资源利用一生态环境一经济增长耦合协调发展分析
与预测
一一以丝绸之路经济带沿线省份为例
刘国锋】，琚望静2，冶建明】，楚光明，
(1.石河子大学农学院，新疆石河子832000；
2.石河子大学经济与管理学院，新疆石河子832000)
摘要：以丝绸之路经济带沿线15个省份为例，构建资源利用一生态环境一经济增长系统(REE系统)耦合协调度评价指标体系，并借助ArcGIS对2008—2018年REE系统耦合协调水平进行时空演化格局分析，运用GM(1,1)灰模型预测REE系统耦合协调度发展趋势。结果表明：(1)资源利用子系统发展水平近年来增速较快，生态环境子系统经历了先下降后增长的趋势，经济增长子系统的时间阶段性明显；(2)REE系统耦合度和耦合协调度均值皆呈现波动上升态势，耦合度整体水平较高且分布不均，耦合协调度整体水平不高且梯度差异显著；(3)预测结果显示REE系统耦合协调度未来3年发展大致延续前11年的上升态势，整体耦合协调度达到0.9155，各省份演进差异明显。
关键词：REE系统；耦合协调；丝绸之路经济带；灰预测
中图分类号：X24文献标识码：A文章编号：1671-4407(2021)11-191-10
Analysis and Prediction of the Coupled and Coordinated Development of Resource
Utilization-Ecological Environment-Economic Growth:A Case Study of Provinces
along the Silk Road Economic Belt所有省份的简称
LIU Guofeng1,JU Wangjing2,YE Jianming1,CHU Guangming1
(1.Agricultural College,Shihezi University,Shihezi Xinjiang832000,China;
2.School of Economics and Management,Shihezi University,Shihezi Xinjiang832000,China)
Abstract:Taking15provinces along the Silk Road Economic Belt as examples,this paper constructed an evaluation index system of resource utilization-ecological environment-economic(REE system)coupling coordination degree,analyzed the spatial and temporal evolution pattern of REE system coupling coordination level from2008to2018with the help of ArcGIS,and predicted the development trend of REE system coupling coordination degree with the use of GM(1,1) grey model.The results show that:(1)The development level of the resource utilization subsystem has increased rapidly in recent years,the ecological environment subsystem experienced a trend of decreasing first and then increasing,and the
economic growth subsystem has an obvious time stage;(2)The mean value of coupling degree and coupling coordination degree of REE system showed a fluctuating upward trend.The coupling degree was relatively high and unevenly distributed,while the coupling degree was not high and the gradient difference was significant;(3)The prediction results show that the coupling coordination degree of REE system will continue the upward trend of the previous11years in the next three years,and the overall coupling coordination degree will reach0.9155,and the evolution of each province is obviously different.
Key words:resource utilization-ecological environment-economic growth system;coupling coordinative;Silk Road Economic Belt;the grey prediction model
联合国环境署指出，绿发展是指能够降低污染、况逐渐对国家和地区经济稳步发展产生重要的影响［1］。提高资源使用效率的发展路径。资源供需与生态环境状只有将资源利用、生态环境、经济增长作为一个整体进
基金项目：新疆生产建设兵团社会科学基金项目“基于兵地融合思想的兵团小城镇居住形态研究”(18YB08)；教育部人文社会科学研究青年基金项目“基于气候适应性的吐鲁番多民族聚落形态与空间体系研究”(17YJCZH227)
第一作者简介：刘国锋，硕士研究生，研究方向为城市环境与生态治理。E-mail:****************
通讯作者简介：冶建明，副教授，硕士研究生导师，研究方向为人居环境。E-mail:***************
行研究，增进三者协同、提升系统利用效率，才更加有利于实现区域可持续发展［2］。建设丝绸之路经济带是我国新常态下构建全方位开放型经济新格局、促进我国经济发展的重大选择［3-4］。而当前丝绸之路经济带资源利用一生态环境一经济增长系统（以下简称“REE系统”）不协调问题突出，造成治理政策的失灵，加剧区域之间的环境污染转移，从而带来新型的'生态贫困”等问题。因此，实现资源利用、生态环境与经济增长协调发展是丝绸之路经济带战略成功的关键因素。
关于资源利用、生态环境、经济增长的最早研究可追溯到20世纪70年代，研究初期主要基于经济学理论和方法研究资源消耗与环境污染的协调方案，从而出现了资源一经济、环境一经济、经济一资源一环境等理论模型，用以分析资源利用、生态环境与经济增长之间的联系。国外直接涉及资源利用、生态环境与经济增长综合系统耦合协调的研究较少，Dinar冋认为，在许多国家，水资源是经济可持续增长的一个限制因素，它的配置对整体经济效益有显著的影响。Dewey等［6］针对远程耦合世界，率先提岀了可持续性研究框架，倡导研究从跨地区到全球各层面经济和环境相互作用对可持续性发展的影响。在研究尺度上，国外主要集中在对快速城市化地区的研究，如Sultan等［7］监测了尼罗河三角洲地区经济增长对生态环境的危害。Oliveira&Antunes［8］将投入产岀分析和多目标规划相结合，模拟经济发展的多情景对生态环境的影响。Hellmuth等［9］以博茨瓦纳为例，基于人口、经济和水资源模型致力于解决可持续发展问题。我国学者对REE系统协调发展的相关研究在2010—2016年间掀起高潮。最开始我国学者廖重斌［10］论述了协调发展的定义，并推导出环境与经济协调发展的定量评判及其分类体系。目前学者们的研究方向多为探究构建耦合协调发展模型、测算REE系统之间的综合发展水平［11］。如，马丽等［12］通过构建经济和生态耦合协调度评价体系，测算并分析了我国3
50个地级单元系统耦合协调度的空间格局分布。刘承良等［13］也建立了社会经济一资源一环境评价指标体系，在测算了武汉都市圈三系统耦合协调度后，分析了耦合协调发展的时空规律。而关于丝绸之路经济带沿线省市协同发展的研究主要集中在生态承载力评价、区域生态治理等方面，少有学者进行多系统耦合协调评价。例如，闻豪和文风［14］依据耦合协调度模型探究“一带一路”倡议下18个重点省市水资源、经济、生态环境三系统的协调共生关系，构建适用于时空尺度下重点地区REE系统的指标评价体系，利用主客观综合赋权计算各级指标权重，并计算耦合协调度，提出REE系统协调发展的对策。
国内外学者对REE系统领域研究的广度及深度得到了充分的扩展，丰富的理论为本文提供了宝贵的借鉴意义，但在指标选取时考虑欠缺，评价体系稍显简单和粗糙，无法准确合理地反映REE系统的发展状况。在指标权重上，德尔菲法、AHP存在主观性过大的不足，为尽量合理、客观确定大量指标权重，避免人为赋值造成的主观影响，本文选用熵值法评估指标权重。同时，有关协调性评价的研究，多数学者研究深度局限在协调度水平的静态评价上，鲜有涉及进一步分析其动态演化特征。鉴于REE系统的复杂性和变动性，本文将熵值法与时空耦合模型相结合，来分析三大系统的协调发展程度，最后，运用GM（1,1）灰模型对经济带REE系统未来协调度进行预测。
与己有文献相比，本文可能的贡献体现在如下三点：第一，大部分学者采用单系统或者双系统测算耦合度和耦合协调度，本文整合己有耦合协调研究成果，结合丝绸之路经济带沿线15个省份的实际发展情况，建立了REE系统耦合协调度评价指标体系。第二，本文利用熵值法和耦合协调度模型对丝绸之路经济带沿线省份REE 系统的耦合度和耦合协调度进行测算，通过GIS进行时空特征分析，更为直观地表现其时序变化和空间演变。第三，本文不仅证实了丝绸之路经济带R
EE系统耦合协调度波动上升的态势和分布不均衡的空间格局，还利用GM（1,1）灰模型对三大子系统耦合协调度进行预测。1研究区概况
“一带一路”环球行动报告指岀，丝绸之路经济带沿线有北京、山西、吉林、内蒙古、河南、陕西、甘肃、宁夏、黑龙江、青海、重庆、四川、贵州、云南、新疆、西藏等16个省份。本文限于指标和数据的可得性，选取经济带沿线除西藏外的15个省份。丝绸之路经济带沿线省份（图1）作为连接欧亚经济圈的重要经济走廊，沿线省份总面积约6428781.95km2，占我国国土面积的66.97%。2018年，沿线省份人口总数约54640万人，占我国总人口数的39.16%,GDP为28.9102亿元，占我国GDP的32.11%。经济带沿线省份地貌特征多样化，其中，宁夏、甘肃、青海、新疆等省份位于西北干旱区，地形地貌主要是戈壁滩和沙漠，降雨量少，森林覆盖率低，生态环境脆弱。近年来经济带沿线省份整体处于稳定的生态系统格局状态，环境保护和恢复治理工作初见成效，生态环境质量得到有效改善，但工业规模、城市化进程逐渐加快，生态空间遭到破坏等矛盾凸显，同时产业发展对资源的依赖性趋强，资源消耗速度快、利用
效率低等问题依然突岀问
N
O
；四也涎庆.
图例
N 丝绸之路经济带沿线省份I I 未研究区0 285 570 1,140 1,710
2,280
南海诸岛
注：该图基于国家测绘地理信息局标准地图服务网站下载的审图号 为GS (2016) 1579号的标准地图制作，底图无修改。图&图9同。
图1中国丝绸之路经济带沿线省份的区位
2指标选取与研究方法
2.1指标选取
一套科学有效的指标评价体系直接影响研究内容的 真实性和准确性，本文基于相关研究成果〔"凹，以科学
性、全面性、层次性为原则，结合丝绸之路经济带独特
的资源、环境与经济实际，建立了包含资源利用规模、 资源利用结构、资源利用效率、生态环境禀赋、生态环
境压力、环境治理响应、经济规模、经济结构、经济效 益等9个准则层共计39个指标的丝绸之路经济带沿线
省份REE 系统耦合协调度评价指标体系。
资源利用子系统包括资源利用规模、资源利用结构 及资源利用效率3个准则层。资源利用规模选用能源消
耗总量、用水总量、劳动投入量、全社会用电量、耕地 面积、水资源总量等指标，这些都是人类社会生产和经
济发展不可或缺的物质资源，若资源总量匮乏，势必会
对经济带的发展造成影响。资源利用结构选用煤炭消费
占比、天然气消费占比等指标，反映资源利用结构特点。 资源利用效率选用粮食单位面积产量、单位GDP 同比 电耗、单位GDP 同比能耗、建成区单位面积GDP 、单
位耕地GDP 等指标，反映资源利用有效性。
生态环境子系统包括生态环境禀赋、生态环境压力及 环境治理响应3个准则层。生态环境禀赋选用森林覆盖率、 人均湿地面积、城市园林绿地面积、有效灌溉面积等指标,
代表生态环境的先天条件，衡量地区资源对经济生态的承 载能力。生态环境压力以一般工业固体废弃物产生量、废 水排
放总量、二氧化硫排放量、农药使用量、农用塑料薄
膜使用量、农用化肥施用折纯量等6项指标表征，反映了 生态环境面临的污染压力以及恢复能力，生产生活排放的
污染物是影响生态环境质量的重要因素。环境治理响应则
选用地方财政环境保护支出、生活垃圾无害化处理率、当 年人工造林面积、自然保护区面积占辖区面积比重等指标, 表明改善生态环境的治理措施以及实施力度。
经济增长子系统包括经济规模、经济结构及经济效益
3个准则层。经济规模选用GDP 、全社会固定资产投资、 地区公共财政收入、社会消费品零售总额、单位耕地固定
资产投资等指标，代表经济发展水平。经济结构选用第二
产业占GDP 比重、第三产业占GDP 比重、进出口总额占 GDP 比重、地方公共财政收入占GDP 比重等指标，以反
映其结构特点。经济效益选用GDP 增长率、人均GDP 、
城镇居民可支配收入等指标，以反映经济发展效率。
本文将运用计量经济模型，采用相关系数法，运用 Eviews 消除具有多重共线性的指标，综合运用理论分析
法和专家论证法对各指标逐一确定最终得到39个评价
指标〔"创，从而保证测算结果的科学合理，具体指标体 系构成如表1所示。
2.2研究方法
2.2.1熵值法
区别于德尔菲法、AHP 等主观赋权法，熵值法是一
种通过判断指标离散程度决定指标权重的客观赋权法。 本文采用熵值法对REE 系统层、准则层及指标层进行 计算。通过搜集样本和数据，共有m 个样本，"个指标。 鉴于指标的性质不同和量纲差异，需对正向指标和负向
指标分别进行标准化，计算公式为：
勺一血吒，正向指标标准化
maxx. -minx.
4= 丿 丿
(1)
，负向指标标准化
maxx y -minx y
式中：表示标准化后的结果，可表示第i 个样本第j 项 指标的原始数值(1 W i W m, 1 W j W n), min X j 表示第 i 个样本中的最小值，max X j 表示第i 个样本中的最大值。
对标准化后的指标值进行归一化处理：
珂=兀；・ 0.99 +0.01
(2)
计算第j 项指标下第/个样本值占该指标的比重p y :
P 宀必
( 3)
计算第j 项指标的熵值勺：勺=_总〈Xi Pij 锁耳)
(4)
计算第j 项指标的差异系数g j :
gjT -勺
(5)
计算第j 项指标的权重W j :
表1资源利用一生态环境一经济增长系统评价指标体系及
其权重
子系统准则层指标层单位
指标
属性
平均
权重
资源利用资源利
用规模
能源消耗总量万吨标准煤逆向0.1008
用水总量亿立方米逆向0.0905
劳动投入量万人正向0.0689
全社会用电量万千瓦小时逆向0.0678
耕地面积千公顷正向0.0645
水资源总量亿立方米正向0.0896资源利
用结构
煤炭消费占比百分比逆向0.0897
天然气消费占比百分比正向0.0954
资源利
用效率
粮食单位面积产量公斤/公顷正向0.0758
单位GDP同比电耗百分比逆向0.0536
单位GDP同比能耗百分比逆向0.0580
建成区单位面积GDP元/平方千米正向0.0662单位耕地GDP元/公顷正向0.0792
生态环境生态环
境禀赋
森林覆盖率百分比正向0.1237
人均湿地面积公顷/人正向0.1225
城市园林绿地面积公顷正向0.0548
有效灌溉面积千公顷正向0.0508
生态环
境压力
一般工业固体废弃物产
生量
万吨逆向0.0675废水排放总量万吨逆向0.0576
二氧化硫排放量吨逆向0.0804
农药使用量万吨逆向0.0729农用塑料薄膜使用量万吨逆向0.0758
农用化肥施用折纯量万吨逆向0.0795
环境治
理响应
地方财政环境保护支出亿元正向0.0519
生活垃圾无害化处理率百分比正向0.0375当年人工造林面积千公顷正向0.0648
自然保护区面积占辖区
面积比重
百分比正向0.0601
经济增长经济
规模
GDP亿元正向0.0789全社会固定资产投资亿元正向0.0755
地区公共财政收入万元正向0.0757
社会消费品零售总额亿元正向0.0821
单位耕地固定资产投资元/公顷正向0.0816
经济
结构
第二产业占GDP比重百分比正向0.0733
第三产业占GDP比重百分比正向0.1063
进出口总额占GDP比重百分比正向0.0924
地方公共财政收入占
GDP比重百分比
正向0.0727
经济
效益
GDP增长率百分比正向0.0945
人均GDP元正向0.0783城镇居民可支配收入元人正向0.0887
(6)
2.2.2耦合协调度模型
参照姜磊等［1］、廖重斌［10］、李二玲和崔之珍［22］、伍宁杰等［23］以及唐晓华等［24］的研究，为了更精确地衡量系统间相互作用的程度，本文利用耦合协调度模型判断REE系统的协同作用。REE系统耦合度的计算公式为：
C F(X)xG(X)xE(X)
「F(X)xG(X)xH(Q
33
(7)
式中：C代表耦合度，C的取值范围是［0,1］,C越大，
系统间的关联度越高，反之C值越小，关联度越低。
F(X)、G(X)、H(X)分别代表资源利用、生态环境与经济
增长三大子系统的综合评价值。
耦合度C能反应系统间相互影响的强弱，但无法反
映出系统间的协调发展水平。因此，为了进一步探究三
系统的协同作用，构建耦合协调度模型。REE系统耦合
协调度的计算公式为：
T=aF(X)X bG(X)X cH(X)(8)
D=4c>T(9)
式中：D为耦合协调度，T为系统间的综合协调指数，
表示三个子系统对综合评价水平的协调贡献，a、b、c
为待定系数，系数越大，对应子系统的贡献度越高。本
文认为在经济可持续发展进程中，资源利用子系统、生
态环境子系统和经济增长子系统的贡献基本相同，因此
赋值a=b=c=1/3。
2.2.3REE系统耦合协调度等级划分
测算出耦合度后，将REE系统耦合水平从低到高
划分为低水平耦合、较低水平耦合、中度耦合、较高水
平耦合和高水平耦合五个等级［25-26］，将耦合协调度水平
从低到高划分为低水平协调、较低水平协调、中度协调、
较高水平协调和高水平协调五个等级。很多学者［27-29］对
耦合协调度的划分原则采用主观设定临界值的方法，然
而，本文并未定量地主观划分，而是选用客观的五分位
(利用ArcGIS自然间断法分为五类地区)法，使划分出
来的耦合协调类型更加客观合理，耦合协调度的等级分
类如表2所示。
表2耦合协调度等级分类
耦合度耦合度等级耦合协调度耦合协调度等级
[0.8526,0.9597)低水平耦合[0.5043,0.6528)低水平协调
[0.9597,0.9709)较低水平耦合[0.6528,0.6754)较低水平协调
[0.9709,0.9774)中度耦合[0.6754,0.6878)中度协调
[0.9774,0.9837)较高水平耦合[0.6878,0.6944)较高水平协调
[0.9837,1.0000〕高水平耦合[0.6944,1.0000〕高水平协调
2.2.4GM(1,1)灰预测模型
灰预测模型在众多领域得到了广泛应用，本文采
用GM(1,1)灰预测法，即通过数列模拟对REE系统
未来的耦合协调度进行定量预测，得到具体数值，具体
步骤如下：
首先，设时间序列为X0={x0(1),x°(2),…,x0(n)}，共
有n个观测值，通过对X。进行累加处理，生成序列
X1={X1(1),X1(2),…,X1(n)}，构造矩阵B、Y n，则GM(1,1)
模型对应的微分方程为：
(10)
£
式中：。为发展灰度；“为内生控制灰数。
利用最小二0,
三
一
1
三
一
i1
值
1
三
一
乘法对其求解，解得，求解微分方程(10)，得到预测模型：
点心+1)=兀(1)一乡宀许=1,2,…,n)
(11)
最后，对预测模型进行精确度检验，模型构建后得到小误差概率P值和后验差比C值，用于衡量模型的拟合精度情况，表3给出了具体的判断标准，若P值和C 值都在合理范围，则可计算出该项指标合理有效的预测值，否则需要通过残差模型修正。
表3灰预测精确度检验等级
精确等级小误差概率P值后验差比C值好>0.95V0.35
合格>0.80V0.50
勉强>0.70V0.65
不合格W0.70三0.65
2.3数据来源
本文研究时段为2008—2018年，选取丝绸之路经济带沿线15个省份为样本区域。资源利用、生态环境与经济增长子系统
数据均来源于wind数据库及各省份2009—2019年的统计年鉴，缺失数据采用插值法予以填补。
3结果与分析
3.1REE各子系统发展水平分析
利用熵值法得到丝绸之路经济带REE系统各指标的权重系数，通过模型计算得出2008—2018年丝绸之路经济带沿线省份资源利用、生态环境与经济增长发展水平。由图2可知，研究期间内，丝绸之路经济带资源利用子系统整体发展水平在0.4063〜0.5795之间，以年均3.25%的速率由2008年的0.4334波动增长到2018年的0.5745。沿线各省份资源利用子系统发展水平步调不一，省份排名不稳定，增幅最大的省份是河南，河南以年均10.67%的速率由2008年的0.3019增长到2018年的0.6241，由第15位上升至第5位，这与河南近年来调整资源利用规模与结构、提高资源利用效率有关；增幅较大的省份有吉林、重庆、四川、云南、甘肃、青海和宁夏，增幅较小且排位下降的省份有贵州、陕西、北京和黑龙江，资源利用子系统发展水平下降且排位下降的省份有山西、内蒙古和新疆，其中，山西由第6位降至第14位，内蒙古由第3位降至末位，新疆由第1位降至第13位。说明丝绸之路经济带资源利用子系统发展水平近年来增速较快，但省际分布不均衡。
7
6
5
4
3
0,
0,@
0,@
20082009201020112012201320142015201620172018
年份
图2丝绸之路经济带沿线省份资源利用子系统评价值
由图3可知，丝绸之路经济带沿线省份生态环境子系统发展水平主要集中在0.1916〜0.8144之间，整体平均值在0.4122〜0.6464之间，以年均5.68%的速率由2008年的0.4122波动增长到2018年的0.6464，经历了先下降后增长的趋势。研究期内，各省份与整体平均值趋势基本一致，即先降后升，省份间步调一致而幅度不同。生态环境子系统评价值增长幅度最大的省份为北京，从2008年的末位增长到2018年的首位，说明北京近年来加大环境治理力度从而环境得到明显改善。增
长幅度较大的省份有黑龙江、河南、重庆、四川、贵州、甘肃和青海，这与这些省份近年来的环境保护措施有关。而内蒙古、吉林、云南、陕西、新疆等五省区增长幅度不明显，内蒙古、陕西、新疆为西北干旱地区，特殊的自然环境增加了环境改善的难度，吉林属于东北地区，生态环境较为稳定，云南拥有良好的自然环境，生态环境子系统评价值2008年为0.4829，高于平均值，但2018年为0.5780，低于平均值，表明在近年来的发展过程中对生态环境的保护以及治理力度有限。生态环境子系统评价值下降的省份有山西和宁夏，山西作为煤炭资源大省，近年来开采过程中对环境造成了一定的破坏，宁夏属于西北干旱区，生态环境比较脆弱。
由图4可知，丝绸之路经济带沿线省份经济增长子系统整体发展水平在0.2153〜0.6872之间，以年均20.99%的速率由2008年的0.2153波动增长到2018年的0.6671。沿线各省份经济增长子系统发展水平主要集中在0.1481〜0.7668之间，发展步调一致，2008—2018年经济增长水平上升明显。观察其时间变化，2008年经济增长子系统水平值较低，2009—2014年为快速增长期，2015-2018年为经济平稳发展期，这与我国经济发展状况较为吻合。具体来看，增幅最大的省份是四川，年均增速37.41%，说明四川在此期间经济取
得
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