付云鵬，李燕偉，丁義文，王 毅，鄭紅玲，2

(1 遼寧大學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)院，遼寧 沈陽，110036；2 唐山師范學(xué)院經(jīng)濟(jì)管理系)

遼寧省14城市人口與資源環(huán)境耦合模型的構(gòu)建及應(yīng)用

付云鵬1，李燕偉1，丁義文1，王 毅1，鄭紅玲1，2

(1 遼寧大學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)院，遼寧 沈陽，110036；2 唐山師范學(xué)院經(jīng)濟(jì)管理系)

在對人口與資源環(huán)境耦合的指標(biāo)評價(jià)體系進(jìn)行構(gòu)建的基礎(chǔ)上，利用主成分分析法確定人口和資源環(huán)境2個(gè)系統(tǒng)的指標(biāo)權(quán)重，對人口和資源環(huán)境2個(gè)系統(tǒng)的綜合得分進(jìn)行測算，基于耦合協(xié)調(diào)度模型測算人口與資源環(huán)境的耦合度。并以2005～2013年遼寧省14個(gè)城市的數(shù)據(jù)進(jìn)行了實(shí)證分析。

人口；資源環(huán)境；主成分分析；耦合度；遼寧省

人類的生存和發(fā)展離不開資源和環(huán)境，環(huán)境為人類提供物質(zhì)基礎(chǔ)的同時(shí)也通過自身的承載力對人類活動(dòng)起到約束的作用，人類對資源、環(huán)境的合理開發(fā)和利用可以造福人類，促進(jìn)人類的發(fā)展，過度的、破壞性的開發(fā)則會造成資源浪費(fèi)、環(huán)境破壞、污染嚴(yán)重，從而影響人類的發(fā)展。實(shí)現(xiàn)人與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展是人類賴以生存的物質(zhì)保證和不遺余力追求的目標(biāo)。有關(guān)人口與資源環(huán)境的關(guān)系研究主要集中于2個(gè)大的方面：一方面研究人口對資源環(huán)境的影響。有關(guān)人口對資源環(huán)境影響的模型應(yīng)用較多的是Kaya恒等式和 LDMI因素分解模型、IPAT方程及其擴(kuò)展模型、環(huán)境庫茲涅茨曲線(EKC)等。LDMI因素分解模型主要用于對環(huán)境變量的影響因素進(jìn)行分解分析[1，3]，IPAT方程及其擴(kuò)展模型用于分析環(huán)境變量的影響因素及影響程度[4，5]，環(huán)境庫茲涅茨曲線主要研究不同環(huán)境變量的EKC是否存在及EKC的形狀問題[6～8]。另一方面研究人口與資源環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。有關(guān)人口、經(jīng)濟(jì)與資源環(huán)境耦合協(xié)調(diào)的測算問題成為近年來的研究熱點(diǎn)，研究方法包括基于功效系數(shù)的耦合協(xié)調(diào)度模型[9，10]、基于DEA 模型的耦合協(xié)調(diào)性測度[11，12]、基于空間變異和距離的耦合協(xié)調(diào)度模型等[13～15]。研究方法略有不同，但基本思路都是通過構(gòu)建指標(biāo)評價(jià)體系對不同系統(tǒng)的綜合發(fā)展指數(shù)或得分進(jìn)行測算，在此基礎(chǔ)上利用相應(yīng)的模型來對系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)度進(jìn)行測算。筆者在前人研究成果的基礎(chǔ)上，通過構(gòu)建人口與資源環(huán)境耦合的指標(biāo)評價(jià)體系，從人口子系統(tǒng)和資源環(huán)境子系統(tǒng)2個(gè)層面對遼寧省14個(gè)城市2005～2013年的人口和資源環(huán)境的發(fā)展指數(shù)的得分進(jìn)行測算，在2個(gè)子系統(tǒng)得分測算的基礎(chǔ)上，利用耦合協(xié)調(diào)度模型對2個(gè)協(xié)調(diào)的耦合協(xié)調(diào)度進(jìn)行測算和分析。

1 研究方法

1.1 指標(biāo)體系構(gòu)建

人口與資源環(huán)境耦合模型從人口與資源環(huán)境2個(gè)方面選取評價(jià)指標(biāo)。指標(biāo)體系的構(gòu)建要遵循科學(xué)性、針對性、可操作性等原則，本文在遵循指標(biāo)體系的構(gòu)建原則并考慮指標(biāo)數(shù)據(jù)可獲得性的基礎(chǔ)上，人口方面選擇代表人口規(guī)模、人口發(fā)展和人口結(jié)構(gòu)等因素的7個(gè)指標(biāo)；資源環(huán)境方面選取代表資源供給和環(huán)境保護(hù)等因素的11個(gè)指標(biāo)，具體指標(biāo)名稱及指標(biāo)的方向見表1。

表1中的指標(biāo)帶有方向性，正向指標(biāo)對于系統(tǒng)的發(fā)展起到促進(jìn)的作用，指標(biāo)值越大越有利于系統(tǒng)的發(fā)展；負(fù)向指標(biāo)對系統(tǒng)的發(fā)展起到抑制的作用，指標(biāo)值越大越不利于系統(tǒng)的發(fā)展。

表1 人口與資源環(huán)境耦合指標(biāo)體系

注：“+”代表正向指標(biāo)，“-”代表負(fù)向指標(biāo)。

2.2 數(shù)據(jù)來源及處理

2.2.1 數(shù)據(jù)來源 本次研究以遼寧省14個(gè)城市為研究對象，研究人口與資源環(huán)境之間的系統(tǒng)耦合度，原始數(shù)據(jù)來源于2006～2014年的《遼寧統(tǒng)計(jì)年鑒》和《中國城市統(tǒng)計(jì)年鑒》，部分?jǐn)?shù)據(jù)如性別結(jié)構(gòu)、就業(yè)人員產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等由原始數(shù)據(jù)經(jīng)簡單處理和計(jì)算得到，人均數(shù)據(jù)由總量數(shù)據(jù)除以年末人口總數(shù)得到。

2.2.2 數(shù)據(jù)處理 為消除量綱和方向性對評價(jià)結(jié)果的影響，首先需要對指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理：

對于正向指標(biāo)，取

(1)

其中xij為第i個(gè)城市第j個(gè)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)，min{xij}為第j個(gè)指標(biāo)的最小值，max{xij}為第j個(gè)指標(biāo)的最大值，yij為標(biāo)準(zhǔn)化后指標(biāo)值。

對于負(fù)向指標(biāo)，取

(2)

2.3 子系統(tǒng)得分測算

為了對人口與資源環(huán)境2個(gè)系統(tǒng)的耦合度進(jìn)行測算，首先需要對2個(gè)子系統(tǒng)的綜合得分進(jìn)行測算，由于2個(gè)系統(tǒng)涉及到的指標(biāo)都比較多，采用因子分析中的主成分法將指標(biāo)抽象成具有代表性的“因子”來對2個(gè)系統(tǒng)的得分進(jìn)行測算。因子分析是從多個(gè)變量中提取共性因子的一種方法，該方法可以從多個(gè)變量中找出隱含的具有代表性的因子，將具有相同本質(zhì)屬性的變量歸為一個(gè)因子來反映多變量的信息，達(dá)到減少變量數(shù)的目的。筆者按累計(jì)方差貢獻(xiàn)率大于85%的原則提取公因子，以各主成分的方差貢獻(xiàn)率作為權(quán)重計(jì)算各子系統(tǒng)的得分。以方差貢獻(xiàn)率作為權(quán)重可以避免主觀賦權(quán)法中的主觀性因素對結(jié)果的影響。2個(gè)子系統(tǒng)得分計(jì)算公式為：

(3)

其中fij表示第j個(gè)系統(tǒng)第i個(gè)因子的得分，αij表示第j個(gè)系統(tǒng)的各因子的方差貢獻(xiàn)率。j=1，2分別表示人口子系統(tǒng)和資源環(huán)境子系統(tǒng)。公式(3)計(jì)算出來的各子系統(tǒng)得分?jǐn)?shù)值有正有負(fù)，為便于2個(gè)子系統(tǒng)間耦合度的計(jì)算，利用功效系數(shù)調(diào)整法，將子系統(tǒng)得分進(jìn)行歸一化處理，得到0.1～1.0之間的數(shù)值。

(4)

2.4 耦合度模型

“耦合”原是一個(gè)物理學(xué)中概念，指的是2個(gè)協(xié)調(diào)相互作用、相互影響的現(xiàn)象。耦合度描述的是系統(tǒng)間相互影響程度[16]。后經(jīng)許多學(xué)者將其用于研究系統(tǒng)間的耦合與協(xié)調(diào)問題。筆者借鑒廖重斌[13]、吳文恒[17]等學(xué)者的方法來測算人口與資源環(huán)境系統(tǒng)間的耦合度。

(5)

T=w1Q1+w2Q2

(6)

(7)

其中Q1和Q2分別代表人口子系統(tǒng)和資源環(huán)境子系統(tǒng)的綜合得分，C為人口子系統(tǒng)和資源環(huán)境子系統(tǒng)的耦合度，T為人口子系統(tǒng)和資源環(huán)境子系統(tǒng)的綜合評價(jià)指數(shù)，權(quán)重w1和w2均取0.5，表示2個(gè)子系統(tǒng)同等重要，D為人口子系統(tǒng)和資源環(huán)境子系統(tǒng)間的耦合協(xié)調(diào)度。耦合協(xié)調(diào)用于衡量2個(gè)系統(tǒng)間的交互耦合的程度，D的值越大說明2個(gè)系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)程度越高，值越小說明2個(gè)系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)程度越低。

表2 2013年遼寧省人口和資源環(huán)境子系統(tǒng)綜合得分的主成分方差貢獻(xiàn)率結(jié)果 %

3 實(shí)證分析

3.1 遼寧人口與資源環(huán)境系統(tǒng)綜合得分測算

采用2.3中的方法，利用SPSS20軟件結(jié)合遼寧省14個(gè)城市2005～2013年的樣本數(shù)據(jù)，對遼寧省人口子系統(tǒng)和資源環(huán)境子系統(tǒng)的綜合得分進(jìn)行測算。以2013年數(shù)據(jù)為例，利用SPSS20軟件求出人口和資源環(huán)境2個(gè)子系統(tǒng)的主成分見表2。

根據(jù)要素主成分累計(jì)方差貢獻(xiàn)率大于85%的原則提取主成分，人口子系統(tǒng)提取4個(gè)主成分，資源環(huán)境子系統(tǒng)提取5個(gè)主成分。2個(gè)子系統(tǒng)的主成分得分系數(shù)矩陣見表3。

表3 2014年遼寧省人口和資源環(huán)境子系統(tǒng)的主成分得分系數(shù)矩陣

根據(jù)表3中的主成分得分矩陣可以計(jì)算出2個(gè)子系統(tǒng)的各個(gè)主成分的得分，人口子系統(tǒng)的4個(gè)主成分得分分別為：

f11=0.312x1-0.259x2+0.024x3+0.032x4+0.257x5+0.348x6+0.138x7

f12=-0.237x1+0.132x2+0.009 5x3+0.476x4+0.368x5+0.112x6-0.309x7

f13=-0.183x1+0.194x2+0.678x3-0.024x4+0.034x5+0.058x6+0.457x7

f14=0.234x1+0.923x2-0.560x3+0.156x4+0.123x5+0.209x6+0.506x7

資源環(huán)境子系統(tǒng)5個(gè)主成分得分分別為：

f21=0.237x8+0.230x9+0.010x10+0.013x11+0.179x12-0.157x13+0.058x14+0.091x15- 0.068x16-0.149x17-0.210x18

f22=0.002x8+0.020x9-0.030x10+0.398x11+0.163x12+0.235x13+0.266x14+0.136x15- 0.291x16+0.116x17+0.154x18

f23=0.058x8-0.068x9+0.461x10+0.164x11+0.015x12-0.296x13+0.220x14+0.159x15+ 0.368x16+0.349x17+0.020x18

f24=0.047x8+0.278x9-0.208x10-0.107x11+0.229x12+0.006x13+0.337x14-0.702x15+ 0.157x16+0.304x17+0.054x18

f25=0.146x8+0.104x9+0.627x10-0.070x11+0.405x12+0.305x13-0.416x14-0.240x15- 0.056x16-0.146x17-0.325x18

根據(jù)公式(3)和表2中的2個(gè)子系統(tǒng)的各主成分的方差貢獻(xiàn)率，計(jì)算2個(gè)子系統(tǒng)的綜合得分，公式為：

F1=(38.362f11+25.858f12+19.186f13+9.160f14)/92.566

F2=(36.568f21+20.071f32+13.634f33+9.956f34+8.673f35)/88.902

表4 2013年遼寧省14個(gè)城市人口與資源環(huán)境子系統(tǒng)綜合得分

上述求出的F1和F2的值有正負(fù)，為方便計(jì)算協(xié)調(diào)度，按照公式(4)將F1，F(xiàn)2進(jìn)行處理，處理后2個(gè)子系統(tǒng)的綜合得分Q1和Q2見表4。

在求得Q1和Q2的基礎(chǔ)上，利用公式(5)～(7)可以求得2013年遼寧省14個(gè)城市的人口與資源環(huán)境系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度，具體見表5最后一列，同理可以求得2005～2012年的2個(gè)系統(tǒng)間的耦合協(xié)調(diào)度，見表5。

3.2 遼寧人口與資源環(huán)境耦合度的區(qū)域差異分析

遼寧省的不同城市之間由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)水平等差異導(dǎo)致的人口結(jié)構(gòu)、資源利用等都存在一定程度的差異，因此人口與資源環(huán)境的耦合關(guān)系也存在一定的差異。根據(jù)本次研究的測算方法可以得到遼寧省14個(gè)城市2005～2013年人口與資源環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度，具體見表5。

沈陽市、大連市、撫順市和本溪市的人口與資源環(huán)境系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度較高，歷年的耦合協(xié)調(diào)度均在0.8以上(表5)；朝陽市和葫蘆島市的人口與資源環(huán)境系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度較低，歷年的耦合協(xié)調(diào)度值在0.3～0.5之間；錦州市、營口市、盤錦市、鞍山市和遼陽市的人口與資源環(huán)境系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度除個(gè)別年份外在0.5～0.8之間；錦州市和營口市人口與資源環(huán)境系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度在0.5～0.8之間；鐵嶺市、阜新市和丹東市的人口與資源環(huán)境系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度波動(dòng)較大，鐵嶺市的人口與資源環(huán)境系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度從0.306 2～0.706 3不等，耦合協(xié)調(diào)度呈先上升后下降的波動(dòng)趨勢，阜新市的人口與資源環(huán)境系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度從0.265 1～0.731 4不等，呈先下降后上升，再上升的趨勢，2007年的系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度最高，丹東市的人口與資源環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度從0.270 6～0.643 0，波動(dòng)規(guī)律不明顯。

人口與資源環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)度衡量的是人口與資源環(huán)境的相互影響程度。從人口的發(fā)展看，沈陽市、大連市、阜新市和丹東市的人口子系統(tǒng)綜合得分較高，葫蘆島市和朝陽市人口子系統(tǒng)得分較低。沈陽市和大連市由于經(jīng)濟(jì)相對發(fā)達(dá)，人口的受教育程度較高、第三產(chǎn)業(yè)就業(yè)人口較多，人口總撫養(yǎng)比不高，綜合得分較高；朝陽市和葫蘆島市雖然人口規(guī)模小、人口密度小，但是教育結(jié)構(gòu)和第三產(chǎn)業(yè)就業(yè)比重2個(gè)指標(biāo)都處于劣勢，綜合得分較低。各地區(qū)部分年份的人口子系統(tǒng)綜合得分對比情況見圖1。

表5 2005～2013年遼寧省14個(gè)城市人口與資源環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度

圖1 遼寧省各地區(qū)人口子系統(tǒng)綜合得分情況

從資源供給和環(huán)境保護(hù)方面看，沈陽市、大連市、本溪市得分較高，丹東市、朝陽市和鐵嶺市得分較低。沈陽市和大連市由于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，城市道路面積、人均綠地面積、高等學(xué)校、圖書館藏書量都處于優(yōu)勢，環(huán)境保護(hù)方面也做的較好，工業(yè)固體廢物綜合利用率和污水處理廠集中處理率等較高，盡管人均廢物排放量要高于部分地區(qū)，但是總體而言，資源環(huán)境綜合得分還是較高的。丹東市的人均供水、供氣、供電量、人均綠地面積均不高，污水處理廠集中處理率僅高于阜新市，因此綜合得分較低。鐵嶺市和朝陽市盡管人均污染物排放量較小，但是其他方面的發(fā)展均處于劣勢，因此得分也不高。各地區(qū)部分年份的資源環(huán)境子系統(tǒng)綜合得分對比情況見圖2。

圖2 遼寧省各地區(qū)資源環(huán)境子系統(tǒng)綜合得分情況

當(dāng)人口的發(fā)展水平與資源的利用和環(huán)境保護(hù)的發(fā)展水平一致時(shí)2個(gè)系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度較高，人口和資源環(huán)境的發(fā)展相互促進(jìn)，協(xié)調(diào)發(fā)展；反之，當(dāng)人口的發(fā)展水平與資源環(huán)境的發(fā)展水平不一致時(shí)2個(gè)系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度較低。各地區(qū)部分年份人口與資源環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度的對比情況見圖3。

圖3 遼寧省各地區(qū)人口與資源環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度

4 結(jié)論及建議

在對人口和資源環(huán)境2個(gè)系統(tǒng)的指標(biāo)體系構(gòu)建基礎(chǔ)上，利用主成分法確定各指標(biāo)權(quán)重對2個(gè)子系統(tǒng)的綜合得分進(jìn)行測算，結(jié)合耦合度模型對遼寧省2005～2013年的人口與資源環(huán)境耦合度進(jìn)行了測算和分析。結(jié)果顯示：沈陽市、大連市、鞍山市和本溪市的系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度較高，丹東市、朝陽市、葫蘆島市和鐵嶺市的系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度較低，大部分地區(qū)的人口與資源環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)度呈先上升后下降的趨勢。

人類的生存和發(fā)展離不開資源和環(huán)境，城市的發(fā)展和建設(shè)也離不開資源和環(huán)境。資源環(huán)境直接關(guān)系到人類的發(fā)展和城市的建設(shè)。為促進(jìn)人口與資源環(huán)境的和諧發(fā)展遼寧省應(yīng)進(jìn)一步增大環(huán)保力度，增加環(huán)境污染治理投資總量。實(shí)施環(huán)境保護(hù)和環(huán)境污染物排放總量減排責(zé)任制，加強(qiáng)重點(diǎn)區(qū)域和行業(yè)的污染物防治和排放檢測，改善各城市的空氣質(zhì)量，減少溫室氣體排放，提高工業(yè)固體廢物綜合利用、工業(yè)污水處理和生活垃圾處理能力，改善環(huán)境質(zhì)量、加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)、提升市民環(huán)保意識、倡導(dǎo)適度消費(fèi)、低碳消費(fèi)，實(shí)現(xiàn)人口與資源環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。

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(責(zé)任編輯：朱寶昌)

Construction and Application of Coupling Model Between Population and Resources Environment Based on 14 Cities in Liaoning Province

FU Yunpeng1, LI Yanwei1, DING Yiwen1, WANG Yi1, ZHENG Hongling1,2

(1 School of Economics, Liaoning University, Shenyang Liaoning, 110036; 2 Department of Economic Management, Tangshan Normal University; China)

The principal component analysis was used to calculate the term weight, as well as the comprehensive score, of population system and resources environment system based on the construction of the index evaluation system of population and resources environment coupling. The coupling degree of population and resources environment was estimated according to coupling coordination degree model. Finally, the model was verified feasibly by the data of 14 cities in Liaoning province from 2005 to 2013.

population; resources environment; principal component analysis; coupling degree; Liaoning province

10.3969/J.ISSN.1672-7983.2016.02.014

遼寧省社會科學(xué)聯(lián)合會2016年度遼寧經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展立項(xiàng)課題(課題編號：2016lslktzijjx-23)；國家社會科學(xué)基金項(xiàng)目(項(xiàng)目編號：13CRK027)；遼寧省教育廳科學(xué)研究一般項(xiàng)目 (項(xiàng)目編號:W2015171)； 遼寧省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題(課題編號:JG15DB141)；2015年唐山市科技計(jì)劃自籌經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(項(xiàng)目編號：15140206a)。

2016-04-22；修改稿收到日期: 2016-05-29

F062.2

A

1672-7983(2016)02-0074-07

付云鵬(1978-)，女，副教授，博士。主要研究方向：資源環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)、計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)模型方法。