中国旅游创新能力与旅游环境效率的时空耦合协调关系——基于省域面板数据的实证分析

马月琴,甘 畅,张淑文,王 凯

(湖南师范大学旅游学院,湖南 长沙 410081)

经过改革开放40多年的发展，旅游业已逐渐成为我国国民经济的战略性支柱产业，但其在快速发展的同时也面临着能源消耗和CO2排放等生态环境问题，因而推进旅游业节能减排与绿色发展刻不容缓。为此，社会各界积极寻求促使旅游经济与生态环境协调发展的新途径，地方政府先后出台促进旅游业改革创新的相关政策文件，鼓励旅游企业通过绿色创新来降低污染排放、提高经营管理绩效，技术创新成为促进旅游节能降耗和实现旅游经济高质量发展的重要手段。因此，科学评估区域旅游创新能力与旅游环境效率，分析二者的时空分布格局，厘清二者的耦合协调关系，对于提升我国区域旅游创新能力与旅游环境效率的协同水平，推动旅游经济实现高质高效发展，具有一定的理论意义和实践价值。

一、文献综述

创新与环境作用关系的探讨源于人们对环境问题的担忧和对可持续发展目标的追求。关于二者的关系，学界侧重于分析技术创新在环境质量改善中的重要作用。如Ehrlich等较早指出技术创新可以减少由人口增长带来的污染排放，调节人与环境的矛盾[1]；Du等研究发现绿色技术创新能够有效减少能源消耗量，从而降低CO2的排放强度[2]；国涓等分析指出提高区域创新能力有助于提升区域环境绩效[3]。在此基础上，一些学者开始关注环境污染对创新活动产生的倒逼机制，并探讨二者的发展是否协调同步。如Su等基于全球70个国家的数据，发现CO2排放较高的国家创造出更多的环境新技术[4]；Lin等运用计量模型验证了CO2排放与技术创新之间存在双向关系，大量的CO2排放提高了可再生能源技术的创新水平[5]；向丽运用协调度模型研究发现中国科技创新水平明显滞后于生态环境发展水平[6]；严翔等分析指出中国区域创新能力与生态环境之间具有非均衡性，提出要坚持“创新驱动、生态优先”的发展理念[7]。延伸到旅游业领域，学者们从不同角度验证了技术进步和技术创新有助于推动旅游业绿色发展。如Dube和Polat等研究发现，技术改造和新技术应用是降低旅游航空与游轮CO2排放量的重要途径[8-9]；王凯等实证研究发现旅游业技术水平的提高能够显著改善旅游业的CO2排放效率[10]；王淑新等分析指出技术创新和管理创新是降低旅游能源消耗，以及实现旅游产业低碳化和生态化发展的有力保障[11]。

学界的既有研究丰富了创新与环境的相关理论，但国内的旅游创新研究尚处于起步阶段。其中，关于区域旅游创新等中宏观层面的实证研究较为不足；关于旅游创新与生态环境关系的研究仅停留于定性描述旅游技术水平对生态环境的影响，或将旅游创新作为生态环境的一个影响因子，较少研究旅游创新与环境绩效之间的耦合关系及其协同发展水平，在研究旅游环境问题时往往忽略了创新这一关键要素。鉴于此，本研究以中国除港澳台地区之外的31个省(自治区、直辖市)为研究对象，基于旅游创新能力与旅游环境效率耦合协调的视角，运用改进的熵值TOPSIS法、非期望产出SBM模型和耦合协调度模型客观评价旅游创新能力与旅游环境效率的时空分布特征及其耦合协调度，以提高区域旅游创新意识和创新水平，从而实现旅游业低碳高效发展。

二、旅游创新能力与旅游环境效率的耦合机制分析

(一)旅游创新能力与旅游环境效率的内涵

旅游业是典型的创新驱动型产业。旅游创新是旅游要素重新组合和优化的过程。旅游创新能力是将资本、科技、知识等生产要素转化为旅游新产品、新工艺和新服务的能力[12]。其既包括现有的创新要素整合能力，也包括潜在和未来的可持续创新能力。旅游创新具有空间差异性和空间溢出性等特征；旅游创新类型多样，不仅包括技术创新，还包括服务、管理、营销等非技术创新；旅游创新活动的主体包括政府、科研机构、企业和旅游院校等。而环境效率指单位环境负荷所创造的经济价值，要求以最少的生产投入获得最高的经济收益，并将污染降到最低[13]。旅游环境效率指旅游经济期望产出与随之产生的环境负产出之间的比值，反映了旅游资源投入产出的配置效率和能源利用水平，是衡量旅游经济增长与环境保护协调发展的重要指标。在旅游业发展规模不断扩大的压力下，提升旅游创新能力与旅游环境效率是实现旅游经济增长与CO2减排双赢的根本手段。

(二)旅游创新能力与旅游环境效率的耦合互动关系

耦合指两个或两个以上系统或要素之间相互作用而彼此影响的现象[14]。从耦合角度来看，旅游创新能力与旅游环境效率相互作用、相互影响。技术创新和技术进步是旅游环境效率提高的关键，旅游创新要素(如资金、人才、新技术)的投入不仅能改变旅游企业的传统运营模式以提高生产效率，还能促使旅游资源被高效利用；旅游非技术创新(如服务、管理、营销等)能提高旅游企业内部运作效率和人力资本累积效率，从而产生更多经济效益和附加值，为环境改善提供资金支持。而区域经济、科技、信息等发展为加快创新资源流通提供了基础支撑，优化了旅游业的外部创新环境和生态环境。且旅游知识和技术溢出也会对邻近地区旅游技术发展产生正向促进作用，促使其共享旅游创新资源和成果，进而提高旅游能源利用效率，增强减排治污能力。

同时，旅游环境效率的改善会对旅游创新能力产生倒逼效应。波特假说认为适当的环境约束能够激励企业实施技术创新或采用创新管理方式，进而提升企业的生产经营效率和环境绩效[15]。旅游环境效率较低的地区通过制定合理的环境政策(如碳税、环境法规等)，能够激励旅游企业实行绿色创新以改进自身生产技术，从而降低单位旅游收入能耗和污染排放强度；旅游环境效率较高的地区通过发挥技术优势和生态环境优势，吸引人才、资本等要素聚集，并在创新理念驱动下不断增强经济的可持续发展能力，继而形成创新、经济和环境之间的良性循环。可见，旅游创新能力与旅游环境效率协调有序发展才能满足旅游业高质高效发展的需要。

三、研究方法与数据来源

(一)旅游创新能力评价指标体系与评价方法

1.构建指标体系。基于上述分析可知，旅游创新包含技术创新和非技术性创新，以往研究较多采用专利数这一单一指标来衡量旅游创新水平，忽略了其它非技术性指标的影响。因此，本研究基于严翔和江金波等的研究[7,12]，运用多指标综合评价法，结合指标的合理性、全面性和数据可得性，从旅游创新投入、旅游创新支撑、旅游创新产出和旅游创新环境等4个方面，综合筛选高频指标来构建旅游创新能力综合评价指标体系(表1)，以全面反映区域旅游创新能力。

表1 旅游创新能力综合评价指标体系Table 1 Comprehensive evaluation index system of tourism innovation capability

2.改进的熵值TOPSIS法。改进的熵值TOPSIS法是客观赋权熵值法和TOPSIS法的组合。传统熵值法因较多采用截面数据而缺少时间维度，本研究借鉴杨丽等的研究[16]，在熵值法的基础上加入时间变量以表现时序演变特征，并采用极值法对数据进行标准化处理。具体步骤如下：

(1)确定指标比重：

(1)

其中,ytij表示t年i地区j指标所占的比重;Qtij表示t年i地区j指标的标准化值;s表示年份总数;m表示地区总数。

(2)计算指标的信息熵值：

(2)

(3)

其中,ej表示指标j的信息熵值(0≤ej≤1);k表示参数(k>0)。

(3)计算指标的总权重：

(4)

gj=1-ej

(5)

其中,wj表示指标j的总权重;gj表示指标j的信息效用值;n表示指标总数。

(4)构建加权规范化矩阵：

Vtij=wj×Qtij

(6)

其中,Vtij表示t年i地区j指标的加权规范化矩阵。

(5)确定指标的正理想解和负理想解：

(7)

(8)

(6)计算评价对象到正负理想解的欧式距离：

(9)

(10)

(7)计算相对贴近度：

(11)

其中,Ci表示i地区的相对贴近度(0≤Ci≤1)。Ci值越大，表明评价对象越优。

(二)旅游环境效率的指标选取和测算方法

1.选取投入产出指标。旅游环境效率测算涉及投入和产出等2个方面。本研究借鉴王凯和方叶林等的研究[10,17]，选取旅游固定资产投资额、旅游从业人员数、旅游能源消耗量和旅游接待设施规模作为投入指标。其中，旅游接待设施规模包括旅行社数和星级饭店数[17]。产出指标分为期望和非期望等2类，本研究选取旅游总收入作为期望产出指标，并利用平减指数转为以2004年为基期的不变价；选取旅游CO2排放量作为非期望产出指标。旅游能源消耗量和旅游CO2排放量的计算借鉴王凯和Becken等的“自下而上”核算法[10,18]，将旅游能源消耗和旅游CO2排放的来源分为旅游交通、旅游住宿和旅游活动等3个方面，继而通过加总法统计总的旅游能源消耗量和旅游CO2排放量。

2.构建非期望产出SBM模型。由于传统DEA模型存在忽视投入产出变量的松弛性与无法有效处理非期望产出等不足，Tone于2001年提出了SBM模型，通过引入松弛变量解决了非期望产出指标的效率难以测算的问题[19]。设有K个决策单元，每个决策单元由N种投入、M种期望产出和I种非期望产出构成，则SBM模型为：

(12)

(13)

(三)构建耦合协调度模型

耦合体现系统间相互作用的强弱程度，但双低水平下的高耦合可能与发展实际不符。因此，在耦合基础上引入协调度模型，以客观、全面地反映耦合协调状况的优劣程度。模型具体公式为：

(14)

T=αU1+βU2

(15)

(16)

其中,C表示耦合度;T表示调和指数;D表示耦合协调度(0≤D≤1);U1、U2分别表示旅游创新能力与旅游环境效率值;α、β表示权重系数(α+β=1)。参考方叶林等的研究[14]，构建耦合协调度分类等级体系(表2)。

表2 耦合协调度分类等级体系Table 2 Classification hierarchy of the coupling coordination degree

(四)数据来源

由于我国2001年才开始评选4A级景区以及互联网普及率等指标的前后统计口径有变化，2004年以前的数据获取相对困难，且本研究撰写时所需的相关数据仅更新至2016年，因此将研究时段界定为2004—2016年。原始数据来源于2005—2017年《中国统计年鉴》《中国旅游统计年鉴》《中国科技统计年鉴》《中国交通统计年鉴》《中国旅游年鉴》，以及各省科技统计年鉴、国民经济和社会发展统计公报等。其中，旅游科技活动人员数用全社会科技活动人员数乘以旅游从业人员占当地总就业人员的比重来表示；旅游类国家自然科学基金数来自国家自然科学基金委员会项目查询和统计系统；旅游R&D经费支出采用旅游总收入占地区GDP的比重折算；旅游专利申请数来源于国家知识产权局专利检索系统，以“旅游”“旅行”为关键词和摘要提取；旅游类学术论文发表数中的中文文献来自中国知网，外文文献来自Web of Science数据库，经检索整理所得。个别年份缺失数据采用线性插值补充完善。

四、实证分析

(一)旅游创新能力与旅游环境效率的时序演变和空间格局

借助改进的熵值TOPSIS法和非期望产出SBM模型测算出全国及四大区域的旅游创新能力与旅游环境效率值。由表3可知，中国旅游创新能力从2004年的0.172升至2016年的0.318，呈逐年上升趋势，年均增长率为5.24%。同时，旅游创新能力呈现出“东部>东北>中部>西部”的空间分布格局。其中，东部地区旅游发展起步较早且基础牢固，作为对外开放的前沿阵地和高新技术示范区，便于引进国内外先进技术和管理经验，人才、资金和技术聚集优势明显，旅游创新市场表现活跃，始终处于领先地位；东北地区近年来为改变老工业基地下行现状，积极实行创新驱动发展战略，区域创新型体系建设进展明显；中部地区承东启西，交通区位优势凸显，旅游发展速度加快，自主创新能力有所提高；西部地区由于资金、人才、服务等欠缺，旅游创新能力略显不足。2004—2016年，中国旅游环境效率的均值仅为0.570，距离最优生产前沿面仍有43.0%的提升空间，表明旅游资源利用效率总体较低，发展方式较为粗放，旅游要素投入产出规模亟须优化。同时，旅游环境效率呈现出“东部>中部>东北>西部”的空间分布格局。其中，东部地区拥有坚实的经济社会基础和优越的发展环境，在旅游科研实力、旅游人才引进、能源利用等方面优势明显；中部地区紧随东部之后，研究期末旅游环境效率与期初相比进步较大，表现出强劲的增长势头和后发优势；东北地区旅游环境效率与中部地区相当，区域产业结构转型与旅游节能减排工作取得一定成效；西部地区受地理、经济、技术等因素影响，在旅游低碳发展意识、能源利用、管理效率等方面较其他地区滞后，其经济增长伴随着更多的能源消耗和较高的CO2排放，出现旅游环境效率损失。

表3 2004—2016年全国及四大区域旅游创新能力与旅游环境效率测算结果Table 3 Results of tourism innovation capability and tourism environmental efficiency in China and the four major regions from 2004 to 2016

除个别省域外，各省域的旅游创新能力与旅游环境效率曲线的波动趋势基本保持一致，即旅游创新能力较高，则旅游环境效率也较高，二者变化存在一定的规律性。具体来说，旅游创新能力排名前三位的省域为北京(0.562)、广东(0.519)和上海(0.428)，排名最后三位的省域为青海(0.127)、宁夏(0.129)和西藏(0.131)，且排名前三位与排名最后三位的省域之间的旅游创新能力差距较大。旅游环境效率排名前三位的省域为天津(0.967)、上海(0.902)和浙江(0.843)，均位于中国东部地区；排名最后三位的省域为宁夏(0.153)、新疆(0.217)和青海(0.275)。其中，青海和宁夏的旅游创新能力与旅游环境效率均处于全国较低水平，应注重旅游经济发展方式转变、旅游创新的高素质人才培养，以提高旅游低碳发展效率。

(二)旅游创新能力与旅游环境效率耦合协调度的时空分析

本研究运用耦合协调度模型进一步分析旅游创新能力与旅游环境效率的协同发展情况。2004—2016年，中国旅游创新能力与旅游环境效率的耦合度和耦合协调度总体呈缓慢上升趋势，年均增长率分别为0.81%和1.67%。其中，耦合度C值的范围为[0.854,0.941]，整体处于高度耦合水平且波动不大，表明旅游创新能力与旅游环境效率具有较高的关联度，二者的相互作用和密切程度不断增强。耦合协调度D值的范围为[0.533,0.650]，2004—2010年处于勉强协调水平，表明旅游创新能力与旅游环境效率之间缺乏有效的相互促进；2011—2016年为初级协调，表明旅游创新能力与旅游环境效率总体耦合协调度有所提高，但仍较低。由于耦合度只能判别系统间的相互影响程度，当要素均处于较低水平时，耦合度也可能会高，因此本研究将着重分析二者的耦合协调度。

借助ArcGIS 10.2软件分析2004年和2016年中国旅游创新能力与旅游环境效率耦合协调度的空间演化格局。2004年，各省域的耦合协调度主要处于濒临失调和勉强协调水平，严重失调和优质协调的省域为零，表明旅游创新能力与旅游环境效率存在一定的正相关性，但整体协调水平不高。具体来说：轻度失调的省域有4个，包括新疆、青海、甘肃和宁夏，均位于西北地区，占比为12.9%；濒临失调的省域有11个，包括吉林、内蒙古、黑龙江、河北、山西、陕西、贵州、安徽、云南、海南、西藏，主要位于东北、华北和西南地区，占比为35.5%；勉强协调的省域有9个，包括河南、湖北、湖南、江西、辽宁、福建、四川、广西和重庆，主要位于中部地区，占比为29.0%；初级协调的省域有4个，包括山东、江苏、浙江和广东，均位于东部沿海地区，占比为12.9%；中级协调的省域有2个，包括天津、上海，均位于东部沿海地区，占比为6.5%；良好协调的省域仅1个，为北京，占比为3.2%。总的来看，该时期旅游创新能力与旅游环境效率的耦合协调度较低，二者尚未实现协调有序发展。

到2016年，各省域旅游创新能力与旅游环境效率的耦合协调度较2004年整体提高了22.0%，二者协调发展的状态有所改善。其中，严重失调、轻度失调和优质协调的省域为零，表明该时期耦合协调度空间分布较为均衡和集中。具体来说：濒临失调的省域仅剩4个，包括新疆、青海、西藏和宁夏，占比为12.9%，其中，新疆、青海和宁夏由轻度失调转为濒临失调；勉强协调的省域依然为9个，包括甘肃、山西、内蒙古、黑龙江、吉林、陕西、贵州、云南和海南，占比为29.0%，除甘肃外，其余省域均由濒临协调转化过来；初级协调的省域增至6个，包括湖北、重庆、江西、湖南、广西和河北，占比为19.4%，其中，河北由濒临失调升至初级协调，其余5个省域均由勉强协调升至初级协调；中级协调的省域增至8个，包括辽宁、北京、河南、山东、安徽、福建、天津和四川，占比为25.8%，其中，北京由良好协调降至中级协调，天津的耦合协调度未发生变化，安徽由濒临失调跃至中级协调，辽宁、河南、福建和四川由勉强协调升至中级协调，山东则由初级协调升至中级协调；良好协调的省域增至4个，包括江苏、上海、浙江和广东，占比为12.9%，其中，江苏、浙江和广东由初级协调升至良好协调，上海由中级协调升至良好协调。该时期多数省域旅游创新能力与旅游环境效率的耦合协调发展水平有所提高，但良好协调省域仍较少，优质协调省域依然为零，表明二者还存在较大的发展提升空间。

同时，旅游创新能力与旅游环境效率的耦合协调度具有显著的空间分异和集聚特征，呈现出“东高西低”的空间分布格局，这与中国区域经济的梯度格局基本保持一致。高度耦合协调省域主要集中于东部沿海等经济发展水平较高的地区，其旅游创新能力与旅游环境效率均相对较高，二者共同正向促进耦合协调度增长；低度耦合协调省域主要分布在西部地区和华北部分区域，作为经济相对落后和生态环境脆弱的重叠性区域，受高素质人才匮乏、研发资金不足、旅游创新意识滞后等因素制约，其旅游产出增长伴随着较多的生态环境损失，旅游创新能力与旅游环境效率均相对较低，二者的耦合协调度也较低。

五、结论与对策

(一)结论

基于2004—2016年中国省域面板数据，采用改进的熵值TOPSIS法、非期望产出SBM模型分别对中国除港澳台地区之外的31个省(自治区、直辖市)的旅游创新能力与旅游环境效率进行测度与评价，并运用耦合协调度模型揭示二者的时空耦合协调关系，得出以下结论：(1)旅游创新能力呈逐年上升趋势，年均增长率为5.24%，呈现出“东部>东北>中部>西部”的空间分布格局。其中，旅游创新能力排名前三位的省域为北京、广东和上海，排名最后三位的省域为青海、宁夏和西藏。(2)旅游环境效率整体有待提高，研究期内均值仅为0.570，呈现出“东部>中部>东北>西部”的空间分布格局。其中，旅游环境效率排名前三位的省域为天津、上海和浙江，排名最后三位的省域为宁夏、新疆和青海。(3)旅游创新能力与旅游环境效率的耦合协调度总体呈缓慢上升趋势，二者耦合协调发展状况有所改善，但总体水平不高。同时，旅游创新能力与旅游环境效率的耦合协调度具有显著的空间分异和集聚特征，呈现出“东高西低”的空间分布格局。其中，高度耦合协调省域主要集中于东部沿海等经济发展水平较高的地区，其旅游创新能力与旅游环境效率均相对较高；低度耦合协调省域主要分布在西部地区和华北部分区域，其旅游创新能力与旅游环境效率均相对较低。

(二)对策

在国家创新驱动发展战略和低碳经济发展趋势的推动下，应进一步加大旅游创新投入力度以构建区域创新支撑体系，筑牢低碳旅游发展意识以构建区域协调治理机制，推动科技与产业相融合以增强创新成果效益转化，从而推进旅游业提质增效和低碳绿色发展。

1.加大旅游创新投入力度，构建区域创新支撑体系。各地要注重完善旅游创新政策支持，重视旅游学科建设，有序增加旅游科研资金和人力投入力度，并积极搭建高校师生和旅游企业人员互动平台，为旅游创新活动实施提供智力支撑。其中，东部地区应充分发挥沿海地理优势，对外加强创新信息与技术交流，对内增强知识传递与合作，继续发挥创新引领作用；中部地区和东北地区应充分利用邻近创新实力较强区域的便利条件，推动与东部地区建立技术合作与共享机制；西部地区应加强与其他地区合作构建旅游技术创新联盟，着力改善基础设施环境，以有效吸引旅游创新要素汇集，从而逐步提高独立科研能力。

2.筑牢低碳旅游发展意识，构建区域协调治理机制。推进旅游节能减排是提升旅游环境效率的必然要求，各地应逐步改变传统的资源依赖型发展思维，坚持走集约式、高效型的旅游发展道路，进一步加强低碳发展宣传教育，筑牢低碳旅游发展意识。同时，污染排放具有跨区域流动性，各地要主动打破行政边界限制，积极构建区域协调治理机制，加强政策统筹、技术合作与经验交流。尤其是中西部等经济发展相对滞后的地区应主动借鉴东部地区的先进节能技术和管理经验，优化生产要素的投入产出比，逐步提高旅游企业的经营管理效率和能源利用效率。

3.推动科技与产业相融合，增强创新成果效益转化。科技创新应服务于社会生产和环境保护，因此，各地应重视低碳旅游相关技术研发，积极疏通科技创新成果与市场对接转化的渠道，提高科技创新成果的经济效益和环境效益的转化率和落地率。同时，进一步完善高校、旅游企业和科研机构之间的沟通协调机制，实现产学研深度融合，激发技术创新对旅游业高质、高效发展的促进作用，推动旅游产品优化升级。尤其是创新与环境协同发展程度相对滞后的西部地区更应兼顾经济增长与环境保护的双赢目标，紧扣本地实际鼓励旅游企业实施改革创新，优化旅游创新发展的内外环境，尽可能降低旅游经济发展对生态环境的负面影响，实现旅游经济发展与生态环境保护双赢。