湖北省经济-科技-生态系统耦合协调的时空演化

刘丽娜 邹季康

(湖北师范大学 经济管理与法学院,湖北 黄石435002)

习近平总书记强调,生态环境保护与经济科技发展辩证统一、相辅相成,生态、经济、科技的协调发展可以满足人民日益增长的生态环境需要,也能推动建设更高质量的可持续发展道路[1]。改革开放以来,我国每年因环境问题造成了大约2%-3%的GDP损失[2], 传统高能耗、高污染的粗放型发展方式严重制约了经济的高质量、可持续发展。湖北省作为中部地区的重要省份,力求到2035年,人均生产总值达到中等发达经济体水平,形成与建设成为中部地区崛起重要战略支点。因此,强化科技创新与经济增长、生态环保之间的正向作用,是实现经济高质量、可持续发展和建设美好生活的必然要求。将经济增长、生态环保、科技创新置于综合研究框架内并分析其运行情况,探究湖北省经济-科技-生态三个子系统之间的相互作用,量化三个子系统演化过程中的耦合协调程度,对于实现这一目标有着重要意义。

一、文献综述

随着知识经济的兴起,经济发展与科技创新呈现出相互依存、彼此促进的趋势,科学技术对经济发展的作用日益突显。科技能提高资源的利用效率,还能使经济增长方式由外延式增长转向内涵式增长。由于人们对生态环境的忽视,导致生态环境问题日益严重;而随着社会不断发展进步,人民对于美好生活的向往不再仅限于物质方面。因此,加强生态文明建设,处理好经济科技发展同生态环境的关系,对于可持续发展具有十分重要的意义。

近年来,学界对中国经济-科技-生态之间的相互作用机制进行了大量研究。学者们认为,科技创新主要通过提高全要素生产率[3]等方式,促进经济增长,经济增长则为科技创新提供更多科技资源支撑[4],从而揭示了经济增长与科技创新互动机制。经济增长、科技创新与生态改善的相互作用,主要从经济科技的可持续发展切入,对经济科技发展与生态环境协调发展进行探究。方法上,学者主要采用空间计量模型、动态空间模型分析、广义差分回归分析法、面板数据回归分析等工具分析经济增长与科技创新的相互关系,以及技术进步与科技创新的相互贡献度。还采用灰色预测法、双重差分、半参数空间模型等实证分析,对区域经济、科技发展与环境协调发展的状况进行深入探究。区域方面,多位学者对沿海各地区经济-科技-生态三系统之间的耦合协调发展情况进行了分析。还有学者对重庆市、黄河流域、长三角等城市区域之经济-科技-生态三系统间的耦合协调状况进行了研究。另有学者从整体出发,研究了我国整体区域经济、科技创新能力与生态环境间耦合协调关系及其差异性,既探究总体系统耦合情况的差异,也揭示单一系统的发展态势。

经济-科技-生态三系统协调发展是可持续发展的必然要求。经济子系统为生态子系统和科技子系统提供物质基础,生态子系统增强了经济子系统发展条件,科技子系统对推动经济结构变革升级作用显著,生态子系统与科技子系统之间互相融合与促进,三个子系统形成有机统一、共生互益的综合体。但现有文献多以两系统进行耦合协调研究,少有对三系统进行耦合协调的综合研究,且指标体系比较简单,忽视了空间环境、历史、科技创新能力等因素。基于此,笔者使用耦合协调度模型、Dagum基尼系数及其分解,考察湖北省16市州经济-科技-生态三个子系统耦合协调的时空特征和制约因素,以期提出有益对策建议,促进经济高质量发展。

二、研究方案

(一) 数据来源及指标构建

选取武汉、黄石、宜昌、襄阳等16个市州,展开经济-科技-生态三系统耦合协调的时空演变分析。数据来源于2011-2021年国家统计局、湖北省统计局、湖北省各地级市统计局、中国城市建设统计年鉴等。同时,基于科学性、实用性、完备性的指标体系构建原则,结合湖北省区域地理环境、历史经济定位、科技创新发展能力等因素,借鉴《中国区域科技创新能力评价报告2018》所采用的区域科技创新能力评价体系,并借鉴OECD的压力-状态-响应模型和中国科学院发布的《2010年中国可持续发展战略报告》[5],选取3个一级指标、9个二级指标、19个三级指标,衡量生态、经济、科技创新子系统的综合水平,构建湖北省经济-科技-生态三系统的指标体系(见表1)。

(二)研究方法

首先,采用熵权法对各指标进行赋权,并计算各城市三个子系统的综合得分。进而,采用耦合协调模型测算各城市的经济-科技-生态三系统的耦合协调度,评价湖北省三个子系统的时空协调发展情况。最后,采用Dagum基尼系数及其分解,对三系统耦合协调度的差异及其产生进行分析。

表1 经济-科技-生态三系统评价指标体系

1.数据处理。鉴于各个指标数据间存在量纲与数量级上的差异,需采取极差标准化的方法剔除,使数据具有可比性。式中,i为对应指标,j为对应年份。

(1)

(2)

2.熵权法确立指标权重。为避免权重赋予的主观性,兼顾指标的变异,采用熵权法,对各指标赋予权重。分别计算经济子系统、生态子系统、科技子系统的综合得分。

(3)

(4)

(5)

(6)

f(x)jk、g(x)jk、h(x)jk分别为经济子系统、生态子系统、科技子系统的综合得分。

3.构建耦合协调度模型。此模型根据物理的容量耦合系数模型推导得出[6],用于测量系统内各子系统或各要素间的耦合度与协调度。其中,耦合度是指系统内各子系统或各要素的关联程度,但耦合度无法衡量系统内各子系统协调发展的程度,因此借助耦合协调度来计算系统内各子系统协调发展的程度,即良性的相互作用程度,公式如下:

(7)

n为耦合系统个数;f(x)、g(x)、h(x)分别为经济子系统、生态子系统、科技子系统的综合得分。

4. Dagum基尼系数及其子群分解。 相对于传统基尼系数、泰尔系数等衡量差异的方法,Dagum基尼系数将总体差异分解为地区内差异、地区间差异和超变密度三部分,可更为精准地探究地区差异来源[7]。其计算方法如下:

(8)

G代表整体Dagum基尼系数,u表示各城市群三系统耦合协调度均值,k为城市群个数,yji和yhr分别表示j(h)城市群内各城市的三系统耦合协调度,n代表总体城市个数,nj和nh分别为j(h)组内城市个数,n为省个数,k为区域个数。

在计算Dagum基尼系数前,要先对城市群的三系统耦合协调度平均值进行排序:

ui≤…≤uj≤…≤uk

(9)

将基尼系数G分解为三部分:城市群内差异贡献Gw、城市群间差异净贡献Gnb和超变密度贡献Gt,三者之间满足G=Gw+Gnb+Gt。其中,城市群内基尼系数Gii和Gw、城市群间基尼系数Gij和Gnb以及Gt分别为:

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

λi=ni/n,si=λiμi/μ,Dij=(dij-pij)/(dij+pij)表示i、j两组三系统耦合协调度的相对差异;dij表示i、j两城市群间三系统耦合协调度的差值;pij为超变一阶矩,具体公式如下:

(15)

(16)

三、湖北省经济-科技-生态系统耦合协调的实证分析

(一)三系统耦合协调度类型总体分析

湖北省16市州2010-2020年的耦合协调度,如表2所示。

表2 湖北省各市州经济-科技-生态三系统耦合协调度

图1 2010-2020年湖北省耦合协调均值

从表2及图1可见,2010-2020年间,湖北省整体平均耦合协调度明显上升,整体耦合协调趋势加快。其中,武汉、宜昌两市耦合协调长期处于领先地位,十堰、襄阳、荆门、黄冈长期处于全省平均水平之上,咸宁、随州、潜江、仙桃、鄂州长期处于全省平均水平之下。具体来看,从2015年开始,恩施州耦合协调系数提升较快,耦合趋势良好,至2020年,已升至全省前列。黄石市2013年以前始终处于全省前列,但2012年来,其耦合协调系数上升减缓,导致处于全省平均值之下。总体来看,虽然受疫情影响,2020年湖北省三系统耦合协调度上升趋势放缓,但总体上升趋势未改变。至2020年,除武汉、宜昌、襄阳为中级耦合协调水平外,其他各区域耦合协调度处于初级耦合,有较大提升空间。

为进一步探究各市州耦合协调类型的变化,参考段新等人的做法[8],对耦合协调度的评价标准进行细分,依次分别将其记为Ⅰ—Ⅹ类,具体如表3所示。

表3 经济-科技-生态系统耦合协调度判别标准及分类

根据各市州三系统耦合协调度及表3所分的耦合协调类型,得出湖北省各城市三系统耦合协调度类型,如图2所示。2010-2020年间,湖北省各市州耦合协调度都有不同程度的上升:2020年,武汉、宜昌、恩施、襄阳达到中级耦合协调,十堰、荆门、荆州、黄冈、咸宁、仙桃达到初级耦合协调,黄石、鄂州、孝感、随州、天门及潜江处于勉强耦合协调。

为进一步探究制约耦合协调度提升的因素,再对2020年湖北省经济-科技-生态三系统发展指数进行分析。从图3可以看出,黄石、孝感、鄂州、随州、潜江、天门六市三系统处于“勉强耦合协调”状态。黄石、孝感、随州、潜江经济子系统以及生态子系统得分较低,科技子系统得分较高,耦合协调属于经济、生态滞后型,表明其科技创新转化率偏低,现有的科技创新驱动还未能弥补之前的生态环境“欠账”,导致经济与生态协调受到影响。以黄石市为例,它有较好的工业基础,但粗放的经济发展方式对生态环境造成破坏,阻碍了经济进一步增长。为此,黄石市通过加大科技创新投入,以期能促进产业转型升级及生态改善。虽然其科技创新取得了良好效果,但科技创新转化率低,科技驱动能力仍未能弥补前期高耗能、高污染等粗放式发展带来的问题,导致经济生态发展目前处于转型升级“阵痛期”。

图2 湖北省各市州经济-科技-生态系统协调类型

图3 2020年湖北省市州经济-科技-生态三系统发展指数

(二) 三系统耦合协调演变

为进一步探究各市州三系统协调发展的时间演变,选取2011、2015、2020三年作为节点进行分析。由图4可见,各市州三系统耦合协调度均处于逐年上升态势,这得益于湖北省“一主引领、两翼驱动、全域协同”区域发展布局,“武汉城市圈”、“襄十随”城市群、“宜荆荆恩”城市群三系统耦合协调都得到较大改善。

图4 三年份经济-科技-生态三系统耦合协调度

“武汉城市圈”作为全省内产业和生产要素高度集聚的区域,其三系统耦合协调度最高,且武汉“一城独大”的态势明显,城市圈内三系统耦合整体呈现出“升高-放缓-升高”的趋势。主要在于城市圈内各城市产业结构存在同质化,造成各产业之间的竞争,以至2011至2015年中,部分城市三系统耦合协调度增长放缓。随着“武汉城市圈”基础建设加快,交通同城化、服务同城化建设推进及“1+8”产业分工明确,武汉城市圈内各生产要素自由流动,各地市场进一步融合,产业合作进一步深化,使得城市圈内其他城市能够享受到武汉市知识科技外溢,对于发挥其生态科技功能、减轻各市生态环境压力有着积极意义。

在“宜荆荆恩”城市群中,宜昌市作为三系统耦合度最高的城市,得益于其政策向科技创新型、环境保护型产业倾斜,促进了产业结构的优化,产业竞争力提高,使其摆脱了前期依靠牺牲资源环境换取经济发展的模式。恩施州作为耦合度提升最快的地区,其初期工业基础薄弱,但生态环境优良,自2015年起恩施州科技创新水平快速提升,第一、三产业发展相互促进,带动耦合协调度获得较大改善。2013年前,荆州市与荆门市作为“中部崛起”战略中承接东部“产业转移示范区”,由于承接了一些污染较重的企业,对其生态环境产生较大影响,其耦合协调度呈现反复以至停滞。近年来,两市加大科技创新投资力度,加快工业经济转型升级,以及发展旅游业等现代服务业,使两市三系统耦合度得到较大提高。

“襄十随”城市群中,襄阳市作为三系统耦合度最高的城市,有着良好的产业基础、自然资源等条件,初期发展速度较快,但其产业多偏向于以汽车行业为代表,对于环境保护的不力致使其经历了三系统耦合协调度增长放缓的阶段,呈现“上升-放缓-上升”的态势。十堰市产业结构单一,以汽车制造业为主,科技创新投入不足,没有对产业升级以及生态环境的改善起到良好的推动作用,近年来该市三系统耦合协调度增长放缓。随州市距离武汉较近,随着武汉城市圈内产业升级转型,其承接了一部分产业转移,加快了其经济社会的发展,近年来其三系统耦合度提升加快。

(三)三系统耦合协调度空间差异

城市群作为城市发展最高层次的空间组织形式,其经济-科技-生态耦合协调良性发展有利于打造更高水平的经济增长极。为进一步探究三大城市群三系统耦合协调度空间差异及其来源,现根据湖北省区域发展战略规划,针对“武汉城市圈”、“宜荆荆恩”、“襄随十”三个城市群,以Dagum基尼系数及其子群分解,对2010-2020年间湖北省三系统耦合协调度的地区差异进行分析(见表4)。

表4 湖北省三系统耦合协调度城市群区域差异来源

1.三系统耦合协调度总体空间差异及演变趋势。 总的来看,整体空间差异呈缩小趋势(见图5)。这归因于湖北省贯彻落实从“两圈两带一群”、“一主两副多极”、“一芯驱动、两带支撑、三区协同”到“一主引领、两翼驱动、全域协同”的区域发展布局,始终坚持区域全面协调发展,有力缩小了各地市州三系统耦合协调度的空间差异。

图5 三系统耦合协调度总体Dagum基尼系数

2.三系统耦合协调度城市群内空间差异及演变趋势。从图6可见,至2020年,“武汉城市圈”内三系统耦合协调度差异最大,“宜荆荆恩”城市群内三系统耦合协调度差异最小。具体来看,“武汉城市圈”三系统耦合协调度Dagum基尼系数呈“M”型,由2010年0.266下降至2011年0.136,随后小幅上升至2014年0.148,其后缓慢下降至2020年0.071。表明10余年间,随着湖北省一体化区域发展战略的逐步推进,以及作为“武汉城市圈”的中心城市,武汉经济、生态、科技的外溢效应逐渐显现,圈内三系统耦合协调逐渐均衡。

“宜荆荆恩”城市群内三系统耦合协调度Dagum基尼系数变化分为两个阶段。第一阶段为2010-2014年间,呈“V”型,从2010年0.266降至2011年0.068,随后2012年升至0.282,2014年后降至0.168。第二阶段为2015-2020年,缓慢下降,由2015年0.084逐步下降至2020年0.022。主要原因在于,2010-2014年间,荆州市、荆门市作为承接东部“产业转移示范区”,在承接东部工业企业转移时,生态科技难以满足承接企业的要求,导致生态系统出现较大压力,耦合协调度出现反复以及停滞,城市圈内三系统耦合协调度差异加大。近年来,两市注重高质量可持续发展,加大生态科技投入,2015-2020年间,三系统耦合协调度显著提升。

“襄十随”城市群内三系统耦合协调度Dagum基尼系数演变同样可分为两个阶段。第一阶段为2010-2013年间,呈现出“V”型变化,从2010年0.314降至2011年0.104,随后升至2013年0.153。第二阶段为2014-2020年间,呈现逐步下降趋势,由2014年0.134降至2020年0.049。主要在于考察初期,随州市主导产业与襄阳、十堰高度同质化,大多为高能耗、高污染、低利润产品,导致其在考察初期三系统耦合协调度出现停滞、反复。随着随州市及十堰市开始推行“差异化”、“优质化”、产品细分,2014-2020年间三系统耦合协调度显著提升,地区内差异显著缩小。

图6 三区域内三系统耦合协调度Dagum基尼系数

3.三系统耦合协调度城市群间差异及演变趋势。 图7表示2010-2020年间湖北省三系统耦合协调度三组城市圈之间的空间差异及演变趋势。总体来看,2010-2020年间三组城市圈之间总体差异下降趋势明显,其三系统耦合协调度地区间差异变化趋势接近,表明湖北省“一主引领、两翼驱动、全域协同”的区域发展战略对于各地区三系统耦合协调发展有显著的促进作用。

图7 三区域间三系统耦合协调度Dagum基尼系数

4.三系统耦合协调度空间差异来源。如图8所示,总体来看,湖北省三系统耦合协调度城市群空间差异“来源”中,城市群内差异贡献率比较稳定,保持在38%左右。城市群间差异贡献率呈现“V”型波动,从2011年45.65%降至2014年11.64%,随后回升至2018年30%,保持稳定。超变密度贡献率与城市群间差异贡献率呈现相反趋势,从2011年17.2%升至2015年50.9%,达到最大值,随后降低至2018年30.5%,并保持稳定。综合来看,城市群内差异是湖北省三系统耦合协调度地区差异的主要根源。

图8 三系统耦合协调度Dagum基尼系数贡献率

四、结论及建议

(一)结论

第一,从三系统耦合协调发展的总体类型看,2010-2020年间湖北省16市州经济、科技、生态三子系统评价呈出上升趋势,至2020年各市州均达到耦合协调状态。第二,从三系统耦合协调发展的演变看,2010-2020年,16市州三系统耦合度得到较大提升。其中,武汉、宜昌、恩施等市州,注重经济、科技、生态协调发展,初期协调发展较慢,但上升趋势稳定;黄石、随州等生态滞后型地区,初期发展迅猛,但缺乏对生态环境保护,以及科技创新的转换运用效率低,制约了其耦合协调发展。第三,从三系统耦合协调度区域空间差异及其来源贡献看,三系统耦合协调度总体空间差异持续缩小,城市群内、城市群间差异显著缩小,表明湖北省实施区域协调发展战略成果正逐步显现。湖北省三系统耦合协调度空间差异主要来源于城市群内,城市群间差异以及超变密度也对总体空间差异有一定影响。

(二)建议

1．积极创建适合区域发展的经济增长、生态环保、科技创新模式。随州等经济滞后型地区,应立足资源禀赋,着重发展和承接适合本地区的主导产业。黄石、黄冈等生态滞后型地区,应在加强环境保护、引进生态科技的前提下,加快对传统“高耗能、高污染”企业的改造升级,做到“少污染、多收益”。天门、仙桃等科技滞后型地区,应科技引进与科技研发并举,通过引进适合该地区发展的龙头企业,推动生态科技助力经济发展。

2.加强城市群内协调联动融合。三大城市群应建设成共同协调、可持续发展的高质量区域。持续发挥“武汉城市圈”的主力引擎作用,聚力打造中部制造业基地和科技创新中心,打造中部城市群统一市场高地。发挥“襄十随”城市群资源优势,强化区域分工,积极引进经济、科技力量,协同推进打造新能源汽车产业。加快“宜荆荆恩”城市群传统产业转型升级,依靠地区优势,发展电子信息、生物医药以及特色农产品等新兴产业。

3.立足于新时代湖北省区域协调发展战略,充分发挥三大城市群的比较优势。根据城市群内各城市的资源禀赋和产业特色,明晰各城市圈产业定位、构建科学合理的分工体系,避免产业过度同质化,推进城市群间资源共享与分工合作,推动区域合作平台建设与一体化发展。