基于熵權(quán)法測度甘肅省農(nóng)業(yè)經(jīng)濟和農(nóng)業(yè)生態(tài)的耦合性*

丁磊，呂劍平

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)財經(jīng)學(xué)院，蘭州市，730070)

0 引言

耦合指的是兩個或者以上的模塊，相互作用，相互影響，導(dǎo)致模塊組合在一起時表現(xiàn)出與單個模塊不同的特征。模塊能夠耦合在一起說明其具有相關(guān)連的聯(lián)系，耦合程度的大小取決于依賴于模塊間的調(diào)用程度，傳遞的數(shù)量多少，以及模塊間的控制大小。由于耦合的這些特殊特征，近些年被廣泛的用于各種研究領(lǐng)域[1-2]。

甘肅省氣候干旱、降水量不足，制約著農(nóng)業(yè)的發(fā)展，近些年隨著政府對農(nóng)業(yè)的重視，農(nóng)業(yè)方面有了起色。目前全省約有耕地3 600 khm2。甘肅省氣候類型多樣，從南到北涵蓋了四大氣候類型，干旱和半干旱占總面積75%，光照充沛，水量稀少，大部分土壤貧瘠，不適合種植農(nóng)作物生長。但是隨著科技進(jìn)步，生物科技發(fā)展，農(nóng)藥化肥的研發(fā)使用，近些年農(nóng)業(yè)產(chǎn)出逐步增加，與此同時大量的使用也造成了農(nóng)業(yè)生態(tài)的污染，損害了農(nóng)田[3-4]。飲水安全的問題隨著農(nóng)業(yè)污染逐步凸顯，農(nóng)業(yè)環(huán)境也隨著工業(yè)“三廢”逐漸惡化，危害著勞動人民的身體健康。由此怎么優(yōu)化農(nóng)業(yè)往好的方向的發(fā)展成為近些年眾多研究者的研究對象。20世紀(jì)開始就有研究者著手于作物的生長與季節(jié)氣候的關(guān)系，如何在利用土地事保持適度規(guī)模經(jīng)營、土地肥力，植物營養(yǎng)的物質(zhì)循環(huán)等的研究。農(nóng)業(yè)與農(nóng)村可持續(xù)發(fā)展試驗示范地的建設(shè)主要是為了探究農(nóng)業(yè)生態(tài)的發(fā)展路徑、建議包含了對農(nóng)業(yè)經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境、農(nóng)村生產(chǎn)的相互協(xié)調(diào)關(guān)聯(lián)探究于1991年在我國開展[5-7]。魏媛等[8]注意到經(jīng)濟發(fā)展受到生態(tài)環(huán)境的制約，并通過各種指標(biāo)驗證了經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)度。Hanley N[9]通過一般均衡模型(CGE)對生態(tài)環(huán)境保護與經(jīng)濟發(fā)展之間的關(guān)系進(jìn)行研究。Allan G等[10]以生態(tài)經(jīng)濟學(xué)視角來看環(huán)境與經(jīng)濟的關(guān)系。劉國偉[11]通過環(huán)境庫茲涅茨曲線驗證出生態(tài)環(huán)境污染與經(jīng)濟發(fā)展有著顯著的相關(guān)關(guān)系，并且相互影響程度很大。張樂勤等[12]運用熵值法對生態(tài)系統(tǒng)與經(jīng)濟發(fā)展進(jìn)行評價進(jìn)行評價，得出生態(tài)環(huán)境影響著可持續(xù)發(fā)展。蘇慧等[13]通過能值分析出各地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)承載力不一樣，要因地制宜的提高系統(tǒng)承載力與可持續(xù)發(fā)展的能力。江紅莉等[14]以動態(tài)耦合模型測度出經(jīng)濟與生態(tài)環(huán)境發(fā)展處于協(xié)調(diào)的過程中。農(nóng)業(yè)的發(fā)展與經(jīng)濟的發(fā)展是相輔相成的，農(nóng)業(yè)的發(fā)展可以促進(jìn)經(jīng)濟的發(fā)展，經(jīng)濟發(fā)展到一定的程度，會促進(jìn)農(nóng)業(yè)往高水平方向上發(fā)展，隨著經(jīng)濟快速的發(fā)展，生態(tài)環(huán)境也遭到了很大的破壞，不能走“先污染，后治理”的道路，這就要求在農(nóng)業(yè)生態(tài)與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟之間找到動態(tài)耦合協(xié)調(diào)的平衡點。到現(xiàn)在為止研究甘肅省農(nóng)業(yè)經(jīng)濟與農(nóng)業(yè)生態(tài)的偶和協(xié)調(diào)關(guān)系的研究很少。文章重點探討甘肅省生態(tài)農(nóng)業(yè)的情況，農(nóng)業(yè)要素的利用效率，甘肅各地農(nóng)業(yè)經(jīng)濟與農(nóng)業(yè)生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展的程度以及其差異。文章是以研究甘肅省農(nóng)業(yè)經(jīng)濟與農(nóng)業(yè)生態(tài)的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系圍繞甘肅省14個地市為研究對象而展開，旨在為甘肅省農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護以及農(nóng)村經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展提供決策依據(jù)。

1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)域

甘肅省地處中國西北部、黃河上游，全省劃分為12個地級市和2個自治州，位于北緯 32°31′～42°57′，東經(jīng)92°13′～108°46′之間。甘肅有橫跨四個不同類型的氣候，以山地為主，日照充足，年降雨量300～400 mm，全省耕地面積約有3 600 khm2。干旱與半干旱地區(qū)占據(jù)了整個甘肅的75%。為了促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展，加強對農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的保護，研究甘肅省農(nóng)業(yè)生態(tài)—農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的耦合協(xié)調(diào)度、協(xié)調(diào)關(guān)系的現(xiàn)實意義十分重要。

1.2 甘肅省農(nóng)業(yè)生態(tài)和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟概況

國家統(tǒng)計年鑒上顯示甘肅省2019年農(nóng)林牧漁業(yè)實現(xiàn)總產(chǎn)值 1 887.58億元，同比增長13.75%; 實現(xiàn)增加值228.22億元，分行業(yè)看，農(nóng)業(yè)、林業(yè)、牧業(yè)、漁業(yè)、農(nóng)林牧漁增加值分別增長2.91%、10.43%、20.84%、8.79%。2018年甘肅農(nóng)林牧漁業(yè)實現(xiàn)增加值99.72億元，按可比價格計算，增長1.22%。由于糧食產(chǎn)量整體下降和生豬出欄持續(xù)下行等因素影響，2018年增幅較上年度下降 1.4個百分點。分行業(yè)看，農(nóng)業(yè)、林業(yè)、漁業(yè)增加值分別增長0.72%、2.35%、0.11% 和農(nóng)林牧漁同比下降1.68%，牧業(yè)同比下降4.86%。2017年甘肅農(nóng)林牧漁生產(chǎn)總值為1 559.64 億元，其中農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值為1 068.61億元，林業(yè)生產(chǎn)總值為31.57億元，牧業(yè)生產(chǎn)總值為308.97億元，漁業(yè)生產(chǎn)總值為2.09億元。

據(jù)初步統(tǒng)計，目前全省累計治理水土流失面積9 090.65 khm2，人工造林保存面積296.02 khm2，修建梯土、梯田2 200 khm2，防護林面積227.67 khm2，森林覆蓋率達(dá)到13.77%，封山育林累計在封面積33.601 khm2，當(dāng)年飛機播種面積0.67 khm2;建立各類國家自然保護區(qū)20個，保護地面積0.55 khm2，占全省土地面積0.01%; 2019年開展小流域綜合治理31.95 hm2，水電站582座，開展生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象試驗業(yè)務(wù)站點個數(shù)15個，“美麗鄉(xiāng)村”示范點697個等。

2 研究方法與數(shù)據(jù)來源

2.1 甘肅農(nóng)業(yè)生態(tài)與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的耦合協(xié)調(diào)度模型

2.1.1 甘肅省農(nóng)業(yè)經(jīng)濟與生態(tài)耦合作用機理

假如把農(nóng)業(yè)經(jīng)濟與農(nóng)業(yè)生態(tài)看成兩個不同的模塊，那么耦合作用機理在這兩個模塊之間可這樣描述:一方面，農(nóng)業(yè)生態(tài)會受到生產(chǎn)要素和資本在經(jīng)濟發(fā)展過程中的優(yōu)惠配置的反哺而優(yōu)化農(nóng)業(yè)生態(tài)的發(fā)展以及對農(nóng)業(yè)生態(tài)進(jìn)行保護。另一方面，農(nóng)業(yè)生態(tài)能夠使各類農(nóng)產(chǎn)品、經(jīng)濟要素、資本達(dá)到優(yōu)化配置并且為經(jīng)濟增長帶來動力，經(jīng)濟系統(tǒng)內(nèi)關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展質(zhì)量和速度可以通過農(nóng)業(yè)生態(tài)的擴散效應(yīng)、規(guī)模效應(yīng)、集聚效應(yīng)和乘數(shù)效應(yīng)來帶動，經(jīng)濟發(fā)展也可以靠農(nóng)業(yè)生態(tài)來促進(jìn)，然而，經(jīng)濟的發(fā)展也會受到農(nóng)業(yè)生態(tài)的無節(jié)制開發(fā)利用造成逆反饋抑制的效果。農(nóng)業(yè)生態(tài)與經(jīng)濟相互耦合作用的過程就是農(nóng)業(yè)生態(tài)與經(jīng)濟兩者相互影響，相互制約的過程。農(nóng)業(yè)生態(tài)與經(jīng)濟之間存在高度耦合關(guān)聯(lián)性，一方面來自二者相互推拉和制約，另一方面是相互適應(yīng)與促進(jìn)[15-18]。

2.1.2 耦合協(xié)調(diào)度模型

可以證明，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟模塊與生態(tài)模塊的耦合度區(qū)間范圍為(0,1)二者的耦合協(xié)調(diào)性越優(yōu)，數(shù)值越接近1，反之越差[2, 4, 11, 19-21]。

2.2 指標(biāo)體系的選取

要按照科學(xué)性、全局性、對比性的原則來選取指標(biāo)。要清晰各指標(biāo)所具有的意義與內(nèi)容，指標(biāo)的數(shù)據(jù)要有時序動態(tài)性、易獲取性、精確性[4，8，22-23]。表1中明確了該研究選取的關(guān)于農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展模塊和農(nóng)業(yè)生態(tài)模塊的指標(biāo)。該研究中甘肅省各市的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境污染、農(nóng)林牧漁業(yè)各項產(chǎn)值的數(shù)據(jù)均來自《甘肅農(nóng)村年鑒》《甘肅發(fā)展年鑒》《國家統(tǒng)計年鑒》。

表1 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟子模塊與農(nóng)業(yè)生態(tài)子模塊指標(biāo)體系

2.3 指標(biāo)權(quán)重的確定

可以通過熵權(quán)法來求得[24-26]。熵權(quán)法用指標(biāo)的變異性(離散程度)的大小來客觀確定指標(biāo)的權(quán)重，其信息熵值越小，指標(biāo)的離散程度越大，其系統(tǒng)的綜合評價權(quán)重也就越大，通過熵權(quán)可以修正各項指標(biāo)的權(quán)重，能夠定量客觀的反應(yīng)信息熵值的優(yōu)越性，得到有效的權(quán)重。計算指標(biāo)權(quán)重的過程如下。

1)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。將各個指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。假定給了k個指標(biāo)X1,X2…,Xk,其中Xi={x1,x2,…,xn}。若對個各個指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后的值Y1，Y2，…,YK,那么

式中：xi j——被評價對象的比重，為第i項指標(biāo)下第j個數(shù)。

2)計算各指標(biāo)的信息熵。有信息熵在信息論中的定義，可知公式

3)計算第j項指標(biāo)的差異性系數(shù)

αj=1-Ej

αj值越大，表明指標(biāo)xj在評價中重要性越大。

4)計算各指標(biāo)的權(quán)重。按照信息熵的計算公式，計算各個指標(biāo)的信息熵為E1，E2，...,Ek,通過信息熵計算各個指標(biāo)的權(quán)重

某指標(biāo)的熵值越小，其離散程度越大，帶來的綜合評價影響就大、信息越多，該指標(biāo)的參考價值就越大，其權(quán)重就越大，反之權(quán)重越小。

2.4 數(shù)據(jù)來源

該研究中甘肅農(nóng)業(yè)經(jīng)濟、生態(tài)中的每個指標(biāo)數(shù)據(jù)分別來自 《甘肅發(fā)展年鑒》《甘肅農(nóng)村年鑒》《國家統(tǒng)計年鑒》。

3 結(jié)果與分析

3.1 基于熵權(quán)法的耦合性測度

3.1.1 指標(biāo)數(shù)據(jù)的采集與整理

通過查閱2010—2019年的《國家統(tǒng)計年鑒》，將農(nóng)業(yè)生態(tài)與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟系統(tǒng)的各指標(biāo)進(jìn)行搜集和匯總，得到表2。

表2 2010—2018年甘肅省農(nóng)業(yè)基本情況

由表2可知:2010—2018年，第一產(chǎn)業(yè)勞動力人數(shù)由724.82萬人下降到652.26萬人，年均增長率為-1.31%; 年末實有耕地面積由349.36萬hm2上升到356.3萬hm2，年均增長率為0.25%;當(dāng)年減少耕地面積由0.7萬hm2下降到 0.1萬hm2;農(nóng)作物播種面積由3 723.47 khm2上升到3773.55 khm2，年均增長率為0.17%; 造林面積面積由232.76 khm2上升到392.77 khm2，年均增長率為6.76%。其中造林面積增長率最大，其次是年末實有耕地面積。第一產(chǎn)業(yè)勞動力是下降趨勢。如表4所示: 2010—2019年，第一產(chǎn)業(yè)的總產(chǎn)值由905.22億元上升到1887.58億元，年均增長率為2.56%;農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值由628.88億元上升到1 306.41 億元，年均增長率為8.46%; 林業(yè)總產(chǎn)值22.06 億元上升到38.09億元，年均增長率為 6.26%; 牧業(yè)總產(chǎn)值由141.52億元上升到395.57億元，年均增長率為12.10%;漁業(yè)總產(chǎn)值由0.78億元上升到2.03億元，年均增長率為11.21%。其中，牧業(yè)年均增長率最大，其次是漁業(yè)，農(nóng)業(yè)第三，林業(yè)增長率最小。由第一產(chǎn)業(yè)環(huán)境綜合統(tǒng)計基本狀況顯示(表3):自2010—2018年，廢水排放總量由5.124 1億t增長到7.004 9億t，年均增長率為3.99%;化學(xué)需氧量(COD)排放量由16.80萬t 下降到12.6萬t，年均增長率為-3.53%;氨氮排放量由2.35萬t增長到1.77萬t，年均增長率-3.48%;二氧化硫排放量由55.178 5萬t下降到25.253 2萬t，年均增長率為-9.30%;煙(粉)塵排放量由2011年的23.619 1萬t下降到19.501 2萬t，年均增長率為-2.70%。其中出了廢水排放總量呈增長趨勢外，化學(xué)需氧量(COD)排放量、氨氮排放量、煙(粉)塵排放量、二氧化硫排放量均為下降趨勢且下降速率二氧化硫排放量最快，其次是化學(xué)需氧量(COD)排放量、氨氮排放量，最后是煙(粉)塵排放量。

表3 2010—2018年甘肅省第一產(chǎn)業(yè)環(huán)境綜合統(tǒng)計基本狀況

表4 2010—2019年甘肅省第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值

3.1.2 耦合度的計算與分析

1)對農(nóng)業(yè)經(jīng)濟模塊和農(nóng)業(yè)生態(tài)模塊各指標(biāo)進(jìn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)[6, 27-28]，得到如下標(biāo)準(zhǔn)化后的結(jié)果在[0,1]區(qū)間的矩陣。

2)根據(jù)熵權(quán)計算公式和各指標(biāo)矩陣，計算得出農(nóng)業(yè)經(jīng)濟和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的熵權(quán)(表5)。

表5 農(nóng)業(yè)生態(tài)與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟模塊各指標(biāo)的熵權(quán)計算結(jié)果

農(nóng)業(yè)經(jīng)濟模塊里，牧業(yè)的熵權(quán)值最大，林業(yè)的熵權(quán)值最小，其次是總產(chǎn)值。農(nóng)業(yè)生態(tài)模塊里中，煙(粉)塵排放量熵權(quán)值最大，廢水排放總量熵權(quán)值最小。

3)分析耦合協(xié)調(diào)度計算結(jié)果。把農(nóng)業(yè)經(jīng)濟模塊和農(nóng)業(yè)生態(tài)模塊所計算的熵權(quán)指標(biāo)的數(shù)據(jù)以及上述計算的矩陣標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)帶入綜合評價函數(shù)計算公式，得出2010—2018年甘肅農(nóng)業(yè)經(jīng)濟模塊和農(nóng)業(yè)生態(tài)的綜合評結(jié)果，然后帶入耦合協(xié)調(diào)公式得出耦合協(xié)調(diào)度的結(jié)果(表6)。

表6 2010—2018年甘肅省生態(tài)農(nóng)業(yè)與生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的綜合評價及耦合度

2010—2018年，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟模塊的綜合評價值逐年在升高，其中2010—2012年的綜合評價值在0.3以下，2010年最低，2013—2015年處于0.5以下，2016—2018年較高均超過了0.8，最后兩年甚至超過了0.9,2018年綜合評價值最高接近1。

農(nóng)業(yè)生態(tài)模塊的綜合評價值是處于上下波動的狀態(tài)，波動程度大概程正態(tài)分布狀態(tài)，綜合評價值最高的是2014年超過了0.9,最低是2017年低于0.1，其中2012—2014年綜合評價值逐步上升，且大于0.6,2014—2017年逐步下降且跌幅最大,超過了0.6，2017—2018有稍微的回升，幅度不大。2011年出現(xiàn)的反常的數(shù)據(jù)且綜合評價值較高。

由表5的耦合度可知：2010—2013年，甘肅省農(nóng)業(yè)經(jīng)濟模塊與農(nóng)業(yè)生態(tài)模塊的耦合度是逐年上升的，2013—2015年出現(xiàn)小幅度的波動且趨于平穩(wěn)狀態(tài)，都在0.9以上，并在2015年達(dá)到最大值0.969 4，說明這幾年二者耦合協(xié)調(diào)性很好，說明甘肅省在追求經(jīng)濟高速發(fā)展的同時對生態(tài)也非常重視，并加強了農(nóng)業(yè)生態(tài)的建設(shè)，突出了農(nóng)業(yè)生態(tài)在經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展中的作用。從而促進(jìn)了兩者的相輔相成，協(xié)調(diào)發(fā)展。然而2015—2018年開始逐漸下降速度比較緩慢，可能的原因是農(nóng)業(yè)經(jīng)濟快速的發(fā)展對農(nóng)業(yè)生態(tài)起到了一定的一直做作用，人們生活條件的提高對農(nóng)業(yè)污染的產(chǎn)品消費的增加破壞了農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境。

4 結(jié)論

以甘肅省2010—2018年的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟和農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境為研究對象，對農(nóng)業(yè)經(jīng)濟-農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行指標(biāo)構(gòu)建以及最后用耦合協(xié)調(diào)度的客觀結(jié)果分析農(nóng)業(yè)經(jīng)濟與生態(tài)的發(fā)展的相互關(guān)系。在定量分析后表明，甘肅省農(nóng)業(yè)經(jīng)濟與生態(tài)發(fā)展在2010—2018年呈現(xiàn)出不穩(wěn)定性。

1)2010—2018年甘肅省農(nóng)業(yè)經(jīng)濟處于快速發(fā)展階段，表明隨著各項惠農(nóng)政策的下發(fā)甘肅省正在依靠自身的地理條件大力發(fā)展農(nóng)業(yè)經(jīng)濟。

2)農(nóng)業(yè)生態(tài)處于正態(tài)分布的波動狀態(tài)，甘肅省近幾年雖然致力于農(nóng)業(yè)生態(tài)的保護但是沒有達(dá)到預(yù)期的結(jié)果，這與甘肅農(nóng)業(yè)環(huán)境有關(guān)，需要進(jìn)一步加強對此方面的投入。

3)兩個模塊在2010—2015年基本呈現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展的趨勢，且耦合度均在0.9以上，2015—2018年呈現(xiàn)下降的趨勢。這說明農(nóng)業(yè)生態(tài)與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展是相互影響，相互制約的，單獨發(fā)展經(jīng)濟忽略農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的發(fā)展不能使兩者呈現(xiàn)較高的耦合度，同時農(nóng)業(yè)生態(tài)發(fā)展好了也會促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

經(jīng)濟增長原本是可以更好的保護生態(tài)環(huán)境的，但是不能片面的追求農(nóng)業(yè)經(jīng)濟快速增長，破壞了脆弱的生態(tài)環(huán)境，使兩者呈現(xiàn)低的耦合度，這樣不僅不利于生態(tài)而且過了一段時間之后會反噬經(jīng)濟抑制其發(fā)展。隨著一系列的農(nóng)業(yè)政策的引導(dǎo)以及轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式的政策提出，要牢牢樹立科學(xué)發(fā)展觀，高質(zhì)量發(fā)展經(jīng)濟的同時要加大保護生態(tài)環(huán)境的力度，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生態(tài)與經(jīng)濟協(xié)調(diào)友好的發(fā)展。該文通過運用熵值法對各個指標(biāo)進(jìn)行量化定量分析并結(jié)合耦合協(xié)調(diào)度模型側(cè)度出農(nóng)業(yè)經(jīng)濟與生態(tài)的相互耦合的機理。統(tǒng)計計算出甘肅省2010—2018年農(nóng)業(yè)經(jīng)濟與生態(tài)的耦合度，呈現(xiàn)波動的現(xiàn)象，說明二者耦合度不是太理想，說明甘肅省需要立足于自身的發(fā)展特點，尋找符合自身農(nóng)業(yè)生態(tài)-農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展特點的優(yōu)質(zhì)良性的耦合發(fā)展道路。