衡阳市科技创新与油茶产业发展的耦合机制研究

朱 捷，孟亚萍，资雅莹，李 维

(1. 衡阳市农业科学院，湖南 衡阳 421101； 2. 耒阳市林业局，湖南 耒阳 421812)

油茶(Camelliaoleifera) 属山茶科(Theaceae)山茶属(Camellia)常绿小乔木，是世界四大木本油料树种之一。我国油茶资源丰富，以湖南、江西、广西、浙江等长江以南省份居多，其栽培历史悠久，现种植面积约为459.2万hm2[1]，占木本食用油料植料总种植面积的80%以上[2]。近年来，中央一号文件多次提出支持木本油料作物发展，扩大油茶种植面积，改造提升油茶低产林。《加快油茶产业发展三年行动方案2023—2025年》的出台，确保到2025年我国油茶种植面积达到600万hm2以上，油茶产能达到200万t。可见，油茶产业的发展得到了国家的高度重视。

经济社会发展初级阶段，产业的发展主要依靠土地、劳动力、资本等生产要素的投入，对科技创新的需求较低。随着社会经济的发展，产业发展对科技创新的需求逐渐增强，科技创新与产业发展的动态耦合度也越来越高[3]。各国学者对科技创新与产业发展的相互关系做了大量的研究。从亚当·斯密(Adam Smith)[4]的劳动分工理论到新经济增长理论，劳动力的概念不只包括劳动者的数量，还包括劳动者的受教育程度和技能水平，劳动者的技术进步能够促进产业发展。劳动者进行科技创新能够创造出新产品，从而改变生产要素的配置比例和结构，形成新的产业部门，促进产业发展。周叔莲等[5]认为科技创新与产业结构调整之间相互影响、相互促进，两者互为条件；从供需方面来看，改变生产要素有利于产业结构的调整和优化。杨礼胜[6]通过建立计量经济模型研究了农业科技创新对农业产业结构调整的作用，深入探讨了两者之间的作用机制。宋德军[7]则认为科技创新与产业发展之间不是简单的关联关系，两者还存在耦合相关性。王念纤[8]构建了科技创新和产业发展之间的耦合评价指标体系，从科技创新实力、产业发展实力两个系统对我国30个省市区进行了评价，同时对两个系统的耦合度、耦合协调度进行了测算。李健等[9]以我国31个省市区为分析样本，构建了区域经济、科技创新和物流产业三个系统耦合评价指标体系，利用预测模型预测了2019—2025年的耦合协调水平。贺心洁[10]构建了绿色金融和产业绿色发展系统耦合评价指标体系，进行了两系统发展水平的测算，对绿色金融与产业绿色发展耦合协调情况的时空演变进行了深入分析。李义华等[11]基于湖南省2010—2021年的数据，构建了数字经济、区域物流以及经济高质量发展测评系统，对三系统的耦合协调度进行测算，建立障碍度模型，诊断影响三系统协调发展的障碍因子。

当前，我国油茶产业结构不断调整升级，逐步从劳动密集型向知识和技术密集型转变，油茶产业发展已由生产要素的投入驱动转向科技创新驱动。利用科技创新为油茶产业发展注入新动力，优化油茶产业结构，实现油茶产业的高质量发展[12-13]。本文以科技创新与油茶产业发展的耦合协调关系为研究目标，在前人的研究基础上，通过构建多层次的评价指标体系，以耦合度和耦合协调度为基础，引入熵权-耦合模型，定量分析衡阳市2012—2021年10年间的科技创新与油茶产业发展的综合发展水平、耦合协调程度及同步性等级，评估衡阳市油茶产业发展的现状，为产业结构优化升级和生产要素的投入力度提供理论支撑，为科技创新与油茶产业发展的深入研究提供参考依据。

1 研究区概况

衡阳市地处华南腹地，地理位置 110°32′16″—113°16′32″E，26°07′05″—27°28′24″N，属亚热带季风性湿润气候区。地形以低山、丘陵为主，处于衡邵干旱走廊。油茶产区常在海拔200 m以下，年平均气温为16～19 ℃，光照时间较长；土壤以红壤、黄壤和紫色土为主，红黄壤土层深厚肥沃，有机质含量丰富[14]。油茶在衡阳已有2 300多年种植历史；衡阳优良的自然条件使其成为油茶最适栽培区，同时也成为全国油茶产业发展示范市、全球油茶核心产区；油茶成为了衡阳市特产以及中国国家地理标志产品[15]。油茶作为衡阳的传统林业产业，一直以来受到社会各界的广泛关注，近些年油茶产业迎来了快速发展时期[16]。截止到2021年，衡阳市已有油茶面积29.26万hm2，年产茶油8.79万t，各项数据均居全国地州市之首。

近年来，衡阳市不断完善“基础研究+合作攻关+成果转化+科技金融+人才支撑”全过程科技创新生态链，在科技创新领域推动落实“人才雁阵”“万雁入衡”行动，加强人才引进力度，提高科技创新投入力度。截止到2022年，衡阳市全社会R&D活动经费投入强度达到1.93%，是2013年的2.8倍。地方财政科技支出占公共财政支出的比例为2.5%。2021年衡阳市本级财政预算油茶专项资金投入就达2.3亿元。高新技术企业总数达到861家，科技型中小企业超过1 000家，高新技术产业增加值增长20%以上[17]。大三湘、神农国油、金昌生物等油茶企业在茶籽剥壳、茶油压榨加工、新产品研发等方面已获得超过300件专利。良好的科技创新环境、高强度的财政投入推动科创平台的建设和高层次人才的流入，逐步实现科技成果转化为现实生产力。

2 材料与方法

2.1 评价指标体系的构建

基于耦合模理论(Coupled-mode theory)，在科技创新与油茶产业发展耦合机制分析的基础上，参考国内外成熟的系统耦合评价指标体系，借鉴已有成果[8，11，18-22]设计衡阳市科技创新和油茶产业发展系统耦合评价指标体系。选择高校、科研院所、政府和企业代表对所设计的指标体系进行专家论证，根据专家意见对指标体系进行修正，形成最终的衡阳市科技创新与油茶产业发展的耦合评价指标体系(表1)。科技创新评价指标体系包括科技创新基础、科技创新投入和科技创新成果三个维度，油茶产业发展评价指标体系包括产业规模、效益、文化和发展四个维度。

表1 衡阳市科技创新系统与油茶产业发展系统耦合评价指标体系Tab.1 The coupling evaluation index system of science and technology innovation system and oil tea industry development system in Hengyang City目标层(权重)一级指标(权重)二级指标二级指标单位正、逆向权重(W)U111规上企业个数个正0.075U11科技创新基础(0.355)U112规上企业有R&D活动的企业数个正0.082U113高新技术企业数量个正0.114U114科技机构数个正0.084U121R&D人员合计人正0.074U12科技创新投入(0.352)U122R&D活动经费支出亿元正0.068U1科技创新(0.500)U123新产品开发项目数项正0.126U124新产品开发经费支出亿元正0.084U131高新技术产品总产值亿元正0.071U132高新技术产品销售收入亿元正0.064U13科技创新成果(0.293)U133新产品销售收入亿元正0.029U134期末有效发明专利数件正0.057U135发表科技论文数篇正0.072

2.2 数据来源与处理

2012—2021年衡阳市10年间的25个指标数据(表2、表3)主要通过以下三条途径获得：(1)统计数据，包括2012—2022年度《衡阳市统计年鉴》《国民经济和社会发展统计公报》《统计月报》和《分析报告》等；(2)政府官网数据，包括衡阳市人民政府、衡阳市统计局、衡阳市林业局、衡阳市科技局等来源；(3)访谈及问卷调查，针对油茶产业文化数据，制作调查问卷，共发放300份，回收283份，其中有效问卷278份。使用SPSSPRO软件对问卷进行可靠性分析，Cronbach’s α系数为0.840，信度可以接受。问卷经同行专家判断设计合理，通过内容效度分析，可以进行后续建模分析。由于本文的主要数据来源于衡阳市统计局，衡阳市2022年度统计年鉴中数据截止于2021年12月31日，且未发表2023年度统计年鉴，由此确定本文研究的时间跨度为2012—2021年。另外，由于研究时间跨度大，部分难以获得的数据则根据访谈调研推断而来，对于缺失数据则按其变化规律经科学计算得出。

表2 衡阳市科技创新系统指标Tab.2 Science and technology innovation system indicators in Hengyang City年度科技创新基础/个科技创新投入科技创新成果规上企业个数规上企业有R&D活动的企业数高新技术企业数量科技机构数R&D人员合计/人R&D活动经费支出/亿元新产品开发项目数/项新产品开发经费支出/亿元高新技术产品总产值/亿元高新技术产品销售收入/亿元新产品销售收入/亿元期末有效发明专利数/件发表科技论文数/篇20121 17088235586 73710.831 00314.101 007.97818.78245.6521012420131 17962239625 05515.2175319.341 170.901 008.60475.662731412014996109236684 96213.9680517.691 004.20859.20254.3541313820159601872701356 84218.0054221.391 119.30950.20507.5071114620169992713341458 36522.6154820.091 402.301 171.00437.231 47215320171 0973243991379 40427.6366425.321 543.301 443.80430.111 46617420181 0225085147910 84433.821 13737.661 490.801 425.30281.861 61915720191 05257954110812 41538.721 35640.361 685.801 520.80279.921 56619220201 27581278214715 47945.762 94959.871 793.201 581.10359.461 63412820211 42586385626116 36954.523 11462.171 988.001 842.7052.821 700129

表3 衡阳市油茶产业发展系统指标Tab.3 Development system indicators of Camellia oleifera industry in Hengyang City年度产业规模产业效益产业文化/%产业发展/%种植总面积/万hm2油茶籽总产量/万 t茶油总产量/万t油茶人均种植面积/hm2茶油总产值/亿元茶油总产值占 GDP 比值/%种植地居民对茶油的饮食使用程度种植地居民对油茶的医用使用程度种植地居民油茶种植意愿度种植地居民对油茶产业发展的认可度油茶企业数量年均增速油茶企业注册资本年均增速20121.64 15.62 1.75 0.023 8.60 0.43 9.52 3.02 41.26 61.38 18.95 10.07 20131.8719.39 2.00 0.02712.00 0.55 10.16 3.06 45.38 65.49 23.51 12.63 20142.10 23.32 2.50 0.030 18.00 0.75 11.23 3.24 53.76 69.74 25.64 29.36 20152.17 17.73 2.70 0.031 26.00 0.99 12.37 3.52 46.75 61.38 11.58 7.28 20162.33 19.29 3.60 0.034 37.00 1.34 15.62 3.69 51.32 69.33 29.61 36.21 20172.5218.97 4.00 0.03850.00 1.71 16.58 3.86 45.36 68.52 23.48 29.13 20182.62 21.43 5.38 0.039 155.60 5.03 17.34 4.15 49.61 65.36 12.57 9.77 20192.79 23.56 5.74 0.041168.60 5.00 18.65 4.62 50.26 66.52 21.43 17.51 20202.78 49.48 6.98 0.042219.17 6.25 20.36 4.85 56.84 70.25 18.65 7.48 20212.93 62.85 8.79 0.044386.70 10.07 26.74 5.67 64.37 72.51 15.32 8.77

2.3 数据分析方法

本研究所有数据均用SPSSPRO软件进行数据分析。

2.3.1 数据无量纲化处理

由于科技创新与油茶产业发展指标的值在数值和单位上的差异大，通过无量纲化处理之后，则可进行比较。又区分为正向数据与负向数据，其计算公式如下：

(1)

(2)

式 (1)(2) 中：Xij代表第i年的第j个指标；Xmax与Xmin分别表示Xij指标的最大值和最小值。本文所选指标均为正向指标，即对发展具有积极推动效应的指标。

2.3.2 指标权重的熵值确定方法

熵值法确定各指标权重，评价结果具有客观性与实用性。因此，本研究适用客观赋权法中的熵值法确定指标权重，减弱主观因素的影响，增加评价结果的客观公正性[18，23]。

(1)计算第i年第j项指标的比重f

(3)

式中：fij表示第i年第j项指标所占的比重，其中m是统计得到的年数，fij取值为[0，1]，从而建立指标数据的比重矩阵F={fij}m*n。

(2)计算指标信息熵值e和信息效用值d

(4)

式中：ej为第j项指标的信息熵值；m是统计得到的年数。

信息效用值：dj=1-ej

(5)

式中：dj为某指标的信息效用值，是1与该指标的信息熵值之间的差值；信息效用值dj越大，指标权重Wj越大。

(3)计算指标的权重W

(6)

式中：Wj表示第j项指标的权重。

就某项指标来说，当Xij的差异越大，e值越小，d值越大，所起的作用就越小；相反，当Xij的差异越小，e值越大，d值就越小，则该指标所起的作用越大。 计算j项指标的权重，首先用公式(3)计算出fij，代表了第i年的第j项指标所占据的比重，然后计算出j的熵值，从而得到j项指标的权重(表1)。

(4)计算各年度的综合得分U

(7)

式中：综合评价值为U；指标个数为n。U越大，评价效果越好；U越小，评价效果越差。本文中用U1表示科技创新综合得分，U2表示油茶产业发展综合得分，取值为[0，1]。最后通过线性加权求和计算两个系统各自的综合发展水平。

2.3.3 构建耦合度及耦合协调度模型

综合协调指数模型是一种常用的评价系统综合发展水平的函数模型，本文讨论两个系统之间耦合系统度，其计算公式如下：

T=αU1+βU2

(8)

式中：T为两大体系的综合协调指数，反映系统的整体水平。α、β为待定系数，且α+β=1。 考虑到两个系统是相互作用的且具有同等重要性，因此假设α、β均取0.5。

耦合度可以反映系统间相互依赖和相互制约程度，表达系统间的协调程度。利用耦合度函数计算系统间的耦合度C[24]，计算公式如下：

(9)

式中：耦合度C值取值范围为[0，1]。C值越小，系统越趋向无序状态，表明系统间耦合性越低；C值越大，表示系统有序程度越高，表明系统间耦合性越高。

(10)

式中：耦合协调度指数为D，取值为[0，1]，主要判断系统间的协调发展程度。D值越接近1表明两个系统的协调性越高，D值越接近0表明两个系统的协调性越低。当D=0时，可以认为两个系统间没有关系；当D=1 时，可认为两个系统间已是绝对协调水平。

目前尚无统一的科技创新与油茶产业发展的协调度水平细分标准，本研究参考前人的研究成果[25]，将耦合协调度等级划分为十级(表4)。

表4 耦合协调度等级划分Tab.4 Coupling coordination level classification耦合状态范围(D)耦合协调等级0～0.1极度失调萌芽>0.1～0.2严重失调>0.2～0.3中度失调磨合>0.3～0.4轻度失调>0.4～0.5濒临失调>0.5～0.6勉强协调稳定>0.6～0.7初级协调>0.7～0.8中级协调高水平耦合>0.8～0.9良好协调>0.9～1.0 优质协调

2.3.4 同步模型

为了更好地研究科技创新与油茶产业发展的相对关系，引入同步模型。通过计算对应年份的两系统的综合发展水平比值，得出综合发展水平指数同步值R，公式如下：

(11)

式中：U1是科技创新综合得分；U2是油茶产业发展综合得分。将R值进行等级划分，更直观地了解两个系统的综合发展水平。本文对所得R值划分为五个等级(表5)[8，18]。

表5 同步性等级表Tab.5 Synchronicity level tableR同步性 0～0.5油茶产业严重滞后型>0.5～0.8油茶产业轻度滞后型>0.8～1.2基本同步型>1.2～1.5科技创新轻度滞后型>1.5～∞ 科技创新严重滞后型

3 结果与分析

3.1 综合发展水平分析

表6和图1分别显示了衡阳市科技创新与油茶产业发展综合指标、耦合协调度数值等情况。U1在研究的前三年出现小幅度波动，从2014年开始呈逐步增长趋势；U2的最小值在研究的起点年份2012年取得，研究区间虽有波动，但整体呈增长趋势。U1从2012—2021年增长了9.9倍，2014年出现短暂的下降，期间R&D活动经费支出和科技创新成果指标均出现明显减少，这也是导致下降的重要原因。自2010年在耒阳召开全国油茶产业发展现场会之后，衡阳市油茶产业迎来了发展机遇期。U2从2012年的0.033 9增长至2021年的0.842 7，增长了23.86倍，但在2015年出现骤降，究其原因在于2015年夏季气温偏低且秋冬季降雨异常多，导致油茶产量低，油茶企业发展速度偏慢。2016年又快速恢复到原发展速度。从总体来看，U1的发展速度稍快于U2，且有接近的趋势。根据衡阳市林业局统计数据显示，由于2022年衡阳市出现异常干旱天气，当年油茶产业面临前所未有的冲击，减产严重，产值大幅度降低，甚至影响了2023年的油茶产量。

图1 衡阳市科技创新与油茶产业发展的综合发展水平Fig.1 Comprehensive development level of science and technology innovation and oil tea industry development in Hengyang City

表6 衡阳市科技创新与油茶产业发展综合指数、耦合协调度数值及等级Tab.6 The comprehensive index, coupling coordination degree and level of science and technollogy innovation and the development of the Camellia oleifera industry in Hengyang City年份U1U2TCD耦合协调等级R同步性等级20120.083 00.033 90.058 50.141 00.090 8极度失调0.408 4油茶产业严重滞后型20130.135 80.124 40.130 10.252 00.181 1严重失调0.916 1基本同步型20140.076 90.287 00.182 00.292 00.230 5中度失调3.732 1科技创新严重滞后型20150.175 30.103 20.139 30.239 80.182 7严重失调0.588 7油茶产业轻度滞后型20160.287 70.383 40.335 60.420 70.375 7轻度失调1.332 6科技创新轻度滞后型20170.395 50.354 30.374 90.426 50.399 9轻度失调0.895 8基本同步型20180.436 60.355 70.396 20.431 80.413 6濒临失调0.814 7基本同步型20190.553 60.466 40.510 00.492 70.501 3勉强协调0.842 5基本同步型20200.768 50.590 00.679 30.559 60.616 5初级协调0.767 7油茶产业轻度滞后型20210.904 80.842 70.873 80.654 80.756 4中级协调0.931 4基本同步型 注:U1为科技创新系统综合得分;U2为油茶产业发展综合得分;T为综合协调指数;C为耦合度指数;D为耦合协调度指数;R为同步值。

3.2 耦合协调度分析

从表6、图2和图3可知，2012—2021年衡阳市科技创新与油茶产业发展系统的耦合度和耦合协调度逐年上升，耦合协调度和同步性等级波动较小，耦合协调度从2012年的极度失调发展到2021年的中级协调，同步性等级也从2012年的油茶产业严重滞后型发展成基本同步型。表明两个系统的协调程度在逐步提高，关联程度逐步加深，并有协调和优质的发展态势。

图2 衡阳市科技创新与油茶产业发展的耦合情况Fig.2 The coupling development of science and technology innovation and the development of Camellia oleifera industry in Hengyang City

图3 衡阳市科技创新与油茶产业发展同步性等级Fig.3 Level of synchronicity between science and technology innovation and the development of Camellia oleifera industry in Hengyang City

从研究的时间序列来看，根据耦合状态及耦合协调等级，可以将衡阳市科技创新与油茶产业发展过程划分为三个阶段。第一个阶段为萌芽阶段，从2012年至2015年，耦合协调度D值从0.090 8上升到0.182 7；2014年D值为0.230 5，耦合协调等级从极度失调发展为中度失调。此时，油茶种植面积从1.64万hm2增加到2.17万hm2，茶油总产值从8.6亿元增加到26.0亿元。油茶产业正处于规模化萌芽阶段，油茶的丰产期一般在8 a左右，新造的油茶林没有达到丰产期，导致该时间段较长。同步值则呈现先升后降的趋势，其R值在2014年出现波峰，科技创新严重滞后于油茶产业发展。此时科技创新R&D活动经费支出和新产品开发经费支出的科技投入明显减少，科技成果转化效率低下。第二个阶段为磨合阶段，从2016年至2018年，耦合协调度D值从0.3757上升到0.4136，耦合协调等级从轻度失调发展为濒临失调。油茶种植面积从2.33万hm2增加到2.62万hm2。随着油茶林不断进入盛果期，茶油总产值从37亿元也增加到155.6亿元。其R值也处于1左右，科技创新与油茶产业发展正处于基本同步型等级。第三个阶段为稳定阶段，从2019年至2021年，耦合协调度D值从0.501 3上升到0.756 4，耦合协调等级从勉强协调发展为中级协调。科技创新投入强度大，新产品开发数量多，大部分油茶林进入丰产期，油茶产业蓬勃发展，科技创新与油茶产业发展呈现出协调发展的趋势；其R值也处于1左右，科技创新与油茶产业发展正处于基本同步型等级。

4 结论与讨论

本文以衡阳市科技创新系统与油茶产业发展系统为研究对象，通过构建耦合发展评价指标体系，利用2012—2021年10年的数据，对科技创新与油茶产业发展的耦合程度进行测算。利用耦合协调等级和同步性等级分析两个系统之间的耦合关系，其结论如下：

(1)2012—2021年，衡阳市科技创新与油茶产业发展系统的综合发展水平指数分别从0.083 0和0.033 9上升至0.904 8和0.842 7，两个系统的综合发展水平整体情况较好，呈持续上升趋势。油茶产业作为衡阳市传统优势产业，发展持续向好；科技创新作为油茶产业发展的驱动因素，是油茶产业发展的前置动力和重要保障。

(2)从科技创新与油茶产业耦合协调发展水平层面分析，两个系统大致可以分为三个发展阶段。耦合协调系数从0.090 8上升至0.756 4，耦合协调等级从极度失调耦合发展到中级协调耦合，但在2015年出现低程度波动。虽未达到优质协调等级，但整体呈交替上升趋势，距离高水平耦合状态还存在一定差距。从同步值可以看出，两个系统基本属于同步发展型，说明衡阳市科技创新与油茶产业发展处于良性耦合状态。

从研究结果来看，首先，衡阳市科技创新与油茶产业发展系统相互作用、相互影响，为加快推进油茶产业发展需要加大各指标的投入力度，各子系统间应相互协调，保持均衡的发展态势，向高水平耦合状态靠拢；其次，油茶产业发展应注重挖掘本土优势资源，科研资源应适当向油茶产业倾斜，建设高端油茶专业科研院所；再次，注重油茶专业人才的培养，加大高层次人才引进力度，增加油茶产业科技创新实力；最后，坚持按照政府引导、市场主导的原则，突出科技创新驱动油茶产业发展，出台促进油茶产业发展的系列政策，为油茶产业高质量发展提供强大动力和政策保障。