孫賢國　陳衛東

　　區域是地方或地區的泛稱，研究區域實質上是從不同空間尺度來研究陸地系統。以縣域爲空間尺度的研究對象，在區域可持續發展研究中佔有重要地位，也是實施《中國21世紀議程》，建立發展示範區所必須考慮的因素。因爲縣和縣級市是我國對外經濟和社會發展進行組織和管理的最基層行政單位，它不僅擔負着對生産和非生産部門以及流通領域進行組織與管理的任務，而且也是制定地區經濟和社會中長期規劃、進行地區性資源的開發與分配以及生態環境保護與治理的基層行政地域單元。

　　屯昌縣位於海南島中部偏北，五指山北麓丘陵臺地地帶，屬熱帶季風氣候，高温多雨，熱量豐富，雨量充沛，有利於發展熱帶作物和大農業。屯昌縣獨特的水熱條件，復雜的生態系統和巨大的經濟發展前景，是可持續發展地域類型的重要組成部分。

　　一、系統原理

　　    區域可持續發展的系統從實質講是人地系統，人地系統從規模上講可以分爲全球人地系統和區域人地系統。但就現階段來説，由於人地系統的復雜性，解决人地系統問題的長期性和人們現時認識水平的局限性，更多地應把區域人地系統作爲研究對象。通過對具有較大差别和類型多樣的區域人地系統的理論研究和實踐，爲整個人地系統的協調優化奠定基礎。這是區域可持續發展研究的必由之路。

　　區域人地系統的結構和過程是該系統的兩個基本方面，兩者是密切關聯、互相影響的。結構反映的是區域人地系統的組成要素及其相互關系，過程則反映着區域人地系統在時間維上的投影，是區域人地相互作用在時段上的關聯。因此，區域人地系統的現時結構一定程度上左右着系統未來的變化過程，系統的變化過程又决定着系統新結構的形成。這種圍遶區域人地相互作用過程形成的全部認識，被稱之爲區域人地系統動力學。因爲它的内容無論從系統動態信息分析、過程和方法研究，還是調控實踐，基本都涉及到“動力學”(dynamics)的各個方面，其中系統模擬是系統研究方法中影響多個方面的核心内容。

　　美國學者W．Forrester等人創造的系統動力學(SD)模型在近20年來得到廣泛傳播，特别在一些與人地系統有關的專門問題領域，如土地的人口承載力，城市發展，區域規劃和生態環境分析等方面的研究，取得了較好的效果。其應用特點是：可實施定量與定性的有機結合，政策調控可“模擬實驗”，發展預測是建立在内在的“結構性”認識的基礎上，具有較好的可信度。不足是：涉及因素和指標的確定具有較大的主觀性，對區域發展的重大突變現象難以描述，邊界控制不好掌握，只是模擬者的最優估計而有效驗证困難等。

　　在區域可持續發展中運用系統動力學進行案例試驗研究中，其模擬的工作程序是①認識系統，瞭解系統發展基礎條件；②分析系統結構，確定主導變量及系統流程圖；③選擇模型參數，建立數學模型系統；④計算模擬實驗，按不同策略對關鍵控制參量實施調控；⑤結果説明及决策評估。

　　二、系統結構分析及相互作用流程模型

　　1.系統結構分析

　　根據對屯昌縣可持續發展基礎條件的評估，該區域可持續發展可分爲人口、資源、環境、經濟四個分塊，具體可分爲人口、耕地、水資源、糧食、工業、農業、服務業、環境污染、社會經濟等9個子系統。

　　(1)人口子系統。現代研究表明，隨着人類的發展和社會福利的改善，人口增長一般經歷四個階段。第一階段：社會生産率低，社會福利水平低，人口生育率和死亡率都處於高水平。隨着工業化的興起，人口過程進入第二階段：死亡率下降，生育率居高不下，形成增長逐漸增大的局面。隨着社會福利的發展，人口期望壽命延長，老年生活得到更多保障，同時在社會生活中少子女家庭顯示出明顯優勢，控制生育的技術措施普遍推廣，人們自發地節制生育，從而使全社會的人口生育率下降，這是第三階段。第四階段，人口趨近一個穩定水平。因而，在人口子系統中，以總人口規模及出生率和死亡率爲基礎，結合計劃生育控制因子、保健影響因子和糧食影響因子，建立反映人口動態變化的系統模型。

　　 (2)耕地子系統。在熱帶地區，土壤退化是抑制經濟發展和破壞生態平衡的主要因素(FAD，1995)。其對土地最重要的影響是耕地資源，水土保持水平就是一個重要的影響因子。此外，隨着經濟發展的非農業生産佔用，其他土地資源的耕地化開墾，也是搆成耕地資源變遷的重要因素，故可利用指數非綫性回歸建立耕地面積在多種因素影響下的變動趨勢。

　　(3)水資源子系統。水資源的需求平衡是影響屯昌縣可持續發展最主要的可再生資源因素之一。它的需求主要來自生活用水和生産用水，其中生産用水包括工業用水和農業灌溉用水等。在推算各部門需水量的變化規律的基礎上，得出未來水資源的供需變化規律。

　　(4)糧食子系統。海南具有適宜水稻生産的土、水、光、熱等自然條件，但種植水平低，尚不能完全自給。糧食生産是農業的根本和基礎，這與海南大力發展熱帶經濟作物並不矛盾。本文主要從糧食總産量和人均糧食産量來考慮，糧食總産量由糧食播種面積和糧食單産面積决定，利用一元綫性回歸的方法對糧食播種面積和糧食單産作時間序列分析，確定其變動趨勢，從而也可知人均糧食産量的變動狀况。

　　(5)工業子系統。工業發展滯後是屯昌區域發展中的薄弱環節。本文着重從資金和勞動力因素考察，把勞動力作爲系統的外部投入因素，把資金作爲内部循環作用因素，二者結合作爲投入共同影響系統産出。這裏根據柯布·道格拉斯生産函數原理，用黑箱化方法表示投入因素與産出的轉换機制。同時，以工業爲主的産業部門是整個經濟系統發展的驅動部門，通過驅動産業的産業化進而影響區域系統中各相關因素的連鎖反應，從而促進區域系統的均衡發展。

　　(6)農業子系統。當前我國一些地方存在農業口頭上重要、做起來次要的“口號農業”，没有深刻認識到農業是實現國民經濟健康、協調發展和穩定的基礎。農業發展除了必須進一步深化農村改革，更重要是要加大對農業的投入，把農業的積累盡可能多地留給農業加强自身的發展，因而農業投資率、農業資産和農業勞動力人數就是制約農業總産值提高的關鍵因素。

　　(7)服務業子系統。本文所講的服務業即第三産業。世界發達國家産業結構昇級的經驗證明，經濟發展的現代化程度越高，第三産業在國民生産總值中的比重就越大。因爲發展第三産業，不僅有利於緩解資金、資源、供求矛盾和就業壓力，優化産業結構，而且有利於提高整個經濟的效益，促進市場的發育。積極發展第三産業，要以第一、二産業爲基礎，形成合理的規模和結構。因此對應工業、農業子系統，從資金、勞動力投入搆成來反映第三産業的變化。

　　(8)環境污染子系統。經濟因素是影響環境質量具有制衡作用的關鍵因素，大規模、急速推進的工業化進程將給其環境帶來巨大的壓力。科瑪納爾使用了“環境應力”來表征環境質量以及它與經濟增長的關系。他認爲：由於工業化每年排入環境中的污染物數量，是衡量環境質量退化程度的基本標誌。在屯昌縣環境污染分析中，本文將環境污染率和污染吸收率結合起來以反映環境污染量的大小。

　　(9)社會經濟系統。對於發展中地區而言，只有經濟實力的總體增長，可持續發展的策略才能被接受和認同，這也是“效率優先、兼顧公平”的必然要求。屯昌縣的此系統主要以國民收入和社會總投資加以反映，投資系數是敏感性的調控因素。

　　2．系統相互作用流程模型

　　系統動力學模型描述的對象是一個系統，而系統是由若干要素(元件)按一定結構方式相互聯繫起來的具有特定功能(或多種功能)的統一體。系統動力學模型的基本元件是貯存器和流(圖1)。長方塊、圓形塊均表示貯存器，即系統的一個元件或一個子系統。閥門狀圖形加上箭頭的實綫表示“流”，流又分爲流入和流出。根據貯存器的實際含義，可把流入和流出理解爲輸入和輸出，或投入和産出等。貯存器内容的定量表示爲“水平”或狀態變量，它是系統在某特定時刻狀態的表征。貯存器對流入進行加工、積累、貯存，還可能造成産出對投入的時滯(時間延遲)。

　　圖l中的小圓塊表示系統的源頭或沉積點(右端)。用它表示系統的邊界，即它們都在系統之外。圖中帶箭頭的虚綫表示信息流，貯存器的狀態信息傳遞給控制流入量的閥門，調節流入的流速或流率的大小。系統的這種機制即是通稱的反饋作用。復雜的系統通常有多個貯存器，並由多個流和信息流將它們聯繫起來，搆成多個反饋循環結構，這些結構的相互結構聯成整個系統的結構。由於表示系統狀態的狀態變量都隱含時間變量，所以建立在系統分析之上的模型是動態的。

　　基於上述的理論説明和對屯昌的系統分析，特繪出圖2屯昌縣可持續發展系統動力學模型流程圖，該圖清晰地給出了系統各部分之間相互作用的定性關系描述。

　　三、系統模型的建立

　　根據圖2系統中各因子之間的關系，調查整理了屯昌縣近40年的有關資料，分别擬合、推斷出來系統的主要變量之間的定量關系模型，並借鑒已有研究中的成熟公式或參數。同時，根據研究區域的情况，主要采用下述方法對一些參數進行推算和修正。

　　第一，利用歷史統計數據，簡單作算術平均或加權平均，這類參數有平均自然出生率、死亡率、每萬元産值用水、萬元産值污染系數、治理系數等。

　　第二，根據統計資料和選定公式按比例遞推，即發展趨勢推算法，這類參數主要有計劃生育影響因子、保健影響因子、糧食影響因子、水土保持影響因子、工業科技進步指數等。

　　第三，利用專項規劃資料結合本地區實際制訂的標準確定參數。如人均用水量定額、水田灌溉定額等。

　　第四，回歸法確定，如耕地開發率、非農業生産佔用耕地率、工業資産折舊率、糧食單産及糧食播種面積變化率、農業資産折舊率、工農業總産值、國民收入等。

　　最後選用下列因子：

　　(1)人口。①年出生數；②年死亡人數；③人口數；④計劃生育控制因子；⑤保健影響因子；⑥糧食影響因子。

　　(2)耕地。①耕地開發率；②耕地侵蝕率；⑧非農業生産佔用耕地；④耕地面積。

　　(3)水資源。①生活用水；②工業生産用水；⑧農業用水量；④總用水量。

　　(4)糧食。①糧食播種面積；②糧食單産；③糧食總産量；④人均糧食。

　　(5)工業。①工業投資率；②工業資産折舊率；③工業資金；④工業總産值。

　　(6)農業。①農業投資率；②農業資産折舊率；③農業資産；④農業總産值。

　　(7)服務業。①第三産業投資率；②第三産業折舊率；③第三産業資産；④第三産業總産值。

　　(8)環境污染。①環境污染率；②污染吸收率；③環境污染量；④污染度；⑤污染吸收期。

　　(9)社會經濟。①社會總産值；②國民收入；③社會總投資；④人均國民收入。

　　以上建立的系統動力學模型(SD模型)，在計算上可采用美國Pugh-Roberts Associate公司(PRA)製作的Professional DYNAMO Plus(PD Plus)編寫DYNAMO程序，經編譯後在微機模擬運行。模型的有效性檢驗，是對模型運用可靠性程度的必經過程。SD模型的檢驗通常包括直觀檢驗、運行檢驗和歷史檢驗等方面。其中直觀檢驗已貫穿在建模的全過程中，而運行檢驗也已藉助於軟件所提供的編譯檢錯和跟踪功能，在程序的調試過程中完成。歷史檢驗則是對屯昌縣建省8年(1988~1995)的情况進行驗证，從運行結果中選擇了社會總産值、國民收入、工農業總産值這三項能够綜合表達系統行爲信息的行爲變量與相應的統計數據相對照，其最大相對誤差爲-5.1％，最小僅爲-0.02％，這説明模型主要變量的模擬行爲與真實系統的實際行爲在動態趨勢上的同構性與一致性比較好。

　　四、系統模擬與發展模式調控

　　依據上述建立的系統模型，參照圖2的流程圖，根據反饋機制中起控制參量的確定原則，結合對屯昌的實際分析，本文選擇育齡婦女生育系數、投資系數、污染處理系數、水土保持系數、人均用水量、工業投資比例和農業投資比例，進行計算模擬，從中選出四種具有代表性的設計方案，分述如下：

　　第一種方案是“自然趨勢型”，即假定屯昌縣社會經濟系統不作重大調整和改革，而以接近建省8年以來的平均狀態選取參數進行模擬，則呈現的態勢發展，可見其人口發展仍將保持目前2．0胎的生育指數，到2010年將達到29.8萬人，比1995年增長17.5％。總人口的增加爲經濟的發展提供了勞動力和需求這兩個因素，社會總産值和人均國民收入也在提高，以1990年不變價計算（下同）2010年屯昌縣社會總産值達32.7億元，人均國民收入11 000元／年。糧食産量也有了一定的提高，年糧食總産量達10.23萬噸，但由於人口的迅猛增長，人均糧食産量只有343.5kg／年。同時，水資源衰减迅速，污水排放量爲代表的環境污染增加，2010年廢水排放量達52 000萬t，比1995年增長6.42倍。生態環境得不到較好的維護，土壤退化加以擴大，耕地面積减少到28 630公頃，比1995年减少了4 084公頃。依據本文改進的區域協調度(H)方式計算，2010年屯昌縣H=-1.15，雖然總體協調較1995年有所改進(1995年，H=-1.70)，但仍整體上屬於不協調發展狀態。這表明“自然趨勢型”雖然經濟總量有了一定發展，但人口猛增扺消了部分經濟增長因素，並對資源環境造成巨大壓力，資源儲量和環境質量急劇下降，造成了對社會經濟發展的進一步約束。應該認識到，區域所處的經濟開放特區的背景，即便從經濟發展水平看，其他結構性的不合理，使總體發展速度仍顯偏低，隨着時間的推移，若按此模式發展，屯昌經濟水平與國内甚至海南其它發達地區相比，差距還是愈拉愈大。因此，屯昌未來的發展不宜選用“自然趨勢型”發展模式。

　　第二種方案是“重農型”。即充分考慮屯昌傳統的農業地位和資源條件優勢，在農業内部積極發展熱作、經濟作物和畜牧業，其他的産業部門不作調整。考慮計劃生育的有效推廣和生育觀念的轉變，生育指數取1.5，投資比例年平均增長0.25％，水土保持系數取0.5，則模擬結果可知：人口得到了有效控制，到2010年只有27.8萬，糧食總産量達11.398萬噸，比1995年增長43.1％，人均糧食410kg，突破400kg小康標準；以農業産值增長推動社會總産值的增躍，2010年屯昌社會總産值達34.19億元，人均國民收入12 300元，耕地面積在發展農業的背景下得到了有效控制和保護，爲29 075公傾。由於工業受到相對的抑制，資源環境壓力降低，環境污染較未加調控的自然趨勢型有較大緩和，只是水資源消耗量加大，2010年達2.55億m3。依此模擬計算2010年屯昌區域發展協調度爲H=-0.82，依舊呈不協調發展狀態。同時，雖然社會總産值、人均國民收入與自然趨勢型相比都略有增長，區域協調度也在改善，但忽視了第二産業和第三産業的發展，工業資源區位優勢未能轉化成現實的經濟優勢，第三産業的滯後發展也必將阻礙整體區域經濟的發展質量和結構優化，因而也就影響了總體效益的進一步提高。這説明可以靠農業維持資源環境系統水平，但帶動經濟增長却較難。

　　第三種方案是“重工型”。即充分發揮屯昌縣自然資源、熱帶作物、海口市近郊區的區位優勢，大力發展工業，以工代農，使其工業地位迅速上昇，推動區域經濟發展。則生育指數取1.5，工業投資比例年平均增加0.65％，農業投資比例年减少0.80％，污染處理系數取0.6，模擬結果可知；其社會總産值、入均國民收較“重農型”有明顯增加，2010年分别爲39.0億元、14 200元／年。由於工業的發展與規模的擴大，交通用地的日益增多，屯昌的耕地面積將會相比大幅降低，2010年只有25875公頃，比1995年减少了 6839公頃。同時，工業用水劇增，2010年全縣用水量達2.65億m3，廢水排放量則達63000萬t，比1995年增長890％。顯然，重工型的發展使其經濟增長速度明顯高於全國平均水平，在缺乏外部大量資金投入時，這需要降低消費、擴大社會積累的方式以滿足對工業的投入，此時(2010年)的區域發展協調度計算H=-0.89，發展態勢不協調，工業污染和資源耗損加速，這必將對今後的發展起限制性作用。同時，屯昌的生態環境相對脆弱，重工型的發展風險大且不符合時代發展潮流。從具體實旋上看，對於一個工業基礎十分薄弱的屯昌，在選擇工業産業方向，技術含量檔次、産品定位與營銷、專門技術人才數量與搆成等方面，都具有一定的非現實性背景因素；尤其在當今工業日趨優化昇級，即由高新技術裝備起來的新興産業逐步代替傳統産業，大規模現代化的跨行政轄區市場競争環境下，是具有相當難度的。

　　第四種方案是“可持續協調型”。即以實現區域可持續發展爲理念，在發展農業的基礎上，同時要協調好第二産業和第三産業，使三大産業按最優比例同步增長，最大限度地協調好社會系統、經濟系統和生態系統之間的關系，以促進整個系統功能向總體效益最大方向發展，形成新的、合理的、有序的結構。爲此，①總人口生育指數保持最低值，即生育指數爲1.0，以减少對資源和環境的壓力；②工業投資比例年增加0.40％，農業投資比例年平均减少0.30％，加大對第三産業的投資，以减少生産對資源的壓力；③水土保持系數取0.5，污染處理系數取0.8，在達到不致於使耕地面積减少太快的目標時，嚴格控制城鎮居民建設用地隨意擴大，優先滿足交通用地的發展；④爲提高居民生活質量，人均用水量保持自然發展趨勢值，則依據這些控制變量模擬出屯昌縣域可持續協調型的發展態勢模型。

　　該模型中人口增長緩慢，到2010年人口達26.9萬人，基本上控制了人口過快增長的勢頭。耕地面積到2010年减步到27 834公頃，比重工型多1 959公頃。糧食總産量達10．49萬t，人均糧食390kg／年。社會總産值和人均國民收入2010年分别爲35.24億元和13100元／年，是1995年的5.5倍、6.12倍，區域經濟實力有顯著的增長。環境資源與經濟發展也較爲協調，廢水排放量爲3 700萬t，只比1995年增長3.7倍，但環境污染處理達標能力超過80％。此模式2010年的區域協調度計算H=1.12，已走向協調發展階段。這説明此模式是建築在資源環境承載水平上的又與人口增長相適應的經濟發展速度，屯昌經濟會加速發展，在海南特區中的地位和作用也將逐步提高。    

　　因此，“可持續協調型”模型是屯昌縣域可持續發展較爲理想的模式。

　　原載：陸地系統科學與地理研究——黄秉維院士學術思想研討文集，科學出版社，1999