蘇湘媛，周李磊，官冬杰

（1.重慶交通大學 智慧城市學院，重慶 400074；2.重慶交通大學 土木工程學院，重慶 400074）

生態(tài)和經濟的協(xié)調發(fā)展是社會可持續(xù)發(fā)展的前提，如何利用經濟手段調節(jié)生態(tài)環(huán)境和社會經濟的利益關系成為影響社會協(xié)調發(fā)展的關鍵問題。目前，隨著資源耗竭和生態(tài)破壞問題的凸顯，以經濟手段介入生產生活，促進生態(tài)環(huán)境的保護與建設成為實現生態(tài)與經濟可持續(xù)發(fā)展的常用手段。生態(tài)補償是通過利用經濟激勵手段來調節(jié)環(huán)境與經濟發(fā)展的利益關系，對生態(tài)系統(tǒng)進行保護、恢復和改善，進而達到生態(tài)與經濟可持續(xù)發(fā)展的一種手段或制度安排[1-2]。從生態(tài)建設和經濟建設目標來看，生態(tài)補償有狹義和廣義之分。狹義的生態(tài)補償是指環(huán)境破壞者對已遭受破壞的自然環(huán)境進行的補償行為，比如水污染治理、水土流失治理等；廣義的生態(tài)補償涵蓋了對因保護環(huán)境而失去發(fā)展機會的地區(qū)進行的資金補助、技術支持、政策鼓勵等[3]。實施生態(tài)補償政策是國家生態(tài)文明建設的重要抓手，是實現經濟可持續(xù)發(fā)展的重要途徑，也是解決發(fā)展與環(huán)境之間矛盾的行之有效的方法[4-5]。對此，我國在生態(tài)補償方面進行了眾多嘗試，并陸續(xù)出臺了多條相關政策，為我國生態(tài)補償工作的有序開展和研究奠定了重要基礎[6]。

近年來，國內外學者就生態(tài)補償問題進行了廣泛且深入的研究，主要集中于以下幾個方面。（1）生態(tài)補償的理論探討。生態(tài)補償概念最初起源于生態(tài)學理論，后來逐漸引入社會經濟學領域，其外部性原理成為生態(tài)補償主要的理論基礎[7-9]。（2）生態(tài)補償標準核算。由于學界對生態(tài)補償標準核算的方法和角度存在差異，目前關于生態(tài)補償核算標準難以達成共識[10]。針對不同的補償對象，國內外學者從不同角度展開研究，探討適合于不同地區(qū)的生態(tài)補償標準[11]，國內相關學者在對比國內相關標準后指出機會成本法最適宜用于我國的生態(tài)補償標準計算[12]。（3）生態(tài)補償的博弈主體行為以及生態(tài)補償意愿研究。在支付意愿研究方面，張化楠等[13]借助結構方程模型并通過實證分析得出大汶河流域附近民眾自身的認知水平與其補償意愿存在正向的關聯(lián)；在受償意愿分析方面，石涵予等[14]在將生態(tài)效益和經濟租金引入農戶的效用函數中，定量分析農戶接受補償的影響因素，提高了生態(tài)補償的效率。通過梳理國內外相關文獻發(fā)現，現階段生態(tài)補償與經濟發(fā)展的研究主要體現在生態(tài)扶貧即生態(tài)補償政策的減貧作用上。例如Pagiola等[15]探討了在當地條件允許的基礎上，政府合理地進行環(huán)境服務付費有助于上游貧困地區(qū)經濟的發(fā)展。Locatelli等[16]研究了哥斯達黎加北部地區(qū)開展的環(huán)境服務支付計劃，指出該區(qū)域實施的生態(tài)補償雖對植樹造林、文化建設等方面產生積極的影響，卻并未對經濟的發(fā)展起到幫助作用。李國平等[17]基于拉姆齊-卡斯-庫普曼宏觀增長模型，定量化地分析生態(tài)補償資金的投入對縣域經濟增長的影響，并得出通過提高資本的增長率使得生態(tài)補償資金提高進而推動當地經濟的增長。孟婷等[18]以安徽省大別山的貧困地區(qū)為例，通過定量化的數學方法探究當地生態(tài)補償機制與經濟效益的關系，得出環(huán)境質量的改善能促進經濟效益的提升。綜上，目前已有的研究側重于生態(tài)補償的理論、方法、經濟效應評價等方面，缺乏生態(tài)補償與經濟增長之間互相作用、互相影響的動態(tài)變化分析和未來預測研究。生態(tài)補償與經濟增長的變動情況具有復雜性，涉及多個因素的共同作用，系統(tǒng)動力學從復雜系統(tǒng)的內部結構出發(fā)，能綜合多個因素變動對整個系統(tǒng)的影響，在定性與定量研究方面具有明顯的優(yōu)勢[19]。

長江經濟帶人口眾多、經濟體量大、發(fā)展?jié)摿?，作為我國生態(tài)文明建設的先行示范帶，在我國的發(fā)展中具有重要的戰(zhàn)略地位[20-21]。黨的十八大以來，長江經濟帶開啟了“綠色發(fā)展”的新篇章，如何貫徹落實“共抓大保護、不搞大開發(fā)”的主題對推動長江經濟帶的可持續(xù)發(fā)展至關重要。生態(tài)補償政策的落實有利于推動全流域生態(tài)環(huán)保的協(xié)同治理[22]，因此也成為實現長江經濟帶綠色發(fā)展的有力保障之一。探究生態(tài)補償與經濟增長的動態(tài)關系，尋求生態(tài)補償的最優(yōu)路徑以達到生態(tài)修復和經濟增長的利益最大化值得進行深入研究。基于此，本文以長江經濟帶為研究對象，依據系統(tǒng)動力學理論，綜合考慮人口、經濟、環(huán)境、技術、生態(tài)補償等多因素的相互關系，選取相關指標，建立生態(tài)補償與經濟增長的系統(tǒng)動力學模型，求得生態(tài)補償對經濟增長的影響，然后預測未來不同情景下經濟隨生態(tài)補償投入的變化趨勢，以期為后續(xù)長江經濟帶生態(tài)補償工作的實施以及長江經濟帶的可持續(xù)發(fā)展提供科學依據。

1 研究對象與數據來源

1.1 研究對象概況

長江經濟帶以長江干流為紐帶，走向與緯度呈平行狀，橫跨東西，連接我國東西部共11個?。ㄊ校?，分別是上海、江蘇、浙江、安徽、江西、湖北、湖南、重慶、四川、貴州、云南，總面積約2.05×106km2，占全國陸地面積的21.4%。截至2019年底，長江經濟帶常駐總人口達6.01億人，地區(qū)生產總值45.8萬億元，人口和經濟均超過全國總量的40%。長江經濟帶氣候濕潤、降雨充足，具有豐富的水資源，西高東低的地勢造就了它巨大的水能資源；廣闊的陸地面積和宜人的氣候條件使其農耕土地富足，農業(yè)基礎雄厚[23]；長江流域的礦產資源、生物資源等在全國也是名列前茅；與此同時，長江經濟帶也是我國最重要的工業(yè)走廊之一，鋼鐵、電子、石化及汽車等一大批現代化產業(yè)聚集于此。長江經濟帶得天獨厚的地理位置和氣候條件使其在我國的發(fā)展中占據極其重要的生態(tài)和戰(zhàn)略地位。

1.2 數據來源與處理

本文中的統(tǒng)計數據主要源于2005—2019年《中國統(tǒng)計年鑒》《中國人口和就業(yè)統(tǒng)計年鑒》《中國科技統(tǒng)計年鑒》以及各省市政府發(fā)布的環(huán)境統(tǒng)計公報等，提取了2004—2018年的數據。為減少計算中的誤差，采用GDP平減指數，將所有數據折算到2004年。

2 研究方法

2.1 系統(tǒng)動力學模型

系統(tǒng)動力學（system dynamics，SD）是一門通過定性與定量有機結合在一起反映復雜系統(tǒng)內部結構、功能、相互關系以及影響機制的綜合管理性科學。通過對復雜系統(tǒng)進行模型構建，可以對動態(tài)反饋問題進行深入分析，并預測其未來在不同情景下的變化趨勢[24]。本文中生態(tài)補償與經濟增長之間的內部聯(lián)系錯綜復雜，在對系統(tǒng)進行整體框架分析后，選取具有代表性的環(huán)境污染指標和社會經濟指標進行模型的構建，以量化生態(tài)補償對環(huán)境和經濟的影響情況。本文采用Vensim PLE軟件進行模型的構建，模型的時間界限為2004—2040年，仿真步長為1年，包括2個階段：2004—2018年為模型的模擬階段，此階段運用已知的歷史數據對模型的精度進行檢驗；2019—2040年為模型的預測階段，此階段根據不同情景下的參數設定來預測未來生態(tài)補償與經濟增長的動態(tài)關系。

2.2 系統(tǒng)結構分析

本文將長江經濟帶生態(tài)補償與經濟增長體系劃分為環(huán)境和社會經濟兩大板塊，在此基礎上將模型劃分為人口、經濟、環(huán)境、人力資本、生態(tài)補償五個子系統(tǒng)，具體如下。

2.2.1 人口子系統(tǒng)

人口數量的變動對系統(tǒng)的影響體現在兩方面，一方面會影響勞動力就業(yè)人口的變化，側面影響受高等教育人數與科研人員的數量，進一步對知識存量產生影響，從而反饋到GDP的變化上；另一方面人口數量的增加或減少又會造成生產生活中污染物排放的數量變化，從而進一步影響生態(tài)環(huán)境的質量情況。

2.2.2 經濟子系統(tǒng)

經濟子系統(tǒng)貫穿于整個系統(tǒng)結構中，勞動力的增加會帶來GDP的增長，經濟增長過程往往伴隨著廢水、廢氣和固體廢棄物的處理排放，對環(huán)境存量產生影響，故而又反作用于經濟增長，同時經濟增長水平又會影響固定資本、科研技術、環(huán)境污染治理等方面的投入，經濟子系統(tǒng)與整個系統(tǒng)結構密不可分、環(huán)環(huán)相扣。

2.2.3 環(huán)境子系統(tǒng)

環(huán)境子系統(tǒng)反映三廢污染物的排放和處理情況。經濟發(fā)展水平影響人口數量，人口數量情況又與三廢污染物的排放量關系緊密，同時經濟的發(fā)展能夠刺激環(huán)境污染治理資金的投入，從而使得環(huán)境質量發(fā)生改變，環(huán)境質量的提升或降低又將反饋到經濟方面。

2.2.4 人力資本子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)分為三個部分，分別為勞動人力資本、研發(fā)人力資本和人力資本部門人力資本。人力資本的多少影響經濟的生產、技術的發(fā)展，而人力資本的多少取決于人口子系統(tǒng)，人口數量決定了參與社會勞動的勞動力數量，勞動力數量反映出勞動人力資本的多少，并影響研發(fā)人力資本和人力資本部門自身的人力資本。

2.2.5 生態(tài)補償子系統(tǒng)

我國的生態(tài)補償模式分為政府撥付和市場調控兩大類。政府撥付包括財政轉移支付、重大生態(tài)工程建設、專項基金；市場調控包括排污費、資源費、環(huán)境稅、水權交易等[7]。本文只探討政府撥付的生態(tài)補償資金對經濟的影響。通過財政下?lián)艿馁Y金，對環(huán)境污染進行治理，在一定程度上改善生態(tài)環(huán)境，引起環(huán)境存量的增加，而環(huán)境的改善又將對經濟的發(fā)展起到積極的作用，實現生態(tài)補償與經濟增長的互相反饋。

2.3 因果反饋關系

為明確長江經濟帶生態(tài)補償與經濟增長系統(tǒng)中各子系統(tǒng)之間的聯(lián)系，對系統(tǒng)進行因果關系分析。經濟是整個系統(tǒng)的核心部分，一方面，經濟發(fā)展使得人口數量增加，人口數量的增加帶來人力資本和污染排放量上升，人力資本上升對經濟起積極的正反饋作用，污染排放量的上升對環(huán)境存量的影響呈負反饋作用，進而抑制經濟的增長；另一方面，經濟的發(fā)展促使國家撥付更多資金進行生態(tài)補償，環(huán)境污染得到治理，環(huán)境破壞所造成的經濟損失減小，環(huán)境存量增加，對經濟發(fā)展起到積極的正反饋作用。各子系統(tǒng)之間相互影響、相互制約，共同實現系統(tǒng)的整體功能。在定性分析各子系統(tǒng)因果關系的基礎上繪制系統(tǒng)的因果關系圖（圖1）。其中“+”表示正反饋，“-”表示負反饋。

圖1 長江經濟帶生態(tài)補償與經濟增長系統(tǒng)因果關系反饋圖Fig.1 Feedback diagram of the causal relationship between ecological compensation and economic growth systems in the Yangtze River Economic Belt

2.4 生態(tài)補償與經濟增長系統(tǒng)動力學模型構建與檢驗

為使模型運行的結果更加趨近于實際的數值，本文將環(huán)境污染要素作為生產投入的一種要素納入構建的系統(tǒng)動力學模型中[25]，并根據長江經濟帶的實際情況對系統(tǒng)中各個參數進行調整，通過系統(tǒng)的結構分析并結合因果關系圖建立長江經濟帶生態(tài)補償與經濟增長系統(tǒng)動力學模型，如圖2。共選取81個變量構建了系統(tǒng)動力學模型，其中包括34個常量變量，24個輔助變量，15個速率變量和8個狀態(tài)變量。

最終經濟的產出函數采用柯布道格拉斯生產函數，滿足以下公式：

圖2 長江經濟帶生態(tài)補償與經濟增長系統(tǒng)動力學模型Fig.2 System dynamics model of ecological compensation and economic growth in the Yangtze River Economic Belt

式中：Y為長江經濟帶地區(qū)的總產值；A為知識存量；HY為最終投入生產中的勞動人力資本；L為就業(yè)人口；K為物質資本存量；P為環(huán)境污染要素對經濟的影響值；η、α、β、γ、χ分別為知識存量、勞動人力資本、就業(yè)人口、物質資本和環(huán)境要素的彈性系數。

系統(tǒng)動力學模型的合理性、準確性、有效性至關重要，因此，在進行實際問題的模擬時需要對模型進行檢驗。系統(tǒng)動力學模型的有效性檢驗方式有三種，分別為理論檢驗、運行檢驗和歷史仿真檢驗[26]。本文采用歷史仿真檢驗方式進行模型驗證，檢驗原理如下：

2.5 多情景設置

為探究長江經濟帶生態(tài)補償對經濟增長以及環(huán)境質量的影響情況，通過變更投入生態(tài)補償的多少來實現該目的。調整投入的生態(tài)補償系數并對不同情景下的生態(tài)補償與經濟增長進行模擬，為此設置了以下四種發(fā)展情景。

情景1：自然發(fā)展情景。維持現有的發(fā)展趨勢不變，不進行生態(tài)補償，模擬未來至2040年長江經濟帶經濟增長和環(huán)境質量的變化情況。

情景2：低生態(tài)補償情景。以自然發(fā)展情景作為基礎，投入一定的生態(tài)補償，將生態(tài)補償的投入系數設置為0.5，表示投入較低的生態(tài)補償，模擬未來至2040年長江經濟帶在該種模式下經濟增長和環(huán)境質量的狀況。

情景3：生態(tài)補償情景。以自然發(fā)展情景作為基礎，投入生態(tài)補償，將生態(tài)補償的投入系數設置為1，表示投入正常的生態(tài)補償，模擬未來至2040年長江經濟帶在該種模式下經濟增長和環(huán)境質量的變化趨勢。

情景4：高生態(tài)補償情景。以自然發(fā)展情景作為基礎，投入一定的生態(tài)補償，將生態(tài)補償的投入系數設置為1.5，表示投入較高的生態(tài)補償，模擬未來至2040年長江經濟帶在該種模式下經濟增長和環(huán)境質量的變化情況。

3 結果分析

3.1 模型精度檢驗

本文將模型運行得到的模擬結果與真實的歷史數據對構建的模型進行歷史仿真檢驗，以2004—2018年15年的歷史數據進行校驗。由于模型涉及變量過多，因此選取最具代表性的人口和GDP兩個變量的檢驗結果來進行說明，得到如表1和表2的檢驗結果。表1結果表明，2004—2018年期間的人口模擬值與真實值之間的相對誤差均小于2%；表2結果表明，2004—2018年期間的GDP模擬值與真實值之間的相對誤差均小于7%。整體上看，選取的兩個變量誤差比例均在合理范圍內，滿足模型的精度要求，故認為該模型具有較強的可靠性，能較為真實地反映長江經濟帶生態(tài)補償與經濟增長之間的關系。

表1 系統(tǒng)動力學模型人口檢驗Table 1 System dynamics model population test單位：萬人

表2 系統(tǒng)動力學模型GDP檢驗Table 2 System dynamics model GDP test單位：萬元

3.2 環(huán)境系統(tǒng)情景分析

生態(tài)補償對環(huán)境的影響作用體現在進行生態(tài)補償能一定程度減少環(huán)境污染，提升環(huán)境質量。通過上述情景設置，得到四種不同情景下三廢污染總量、環(huán)境損失價值以及環(huán)境存量的未來變化趨勢，如圖3所示。

圖3 環(huán)境系統(tǒng)情景模擬結果比較分析Fig.3 Comparative analysis of scenario simulation results for environmental systems

四種不同情景下三廢污染總量的變化趨勢是一致的，在2019—2030年平穩(wěn)上升，至2030年左右三廢污染排放總量達到峰值，之后呈下降的趨勢。出現這一現象的原因主要有兩個：一方面，未來一段時間內長江經濟帶總人口仍然會緩慢增加，人口的擴大將增加三廢污染總量的排放；另一方面，社會經濟發(fā)展到一定階段，伴隨環(huán)境污染治理進一步加強，污染物的排放最終得到控制。從結果中可以看出，自然發(fā)展情景與投入生態(tài)補償的其他三種情景相比三廢污染總量要更多，且投入越多的生態(tài)補償，污染總量越少。

四種不同情景下的環(huán)境損失價值均呈上升的趨勢，其中不投入生態(tài)補償的自然發(fā)展情景環(huán)境損失價值均高于其他情景下的環(huán)境損失價值，且生態(tài)補償投入越多，環(huán)境損失價值越少。不同情景下的環(huán)境損失價值由高到低分別為：自然發(fā)展情景＞低生態(tài)補償情景＞生態(tài)補償情景＞高生態(tài)補償情景。

在四種發(fā)展情景下，環(huán)境存量均呈上升趨勢。自然發(fā)展情景下環(huán)境存量上升的程度十分緩慢，其他三種情景下環(huán)境存量呈指數型增長。其中低生態(tài)補償情景下的環(huán)境存量低于生態(tài)補償情景，高生態(tài)補償情景最高，說明投入的生態(tài)補償對環(huán)境質量的改善起到了積極的作用，并且這種作用在加大生態(tài)補償的投入力度后表現得更為明顯。

3.3 社會經濟系統(tǒng)情景分析

生態(tài)補償對經濟的影響主要體現在兩個方面：一方面實施生態(tài)補償進行環(huán)境改善后對經濟的發(fā)展起到積極的作用，使得因環(huán)境污染造成的經濟損失降低；另一方面生態(tài)補償又會引起物質資本的減少，對經濟的發(fā)展起一定程度的抑制作用。通過上述對生態(tài)補償系數的設置，得到了不同情景下GDP、物質資本以及知識存量的變化趨勢，如圖4所示。

四種不同情景下GDP的變化趨勢均呈指數型增長，四種發(fā)展情景之間的模擬值差距較小，其中GDP最小的為高生態(tài)補償情景，GDP最大的為自然發(fā)展情景，投入較多的生態(tài)補償會在一定程度上減少GDP，但這種影響十分微弱，說明投入的生態(tài)補償并未對長江經濟帶的經濟發(fā)展起較大作用。

圖4 社會經濟系統(tǒng)情景模擬結果比較分析Fig.4 Comparative analysis of socio-economic system scenario simulation results

四種發(fā)展情景下模擬得到的物質資本發(fā)展趨勢均呈指數型增長，其中自然發(fā)展情景＞低生態(tài)補償情景＞生態(tài)補償情景＞高生態(tài)補償情景，但不同情景間的差距較小，投入的生態(tài)補償對物質資本的影響微弱。

四種發(fā)展情景下知識存量的變化趨勢同物質資本相似地呈指數型增長，并且不同情景間的知識存量差距十分小，這種較小的差距同GDP和物質資本一樣，說明生態(tài)補償并未對知識存量有較大的影響。

3.4 最優(yōu)化情景選擇

通過對比環(huán)境系統(tǒng)情景分析（圖3）和社會經濟系統(tǒng)情景分析（圖4），可以看出，改變生態(tài)補償的投入系數，即改變生態(tài)補償金額投入的大小，對環(huán)境系統(tǒng)，特別是環(huán)境存量有較大的影響。三廢污染總量和環(huán)境損失價值均呈現高生態(tài)補償情景＜生態(tài)補償情景＜低生態(tài)補償情景＜自然發(fā)展情景，而環(huán)境存量呈現高生態(tài)補償情景＞生態(tài)補償情景＞低生態(tài)補償情景＞自然發(fā)展情景，并且生態(tài)補償值越高環(huán)境存量越大，環(huán)境存量之間的差異也更為明顯。社會經濟系統(tǒng)中，雖然提高生態(tài)補償金額在一定程度上使得GDP、物質資本和知識存量降低，但相較而言環(huán)境系統(tǒng)的改善效果更為凸出。因此，根據本文采用的系統(tǒng)動力學模擬結果來看，提高生態(tài)補償的投入會極大限度地改善環(huán)境，而對經濟發(fā)展的影響較小。在一定范圍內，適當地提高生態(tài)補償資金的投入更有利于實現長江經濟帶經濟與環(huán)境的協(xié)調發(fā)展。

4 結論

本文通過構建的長江經濟帶生態(tài)補償與經濟增長的系統(tǒng)動力學模型，對長江經濟帶不同發(fā)展情景下的生態(tài)補償與經濟發(fā)展進行探討，主要得出以下結論。

1）對長江經濟帶實施生態(tài)補償會對環(huán)境產生較大的影響，投入的生態(tài)補償越多，環(huán)境污染總量越少，環(huán)境存量增加越明顯，環(huán)境質量總體提升。

2）生態(tài)補償投入的改變對長江經濟帶經濟的增長影響較小，說明在一定合理范圍內增加補償的投入力度不會抑制經濟的增長。

3）通過對比分析四種不同發(fā)展情景下GDP的增長趨勢與環(huán)境變化趨勢，適當提高生態(tài)補償金額，能較大程度改善環(huán)境，因此，本文選取高生態(tài)補償情景作為長江經濟帶生態(tài)補償與經濟發(fā)展的最優(yōu)實現路徑。