剖析不同地区系统耦合协调度的障碍因子,为摸清黄河流域发展现状、推进该流域生态环境保护和经济高质量发展提供决策依据。

1 研究方法

1.1 数据标准化处理

黄河流域经济高质量发展与生态环境体系较为复杂,各系统指标原始数据的计量单位和指标属性不同,指标之间存在比较标准不统一、比较结果不准确的问题。为了统一比较标准以及确保结果具有可比性,采用极值标准化法对所选指标进行标准化处理,公式为

(1)

(2)

式中:Xij为第i个评价对象第j个指标的原始数值;X′ij为对原始数据Xij进行标准化处理后的值;maxXij、minXij分别为评价对象指标的最大值和最小值;i=1,2,…,m;j=1,2,…,n。

1.2 综合评价指数模型

综合评价指数能够反映系统的发展状态,指数越大,表明系统的发展水平越好。在熵值法赋权[13]的基础上,运用线性加权法测度黄河流域经济高质量发展与生态环境系统的综合评价指数,公式为

(3)

(4)

式中:U1、U2分别为经济高质量发展系统综合发展指数、生态环境系统综合发展指数,反映了各指标对系统的贡献程度;Wij为各评价指标权重。

1.3 耦合协调度模型

“耦合”一词在物理学中率先被使用,它是用来描述两个或更多的系统在发展进程中彼此作用和影响的程度。鉴于黄河流域经济高质量发展与生态环境存在相互作用关系,利用耦合度仅能衡量其相互影响程度,而不能真实地反映各个系统的发展状态,进而引入耦合协调度模型,使其既能反映黄河流域系统间的彼此作用关系,又可以判断系统间的协调发展水平。具体计算公式为

(5)

(6)

式中:C为耦合度;D为耦合协调度;T为两系统的综合发展指数,其取值范围为[0,1],它反映的是两系统的整体协同程度;α、β为待定系数,且α+β=1,在这里,视经济高质量发展和生态环境同等重要,则α=β=0.5。

为了更直接地反映经济高质量发展与生态环境的耦合协调水平,将耦合协调度分为8种类型(表1)。

表1 耦合协调度类型划分

1.4 障碍因素识别

为了进一步识别各评价指标对黄河流域经济高质量发展与生态环境耦合协调度的影响程度,利用障碍度模型对两系统耦合协调的障碍因子进行测算及诊断,障碍度数值越低,则说明该项指标对耦合协调度的阻碍作用越小。具体计算方法为

(7)

式中:Hj为第j项指标对经济高质量发展与生态环境耦合协调的障碍度;1-X′ij为指标的偏离度,它反映的是指标X′ij与最优目标值1之间的差距。

2 评价指标体系构建与数据来源

2.1 指标体系构建

结合黄河流域发展的实际情况,在参考相关研究成果的基础上[14-21],遵循科学性、系统性、数据可得性等原则,构建黄河流域经济高质量发展与生态环境耦合评价指标体系,并用较为客观的熵值赋权法确定各指标权重(表2、表3)。在经济高质量发展指标选取上,从经济发展水平、经济发展效率、经济发展潜力、经济结构优化以及发展成果共享5个方面共17项指标测算经济高质量综合发展水平。生态环境指标的选取是建立在PSR(压力-状态-响应)模型基础之上的,从压力-状态-响应3个维度出发,构建生态环境压力、生态环境状态、生态环境响应3个层次共9个指标的生态环境综合水平的评价指标体系。

表2 经济高质量发展评价指标体系及指标权重

表3 黄河流域生态环境评价指标体系及指标权重

2.2 数据来源

选取2008—2021年青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、山西、河南、山东9个省区的相关数据开展研究。所需数据来自《中国统计年鉴》(2009—2022年)、《中国环境统计年鉴》(2009—2022年)、《中国城市建设统计年鉴》(2009—2022年)以及各省区统计局公布的相关数据。

3 结果分析

3.1 黄河流域经济高质量发展与生态环境发展水平分析

采用综合评价指数模型测算2008—2021年黄河流域经济高质量发展和生态环境各子系统以及整体发展的综合评价指数(图1、图2)。从图1可以看出,2008—2021年黄河流域经济高质量发展综合指数呈连年直线上升趋势,由2008年的0.151 2上升至2021年的0.460 3。其中,经济发展水平、经济发展活力、经济结构优化及发展成果共享均呈现向好的发展态势,只有经济发展效率在2012—2016年出现了小幅下降,这是因为在国内与国外的宏观经济都出现整体低迷态势的背景下,我国的经济进入了调整阶段,经济运行下行压力有所增加,经济增速在一定程度上呈现出适应性的调整回落。后随着全球经济形势有所改善,以及我国供给侧结构性改革进入深化之年,我国经济在转型发展的态势上逐渐稳固,黄河流域经济高质量发展取得了长足的进步。

图1 2008—2021年黄河流域经济高质量发展水平变化

图2 2008—2021年黄河流域生态环境水平变化

从图2可以看出,在研究期内,黄河流域生态环境综合指数大致呈波动上升态势。从2008年开始,数值由0.348 9增长到2014年的0.484 4,尤其是自2012年起,增幅明显变大。究其主要原因在于党的十八大以来,我国对生态文明建设给予高度关注,并把生态文明建设列入“五位一体”的总体布局之中,这在一定程度上减轻了生态环境的负担,推动生态文明建设取得了积极成效;2015年,受生态环境响应指数影响,生态环境综合指数出现下降;2015—2016年,黄河流域的生态环境总体状况得到了较好的恢复,综合指数出现小范围回升,回升至0.487 3后生态环境系统发展趋于稳定,这与黄河流域实施重大生态环境修复工程、全面推进污染防治有关。但由于后期数值趋于稳定甚至有小幅度下降的趋势,生态环境将有可能陷入停滞状态,在未来甚至会面临衰退的风险。

3.2 耦合协调度时空发展分析

3.2.1 耦合协调发展的时序分析

运用式(5)、式(6)计算黄河流域各省区经济高质量发展与生态环境两个系统之间的耦合协调发展水平,结果见表4。从表4中数据可以看出,2008—2021年黄河流域9省区的耦合协调度大体上呈增加趋势,从2008年的0.333 4上升至2021年的0.472 5,全流域耦合协调度经历了从轻度失调衰退到勉强耦合协调的演变。这可能是因为经济高质量发展可以为生态环境的建设提供资金支持,而生态环境的改善所产生的经济效益和社会效益又会反馈于黄河流域经济发展上,从而强化黄河流域的耦合协调度。分阶段来看,第1阶段为2008—2014年,耦合协调度呈稳步增长,从0.333 4增至0.427 3,黄河流域从轻度失调衰退转变为勉强耦合协调;第2阶段为2014—2015年,在这一时段,黄河流域整体的耦合协调度出现小幅下降,由0.427 3下降至0.424 4;第3阶段为2015—2021年,耦合协调水平出现回升并不断上升,在这一时期,出现了两个最值,即山东省在2017年的耦合协调度达到了流域范围内的最高值以及全流域整体的耦合协调度在2021年达到研究期内的最大值,但黄河流域耦合协调度仍未达到很高的水平,依旧处于勉强耦合协调状态。在这12年的时间里,黄河流域生态环境与经济高质量发展虽然取得了一些成绩,但因变化幅度并不大,表明两个系统的耦合协调发展还存在一定上升的空间。

表4 2008—2021年黄河流域9省区经济高质量发展与生态环境的耦合协调度

3.2.2 耦合协调发展空间格局分析

为进一步观察黄河流域经济高质量发展与生态环境耦合协调度的空间格局变化,以2008年、2014年、2021年为代表年份,通过可视化处理揭示黄河流域9个省区耦合协调度的时空演变规律(图3)。可以看出,黄河流域耦合协调度空间分布不均,省区空间差异十分明显。2008年,山东省已经步入勉强耦合协调状态,山西、内蒙、河南、四川、陕西、宁夏均为轻度失调衰退,甘肃和青海两个省份处于中度失调衰退;2014年,大部分省区耦合协调度都实现了升级,进入勉强耦合协调行列,甘肃和青海耦合协调度也从中度失调衰退演化为轻度失调衰退,而山东成为唯一进入初级耦合协调状态的省份,表明其经济高质量发展与生态环境之间存在着良好的协同效应,这主要的原因是山东省是黄河流域唯一的沿海城市,凭借着得天独厚的区位优势,在“转方式调结构”取得积极进展,通过对传统产业进行调整,蓬勃发展战略性新兴产业,使得经济结构更加优化,特别是“十一五”规划提出以来,更是把发展循环经济为主线,山东省创建“两型社会”效果明显;2021年,各个省份的耦合协调度均得到提升,河南、四川耦合协调类型成功从勉强耦合协调过渡到初级耦合协调,青海省的耦合协调度在整个流域处于比较低的状态,直到2021年还一直处于失调衰退状态,主要在于青海省经济发展相对落后,传统产业转型升级步伐滞后,尽管近几年通过一系列的措施促进了经济的发展,但它是建立在巨大的生态资源基础之上的,经济发展的同时对生态环境造成更大的压力,而生态环境也不能充分消化和吸收经济发展的成果,经济与环境不能实现协调发展。

3.3 障碍因素分析

为了更好地诊断黄河流域经济高质量发展系统与生态环境系统的影响因素,根据障碍度模型计算2008—2021年黄河流域9省区经济高质量发展与生态环境耦合协调系统各项指标的障碍程度,并根据所得结果筛选出各省区排名前5的障碍指标(表5)。从表5中数据可知,工业污染治理投资额E9成为影响全流域经济高质量发展与生态环境耦合协调最主要的障碍因子,障碍度均值为18.10%,R&D经费投入强度D9和R&D人员全时当量D8位居其后,因此,黄河流域在未来发展中应该在生态环境方面多下功夫,尤其是要加大对工业污染的治理,以提高整体的耦合协调度,实现黄河流域的可持续发展。创新是推动经济高质量发展的首要驱动力,R&D经费的投入强度反映了一个地区自主创新投入水平及科技资源的布局配置情况,R&D人员全时当量体现了对自主创新人力方面的投资规模和力度,而黄河流域经济基础薄弱,科技创新能力不足,限制了经济与生态环境的良性互动,亟需加强对黄河流域不同省份的研发投入,培养创新型科技人才,促进区域经济高质量发展。森林覆盖率E4虽未能成为影响黄河流域耦合协调度排名前3的障碍因子。但它却是影响耦合协调度最高省份山东省的首要障碍因子,这也反映了地区受自然条件的影响较大,所以,在发展经济的同时应健全生态保护机制,加强对自然资源的合理开发利用和有效保护。由于黄河流域各省区耦合协调度水平不一,耦合协调发展水平的影响因素也存在差异,有必要根据各省区的发展特点“对症下药”,以减少阻碍效果。

4 结论与建议

以黄河流域9省区作为研究对象,通过综合发展评价模型、耦合协调度模型、障碍度模型等方法测算黄河流域2008—2021年经济高质量发展与生态环境的发展水平及耦合协调度的时空演变,并结合障碍度模型鉴别影响耦合协调关系的障碍因子。研究结论如下。

(1)从黄河流域各子系统以及整体发展的综合评价指数看,2008—2021年经济高质量发展呈现直线上升趋势,生态环境发展由于在2015年受生态环境响应指数影响略有下降,发展呈波动上升态势。

(2)从耦合协调度来看,2008—2021年黄河流域经济高质量发展与生态环境的耦合协调度呈现上升趋势,但变化幅度并不高,经历了从轻度失调衰退到勉强耦合协调的演变;在空间格局层面,耦合协调度地区分布不均,山东省的耦合协调度最高,青海省的耦合协调度在整个流域处于比较低的状态,全流域耦合协调度空间差异明显。

(3)从障碍因子识别来看,工业污染治理投资额、R&D经费投入强度、R&D人员全时当量成为影响黄河流域耦合协调的主要障碍因子,其中,工业污染治理投资额的影响最强。但由于各省区发展情况不同,影响耦合协调发展水平的因素也存在差异,各省区应根据自身情况,有针对性地采取相应措施以减少阻碍效果。

在黄河流域生态保护和高质量发展上升为重大国家战略的新形势下,黄河流域各省区应结合自身发展情况,制定适用于自身的发展策略,尤其是在经济稳步增长而生态环境可能面对停滞发展甚至是衰退风险的情形下,更要做到经济高质量发展与生态环境保护“两手抓”。一方面,黄河流域各省区要加强对工业污染物排放的控制和监管,同时,提高地区研发经费在减污治污相关技术的投入水平,减少工业经济发展对生态环境的破坏;另一方面,加快转变经济发展方式,将绿色理念融入产业结构发展,建设可持续发展的绿色产业。二者“双管齐下”,加强经济高质量发展与生态环境的协调发展水平,将“既要金山银山,又要绿水青山”落到实处,促进黄河流域的可持续发展。