引言

绿色发展是对工业革命以来以生态破坏、环境污染、资源枯竭为代价的粗放式增长范式的变革^[1]，是资源消耗低、污染排放少或无排放的可持续发展模式^[2]，包括保护环境、节约能源、优化资源配置等多个方面^[3]，是一个复杂的自适应系统，需要法律政策、居民生活、企业生产与自然等多个子系统相互融合，协调发展^[4]。作为生态文明建设、高质量现代化经济体系建设的必要要求，它在新发展理念中占据着重要地位。

绿色发展概念的理论渊源可以追溯到21世纪联合国的几项重要举措，其中2008年推出的“全球绿色新政”理念比较具有代表性^[5]。在我国，绿色发展理念在2015年党的十八届五中全会被正式提出，并与创新、协调、开放、共享一起构成了新发展理念。2021年发布的“十四五”规划中明确提出“推动绿色发展，促进人与自然和谐共生”的发展要求，并将要求具体细化为“加快推动绿色低碳发展”“持续改善环境质量”“提升生态系统质量和稳定性”“全面提高资源利用效率”等方面。

作为一种变革性的发展理念，绿色发展理念自提出以来便一直是国内外学界的研究热点。绿色发展评价体系的研究发展较早，国外学者Hall和Kerr早在20世纪末就提出了“绿色指数”概念，通过测定三类共256项具体内容来测定一个地区的绿色发展水平^[6]。Cobb等人创立了真实发展指标（GPI），通过综合考虑社会、经济和环境三个账户指标进而将绿色发展引入一个地区的福利水平，该体系已被美国、加拿大等国家所应用^[7]。随着绿色发展战略在我国的施行，国内学者也开始构建我国绿色发展的指标体系^{[8, 9]}，这些评价方法非常注重指标选取的全面性。虽然一些研究也涉及了系统内某些指标的相互作用^{[10, 11]}，但总体来看，它们忽略了有关绿色发展各因素之间的反馈关系，不能很好地反映整个系统的动态运行状况。

为充分体现发展过程中的动态性和各子系统的相互作用，提高对现实决策的指导功能，学者们引入了系统动力学方法，从系统视角对绿色发展进行研究。系统动力学以反馈控制理论为基础，以计算机模拟技术为手段，在研究经济系统、生态环境系统等复杂系统方面具有自适应性^[12]。随着《世界动力学》《增长的极限》等经典著作对该方法的应用，系统动力学开始全面介入宏观层面的社会经济问题研究，并逐步成为政策效果仿真分析的常用工具^[13]，被广泛应用于绿色发展过程中能源系统供需^[14]、具体产业发展^[15]等个别系统的研究。随后，研究者开始强调绿色发展中多系统间的协调发展，着手建立多子系统的绿色发展系统动力学模型。其中，经济—资源系统的研究开始较早，主要可以分为两个方面，一是能源消费结构与经济发展之间的协调研究^{[16, 17]}，二是短缺资源与经济增长之间的可持续发展研究，如水资源^{[18, 19]}、土地资源^[20]等。随着公众对环境质量期望的日益提升，许多研究开始关注经济发展和环境治理系统的相互关系^{[21, 22]}，它们运用系统动力学方法，构建区域经济—环境协调发展模型，并通过探究经济增长与环境污染的机制为环境治理提出相应的政策建议。

在对绿色发展过程中经济与资源、经济与环境之间的关系进行分别研究后，研究者们开始尝试把三者纳入一个整体。一些研究通过构建能源—经济—环境（3E）系统探究能源、经济、环境之间的协调关系，并通过不同的情景模拟来给出政策建议。Zuo等^[23]运用可持续发展理论建立了京津冀地区的3E系统动力学模型，并证明该区域3E系统的长期发展的不可持续性，但可以通过调整能源结构和增加环境保护投资来改善这种状况；Wu等^[24]以北京为例，设置了当前、技术、能源和环境四个发展情景，结合系统动力学模型和地理信息系统进行建模，得出环境情景有利于保持社会发展的长期稳定的结论。上述3E系统只分析了能源系统与其他系统之间的关系，而没有考虑到具体短缺资源。对此，Xing等^[25]将土地资源系统与能源消耗系统结合成资源系统，构建了武汉市的经济、资源、环境系统，不过水资源系统在绿色发展过程中的作用仍被忽略。

另一些有关绿色发展的系统动力学模型虽然关注了短缺资源，但是忽略了对能源消耗结构的研究^{[26, 27]}。综合来看，现有绿色发展的系统动力学研究都未能较为全面地整合资源系统内的所有内容。此外，杨顺顺在梳理系统动力学在绿色发展中的应用时还指出大多数采用系统动力学模型的研究存在没有考虑环境变化对经济社会系统造成的反馈影响，对模型的有效性检验缺乏，表函数的广泛使用导致主观性过强，不同模式中政策的设定未考虑成本等问题^[13]。

基于此，本研究运用系统动力学方法，构建了中国的经济—资源—环境（ERE）系统，并对不同系统自身的特点和政策效果进行分析。相比以往研究，我们做出了以下改进：一是考虑到目前我国水资源管理和可持续利用仍存在较大问题^[28]，本研究尝试将水资源系统与能源系统整合为资源系统，使资源系统的内涵更为广泛。二是从国家层面对经济—资源—环境之间的关系进行分析，得到不同情景的发展趋势与特点，有利于从国家层面制定更有针对性的政策。三是针对上述现有系统动力学相关研究存在的问题进行改进，即在反馈影响方面，构建了环境和资源对经济的负反馈机制；在有效性方面，将数据集分为两部分，一部分用于拟合，一部分用于检验模型的有效性；在表函数方面，假定各参数在政策模拟期间均保持不变，尽可能降低人为设定参数值的影响；在政策设定方面，考虑了政策的成本。

1 研究方法与模型构建

绿色发展是一个复杂的发展过程，涉及经济、环境、资源三系统间的相互作用。本文设置的绿色发展经济—资源—环境模型如图 1所示。资源系统为经济系统运行提供能量，环境系统为经济系统的运行提供空间支撑。经济系统也会影响其余两个系统，一方面，能源消耗增大，废弃物排放增多，环境系统和资源系统所承受压力增大；另一方面，经济系统的发展会促进环保投资增加，能源设备更新换代，新能源对传统能源的替代程度增加，从而降低能耗水平和污染排放，使环境系统和资源系统的状态向好发展。以下是各子系统内部的具体运行机制，其中各参数含义在表 1中予以说明。

1.1 经济系统

按照传统分法，本文将经济系统中的产业分为第一产业、第二产业和第三产业。给定劳动力与资本后，每个产业独立进行生产活动，国内生产总值（GDP）由各产业产出加总而成。GDP一部分用于环境保护投资，一部分用于再生产活动，其余部分用于其他在本文中不进行考虑的活动（如教育投资、基础设施建设）。有关方程如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

i=1，2，3分别代表第一、二、三产业。第二产业产出可分为工业产出与其他产出，工业产出会产生大量污染物，进而导致环境污染加重。为治理环境污染，政府会进行环保投资，有关投入的关系式如下所示：

(9)

(10)

P_t是我们借鉴Zuo建立污染指数的思路^[23]建立的综合污染水平，t期P的表达式如下：

(11)

P_t由P_1t和P_2t构成，用来表示环境破坏和能源过度消耗对经济产出造成的负面影响。P_1t是环境污染水平，用来衡量环境系统的受污染程度。P_2t是能源消耗水平，用来衡量资源系统中能源的消耗程度，其具体表达式将在环境、资源系统中给出。经济系统的系统功能模块框图（SFD）如图 2所示。

1.2 环境系统

大气、水和土地污染是污染排放造成的主要后果^[29]。在环境系统中，我们分别用二氧化硫、化学需氧量（COD）和固体废物排放量来衡量大气、水和土地污染的程度。通过对近些年各污染物排放的分析，我们发现，我国对固体废物始终保持着较高的利用率，且近些年固体废物的排放在不断减少，因此本文未建立固体废物的表达式，而是利用表函数表示固体废物的累计排放量。

1.2.1 二氧化硫

二氧化硫的排放量与化石能源消耗和居民生活均有关联。本文将二氧化硫排放分为工业二氧化硫排放与生活二氧化硫排放，并分别建立其与化石能源消耗和人口数量的关系。

(12)

(13)

(14)

(15)

1.2.2 化学需氧量

COD排放量与工业生产和居民生活均有关联。本文将COD排放分为工业COD排放与生活COD排放，并分别建立其与工业产出和人口数量的关系。

(16)

(17)

(18)

(19)

(20)

1.2.3 环境污染水平

环境污染水平用来衡量环境系统的受污染程度，其表达式如下：

(21)

SIP、CIP、WIP分别是空气、水和固体废物的污染弹性，其值参考Zuo^[23]的计算结果，分别设定为0.81、0.35、0.66，环境系统的SFD如图 3所示。

1.3 资源系统

经济发展也带来了环境中各种资源的消耗，包括煤炭、石油、电力能源消耗以及水资源的消耗。本文构建了人口、产出等变量与能源消耗和水资源供给需求之间的关系，其SFD如图 4所示。

1.3.1 化石能源消耗

化石能源消耗包括对煤、原油、电力的消耗总量，各化石能源的消耗量的关系式如下所示：

(22)

(23)

(24)

(25)

(26)

(27)

1.3.2 能源消耗水平

能源消耗水平综合考虑了各化石能源消耗量和设备更新换代，能够较好地反映资源系统对能源的消耗，表达式如下：

(28)

其中，CPI、OPI、EPI分别是煤炭消耗系数、原油消耗系数、电力消耗系数，具体数据参考王立猛等的结果^[30]。

1.3.3 水资源

水资源系统可以分为水供给和水需求两个方面。水供给可以分为地表水、地下水供给两部分，这些供给都与环保投资有关。由于在计算地表水和地下水时会出现重复计算的情况，因此本文在计算总供给量时剔除了统计中两者重合的部分，下面是相关方程：

(29)

(30)

(31)

(32)

(33)

(34)

(35)

(36)

2 模型的检验与仿真结果 2.1 数据来源

本文以中国为实证研究对象，研究的原始数据均来源于2005—2019年《中国统计年鉴》《中国环境统计年鉴》《中国统计公报》等公布的数据。

2.2 模型有效性检验

为确保得到的结果准确且可靠，需要对系统动力学模型进行检验。对模型的有效性检验分为训练集、验证集和敏感度检验三部分。

本文选取2005—2014年的数据为训练集，训练集内各变量的数据均无缺失，通过对训练集内数据进行拟合，本文得到模型内各参数的数值。各指标的误差值的计算公式如下：

(37)

式中，RE_t代表该指标t年的误差；MV_t为t年该指标的模拟数据；RV_t为t年的真实数据。

图 5展示了训练集中部分关键变量拟合值与实际值的误差。由图可知误差基本小于0.1，较小的误差值表明本文建立的模型能较好地拟合历史数据。

本文选取2015—2019年数据为验证集，验证集内数据有较大缺失，无法进行拟合，故在2015—2019年模型的模拟结果实际是对2015—2019年实际情况的预测。图 6展示了验证集中部分关键变量的误差。从图中可以发现，验证集的误差整体偏小，说明模型不仅能较好地拟合实际系统的历史行为，也能够较好地表明实际系统的未来发展趋势。

本文选取了部分关键参数进行敏感度分析，参数变化幅度为-15 % 和+15 %，敏感度的计算公式如下：

(38)

(39)

式中，S是系统状态量对参数X的平均敏感度；Y_t和X_t分别代表t时间系统状态量Y和参数X的值，共考察T个时期、N个变量。指标的敏感度为各期各变量的敏感度的平均值，其测算的结果如表 2所示。由分析可知，各变量的敏感度均在正常范围。

2.3 发展模式仿真设计

在绿色发展的众多可能发展模式中，本文建立了经济、环境、能源、协调四种代表性的发展模式，并与当前发展模式（惯性模式）进行对比研究。在考虑系统内各因素之间的作用机制和各发展模式特点的基础上，本文选取出与绿色发展相关的重要参数，并对其加以改变来模拟不同发展模式。

各模式参数设定说明如下：①惯性模式：该模式为当前发展模式的模拟，本文设定各参数值仍保持2020年数值。②经济模式：提高固定资产投资比例能够直接提高固定资产投资量，进而直接拉动经济增长，使系统发展倾向于经济增长。本文在经济模式下提高了固定资产投资比例，同时考虑到政策具有成本，在提高固定资产投资比例的同时降低了环境保护投资的比例，其他参数与惯性模式保持一致。③环境模式：提高环境保护投资比例能够直接拉动环保投资，进而降低SO₂与COD的排放，使系统发展倾向于环境保护。故在环境模式中，提高环境保护投资比例，降低固定资产投资的比例，其他关键参数与惯性模式保持一致。④能源模式：提高能源设备更新都能够降低化石能源的消耗，使系统发展倾向于能源节约。故在能源模式中提高能源设备更新投资比例，其他参数与惯性模式保持一致。提高能源设备更新投资的占比一方面可以通过降低对化石能源的消耗，降低对经济增长的抑制作用；另一方面降低了第二产业的固定资产投资，抑制经济增长。⑤协调模式：系统的协调发展强调不同政策间的组合效果，本文对协调模式下各重要参数均进行了调整，但调整幅度均小于对应特定模式的调整幅度，即使系统倾向于协调发展。各模式中不同参数的设定见表 3。

2.4 仿真结果分析

在确保模型有效性的基础上，本文以惯性模式为基准，得到了GDP、环境污染水平、能源消耗水平和水资源相对供给在不同模式下的变化趋势。

图 7展示了不同模式下GDP随时间的变化趋势，结果显示：短期内经济模式下GDP发展较快，但长期内协调模式和能源模式下GDP发展趋势较好，经济模式最差。这说明小幅度提高固定资产投资比例能够在短时期内拉动经济发展，但降低环境保护投资的政策成本将导致长期内经济发展速率降低。单一降低能源消耗与提高环保投资均能明显拉动经济增长。提高能源设备更新投资可以降低化石能源消耗，使得SO₂排放量明显下降，对产出具有推动作用。在2025年之后，协调模式的GDP增长速率最快，说明较少提高环境投资比例、降低能源消耗和固定资产投资能够促进经济持续高速增长，即“组合政策”更能促进经济的长期持续发展。

图 8展示了不同模式下环境污染水平的变化趋势。结果显示环境模式的环境污染程度最低，协调模式次之，经济模式最差。能源模式的环境污染程度并没有显著高于惯性模式，但考虑能源模式下GDP增长速度远高于惯性模式下的GDP增长速度，可以得到能源模式可以降低经济增长对环境的污染的结论。图中结果表明若不提高环境保护投资比例，环境水平很难有明显的改善。

图 9展示了不同发展模式下能源消耗水平的变化趋势。结果显示能源模式最低，环境模式最高。环境模式能源消耗水平最高的原因在于环境模式的GDP较高，进而导致环境模式对能源消耗更大。

图 10展示了不同发展模式下水资源相对供给情况与惯性模式比较的变化趋势。

本文水资源相对供给的定义式如下：

水资源相对供给=ln（水资源供给/ 水资源需求）

结果表明环境模式水资源相对供给水平最高，协调模式次之，经济模式最低。

由上述分析可知，在惯性模式下，GDP保持稳定增长，但环境污染处于较高水平，能源消耗和水资源供求之间的矛盾仍然突出。经济模式在短期内提高了GDP，但却导致了比惯性模式更严重的能源消耗和水资源矛盾，进而导致长时期内GDP的持续降低。环境模式基本上实现了环境—经济上的双赢，却以牺牲更多能源为代价。能源模式基本实现了能源—经济的共赢，但在环境、水资源相对供给方面没有明显改善。

长期来看，协调模式GDP的发展速度最佳，在其他方面也都保持次优水平，因此该模式最符合绿色发展的要求。在特定背景下，其他发展模式也具有重要的借鉴意义，当环境资源状况良好且急需经济快速发展时，采用经济模式可以促进经济快速发展，如20世纪末我国在大力发展经济初期但忽略了环境与资源代价。当环境资源状况严重恶化时，应采取环境模式与能源模式使环境资源状况得到快速的改善，如我国从21世纪初期开始直到2020年均采取严格的环境资源保护制度，努力改善我国的资源环境状况。

“十四五”期间，我国不仅面临着进一步改善环境与资源系统的挑战，还要保持经济的稳定向好发展。故在今后发展过程中更应采取协调发展的发展模式，做到发展、保护两不误。由于我国资源系统与环境系统的承载压力已处于较高水平，在采取协调模式时需要向资源系统与环境系统倾斜，如调高环境保护投资与新旧能源转换投资的比重，更多依靠资源环境的反馈机制来促进我国经济发展。

3 总结与讨论

本文在综合分析中国经济、资源、环境系统的相互反馈机制的基础上，以系统动力学方法为基础，建立了绿色发展过程中的经济—资源—环境模型，并通过设置不同的发展政策，为探寻绿色发展模式提供参考。本文的主要结论如下：

（1）各发展模式均有自己的发展特点，应当根据不同的现状制定具有针对性的政策。经济模式能够短期内拉动经济增长，但其政策成本会导致环境进一步恶化。环境模式与能源模式短期内经济没有明显增长，长期内呈现持续较快发展的态势。环境模式与能源模式也有各自的不足之处。说明当下环境污染、资源短缺仍然是制约我国经济发展的重要因素。

政府应继续增大环保与能源设备更新的力度，着重引导我国新旧动能转换，降低化石能源的消耗。还需坚持“绿水青山就是金山银山”的发展理念，继续通过环境治理来改善我国水资源的相对供给状况，并依靠环境投资的上升促进我国水资源供给需求状况更加平稳良好发展。

（2）确立协调发展模式，更有助于中国的绿色发展。在绿色发展过程中，资源系统、经济系统和环境系统三者之间紧密关联，构成一个有机的整体，在各具体政策实施的同时，还要充分考虑系统间的相互影响。

模拟结果也表明，以经济增长或环境保护等为单一目标的发展模式都不能实现绿色发展目标，未来发展模式亟须向协调发展模式转型。协调发展模式既保持了较高的经济发展速度，又降低了资源消耗和污染的排放，更符合绿色发展要求。

目前国内关于绿色发展已经制定了大量的发展规划，如《“十三五”生态环境保护规划》《能源发展“十三五”规划》等。但这些规划大多侧重于绿色发展的一个方面，缺乏系统层面的考虑。未来应加强绿色发展有关部门的统筹协调，从整体层面制定绿色发展的统一规划。我国已有区域生态保护的绿色发展联席会议制度，可以考虑将此制度进行推广，最大程度地发挥“组合政策”在促进绿色发展中的作用。

（3）加大环境经济政策在社会、文化等方面的创新。美丽中国和生态文明建设是当代绿色发展的新方向。但是我国现有环境经济政策大多只聚焦于环境、经济等方面，在文化、社会等方面的政策创新较少^[31]。实现绿色发展，不仅仅是农业、工业等生产部门的绿色转型，还是公众生活和消费方式的绿色转型。在绿色发展过程中，公众的消费观念与企业同样重要，政府要注重公众绿色消费观念的引导，通过消费者教育、绿色标签、绿色认证等宣传工具的使用潜移默化地影响公众行为，降低对化石能源的消耗与污染物的排放。

本文应用系统动力学方法来对社会系统的发展加以模拟分析，可以充分发挥系统动力学在描述复杂系统的优势，可靠地反映多重社会系统间的关系，为更科学地做出发展决策提供指导。在今后的研究中一方面可以将其他影响因素纳入本文的系统动力学模型中，如土地资源、大气污染等；另一方面可以对某一特定区域进行更加精细化的分析，针对区域特质将本文研究的模型进行扩展，从而更加精准地提供政策指导。