祁连山北麓牧区人地关系演变及脱钩效应
2022-03-08陈强强赵荣芳张浩珍
陈强强， 赵荣芳， 张浩珍， 杨 清
(1.甘肃农业大学财经学院， 甘肃 兰州 730070；2.甘肃省生态建设与环境保护研究中心， 甘肃 兰州 730070)
祁连山作为我国“两屏三带”生态安全的重要组成部分[1]、河西走廊水源涵养生态功能区[2-3]以及“一带一路”战略下绿色丝路建设的试金石，在维护区域的生态平衡以及经济发展等方面具有举足轻重的地位。祁连山北麓以草原生态系统为主，草地面积为4.33×104km2，约占该区域总面积的52.5%[4]。其中，肃南县是祁连山国家级自然保护区最大的资源主体，占祁连山北麓面积的75.0%，可利用草原面积142.2万hm2，是祁连山北麓重要的生态草原大县和畜产品生产基地[5]。然而，气候变暖和超载过牧、监管不到位、制度不健全等人为因素[6]使草原生态系统更加脆弱，人地关系更加紧张，严重影响到祁连山国家生态安全战略。为此，国家实施了“退牧还草”“草原补助奖励”等草原建设工程项目与政策，针对祁连山国家自然保护区实施了系列重锤整治措施，祁连山生态环境整治初见成效，但区域经济和农牧民生计的可持续性发展问题日益凸显[1]。因此，有必要分析祁连山牧区经济增长与资源环境之间的相互作用关系及演变规律，以期协调区域生态环境与社会经济发展间的关系，探寻生态经济双赢的绿色发展路径。
人地关系是指人类活动对地理环境的冲击及其引起的资源环境的变化和产生的影响，以及被改变的资源环境对人类活动的反作用[7]。人类经济活动须建立在环境容量之内，才能维持环境经济复合系统的有序运行，反之，自然生态系统以资源环境压力增加负向反馈并约束人类社会经济活动。可见，客观系统评估人类活动对资源环境的作用强度以及资源环境的反馈响应是人地关系研究的本质所在[8]。追溯人地关系评价方法，从最初的考古学[9]迅速发展到诸如环境库兹涅茨曲线、耦合协调、脱钩分析法[10]以及环境压力控制模型(IPAT模型)[11]等社会经济综合评价方法。近年来，学者将3S技术与评价模型有机结合[12-13]，极大地拓宽了人地关系研究视野。人地关系是由地理环境和人类活动2个复杂系统交互而成的开放复杂巨系统，揭示人地关系演变规律，解构人地关系演变驱动因子及其作用效应，是学界备受关注的热点。郑度指出[14]，“人地关系”演变经历了天命论思想、融洽的非对立、“人定胜天”及人与自然和谐协调发展4个阶段。就人地关系演变的驱动因子及其作用效应而言，李健等[15]基于人类行为对环境压力分析的IPAT等式，将经济增长对资源环境压力的作用效应分解为人口效应、经济效应和技术效应。佟新华[16]基于完美迪氏指数分解法将碳排放强度影响因素及驱动效应分解为经济效应、产业结构效应、技术效应和人口效应。
综上所述，尽管人地关系研究的阶段性理论分析不同学者的阐释各有差异，但均遵循适应自然、认识自然和改造自然的历史唯物史观。从研究内容看，目前主要关注经济增长与能源消耗、碳排放之间的关系，且大多聚焦于可持续性“现状”评估，对“前向”的驱动因子与作用机制及“后向”的路径选择研究相对薄弱。从研究尺度看，学术界多关注国家、区域、城市和部门尺度的案例与对象，而对于微观层次人地关系研究较少[8]。本研究基于脱钩理论，运用ImPACT等式构建了草原资源消耗与经济增长的脱钩指数模型，实证研究了肃南县草原牧区人地关系演变规律与阶段特征，揭示演变背后的驱动因素及作用效应，以期为制定微观规制政策提供参考作用，进而实现牧区人地协调发展。
1 材料与方法
1.1 理论基础
1.1.1ImPACT等式 “人-地”关系演变过程中的主导“人”是由人和经济活动两大基本社会因素组成，“地”指地理环境或广义理解为自然界。人口和经济因素一直被认为是资源消耗、环境污染和生态破坏的重要影响因素[17-18]。经典的IPAT等式建立了人口、经济、技术等人文因素与环境影响之间的恒等式：I=P×A×T(I为环境压力，P为人口，A为富裕，T为技术)，并不断完善与发展变量的内涵、完备性以及适用性等方面[11]。研究表明，人口增长、社会经济扩展以及不合理的放牧是草原退化的重要原因[19]。本研究基于前期研究基础，将资源利用强度和资源利用效率纳入研究范畴，选择IPAT等式的扩展式ImPACT等式综合分析牧区人地关系[20]。
Im=P×A×C×T
(1)
式中，Im，P，A，C，T分别表示环境影响、人口、富裕、资源利用强度和资源利用效率。
环境影响是人地系统综合状态的重要表征[21]，主要体现为以碳排放[22]、能源消耗[23]表征的环境变化，以及以农田面积扩张[24]、草原资源消耗为代表的资源消耗两个层面。基于肃南县为典型草原牧区的现状，选取草原资源消耗来表示草原环境的变化(Im)。人口(P)是人地系统原发性的诱导因素[21]。人口增长必然伴随着资源消耗和环境影响，同时人口发展会增强其社会适应性能力，改变资源利用方式和强度，进而直接或间接影响环境状态。经济活动通过资源要素投入、配置与生产作用于环境与人口的过程实质就是人地系统演进的重要组成部分[21]。富裕程度(A)是经济活动结果的最直接体现，本文以人均GDP表示富裕程度以更客观反映经济社会发展阶段[25]。资源强度是衡量经济活动中产出每单位产品(或服务)所需的资源量，往往以每单位财政支出所对应的资源消费量来表示[26]。选取单位GDP畜产品消耗量表征资源使用强度，既可以反映畜产品的有效产出水平，也可以反映当地经济结构变化状况，该值越大说明经济结构越单一，经济发展对畜牧业的依赖性越强。资源使用效率(T)即资源效率，是指单位资源对经济、社会、生态和环境等产生的有益效果[27]。本文用生产单位畜产品所需草原面积来表示，反映单位资源消耗产生的环境压力或区域技术水平程度，其值越小表示资源利用技术越先进。具体指标选取与定义如表1所示。
表1 基于草原资源消耗的ImPACT等式变量定义Table 1 Variable and variable declaration of ImPACT equation
1.1.2人地关系脱钩指数 “脱钩”系物理学术语，意指两个或两个以上活动发展不一致的情况[28]。经济合作与开发组织(Organization for Economic Co-operation and Development，OECD)首次将脱钩定义为打破资源环境压力与经济绩效的联系，提出基于期初值和期末值的脱钩因子模型[29]。Tapio提出脱钩弹性系数，克服了OECD脱钩模型在期初值选择上的困境，更能反映人地关系演变的具体阶段和短期实时变化[30]。
(2)
式中，Tt表示t时期的脱钩弹性指数，E%，Y%分别表示环境变化率和经济变化率。
本研究以Tapio脱钩理论为基础，借鉴陆钟武等研究思路[31]，基于ImPACT等式构建包含资源利用强度和效率的草原资源消耗的人地关系脱钩指数，讨论人地关系演变的驱动因子与作用机制。
公式(1)中，P和A为人口和人均GDP，故GDP(简称G，下文同)=P×A，因此，公式(1)可转化为ImGCT方程：
Im=G×C×T
(3)
设基准年(t0)的草原资源消耗量为：
Im0=G0×C0×T0
(4a)
式中，G0，C0，T0分别为t0时GDP、单位GDP畜产品消耗量以及单位畜产品占用的草原面积。
则第n年的草原资源消耗量为：
Imn=Gn×Cn×Tn
(4b)
由于Gn=G0×(1+g)n,Cn=C0×(1-c)n,Tn=T0×(1-t)n
其中，g为GDP增长率，c为单位GDP畜产品消耗量下降率，t为单位畜产品占用的草原面积下降率。因此：
Imn=G0×C0×T0×[(1+g)×
(1-c)×(1-t)]n
(5)
由于(1-c)×(1-t)=1-(c+t-c×t)
令e=c+t-c×t，表征资源利用效率，e值越小，说明资源利用效率越高，反之亦然。
Imn=G0×C0×T0×[(1+g)×(1-e)]n
(6)
r=(1+g)×(1-e)-1
(7)
公式(7)表示参数g，e已知情况下的草原资源消耗量年增长率。可以判断：
(8)
这样，资源消耗状况取决于e和ek，e=ek，e
至此，将草原资源消耗脱钩指数定义为：
(9)
根据T值的大小，可将草原资源消耗与GDP的脱钩程度分为3个等级：绝对脱钩、相对脱钩和未脱钩。具体判别标准如表2所示[31]。
表2 不同脱钩状态下的T值Table 2 Decoupling coefficient in different states
1.1.3人地关系脱钩效应分解模型 为进一步分析草原资源消耗与经济增长之间脱钩效应的驱动因子与作用程度，通过测算自变量变化对因变量变化的相对贡献率解析因变量的影响机理与环境压力的主导驱动因子[32]。
对公式(1)取自然对数并进行运算得到：
i=p+a+c+t
(10)
式中，i，a分别为草原资源消耗增长率和人均GDP增长率。
公式(10)两边除以i得：
(11)
1.2 数据来源与处理
本研究中人口、GDP、畜产品量数据来源于《甘肃发展年鉴》、《甘肃农村年鉴》(1996—2020年)，草原面积数据根据肃南县统计局、肃南县农业农村局、肃南县国民经济和社会发展统计公报收集、整理得到。对于部分年限的缺失值，利用SPSS 24.0软件进行“置换缺失值”处理，具体采用“附近点的平均数”办法,即以缺失值前后的两个观察值数值的平均数作为缺失值的数值进行补全，具体基础数据如表3所示。根据公式(1)计算得到肃南县人地关系分析基础指标值。利用公式(9)和(11)计算得到不同年份人地关系脱钩指数，以及各驱动因子对实现脱钩的贡献，具体计算结果见表3、表4和表5。
表5 1995—2019 年肃南县人地关系脱钩效应Table 5 Decoupling effect of human land relationship in Sunan County from 1995 to 2019
2 结果与分析
2.1 肃南县畜牧业发展及其对草原环境的压力分析
如表3所示，1995年至2019年，肃南县多年人口平均增长率为4.26‰。人均GDP总体呈现上升趋势，从1995年的4 287.288 1元·人-1增加到2019年的78 954.08元·人-1，多年平均增长率为12.91%，期间2014—2017年出现短期下降。从增长速度看，人均GDP整体呈现“先增后降”的趋势，2010—2011年增长速度达到最高的32.65%，此后增速趋缓，至2016—2017年下降到—17.10%后迅速反弹。牧民收入变化与草原政策实施基本同步，2011年肃南县开始实施草原生态保护补助奖励机制政策，并于2017年全面推行。为了弥补政策实施引起的收入下降，在遵循收入不低于原有生计水平的原则下，对农牧民进行了补偿，户均补助奖励47 822.8元[33]，极大的促进了农牧收入的增长。
从资源利用强度看，单位GDP畜产品消耗量(C)呈现出“先增后减”的趋势。1995—2001年，单位GDP畜产品消耗量波动上升，达到2001年的0.030 0 kg·元-1，反映以畜牧业为主的较为单一的经济结构现状，经济增长强依赖于畜牧业发展。此后，随着畜牧业的发展，单位GDP畜产品消耗量下降至2014年的0.004 1 kg·元-1。值得注意的是，2014年以来，单位GDP畜产品消耗量出现上升态势，应及时扭转因当前草原治理政策的失灵而导致的草原资源压力增加的势头。从资源利用效率看，单位畜产品所需草原面积(T)和单位GDP草原面积占用量(C×T)均呈现显著下降趋势，分别从1995年的0.379 2 hm2·kg-1和93.66 hm2·万元-1下降到2019年0.072 6 hm2·kg-1和4.50 hm2·万元-1，表明资源利用效率提升的同时，畜牧业经济增长正实现由高依赖、高消耗和低产出特征的粗放式经济增长方式向有利于草原系统自我恢复和调节的集约型畜牧业发展方式转变。另外，人均草原面积占有量明显下降，从1995年的40.169 5 hm2·人-1下降到2019年的35.780 6 hm2·人-1，下降率为12.27%，说明人口增长加剧了草原环境压力。相反，人均畜产品拥有量得到长足的增长，从105.896 0 kg·人-1增加到2019年的489.515 3 kg·人-1。
2.2 人地关系脱钩分析
从肃南县经济增长与草原环境压力之间脱钩关系看(表4)，1995—2019年的25年发展期间，肃南县草原资源消耗与经济增长的脱钩类型有绝对脱钩、相对脱钩和未脱钩3种类型，占比分别为12.50%，4.17%和83.33%。人地关系体现出“整体未脱钩，局部脱钩”的演变格局。
1995—2006年期间，人地关系脱钩指数在-1.102 5～-0.562 4之间波动演变，2006—2007年至2013—2014年脱钩指数从—1.121 8上升到-0.819 4，呈现出收敛的态势。1997—1998年为相对脱钩，2014—2015年、2015—2016年和2016—2017年连续三年表现出绝对脱钩，此后，又陷入未脱钩困境。整体上，研究时段内肃南县牧区经济增长仍为以资源消耗增加换取经济增长，脱钩状态不甚理想，未来经济增长仍将面临资源高消耗的压力。
2.3 脱钩效应分析
整体看，肃南县人地关系脱钩类型是人口、经济、技术与资源强度共同作用的结果。人口、经济增长对肃南县草原资源消耗相对贡献率以正向增量效应为主，平均效应分别为0.265 3和4.742 1，而资源强度和技术以减量效应为主，多年平均效应分别为—3.022 8和—0.984 7，技术效应相对较小。从贡献率大小排序看，经济效应>资源强度效应>技术效应>人口效应。
2.3.1人口效应 人口增长对资源消耗相对贡献率除1999—2000(—1.984 9)年、2000—2001年(—0.312 9)、2003—2004年(—0.059 8)以及2015—2016年(—1.375 1)为负值以外，其余各年份均为正值，成为资源消耗强度的增量效应因素，尽管较其它因素而言，历年人口增长对资源压力的影响作用相对较小。从时间阶段看，人口效应经历了1996—2001年和2015—2016年两个波动时段，其余年段的变化基本稳定。值得一提的是，2001年—2011年，人口效应在0.070 0水平左右徘徊，2010—2011年以来人口效应有所增加，长远来看，由人口增加引发的资源刚性需求对当地草原压力无疑是加重的。
2.3.2经济效应 25年发展的时间进程中，有12年的经济增长成为肃南资源消耗正向增长的主导因素，其中有10年的经济效应高于其余3个效应之和，位居4个因素之首。研究时段内，除1997—1998年(-3.505 2)、2014—2015年(—1.602 9)和2016—2017年(—1.408 9)三个时段的相对贡献率为负值外，其他年份经济因素相对贡献率均为正值，多年平均经济效应为4.742 1，是资源消耗和环境压力的重要原因。肃南县GDP多年平均增长率达13.39%，经济的快速增长也促进了资源环境压力的快速增加，导致其经济驱动效应异常显著，转型经济增长方式势在必行。
2.3.3资源强度效应 研究时段的25年中，7个年份的资源强度效应位居4个驱动因子之首，单位GDP畜产品消耗量是推动肃南草原资源消耗正向增长的重要因素。同时，资源强度效应值为正的年份有7个，占总研究年份的28.00%，效应值均大于1.5介于1.533 1～6.034 8之间的较高水平，且有5个年份集中在1995—2005年期间，而其余2年分别为2014—2015年(6.034 8)和2016—2017年(3.886 6)，一定程度反映了当地畜牧业发展方式的缓慢转型趋势。因此，在人地关系协调发展路径选择和草原保护工程项目实施过程中，应充分考虑牧民择水草而居的传统，有序开展饲草料基地建设、牧民定居等后续产业开发，助推畜牧业转型发展。
2.3.4技术效应 研究时段内，1998—1999年、2001—2002年、2002—2003年、2005—2006年、2013—2014年和2015—2016年6个时段的技术因素的驱动效应为正，其余年份技术进步成为资源消耗的减量效应因素。草原生态治理实践中，牧区紧抓草场改良、牧草丰产、舍饲圈养、品种改良等关键环节和相关技术，为草原生态建设项目和区域发展模式转型提供了有力的科技支撑。与其他驱动因子相比，技术带来的减量效应明显高于人口带来的增量效应，但相对于同期的经济效应与资源强度效应，其减量效应较小，仅有5个年份技术效应同时高于经济效应和资源强度效应。
3 讨论
IPAT模型作为分析人类活动对资源环境影响的经典等式备受学术界关注，学者们以其为基础不断改进，发展出诸如ImPACT，STIRPAT，PBAT，ImPACTS，IES等系列扩展模型[34]，广泛应用于能源消费[23]、生态足迹[35]、水足迹[36]、碳排放[37]、耕地变化[24]等众多研究领域。陈强强等[20]基于ImPACT等式测定了甘南州草原牧区人类活动对草原环境的压力，结果表明，人口是草原压力增加的最根本原因，人类活动对草原环境的压力具有明显的阶段性特征。另有研究发现[19]，只有当单位GDP草资源消耗年降低率即C×T达到一定阈值，才能实现确保草资源合理利用的经济内涵式增长。本研究结果表明，人口扩张和经济增长加速草原资源消耗，对草原环境压力具有增负效应，与前期研究结论相吻合。
追溯已有对草地退化成因的研究文献，学者主要从气候变暖[38]、降水量[39]、温度[40]、土壤质量[41]等自然因素的角度进行研究。随着研究的不断拓展，人类活动对草原生态的影响成为人们关注的热点[42]。诸多研究表明，人口增长[43]、牧业结构调整因子[44]、牧民超载过牧[45]以及草地资源利用强度[46]均是草地退化的人文因素。本研究基于资源消耗的视角构建的牧区人地关系与脱钩效应模型是一个理论方法的初步探索。人地关系研究既要分析人类活动对资源环境的胁迫，也要关注自然环境和生态系统变化对人类发展的反作用[47]。本研究考虑了人文驱动因素对草原环境压力的作用方向和作用效应，但尚未考虑草原生态系统变化对人类社会系统的反馈作用。因此，人们社会适应性能力的提升是否有助于生态认知的提高，促进其由经济理性向生态理性转变，进而采取环境友好型行为是今后深入研究的内容。
梁涵玮等[48]基于对中美日韩四国的经济增长与资源消费的脱钩关系的研究表明，经济-环境系统脱钩关系及其主要驱动因子存在显著的差异性。考察期内中国的环境与经济处于弱脱钩状态，人口(P)与经济增长(A)都加剧了资源消耗，A因子成为资源消费的最主要驱动力；技术进步(T)有助于资源消耗的抑制，但仍不足以提高整体资源效率。姚成胜等[49]研究了2000—2014年全国各省的畜牧业碳排放和驱动效应发现，农业结构调整和畜牧业生产效率对甘肃省畜牧业碳排放量具有抑制作用，其减量效应分别为128.28万t和76.02万t。相反，农业生产经济收益水平和人口增长对甘肃省畜牧业碳排放量具有明显的正向驱动效应，碳排放增量分别为374.77万t和4.86万t。另外，陈瑶等[50]研究表明经济快速发展是导致四大牧区畜禽温室气体排放增加的最主要因素，畜禽生产效率对其具有较强的抑制作用。邹洁等[51]研究认为禀赋结构、劳动力受教育程度对畜牧业环境效率具有显著正向作用，而畜牧业经济发展水平和产业结构对其产生显著的消极影响。本研究结果表明，资源利用强度和利用效率以减量效应为主，多年平均效应分别为-3.022 8和-0.947，技术进步的减量作用相对较小。经济与人口增长是加速资源消耗增加草原环境压力的增量因子，平均效应分别为4.742 1和0.265 3，经济增长是导致资源消耗增加的最重要因素，研究结论与上述诸学者研究结论一致。
4 结论
1995年后25年间，祁连山北麓牧区人地关系呈“整体未脱钩，局部脱钩”的时序演变特征，其中1997—1998与2014—2017年为脱钩状态。人地关系脱钩状况是人口、经济、技术与资源强度4个驱动因子共同作用的结果。人口与经济是草原资源消耗的增量因子，资源利用强度和技术以减量效应为主，经济增长驱动作用最大，技术进步作用较小。基于上述结论，本文提出以下政策建议：(1)加快畜牧业转型升级，降低资源利用强度，减轻经济发展对畜牧业的依赖。(2)促进农牧民生计转型，增强发展能力，培植草原生态保护的内生动力。(3)扎紧草原生态治理与保护的制度“口袋”，完善草原生态保护补助奖励政策与生态治理工程，增强资源承载力。
