黄河流域经济发展与生态环境耦合协调度测度研究

杜柏锋， 王建民

（安徽理工大学，安徽淮南 232001）

为实现黄河流域生态保护和经济增长的协同推进，提高黄河流域沿线省份的整体可持续发展水平，许多学者在生态环境与经济协调发展领域做了大量研究. 这些研究主要集中在3个方面：

一是环境规制对经济增长质量的影响. 田光辉等［1］认为，实施环境规制虽然会使企业生产成本增加，但是可以激励企业不断优化生产线、提升技术水平与生产效率；王奕淇等［2］利用数值分析，研究了各个子系统的相互影响，认为在协同发展情景中，黄河流域的社会经济得到较快发展；陆大道和孙东琪［3］系统分析了黄河流域治理情况与可持续发展状况，认为应建立市场、社会、文化、生态以及利益协同的现代化治理体系.

二是生态环境与旅游协调发展的关系. Moulin等［4］提出了旅游产业与生态系统融合发展的概念；郭晓东和李莺飞［5］将AHM属性层次模型权重和熵值权重相结合起来，探析了中国旅游经济与生态环境协调发展水平的空间差异与演变特征；周彬等［6］构建了基于PSR-EES 模型的旅游生态安全评价指标体系，对浙江省旅游产业发展对生态安全的影响进行动态评估.

三是生态保护与高质量发展的耦合关系. 耿松涛和谢彦君［7］对各城市经济与生态环境耦合发展问题进行了深入探讨；赵鑫［8］、李淑娟和李满霞［9］探讨了旅游经济与生态环境的耦合关系，对经济和生态环境的耦合协调度进行定量评价；高楠等［10］根据旅游系统生态保护与进口贸易系统之间协调发展的作用机理，建构了入境旅游系统与进口贸易系统耦合评价模型和指标体系.

目前，国内外学者对于生态保护与经济协调发展的研究中关于黄河流域生态保护与经济协调发展耦合关系的研究较少，且大部分没有基于DPSIR模型建立系统的耦合协调评价体系，远不能满足作为提升黄河流域各省份协调可持续发展水平的重要参考的实际需求，因此亟待开展针对黄河流域经济发展与生态环境耦合协调系统的研究.

1 数据与研究方法

1.1 研究区概况

黄河发源于青藏高原，流经9个省（区），全长5464 km，是我国仅次于长江的第二大河. 截至2018年底，黄河流域9省（区）人口4.2亿，占全国人口的30.3%；地区生产总值23.9万亿元，占全国的26.5%［11］.

黄河流域各省（区）资源空间分布不均衡，水土产资源空间错位，开发难度大，经济总体水平不高. 山区和丘陵分别占流域面积的40%和35%，平原仅占17%；对水土资源需求较高的中下游水资源较为短缺，水土产资源空间错位［12］. 黄河上游的甘肃、青海、陕西和宁夏贫困发生率分别为9.7%、8.1%、7.5%和6%，高于全国贫困发生率3.1%. 黄河流域区域经济发展水平差异较大，青海省玉树州人均GDP仅为1.59万元，而黄河入海口的山东省东营市人均GDP高达17.74万元［13］. 黄河流域城市第二产业产值所占比重偏高［14］，资源型城市的制造业比例居高不下，对自然资源的过度开发导致环境恶化和自然灾害频发，给黄河流域省份经济带来巨大损失，对绿色转型和环境治理造成很大困难［15］.

1.2 数据来源

经济环境数据来源于2011—2020年《中国环境统计年鉴》《黄河年鉴》《中国城市统计年鉴》《中国城乡建设统计年鉴》及黄河流域9省（区）2011—2020年的统计年鉴、发展年鉴、国民经济和社会发展公报；2011—2020年能耗数据来源于对应年份的国家统计局、国家发展和改革委员会、国家能源局相关文件、wind数据库以及黄河流域9个省（区）的政府工作报告和相关统计公报等. 个别缺失数据采用插值法进行完善.

1.3 研究方法

耦合协调度是对复杂系统特定状态的评价指标，是对模块间或系统间关联程度的反映，耦合度越高，各系统间关联性越紧密、资源利用更加有效［16］. 本研究基于DPSIR模型构建经济发展要素系统与生态环境要素系统的综合协调评价模型，采用熵值法测算黄河流域9省（区）经济发展与生态环境综合发展水平及耦合协调度，将经济发展与生态环境系统耦合协调水平分为18种类型，并对区域进行时间趋势分析和空间特征分析，可作为提升黄河流域各省份协调可持续发展水平的重要参考，推动粗放型增长向绿色发展的转变.

1.3.1 评价指标体系

黄河流域各省（区）在自然环境、经济发展和生态状况等方面有明显的地域差异. 考虑到数据的可获得性和局部性，本文基于DPSIR模型，从D（驱动力）、P（压力）、S（状态）、I（影响）、R（响应）5个方面选取具有代表性的指标，建立了生态环境-经济发展综合评价指标体系，包含经济发展和生态环境两部分，共18个指标.

经济发展评价指标体系包括经济规模、经济结构两个层次共11个指标. 经济规模指标包含GDP、GDP增长率、人均GDP、人均可支配收入、城镇居民消费水平指数、单位GDP能耗、城镇固定资产投资和税收规模8个方面. 在实践中，GDP、GDP增长率、城镇固定资产投资的提高有利于经济发展. 人均GDP、人均可支配收入和城镇居民消费水平指数体现了当地居民的生活水平，单位GDP能耗反映了能源利用效率，这些指标的提升有利于带动经济高质量发展. 经济结构水平由第二产业增加值占GDP的比重、第三产业占GDP的比重和城镇化率来反映. 由于黄河流域资源型城市多，能源利用效率较差，第二产业占GDP的比重高，不利于经济转型与高质量发展，而提高以高新技术为主导的第三产业和城镇化率有利于经济发展.

生态环境评价指标体系包括生态环境水平、生态环境排放和生态环境保护3个层次共7个指标. 生态环境水平包括人均耕地面积和森林覆盖率，这二者的增加有利于生态环境的改善. 由于黄河流域各省（区）第二产业占比较高，因此将生态环境排放由SO2排放量和工业废水排放量两个指标反映，这二者若增加将加剧生态污染程度. 生态环境保护主要由环境保护支出、农林水事务支出和资源税来衡量. 它们可体现当地政府对生态环境与资源的重视程度，这些指标的增加有利于生态环境保护水平的提高.

1.3.2 基础数据的归一化

不同评价指标具有不同的量纲和量纲单位，本研究通过函数变换对原始数据进行标准化处理，以消除指标之间的量纲影响，方便数据分析. 计算公式如下：

当Xij为正向指标时：

式中：xij为第i年第j个指标的标准值和原始值；min(xij)和max(xij)分别为第j个指标的最小值和最大值.

1.3.3 指标权重赋值

利用熵值法来确定指标权重，可以有效避免主观因素导致的误差. 计算公式如下：

式中：Pij即标准化处理后的各指标值；i=1，2，…，m，表示年份；j=1，2，…，n，表示指标数据的种类.

式中：ej为第j项指标的信息熵；Wj为第j项指标的权重.

1.3.4 综合发展指数与耦合协调度计算

各省（区）经济发展质量、生态环境优化综合发展指数(Zij)代表了经济和环境系统综合发展水平. 该指数数值越大，说明经济和环境发展水平越好. 计算公式如下：

计算经济发展与生态环境综合指标协调度公式如下：

式中：Cit为经济发展与生态环境综合指标的协调度；SED和SEL分别是经济发展和生态环境的综合指标；将r赋值为2，作为协调指数. 由式（7）计算经济发展与生态环境的耦合协调度.

式中：dit为经济发展与生态环境的耦合协调度；α和β为这两个系统的权重. 本研究将经济发展和生态环境权重设定为α=β=0.5 . 耦合协调度水平不是一个确定的值，而是一个区间值. 在这项研究中，黄河流域9省（区）经济发展与生态环境系统耦合协调水平可分为10种类型（表1）.

表1 经济增长质量与生态环境优化耦合协调度类型Tab.1 Types of coupling coordination degree between economic growth quality and ecological environment optimization

2 结果与分析

2.1 耦合协调度空间特征分析

2.1.1 经济发展水平

选取2020年数据，基于耦合协调度模型，计算了黄河流域9省（区）经济发展与生态环境综合指数及其耦合协调度. 研究发现，黄河流域9省（区）经济发展与生态环境存在较大差距：东部地区经济发展各项指标明显优于中西部，山东的GDP为青海的24.3倍，税收规模为22.3倍；中部地区生态环境优越，陕西深林覆盖率达43.06%，内蒙古深林覆盖率为23.2%，分别为青海的5.8倍和3.09倍（表2）.

表2 变量描述性统计分析Tab.2 Descriptive statistical analysis of variables

从经济增长质量综合评分来看，2020 年黄河流域东部与中部的山东、河南、山西、四川、山西以及内蒙古发展水平较高，经济增长质量综合评分为0.5～0.7（图1）. 这些省（区）收入水平较高、工业技术水平高、工业化程度高，产业结构正在进行转型升级. 位于西部地区的青海、宁夏、甘肃经济质量发展水平较低，经济增长质量综合评分为0.2～0.3. 这些省（区）经济增长长期依靠资源的开发和投入，粗放型经济增长明显.

图1 黄河流域9省（区）耦合协调度状况Fig.1 Coupling coordination degrees of nine provinces（autonomous regions）in the Yellow River Basin

从生态环境优化综合水平综合评分来看，内蒙古生态环境优化处于较高水平，2020 年生态环境优化综合水平综合评分为0.82. 内蒙古不仅拥有优质的生态环境资源，而且在近些年颁布了一系列环境保护措施，极大促进了生态环境的改善. 黄河流域其他各省（区）生态环境优化指数为0.3～0.55. 这些省（区）第二产业占比高，资源型城市多，能源利用效率低，污水和SO2等污染物排放量较高，生态破坏严重.

2.1.2 经济增长与生态环境耦合协调度差异

样本省（区）的耦合协调水平同样存在较大差异，最高值和最低值之间的差异约为0.47. 内蒙古和山西的耦合协调度较高，大于0.8，处于优质协调阶段；青海的耦合协调水平较低，小于0.5；其余大部分省（区）耦合协调度水平处于中级协调阶段.

河南、山西、陕西都保持着较高水平的经济与环境因素协调均衡发展；内蒙古生态优化水平和经济发展较为滞后；山东经济发展水平较高，但生态环境优化水平较为滞后.

2.2 耦合协调度时间趋势分析

2011—2020 年黄河流域各省（区）经济增长质量综合评分、生态环境优化综合评分、经济增长质量与生态环境优化耦合协调度总体呈上升趋势（表3、表4、表5），表明黄河流域的综合发展水平不断提升总体向好，且经济质量增长速度优于生态环境增长速度（图2），此类现象使黄河流域9省（区）未来存在生态发展滞后的风险.

图2 黄河流域9省（区）2020年对比2011年经济质量增长、生态环境优化增长倍数Fig.2 Comparison of economic quality growth and ecological environment optimization growth multiple in the nine provinces（autonomous regions）of the Yellow River Basin in 2020 with 2022

表3 2011—2020黄河流域9省（区）经济增长质量综合评分Tab.3 Comprehensive scores of economic growth quality in nine provinces of the Yellow River Basin from 2011 to 2020

表4 2011—2020黄河流域9省（区）生态环境优化综合评分Tab.4 Comprehensive scores of ecological environment optimization in nine provinces of the Yellow River Basin from 2011 to 2020

表5 黄河流域9省（区）经济增长质量与生态环境优化耦合协调度Tab.5 Coupling and coordination degrees between economic growth quality and ecological environment optimization in nine provinces of the Yellow River Basin

2011年黄河流域9省（区）的经济发展与生态环境全部位于耦合不协调等级，但到2020年，除青海外，其余省（区）全部达到耦合协调等级. 2011—2020年，黄河流域9省（区）的经济发展与生态环境耦合协调度除青海增长幅度较小和宁夏虽有小范围波动但整体也呈上升态势之外，其他省（区）均大幅上升.

2011—2020年黄河流域9省（区）的耦合协调水平总体可分为3个阶段：第一阶段（2011—2014 年），经济发展水平相对较低且发展形式粗放，绿色低碳水平较低，环境治理能力不足，未实现良性耦合，经济发展与生态环境耦合协调水平全部处于失调等级. 第二阶段（2015—2016 年），经济发展与生态环境耦合协调水平开始进入快速增长阶段，耦合协调类型从失调衰退快速向耦合协调转变，各省（区）耦合协调水平均进入基本协调阶段，但这一时期黄河流域各省（区）经济发展与环境保护步调仍存在较大差异.第三阶段（2017—2020年），除青海外，其余省（区）的经济发展与生态环境全部进入耦合协调等级.

3 结论

1）2011—2020 年，黄河流域9省（区）经济与环境综合发展水平不断提升，势头向好，但经济指数提升速度快于环境指数速度，表现出环境滞后的特征. 耦合协调度总体处于上升趋势，由失调等级逐步进入中级耦合协调.

2）耦合协调水平在时间维度可分为3 个阶段：2011—2014 年为耦合失调期，2015—2016 年为耦合协调度快速增长期；2017—2020年为耦合协调期.

3）环境经济协调度相对较好的地区主要集中在黄河流域东部和中部，这些地区处于高质量发展转型阶段.

4）污染严重、环境经济耦合协调水平低的省（区）集中在黄河流域西部地区，如甘肃和宁夏. 长期以来，西部地区资源型城市依靠巨大资源消耗产生资源经济效益，环境保护与经济发展的区域矛盾日益突出［17］，促进自身结构优化和综合发展质量提升，是黄河流域西部提升耦合协调水平的关键.

4 建议

1）建议对黄河流域生态环境基础设施建设和产业结构进行调整，如能源结构调整. 结合黄河流域各省（区）自身产业优势和相关地区建设绿色能源体系的需要，开展绿色能源技术合作和可再生能源投资联合项目. 可在甘肃和青海建设风能、太阳能、水力发电项目，建立绿色能源与节能电力体系［18］.

2）对黄河流域进行统筹规划，开展生态环保联合项目，向经济发展水平高但生态环境落后的地域提供绿色公共产品，传播生态文明绿色发展理念和经验；经济发展水平高的省（区）则应对经济发展相对落后的省（区）给予经济建设支持，促进这些省（区）经济发展水平的提高.

3）建立与黄河流域统筹规划相关的金融机构，如基础设施投资银行、黄河流域经济合作基金［19］，为黄河流域产业发展和基础设施建设提供保障.