区域绿色技术创新与生态经济发展耦合协调时空演化分析——以京津冀地区为例

苑 凯,胡 彪,牛亭云

(1.天津理工大学 管理学院,天津 300384;2.厦门大学 公共事务学院,福建 厦门 361005)

一、引 言

生态经济效率是评价区域经济、社会、生态环境的主要参考指标,成为推动我国生态城市建设及区域经济绿色高质量可持续发展的重要源泉[1]。而将绿色发展理念和创新驱动发展理念相结合的绿色技术创新水平对区域经济生态绿色化高质量增长和发展至关重要[2]。在我国大力推进“3060”双碳目标发展的大背景下,研究两者的耦合协调发展特征,探索两者之间内在协调规律和作用机制对我国区域可持续发展战略的实施及推动“3060”双碳目标的实现将发挥重要作用。

国内外学者对绿色技术创新和生态经济耦合发展的研究主要集中在概念界定、测度方法、影响因素等方面[3-10]。在研究内容上,主要是基于评价指标体系,从两者耦合关系评价、耦合协调空间结构、驱动机制、敏捷治理、耦合作用机理、空间自相关分析等方面对两者关系展开实证研究。在研究方法上多采用非期望产出SBM模型、超效率DEA模型、灰色关联模型、耦合协调度模型、熵值法、Malmquist指数法、障碍因子分析法、数据包络分析法等。从研究对象上看,主要从区域、省域、城市等不同层次以及产业、企业供应链产业链等维度展开研究。

总体来说,国内外学者对绿色技术创新与生态经济耦合关系问题研究成果颇丰,但主要集中在绿色技术创新对生态经济发展的单向关系研究,基于价值共创视角的两者之间双向作用规律、相互关联耦合协调度的动态演变及时空分异特征研究还缺乏进一步分析。以区域为研究对象,基于量化的综合效率视角,对区域绿色技术创新与生态经济发展耦合协调水平之间到底存在怎样的耦合协调关系,以及是否存在空间效应还缺乏一个定量分析。因此,本研究在考虑区域的代表性及地区经济效应的基础上,以京津冀地区为例,综合运用非期望产出的SBM-DEA效率模型,耦合协调度模型及空间模型来对该地区绿色技术创新与生态经济发展进行耦合协调度分析和时空演化分异特征描述,揭示两者发展规律特征与耦合作用机制,为促进区域绿色技术创新和城市生态建设与可持续发展提供政策支持,同时也积极践行国家实施创新驱动可持续发展战略。

二、研究设计

1.耦合协调作用机制

绿色技术创新作为城市生态经济发展的强大引擎,对区域生态经济的发展至关重要。“3060”背景下,通过我国生态文明发展理念的指引,绿色技术创新为社会共识的快速形成及凝聚力的不断增强创造有利条件,进而获得发展机遇与经济基础[11]。两个系统即以彼此发展为中心,又以彼此发展为方向,彼此联动发展实现协同共进与价值共创效应。(见图1)

图1 绿色技术创新与生态经济发展交互耦合作用机制

生态经济系统包括:经济、社会和生态环境3个层面。绿色技术创新推动生态文明建设快速发展,为城市生态经济各子系统提供了新的技术条件和社会环境,促进城市生态经济系统更加完善。首先,从经济层面来说,绿色技术创新凭借其高渗透性属性提高资源的匹配精度、增强市场主体之间信息对称性、信息沟通效率、提高经济子系统的运行与供给效率,增强经济发展的内生动力。其次,在社会子系统层面,绿色技术创新凭借持续迭代优势,提高社会子系统运行效率,不断创造有利条件,为提高城市生态经济发展营造良好的社会氛围。最后,在生态环境子系统层面,绿色技术创新积累了大量创新资源,推动我国“三高”产业实现结构优化转型升级,减少工业“三废”排放量。依靠绿色技术创新成果提高生态环境修复、治理来促进生态环境、经济的健康发展,实现绿色技术创新支撑生态经济绿色健康发展。

2.研究方法

(1)SBM-DEA模型

本文使用KNOR提出的非期望产出SBM模型,该模型既考虑了每个决策单元的不期望输出,又克服了径向和角度输出约束问题,同时又解决了投入、产出变量的松弛性问题,计算结果更加准确科学[12]。

该SBM-DEA模型如下:

(1)

(2)耦合协调度模型

耦合度是两个及以上系统通过受自身和外界的各种相互作用而彼此影响的现象[13]。区域绿色技术创新与生态经济效率耦合协调度测算模型如下:

(2)

式(2)中:区域绿色技术创新与生态经济效率耦合度值C∈[0,1],C值越大,表示两系统之间的共振耦合水平越高,反之则情况相反。

由于耦合度反映系统要素的相似性水平,并不代表绿色技术创新与生态经济效率发展的整体水平及两者的协同效应,进一步构造耦合协调度模型,公式如下:

D=(C*T)1/2,T=αu1+βu2

(3)

式(3)中:D是耦合协调度;T是绿色技术创新与生态经济效率的综合协调指数;α、β分别是绿色技术创新效率和生态经济效率对城市发展的贡献程度,考虑到二者贡献度不分彼此,此处取α=β=0.5 。根据耦合协调度D的大小,参考Li等学者[14]等对耦合协调度等级划分的研究,将绿色技术创新与生态经济效率耦合协调度划分为4个层次:低度、中度、高度和极度耦合协调。

(3)探索性空间数据分析(ESDA)

①全局自相关分析

采用全局空间自相关分析方法对京津冀地区绿色技术创新与生态经济效率发展水平空间集聚情况进行识别,一般采用GlobalMoran’sI系数反映区域单元的集散效应[15]。

(4)

②局部自相关分析

GlobalMoran’sI可能会忽视局部空间异质性,需采用局部自相关指数(LISA),计算公式为:

(5)

(4)空间计量模型

由于存在区域绿色技术扩散与溢出效应,需考虑空间因素,空间计量模型考虑了样本复杂的空间关联性与空间依赖性,常用模型包括(SEM)、(SAR)、(SDM)[16]。

3.评价指标体系的构建与说明

绿色技术创新和生态经济发展相互依存,二者存在交互耦合关系,根据绿色技术创新和生态经济发展交互耦合作用机制及以往研究成果[17-18],构建两者综合测度评价指标体系(见表1、表2)。

表1 绿色技术创新效率综合评价指标体系

表2 生态经济效率综合评价指标体系

其中:工业污染物排放指数利用熵值法将各地区工业废气、废水排出量及固体废物产生量3个污染物排放指标综合计算得出。生活污染物排放指数利用熵值法将各地区生活废水、SO2、生活烟尘排放量、生活垃圾清运量4个指标综合计算所得。环境污染物综合指数的处理是选取单位工业GDP工业废水、废气、SO2、烟粉尘、固体废弃物排放量和产生量5个混合指标,利用熵值法对5个指标赋予不同权重,最终得到一个环境污染物排放综合指数。

4.数据来源

以京津冀地区为研究对象,研究数据来源于2009～2019年《中国统计年鉴》《中国科技统计年鉴》《中国环境统计年鉴》及北京市、天津市和河北省统计年鉴,个别年份缺失数据,利用移动平均法进行补充。

三、实证结果及分析

1.两者综合效率与耦合协调度时序变化分析

根据上述方法及绿色技术创新和生态经济综合评价指标体系,计算得出北京市、天津市、河北省2008～2018年两者综合效率值、耦合度、耦合协调度效率值(分别为图2、图3、图4、图5)。

图2 京津冀地区两者效率、耦合度、协调度趋势图

图3 北京市两者效率、耦合度、协调度趋势图

图4 天津市两者效率、耦合度、协调度趋势图

图5 河北省两者效率、耦合度、协调度趋势图

(1)从图2至图5可以看出:2008～2018年京津冀地区绿色技术创新效率与生态经济效率水平总体上呈现不断上升的态势,两者时序特征表现出正相关关系。年均增长率基本在10%以上,且绿色技术创新增长速度整体优于生态经济效率的增长速度。但是在局部分析中,绿色技术创新与生态经济发展效率的变化又呈现不同的特征,根据测算结果,两者的效率发展可以划分为2个阶段:缓慢发展阶段Ⅰ(2008～2012年)和快速发展阶段Ⅱ(2013～2018年)。在第Ⅰ阶段,绿色技术创新效率和生态经济效率值均较低,生态经济效率增长速度快于绿色技术创新效率的增长速度且生态经济效率整体上要优于绿色技术创新效率。第Ⅱ阶段,2013年生态经济效率呈现下滑态势,持续两年,2015年开始呈现持续增长态势。究其原因,“十二五”时期我国大力发展经济建设,GDP高速增长,自然资源和生态环境保护力度欠佳,造成生态经济效率的下滑。而绿色技术创新效率则是以年均10%以上的速度快速增长。得益于党的十八大提出创新驱动、绿色发展战略,自此绿色技术创新作为两者的结合点迎来了发展“窗口期”。其中,北京在2012年之后绿色技术创新效率逐步高于生态经济效率,表明北京经济高质量发展得益于技术创新的引领作用,且效果显著,天津与河北分别于2013和2015年实现了绿色技术创新效率高于生态经济效率,这是由于积极响应科技创新引领经济、环境生态高质量发展及京津冀一体化协同发展战略所实现的。

(2)2008～2018 年,京津冀地区绿色技术创新与生态经济的耦合协调度呈稳步上升趋势,特别是2012年以后上升趋势更加明显。北京、天津、河北在整个发展历程中呈现相近的时序演变规律。这表明京津冀地区两者之间的相互作用不断得到强化,系统内部协调程度逐渐加强。根据计算结果,将两者耦合协调度的发展演变进程分为 3 个阶段。第1阶段:2008～2011 年京津冀地区绿色技术创新与生态经济发展耦合协调度在 0.4～0.6 之间,处于低度耦合协调阶段,两者缺乏有效的相互支持和促进。第2阶段:2012～2015 年京津冀地区绿色技术创新与生态经济发展耦合协调度在 0.6～0.7 之间,处于中度耦合协调阶段,表明绿色技术创新与生态经济发展尚处于磨合探索阶段,两者在创新环境营造、成果转化和区域生态、社会、环境高质量发展等方面的匹配有待加强。第3阶段:2015～2018 年京津冀地区绿色技术创新与生态经济发展耦合协调度在 0.7～0.8 之间,处于高度耦合协调阶段,两者相互促进的良性耦合协调发展格局已经成型。但目前京津冀地区整体上仍未达到理想的极度耦合协调阶段,说明京津冀地区两者耦合协调发展水平还需进一步提高与加强。

2.两者耦合协调度空间自相关分析

(1)全局空间自相关分析

为进一步探究两者耦合协调度是否存在空间关联性,利用 ArcGIS 和GeoDa 软件对观测指标进行测算,由表3可以看出观察期内,全局Moran’sI均大于0,Z值均大于0.05置信水平的临界值(1.96)。结果表明,京津冀地区绿色技术创新与生态经济发展在空间上呈现正向自相关关系,两者表现出一定的空间集聚分布特征,且2008～2018年京津冀地区全局Moran’sI呈现波动起伏“W”的发展态势,这与当年的政府规划和国家环境政策密切相关。

表3 2008～2018年绿色技术创新与生态经济效率耦合协调度全局Moran’s I

表3揭示了京津冀地区绿色技术创新与生态经济发展耦合协调的整体空间自相关特征,为了进一步探究京津冀地区局部空间关系,需要结合局部自相关指数(LISA)来揭示两者耦合协调度的局部空间异质性。

(2)局部空间自相关分析

选取 2008 年、2013 年和 2018 年3 年截面数据,利用 ArcGIS 和GeoDa 软件获取 LISA 集聚地图(图6),把北京市、天津市、河北省各市绿色技术创新效率与生态经济效率耦合协调的空间集聚类型划分为“高高(HH)-高效型”、“低高(LH)-空心型”、“低低(LL)-低效型”和“高低(HL)-极化型”集聚来测度各地区集聚状态与冷热点分布格局。

图6 2008～2018年京津冀地区绿色技术创新与生态经济发展耦合协调度LISA集聚图

①“高高(HH)-高效型”:由图6可以看出,2008年和2013年位于该区的城市主要有北京、天津,2018年位于该区的主要有北京、天津、张家口、承德、秦皇岛5个地区,较2008年增加了4个。整体来看,该类型区范围逐渐扩大,且增幅明显达到30.77%,空间分布呈现由相对分散到趋于集中的空间分布格局,表明空间集聚状态逐渐显著。该类型区不仅自身绿色技术创新与生态经济耦合协同发展程度较高,而且凭借创新技术扩散效应、创新资源要素流动等强大的空间溢出作用,与省区之间形成“以邻为伴”、彼此促进的联动发展状态,成为地区发展增长极。今后,该类型区应发挥技术扩散和辐射带动作用,肩负起引领京津冀地区绿色技术创新与生态经济耦合协调发展迈入理想的极度耦合协调发展阶段的重任。

②“低高(LH)-空心型”:2008年位于该区的城市主要有唐山、廊坊、保定、邢台4个地区,2013年位于该区的主要有唐山、承德、保定、衡水4个地区,2018年位于该区的主要有唐山、保定、邢台、衡水4个地区,2008～2018年位于该区的城市数量未改变,分布范围相对稳定,该类区域是绿色技术创新与生态经济发展耦合协调度高值区域向低值区域的过渡区,区域绿色技术创新与生态经济协同发展水平较低,受周边协同发展水平高的地区辐射影响较小,又由于周边高效地区的“虹吸效应”,造成严重的“马太效应”。今后,应积极通过转变经济发展模式、构建跨区合作平台共享体制机制、提升自身发展实力。

③“高低(HL)-极化型”:2008年位于该区的城市主要有天津、沧州、张家口,承德、秦皇岛,2013年有石家庄、廊坊、沧州、秦皇岛、张家口,2018年位于该区的主要有石家庄、廊坊、沧州、邯郸4个地区。整体上来看,2008～2018年京津冀地区该类型区范围整体上呈现下降趋势,且在空间变化上该类型区相对不太稳定,呈现相对分散的分布态势。该类型区的绿色技术创新与生态经济发展耦合协调水平较高,同周边地区相比有发展优势,呈现出一定的极化效应。今后,该类型区应积极发挥正向空间溢出效应与辐射作用,带动周边低效区迈入新台阶。

④“低低(LL)-低效型”:2008年位于该区的城市主要有石家庄、衡水、邯郸3个地区,2013年位于该区的主要有邯郸和邢台2个地区,2018年没有地区位于该区,整体来看,2008～2018年该类型区范围呈现下降趋势并趋于消失态势。这表明京津冀地区绿色技术创新与生态经济耦合协调发展水平在逐步提高,南北部差异正逐渐缩小。今后,国家应该进一步加大对该类型区的扶持力度,实现“输血式”与“造血式”补偿的有机结合。积极学习高值区的先进经验与技术,紧抓北京非首都功能疏解历史契机,对接产业梯度转移实现弯道超车。

3.两者耦合协调发展影响因素分析

(1)影响因素选取

京津冀地区生态经济发展与绿色技术创新耦合协调度的空间关联特征明显,需考虑影响因素的空间溢出效应。根据相关研究[19-22]及区域发展条件、资源禀赋不同,选取两系统耦合协调发展的主要影响因素(见表4)。

表4 两系统耦合协调发展影响因素相关变量说明

(2)影响因素结果分析

借助 Stata15 对京津冀地区两者耦合协调度影响因素进行空间面板回归分析,为对空间计量模型进行识别,应采取以下检验步骤。首先,进行LM检验判断,结果显示LM-Lag、LM-Error均在1%的水平上显著,但RobustLM-Error无法通过5%的显著性检验,表明SAR更为适宜。需进一步估计SDM模型,进行Hausman检验判断,统计值为40.059,且在5%的水平上拒绝了存在随机效应的原假设,故选择固定效应模型。最后,进行LR检验和Wald检验,看SDM模型能否进一步退化为(SEM)或者(SAR),如果能够退化,那么采用更具针对性的退化后的模型,若不能退化,那么就采用包容性更强的SDM模型,检验结果显示拒绝原假设,即不能退化。综合以上检验结果,本文选取固定效应下的SDM模型为基准模型,构建邻接空间权重矩阵分别对2008年、2013年和2018年样本的耦合协调度影响因素进行回归分析,详情见表5。

表5 模型检验与空间计量回归结果统计

根据表5统计结果可知:①政府支持力度回归系数显著,空间项系数不显著,说明政府支持力度能够促进本地区耦合协调发展水平的提升,对邻接城市影响不明显。②产业结构高级化回归系数及空间项系数均显著,表明产业结构高级化能促进本地区及邻接地区耦合协调水平的发展,产业结构高级化发展对两系统耦合协调发展存在正向空间溢出效应。③环境规制回归系数显著,空间项系数不显著且为负值,说明环境规制能够促进本地区耦合协调发展水平的提升,对邻接城市影响不确定。④城市信息化水平回归系数显著,且空间项系数显著,说明城市的信息化水平越高,两系统耦合协调发展提升空间越大,且对邻近地区的发展有促进作用。⑤经济发展水平回归系数显著,空间项系数显著,说明经济发展水平较高的城市,人们对绿色、低碳、创新产品的消费需求也会增加,验证了环境库茨涅兹曲线环境偏好论。⑥FDI投资水平回归系数显著,但空间项系数为负,并在5%的置信水平上显著,表明本地区FDI投资水平会抑制邻近地区两者耦合协调度水平的提升。⑦文化教育水平回归系数显著,说明文化教育水平对本地区人力资本投入存在直接促进作用,人力资本积累对两者耦合协调发展内生动力的增强至关重要。此外,空间项系数为正,且系数显著,表明文化教育水平存在明显的正向空间溢出效应。⑧交通便利度回归系数显著,但空间项系数为负,并在5%的置信水平上显著,表明提高人均道路面积对本地区两者耦合协调度有促进作用,但会抑制邻近地区两者耦合协调度水平的提升。原因在于便利的交通可以降低要素流动成本,提高地区间技术合作水平,但也会形成以北京、天津的中心城市对周边地区人才、资金的“虹吸效应”。

(3)稳健性检验

为了保证研究结论的可靠性,需进行如下稳健性检验。空间权重的选择和设定能够决定变量之间的不同空间关系。由于空间邻接权重矩阵假定关系的局限性,没有考虑到地理距离及经济活动的空间关联效应。因此,进一步依据相关研究[23-25],构建地理距离空间权重矩阵、经济距离空间权重矩阵和经济地理嵌套空间权重对基准模型进行重新估计。由于篇幅有限,研究以2018年的样本为基础数据进行基准模型的信度检验。从表6回归结果可以看出:基准模型在3种情形下的回归系数及空间项系数虽然绝对值相比前文有所减少,但显著性和符号与前文结论基本一致。这说明虽然空间权重矩阵的衡量方式有所改变,但同样保持了与前文实证结果相似的结论,表明实证结果具有稳健性。

表6 稳健性检验:改变空间权重

四、结论与建议

研究采用非期望产出SBM模型定量测度京津冀地区2008～2018年的绿色技术创新效率与生态经济发展效率。结果显示:京津冀地区绿色技术创新和生态经济发展水平总体上呈现不断上升的态势,两者时序特征表现出正相关关系。年均增长率基本在10%以上,且绿色技术创新增长速度整体优于生态经济效率的增长速度。这意味着绿色技术创新在促进区域生态经济发展中的作用逐渐加强。

耦合协调模型分析结果显示:2008～2018年绿色技术创新与生态经济发展之间的促进协调作用不断加强,特别是2012年以后上升趋势更加明显。北京、天津、河北在整个发展历程中呈现相近的时序演变规律。表明京津冀地区两者之间的相互作用不断得到强化,系统内部协调程度逐渐加强。这表明两者相互促进的良性耦合协调发展格局已经形成。但目前京津冀地区整体上仍未达到理想的极度耦合协调阶段,说明京津冀地区两者耦合协调发展水平还需进一步提高。

探索性空间数据分析结果表明:京津冀地区绿色技术创新与生态经济发展在空间上呈现正向自相关关系,空间集聚分布特征显著,且2008～2018年京津冀地区全局Moran’sI呈现波动起伏“W”的发展态势。从时空演变格局来看,整体上研究期内京津冀地区两者耦合协调度集聚类型呈现由“低效型大差异”向“高效型小差异”的时空格局演进态势。

应用空间计量模型对两系统耦合协调影响因素回归结果表明:政府支持力度能够促进本地区耦合协调水平的提升,但对邻接城市影响不明显;产业结构高级化水平能促进本地区绿色技术创新与生态经济耦合协调度的提高,且对邻近地区有促进作用;环境规制能够促进本地区两系统耦合协调水平提升,对邻接城市影响不明显;城市信息化水平、经济发展水平、文化教育水平不但对本地区绿色技术创新与生态经济耦合协调度提高有促进作用,而且对邻近地区绿色技术创新与生态经济效率的提高有显著促进作用;FDI投资水平和交通便利度会对本地区两系统耦合协调度提高有促进作用,但对邻近地区两者耦合协调的发展有抑制作用,表现出负向空间溢出效应。

针对京津冀地区绿色技术创新与生态经济发展耦合协调时空演变特征及空间溢出与扩散效应,结合本文的研究结论,提出以下政策建议:

(1)调整产业结构,转变经济发展模式,构建城市绿色低碳发展产业体系。京津冀地区,大部分城市仍是以高耗能、高排放的第二产业为主,这给京津冀城市生态经济的发展增添巨大压力。因此,亟待开发绿色创新技术、开发新型环保产品以及做好绿色低碳发展商业化创新推广。推动传统产业结构升级、开发清洁型能源,扶持战略性新兴产业发展。

(2)开展城市绿色低碳发展试点。探索工业园区绿色低碳管理模式,提高可再生能源消费占比,加快钢铁、建材、有色金属、石化和化工等重点耗能行业绿色化改造,培育一批低碳型企业。紧密结合北京非首都功能疏解和京津冀产业转移两大契机,打破地理分割和行政壁垒,实现“输血式”补偿与“造血式”补偿的有机结合,进一步缩小南北发展差距。

(3)高度重视绿色技术创新与生态经济发展耦合协调的空间相关性和非均衡性特征,充分发挥空间溢出效应。搭建跨地区间绿色技术创新合作平台,鼓励企业与高校、科研院所之间进行技术交流和合作,建立绿色技术创新资源的共享机制,发挥各地区资源禀赋特性和相对发展优势,避免同质化、恶性竞争。建设绿色技术创新与生态经济耦合协调发展增长极,通过高值区乘数效应、溢出与扩散效应,同周边城市发展产生辐射带动作用,化“虹吸效应”为“辐射效应”,积极带动周边落后城市,缩小南北发展差距,提高其追赶效应,进而提升区域整体发展水平。