孙贤国　陈卫东

　　区域是地方或地区的泛称，研究区域实质上是从不同空间尺度来研究陆地系统。以县域为空间尺度的研究对象，在区域可持续发展研究中占有重要地位，也是实施《中国21世纪议程》，建立发展示范区所必须考虑的因素。因为县和县级市是我国对外经济和社会发展进行组织和管理的最基层行政单位，它不仅担负着对生产和非生产部门以及流通领域进行组织与管理的任务，而且也是制定地区经济和社会中长期规划、进行地区性资源的开发与分配以及生态环境保护与治理的基层行政地域单元。

　　屯昌县位于海南岛中部偏北，五指山北麓丘陵台地地带，属热带季风气候，高温多雨，热量丰富，雨量充沛，有利于发展热带作物和大农业。屯昌县独特的水热条件，复杂的生态系统和巨大的经济发展前景，是可持续发展地域类型的重要组成部分。

　　一、系统原理

　　    区域可持续发展的系统从实质讲是人地系统，人地系统从规模上讲可以分为全球人地系统和区域人地系统。但就现阶段来说，由于人地系统的复杂性，解决人地系统问题的长期性和人们现时认识水平的局限性，更多地应把区域人地系统作为研究对象。通过对具有较大差别和类型多样的区域人地系统的理论研究和实践，为整个人地系统的协调优化奠定基础。这是区域可持续发展研究的必由之路。

　　区域人地系统的结构和过程是该系统的两个基本方面，两者是密切关联、互相影响的。结构反映的是区域人地系统的组成要素及其相互关系，过程则反映着区域人地系统在时间维上的投影，是区域人地相互作用在时段上的关联。因此，区域人地系统的现时结构一定程度上左右着系统未来的变化过程，系统的变化过程又决定着系统新结构的形成。这种围遶区域人地相互作用过程形成的全部认识，被称之为区域人地系统动力学。因为它的内容无论从系统动态信息分析、过程和方法研究，还是调控实践，基本都涉及到“动力学”(dynamics)的各个方面，其中系统模拟是系统研究方法中影响多个方面的核心内容。

　　美国学者W．Forrester等人创造的系统动力学(SD)模型在近20年来得到广泛传播，特别在一些与人地系统有关的专门问题领域，如土地的人口承载力，城市发展，区域规划和生态环境分析等方面的研究，取得了较好的效果。其应用特点是：可实施定量与定性的有机结合，政策调控可“模拟实验”，发展预测是建立在内在的“结构性”认识的基础上，具有较好的可信度。不足是：涉及因素和指标的确定具有较大的主观性，对区域发展的重大突变现象难以描述，边界控制不好掌握，只是模拟者的最优估计而有效验证困难等。

　　在区域可持续发展中运用系统动力学进行案例试验研究中，其模拟的工作程序是①认识系统，瞭解系统发展基础条件；②分析系统结构，确定主导变量及系统流程图；③选择模型参数，建立数学模型系统；④计算模拟实验，按不同策略对关键控制参量实施调控；⑤结果说明及决策评估。

　　二、系统结构分析及相互作用流程模型

　　1.系统结构分析

　　根据对屯昌县可持续发展基础条件的评估，该区域可持续发展可分为人口、资源、环境、经济四个分块，具体可分为人口、耕地、水资源、粮食、工业、农业、服务业、环境污染、社会经济等9个子系统。

　　(1)人口子系统。现代研究表明，随着人类的发展和社会福利的改善，人口增长一般经历四个阶段。第一阶段：社会生产率低，社会福利水平低，人口生育率和死亡率都处于高水平。随着工业化的兴起，人口过程进入第二阶段：死亡率下降，生育率居高不下，形成增长逐渐增大的局面。随着社会福利的发展，人口期望寿命延长，老年生活得到更多保障，同时在社会生活中少子女家庭显示出明显优势，控制生育的技术措施普遍推广，人们自发地节制生育，从而使全社会的人口生育率下降，这是第三阶段。第四阶段，人口趋近一个稳定水平。因而，在人口子系统中，以总人口规模及出生率和死亡率为基础，结合计划生育控制因子、保健影响因子和粮食影响因子，建立反映人口动态变化的系统模型。

　　 (2)耕地子系统。在热带地区，土壤退化是抑制经济发展和破坏生态平衡的主要因素(FAD，1995)。其对土地最重要的影响是耕地资源，水土保持水平就是一个重要的影响因子。此外，随着经济发展的非农业生产占用，其他土地资源的耕地化开垦，也是构成耕地资源变迁的重要因素，故可利用指数非线性回归建立耕地面积在多种因素影响下的变动趋势。

　　(3)水资源子系统。水资源的需求平衡是影响屯昌县可持续发展最主要的可再生资源因素之一。它的需求主要来自生活用水和生产用水，其中生产用水包括工业用水和农业灌溉用水等。在推算各部门需水量的变化规律的基础上，得出未来水资源的供需变化规律。

　　(4)粮食子系统。海南具有适宜水稻生产的土、水、光、热等自然条件，但种植水平低，尚不能完全自给。粮食生产是农业的根本和基础，这与海南大力发展热带经济作物并不矛盾。本文主要从粮食总产量和人均粮食产量来考虑，粮食总产量由粮食播种面积和粮食单产面积决定，利用一元线性回归的方法对粮食播种面积和粮食单产作时间序列分析，确定其变动趋势，从而也可知人均粮食产量的变动状况。

　　(5)工业子系统。工业发展滞后是屯昌区域发展中的薄弱环节。本文着重从资金和劳动力因素考察，把劳动力作为系统的外部投入因素，把资金作为内部循环作用因素，二者结合作为投入共同影响系统产出。这里根据柯布·道格拉斯生产函数原理，用黑箱化方法表示投入因素与产出的转换机制。同时，以工业为主的产业部门是整个经济系统发展的驱动部门，通过驱动产业的产业化进而影响区域系统中各相关因素的连锁反应，从而促进区域系统的均衡发展。

　　(6)农业子系统。当前我国一些地方存在农业口头上重要、做起来次要的“口号农业”，没有深刻认识到农业是实现国民经济健康、协调发展和稳定的基础。农业发展除了必须进一步深化农村改革，更重要是要加大对农业的投入，把农业的积累尽可能多地留给农业加强自身的发展，因而农业投资率、农业资产和农业劳动力人数就是制约农业总产值提高的关键因素。

　　(7)服务业子系统。本文所讲的服务业即第三产业。世界发达国家产业结构升级的经验证明，经济发展的现代化程度越高，第三产业在国民生产总值中的比重就越大。因为发展第三产业，不仅有利于缓解资金、资源、供求矛盾和就业压力，优化产业结构，而且有利于提高整个经济的效益，促进市场的发育。积极发展第三产业，要以第一、二产业为基础，形成合理的规模和结构。因此对应工业、农业子系统，从资金、劳动力投入构成来反映第三产业的变化。

　　(8)环境污染子系统。经济因素是影响环境质量具有制衡作用的关键因素，大规模、急速推进的工业化进程将给其环境带来巨大的压力。科玛纳尔使用了“环境应力”来表征环境质量以及它与经济增长的关系。他认为：由于工业化每年排入环境中的污染物数量，是衡量环境质量退化程度的基本标志。在屯昌县环境污染分析中，本文将环境污染率和污染吸收率结合起来以反映环境污染量的大小。

　　(9)社会经济系统。对于发展中地区而言，只有经济实力的总体增长，可持续发展的策略才能被接受和认同，这也是“效率优先、兼顾公平”的必然要求。屯昌县的此系统主要以国民收入和社会总投资加以反映，投资系数是敏感性的调控因素。

　　2．系统相互作用流程模型

　　系统动力学模型描述的对象是一个系统，而系统是由若干要素(元件)按一定结构方式相互联系起来的具有特定功能(或多种功能)的统一体。系统动力学模型的基本元件是贮存器和流(图1)。长方块、圆形块均表示贮存器，即系统的一个元件或一个子系统。阀门状图形加上箭头的实线表示“流”，流又分为流入和流出。根据贮存器的实际含义，可把流入和流出理解为输入和输出，或投入和产出等。贮存器内容的定量表示为“水平”或状态变量，它是系统在某特定时刻状态的表征。贮存器对流入进行加工、积累、贮存，还可能造成产出对投入的时滞(时间延迟)。

　　图l中的小圆块表示系统的源头或沉积点(右端)。用它表示系统的边界，即它们都在系统之外。图中带箭头的虚线表示信息流，贮存器的状态信息传递给控制流入量的阀门，调节流入的流速或流率的大小。系统的这种机制即是通称的反馈作用。复杂的系统通常有多个贮存器，并由多个流和信息流将它们联系起来，构成多个反馈循环结构，这些结构的相互结构联成整个系统的结构。由于表示系统状态的状态变量都隐含时间变量，所以建立在系统分析之上的模型是动态的。

　　基于上述的理论说明和对屯昌的系统分析，特绘出图2屯昌县可持续发展系统动力学模型流程图，该图清晰地给出了系统各部分之间相互作用的定性关系描述。

　　三、系统模型的建立

　　根据图2系统中各因子之间的关系，调查整理了屯昌县近40年的有关资料，分别拟合、推断出来系统的主要变量之间的定量关系模型，并借鉴已有研究中的成熟公式或参数。同时，根据研究区域的情况，主要采用下述方法对一些参数进行推算和修正。

　　第一，利用历史统计数据，简单作算术平均或加权平均，这类参数有平均自然出生率、死亡率、每万元产值用水、万元产值污染系数、治理系数等。

　　第二，根据统计资料和选定公式按比例递推，即发展趋势推算法，这类参数主要有计划生育影响因子、保健影响因子、粮食影响因子、水土保持影响因子、工业科技进步指数等。

　　第三，利用专项规划资料结合本地区实际制订的标准确定参数。如人均用水量定额、水田灌溉定额等。

　　第四，回归法确定，如耕地开发率、非农业生产占用耕地率、工业资产折旧率、粮食单产及粮食播种面积变化率、农业资产折旧率、工农业总产值、国民收入等。

　　最后选用下列因子：

　　(1)人口。①年出生数；②年死亡人数；③人口数；④计划生育控制因子；⑤保健影响因子；⑥粮食影响因子。

　　(2)耕地。①耕地开发率；②耕地侵蚀率；⑧非农业生产占用耕地；④耕地面积。

　　(3)水资源。①生活用水；②工业生产用水；⑧农业用水量；④总用水量。

　　(4)粮食。①粮食播种面积；②粮食单产；③粮食总产量；④人均粮食。

　　(5)工业。①工业投资率；②工业资产折旧率；③工业资金；④工业总产值。

　　(6)农业。①农业投资率；②农业资产折旧率；③农业资产；④农业总产值。

　　(7)服务业。①第三产业投资率；②第三产业折旧率；③第三产业资产；④第三产业总产值。

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

　　(9)社会经济。①社会总产值；②国民收入；③社会总投资；④人均国民收入。

　　以上建立的系统动力学模型(SD模型)，在计算上可采用美国Pugh-Roberts Associate公司(PRA)制作的Professional DYNAMO Plus(PD Plus)编写DYNAMO程序，经编译后在微机模拟运行。模型的有效性检验，是对模型运用可靠性程度的必经过程。SD模型的检验通常包括直观检验、运行检验和历史检验等方面。其中直观检验已贯穿在建模的全过程中，而运行检验也已藉助于软件所提供的编译检错和跟踪功能，在程序的调试过程中完成。历史检验则是对屯昌县建省8年(1988~1995)的情况进行验证，从运行结果中选择了社会总产值、国民收入、工农业总产值这三项能够综合表达系统行为信息的行为变量与相应的统计数据相对照，其最大相对误差为-5.1％，最小仅为-0.02％，这说明模型主要变量的模拟行为与真实系统的实际行为在动态趋势上的同构性与一致性比较好。

　　四、系统模拟与发展模式调控

　　依据上述建立的系统模型，参照图2的流程图，根据反馈机制中起控制参量的确定原则，结合对屯昌的实际分析，本文选择育龄妇女生育系数、投资系数、污染处理系数、水土保持系数、人均用水量、工业投资比例和农业投资比例，进行计算模拟，从中选出四种具有代表性的设计方案，分述如下：

　　第一种方案是“自然趋势型”，即假定屯昌县社会经济系统不作重大调整和改革，而以接近建省8年以来的平均状态选取参数进行模拟，则呈现的态势发展，可见其人口发展仍将保持目前2．0胎的生育指数，到2010年将达到29.8万人，比1995年增长17.5％。总人口的增加为经济的发展提供了劳动力和需求这两个因素，社会总产值和人均国民收入也在提高，以1990年不变价计算（下同）2010年屯昌县社会总产值达32.7亿元，人均国民收入11 000元／年。粮食产量也有了一定的提高，年粮食总产量达10.23万吨，但由于人口的迅猛增长，人均粮食产量只有343.5kg／年。同时，水资源衰减迅速，污水排放量为代表的环境污染增加，2010年废水排放量达52 000万t，比1995年增长6.42倍。生态环境得不到较好的维护，土壤退化加以扩大，耕地面积减少到28 630公顷，比1995年减少了4 084公顷。依据本文改进的区域协调度(H)方式计算，2010年屯昌县H=-1.15，虽然总体协调较1995年有所改进(1995年，H=-1.70)，但仍整体上属于不协调发展状态。这表明“自然趋势型”虽然经济总量有了一定发展，但人口猛增扺消了部分经济增长因素，并对资源环境造成巨大压力，资源储量和环境质量急剧下降，造成了对社会经济发展的进一步约束。应该认识到，区域所处的经济开放特区的背景，即便从经济发展水平看，其他结构性的不合理，使总体发展速度仍显偏低，随着时间的推移，若按此模式发展，屯昌经济水平与国内甚至海南其它发达地区相比，差距还是愈拉愈大。因此，屯昌未来的发展不宜选用“自然趋势型”发展模式。

　　第二种方案是“重农型”。即充分考虑屯昌传统的农业地位和资源条件优势，在农业内部积极发展热作、经济作物和畜牧业，其他的产业部门不作调整。考虑计划生育的有效推广和生育观念的转变，生育指数取1.5，投资比例年平均增长0.25％，水土保持系数取0.5，则模拟结果可知：人口得到了有效控制，到2010年只有27.8万，粮食总产量达11.398万吨，比1995年增长43.1％，人均粮食410kg，突破400kg小康标准；以农业产值增长推动社会总产值的增跃，2010年屯昌社会总产值达34.19亿元，人均国民收入12 300元，耕地面积在发展农业的背景下得到了有效控制和保护，为29 075公倾。由于工业受到相对的抑制，资源环境压力降低，环境污染较未加调控的自然趋势型有较大缓和，只是水资源消耗量加大，2010年达2.55亿m3。依此模拟计算2010年屯昌区域发展协调度为H=-0.82，依旧呈不协调发展状态。同时，虽然社会总产值、人均国民收入与自然趋势型相比都略有增长，区域协调度也在改善，但忽视了第二产业和第三产业的发展，工业资源区位优势未能转化成现实的经济优势，第三产业的滞后发展也必将阻碍整体区域经济的发展质量和结构优化，因而也就影响了总体效益的进一步提高。这说明可以靠农业维持资源环境系统水平，但带动经济增长却较难。

　　第三种方案是“重工型”。即充分发挥屯昌县自然资源、热带作物、海口市近郊区的区位优势，大力发展工业，以工代农，使其工业地位迅速上升，推动区域经济发展。则生育指数取1.5，工业投资比例年平均增加0.65％，农业投资比例年减少0.80％，污染处理系数取0.6，模拟结果可知；其社会总产值、入均国民收较“重农型”有明显增加，2010年分别为39.0亿元、14 200元／年。由于工业的发展与规模的扩大，交通用地的日益增多，屯昌的耕地面积将会相比大幅降低，2010年只有25875公顷，比1995年减少了 6839公顷。同时，工业用水剧增，2010年全县用水量达2.65亿m3，废水排放量则达63000万t，比1995年增长890％。显然，重工型的发展使其经济增长速度明显高于全国平均水平，在缺乏外部大量资金投入时，这需要降低消费、扩大社会积累的方式以满足对工业的投入，此时(2010年)的区域发展协调度计算H=-0.89，发展态势不协调，工业污染和资源耗损加速，这必将对今后的发展起限制性作用。同时，屯昌的生态环境相对脆弱，重工型的发展风险大且不符合时代发展潮流。从具体实旋上看，对于一个工业基础十分薄弱的屯昌，在选择工业产业方向，技术含量档次、产品定位与营销、专门技术人才数量与构成等方面，都具有一定的非现实性背景因素；尤其在当今工业日趋优化升级，即由高新技术装备起来的新兴产业逐步代替传统产业，大规模现代化的跨行政辖区市场竞争环境下，是具有相当难度的。

　　第四种方案是“可持续协调型”。即以实现区域可持续发展为理念，在发展农业的基础上，同时要协调好第二产业和第三产业，使三大产业按最优比例同步增长，最大限度地协调好社会系统、经济系统和生态系统之间的关系，以促进整个系统功能向总体效益最大方向发展，形成新的、合理的、有序的结构。为此，①总人口生育指数保持最低值，即生育指数为1.0，以减少对资源和环境的压力；②工业投资比例年增加0.40％，农业投资比例年平均减少0.30％，加大对第三产业的投资，以减少生产对资源的压力；③水土保持系数取0.5，污染处理系数取0.8，在达到不致于使耕地面积减少太快的目标时，严格控制城镇居民建设用地随意扩大，优先满足交通用地的发展；④为提高居民生活质量，人均用水量保持自然发展趋势值，则依据这些控制变量模拟出屯昌县域可持续协调型的发展态势模型。

　　该模型中人口增长缓慢，到2010年人口达26.9万人，基本上控制了人口过快增长的势头。耕地面积到2010年减步到27 834公顷，比重工型多1 959公顷。粮食总产量达10．49万t，人均粮食390kg／年。社会总产值和人均国民收入2010年分别为35.24亿元和13100元／年，是1995年的5.5倍、6.12倍，区域经济实力有显着的增长。环境资源与经济发展也较为协调，废水排放量为3 700万t，只比1995年增长3.7倍，但环境污染处理达标能力超过80％。此模式2010年的区域协调度计算H=1.12，已走向协调发展阶段。这说明此模式是建筑在资源环境承载水平上的又与人口增长相适应的经济发展速度，屯昌经济会加速发展，在海南特区中的地位和作用也将逐步提高。    

　　因此，“可持续协调型”模型是屯昌县域可持续发展较为理想的模式。

　　原载：陆地系统科学与地理研究——黄秉维院士学术思想研讨文集，科学出版社，1999