我國南繁產(chǎn)業(yè)與資源環(huán)境系統(tǒng)耦合研究

陳冠銘 李可貴 曹 兵

（1三亞市南繁科學(xué)技術(shù)研究院，海南三亞572000；2海南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，?？?71100）

產(chǎn)業(yè)與資源環(huán)境關(guān)系是人地關(guān)系論研究的重要內(nèi)容，而系統(tǒng)耦合是對(duì)兩個(gè)及以上系統(tǒng)之間的相互作用、相互關(guān)聯(lián)、相互協(xié)調(diào)的量度，且引入時(shí)間序列數(shù)據(jù)采用動(dòng)態(tài)研究，因此可以很好地分析判斷產(chǎn)業(yè)發(fā)展等相關(guān)政策。南繁得益于海南的自然資源稟賦，研究南繁產(chǎn)業(yè)與資源環(huán)境系統(tǒng)耦合，有利于南繁產(chǎn)業(yè)布局的區(qū)位選擇、政策制定。

1 耦合作用機(jī)理及模型

海南以生態(tài)立省，區(qū)域人地關(guān)系論對(duì)研究相關(guān)產(chǎn)業(yè)與資源協(xié)調(diào)性具有重大意義。國家將海南的南部地區(qū)1.7933萬hm2劃定為南繁保護(hù)區(qū)，在三亞市規(guī)劃建設(shè)南繁科技城、全球動(dòng)植物種質(zhì)資源引進(jìn)與中轉(zhuǎn)基地、生物育種專區(qū)，重點(diǎn)發(fā)展南繁產(chǎn)業(yè)，勢(shì)必改變?cè)械霓r(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和以農(nóng)業(yè)生物技術(shù)研究為核心的第三產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)人地關(guān)系的調(diào)整。

南繁產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)與資源環(huán)境系統(tǒng)耦合關(guān)系的作用機(jī)理在于尋求兩個(gè)系統(tǒng)之間的均衡。南繁產(chǎn)業(yè)對(duì)資源環(huán)境的影響主要有產(chǎn)業(yè)規(guī)模效應(yīng)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)效應(yīng)和技術(shù)效應(yīng)。資源環(huán)境對(duì)南繁產(chǎn)業(yè)的影響主要是資源與南繁產(chǎn)業(yè)聚集。自然資源、人力資源、資本和技術(shù)是連接南繁產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)的載體，當(dāng)載體發(fā)生變化時(shí)就會(huì)對(duì)系統(tǒng)耦合關(guān)系產(chǎn)生影響，從而分析南繁產(chǎn)業(yè)-資源系統(tǒng)演替的驅(qū)動(dòng)力。

1.1 耦合度模型[1-2]設(shè)定f（x）和h（y）分別為南繁系統(tǒng)和資源環(huán)境系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)函數(shù)，x、y為影響函數(shù)的變量指標(biāo)。南繁產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)的各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值，wi是其權(quán)重。為資源環(huán)境系統(tǒng)的各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值，wj是其權(quán)重。

因此，計(jì)算wi和wj成為確立f（x）和h（y）兩個(gè)函數(shù)的關(guān)鍵，方法見后。

南繁系統(tǒng)與資源環(huán)境系統(tǒng)的耦合度計(jì)算公式如下。

C值越大，耦合程度越高、越協(xié)調(diào)。k為調(diào)節(jié)系數(shù)，取值[2，5]，建議k取值2[1]。在k取值2時(shí)，耦合度區(qū)間劃分見表1。

表1 耦合度區(qū)間劃分

1.2 耦合協(xié)調(diào)度模型[3]耦合協(xié)調(diào)度模型反映出f（x）和h（y）兩個(gè)系統(tǒng)整體功效和協(xié)同效應(yīng)。

公式4：D= ，R為耦合協(xié)調(diào)度，T為南繁產(chǎn)業(yè)與資源環(huán)境系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，D∈（0，1），耦合協(xié)調(diào)度劃分見表2。

表2 耦合協(xié)調(diào)度劃分

公式5：T=αf（x）+βh（y），α為南繁產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平權(quán)重，β為資源系統(tǒng)發(fā)展水平權(quán)重。盡量避免主觀賦值，α、β的具體取值要參考費(fèi)米預(yù)測(cè)法進(jìn)行推測(cè)。

一是，α取值參考海南種業(yè)上市公司在全國上市公司的收入占比0.023。上市公司可以代表地區(qū)行業(yè)發(fā)展水平，可以從側(cè)面佐證南繁產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平，并且其他數(shù)據(jù)無法獲取，因此取代表性數(shù)據(jù)替代。

二是，β取值參考海南綠色發(fā)展指數(shù)得分在全國占比0.031[4]。資源環(huán)境系統(tǒng)發(fā)展水平較難評(píng)估，資源環(huán)境系統(tǒng)作為承載系統(tǒng)以及海南生態(tài)試驗(yàn)區(qū)戰(zhàn)略要求，綠色發(fā)展指數(shù)可以從側(cè)面反映海南資源系統(tǒng)發(fā)展水平。

由于α+β=1，在保留1位小數(shù)時(shí)，則α折算為0.4，β折算為0.6。由于南繁產(chǎn)業(yè)化處于起步階段，因此α<β，這與上述取值方向一致。

實(shí)際上耦合協(xié)調(diào)度逐年變化，正常情況應(yīng)該按年度進(jìn)行匹配α、β的值，但是綠色發(fā)展指數(shù)近年才有，無法取得持續(xù)的數(shù)據(jù)流以確定β值。

2 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理

在獲取數(shù)據(jù)時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)據(jù)計(jì)量單位較難一致，為了統(tǒng)一度量，需要向耦合協(xié)調(diào)度模型中錄入無量綱化處理后的數(shù)據(jù)。

2.1 原始數(shù)據(jù)描述評(píng)價(jià)m年內(nèi)南繁產(chǎn)業(yè)與資源環(huán)境系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顩r，評(píng)價(jià)包括n項(xiàng)指標(biāo)，其初始數(shù)據(jù)矩陣X={xij}n*m（0≤i≤n，0≤j≤m）。xij表示第j年第i項(xiàng)南繁產(chǎn)業(yè)與資源環(huán)境系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)值。

2.2 原始數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理[3]同一年度內(nèi)同一指標(biāo)的計(jì)量單位是一致，因此可以無量綱化，即同一指標(biāo)在不同年度的數(shù)據(jù)流可以進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，或者是同一年度不同考察項(xiàng)目的數(shù)據(jù)流可以進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理。此處f（x）和h（y）則利用逐年的數(shù)據(jù)流，通過對(duì)各指標(biāo)項(xiàng)的m年內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性化處理，消除所有數(shù)據(jù)的數(shù)量單位。

對(duì)矩陣X內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行正項(xiàng)化處理。

對(duì)x′ij的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性化處理。

從而得到南繁產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)函數(shù)f（x）和資源系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)函數(shù)h（y）所需的各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值，為耦合協(xié)調(diào)度模型中涉及指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值及其權(quán)重提供了數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)。

3 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定

南繁產(chǎn)業(yè)與資源環(huán)境系統(tǒng)有逐年的數(shù)據(jù)積累，因此采取客觀賦權(quán)的熵值法來確定各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。

熵值法是用來判斷某個(gè)指標(biāo)的離散程度的數(shù)學(xué)方法。在信息論中，熵是對(duì)不確定性的一種度量。信息量越大，不確定性就越小，熵也就越小。

3.1 各個(gè)指標(biāo)的信息熵e和信息效用值d[5]數(shù)據(jù)經(jīng)過無量綱標(biāo)準(zhǔn)化處理后，可計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)的信息熵，第i項(xiàng)指標(biāo)的信息熵為ei，計(jì)算公式如下。

本文中，三亞市2018年統(tǒng)計(jì)年鑒統(tǒng)計(jì)了2011-2017年的數(shù)據(jù)，共7年數(shù)據(jù)，故k=1/ln7=0.5139。

信息效用值di=1-ei，信息效用值越大，對(duì)評(píng)價(jià)的重要性就越大。

3.2 各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重w第i項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重計(jì)算公式如下。

4 指標(biāo)體系設(shè)計(jì)

南繁產(chǎn)業(yè)-資源系統(tǒng)的指標(biāo)體系分成資源系統(tǒng)、南繁產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)等2個(gè)子系統(tǒng)。南繁產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)按規(guī)模、結(jié)構(gòu)和活力等3個(gè)方面設(shè)計(jì)一級(jí)指標(biāo)，資源系統(tǒng)按資源稟賦水平、環(huán)境壓力水平和環(huán)境抗逆水平等3個(gè)方面設(shè)計(jì)一級(jí)指標(biāo)。根據(jù)一級(jí)指標(biāo)類別，設(shè)置二級(jí)指標(biāo)。

二級(jí)指標(biāo)設(shè)計(jì)的原則為：一是指標(biāo)的代表性與全面性，二是數(shù)據(jù)可獲取性與動(dòng)態(tài)性，三是指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)性與區(qū)別性。比如在用熵值法計(jì)算權(quán)重時(shí)，要求指標(biāo)值有所變化（類似動(dòng)態(tài)性），因?yàn)槿绻稠?xiàng)指標(biāo)的指標(biāo)值全部相等，則該指標(biāo)在綜合評(píng)價(jià)中不起作用，屬于無效指標(biāo)設(shè)計(jì)[6]。

鑒于二級(jí)指標(biāo)設(shè)計(jì)的原則，南繁產(chǎn)業(yè)-資源系統(tǒng)的指標(biāo)體系較難構(gòu)建，主要是因?yàn)椋耗戏碑a(chǎn)業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)并未納入年度統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)信息難以獲得，只能以涉農(nóng)和涉科的相關(guān)數(shù)據(jù)替代，如南繁產(chǎn)業(yè)內(nèi)部的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)構(gòu)成只能以一產(chǎn)二產(chǎn)三產(chǎn)比例替代；統(tǒng)計(jì)年鑒內(nèi)的數(shù)據(jù)項(xiàng)目較少，涉及環(huán)保數(shù)據(jù)時(shí)還存在統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不一致等問題，甚至部分年度缺數(shù)據(jù)；部分?jǐn)?shù)據(jù)存在波動(dòng)小，如H3水庫總庫容、H4森林覆蓋率。

對(duì)應(yīng)指標(biāo)設(shè)計(jì)原則和現(xiàn)有數(shù)據(jù)可獲得性，設(shè)計(jì)出南繁產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)和資源系統(tǒng)的二級(jí)指標(biāo)（表3）。其中，南繁產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)的二級(jí)指標(biāo)主要包括南繁育制種面積、教科文衛(wèi)支出占地方公共財(cái)政支出比例、南繁關(guān)注度等12項(xiàng)內(nèi)容；資源系統(tǒng)的二級(jí)指標(biāo)主要包括有效灌溉用地面積、工業(yè)廢水排放量、城鎮(zhèn)生活污水集中處理率等12項(xiàng)內(nèi)容。

表3 南繁產(chǎn)業(yè)-資源系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)

5 南繁產(chǎn)業(yè)-資源系統(tǒng)耦合關(guān)系數(shù)據(jù)處理

根據(jù)《三亞市統(tǒng)計(jì)年鑒（2018年）》以及收集到的有關(guān)南繁數(shù)據(jù)，得到2011-2017年共7年的數(shù)據(jù)。根據(jù)公式6、公式7，對(duì)2011-2017年的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到無量綱的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)（表4）。

表4 南繁產(chǎn)業(yè)-資源系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)無量綱化標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)

基于表4，套用公式8和公式9，計(jì)算出南繁產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)和資源環(huán)境系統(tǒng)共計(jì)24項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重（表5）。同時(shí)，根據(jù)以上公式，并應(yīng)用Excel函數(shù)快速計(jì)算，得到系統(tǒng)耦合相關(guān)數(shù)據(jù)（表6）。

6 南繁產(chǎn)業(yè)-資源系統(tǒng)耦合關(guān)系分析

6.1 權(quán)重指標(biāo)①如前所述，受到數(shù)據(jù)可得性影響，可能存在關(guān)鍵性指標(biāo)缺失，但經(jīng)類似數(shù)據(jù)替代，不影響總體趨勢(shì)的分析。若有更詳細(xì)的數(shù)據(jù)、更多年度數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行更細(xì)致地分析。根據(jù)表5指標(biāo)權(quán)重，可以得出當(dāng)前推進(jìn)系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵因素和薄弱因素，見圖1和圖2。南繁產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)前4個(gè)指標(biāo)為F1南繁育制種面積、F7第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占比、F9南繁關(guān)注度、F12科研和技術(shù)服務(wù)業(yè)固定資產(chǎn)投資，說明產(chǎn)業(yè)規(guī)模、地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展熱度和科技類固定資源投資是當(dāng)前促進(jìn)南繁產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)進(jìn)化的基礎(chǔ)。系統(tǒng)后4位指標(biāo)為F6第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占比、F3科研技術(shù)服務(wù)和地質(zhì)勘查業(yè)產(chǎn)值、F11在校學(xué)生人數(shù)、F5教科文衛(wèi)支出占地方公共財(cái)政支出比例，說明現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不夠優(yōu)化、科研產(chǎn)出弱、人才資源匱乏和科技支出不足是制約南繁產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)進(jìn)化的因素。

圖1 南繁產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)指標(biāo)權(quán)重雷達(dá)圖

圖2 資源環(huán)境系統(tǒng)指標(biāo)權(quán)重雷達(dá)圖

表5 各指標(biāo)權(quán)重

表 6 耦合關(guān)系數(shù)據(jù)

資源環(huán)境系統(tǒng)前4個(gè)指標(biāo)為H4森林覆蓋率、H3水庫總庫容、H8農(nóng)藥化肥使用量、H6工業(yè)廢氣排放量，說明良好的生態(tài)、豐富的水資源、嚴(yán)控的農(nóng)藥化肥和低排放促使海南資源環(huán)境系統(tǒng)更加健康。系統(tǒng)后4位指標(biāo)為H9城鎮(zhèn)生活污水集中處理率、H2全社會(huì)從業(yè)人員、H11工業(yè)廢水處理率、H1有效灌溉用地面積，說明生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)尚有提升空間，如進(jìn)一步提高城鎮(zhèn)生活污水集中處理率、工業(yè)廢水處理率、有效灌溉用地面積。

6.2 系統(tǒng)指標(biāo)從表6和圖3得出兩個(gè)系統(tǒng)發(fā)展水平不一致，兩個(gè)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)均在上升，但兩者存在較大的差距（表7）。其中，資源環(huán)境系統(tǒng)h（y）上升幅度較大，生態(tài)環(huán)境不斷得到改善，環(huán)境承載能力有增強(qiáng)的趨勢(shì)，說明區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的能力增強(qiáng)，從側(cè)面反饋了三亞“雙城雙修”的生態(tài)效應(yīng)開始顯現(xiàn)；南繁產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)平緩增長，南繁產(chǎn)業(yè)仍然處于低水平運(yùn)行階段，受2015年國家南繁規(guī)劃的刺激，2016年小幅度拉升，與資源環(huán)境相比拉升幅度小，兩者仍然存在較大差距（f（x）

圖3 系統(tǒng)耦合度

表7 南繁產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)與資源環(huán)境系統(tǒng)年度指標(biāo)比值

C、D值的拐點(diǎn)出現(xiàn)在2016年，兩個(gè)系統(tǒng)開始良性耦合，達(dá)到中度協(xié)調(diào)，南繁產(chǎn)業(yè)有機(jī)會(huì)聚集力量進(jìn)入快速發(fā)展的通道。

6.3 耦合度演變態(tài)勢(shì)南繁產(chǎn)業(yè)-資源環(huán)境系統(tǒng)總體上處于拮抗期。南繁產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)與資源環(huán)境系統(tǒng)耦合已由開始的低水平耦合，過度到拮抗期并進(jìn)入良性耦合，但再次進(jìn)入拮抗期，兩個(gè)系統(tǒng)發(fā)展水平和速度不一致時(shí)，就可能出現(xiàn)反復(fù)。從耦合度演變態(tài)勢(shì)上，從側(cè)面說明海南近年嚴(yán)格的生態(tài)環(huán)境法制和執(zhí)法環(huán)境促進(jìn)了海南生態(tài)環(huán)境向優(yōu)發(fā)展。

6.4 耦合協(xié)調(diào)度與耦合發(fā)展類型分析南繁產(chǎn)業(yè)-資源環(huán)境系統(tǒng)已從低度協(xié)調(diào)耦合進(jìn)入中度協(xié)調(diào)耦合，兩個(gè)系統(tǒng)向高度協(xié)調(diào)耦合方向還有較大差距。

7 區(qū)域人地關(guān)系對(duì)南繁產(chǎn)業(yè)規(guī)劃的啟示

經(jīng)過60余年的積累，南繁產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)已基本完成了自然地理環(huán)境地域分異過程和人文利用功能空間匹配過程，已進(jìn)入適度規(guī)模與同類利用功能聚集過程。南繁產(chǎn)業(yè)在聚集過程中首先要滿足生態(tài)需求，其次要配套人與人交流的生活環(huán)境，為打造各生產(chǎn)平臺(tái)創(chuàng)造豐富的條件。

7.1 南繁產(chǎn)業(yè)有條件促成復(fù)合型地域功能的形成南繁有潛力建立起綠色的農(nóng)業(yè)生態(tài)-產(chǎn)-城“三生”融合的功能，通過加快建設(shè)南繁科技城來實(shí)現(xiàn)生態(tài)①農(nóng)業(yè)具有碳匯功能，稻田還具備人工濕地功能，林木花卉具備綠化和景觀功能，采摘具有休閑娛樂功能。-生活-生產(chǎn)等功能在空間上并置，在可持續(xù)發(fā)展的前提下，加速自然環(huán)境地域分異過程。

7.2 南繁產(chǎn)業(yè)與資源環(huán)境相適應(yīng)，資源環(huán)境更為超前近年海南加大了對(duì)生態(tài)環(huán)境的管控力度，加大了對(duì)生態(tài)的投資，并在體制機(jī)制上做出重大調(diào)整，如中部市縣劃為生態(tài)保護(hù)區(qū)，體現(xiàn)了人地關(guān)系論中生態(tài)優(yōu)先的理念，為海南調(diào)優(yōu)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)奠定了資源環(huán)境基礎(chǔ)。

7.3 南繁產(chǎn)業(yè)發(fā)展層次較低自2011年以來，南繁產(chǎn)業(yè)一直處于低水平的發(fā)展之中，未見質(zhì)的飛躍，尤其是產(chǎn)值主要來源于制種產(chǎn)業(yè)，并處于種業(yè)鏈的低谷、價(jià)值洼地。產(chǎn)業(yè)資源過于集聚在低層級(jí)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，影響了南繁產(chǎn)業(yè)與資源環(huán)境在更高層級(jí)上的協(xié)調(diào)發(fā)展。

7.4 南繁產(chǎn)業(yè)缺乏科技支撐和成果熟化通過權(quán)重分析，南繁產(chǎn)業(yè)科研產(chǎn)出弱、人才資源匱乏和科技支出不足。南繁產(chǎn)業(yè)作為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，需要人才、技術(shù)、資金、平臺(tái)的支撐，需要有高附加值的成果產(chǎn)出給予南繁產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)正反饋。南繁產(chǎn)業(yè)發(fā)展要實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍，首先要解決制約其發(fā)展的科技支撐與成果熟化的問題。