经济与生态环境协调发展的条件和评价模型

经济与生态环境协调发展的条件和评价模型

1不同类型环境经济学中的耦合经济理论如果区域经济和生态环境系统协调发展，协调发展，将有助于区域可持续发展，具有重要的现实意义。1980年3月5日联合国大会向世界发出了确保全球持续发展的呼吁后,我国在1995年召开的“全国资源环境与经济发展研讨会”上提出了“可持续发展的根本点就是经济社会的发展与资源环境相协调,其核心是生态与经济相协调”。区域经济与生态环境系统之间呈现一种非线性、不连续的相互关系,这种非线性、不连续的相互关系构成了生态经济系统非平衡稳态,成为生态学和经济学研究的热点。国内外学者主要从经济和生态环境协调发展的条件和评价两方面进行了研究。20世纪70年代开始,国外一些经济学家借助于经济增长理论模型来探讨经济与环境协调发展的条件。按照模型的特点可以分为两类:新古典增长模型和内生增长模型。Solow和Stiglitz等元老级环境经济学家运用新古典增长模型对自然资源的最优开采、利用路径进行了分析,得出了比较乐观的结论。20世纪80年代中后期,伴随着内生经济增长理论的发展,一些经济学家开始将环境污染引入到内生经济增长模型中,试图回答在自然资源和环境的约束下,经济与环境可协调发展条件问题,代表人物有Gradus和Smulders,Stokey等。与此同时,另一些学者则对经济与环境的关系展开了评价研究。具体的评价模型有:(1)投入产出模型:Cumber和Daly将Leontief的投入产出模型应用于经济行为和环境相关性研究,随后Leontief本人发展了投入产出模型的应用,开创了环境和经济关系研究的新领域。(2)EKC模型:1991年,美国学者Grossman和Krueger最先提出环境库兹涅茨曲线(EnvironmentalKuznetsCurve,简称EKC),该理论认为,经济增长与环境质量之间呈倒“U”型关系,即随着经济发展和收入水平的提高,环境质量先破坏后好转,随后很多学者用EKC模型进行了实证研究。(3)综合评价模型:由于环境经济系统具有多变量、多层次的特点,单项评价方法难以奏效,于是很多学者常采用主成分分析法、回归分析法、层次分析法和模糊数学等方法构建综合评价模型评估价环境与经济的协调状况。经济与生态环境协调发展有“共同发展,持续发展”的涵义,但协调发展并不意味着“平等发展”,而是相互促进、耦合协同的发展。近年来,许多学者应用耦合理论研究经济与环境的协调发展问题。左其亭等建立了社会经济-生态环境耦合系统动力学模型;宋红丽等基于耦合理论探讨经济-环境系统影响因子的协调程度,建立区域经济-环境系统耦合度模型。许振宇等、贾士靖等分别对湖南省生态-经济系统的动态耦合状态、农业生态环境与经济发展的耦合关系进行了研究。大多数学者研究的是静态耦合问题,对动态耦合研究得较少。本文在分析区域经济与生态环境系统交互耦合关系的基础上,运用系统科学理论建立区域经济与生态环境协调发展的动态耦合模型,并以江苏省1995～2007年的数据为支撑,对江苏省经济与生态环境协调发展的动态耦合规律进行实证研究,以期对推进江苏省经济与生态环境的协调发展有所裨益。2两国经济系统的交互胁迫耦合作为物理学概念,是指两个或两个以上的体系或运动形式之间通过各种相互作用而彼此影响的现象。按照耦合理论,区域经济和生态环境系统的耦合关系是经济系统与生态环境系统之间、系统内各要素之间交互胁迫、交互依存关系的客观表征,它刻画了某一时点区域系统的演进态势或趋向。一定状态下,生态环境系统的供容能力、抵御外部干扰的能力是有限的,这就决定了经济发展速度过快会损害生态系统正常的支撑功能,生态环境系统则通过自然灾害、环境污染、资源短缺和政府干预等一系列反馈形式制约经济发展并减缓其发展速度。经济与生态环境之间存在密切的内在联系,两系统之间不断进行着物质与能量的交换,即生态环境中的物质能量作为原材料投入到经济系统中,转化成各种具有使用价值的产品以及“三废”物质(废水、废气和废渣),有使用价值的产品使用后形成的废弃物以及“三废”物质最终都会流回自然环境,在自然环境中进行另一次转化,其中一部分被回收利用,成为自然资源,另一部分成为自然环境的污染物,如图1所示。在此过程中,经济系统和生态环境系统相互影响,产生交互胁迫作用。一方面,人们从自然界获取生产资料进行经济活动,因经济生产活动而产生的直接或间接的废弃物一定程度上可以被环境容纳和净化,但若超过了生态环境系统的承载能力,就会造成环境污染,生态环境恶化,进一步会阻碍经济的健康发展;另一方面,当环境系统不能继续支撑经济发展时,就必须改善生态环境,加大物力和财力等的投入进行生产技术改造,减少“三废”物质的排放量以及提高治污能力,而这一切又依靠于经济实力的提高。一般说来,随着经济的发展,经济系统与生态环境系统的关系存在四个发展阶段:第一阶段:经济起飞初期。由于经济发展水平低下,“三废”排放量小,低于自然环境的容量,生态环境质量良好。这一阶段经济发展对生态环境的影响并不大,生态环境对经济发展的约束作用也几乎为零。第二阶段:经济起飞阶段。随着经济的起飞,工业化开始导致资源利用量剧增,“三废”的产生量和排放量相应增加,并超过环境的自然净化能力,环境污染随之恶化,生态环境对经济发展的约束与限制也日渐突出。经济发展开始显现出对生态环境的胁迫作用,二者之间的矛盾开始显露。第三阶段:经济发展调整阶段。随着经济和生态环境矛盾的激化,生态环境对经济发展的制约越来越大,经济增长逐步放缓,物耗、能耗的增长也渐缓。一方面,人们对经济发展模式的现状进行反思,积极探讨可持续发展的经济增长方式;另一方面,经过严重污染时期,人们的环保意识增强,环境保护的社会要求压力增大,再加上经济实力的增强,有能力加大对环境保护财力、物力的投入。随着生态环境投入的增加、发展模式的调整及对环保的重视,经济系统与生态环境系统之间的矛盾有所缓和。第四阶段:经济发展成熟阶段。经过上一阶段调整,经济结构不断优化,经济增长方式逐步由粗放型向节约型转变,“三废”产生量相对减少;同时,生态环保投入逐渐增大,生态环境最终趋于好转。通过二者之间的交互胁迫与不断磨合,经济增长与生态环境的关系向着协调发展的方向不断演进,并最终推动整个经济与生态环境复合系统从低级协调共生向高级协调耦合的形态演化。经济系统与生态环境系统是对立统一的两个矛盾体:两者的耦合作用存在积极和消极两个方面。从积极方面看,经济发展要以生态环境为支撑,而保持良好的生态环境需要资金和技术的支持;从消极方面来看,经济的发展要消耗资源,可能会破坏生态环境的平衡,而生态环境的失衡又会对经济的发展产生阻碍。经济和生态环境之间的耦合作用要求生态环境与经济发展要协调,只有两者相互促进,产生协调效应,才能实现两者之间的良性循环,达到经济持续健康发展,最终推动整个系统向协调有序的方向发展。3一个系统的性质及演化方程耦合度就是描述系统或要素相互影响的程度。从协同学的角度看,耦合作用及其协调程度决定了系统在达到临界区域时走向何种序与结构,即决定了系统由无序走向有序的趋势。系统由无序走向有序机理的关键在于系统内部序参量之间的协同作用,它左右着系统相变的特征与规律,耦合度正是反映这种协同作用的度量。由此,本文把区域经济与生态环境系统通过各自的耦合元素产生相互影响的程度定义为区域经济-生态环境系统耦合度,其大小反映了区域经济-生态环境系统的协调程度。在明确经济与生态环境系统关系的基础上,借用一般系统论中系统演化的思想来建立两者的动态平衡模型,分析两者组成系统的状态。经济与生态环境都是非线性系统,其演化方程为:dx(t)/dt=f(x1,x2,…,xn),i=1,2,…,n(1)f(x1,x2,…,xn)为xi的非线性函数。将f(x1,x2,…,xn)在x=0处按泰勒级数展开:f(x1,x2,…,xn)=f(0)+a1x1+a2x2+…+anxn+θ(x1,x2,…,xn)(2)其中,f(0)=0,ai为f(x1,x2,…,xn)关于xi的偏导函数在x=0处的偏导数值,θ(x1,x2,…,xn)为xi的不低于二次方的解析函数。利用李雅普诺夫第一近似定理,略去式(2)中的高次项θ(x1,x2,…,xn)从而保证系统的稳定性,得到的近似线性系统(式(3))来讨论系统(1)的性质。dx(t)/dt=∑i=1naixii=1,2,⋯,ndx(t)/dt=∑i=1naixii=1,2,⋯,n,(3)按上述方法建立经济(E)与生态环境(C)系统的一般函数:f(E)=∑i=1naixi,i=1,2,⋯,n(4)f(E)=∑i=1naixi,i=1,2,⋯,n(4)f(C)=∑i=1nbiyi,j=1,2,⋯,n(5)f(C)=∑i=1nbiyi,j=1,2,⋯,n(5)其中,xi,yi分别为经济和生态环境系统的元素(指标),ai,bi为各元素(指标)的权重。若把两者及其关系作为一个系统来考虑,假定这个系统只有f(E)与f(C)两个元素,按照贝塔兰菲的一般系统理论,若f(E)与f(C)为整个系统的主导部分,则系统演化方程的形式为:{A=df(E)/dt=α1f(E)+α2f(C)B=df(C)/dt=β1f(E)+β2f(C)(6){A=df(E)/dt=α1f(E)+α2f(C)B=df(C)/dt=β1f(E)+β2f(C)(6)A,B为受自身与外来影响下经济系统与生态环境系统的演化状态。在系统式(6)中,A与B是相互影响的,任何一子系统的变化都会导致整个系统的变化,在受自身与外界影响下,两子系统演化速度为:VA=dA/dt(7)VB=dB/dt(8)由于整个系统只含有两个元素f(E)与f(C),所以当f(E)与f(C)协调时,整个系统也是协调发展的,整个系统的演化速度V可以看作是VA与VB的函数,所以有V=f(VA,VB),这样就可以以VA与VB为控制变量,通过分析V的变化来研究整个系统以及f(E)与f(C)的协调关系。首先建立V的简单模型,整个系统的演化满足组合S型发展机制,假定经济的变化是周期性的,生态环境受社会经济的影响也出现周期性,在每个周期内,由于V的变化是VA与VB引起的,可以在两维平面(VB,VA)中来分析V,以VA与VB为变量建立坐标系,则V的变化轨迹为坐标系中的一椭圆(生态环境变化没有经济迅速,幅值较小),如图2。由图2可以知道,VA与VB的夹角α满足tgα=VA/VB(9)所以有:α=arctanVA/VB(10)把α称作为耦合度,根据α的取值,就可以确定整个系统的演化状态以及经济发展与生态环境协调发展的耦合程度。显然,在一个演化周期内,整个系统将经历低级协调共生(Ⅰ)、协调发展(Ⅱ)、极限发展(Ⅲ)、螺旋式上升(IV)4个阶段(如图2)。(1)当-90°<α≤0°时,即落入区域I时,经济和生态环境处于低级协调共生阶段。这一时期经济发展缓慢,并且基本不受生态环境的限制和约束,经济发展对生态环境的影响也几乎为零。(2)当0°<α≤90°时,即落于区域II时,经济和生态环境处于协调发展阶段,为经济的低速发展期。经济发展已经开始显现出对生态环境的胁迫作用,生态环境对经济发展的约束与限制也日渐突出,二者之间的矛盾开始显露,但尚不突出。此种状态,又可以细分为三种情况:0°<α<45°,0<tgα<1,VA<VB,经济发展速度小于生态环境演化速度,说明生态环境制约了经济发展,生态环境为满足经济发展需要,演化速度超过经济发展速度;α=45°,tgα=1,VA=VB,经济和生态环境和谐发展;45°<α<90°,tgα>1,VA>VB,经济和生态环境开始相互影响,共同发展。(3)当90°<α≤180°时,即落于区域III时,经济和生态环境处于极限发展阶段,为经济高速发展期。由于经济的快速发展,对资源的索取和环境的破坏日益加剧,经济发展与生态环境之间的矛盾由激化到日益突出,并愈演愈烈,约束经济发展的限制圈也相应越来越小,生态环境危机进入潜伏期。(4)当-180°<α≤-90°时,即落于区域IV时,经济和生态环境处于螺旋式上升阶段。经济发展与生态环境之间的交互胁迫关系重组,并由相互胁迫转化为相互促进的关系,整个系统最终达到经济发展与生态环境高级协调共生的发展状态。4江苏经济快速发展中的生态环境质量变化改革开放以来,江苏省凭借其优越的地理位置和良好的人文环境,经济取得了快速发展。其中,1995～2007年,人均GDP由1995年的7319元上升到2007年的33928元,年平均增长率为13.6%,高于全国同期的人均GDP年增长率(11.6%)2个百分点。江苏经济快速发展过程中不可避免引起了生态环境质量的改变。从1995年到2007年,江苏省工业污水排放总量平均每年以1.6%的速度增长,工业废气排放总量和工业固体废物产生量平均每年增长9.09%和8.1%,截止2007年,工业废水、废气和固体废弃物分别为26.88亿吨、22358.54亿立方米和0.735亿吨,其中人均工业废水排放量(35.25万吨/人)和人均工业废气排放量(3.09亿标立方米/人)都远高于全国平均水平(全国分别为18.667万吨/人和2.938亿标立方米/人),反映出严峻的生态环境压力。4.1江苏省经济与生态环境协调发展的指标体系遵循整体性、科学性、完备性与简洁性相结合、实用性与可操作性相结合、普遍性与特殊性相结合的原则,借鉴协调发展评价指标体系已有的研究成果,构建了江苏省经济与生态环境协调发展的指标体系(如表1)。依据江苏省有关部门的建议,考虑数据的可获性,认为1995～2007年这13年来的发展及数据最能反映江苏省的现状。因此,本文选取了江苏省1995～2007年的数据进行分析,数据来自于1996～2008年的《江苏统计年鉴》、《江苏省环境状况公报》及江苏省统计局的官方网站1。4.2指标权重的确定指标体系中既有正向指标,又有逆向指标。为了消除数据的数量级以及量纲的不同而造成的影响,需要对数据进行标准化处理,选择极差标准化的方法对数据进行标准化处理。标准化公式为:正向指标:zij=xij−min(xj)max(xj)−min(xj)zij=xij-min(xj)max(xj)-min(xj);逆向指标:zij=max(xj)−xijmax(xj)−min(xj)zij=max(xj)-xijmax(xj)-min(xj)其中,i为年份,j为指标序号,xij为指标数据,min(xj)为第j个指标的最小值,max(xj)为第j个指标的最大值。本文采用均方差赋权法来确定指标的权重。均方差赋权法是一种客观赋值法,其权重是由各指标在评价单位中的实际数据形成的,它不依赖于人的主观判断,客观性较强。该方法的基本思路是,以各评价指标为随机变量,指标Xj的无量纲化的属性值为该随机变量的取值,首先求出各指标的均方差,然后将这些均方差归一化,其结果即为各指标的权重系数。具体的计算步骤为:(1)求随机变量的均值E(Xj)=1N∑i=1nzijE(Xj)=1Ν∑i=1nzij;(2)求Xj的均方差σ(Xi)=∑i=1n(zij−E(Xj)2−−−−−−−−−−−−−√σ(Xi)=∑i=1n(zij-E(Xj)2;(3)求指标Xj的权系数wj=σ(Xi)/∑j=1nσ(Xj)wj=σ(Xi)/∑j=1nσ(Xj)按照均方差赋权法求得的各指标权重见表1。4.3江苏省经济和生态环境协调发展的动态耦合演化曲线根据式(4)、式(5)计算得出1995～2007年江苏省经济与生态环境的综合发展指数见表2:为清楚地看出经济和生态环境的演化态势,根据两者的综合发展指数作出演化曲线,如图3。从图3可以看出,1995～2007年,江苏省生态环境系统的综合发展指数在曲折变化中呈缓慢上升态势;经济系统综合发展指数经历了“九五”(1996～2000年)期间的缓慢增长后,从2001年开始呈快速上升的趋势。分别将两曲线进行多项式拟合、指数拟合、幂函数拟合及S曲线拟合等,选取拟合精度最高的曲线,得到经济和生态环境演化的拟合表达式为:A=0.001t3～0.011t2+0.082t～0.067,R2=1,F=7.507E3;B=0.003t2～0.01t+0.291,R2=0.98,F=245.735。其中,t的取值范围为1～13,对应的是1995～2007年。利用式(7)、式(8)求得1995～2007年间的VA、VB为:VA=dA/dt=0.003t2～0.022t+0.082(11)VB=dB/dt=0.006t～0.01(12)利用式(9)、式(10)、式(11)、式(12)可求得VA、VB、tgα和α的值,结果如表3所示。为了更清楚地反映1995～2007年江苏省经济和生态环境动态耦合的演化态势,根据表3画出经济和生态环境协调发展的动态耦合演化曲线,如图4。由图4可知,1995年江苏省经济和生态环境的协调耦合度处于区域IV,即经济和生态环境系统处于低级协调共生状态;1996～2007年间,经济和生态环境的协调耦合度落入区域I,说明经济和生态环境系统处于协调发展状态,这一阶段,经济和生态环境的相对发展速度大于1,即经济系统的演化速度快于生态资源系统的演化速度。由于该阶段的α值恒大于45°,说明经济和生态环境相互影响,共同发展。根据图4,这一阶段又可以分为两个时期,即1996～2000年协调耦合度的快速下降时期和2001～2007年的缓慢上升时期。1996～2000年α值是快速下降的,由1996年的87.71°下降到2000年的65.85°,说明在这一期间,经济发展速度与生态环境演化速度的比率是逐渐减小的,经济的快速发展使得生态环境进一步恶化,生态环境的恶化又进一步制约着经济的发展,使得经济发展的速度放缓。由于经济和生态环境系统之间的相互胁迫,使得经济和生态环境系统逐渐向和谐发展的态势演化,表现为α值逐渐接近45°。一个现实的解释是,“八五”期间,江苏经济规模迅速扩大,经济规模的膨胀导致需求增长,出现了投资主导的投资消费需求双拉动,经济增长过热过快,1992年下半年又开始了开发区热和房地产热2。经济的增长过快过热导致生态环境的恶化、资源的大肆消耗。在实施一系列宏观调控政策以后,1996年,江苏经济成功实现“软着陆”。由于调控政策偏重于治理“通胀”,加之政策力度过猛,给经济的持续协调增长也带来了隐患,而随之爆发的亚洲金融危机,更是加重了这种影响。“九五”期间,江苏省经济进入了自我调整时期,经济增长率下滑。同时,“九五”期间,江苏省加大了环境综合整治力度,坚持开发与节约并举,提高淡水、土地、能源