黑龙江省装备制造业-区域经济-生态环境的动态耦合关系1)

秦利 金诚伟

(东北林业大学，哈尔滨，150040)

产业发展、区域经济增长、生态环境保护，一直是我国学术界长期关注的重要问题。20世纪90年代，杨仕弘[1]首次将物理学中协调度的概念引入到经济研究领域，用于探讨环境与经济的协调发展问题；其后，很多学者对不同系统之间，特别是对与生态环境密切相关的旅游产业，与经济、环境之间的耦合关系及其协调发展问题进行了深入研究[2-11]。从已有研究结果看，将装备制造业、生态环境与区域经济增长纳入同一层面研究3者之间相互关系的较少。3者的发展处于同一时空环境，制造业发展是生态环境变迁的重要决定因素；而装备制造业是国之重器，也是制造业发展的基石，是驱动区域经济增长的重要引擎。装备制造业、区域经济、生态环境所构成的系统，是一个具有高度复杂性、不确定性和多层次的开放系统， 3者之间既相互促进又相互制约，因此值得进行深入的研究和探讨。

黑龙江省作为我国重要的老工业基地之一，工业发展基础良好，已经形成飞机制造、仪器仪表、电气机械、专用设备等门类齐全、基础较好的装备制造业体系，是国家重要的重型装备生产制造基地。如何依托装备制造业发展优势与龙江装备特色，发展壮大装备制造业这一区域经济发展的战略性支柱产业，在生态环境资源承载力范围内，实现装备制造业、区域经济、生态环境的协调发展，是黑龙江省区域经济高质量发展面临的重要问题。因此，本文以黑龙江省为研究对象，在对黑龙江省装备制造业(E)、区域经济(R)、生态环境(E)3个系统耦合度进行测度基础上，分析装备制造业-区域经济-生态环境(MRE系统)间的耦合协调水平，旨在为黑龙江省装备制造业发展以及生态环境治理等政策的制定与实施提供参考。

1 研究方法

1.1 数据来源

本文依据黑龙江省装备制造业、区域经济、生态环境系统发展水平状况，以2005—2016年黑龙江省的相关数据为基础，探索装备制造业、区域经济、生态环境系统之间的耦合协调关系。由于自2017年以来，黑龙江省装备制造业相关统计数据统计指标较以前年度发生较大变化，装备制造业产业发展相关的大量指标难以准确获取，因此，研究数据主要来源于2006—2017年的《黑龙江省统计年鉴》、《中国城市建设统计年鉴》等，对于缺失数据采用指数平滑法计算得到。

1.2 MRE系统耦合协调度评价指标体系构建

在指标体系选择方面，主要参考现有研究，同时考虑到黑龙江省的实际情况以及指标数据的可得性，按照科学性、可比性、系统性的指标选取原则，分别构建装备制造业子系统评价指标体系、区域经济子系统评价指标体系、生态环境子系统评价指标体系。装备制造业子系统评价指标体系从产业规模与市场规模两个维度进行测度，选取8个指标。区域经济子系统从经济规模、经济结构及经济潜力三个维度，选取11个指标进行测度[12]。由于装备制造业的经济活动排出大量的工业三废等污染物，对生态环境造成压力，从而对生态环境的质量与存量产生了影响；而政府通过实施相关的生态环境保护措施、环境规制以及经济社会政策等，改变这些压力以及由压力而引发的现实状态[6]；因此，生态环境子系统评价指标体系的构建，则是依据压力-状态-响应(PSR)模型，从环境压力、环境状态、环境响应三个维度选取14个指标，综合衡量环境自然变化与人类活动因素的关系[13]。本文在借鉴相关研究成果的基础上，结合黑龙江省的实际情况，构建装备制造业-区域经济-生态环境(MRE)系统耦合协调度评价指标体系(见表1)。

1.3 MRE系统耦合协调度评价模型

1.3.1 数据标准化处理

为了消除不同指标量纲不同对评价结果产生的影响，对指标数据进行标准化处理。设m和n分别表示评价指标与评价对象的数量，xij为第i个评价对象的第j个指标值(i=1、2、…、m；j=1、2、…、n)，对指标体系中的正向指标与负向指标的标准化处理。无量纲化正向指标标准化值yij=(xij-minxij)/(maxxij-minxij)；无量纲化负向指标标准化值yij=(maxxij-xij)/ (maxxij-minxij)。

1.3.2 指标权重确定

本文采用熵值法对装备工业、区域经济、生态环境子系统指标进行权重的确定。

计算指标熵值。根据熵值计算公式，令ej为第j个评价指标的熵值，则有：pij=yij/∑yij，1≤i≤m；ej=-(1/lnm)∑(pijlnpij)，1≤i≤m。yij为标准化处理后的指标值，当pij=0时，令pijlnpij=0。

计算第j个评价指标权重。设wj为指标j的熵权值，即指标j的权重，则有：wj=(1-ej)/(n-∑ej)，1≤j≤n；0≤w(j)≤1，且满足∑w(j)=1，1≤j≤n。

1.3.3 耦合协调度测算模型

依据本文对装备制造业、区域经济、生态环境3者之间的耦合关系分析，将耦合协调度的评价分为4部分，即每个系统内部的协调度测度、3个系统两两之间协调度测算、整体协调度测算、整体耦合协调度测算。

表1 MRE系统耦合协调发展评价指标体系

(1)子系统内部协调度测算。定义子系统指标值为xij(i=1、2、3；j=1、2、…、n)，序参量为xj(x1j，x2j，x3j)T，序参量的有序度为Oij，当Oij=(xij-minxij)/(maxxij-minxij)时具有正向影响，当Oij=(maxxij-xij)/(maxxij-minxij)时具有负向影响(xmax、xmin分别表示子系统稳定状态下的指标的限值)，则子系统内部协调度为：Ui=∑Oijwj，1≤i≤n。其中，Ui=Mi、Ri、Ei，Ui∈[1，0](Mi、Ri、Ei分别代表装备制造业子系统、区域经济子系统、生态环境子系统的内部协调度)；子系统发展水平综合指数取值越接近于1，说明子系统的内部协调程度对子系统发展水平的贡献率越大，取值高低反映了子系统的综合发展水平。

(2)系统间耦合度测算。根据黑龙江省装备制造业、区域经济、生态环境的子系统发展水平，综合指数计算两两子系统间的耦合度。MiRi={(Mi×Ri)/[(Mi+Ri)/2]2}1/2、MiEi={(Mi×Ei)/[(Mi+Ei)/2]2}1/2、EiRi={(Ei×Ri)/[(Ei+Ri)/2]2}1/2；式中的MiRi、MiEi、EiRi，分别表示装备制造业子系统与区域经济子系统的耦合度、装备制造业子系统与生态环境子系统的耦合度、区域经济子系统与生态环境子系统的耦合度。

则MER系统的耦合度(Ci)为Ci={(Mi×Ri×Ei)/[(Mi+Ri+Ei)/3]3}1/3。系统耦合度(Ci)的取值范围为0～1，当Ci趋近于1，说明系统间的耦合度最大，不同系统达到了良性耦合共振，系统将趋向于新的有序结构；当Ci趋于0，说明不同系统的耦合度最小，两个系统处于无关状态，系统将向无序状态发展。

(3) 整体协调度测算。根据装备制造业、区域经济、生态环境子系统内部协调度以及MER系统耦合度，线性加权计算得到MER系统整体协调度(Ti)为Ti=λ(αMi+βRi+γEi)+δCi。式中的λ、δ分别表示MRE系统内部协调度、子系统间耦合度的重要程度，本文认为MRE系统内部协调度与子系统间耦合协调度同等重要，因此设定λ=δ=1/2；式中的α、β、γ分别表示子系统在MRE系统中的重要程度，本文认为子系统具有同等重要的地位，因此设定α=β=γ=1/3。MER系统整体协调度Ti∈[1，0]，取值越接近于1，表示系统整体协调度越好(见表2)。

表2 系统整体协调度划分标准及等级

(4)系统整体耦合协调度测算。耦合度是在一定程度上对不同系统之间相互耦合关系的反应，但无法反映出耦合协调程度的高低，因此，本文根据装备制造业、区域经济、生态环境系统间耦合度及MRE系统整体协调度，运用耦合协调度模型计算得到黑龙江省MRE系统的耦合协调度(Di)为Di=(Ti×Ci)1/2。本文参照相关学者的研究，按照均匀分布函数法确定黑龙江省装备制造业-区域经济-生态环境的耦合协调度等级及划分标准(见表3)[4]。

2 结果与分析

通过运用熵权法计算黑龙江省MRE系统耦合协调发展相关指标的权重(见表1)，利用系统耦合协调度测算模型得到MER系统的子系统内部协调度、系统间耦合度、整体性协调度以及MRE系统耦合协调度，并对耦合协调度按照表3的耦合协调度等级划分标准进行判定，得到实证分析结果(见表4)。

表4 MRE系统耦合协调度计算结果

2.1 MRE子系统内部协调度

为了更直观的反映黑龙江省装备制造业子系统、区域经济子系统、生态环境子系统内部的协调度动态变化趋势，根据表4中计算结果绘制黑龙江省MRE子系统内部协调度趋势图(见图1)。由图1可见：黑龙江省装备制造业与区域经济子系统的协调度发展趋势，大体都呈现先上升后下降的趋势，这也在一定程度上体现了装备制造业作为黑龙江省四大主导产业之一在区域经济发展中的重要支撑作用。而生态环境子系统内部协调度，则呈现出先下降后缓慢上升的趋势，且其协调度与装备制造业子系统、区域经济子系统内部协调度存在一定差距，这从一定程度上说明生态环境对装备制造业的发展、区域经济的发展贡献度较大。

图1 黑龙江省MRE子系统内部协调度趋势

从装备制造业子系统内部协调度变动趋势看，2005—2010年系统协调度从较低水平逐步波动上升，这主要由于“十一五”期间黑龙江省装备制造业在《黑龙江省装备制造业“十一五”发展规划》的引领下，装备制造业取得了较快发展。但2011年协调度出现大幅度下降，这主要是受国际金融危机的影响，全球制造业活动收缩，装备制造产品国际市场需求疲软，世界经济发展趋缓；同时，国内通胀压力较大，货币信贷政策的收紧抑制了制造业投资；黑龙江省装备制造业长期以来积聚的问题较多，依托良好的工业发展基础与资源优势虽然取得了产业的快速发展，但是从产业内部结构看，重工业化程度较高，结构性矛盾突出，总体产业层次不高；装备制造业产业供给结构单一化，产业配套能力不足、配套半径较大，企业间合作能力不强，产业链向省外迂回，产业链整合能力弱、产业分工体系不协调等问题，导致装备制造业成本不断增加，整体经济效益增长缓慢，行业竞争力较弱[14]。2011年以来，黑龙江省加大了金融对装备制造业的支持力度，激活投资对制造业的拉动作用，积极鼓励装备制造企业自主创新，积极淘汰落后产能，提高产能利用率，加强产业园区建设，促进产业集聚发展与产业链资源整合，推进装备制造产业转型升级，使得装备制造业内部协调度在2012—2013年小幅上升。2013—2016年，装备制造业内部协调度总体呈下降趋势，从0.64下降到0.41；说明随着新一轮科技革命与产业变革的到来，发达国家“再工业化”战略的实施，我国经济增长进入新常态，以重工业为主的黑龙江省装备制造业成长空间受限、市场需求不足，装备制造业进入中速增长期，产业生产方式、发展模式、体制机制亟待变革。

从区域经济子系统内部协调度趋势看，2005—2011年，区域经济子系统呈现出上升趋势，主要依托良好的工业发展基础以及丰富的资源优势，经济增长较快。但由于受到国际金融危机、国内经济下行压力加大、资源与劳动力成本上升等因素的影响，经济增长压力较大，2012年区域经济子系统内部协调度出现大幅度下降。2013—2016年，区域经济协调度虽然整体水平不高，但仍缓慢波动上升。一方面，黑龙江省经济发展长期高强度依赖自然资源、能源，虽然黑龙江省积极实施“五大规划”发展战略，布局新兴产业，推进传统产业转型升级，但经济的转型发展是一个长期、复杂的过程，2013年以来经济增长依靠煤炭、石油等能源比例有所下降，投资对经济增长拉动作用提升，但依然没有完全摆脱粗放式经济增长方式[15]；另一方面，黑龙江省主要以重工业、传统产业等资源输出型产业为主，对资源、能源需求量大，产业利润水平不高，工业体系升级难度大，对区域经济增长的拉动力不强，这也间接导致区域经济对投资及人才的吸引力不足，人才流失严重，短期内生产效率难以提升，导致经济增长内生动力不足；但根据表1中各指标的权重可以看出，黑龙江省区域经济增长潜力较大，科技研发投入、第三产业在区域经济增长中的拉动作用将越来越强。

从生态环境子系统内部协调度看，系统协调度总体呈现先下降再缓慢上升的趋势，但一直处于内部协调度比较低的水平，说明黑龙江省生态环境面临的压力一直较大；这也从一定程度上反映出黑龙江省地区经济增长、产业发展过于依赖生态环境，环境污染治理与节能减排的潜力较大。2008—2012年，黑龙江省先后有6个城市被划定为资源枯竭城市，政府对资源环境的关注度不断提高，产业转型升级与生态环境治理力度不断加强。对比区域经济与生态环境子系统2005—2012年的内部协调度可看出，随着区域经济子系统内部协调度的上升，生态环境的内部协调度持续下降，说明经济增长过于依赖生态环境。特别是2005—2007年，生态环境系统协调度均高于区域经济、装备制造业内部协调度，2008—2016年生态环境协同协调度显著低于区域经济、装备制造业，说明区域经济增长、产业发展对生态环境的影响较大，超出生态环境的承载阈值。2012—2016年，随着国家对资源枯竭城市的投入以及政府对环境污染治理力度的加大、高能耗产业的淘汰等措施的推进，节能降耗、清洁生产、资源综合利用取得显著成效，能源利用率显著提升，环境污染治理成效显著，生态环境质量得到了较大改善，生态环境子系统内部协调度逐步上升。

2.2 MRE系统耦合度

根据表4得到黑龙江省装备制造业、区域经济、生态环境系统两两耦合的耦合度变动趋势(见图2)。由图2可见，2005—2016年，黑龙江省MRE子系统间耦合度与MRE系统耦合度均呈现波动上升，并维持较高耦合度的趋势。黑龙江省区域经济与生态环境子系统间的耦合度一直处于较高的位置，说明生态环境对经济的支撑能力较强，子系统间长期存在良性互动、耦合发展的协调关系，良好生态环境基础为区域经济发展提供了资源环境支撑，而区域经济的发展促进了生态环境的保护和改善。从MRE系统的耦合度变动趋势看，2005—2007年，系统耦合度快速上升，装备制造业与生态环境的子系统耦合度高于MRE系统耦合度，说明装备制造业、区域经济、生态环境之间的相互影响不断加强，且装备制造业对生态环境的影响高于对区域经济增长的影响；2008—2016年，系统间耦合度与MRE系统耦合度均在较高耦合度位置波动，说明黑龙江省装备制造业、区域经济、生态环境系统越来越稳定，子系统之间的相互影响与关系越来越强，系统内部逐步实现良性耦合共振。对比分析装备制造业与生态环境子系统、装备制造业与区域经济子系统、MRE系统耦合度变动趋势，2005—2007年装备制造业对生态环境的影响较大，对生态环境的污染程度较高，政府治理环境污染的压力较大，但是对区域经济增长的贡献弱于对生态环境的影响，主要是由于这个时期装备制造业子系统内部的协调度不高。“十一五”时期，黑龙江省实施了六大基地发展战略，但工业主要以能源工业为主，特别是石油、煤炭等产业需要提升科技含量的空间较大，虽然装备制造业取得了较快的发展，但装备制造业规模偏小，产业利润率较低，产业经济效益较差。2005年，其利润总额仅占工业利润总额的1.28%，并且远低于全国平均水平，产值与利润总额分别仅占全国装备制造业总量的0.88%、0.42%。此外，黑龙江省装备制造业国有资本比重较大，国企改革滞后，企业技术装备落后、社会负担沉重，体制机制问题一度成为制约装备制造业发展的关键因素。“十一五”期间，黑龙江省装备制造业积极落实国家与省政府振兴装备制造业的重大举措，积极克服国际金融危机的冲击与国内外不利因素的影响，装备制造业取得快速发展，创新能力、产业链整合能力不断增强，制造业产业结构调整与产业集聚发挥积极效应，国有企业改革进一步加快，装备制造业工业总产值与实现利润分别达到2005年的2.11倍和5.92倍，装备制造业在区域经济增长中的作用越来越大，对生态环境的影响也越来越大；因此，装备制造业与区域经济、生态环境的MRE系统耦合度在2005—2007年呈大幅度上升趋势，并在2007—2016年系统耦合度始终维持在较高水平。“十二五”期间，黑龙江省牢牢抓住振兴老工业基地的重大机遇，大力实施“五大规划”发展战略，坚持创新驱动，推动装备制造业产业转型升级，在保持经济平稳增长的同时也推动了生态环境的持续改善。

图2 黑龙江省MRE子系统间耦合度变动趋势

2.3 MRE系统耦合协调度

本文以MRE系统的子系统内部协调度、系统间耦合度、整体系统协调度构建耦合协调度评价模型，计算得到MRE系统耦合协调度。根据表4绘制黑龙江省MRE系统耦合协调度变动趋势图(见图3)。

图3 黑龙江省MRE系统耦合协调度变动趋势

从MRE系统整体协调度变动趋势图并结合表2可知，黑龙江省MRE系统的整体协调度呈现波动上升趋势；2005—2007年，系统整体协调度从0.48上升到0.67，系统从基本协调发展到比较协调；2008—2016年，系统整体协调度从0.69发展到0.76，长期处于比较协调的状态。2005年以来，黑龙江省积极响应国家振兴装备制造业，大力发展重大技术装备的各项举措，产业技术创新能力显著增强，装备制造业产业集聚效应凸显，国有企业体制机制改革不断深化，装备制造产品出口结构与贸易方式不断优化，节能减排成效显著，装备制造业在区域经济发展中的作用显著增强，与生态环境的协调度也逐步提高。黑龙江省MRE系统整体耦合协调度呈现出波动上升趋势；2005—2007年，系统整体耦合协调度从0.58上升到0.82，说明装备制造业-区域经济-生态环境的发展关系，从磨合阶段的基本协调状态向高度耦合阶段的良好协调状态演变；2008—2016年，系统整体耦合协调度在0.82～0.87之间波动，说明MRE系统处于高度耦合阶段的良好协调状态；随着黑龙江省振兴装备制造业发展、资源枯竭城市转型、振兴东北老工业基地、生态功能区建设等一系列政策措施的不断推进，装备制造业、区域经济、生态环境3个系统之间的关联程度较高，相互作用程度较强，逐步形成良性互动。

3 结论与讨论

从装备制造业、区域经济、生态环境子系统的内部协调度变动趋势看，三大子系统内部协调度发展趋势各异。①装备制造业，是黑龙江省重要的传统产业、支柱产业、特色产业，产业文化传统深厚、资源环境优势显著，是推动黑龙江省区域经济发展的重要主导产业。2005—2016年，装备制造业内部协调度从0.05发展到0.41，2010年发展到波峰0.59，2011年下跌至0.47，2013 年发展至波峰0.64，2013—2016年又出现下跌；综合国内外宏观经济形势及黑龙江省装备制造业产业发展环境可看出，黑龙江省装备制造业的发展，不仅受到国际金融危机与发达国家“再工业化”的影响以及国内宏观经济环境、投资环境、产业环境的影响，也深受自身产业发展方式粗放、产业结构不合理、创新能力不强等自身因素的影响。②区域经济子系统，呈现先上升后波动下降的趋势，一方面受装备制造业的跳跃式波动趋势的影响，另一方面也受资源、能源的制约。③生态环境子系统，整体呈现出先下降后上升的趋势。2005—2012年，区域经济、装备制造业、生态环境内部协调度呈反向变动，说明区域经济增长以及装备制造业的发展过于依赖生态环境；2013—2016年，生态环境子系统呈缓慢上升趋势，说明节能降耗、清洁生产等措施在生态环境治理和恢复方面成效显著。

从装备制造业、区域经济、生态环境系统间耦合度变动趋势看，区域经济与生态环境耦合度一直处于较高水平，黑龙江省经济发展对资源环境的依赖程度较强。装备制造业与区域经济耦合度、装备制造业与生态环境耦合度、MRE子系统耦合度均呈现先跳跃式增长再维持在较高耦合度水平的趋势，说明装备制造业对区域经济的支柱作用凸显、对生态环境的影响也不断加强。

从装备制造业-区域经济-生态环境系统整体耦合协调度变动趋势看，系统整体协调度从基本协调向比较协调演变，系统耦合协调关系从磨合阶段的基本协调状态向高度耦合阶段的良好协调状态演变。黑龙江省装备制造业、区域经济、生态环境子系统之间，是相互制约、相互促进的耦合协调关系，装备制造业的发展离不开区域经济系统为其提供资金、人才、政策等支撑，也离不开良好的生态资源环境；区域经济的发展离不开装备制造业的做大做强，也离不开生态环境系统提供的资源环境优势；生态环境的改善与装备制造业、区域经济的发展密不可分。

综合本文的研究，主要得到以下启示：装备制造业是黑龙江省区域经济增长的重要支柱，政府应进一步加强对装备制造业的支持和引导，提升产业技术创新能力，突破核心技术，推动黑龙江省装备制造业向产业价值链高端攀升，打造高端装备制造业产业集群。推动装备制造业转变产业发展方式，积极淘汰落后产能，优化产业结构，整合产业链资源，进一步深化体制改革，积极发展高端装备制造、智能制造、绿色制造、生产性服务业等新的产业增长点，培育装备制造业产业发展的新动能，提升装备制造业产品的国际竞争力，引导装备制造业高质量绿色发展。新常态下，黑龙江省经济的高质量发展离不开生态环境的可持续发展，黑龙江省在充分发挥资源环境优势的基础上，以生态环境保护作为经济增长、产业发展的核心，推动企业绿色技术创新，提高资源能源利用效率，提升装备制造业对生态环境的保护能力，推动装备制造业、区域经济的绿色发展，建立绿色发展的长效考核机制，降低经济发展对生态环境的负面影响，实现装备制造业、区域经济、生态环境的耦合协调发展。