吳群

摘要：運(yùn)用動(dòng)態(tài)耦合模型，對(duì)蘭州市2000-2015年產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展動(dòng)態(tài)耦合規(guī)律進(jìn)行實(shí)證分析，結(jié)果顯示：蘭州市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)綜合水平和生態(tài)環(huán)境綜合水平都是呈現(xiàn)曲折上升趨勢，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與生態(tài)環(huán)境耦合度呈現(xiàn)了先下降后上升的趨勢，目前蘭州市正處于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展階段，然而整個(gè)協(xié)調(diào)耦合系統(tǒng)也即將進(jìn)入極限發(fā)展階段，生態(tài)環(huán)境承載力已經(jīng)愈發(fā)不足，生態(tài)環(huán)境對(duì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的快速發(fā)展的支撐能力接近極限。

關(guān)鍵詞：產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu);生態(tài)環(huán)境;動(dòng)態(tài)耦合;協(xié)調(diào)發(fā)展

中圖分類號(hào)：F2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2019.15.001

1引言

改革開放40多年來，我國各地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展取得了巨大成就，但是傳統(tǒng)的粗放型經(jīng)濟(jì)增長模式主要依靠投資和要素驅(qū)動(dòng)，帶來嚴(yán)重的資源短缺和環(huán)境惡化問題，資源環(huán)境承載力接近極限。在此背景下，運(yùn)用系統(tǒng)演化理論重新審視產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和生態(tài)環(huán)境二者之間的關(guān)系，對(duì)于實(shí)現(xiàn)優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，形成與生態(tài)文明建設(shè)要求相適應(yīng)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式具有十分重要的意義。

20世紀(jì)50年代，國外一些學(xué)者就認(rèn)識(shí)到產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演變與生態(tài)環(huán)境的發(fā)展之間相互影響。Hirschman.A.O（1958）認(rèn)為產(chǎn)業(yè)發(fā)展應(yīng)充分利用自身的資源優(yōu)勢，將有限資源投入到高效益、低污染的產(chǎn)業(yè)，高效地進(jìn)行資源配置，從而對(duì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)。國內(nèi)學(xué)者趙雪雁等（2005）以黑河流域?yàn)檠芯繉?duì)象，對(duì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和生態(tài)環(huán)境二者的耦合關(guān)系進(jìn)行了定量分析，結(jié)果表明：黑河流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量與環(huán)境產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)度沿河自上游向下游依次降低，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對(duì)生態(tài)環(huán)境的依賴性逐漸降低，破壞性逐漸上升。鄒偉進(jìn)等（2016）基于耦合理論，對(duì)我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)性進(jìn)行定量辨識(shí)，得出二者的發(fā)展仍存在不平衡，但逐漸向協(xié)調(diào)發(fā)展過渡。

綜觀國內(nèi)外研究，在研究產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和生態(tài)環(huán)境發(fā)展關(guān)系時(shí)，大部分學(xué)者都是從靜態(tài)層面對(duì)二者進(jìn)行耦合分析，但是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和生態(tài)環(huán)境是動(dòng)態(tài)變化的，考察二者關(guān)系需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)耦合研究。

2產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和生態(tài)環(huán)境交互耦合關(guān)系

耦合度一詞最初源于物理學(xué)，是對(duì)模塊關(guān)聯(lián)程度的一種度量，后被廣泛應(yīng)用于生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等學(xué)科，用來反應(yīng)兩個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)之間通過各種相互作用而彼此影響的現(xiàn)象。

在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷演變，每個(gè)時(shí)期的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)或產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)比例都會(huì)有所不同，伴隨著這種演變，生態(tài)環(huán)境也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化。不同產(chǎn)業(yè)對(duì)資源的利用效率和對(duì)環(huán)境造成的壓力各異，在三次產(chǎn)業(yè)中，第二產(chǎn)業(yè)尤其是工業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)會(huì)消耗大量的自然資源，同時(shí)還會(huì)排放大量的廢水、廢氣、廢渣，對(duì)環(huán)境造成很大的壓力;而第三產(chǎn)業(yè)不僅資源消耗少、污染排放低，還可以為第二產(chǎn)業(yè)提供技術(shù)和服務(wù)，改良工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝，降低污染物的排放。因此產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)決定了資源消耗和環(huán)境污染的程度，只有高級(jí)化、合理化的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，才能有效利用各種生態(tài)資源和降低環(huán)境污染。

生態(tài)環(huán)境是產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的基礎(chǔ)，為各產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)提供所需的資源和接納生產(chǎn)排放的各種污染物。良好的生態(tài)環(huán)境有助于推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，進(jìn)而對(duì)環(huán)境自身的污染減輕，而惡劣的生態(tài)環(huán)境則對(duì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)產(chǎn)生桎梏作用，具體表現(xiàn)為環(huán)境污染超過了環(huán)境自身的承載力時(shí)，環(huán)境對(duì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展不再是促進(jìn)而是約束作用，將嚴(yán)重制約產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整進(jìn)程。因此，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與生態(tài)環(huán)境之間不是相互獨(dú)立的，而是緊密聯(lián)系在一起的一個(gè)復(fù)合有機(jī)體，兩者之間存在著一種相互作用而彼此影響的關(guān)系。

3模型構(gòu)建

在明確了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和生態(tài)環(huán)境之間存在著客觀的交互耦合關(guān)系的基礎(chǔ)上，可以將產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與生態(tài)環(huán)境的變化過程通過非線性的演化方程來形容：

dx（t）dt=f（x1，x2，…，xn）（1）

其中，x為系統(tǒng);t為時(shí)間;xi為系統(tǒng)內(nèi)部的第i個(gè)元素，i=1，2，…，n;f（x1，x2，…，xn）為xi的非線性函數(shù)。

將f（x1，x2，…，xn）在原點(diǎn)處按泰勒級(jí)數(shù)展開：

f（x1，x2，…，xn）=f（0）+a1x1+a2x2+…+anxn+θ（x1，x2，…，xn）（2）

其中，f（0）=0，ai為f（x1，x2，…xn）展開后關(guān)于xi的偏導(dǎo)數(shù)一次項(xiàng)的系數(shù)，θ（x1，x2，…xn）為f（x1，x2，…xn）展開后xi的不低于二次的余項(xiàng)。

將非線性狀態(tài)方程在平衡態(tài)附近進(jìn)行近似線性化，即在（2）式中可以略去余項(xiàng)θ（x1，x2，…xn），得到線性的狀態(tài)方程從而保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

dx（t）dt=∑ni=1aixii=1，2，…n（3）

因此，可以按上述方法建立產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)（I）和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)（E）演化過程的一般函數(shù)：

f（I）=∑ni=1aixi，i=1，2，…，n（4）

f（E）=∑mj=1bjyj，j=1，2，…，m（5）

式中，f（I）為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)展系統(tǒng)，f（E）為生態(tài)環(huán)境發(fā)展系統(tǒng);xi和yj分別為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的元素（均是時(shí)間t的函數(shù)）;ai和bj分別為各元素的權(quán)重。

由于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的演變和生態(tài)環(huán)境的發(fā)展是一個(gè)相互作用、相互脅迫的過程，則可以將產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和生態(tài)環(huán)境看成一個(gè)復(fù)合系統(tǒng)，該復(fù)合系統(tǒng)只有f（I）和f（E）兩個(gè)部分，且這兩個(gè)部分主導(dǎo)整個(gè)系統(tǒng)，則系統(tǒng)演化方程的形式為：

A=f（I，t）=df（I）dt=α1f（I）+α2f（E），VA=dAdt（6）

B=f（E，t）=df（E）dt=β1f（I）+β2f（E），VB=dBdt（7）

式6、7中，A、 B為受自身與外來影響下產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)的演化狀態(tài)，而兩個(gè)子系統(tǒng)各自的演化速度為VA和VB，將是衡量復(fù)合系統(tǒng)整體速度的標(biāo)志，可以根據(jù)VA和VB變化來考察整個(gè)復(fù)合系統(tǒng)的演化狀態(tài)，進(jìn)而研究整個(gè)系統(tǒng)以及各子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)關(guān)系。

假定產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演化和生態(tài)環(huán)境發(fā)展的耦合關(guān)系呈周期性變化，在每個(gè)周期內(nèi)，由于V的變化是VA與VB引起的，可以在二維平面（VA，VB）中來分析V，可以用VA與VB比值的反正切函數(shù)α=arctan（VA/VB）作為耦合度來確定整個(gè)系統(tǒng)的演化狀態(tài)以及f（I）和f（E）的協(xié)調(diào)程度。根據(jù)耦合度α的值將整個(gè)復(fù)合系統(tǒng)劃分為低級(jí)協(xié)調(diào)階段、協(xié)調(diào)發(fā)展階段、極限發(fā)展階段、退化重組階段，如圖1所示。

（1）當(dāng)-90°<α≤0°時(shí)，系統(tǒng)處于低級(jí)協(xié)調(diào)階段。

（2）當(dāng)0°<α≤90°時(shí)，系統(tǒng)處于協(xié)調(diào)發(fā)展階段。

（3）當(dāng)90°<α≤180°時(shí)，系統(tǒng)處于極限發(fā)展階段。

（4）當(dāng)-180°<α≤-90°時(shí)，系統(tǒng)處于退化重組階段。

隨后，產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)陷入退化困境，資源環(huán)境也呈現(xiàn)衰竭趨勢，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)與生態(tài)環(huán)境發(fā)展之間的交互脅迫關(guān)系重組，兩個(gè)子系統(tǒng)處于螺旋式上升階段。

4蘭州市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與生態(tài)環(huán)境的耦合態(tài)勢分析

4.1產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)指標(biāo)體系

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與生態(tài)環(huán)境的耦合態(tài)勢分析是涉及了經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境等多個(gè)方面的復(fù)雜體系，該評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是否科學(xué)、合理，直接影響到評(píng)價(jià)體系的作用，因此，在構(gòu)建指標(biāo)體系時(shí)應(yīng)遵循系統(tǒng)性、可行性、科學(xué)性、層次性和動(dòng)態(tài)性等原則。

對(duì)于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系的構(gòu)建，從結(jié)構(gòu)水平以及由此帶來的經(jīng)濟(jì)效益兩個(gè)角度選取了11個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，結(jié)構(gòu)水平的指標(biāo)有：一、二、三產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值和就業(yè)人數(shù)占比、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)偏離度;經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)有：人均gdp、農(nóng)民人均純收入、社會(huì)消費(fèi)品零售總額、全社會(huì)勞動(dòng)生產(chǎn)率。對(duì)于生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取，從生態(tài)環(huán)境污染、生態(tài)環(huán)境治理、生態(tài)環(huán)境稟賦三個(gè)方面選擇了9個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，生態(tài)環(huán)境污染指標(biāo)有：人均工業(yè)廢水排放量、人均工業(yè)廢氣排放量、人均工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量;生態(tài)環(huán)境治理指標(biāo)有：工業(yè)固體廢物綜合利用量、污水處理率、廢氣治理設(shè)施運(yùn)行費(fèi)用;生態(tài)環(huán)境稟賦指標(biāo)有：人均耕地面積、建成區(qū)綠化覆蓋率、人均公共綠地面積。

4.2產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與生態(tài)環(huán)境的耦合態(tài)勢分析

根據(jù)熵權(quán)法求出個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，然后對(duì)各指標(biāo)經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化過后的數(shù)值經(jīng)過加權(quán)求和，得出蘭州市2000年-2015年產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和生態(tài)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，兩者的演化曲線如圖2所示，從圖中可以看出，2000年以來，蘭州市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)綜合指數(shù)和生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)都是在曲折變化中呈上升態(tài)勢。

環(huán)境綜合評(píng)價(jià)指數(shù)

將產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)與生態(tài)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)指數(shù)的兩條變化曲線分別擬合：

A=f（I，t）=0.0003t3-0.0048t2+0.0272t+02664，R2=0.9885，F(xiàn)=344.75

B=f（E，t）=0.3531t0.1664，R2=0.7796，F(xiàn)=4951

兩曲線分別對(duì)t求導(dǎo)，得到兩子系統(tǒng)的演化速度VA、VB：

VA=dAdt=0.0009t2-0.0096t+0.0272（8）

VB=dBdt=0.0588t-0.8336（9）

根據(jù)公式求出耦合度并畫出產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)-生態(tài)環(huán)境耦合曲線如圖3所示。

從耦合度的值來看，2000年至2007年間，0°<α<45°，VB>VA>0，生態(tài)環(huán)境的發(fā)展速度大于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的演化速度，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的發(fā)展開始對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響，生態(tài)環(huán)境對(duì)各產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)的支撐作用也開始顯現(xiàn)，兩者構(gòu)成的復(fù)合系統(tǒng)有序推進(jìn)，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和生態(tài)環(huán)境互相影響，聯(lián)系緊密。2008年至2015年間，45°<αSymbolcB@

90°，VA>VB>0，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和生態(tài)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展仍在持續(xù)，但是各產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)消耗的資源環(huán)境的速度愈來愈快，生態(tài)環(huán)境開始制約產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演化。

從耦合的趨勢來看，2000年到2001年耦合度小幅上漲，第三產(chǎn)業(yè)的比重上漲而第二產(chǎn)業(yè)的比重下降，結(jié)構(gòu)更加合理。2001年到2004年，耦合度連續(xù)下降，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)綜合指數(shù)的上漲速度下降得比生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)上漲速度下降得快。2005年到2010年耦合度大幅上漲，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演化速度相對(duì)于生態(tài)環(huán)境發(fā)展速度越來越快，由2005年的VB>VA到2008年之后的VA>VB，耦合度α逐漸遠(yuǎn)離45度，兩者的耦合程度也逐漸下降，這期間產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)得到了長足得發(fā)展，各產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)環(huán)境的依賴和消耗也越來越嚴(yán)重。2011年到2015年耦合度緩慢上漲，逐漸趨向于90度，耦合程度下降，雖然產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和生態(tài)環(huán)境處于共同發(fā)展階段，仍蘊(yùn)藏著矛盾：生態(tài)環(huán)境發(fā)展速度落后于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的發(fā)展速度，生態(tài)環(huán)境對(duì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的快速發(fā)展的支撐能力愈發(fā)不足。

5結(jié)論

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與生態(tài)環(huán)境動(dòng)態(tài)耦合系統(tǒng)是具有高度關(guān)聯(lián)性的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)之間相互影響、相互制約、相互促進(jìn)的復(fù)合系統(tǒng)，具有動(dòng)態(tài)演化特征。本文運(yùn)用動(dòng)態(tài)耦合模型，對(duì)蘭州市該時(shí)期產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展動(dòng)態(tài)耦合規(guī)律進(jìn)行實(shí)證分析，結(jié)果顯示：2000-2015年間蘭州市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)綜合水平和生態(tài)環(huán)境綜合水平都是呈現(xiàn)曲折上升趨勢;產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與生態(tài)環(huán)境耦合度呈現(xiàn)了先下降后上升的趨勢，目前蘭州市正處于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展階段，然而協(xié)調(diào)耦合度的增長很快，已經(jīng)逼近90°，表明整個(gè)協(xié)調(diào)發(fā)展系統(tǒng)也即將進(jìn)入極限發(fā)展階段，生態(tài)環(huán)境危機(jī)正在進(jìn)入潛伏期，生態(tài)環(huán)境對(duì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的快速發(fā)展的支撐能力愈發(fā)不足。

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