生態(tài)文明建設(shè)與皖江城市帶發(fā)展——基于系統(tǒng)動力學的分析

邢小軍 孫利娟

（安徽財經(jīng)大學，安徽 蚌埠 233030）

一、引言

“皖江城市帶承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移示范區(qū)”的建立是中國區(qū)域發(fā)展的重要戰(zhàn)略，也是安徽乃至中部地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的契機。與此同時，皖江城市帶是我國的魚米之鄉(xiāng)，重要的水產(chǎn)品基地，秀山麗水，擁有黃山、九華山、巢湖、太平湖等重要自然景觀，并且是揚子鱷、白鰭豚等國家重點保護珍稀動物的重要生活區(qū)域，環(huán)境保護尤其重要。

考慮到工業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展往往會給環(huán)境帶來一定的破壞，皖江城市帶承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移示范區(qū)的規(guī)劃明確禁止高能耗、高污染的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)入[1]，但是皖江城市帶承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移示范區(qū)肩負著探索經(jīng)驗的任務(wù)，其建設(shè)過程中環(huán)境保護狀況如何？經(jīng)濟和社會的發(fā)展狀況如何？有哪些經(jīng)驗和教訓？皖江城市帶下一步的發(fā)展戰(zhàn)略是什么？這些問題急需深入研究。

針對上述問題，很多學者進行了大量的研究，取得了豐碩的研究成果并有了許多有益的發(fā)現(xiàn)。如董梅生（2011）采用DEA模型和Malmquist指數(shù)研究皖江城市帶高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的效率，發(fā)現(xiàn)自主創(chuàng)新不足制約了皖江城市帶高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。伍萬云（2011a）使用因子分析和聚類分析方法研究皖江城市帶現(xiàn)代服務(wù)業(yè)發(fā)展狀況，認為皖江城市帶的現(xiàn)代服務(wù)業(yè)呈帶狀分布，沿江的馬蕪銅一帶發(fā)展前景良好，與長三角現(xiàn)代服務(wù)業(yè)具有一定的梯度性。[2]鞏斌（2011）利用SWOT分析和因子分析等方法，分析了皖江城市帶生態(tài)城市的建設(shè)水平，發(fā)現(xiàn)皖江城市帶生態(tài)城市建設(shè)水平參差不齊，合肥最高而六安最低。有關(guān)實證研究的對象還包括皖江城市帶的城鄉(xiāng)協(xié)調(diào)發(fā)展（郇恒飛等，2011），產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移（孟麗，潘理權(quán)，2010；王立人，2011），旅游業(yè)發(fā)展（陸林，丁德光，2010；王珍，2011），F(xiàn)DI利用（張艷萍，2010），耕地資源管理（張平平，2011），人力資源開發(fā)（李保伍，2011），城市間協(xié)調(diào)發(fā)展（趙越，2011）和全要率生產(chǎn)率增長及收斂性（宋峰等，2011）等。還有很多實證研究。如伍萬云（2011b）分析了宣城承接產(chǎn)業(yè)選擇的因素，發(fā)現(xiàn)宣城示范區(qū)與長三角存在產(chǎn)業(yè)發(fā)展層次的互補性，并提出打破體制機制約束，突破行政區(qū)劃界限和利益分配格局，打造工業(yè)集中區(qū)，有選擇的承接主導產(chǎn)業(yè)等建議；[3]類似的研究還有方大春（2010）[4]，丁家云（2010）[5]等。這些文獻從各個角度對皖江城市帶的發(fā)展狀況進行了實證分析，有利于了解皖江城市帶的發(fā)展現(xiàn)狀。但是關(guān)于皖江城市帶生態(tài)環(huán)境等方面的研究較少，有待進一步補充。

生態(tài)環(huán)境是皖江城市帶發(fā)展必須遵守的制約條件，也是皖江城市帶可持續(xù)發(fā)展的保障。所以，皖江城市帶的發(fā)展目標必須包括生態(tài)文明的目標。

生態(tài)文明是指人類發(fā)展的同時保護生態(tài)環(huán)境，使得人類社會和自然共處共融，互相促進，和諧發(fā)展，其特點是強調(diào)環(huán)境的保護與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。黃愛寶（2006）在對“生態(tài)”概念的辨析解讀基礎(chǔ)上，探析了生態(tài)型政府的內(nèi)涵與意義；畢思勇（2011）提出綠色營銷是實現(xiàn)生態(tài)文明建設(shè)目標的有效途徑；另外，部分學者分別應(yīng)用馬克思主義原理（張首先，2011；陳會偉，2011），技術(shù)的社會形成(SST)理論（李建華，2010），西方生態(tài)社會主義理論（朱玲，2011）研究了生態(tài)文明問題；還有部分學者對特定地區(qū)的生態(tài)文明問題進行實證研究，如哈文和汪志國（2009）總結(jié)了安徽近年來生態(tài)省建設(shè)的主要做法，并提出了創(chuàng)新文化、制度、科技，推進生態(tài)文明的建議，類似的研究還有張云云（2010）等。

上述研究為中國的生態(tài)文明建設(shè)開拓了思路，也提出了很多建議，但沒有針對皖江城市帶的研究，因而對皖江城市帶生態(tài)建設(shè)的借鑒意義較弱；而且上述研究美中不足的是沒有涉及到產(chǎn)業(yè)升級方面，而產(chǎn)業(yè)升級是建設(shè)生態(tài)文明的重要舉措。

本文認為，區(qū)域的發(fā)展不僅僅是經(jīng)濟的發(fā)展，而是涉及到社會、能源、環(huán)境等多個系統(tǒng)的均衡發(fā)展。所以文章應(yīng)用系統(tǒng)動力學的方法，對皖江城市帶的社會、能源、環(huán)境、經(jīng)濟等多個系統(tǒng)進行仿真研究，從生態(tài)文明的視角分析皖江城市帶承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的發(fā)展，以期為皖江城市帶的進一步建設(shè)和其他地區(qū)承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移工作提供借鑒。

二、皖江城市帶生態(tài)文明建設(shè)的系統(tǒng)動力學模型的建立

生態(tài)文明建設(shè)是將資源節(jié)約、環(huán)境保護和生態(tài)和諧等理念融入經(jīng)濟社會發(fā)展理念，實現(xiàn)經(jīng)濟、社會、自然和諧發(fā)展，生態(tài)良性循環(huán)，從而保障綠色發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展的重要工作。而系統(tǒng)動力學以控制和信息論理論為基礎(chǔ)，輔以計算機仿真工具的研究復(fù)雜巨系統(tǒng)的模擬方法和技術(shù)[6]，利用信息反饋系統(tǒng)，仿真模擬研究區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)。雖然利用數(shù)學分析等分析類工具能夠得到更加精確的解，但是區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)屬于復(fù)雜巨系統(tǒng)，難以通過分析方法建立和求解模型，因而系統(tǒng)動力學就成為了比較合適的工具。

考慮到系統(tǒng)動力學方法的特點，文章使用系統(tǒng)動力學研究皖江城市帶生態(tài)文明建設(shè)的流程如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)動力學分析皖江城市帶生態(tài)文明建設(shè)流程圖

在圖1中，第一步將系統(tǒng)劃分為若干模塊，這是由于在解決復(fù)雜巨系統(tǒng)問題時，常常將其拆解成若干個互相獨立而又緊密聯(lián)系的子系統(tǒng)。在現(xiàn)實中的區(qū)域發(fā)展和規(guī)劃往往將“區(qū)域發(fā)展復(fù)雜巨系統(tǒng)”劃分為能源、經(jīng)濟、環(huán)境等若干個緊密相關(guān)但又自成體系的子系統(tǒng)，而這恰好符合EEE模型的內(nèi)涵。EEE模型，即能源-經(jīng)濟-環(huán)境（Energy-Economy-Environment，）模型。EEE模型能夠用來評價區(qū)域發(fā)展中能源、經(jīng)濟、環(huán)境等子系統(tǒng)的現(xiàn)狀，方便進一步分析區(qū)域發(fā)展狀況。所以，構(gòu)建區(qū)域發(fā)展評價指標時，如果依據(jù)EEE模型選取指標，往往能夠使得所構(gòu)建的指標體系層次分明且結(jié)構(gòu)清楚，有利于明晰每個指標在指標體系中的地位和作用。

在實踐中，由于人類認識的不斷提高，區(qū)域發(fā)展的目標也逐漸從單純的追求經(jīng)濟發(fā)展目標，逐漸擴展到了社會、經(jīng)濟、環(huán)境和能源等許多子系統(tǒng)，從而使得以EEE模型為基礎(chǔ)，衍生出了很多其他模型，如FEEEP（Food-Energy-Economy-Environment-Population，食物-能源-經(jīng)濟-環(huán)境-食物）模型、REEES（Relation-Energy-Economy-Environment-Society，外聯(lián)-能源-經(jīng)濟-環(huán)境-社會）模型（邢小軍等，2010）等。

與FEEEP系統(tǒng)相比，REEES模型將區(qū)域發(fā)展分成內(nèi)部系統(tǒng)和外部系統(tǒng)兩部分。外部系統(tǒng)是區(qū)域外的其他區(qū)域組成的區(qū)域發(fā)展的外部環(huán)境，其發(fā)展目標是在發(fā)展中與其他區(qū)域合作共贏，能夠充分地利用外部的資金、技術(shù)等資源促進區(qū)域發(fā)展，使得區(qū)域內(nèi)部和外部在經(jīng)濟、能源、環(huán)境、社會等子系統(tǒng)都能夠緊密協(xié)作。內(nèi)部系統(tǒng)則由經(jīng)濟、能源、環(huán)境和社會等子系統(tǒng)組成?？梢?，REEES模型增加了社會子系統(tǒng)，且將FEEEP模型中的食物系統(tǒng)和人口系統(tǒng)內(nèi)生化，由于食物生產(chǎn)屬于第一產(chǎn)業(yè)而將食物系統(tǒng)并入經(jīng)濟系統(tǒng)，由于人口是社會的重要組成部分而將人口系統(tǒng)并入社會系統(tǒng)，而且在開放的條件下分析區(qū)域的發(fā)展，從而更加全面且接近實際。

與這種思想很接近，石永林和王要武（2003）、毛峰和朱高洪（2008）、文宗川和崔鑫（2009）等人在評價區(qū)域生態(tài)文明時，也是將區(qū)域發(fā)展復(fù)雜系統(tǒng)分成了經(jīng)濟、社會、環(huán)境和資源等子系統(tǒng)，認為各子系統(tǒng)之間、各子系統(tǒng)與外部環(huán)境之間通過物質(zhì)、資本、能量和信息的交換而互相影響（李春發(fā)等，2009）。這種建模思想與REEES模型不謀而合。基于REEES模型的各區(qū)域發(fā)展子系統(tǒng)及其關(guān)系如圖2所示。

圖2 開放條件下區(qū)域發(fā)展社會-經(jīng)濟-環(huán)境-資源系統(tǒng)關(guān)系圖

在開放條件下，區(qū)域不停的與區(qū)域外部進行物質(zhì)、能量和信息的交換。在圖2中，區(qū)域內(nèi)部的社會、經(jīng)濟、環(huán)境和能源組成了一個互相影響的關(guān)系環(huán)。區(qū)域外部的社會、經(jīng)濟、環(huán)境和能源也組成了互相影響的系統(tǒng)，而區(qū)域內(nèi)部和外部則通過貨物進出口、資金流動、人員流動、文化信息傳播、自然生態(tài)環(huán)境的交互影響等各種流通渠道在各個系統(tǒng)間都進行著交互作用。

皖江城市帶各子系統(tǒng)的系統(tǒng)動力學因果關(guān)系如圖3所示。對經(jīng)濟子系統(tǒng)而言，考慮到皖江城市帶承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移示范區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展主要表現(xiàn)為承接長三角工業(yè)和服務(wù)業(yè)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，也就是利用區(qū)域外資金，所以在圖3中，GDP的影響因素設(shè)定為工業(yè)產(chǎn)值和服務(wù)業(yè)產(chǎn)值，而影響因素設(shè)定為皖江城市帶的主要優(yōu)勢，分別為勞動力成本，政策和環(huán)境承載力（包含了土地因素）。其中政府政策不僅能直接影響利用外資的水平，而且還會影響科技水平和教育，進而影響勞動力成本、利用外資水平和工業(yè)產(chǎn)值。利用外資或者說承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的結(jié)果是提高了服務(wù)業(yè)產(chǎn)值和工業(yè)產(chǎn)值，這會進一步提高GDP。工業(yè)產(chǎn)值的增加會提高三廢（廢水、廢氣、廢渣）排放，影響環(huán)境子系統(tǒng)。GDP的提高會影響消費水平，這將反過來勞動服務(wù)業(yè)產(chǎn)值。消費水平的提高還會影響能源消費、影響生活質(zhì)量和人口遷出，和能源系統(tǒng)和社會系統(tǒng)發(fā)生聯(lián)系。

圖3 皖江城市帶各子系統(tǒng)因果關(guān)系圖

對環(huán)境子系統(tǒng)而言，主要的影響因素是工業(yè)產(chǎn)值、科技水平、能源消費和政府政策。政府政策將影響環(huán)保投入和科技水平，進而影響三廢排放。工業(yè)產(chǎn)值和能源消費也顯然能夠影響三廢排放。三廢排放還將會影響區(qū)域外的環(huán)境系統(tǒng)，從而和區(qū)域外部發(fā)生聯(lián)系。環(huán)保投入還將影響環(huán)境質(zhì)量，進而影響居民生活質(zhì)量。

對能源子系統(tǒng)而言，工業(yè)產(chǎn)值和消費水平將影響能源消費，而能源價格這不僅影響能源消費，還會影響能源生產(chǎn)和能源進出口，進而和區(qū)域外部能源系統(tǒng)發(fā)生聯(lián)系。但是能源價格受政府政策的影響較大。能源生產(chǎn)和能源消費會影響三廢排放，從而影響環(huán)境系統(tǒng)。能源價格能夠影響生活質(zhì)量，從而影響社會系統(tǒng)。

對社會系統(tǒng)而言，政府政策將影響教育，從而影響勞動力成本和生活質(zhì)量。消費水平、能源價格和環(huán)境質(zhì)量都能夠影響生活質(zhì)量，進而和消費水平共同影響人口流動。

三、變量設(shè)定、流程圖和系統(tǒng)方程式

生活質(zhì)量和科技水平等變量確實影響很大，但是難以度量，所以本文利用凈遷入人數(shù)和科技投入兩個變量代替，這是因為生活質(zhì)量會決定居民遷入或遷出的意愿（用腳投票），而科技投入則說明了區(qū)域?qū)萍嫉闹匾暢潭龋軌驈囊欢ǔ潭壬戏从晨萍妓?。政府政策的影響也非常大，但是政策多種多樣，同樣無法度量，因而文章將其與能源凈進出口、區(qū)域外能源系統(tǒng)、區(qū)域外環(huán)境系統(tǒng)、區(qū)域外經(jīng)濟系統(tǒng)、區(qū)域外社會系統(tǒng)都視為外生變量。環(huán)境承載力需要建立指標體系進行評估，較為繁瑣，本文使用空氣質(zhì)量指標中的“空氣質(zhì)量達到及好于二級天數(shù)”指標代替。文章的變量設(shè)定如表1所示。

表1 系統(tǒng)變量說明表

各個變量組成的系統(tǒng)流程圖如圖4所示。

圖4 皖江城市帶各系統(tǒng)流程圖

根據(jù)圖4所示的流程圖，可以建立皖江城市帶各系統(tǒng)的方程式。j，k，l分別表示不同的時期，L、R和A分別表示狀態(tài)方程，速率方程和輔助方程。

式（1-7）是經(jīng)濟子系統(tǒng)方程組。其中，GDPzr表示GDP增長率，SECINDzr和THRINDzr分別表示第二產(chǎn)業(yè)拉動率和第三產(chǎn)業(yè)拉動率，foc2和foc3分別表示外資對第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)拉動率的影響，fti2表示科技投入對第二產(chǎn)業(yè)拉動率的影響，fpop3表示人口總量對對第三產(chǎn)業(yè)拉動率的影響，flcs和flct分別表示勞動對第二產(chǎn)業(yè)拉動率和第三產(chǎn)業(yè)拉動率的影響，ftio，fago和fgo分別表示科技投入、環(huán)境（空氣質(zhì)量達到及好于二級天數(shù)）和政府政策對吸引外資的影響。fpl和feil分別表示人口數(shù)和教育對勞動成本的影響，fge表示政府對教育的投入。

式（8-11）是社會子系統(tǒng)方程組。fagn表示消費水平對人口凈流入率的影響，ftgn表示環(huán)境對人口凈流入率的影響。c 是消費傾向，ftct，fect，fept和 fgt分別表示科技投入、能源消費、能源生產(chǎn)和政府政策對三廢排放的影響。

式（12-14）是環(huán)境子系統(tǒng)方程組。ravegre是空氣質(zhì)量達到及好于二級天數(shù)增長率，fppa，feia和ftga分別表示人口數(shù)，環(huán)保投入和三廢排放對環(huán)境的影響。

式（15-17）是能源子系統(tǒng)方程組。fecp表示能源供需差額對能源價格的影響，fsie和fcle分別表示第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值和消費水平對能源消費的影響。各個參數(shù)采用算術(shù)平均值、趨勢外推法等方法給定，并參照2001-2011年數(shù)據(jù)進行調(diào)整。

四、模型檢驗及模擬調(diào)控

建模過程中的相關(guān)分析表明模型的結(jié)構(gòu)與實際系統(tǒng)的知識相符合，系統(tǒng)的內(nèi)部的因果關(guān)系決定反饋流圖的設(shè)計，因而模型能夠通過結(jié)構(gòu)檢驗。另外，選擇系統(tǒng)中最具代表性的變量，即GDP和人口數(shù)作為模型的檢驗變量，進行模型參考行為測試。結(jié)果如圖5所示。

圖5 GDP和人口數(shù)模擬值與歷史值比較圖

從圖5可以看出，模擬值能夠基本反映歷史值的變化情況。根據(jù)公式：誤差=（模擬值-歷史值）/歷史值可以得到歷年模擬值和歷史值之間的誤差，結(jié)果顯示出最大誤差為9.332%，低于10%。

根據(jù)圖4所示的模型因果關(guān)系，選擇教育投入，外資引進力度，科技投入，環(huán)境保護力度和能源價格管制等因素作為調(diào)控參量進行模擬調(diào)控。調(diào)控參量及代表性的情景設(shè)定如表2所示。

表2 皖江城市帶調(diào)控參量及代表性情景設(shè)定方案表

方案1是“以GDP為綱”型發(fā)展方案，強調(diào)外資引進力度，并壓低能源等原材料價格，不注重教育、科技投入和環(huán)境保護，注重經(jīng)濟發(fā)展。

方案2則與方案1截然不同，注重教育、科技的投入，而且對外資的限制非常嚴格，注重環(huán)境保護，甚至不惜抬高能源等原材料價格。

方案3和方案4則采取了平衡型的發(fā)展策略，在教育、科技投入、環(huán)境保護、外資利用、能源價格等方面都采取中間的策略，既不激進，也不保守。

方案5注重科技和環(huán)境保護，而方案6采取了全面趕超的發(fā)展策略，力求在經(jīng)濟發(fā)展、環(huán)境保護等各方面都做到最好。

各方案的模擬結(jié)果如表3所示。

表3 典型方案運行結(jié)果表

五、結(jié)果分析與結(jié)論

通過表3可以看出，方案1注重吸引外資，短期內(nèi)對經(jīng)濟的拉動較大，在近期（2015年）經(jīng)濟規(guī)模迅速增加，達到了21597.18億元，但是對環(huán)境保護重視不夠，因而環(huán)境有下降的趨勢，這導致人口遷出，從而使得社會發(fā)展水平呈現(xiàn)波動下降的趨勢。方案2重視環(huán)境保護，嚴格限制外資引進的環(huán)保質(zhì)量，這使得環(huán)境水平快速提高，人口遷入，再加上對教育科技的重視，經(jīng)濟雖然初期發(fā)展緩慢，在近期（2015年）遠遠落后于方案1，但是發(fā)展后勁足，在遠期2030年已經(jīng)基本和方案1持平，預(yù)計將來必定能夠超越方案1的經(jīng)濟發(fā)展程度。方案3和方案4的仿真結(jié)果在各方面都很接近。其經(jīng)濟發(fā)展在近期（2015年）落后于方案1，但高于方案2；社會人口數(shù)在近期和遠期都高于方案1，環(huán)境發(fā)展則遠高于方案1但是稍遜于方案2。方案5比較重視科技和環(huán)保，所以其環(huán)境發(fā)展較好，僅次于方案3，較好的環(huán)境也吸引了人口的遷入，但是其利用外資的程度較低，使得其經(jīng)濟發(fā)展較為緩慢。方案6在經(jīng)濟發(fā)展方面一枝獨秀，遠遠超過其他方案，但是經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護存在一定的沖突，所以盡管方案6的環(huán)保投入也較高，甚至通過抬能源價格等手段控制能源消費，但是其環(huán)境依然不如方案3和方案5。但是經(jīng)濟的發(fā)展依然吸引了人口的遷入，這使得方案6的模擬人口數(shù)也較高，僅次于方案5。

通過以上分析，可以得到以下結(jié)論：

第一，利用外資程度在近期對皖江城市帶經(jīng)濟的拉動作用較大，但是在遠期則效果不明顯。遠期科技投入、教育投入等能夠更加顯著的決定經(jīng)濟的發(fā)展。即資金在短期對經(jīng)濟發(fā)展作用較大，但是科技、人力資本等在遠期對經(jīng)濟更具有決定作用。

第二，決定人口遷徙的主要原因是經(jīng)濟發(fā)展水平。即經(jīng)濟發(fā)展水平較高使得區(qū)域消費水平較高，從而能夠吸引人才的流入。但是同時環(huán)境、教育等都能夠在一定程度上影響人口的遷徙。

第三，經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護之間存在一定程度的沖突。由于皖江城市帶更多的在承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，很少進行產(chǎn)業(yè)向外轉(zhuǎn)移，所以區(qū)域經(jīng)濟高速發(fā)展且環(huán)境不斷改善的情形難以達到。這客觀上解釋了皖江城市帶大部分地區(qū)雖然環(huán)保投入不斷增加，但是在經(jīng)濟高速發(fā)展的同時環(huán)境質(zhì)量仍然出現(xiàn)一定水平下降的情況。在短期沒有重大技術(shù)進步和產(chǎn)業(yè)向外轉(zhuǎn)移時，區(qū)域管理部門在建設(shè)皖江城市帶生態(tài)文明時須注意平衡經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護之間的關(guān)系。

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