谷國鋒，王雪輝

(東北師范大學 地理科學學院，吉林 長春 130024)

一、引 言

東北地區(qū)經濟斷崖式下滑已成為社會各界普遍關注的熱點問題，如何促進經濟增長的同時保持良好的生態(tài)環(huán)境狀況，是東北地區(qū)經濟發(fā)展過程中不容忽視的重要問題。對經濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的問題探討具有代表性的是經濟學家西蒙·庫茲涅茨，他認為在經濟的增長過程中，人們生活質量會遵循先惡化后逐步改善的變化規(guī)律[1]。美國經濟學家Grossman和Krueger結合對收入水平與環(huán)境質量指標之間關系的定量分析發(fā)現(xiàn)，該污染物均與收入呈“倒U型”關系[2][3]353-377。然而很多國家和地區(qū)的環(huán)境質量與收入水平之間并非呈“倒U型”關系，而是呈現(xiàn)出“S型”“N型”、三次曲線及其他類型特征，因此認為這種假設存在區(qū)域局限性。一些學者引入物理學中的 “耦合” 概念以便進一步探求經濟與環(huán)境的相互關系。耦合就是指兩個或兩個以上的事件之間存在緊密配合和相互影響的現(xiàn)象。環(huán)境系統(tǒng)與經濟系統(tǒng)間就存在如下關系：在環(huán)境受經濟系統(tǒng)影響的同時，經濟系統(tǒng)也受環(huán)境系統(tǒng)在環(huán)境質量和地理空間等方面的制約。

目前我國在經濟與環(huán)境耦合方面的相關研究主要為以下三個方面：一是以城市經濟與環(huán)境為主體，定量研究其城市化與環(huán)境的耦合關系，黃金川、方創(chuàng)琳推導出區(qū)域生態(tài)環(huán)境受城市化發(fā)展影響的耦合規(guī)律為指數先惡化、后好轉[4]211-220。二是基于庫茲涅茨曲線分析區(qū)域性經濟增長與生態(tài)環(huán)境交互耦合的關系及其規(guī)律。沈滿洪、陳華文、張捷和趙雪雁等分別選取浙江省、上海市、廣東省、甘肅省的經濟與環(huán)境數據，驗證了環(huán)境庫茲涅茨曲線的存在性并定量分析經濟與環(huán)境的交互耦合關系[5]53[6]87-94[7]17-23[8]1-7。三是實證分析經濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調度，并對其研究方法的科學合理性進行討論。劉耀彬等對城市化與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調度模型進行重新構建[9]26-32[10]237-247。杜忠潮、張曉東、陳泓冰、尹海偉等分別對陜西省、中國省級區(qū)域、湖北省及山東省經濟環(huán)境和城市化與環(huán)境的協(xié)調度進行實證分析[11]59-64[12]1-6[13]69-73+86[14]30-33+100。以上大都是對中國省級區(qū)域進行耦合度及協(xié)調度的研究，對區(qū)域尺度研究較少，對東北地區(qū)經濟與環(huán)境耦合因素分析及時空變化更是鮮有涉及。東北地區(qū)產業(yè)結構一直以重工業(yè)為主體，生產過程中對環(huán)境產生嚴重破壞。作為我國重要的老工業(yè)基地和糧食生產基地，研究其經濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的耦合關系對我國的可持續(xù)發(fā)展道路具有重要作用。

二、研究方法與指標體系構建

(一)研究方法與研究步驟

鑒于經濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境耦合作用復雜且東北地區(qū)現(xiàn)有數據灰度較大，而灰色關聯(lián)度模型適合灰度較大的復雜系統(tǒng)多因素相互作用分析，因此采用該模型進行定量評價[15]50-60，其具體步驟如下：

首先，確定分析序列為經濟發(fā)展序列組為 (Xi)，生態(tài)環(huán)境序列組為 (Yj)，并進行數據標準化：

X′=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)，

Y′=(Yj-Ymin)/(Ymax-Ymin)，

(1)

其次，求關聯(lián)系數。

ξij(t)=

(2)

最后，求關聯(lián)度和耦合度。通過對關聯(lián)系數按樣本數k求均值得到一個指標序列關聯(lián)度矩陣γ。

(3)

式中：k為生態(tài)環(huán)境或經濟發(fā)展指標數?；趯Ω髦笜碎g關聯(lián)度γij大小及排序，進而揭示哪些因素對經濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境耦合過程中的作用較強。0<γij≤1，γij值越大，說明關聯(lián)性越大，具有越強的耦合作用。當0<γij≤0.35時表明耦合作用相對較弱；0.35<γij≤0.65表明具有中等的耦合作用；0.65<γij≤0.85表明耦合作用較強；0.85<γij≤1表明耦合作用極強。

按行或列分別在關聯(lián)度矩陣的基礎上求其平均值，可以得到系統(tǒng)耦合的關聯(lián)度模型：

(4)

式中：di為經濟發(fā)展系統(tǒng)中第i指標與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的平均關聯(lián)度，反映該指標對生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的耦合作用程度；dj為生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)中的第j指標與經濟發(fā)展系統(tǒng)的平均關聯(lián)度，反映該指標對經濟發(fā)展系統(tǒng)的耦合作用程度；m、l分別為兩個系統(tǒng)的指標數。然后利用關聯(lián)耦合度模型度量經濟增長與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)耦合的協(xié)調程度，其具體的計算公式如下：

(5)

式中：C(t)為耦合度；m，l分別為經濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的指標數。

(二)指標體系與數據來源

在遵從科學性及系統(tǒng)性原則的基礎上，并從國內外學術研究成果中吸取經驗，本文在結合34個東北地區(qū)的地級市實際情況下，構筑出東北地區(qū)經濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境耦合系統(tǒng)指標體系，如表1所示。本文中相關的數據取自2004年至2015年的《黑龍江省統(tǒng)計年鑒》、《吉林省統(tǒng)計年鑒》與《遼寧省統(tǒng)計年鑒》。

三、東北地區(qū)經濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境耦合關聯(lián)分析

本文通過計算得出東北地區(qū)34個地級市2014年經濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境耦合作用關聯(lián)矩陣，如表2所示。

表1 東北地區(qū)經濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)耦合指標體系

表2 東北地區(qū)經濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境耦合的關聯(lián)度(2014)

經計算，2014年東北地區(qū)經濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的耦合度為0.656，耦合作用較強。根據兩系統(tǒng)耦合關聯(lián)度可以統(tǒng)計得到，中等關聯(lián)度數值占總體數值的48.5%；較高關聯(lián)度數值占總體數值的50.0%；極強關聯(lián)度數值占總體數值的1.5%。說明東北地區(qū)大部分地級市經濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境具有緊密的關系，因此對該問題的研究將對東北地區(qū)經濟環(huán)境系統(tǒng)協(xié)調發(fā)展具有重要意義。

(一)經濟發(fā)展對生態(tài)環(huán)境的脅迫作用

第一，在以上經濟系統(tǒng)指標中，最能體現(xiàn)經濟增長水平的指標就是人均GDP的增長，在系統(tǒng)耦合的過程中，關聯(lián)最為顯著的是經濟水平子系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)，平均值達到0.713。其中關聯(lián)度最高的指標為GDP(x1)與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的關聯(lián)度，達到0.720，并且與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)中工業(yè)排放SO2量(y4)、總供水量(y7)、城市建成區(qū)面積(y8)均有較高的關聯(lián)度，其關聯(lián)度分別為0.815、0.880、0.868。說明對生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)影響最主要的經濟系統(tǒng)內的子系統(tǒng)是經濟水平子系統(tǒng)，即經濟的增長將不可避免地帶來對生態(tài)環(huán)境的影響，經濟長期發(fā)展使東北地區(qū)地域擴張和城市化進程加快，帶來能源消耗與資源利用增長，廢棄物排放與環(huán)境污染加劇，已經對生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)質量造成嚴重影響。

第二，人民生活水平子系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境關聯(lián)度為0.670。其中，職工平均工資(x12)的關聯(lián)度為0.692，關聯(lián)度較強，說明職工平均工資的增長與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)也具有密切的關系。收入的增長直接的影響就是人民整體生活水平提高，使人們在滿足溫飽的前提下和逐漸加深環(huán)境保護的思想意識作用下，對生存環(huán)境質量要求提高，一些污染較重的工廠在人們的反抗情緒當中難以“生存”下去，體現(xiàn)經濟發(fā)展過程中與生態(tài)環(huán)境的交互脅迫作用。

第三，非傳統(tǒng)農業(yè)和重工業(yè)加劇了環(huán)境污染，尤其是一直以農業(yè)和工業(yè)為主的東北地區(qū)。因此其與生態(tài)環(huán)境有較高的耦合度，為0.629。作為重工業(yè)基地的東北地區(qū)一直以第二產業(yè)為主，將制造業(yè)作為地區(qū)發(fā)展的核心產業(yè)，近年逐年增加第三產業(yè)的比重為產業(yè)結構的合理化和高級化提供可能性，而產業(yè)結構的改變將帶來用水結構、能源結構等隨之改變，因此產業(yè)結構的改變將成為促進經濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境協(xié)調發(fā)展重要的重要力量。

第四，在東北地區(qū)經濟活力子系統(tǒng)中，全社會固定資產投資增長率(x7)、GDP增長率(x8)、科技教育經費占GDP的比例(x9)與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的耦合度分別為0.611、0.600、0.630。說明地區(qū)經濟活力的提高，與生態(tài)環(huán)境的耦合具有緊密聯(lián)系。其中增加科技教育經費，意味著更多的技術進步因素的投入使經濟發(fā)展對生態(tài)環(huán)境的污染破壞減少、對資源的回收利用增多，有利于資源的可持續(xù)利用。增加資本的投入在加快城市建設的同時，也會對城市生態(tài)環(huán)境產生一定程度的影響[16]24-27。

(二)生態(tài)環(huán)境對經濟發(fā)展的約束作用

第一，生態(tài)環(huán)境水平子系統(tǒng)與經濟發(fā)展系統(tǒng)的關聯(lián)度為0.668。說明使用土地的類型與城市化建設和經濟發(fā)展關系十分密切，對于城市建成區(qū)的綠化問題、耕地與公共綠地面積的變化不僅影響一個城市的環(huán)境，也影響著該城市的發(fā)展前景。一個城市帶的發(fā)展離不開城市所在環(huán)境的承載，而水土資源的承載能力是環(huán)境承載力的重要方面，也是生態(tài)環(huán)境對經濟發(fā)展的限制因素。

第二，與經濟發(fā)展系統(tǒng)的關聯(lián)度中，生態(tài)水平壓力子系統(tǒng)的關聯(lián)度為0.665。在經濟發(fā)展受到生態(tài)環(huán)境的約束時[17]50-57[18]25-30，城市化也被一些重要的生態(tài)環(huán)境因子約束著，尤其是水土資源和某些環(huán)境污染因子，當生態(tài)環(huán)境被破壞至某種程度，會產生對經濟發(fā)展的負反饋效應[19]1299-1307。結合上述分析表明，緊缺的水土資源和受到污染的環(huán)境特別是明顯下降的空氣質量，約束著東北地區(qū)經濟發(fā)展，是束縛東北地區(qū)經濟發(fā)展的核心問題。

第三，對生態(tài)環(huán)境的保護措施也是生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)內部重要部分，合理有效的保護措施可以在減少環(huán)境破壞的基礎上進行發(fā)展經濟的人文活動，進而實現(xiàn)經濟環(huán)境的“雙贏”。二者系統(tǒng)的耦合關聯(lián)度為0.630，說明對生態(tài)環(huán)境的保護與經濟發(fā)展的關系仍是不可忽視的重要問題。

四、耦合度空間差異分析

(一)空間靜態(tài)分析

經濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)耦合具有顯著的復雜性與交錯性，且這種特性體現(xiàn)在時空演化的過程中，因此對二者耦合程度及類型在時空上發(fā)展變化的研究尤其重要。本文借鑒黃金川、方創(chuàng)琳等人對經濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境耦合空間分布規(guī)律階段的劃分成果，將東北地區(qū)耦合階段從高到低依次劃分為高水平協(xié)調、磨合型、拮抗型和低水平耦合型4個類型。利用ArcGIS9.3自然斷裂法生成耦合度空間分布圖，以東北地區(qū)各地級市的人均GDP作為反映該系統(tǒng)參考指標，結合東北地區(qū)的經濟發(fā)展狀況，并與耦合度空間分布圖進行疊合得到耦合度類型空間分布圖。

協(xié)調型。包括沈陽市、盤錦市和大慶市。其中大慶市是典型的資源型城市，因多年來對石油產業(yè)污染治理的重視，并通過開發(fā)濕地資源、發(fā)展旅游行業(yè)等污染小的第三產業(yè)，在其經濟的發(fā)展過程中逐年減少了對生態(tài)環(huán)境的人均負荷，經濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境總體上逐步走向協(xié)調，因此耦合度最小。

圖1東北地區(qū)經濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境耦合度及類型空間分布(2014)

磨合型。包括鞍山市、長春市、松原市、遼源市、通化市。上述地區(qū)經濟發(fā)展水平相對較高，自身擁有較好的生態(tài)環(huán)境可以承載其經濟的發(fā)展，并能處理和釋放一定程度的三廢污染，因此耦合度較小。

拮抗型。包括撫順市、錦州市、大連市、遼陽市等。上述地區(qū)具有參差不齊的經濟發(fā)展水平，卻由于某些原因使得耦合度最大。其中哈爾濱市在區(qū)位上有著吸引勞動力和人才的優(yōu)勢，但因人口壓力大以及過度的占用環(huán)境資源，使其不可避免更加地依賴于環(huán)境，經濟發(fā)展和城市化進程受到生態(tài)環(huán)境的負反饋作用日漸明顯，相比之下耦合度最大。

低水平耦合型。鐵嶺市、朝陽市、葫蘆島市等由于受限制的地域條件、單一的產業(yè)結構或是欠缺具有優(yōu)勢的主導產業(yè)，而使經濟發(fā)展程度較低，對環(huán)境的影響遠遠低于其承受范圍，因此耦合度較小。

通過對比分析發(fā)現(xiàn)，遼寧省地級市的平均耦合度和高耦合度城市數量明顯高于吉林省和黑龍江省，這說明遼寧省在實現(xiàn)經濟與環(huán)境協(xié)調發(fā)展上具有明顯的優(yōu)勢，而對資源開發(fā)依賴性大的吉林省和黑龍江省經濟發(fā)展相對滯后，有較弱的經濟與環(huán)境的協(xié)調能力。因此提高經濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調能力是吉林省和黑龍江省在未來發(fā)展中的一項重要環(huán)節(jié)。

(二)空間動態(tài)對比分析

由于地區(qū)經濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的耦合狀態(tài)具有時序性變化，因此通過對其進行耦合度計算并繪制出分布圖，使我們可以進一步了解東北地區(qū)經濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境空間耦合動態(tài)變化。運用上述同樣方法對2003年東北地區(qū)34個地級市的耦合情況進行分類(圖2)，并與2014年耦合度空間分布情況進行動態(tài)對比分析，發(fā)現(xiàn)可以將其變化情況分為以下四種類型：協(xié)調趨向型、磨合趨向型、拮抗趨向型與無變化型，具體分析如下：

圖2東北地區(qū)經濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境耦合度及類型空間分布(2003)

協(xié)調趨向型。2003年低水平耦合型的大慶市和拮抗型的盤錦市分別轉變?yōu)?014年的協(xié)調型。雖然大慶市依賴石油資源發(fā)展地區(qū)經濟，但能成為耦合協(xié)調型城市，除了因自身擁有較好的水土資源條件與環(huán)境基礎外，還得益于其在經濟發(fā)展的過程中沒有給環(huán)境造成過大的壓力。

磨合趨向型。鞍山市、長春市、通化市、松原市在研究期內由拮抗型轉變?yōu)槟ズ闲停渲邪吧绞芯哂邪l(fā)展為協(xié)調趨向型的潛力，但作為我國重要的鋼鐵基地，對于污染物的處理將成為其主要的阻礙因素。遼源市隨著經濟的發(fā)展由低水平耦合型轉變?yōu)槟ズ闲汀?/p>

拮抗趨向型。耦合發(fā)展類型趨于拮抗型的主要原因是耦合度增加，大連市、營口市、阜新市分別由2003年的協(xié)調型、磨合型和低水平耦合型趨向拮抗。

無變化型。無變化型指在研究期的起止年份耦合狀態(tài)并未發(fā)生改變的城市，包括撫順市、本溪市、丹東市、錦州市、遼陽市、吉林市，這些城市在2003到2014年間耦合類型均為拮抗型。綏化市、齊齊哈爾市、黑河市、伊春市、鐵嶺市、朝陽市、四平市、白城市在研究期內均為低水平耦合型。由于這些地區(qū)或是在很大程度上依賴于環(huán)境，或是由于經濟落后還未涉及環(huán)境保護問題。

(三)時序分析及發(fā)展趨勢預測

要進一步揭示出東北地區(qū)經濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境耦合度階段性變化特點，可以從時序變化角度對2003年到2014年耦合度進行分析，如圖3。

圖3東北地區(qū)經濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境耦合度變化曲線(2003—2014)

(1)由圖3可知東北地區(qū)2003年到2014年耦合度表現(xiàn)出明顯的波動性，具有先下降后上升的趨勢，整體呈現(xiàn)正“U”型特征，耦合度波動在0.633—0.669之間。表明系統(tǒng)間耦合關聯(lián)度較強，東北地區(qū)經濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)交互作用頻繁，關系緊密。也說明隨著時間的推移，系統(tǒng)耦合強度、作用重點及程度一直處在變化中。

(2)根據圖3中耦合度曲線的波動特點，可將其變化趨勢劃分為兩個階段：第一階段為2003—2008年，其間耦合度整體在波動中下降。東北地區(qū)在此期間實行東北老工業(yè)區(qū)振興政策，加大對調整產業(yè)結構和建設生態(tài)環(huán)境的重視程度、大量投入使用清潔環(huán)保技術，降低經濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的耦合程度。第二階段為2008—2014年，期間耦合度在波動中上升。因階段性的國家政策、急劇膨脹的城市人口、經濟發(fā)展的周期性以及使用相關清潔技術的不確定性等原因，生態(tài)環(huán)境在經濟水平穩(wěn)步提升的同時開始通過負反饋作用給一些城市，由此帶來約束經濟發(fā)展的瓶頸，阻礙城市化進程和經濟發(fā)展。

(3)從第二階段的耦合度曲線變化來看，經濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的耦合度在波動中提升，2008年到2009年耦合度從0.633增加到0.667，盡管在2010年有所下滑，但在2011年又重新開始增加，說明沒能從根本上解決生態(tài)環(huán)境問題。而改善環(huán)境問題又不是朝夕間可以完成的，生態(tài)環(huán)境若不盡早治理便可能繼續(xù)惡化。因此通過耦合度趨勢曲線的變化特征，在未來的5年內可以預測出經濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的耦合度將會在波動中繼續(xù)增加。

五、結 論

本文對2003年到2014年東北地區(qū)經濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的耦合狀態(tài)的時空變化進行可視化處理，得到以下幾點結論：

(1)從系統(tǒng)相互作用的角度來說，生態(tài)環(huán)境受經濟發(fā)展的脅迫作用和經濟發(fā)展受生態(tài)環(huán)境的約束作用，可以充分體現(xiàn)經濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境交互作用的復雜性與制約性。由于二者都包含復雜的子系統(tǒng)，其內部耦合關系仍然有待進一步深入研究。

(2)基于空間分析角度，遼寧省高耦合度地級市數量要明顯多于吉林省與黑龍江省，且省內整體耦合度亦高于其他兩?。?014年東北地區(qū)地級市經濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的耦合類型大多為拮抗型。與2003年耦合度及類型空間分布圖進行動態(tài)對比分析發(fā)現(xiàn)，可以將其變化情況分為以下四種類型：協(xié)調趨向型、磨合趨向型、拮抗趨向型與無變化型，其中協(xié)調趨向型城市占比例較小，磨合趨向型與拮抗趨向型互相轉換，無變化型主要為拮抗型與無變化型。

(3)基于時序分析角度，東北地區(qū)2003—2014年的耦合度表現(xiàn)出明顯的波動性和階段性，整體呈現(xiàn)正“U”型特征。其中，下降部分說明清潔技術及政策等因素會對東北地區(qū)耦合度變化產生一定影響，上升部分說明東北地區(qū)經濟發(fā)展與環(huán)境耦合程度仍在增強，耦合類型可能走向高度協(xié)調或拮抗型?；谝陨蠒r序分析推測，未來的5年內可以預測到耦合度將在波動中繼續(xù)增長，整體依然會停留在拮抗階段，因此經濟發(fā)展受到生態(tài)環(huán)境約束的瓶頸也將越發(fā)明顯。