基金项目:中国工程院战略研究与咨询项目(2022-XZ-38); 国家重点研发计划课题(2022YFC3802801)
第一作者:张中华(1981—),男,博士,教授,研究方向为国土空间规划理论与方法.E-mail:zzhdeai@163.com
(School of Architecture, Xi'an Univ. of Arch. & Tech., Xi'an 710055, China)
industrial structure; ecological environment; coordination of coupling
DOI: 10.15986/j.1006-7930.2022.06.011
早在1995年的全国资源环境与经济发展研讨会上,全会就可持续发展问题提出可持续发展的核心是经济社会与生态环境协调.在2021年第二届绿色经济论坛上生态环境部提出,应对全球低碳转型的首要任务是经济绿色转型和推动生态文明建设.经济发展规模、技术、结构对生态环境影响显著,经济增长中的结构效益主要指产业结构对生态环境的改变[1].产业结构承担了经济社会和资源环境之间的媒介角色,对协调两者之间矛盾具有重要作用[2].产业结构升级与生态环境保护一直是研究热点,其中两者耦合关系是研究的重要内容.研究多从综合效应、耦合协调关系、产业生态化等角度展开.在综合效应方面,姚韬、佘元冠基于VAR模型对中国1990—2010年技术进步、产业结构和碳排放量的关联性测算,实证得出技术进步和产业结构的调整对碳排放有较显著作用[3].蔡玉蓉等[4]则利用超效率SBM模型对我国30个省的生态效率测度,根据结果提出产业结构升级可有效促进区域生态效率.孟望生等[5]在定量分析黄河流域环境规制和产业结构与绿色经济增长率关系中,发现环境规制与产业结构的不断高级化能提高黄河流域绿色经济增长率.陈青[6]针对对北京市环境污染,从经济增长、产业结构层面进行测算,验证了产业结构的优化能抑制环境污染.黄纪强等[7]从政策层面探讨环境税政策与产业结构机制,认为环境税政策可以有效促进产业结构优化升级.在耦合协调关系部分多是定量分析.温彦平等[8]从城镇化视角对长江中游城市群产业结构与生态环境耦合协调关系展开定量分析.胡悦等[9]从技术创新、产业结构与生态环境三个维度,对京津冀地区2006—2015年产业结构与生态环境耦合协调关系定量测算.李彦超[10]结合山东省产业结构数据,从低碳化视角对生态环境进行检测与评价分析.还有学者从海洋、生态农业等更微观层面探讨与环境的耦合机理[11-13].李晟婷等[14]从产业生态化视角,对2008—2018年陕西省产业高质量化和生态可持续化展开耦合协调性分析.陈长[15]基于绿色经济内涵,定量测算产业生态化和生态产业化协调关系,并提出协同发展策略.余东华[16]从产业生态化和生态产业化内涵切入,提出黄河流域高质量发展路径.傅京燕[17]从金融角度提出绿色债券对于粤湾区产业转型的相应策略,为环境保护提供新思路.
学者们已对产业结构与生态环境的关系做了有益的探索,为本文提供了丰富理论基础.但研究范围多偏向区域尺度,地域类型相比关注较少.资源型城市是指依托当地资源消耗发展,产业结构以重工业主导的经济地域类型.延安市位于陕西省北部,黄河流域中部,是全国重要能源资源储备区.矿产资源种类丰富,品质高且集中分布,延安市依靠资源优势形成以石油煤炭为主导产业的发展模式.但重工业为主的产业结构体系造成空气污染、水质恶化等生态问题,严重削弱城市生态承载力.城市化进入中后期过程后,城市发展面临生态承载力脆弱、产业结构僵化的窘境,长期下来会拖累区域经济的健康发展.因此对延安市产业结构与生态环境耦合协调性探讨,符合区域经济可持续高质量发展的迫切现实需求.本文通过构建综合评价指标体系,运用耦合协调模型分析延安市产业结构与生态环境耦合协调水平,以期能丰富产业结构与环境保护的案例实证,并为延安市产业结构调整与升级提供参考.
《辞海》中耦合的定义是多个系统或运动形式间经过各种形式的动态交互作用而产生的现象[18].“耦合”最初来源于物理学领域,表示两个或两个以上电路或电波系统之间出现的一体化现象和规律[19].经过概念延伸,现已广泛应用到社会科学研究中.社会科学中耦合的内涵指多个系统间或者系统内部要素间在良性互动下形成相互作用、相互影响又相互协调的动态联系.根据耦合内涵的观点,当系统耦合作用发生在产业结构与生态环境系统中时,原有的系统发生变化,若系统间的要素交流促进各系统进步时,原有系统会进入更高层次水平的新系统,此时系统间的相互作用是正向的,两者的关系是协调的.反之,若系统间的相互作用会制约、阻碍彼此的发展时,此时系统间的耦合作用是非正向的,系统之间是不协调的(图1).
作为经济活动对自然环境作用的转换器,产业结构的调整往往也会影响生态环境.产业结构本质上反映了劳动力,资本和技术等要素的分配比例,调整产业结构是为了使资源在整个系统中分配合理,进一步影响资源消耗量和污染物排放量.产业结构中对生态环境影响最大的是第一产业,由于其生产过程需要巨量资源,第二产业位居其次,影响最小的是第三产业.科学的产业结构,越完善,其在分配生态资源时就越高效,能够有效的避免资源的浪费,对提高资源利用率非常关键[20].反之,低级的产业结构污染物排放量大,利用率低,进而破坏生态环境.生态环境为经济活动的开展提供资源能源支撑,是经济社会有序发展的保障.当经济活动对资源消耗程度或生产过程所排放的污染量大于生态环境承载力负荷时,环境品质会逐渐下降,到一定程度时会限制产业结构内部的调整,遏制经济的发展.反之,环境状态良好会促进经济可持续与产业结构升级.故产业结构与生态环境的相互影响主要表现在产业结构不合理对生态环境的威胁与环境承载力下降对产业结构的桎梏,两者之间存在相互制约或相互促进的现象.要维持经济稳定健康发展,就要协同发展,使系统间的要素流保持合理运行状态(图2).
延安市地处陕西省北部,黄河流域中部,延河、汾川河二水交汇之处.全市占地3.7万 km2,地势上西北高、东南低,以黄土高原和山地丘陵为主要地貌.气候变化受季风影响,属暖温带半湿润易旱气候区.生物多样性高,矿产资源丰富,煤炭地质储量71亿t,石油储量4.30亿t,探明储量1.93亿t.延安市是红色革命圣地,首批列入国家历史文化名城.截止到2021年,全市常住人口共226.93万人,地区生产总值为2 004.58亿元,三次产业构成比重为10.4:61.4:28.2,整体上仍是以工业为主发展.
陕西省“十四五”规划将延安市定位为黄河流域生态保护和高质量发展先行区、国家科技创新中心、陕北能源化工基地,进一步推进产业结构与生态环境协调,有助于实现产业转型升级,促进延安市绿色经济发展.
研究数据来源于2011-2021年《中国城市统计年鉴》、《陕西省统计年鉴》、《延安市统计年鉴》、《延安市国民经济与社会发展统计公报》和延安市各部门官网.为保证研究的可行性,数据采用时间区间为2010—2020年.部分缺失数据在根据已有数据使用均值法计算得到.
耦合协调度评价包括评价指标体系构建和耦合协调度模型建立(图3).构建评价指标体系有利于高效、精确的分析延安市产业结构,本研究通过借鉴相关研究成果并结合延安市产业结构特点,从结构水平和结构效益两个层面选取11个指标,构建产业结构综合评价指标体系(表1).
图3 产业结构与生态环境耦合协调度评价及应用结构
Fig.3 Evaluation of the coordination degree of coupling between industrial structure and ecological environment and the structure of application
生态环境评价指标体系构建的主要依据是PSR模型(Pressure-State-Response)[21].该模型广泛用于生态环境评价研究,能准确表示出生态环境和经济活动之间的作用关系.根据模型,环境压力反映经济社会发展对生态环境造成损害,环境压力越大时说明生态环境破坏程度就越高,环境质量越低,两者之间为负相关.环境状态意味着社会活动和产业结构作用下的生态环境状况,最终结果表现出与环境是正相关关系.环境响应表示社会层面对生态环境的反馈,其值越大说明社会对环境越重视,社会环保意识越强,与生态环境正相关.在基于可操作性、系统性与可获取性原则上,研究从环境压力、环境状态及环境响应三方面共选取13项指标构建延安市生态环境综合评价体系(表2).
(1)数据标准化
运用极值标准化法处理指标存在量纲不一致的情况,即无量纲化为
式中:yij表示第i年第j项指标; max(yij)即第j项指标中的最大值,min(yij)即最小值; Xij表示处理后得到的统一量纲的指标值,取值介于0到1之间.
(2)熵权法计算指标比重
熵权法在赋权法中可以克服主观赋权的臆断性,具有相对客观性,并且相对其他客观赋权法更具广泛适用性,有助于提高评价结果的准确性.详细计算步骤如下:
①指标比重计算第i年第j项指标的比重为
②指标熵值计算
式中:n为年数; 0≤Ej<1; 当pij=0时,令pijln(pij)=0.
③差异性系数计算
Gj=1-Ej (5)
④指标权重计算
(3)综合评价指数采用线性加权法计算
耦合模型共有两种基本模型,即耦合度模型和耦合协调度模型.依据物理学中的容量耦合及系数模型进一步推导得到耦合度和耦合协调度模型[22],各系统之间或者每个要素流互动的强弱可以用耦合度反映.耦合协调度是反应各系统间相互作用的水平状态,可以衡量两个或多个系统之间和谐关系的程度.参考规范适用的耦合度模型公式[23],建立产业结构与生态环境的耦合度模型:
式中:F1和F2表示产业结构与生态环境综合评价指数; C代表耦合度,取值在0到1之间.C值越大,表明两者之间的相互作用越强,反之越弱.
耦合度C可以反映出系统间相互作用的强度,但不能确定两者之间的联系是在较高水平上或是在较低水平上,使得分析结果具有一定的局限性[24].故引入耦合协调度模型,可以更科学地判断系统协调水平,公式如下.
式中:D即耦合协调度,取值范围为[0,1].T反映的是系统协调发展水平综合指数.α、β是程度系数,取值待定.这里认为产业结构和生态环境在社会发展中同等重要,故取值α=β=0.5.
对产业结构和生态环境耦合协调状态评判标准是参考相关研究,耦合协调度共有三大区间,从高到低分成十个等级类型[25](表3).
根据耦合度和耦合协调模型,对评价期内延安市产业结构和生态环境评价指标进行了科学测算,最终计算出耦合度和耦合协调度.从结果来看,延安市产业结构和生态环境的耦合度均处于0.9以上,这表明两者具有高度相关,也就是处在“良性共振”状态,但综合评价指数和耦合协调度变化较大.
产业结构系统评价指数整体缓慢增长,略有起伏.从2010—2020年,延安市产业结构综合评价指数总体处于上升趋势,从0.17上升至0.26(图4),虽增幅较小但也在一定程度上说明延安市产业结构经过调整与优化,这与该时期延安市响应国家政策调整城市发展战略具有紧密联系.延安市作为资源型发展城市,第二产业是其经济发展主要驱动力,据统计数据可知第二产业在产业结构占比最高达到将近70%,城市发展过度依赖工业,产业结构调整难度较大,其综合指数增长缓慢.2015—2016年产业结构综合指数下降,主要受该时期产业结构效益水平较低影响,资源过度开发带来负面效应,单一产业结构对产业效益的带动力不足,产业结构效益持续下降导致产业结构综合评价指数降低.根据评价期产业结构综合指数变化,可判断出延安市产业结构在不断调整优化,但仍没有扭转二产占比过高,一、三产偏弱的局面,今后延安市产业结构转型也将处于长期阵痛,但仍要坚持转变原有发展模式,寻找新经济发展体,解决当前产业结构比例失调的问题.
图4 产业结构与生态环境综合评价指数图
Fig.4 Industrial structure and ecological environment integrated evaluation index
生态环境系统评价指数总体增长速度较快,幅度由剧烈起伏至逐渐平稳.从图4可看出生态环境综合评价指数变化幅度强于产业结构综合指数,2010—2012年,生态环境综合指数不断下降,2012年低于产业结构综合评价指数,滞后产业结构发展水平.该阶段处于经济快速发展时期,重化工业是延安市经济发展主动力.但这种粗放式发展对生态环境的破坏非常严重,导致环境承载力不断下降; 2012—2014年,延安市生态环境综合指数剧烈式增长,最终高于产业结构综合指数.初期恶化的生态环境开始反噬产业对经济的带动效果,环境破坏带来的高额损耗成本使得政府必须重视环境治理,在环境保护上投入大量人力、物力和资金,改善城市生态环境.2014—2018年间,环境综合指数先下降后迅速上升并达到最高值,即使有下降阶段但总体均大于产业结构综合指数.2014年全国经济进入“新常态”,这要求延安市经济发展不能是单纯追求速度的外延式增长,而要转型为依靠产业结构升级、节能环保等健康发展路径.该阶段延安市产业结构调整,污染环境的工业比重下降,旅游业服务业兴起,各方面减少对生态环境的负作用.同时政府也从政策上转变对生态环境的态度,强化生态环境保护支持力度,促使延安市生态环境得到显著改善.2018—2020年,环境综合指数略有下降,趋于平稳.延安市城市化进程步入中后期,经济发展稳定,政策导向明确,生态环境受到的影响不大,波动较小.
由于系统综合指数不稳定,所以产业结构综合评价指数增速时用平均值来表示,最终的增长率为9.44%,比生态环境综合评价指数(6.34%)略高.从整体来看,产业结构综合评价指数一直处于较平稳上升状态,而生态环境综合评价指数波动程度较大,这归结于生态环境政策的不断变化.因此,针对生态环境综合评价水平具有较高政策敏感度的特点,延安市未来城市发展中要将两者协同发展考虑进来,制定有关产业政策时应加强对环境友好型产业的关注度,促进产业生态化.
根据产业结构(F1)和生态环境综合评价指数(F2),按照公式(8)和公式(9)计算得到耦合度(C)及耦合协调度(D).由图5可知,2010—2020年间,延安市产业结构和生态环境耦合度均超过0.9,表明两者高度相关.
图5 产业结构与生态环境耦合协调度趋势图
Fig.5 Trends in the degree of coordination between industrial structure and ecological coupling
2010—2014年间,耦合协调度增速逐渐加快,进入勉强协调区间.前期延安市处于工业化加速阶段,偏重工业经济发展,忽略环境对产业发展的长期效应,环境质量严重下降,协调度低于0.5,濒临失调.后期协调度上升较快,一方面说明政府注意到生态环境保护的重要性,有意识控制工业排放污染,提高工业废物利用率,调整产业结构比例; 另一方面也说明社会环保意识在不断提高,采取措施维护环境.2014—2016年耦合协调度稍有降低,保持在勉强协调水平.由于延安市城镇化建设,环境状态指数下降,影响产业结构与生态环境的协调关系.2016—2020年耦合协调度先上升后进入平稳状态,转向初级协调.表明该阶段产业结构与生态环境协同发展,互相促进.“十三五”期间政府鼓励第三产业发展,产业结构在二三一的基础上不断优化,就业人口结构中第三产业就业人口占主导地位.生态环境治理工作顺利展开,环境质量日趋向好.
研究从5个层面探讨延安市产业结构与生态环境相互作用关系,并将两者耦合协调状态水平定量化分析,得出以下结论:
(1)评价期内延安市产业结构综合指数整体持续上升.这说明工业化进程的不断进步,技术水平不断提高,推动延安市产业结构优化,产业结构水平与产业效益水平也在上升,产业结构整体上朝着合理化前进.但产业结构指数增速较慢,综合指数不高,说明产业结构内部的调整还存在问题,产业转型发展动力有所不足;
(2)评价期内延安市生态环境综合指数波动程度较大,整体处于上升趋势.主要跟生态环境本身的脆弱性和其对政策的敏感度有关.从生态环境评价子系统中可知生态环境压力指数、状态指数和响应指数均处于增长状态,尤其生态环境状态指数在2013年后增长迅速,政府认识到可持续发展的重要性,重视对环境的保护与投资.但评价期内生态环境压力指数依然上涨,即产业结构处在不断优化的状态,生态环境仍然面临压力;
(3)整个评价期间,延安市产业结构和生态环境耦合协调关系发生重要的转变,从濒临失调到勉强协调,再从勉强协调到初级协调,整个产业结构在不断地优化和完善.这说明延安市在制定产业结构与生态环境相关政策中,积极推进落实稳定增长、调整结构、促进转型的战略方针与坚持“金山银山就是绿水青山”的发展理念.延安市产业结构与生态环境协调发展趋势朝着良好协调方面演进.
实证表明延安市产业结构与生态环境具有高度相关性,两者的协调程度影响经济的高质量发展.影响两者协调水平的驱动因素主要包括环境规制、市场经济、就业结构及创新水平等.因此促进两者之间的良性互动,宏观上要充分发挥政府公共政策导向职能,构建产业生态化长效机制,以实现产业与生态环境协调发展和良性互动为目标.政府运用行政手段适当干预,加强环境规制对企业的约束,从而倒逼企业升级技术,提高产业生态化效率.同时政府要加强生态监管,扶持低能耗低污染企业,限制高能耗高污染工业体系.将生态治理由末端治理转向源头把控,才能构建产业发展与环境保护协调长效机制,促进经济可持续发展.贯彻低碳发展理念,推动产业结构生态化演进.以改善生态环境为前提,第一产业推行生态农业模式,投资生态产业园区建设; 第二产业构建绿色循环经济体系,实现低投入高效循环生产; 第三产业重点发展特色旅游,建设全国知名红色文化旅游区.微观上要强化创新能力,提高低碳环护意识.重视对清洁生态设备与环保技术研发的投资,加快产业结构绿色化,促进产业转型.提高群众生态安全意识,形成低碳生活方式,促进延安市经济迈向绿色发展路径.