我國濱海生態(tài)脆弱區(qū)生態(tài)保護與經(jīng)濟耦合關(guān)系研究——以遼河濱海三角洲為例

于成學(xué)

（大連民族大學(xué) 國際商學(xué)院，遼寧 大連116600）

一、引 言

生態(tài)脆弱區(qū)也稱生態(tài)交錯區(qū)（Eco-tone），是一種類型的生態(tài)系統(tǒng)向另一種類型的生態(tài)系統(tǒng)演變的邊緣交界區(qū)域。這些交界過渡區(qū)域的生態(tài)資源狀況與兩個不同的生態(tài)系統(tǒng)主要區(qū)域的一個明顯的區(qū)別是生態(tài)環(huán)境變化明顯。近年來，國內(nèi)外生態(tài)—經(jīng)濟耦合評價模型大多應(yīng)用于農(nóng)業(yè)方面［1-2］，同時也涉及區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟的協(xié)調(diào)發(fā)展［3-4］?，F(xiàn)有的文獻也大多是關(guān)于農(nóng)牧交錯生態(tài)脆弱區(qū)的研究［5］。生態(tài)-經(jīng)濟系統(tǒng)的演變過程是生態(tài)系統(tǒng)與經(jīng)濟系統(tǒng)耦合與相悖的矛盾運動過程［6］。目前，關(guān)于經(jīng)濟系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)之間如何協(xié)調(diào)關(guān)系的相關(guān)研究也逐漸從靜態(tài)的、定性的現(xiàn)狀分析［7-10］逐漸地過渡到定量、動態(tài)的過程評價［11］。其中，運用定量的或動態(tài)的評估方法主要體現(xiàn)在系統(tǒng)動力學(xué)模型［12-16］、系統(tǒng)耦合模型［17-18］、能值分析模型［17］等。而對二者之間的耦合過程及對體現(xiàn)系統(tǒng)與系統(tǒng)之間耦合關(guān)系的縣域尺度研究不多見。遼寧濱海三角洲屬于沿海水路交接帶生態(tài)脆弱區(qū)的范疇，是我國“十二五”規(guī)劃限制性開發(fā)區(qū)域?；诖耍疚慕⒘吮碚鳛I海生態(tài)脆弱區(qū)生態(tài)—經(jīng)濟系統(tǒng)耦合的指標體系，通過建立“耦合度模型”，分析1997-2013年的生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)耦合發(fā)展狀態(tài)和趨勢，此模型揭示經(jīng)濟系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)之間的互動關(guān)系及耦合演變過程，甄別出制約兩個系統(tǒng)耦合發(fā)展的主要障礙因素，進而解決經(jīng)濟系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)的相悖態(tài)勢。

二、指標體系構(gòu)建與數(shù)據(jù)標準化

（一）指標體系構(gòu)建

本文將生態(tài)保護與經(jīng)濟耦合發(fā)展系統(tǒng)分為生態(tài)系統(tǒng)和經(jīng)濟系統(tǒng)兩大子系統(tǒng)。對我國濱海生態(tài)脆弱區(qū)生態(tài)—經(jīng)濟系統(tǒng)的影響指標歸為生態(tài)條件、生態(tài)資源、生態(tài)壓力以及經(jīng)濟發(fā)展、政府環(huán)境管理、社會發(fā)展6個一級指標，每個一級指標又設(shè)二級指標（共計20個），構(gòu)成我國濱海生態(tài)脆弱區(qū)生態(tài)—經(jīng)濟系統(tǒng)評價指標體系（見表1）。

表1 我國濱海生態(tài)脆弱區(qū)生態(tài)—經(jīng)濟系統(tǒng)評價指標體系

（二）數(shù)據(jù)標準化

為消除各指標間數(shù)量單位的差異，需要對各指標數(shù)據(jù)進行無量綱化處理。假設(shè)選取某研究區(qū)域有m年的數(shù)據(jù)能用于生態(tài)安全狀況評價，選取n個指標，則被評價對象的相應(yīng)指標的原始數(shù)據(jù)矩陣如下式：

式中xij是第i年第j項指標的值。根據(jù)指標的貢獻度將其劃分為正向指標和負向指標。正向指標能促進生態(tài)—經(jīng)濟系統(tǒng)向良性耦合方向演進，負向作用則導(dǎo)致生態(tài)—經(jīng)濟系統(tǒng)退化甚至崩潰；其中，正向指標值越大越優(yōu)，逆向指標值越小越優(yōu)。為便于綜合分析，使逆向指標正向化，從而滿足指標作用方向一致，本文做如下設(shè)定：

當xij為正向指標時，

當xij為負向指標時，

其中，yij為xij標準化以后的數(shù)值。

三、生態(tài)系統(tǒng)與經(jīng)濟系統(tǒng)綜合指數(shù)計算

（一）指標權(quán)重設(shè)定

熵權(quán)法是一種客觀賦權(quán)的方法，本文采用熵權(quán)法對生態(tài)系統(tǒng)和經(jīng)濟系統(tǒng)指標賦權(quán)，求各指標值權(quán)重。

（1）計算第j項指標下第i年的指標值的比重pij，得式（4）：

其中rij為標準化以后的指標值。

（2）計算第j個指標的熵值ej，得式（5）：

其中，k=1/ln m。

（3）計算第j個指標的熵權(quán)wj，得式（6）：

為使ln pij有實際意義，需要假定當pij=0時，pijln pij=0。

（二）生態(tài)系統(tǒng)指數(shù)和經(jīng)濟系統(tǒng)指數(shù)

基于以上設(shè)定，本文建立生態(tài)系統(tǒng)和經(jīng)濟系統(tǒng)綜合評價函數(shù)分別為式（7）、（8）：

式（7）中：i為年份，j為描述生態(tài)系統(tǒng)特征的指標個數(shù)，aj為指標權(quán)重，tij為描述生態(tài)系統(tǒng)特征的第i年的第j項指標的標準化值。此函數(shù)是生態(tài)系統(tǒng)綜合指數(shù)的衡量標準，生態(tài)系統(tǒng)綜合指數(shù)越高，生態(tài)環(huán)境狀況越好，而生態(tài)系統(tǒng)綜合指數(shù)越低，生態(tài)環(huán)境狀況越差。

式（8）中：i為年份，j為描述經(jīng)濟系統(tǒng)特征的指標個數(shù)，bj為指標權(quán)重，uij為描述經(jīng)濟系統(tǒng)特征的第i年的第j項指標的標準化值。此函數(shù)是經(jīng)濟系統(tǒng)綜合指數(shù)的表征量，經(jīng)濟系統(tǒng)綜合指數(shù)越高，表明經(jīng)濟發(fā)展速度越快，水平越高；而經(jīng)濟系統(tǒng)綜合指數(shù)越低表明經(jīng)濟發(fā)展速度越慢，水平越低。

四、經(jīng)濟—生態(tài)系統(tǒng)耦合過程模型構(gòu)建

在已知某濱海生態(tài)脆弱區(qū)生態(tài)保護與經(jīng)濟發(fā)展關(guān)系的基礎(chǔ)上，借鑒系統(tǒng)理論的一般演化思想，根據(jù)二者之間的非線性關(guān)系，建立動態(tài)過程耦合演化模型。i=1,2,…,n；f為yi的非線性函數(shù)。

將其在原點按泰勒級數(shù)展開：

f(y)=f(0)+a1y1+a2y2+…+anyn+ο(y1,y2,…,yn)，其中f(0)=0，ο(y1,y2,…,yn)為yi的不低于二次方的解析函數(shù)。

根據(jù)李雅普諾夫第一近似定理［19］：非線性系統(tǒng)的運動穩(wěn)定性，取決于一次近似系統(tǒng)的特征根的性質(zhì)。因此，本文可以略高次項ο(y1,y2,…,yn)，而保證運動過程的穩(wěn)定性，從而得到近似線性系統(tǒng)：

按上述方法，分別用en、ec表示生態(tài)系統(tǒng)與經(jīng)濟系統(tǒng)總量，則en(tij)、ec(uij)分別表示時間i時生態(tài)系統(tǒng)與經(jīng)濟系統(tǒng)的總量，分別表示時間i生態(tài)系統(tǒng)與經(jīng)濟系統(tǒng)的演化速度。依據(jù)貝塔蘭菲的一般系統(tǒng)理論［20］，本文將濱海生態(tài)脆弱區(qū)經(jīng)濟-生態(tài)系統(tǒng)的演化方程表達為下式：

式中k1、k2分別表示生態(tài)系統(tǒng)與經(jīng)濟系統(tǒng)對生態(tài)系統(tǒng)演化過程的響應(yīng)系數(shù)，即狀態(tài)表征量對生態(tài)系統(tǒng)演變速度的貢獻度；k3、k4分別表示生態(tài)系統(tǒng)與經(jīng)濟系統(tǒng)對經(jīng)濟系統(tǒng)演化過程的響應(yīng)系數(shù)，即狀態(tài)表征量對經(jīng)濟系統(tǒng)演變速度的貢獻度［15］。此表達式揭示了生態(tài)系統(tǒng)與經(jīng)濟系統(tǒng)的相互作用方向與強度，在特定區(qū)域k1、k2、k3、k4都是常數(shù)情況下，可通過回歸分析求出結(jié)果。由于生態(tài)系統(tǒng)的演化受經(jīng)濟系統(tǒng)的制約，經(jīng)濟系統(tǒng)的演化也受生態(tài)系統(tǒng)的制約。因而整個系統(tǒng)的演化滿足組合S型發(fā)展機制［21］，所以我們可以在二維平面上研究生態(tài)—經(jīng)濟系統(tǒng)演化速度V的演變過程以及en和ec的協(xié)調(diào)關(guān)系。以分別為橫坐標和縱坐標在平面上作圖，圖形顯示V的演化軌跡為坐標系的一橢圓（如圖1所示），所以有式（10）：

式中的θ可以表示生態(tài)脆弱區(qū)生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟發(fā)展的耦合度，通過θ值可以判斷耦合態(tài)勢［21］。

圖1 濱海生態(tài)脆弱區(qū)生態(tài)經(jīng)濟耦合過程

此模型可以清晰地發(fā)現(xiàn)濱海脆弱區(qū)生態(tài)保護與經(jīng)濟發(fā)展整個系統(tǒng)的演化狀態(tài)，從而對整個系統(tǒng)做出科學(xué)合理地評價；進而通過調(diào)整經(jīng)濟與生態(tài)發(fā)展的演化速度來實現(xiàn)兩者的協(xié)調(diào)發(fā)展，實現(xiàn)濱海生態(tài)脆弱區(qū)生態(tài)保護與經(jīng)濟耦合發(fā)展的目的。通過分析二者之間的耦合關(guān)系，可以得出如下結(jié)論：二者之間是否協(xié)調(diào)是一個過程，是逐漸集中化與逐漸分解化的過程，是經(jīng)濟發(fā)展的量變積累導(dǎo)致了生態(tài)系統(tǒng)與經(jīng)濟系統(tǒng)的突變，根據(jù)式（11），可以得出任何一個因子發(fā)生變化，則另一個因子也會同時發(fā)生變化，從而導(dǎo)致整個系統(tǒng)發(fā)生質(zhì)的變化。從圖1中可以看出θ=180°時，生態(tài)系統(tǒng)演變出現(xiàn)崩潰，此時Ven=0，這個點是生態(tài)系統(tǒng)演變過程中的一個突變點。因此，可以對生態(tài)與經(jīng)濟發(fā)展的變化進行預(yù)測，然后通過對生態(tài)系統(tǒng)與經(jīng)濟系統(tǒng)的調(diào)控，從系統(tǒng)發(fā)展、系統(tǒng)退化、系統(tǒng)解體和系統(tǒng)再生四個階段找出能夠?qū)崿F(xiàn)兩者耦合發(fā)展的具體方案（如表2所示）。

表2 經(jīng)濟系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)耦合發(fā)展關(guān)系

五、經(jīng)濟系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)耦合過程模型的擴展

生態(tài)-經(jīng)濟系統(tǒng)耦合過程的擴展形式可通過式（11）來表示：

其中，α1和α2為分別表示重大行為過程對生態(tài)系統(tǒng)和經(jīng)濟系統(tǒng)影響后的調(diào)整系數(shù)。假如整個系統(tǒng)在沒有外在行為過程的作用導(dǎo)致演變軌跡發(fā)生變化時：則α1、α2為0。重大的外部力量、行為過程對生態(tài)系統(tǒng)與經(jīng)濟系統(tǒng)影響有正向和負向之分，正向影響時，α1、α2取正，負向影響時，α1、α2取負。α1、α2主要根據(jù)其活動對系統(tǒng)影響的偏離程度來確定，用式（12）求出：

式中Δaixi、Δbjyj分別表示生態(tài)系統(tǒng)與經(jīng)濟系統(tǒng)受到重大行為過程影響后，所偏離的增量。

六、實例分析

（一）研究對象選取

本文選取典型的遼河三角洲生態(tài)脆弱區(qū)為研究對象，因為該區(qū)域是我國面積最大的蘆葦濱海濕地，也是世界第二大蘆葦產(chǎn)地，生態(tài)環(huán)境非常脆弱。該區(qū)域作為一個特殊的濕地類型，其具有防止鹽水入侵陸地、調(diào)節(jié)氣候、調(diào)蓄洪水、凈化水質(zhì)等功能。是丹頂鶴，黑嘴鷗等珍稀水禽繁殖區(qū)域。隨著工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境受到嚴重威脅，濕地葦田面積由原有的130多萬畝減少了約24萬畝，濕地的生態(tài)功能逐步開始衰退。

（二）數(shù)據(jù)獲得與指標值確定

1.en、ec、Ven、Vec、θ值的確定

依據(jù)所構(gòu)建的指標體系，查閱1997-2013年的遼寧省統(tǒng)計年鑒獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，并先將表1中的指標進行標準化處理，然后求出權(quán)重，最后結(jié)合權(quán)重以及標準化數(shù)據(jù)加權(quán)求和，求出生態(tài)系統(tǒng)和經(jīng)濟系統(tǒng)的綜合指數(shù)en和ec以及Ven、Vec、θ值，結(jié)果如表3所示。

表3 en、ec、V en、V ec、θ值

根據(jù)表3的結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)遼河三角洲近17年除了1998年θ的取值均介于45°～90°之間，且0＜Vec＜Ven，根據(jù)表2的要求，可以發(fā)現(xiàn)環(huán)境保護開始制約經(jīng)濟發(fā)展，環(huán)境保護為滿足經(jīng)濟發(fā)展，其增長速度大于經(jīng)濟發(fā)展速度，處于系統(tǒng)發(fā)展階段。1998年0°＜θ＜45°，Vec＞Ven＞0，環(huán)境保護與經(jīng)濟發(fā)展開始相互影響，共同發(fā)展。究其原因，在于1998年環(huán)境資源方面還沒有發(fā)生劇烈變化，其演化速度較小。為清楚地了解遼河三角洲生態(tài)脆弱區(qū)生態(tài)保護與經(jīng)濟發(fā)展的演化趨勢，對二者進行多項式綜合擬合后，得到的結(jié)果如式（13）和式（14）所示。

式中t的取值范圍為1～17，對應(yīng)的年份為1997-2013年。

對en與ec求導(dǎo)，有：

以此為基礎(chǔ)，利用式（9）進行回歸，求出k1、k2、k3、k4。

其耦合過程公式為：

由式（17）可以看出，k2的系數(shù)為負，說明經(jīng)濟系統(tǒng)態(tài)勢的變化對生態(tài)系統(tǒng)演化起抑制作用，且2006年以前en＞ec， ||k2＜k1，表示經(jīng)濟系統(tǒng)對生態(tài)系統(tǒng)的抑制作用已經(jīng)達不到生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)或改良作用。即，經(jīng)濟系統(tǒng)對生態(tài)系統(tǒng)的壓制作用強度沒有超過其閾值［21］，說明該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的演化速度呈現(xiàn)遞增態(tài)勢。因此，其態(tài)勢的變化對經(jīng)濟系統(tǒng)的演化速度促進作用。

2.α1、α2值的確定

為了確定α1、α2，就需要探討遼河三角洲生態(tài)系統(tǒng)與經(jīng)濟系統(tǒng)的指標體系。

（1）按照現(xiàn)有演變軌跡情況下。未來各個生態(tài)和經(jīng)濟要素不會發(fā)生突變，則α1、α2為0，式為（17）。

當1.63en(t)-1.17ec(t)-0.44=0，即ec(t)=1.39 en(t)-0.38時，生態(tài)系統(tǒng)演變速度為0，表示為生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)的臨界點。此時，經(jīng)濟系統(tǒng)演化速度表示為Vec=0.121en(t)-0.013。即在生態(tài)系統(tǒng)自平衡條件下，生態(tài)—經(jīng)濟系統(tǒng)共同作用，促使了經(jīng)濟系統(tǒng)的最大演化速度為0.121en(t)-0.013。

（2）相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈尚未建立起來時，有可能出現(xiàn)復(fù)墾的前提下。假如退回到2001年時的水平，那么生態(tài)系統(tǒng)中林草面積（x3）、海水養(yǎng)殖面積（x4）、人均綠地面積（x6）都會變小，經(jīng)濟系統(tǒng)中人均GDP（y1），人均財政收入（y5）、人均環(huán)境投入（y6）也相應(yīng)減小。計算得到α1=-0.35，α2=-0.21，式（17）變?yōu)椋?/p>

由式（18）知，當ec(t)=0.91en(t)-0.38時，生態(tài)系統(tǒng)演變速度則為0，而經(jīng)濟系統(tǒng)演變速度為Vec=0.065en(t)-0.0228，表示單位生態(tài)系統(tǒng)功能呈現(xiàn)減弱的態(tài)勢。

七、結(jié)束語

基于一般系統(tǒng)演化的思想，所建立的遼河濱海三角洲生態(tài)—經(jīng)濟系統(tǒng)耦合過程模型，能夠反映生態(tài)—經(jīng)濟系統(tǒng)的互動過程，通過此模型我們可以確立經(jīng)濟系統(tǒng)影響生態(tài)系統(tǒng)的臨界點。同時研究表明經(jīng)濟系統(tǒng)的發(fā)展態(tài)勢與經(jīng)濟系統(tǒng)演化速度呈正相關(guān)，而與生態(tài)系統(tǒng)演化速度呈負相關(guān)。式（17）、（18）給出一個明確的信號，取消或穩(wěn)固退耕還林政策，會潛在造成經(jīng)濟系統(tǒng)和生態(tài)系統(tǒng)的功能差異性。即，遼河濱海三角洲生態(tài)系統(tǒng)態(tài)勢對生態(tài)系統(tǒng)演變速度的影響為1.54倍；當這種影響達到生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)臨界點時，潛在的經(jīng)濟功能，前者是后者的1.86倍，所以由此得知，遼河濱海三角洲必須穩(wěn)固退耕還林、還田、還草等政策，加強生態(tài)環(huán)境方面的建設(shè)，增加環(huán)保投入，降低經(jīng)濟發(fā)展速度，這樣生態(tài)—經(jīng)濟系統(tǒng)才能實現(xiàn)良好的發(fā)展。

［1］任志遠，徐茜，楊忍.基于耦合模型的陜西省農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展研究［J］.干旱區(qū)資源與環(huán)境，2011（12）：14-19.

［2］呂曉，劉新平.農(nóng)用地生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)耦合發(fā)展評價研究［J］.資源科學(xué)，2010，32（8）：1538-1543.

［3］張富剛，劉彥隨，王介勇.沿?？焖侔l(fā)展地區(qū)區(qū)域系統(tǒng)耦合狀態(tài)分析——以海南省為例［J］.資源科學(xué)，2007，29（1）：16-20.

［4］吳勤堂.產(chǎn)業(yè)集群與區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展耦合機理分析［J］.管理世界，2004（2）：133-134，136.

［5］湯青，徐勇.農(nóng)牧交錯帶生態(tài)經(jīng)濟耦合評價模型及其實證研究［J］.中國人口·資源與環(huán)境，2011，21（2）：117-123.

［6］王繼軍，郭滿才，姜志德，等.農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)耦合過程模型的建立及應(yīng)用［J］.生態(tài)學(xué)報，2010，30（9）：2371-2378.

［7］袁榴艷，楊改河，馮永忠.干旱區(qū)生態(tài)與經(jīng)濟系統(tǒng)耦合發(fā)展模式評判［J］.西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2007，35（11）：41-47.

［8］畢安平，朱鶴健.基于PSR模型的水土流失區(qū)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)耦合研究——以朱溪河流域為例［J］.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2013，21（8）：1023-1030.

［9］徐勇，黨麗娟，高雅.黃土丘陵區(qū)果園生態(tài)經(jīng)濟耦合評價——以燕溝流域為例［J］.水土保持研究，2011，18（2）：30-34，43.

［10］馬彩虹，蘭葉霞，趙先貴，等.江西省生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)耦合態(tài)勢分析［J］.水土保持研究，2009，16（3）：221-224.

［11］王介勇，吳建寨.黃河三角洲區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)動態(tài)耦合過程及趨勢［J］.生態(tài)學(xué)報，2012，32（15）：4861-4868.

［12］左其亭，陳嘻.社會經(jīng)濟——生態(tài)環(huán)境耦合系統(tǒng)動力學(xué)模型［J］.上海環(huán)境科學(xué)，2001，20（12）：592-594.

［13］方創(chuàng)琳，鮑超.黑河流域水—生態(tài)—經(jīng)濟發(fā)展耦合模型及應(yīng)用［J］.地理學(xué)報，2004，59（5）：781-790.

［14］梁磊磊.黃土高原丘陵區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)耦合發(fā)展模式研究——以吳起縣為例［D］.楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2010.

［15］蘇鑫.基于退耕還林（草）下吳起縣農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)耦合過程研究［D］.北京：中國科學(xué)研究生院，2010.

［16］許振宇，賀建林.湖南省生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)耦合狀態(tài)分析［J］.資源科學(xué)，2008，30（2）：185-191.

［17］余構(gòu)雄，江金波.長江三角洲與珠江三角洲區(qū)域旅游競合模式比較及其區(qū)際合作研究——基于區(qū)域城市旅游生態(tài)位的測評［J］.華東經(jīng)濟管理，2010（2）：40-45.

［18］高陽，黃姣，王羊，等.基于能值分析及小波變換的城市生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)研究——以深圳市為例［J］.資源科學(xué)，2011，33（4）：781-788.

［19］Ebara N.RD of coal utilization technology in Japan［J］.Fuel Processing Technology，2000，62：143-151.

［20］Bretz E A.Clean coal technologies：A Status Report［R］.EA Bretz—Electrical Word，1992.

［21］李崇明，丁烈云.小城鎮(zhèn)資源環(huán)境與社會經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展評價模型及應(yīng)用研究［J］.系統(tǒng)工程理論與實踐，2004，24（11）：134-139.