劉 晶，林 琳

（1.首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué) 城市經(jīng)濟(jì)學(xué)院，北京 100070；2.齊魯工業(yè)大學(xué) 金融學(xué)院，濟(jì)南 250100）

0 引言

隨著人口的增多，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，生態(tài)承載力承載著人們帶來的巨大壓力。生態(tài)承載力是在對生態(tài)系統(tǒng)原有的研究基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行的更為全面的研究，結(jié)合了經(jīng)濟(jì)、自然與社會(huì)等多方面因素，從客觀上闡述了其內(nèi)部關(guān)系及活動(dòng)規(guī)則。從總體上可將生態(tài)承載力分為單因素承載力與復(fù)合承載力，從區(qū)域上也可將其劃分成經(jīng)濟(jì)承載力、城市承載力以及城市群承載力等。近年來，系統(tǒng)動(dòng)力模型被應(yīng)用于生態(tài)承載力的研究，對長江經(jīng)濟(jì)區(qū)域城市群生態(tài)承載力的研究，主要是對復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的研究，也就是說其研究具有開放性，城市群生態(tài)承載力的特征，主要取決于自然、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)這3個(gè)子系統(tǒng)之間的相互作用關(guān)系。這個(gè)動(dòng)機(jī)及過程是比較繁雜的，各種原因可能造成的結(jié)果也無法預(yù)料。因此，必須從系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行作用分析，以確保其準(zhǔn)確性，而系統(tǒng)動(dòng)力模型則可以做到這一點(diǎn)。生態(tài)承載力的研究本質(zhì)是因果關(guān)系的研究，利用系統(tǒng)動(dòng)力模型可以清楚地反映出作用機(jī)制，將系統(tǒng)復(fù)雜部分精確地模擬出來。

本文引用近幾年的測量數(shù)據(jù)，使用Excel 2007及SPSS13.0等軟件，計(jì)算出系統(tǒng)動(dòng)力模型下的方程式結(jié)果，并檢驗(yàn)其擬合度。通過建立系統(tǒng)動(dòng)力此模型，對經(jīng)濟(jì)、人口及資源3個(gè)子系統(tǒng)之間的相互作用關(guān)系進(jìn)行研究，使用歷史分析，更加全面地分析城市群生態(tài)承載力的發(fā)展軌跡，以宜昌市為例，對長江經(jīng)濟(jì)區(qū)城市群綜合承載力的現(xiàn)狀和趨勢進(jìn)行分析。

1 指標(biāo)體系的構(gòu)建

本文的數(shù)據(jù)來源于長江生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)的主要城市，包括鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)的南昌、新余、長株潭城市群的長沙以及湖北宜昌；長江生態(tài)區(qū)城市群生態(tài)承載力的指標(biāo)數(shù)據(jù)來源于2013—2016年《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》以及各城市統(tǒng)計(jì)年鑒。由上述分析可知，生態(tài)承載力作為比較復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，具體表現(xiàn)在不同的環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)之間，所存在的物質(zhì)、能量及信息之間的關(guān)系也各不相同。評價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建過程中，應(yīng)該遵守6項(xiàng)原則，分別為：（1）因地制宜性。不僅需要選出共性指標(biāo)，還要慎重考慮區(qū)域間的差異，因此需以此原則為基礎(chǔ)，這樣才能表現(xiàn)出特定地區(qū)生態(tài)承載力所承受的壓力。（2）整體性。區(qū)域是一個(gè)不可分割的整體，包括人口、資源和經(jīng)濟(jì)。因此，在選擇指標(biāo)時(shí)，不能缺少其中任何一個(gè)，這樣有利于全面地反映情況，且指標(biāo)間相互聯(lián)系，共同影響。（3）主導(dǎo)性。指標(biāo)的選取很重要，精準(zhǔn)的指標(biāo)衡量，對之后結(jié)論的總結(jié)和研究意義重大。（4）層次性。生態(tài)承載力是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，其中包含的要素眾多，可將其指標(biāo)分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層。（5）可操作性。所選用的指標(biāo)應(yīng)具備真實(shí)可操作性，以體現(xiàn)出人類活動(dòng)對其造成的影響。（6）簡單性。指標(biāo)的主要目的是為了說明主題，應(yīng)當(dāng)簡潔明了，通俗易懂，并具有高度的可比性。

本文依據(jù)以上6點(diǎn)原則，在了解各個(gè)要素之間的關(guān)系后，并將其分為3個(gè)子系統(tǒng)，并將其中的資源有劃分為3個(gè)子模塊。具體生態(tài)承載力指標(biāo)體系構(gòu)建情況，如下頁表1所示。

2 長江生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)城市群生態(tài)承載力SD模型動(dòng)態(tài)模擬

本文的主要研究對象為長江生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)城市群綜合承載力，因此以宜昌、南昌、新余和長沙為例，對這些主城市的生態(tài)承載力進(jìn)行實(shí)證分析與比較。城市群生態(tài)承載力由于經(jīng)濟(jì)增長、人口變動(dòng)、資源消耗，失去了整體平衡。因此，要想實(shí)現(xiàn)生態(tài)承載力的協(xié)調(diào)，必須充分研究城市群綜合承載力與區(qū)域經(jīng)濟(jì)之間的相互作用關(guān)系。構(gòu)建系統(tǒng)動(dòng)力模型的步驟主要包括：（1）綜合分析。主要是用來查看問題，并找出主要原因，先確定研究目的，仔細(xì)研究問題的形成過程。在建立模型時(shí)，不能只是單純地復(fù)制，應(yīng)該利用精準(zhǔn)的指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。（2）結(jié)構(gòu)分析。這一步的主要目的處理信息、分析機(jī)制，最終確定邊界。主要研究總體與局部以及變量之間的關(guān)系、分析變量回路間的關(guān)系、查看主回路的性質(zhì)。（3）建立規(guī)范模型。建立各個(gè)方程，如狀態(tài)變量、速率變量、常量等；精確參數(shù)；利用N方程與C方程的值，賦值于表函數(shù)。（4）嘗試運(yùn)行與調(diào)整。模型試運(yùn)之后若發(fā)現(xiàn)問題，可以進(jìn)行再次分析，對之改正及調(diào)整。（5）結(jié)果分析對綜合結(jié)果進(jìn)行分析，最終結(jié)論可以作為決策調(diào)控的參考依據(jù)。系統(tǒng)動(dòng)力模型可以運(yùn)用一階微分方程，將各個(gè)變量之間的關(guān)系反饋出來，在實(shí)際應(yīng)用中，可模擬不同的方案，對其進(jìn)行測量，并將所得結(jié)果作為指標(biāo)體系，進(jìn)行比較，便可得出承載力及優(yōu)等方案。

表1 生態(tài)承載力指標(biāo)體系的構(gòu)建

2.1 因果關(guān)系分析

在生態(tài)系統(tǒng)中，為了分析與問題相關(guān)的要素，并研究它們之間的的相互作用關(guān)系，本文建立了如圖1所示的因果關(guān)系圖。

2.2 系統(tǒng)動(dòng)力模型方程的建立

衡量其動(dòng)態(tài)行為，建立結(jié)構(gòu)方程式，其中各符號的意義為:L——狀態(tài)變量方程，R——速率方程，A——輔助變量，T——年份，取值范圍是[2001,2020]，DT(其值為1)表示時(shí)間步長。

2.2.1 經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)

圖1因果關(guān)系圖

經(jīng)濟(jì)屬于主要組成及關(guān)鍵因素，在其中處于核心地位。文中狀態(tài)指標(biāo)為GDP和RJGDP，輔助變量為第一產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)值(GDP1)、第二產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)值(GDP2)、第三產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)值(GDP3),第一產(chǎn)業(yè)比例(GDP1BL)、第二產(chǎn)業(yè)比例(GDP2BL)、第三產(chǎn)業(yè)比例(GDP3BL)，速率變量確定為國內(nèi)生產(chǎn)總值增長率(GDPZL)，構(gòu)建長江生態(tài)區(qū)城市群生態(tài)承載力的系統(tǒng)動(dòng)力模型。其方程式及參數(shù)為:

2.2.2 人口子系統(tǒng)

區(qū)域經(jīng)濟(jì)、能源等的發(fā)展趨勢取決于人口，人口作為系統(tǒng)中的決策者及被動(dòng)者，不管是哪個(gè)方面的變化，都能影響到生態(tài)承載力。這里選取的指標(biāo)為：總?cè)丝凇猌RK、鄉(xiāng)村人口——XCRK、城鎮(zhèn)人口——CZRK、死亡人口——SWRK、出生人口——CSRK、人口增長率——EZKZL，其方程式和參數(shù)為：

2.2.3 資源子系統(tǒng)

在生產(chǎn)活動(dòng)中，最不可或缺的便是資源，其不僅具有較高的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)價(jià)值，且在生態(tài)方面意義也重大。本文從水資源、土地資源和能源資源3個(gè)子模塊著手對資源要素進(jìn)行分析。

（1）水資源子模塊

水資源是生命的源泉，具有可再生、能流動(dòng)、易耗竭、易污染及不確定性等特性。研究水資源所選取的指標(biāo)有：ZHSL——總耗水量、HSLXS——耗水量系數(shù)、CZYSL——總用水量、RJHS——人均耗水、WYGDPHS——萬元GDP耗水、WYGDP1HS——萬元GDP1耗水、WYGDP2HS——萬元GDP2耗水、WYGDP3HS——萬元GDP3耗水和HSLZL——耗水量增長量。方程式和參數(shù)如下:

（2）土地利用子模塊

在生產(chǎn)生活中，土地的利用是不可避免的，因此應(yīng)當(dāng)重視在對土地資源的保護(hù)、改造及使用。因此，研究土地資源選取如下指標(biāo)：ZS——總面積、CDS——草地面積、GDS——耕地面積、CZLHS——城鎮(zhèn)綠化面積、CZRJJZS——城鎮(zhèn)人均居住面積、CZJZS——城鎮(zhèn)居住面積以及QTYDS——其他用地面積等。具體方程式和參數(shù)為:

（3）能源子模塊

能源作為重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，是人們得以生存、延續(xù)，社會(huì)得以進(jìn)步的根本。區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展主要取決于能源的合理開發(fā)及應(yīng)用，這樣才得以維持其經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定增長。該子模塊與其他系統(tǒng)相互作用，相互影響，組成一個(gè)完整復(fù)雜的龐大系統(tǒng)。因此選取了一些指標(biāo)：煤炭產(chǎn)量(MTCL)、工業(yè)煤炭消耗系數(shù)(GYMTXHXS)、工業(yè)煤炭消耗量(GYMTXHL)、發(fā) 電 量 (FDL)、總 耗 電 量 (ZHDL),耗 電 量 系 數(shù)(HDLXS)、液化石油消耗量(YHSYXHL)、燃?xì)庀牧?RQXHL)、能源總耗量(NYZHL)、萬元 GDP1能耗(WYGDP1NH)、萬元 GDP2能耗(WYGDP2NH),萬元 GDP3能耗(WYGDP3NH)。能源子模塊在模型中的方程式和參數(shù)如下:

2.3 宜昌、南昌、長沙、新余四市城市群綜合承載力比較

通過分析長江中游城市群的經(jīng)濟(jì)總量可知，2016年長江中游區(qū)域生產(chǎn)總值為6.65萬億元，其區(qū)域內(nèi)的湖南、湖北、江西生產(chǎn)總值均高于6萬億元，人均生產(chǎn)總值為41221元。長江中游城市群的生產(chǎn)總值分別占長江經(jīng)濟(jì)帶，以及全國生產(chǎn)總值的21.2%與9.52%，所占比例較高，由此可知，長將中游城市群的發(fā)展能夠有效促進(jìn)長江經(jīng)濟(jì)帶以及全國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

長江生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)城市群綜合承載力可以從土地承載力、水資源承載力、環(huán)境承載力、能源承載力四個(gè)角度進(jìn)行分析，本文選取宜昌、南昌、長沙、新余四個(gè)具有代表性的城市對其進(jìn)行綜合承載力的分析與比較（見表2），實(shí)證城市群綜合承載力與區(qū)域經(jīng)濟(jì)的相互作用。

表2 城市各要素承載力得分

根據(jù)表2可知，長江生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)城市群發(fā)展受環(huán)境承載力的影響是最大的，其次分別是水資源承載力、土地承載力、能源承載力，說明生態(tài)環(huán)境的變化對城市群的發(fā)展最為重要。在三個(gè)不同城市群中，宜昌的各要素承載能力都很高，說明該城市各方面要素的規(guī)劃和建設(shè)均比較合理，新余市的承載能力最低，這是因?yàn)樵摮鞘薪?jīng)濟(jì)發(fā)展相對于其他城市而言水平較低，且經(jīng)濟(jì)增長能力較差，同時(shí)由于復(fù)雜的民族人口導(dǎo)致水資源、能源方面的壓力比較大，所以造成該城市的綜合承載能力較低。南昌、長沙的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度在近幾年比較迅速但是仍由進(jìn)一步提高的空間。綜上，宜昌市的綜合承載能力最高，有必要對其進(jìn)行進(jìn)一步的仿真實(shí)驗(yàn)探究。

2.4 系統(tǒng)動(dòng)力模型建立與檢驗(yàn)—以宜昌為例

進(jìn)行模擬的主要方法為依據(jù)原始資料，對模型進(jìn)行調(diào)整并證明其準(zhǔn)確性（2014—2019年之間）。其主要模擬的是長江生態(tài)區(qū)城市群生態(tài)承載力的指標(biāo)，主要有包含6項(xiàng)指標(biāo)，分別為GDP、總?cè)丝?、總耗水量、總發(fā)電量、污水排放量和城市人均居住面積。以2014年為基本數(shù)據(jù)，取相隔為1年的模擬及驗(yàn)證結(jié)果。在模擬結(jié)果中，相對誤差絕對值小于1%的概率為11.1%；相對誤差絕對值小于2%的概率為33.3%；而相對誤差絕對值小于5%時(shí)，概率可達(dá)百分百，由此證明了模型的可靠及準(zhǔn)確性。因此，長江生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)城市群生態(tài)承載力結(jié)果如表3所示。

表3 長江生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)城市群生態(tài)承載力結(jié)果分析

3 結(jié)束語

本文運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力模型，對長江生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)城市群綜合承載力與區(qū)域經(jīng)濟(jì)之間的相互作用關(guān)系進(jìn)行研究，比較了宜昌、南昌、新余、長沙四個(gè)市的綜合承載能力發(fā)現(xiàn)，環(huán)境承載力對城市經(jīng)濟(jì)群的發(fā)展至關(guān)重要，同時(shí)宜昌市在這四個(gè)城市中的綜合承載力最高，有必要對其經(jīng)濟(jì)、人口、資源等三要素進(jìn)行進(jìn)一步的仿真實(shí)驗(yàn)。

以宜昌為例，主要分析了其中經(jīng)濟(jì)、人口、資源3個(gè)子系統(tǒng)之間的關(guān)系，并得出了以下結(jié)論：從整體上來看，宜昌這幾年的GDP處于增長狀態(tài)中；人口也處于上升狀態(tài)，但不怎么穩(wěn)定；污水排放量也在逐年遞減，這應(yīng)該是因?yàn)閷ⅰ跋任廴竞筇幚怼钡乃枷霃氐灼绲木壒?，耗水量也在下降，水資源總量得以提升。