區(qū)域經(jīng)濟-環(huán)境-創(chuàng)新系統(tǒng)協(xié)同演化分析

嚴良　蔣夢婷　熊偉偉

摘要：經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護在生態(tài)文明建設和新發(fā)展理念下能夠?qū)崿F(xiàn)良性循環(huán)，而創(chuàng)新在經(jīng)濟一環(huán)境的協(xié)同過程中也扮演著重要的角色，三者相互作用下可以成為高效協(xié)同系統(tǒng)。基于協(xié)同學理論構建了經(jīng)濟一環(huán)境一創(chuàng)新系統(tǒng)的演化模型，計算得出各子系統(tǒng)的貢獻度及之間的交互效應，并對各區(qū)域系統(tǒng)演化的穩(wěn)定性進行分析。分析發(fā)現(xiàn)中國大部分省份實現(xiàn)了不同層次的協(xié)同，4省有穩(wěn)定的協(xié)同演化方向，10省的演化趨勢是競爭沖突激烈并可能解構成獨立系統(tǒng)，剩余17省則未形成穩(wěn)定演化。

關鍵詞：經(jīng)濟發(fā)展 環(huán)境保護 創(chuàng)新驅(qū)動 協(xié)同演化 復雜系統(tǒng)

一、引言

粗放、資源低效率的發(fā)展方式推進了經(jīng)濟的快速發(fā)展，同時也造成了環(huán)境污染嚴重等一系列生態(tài)環(huán)境問題，經(jīng)濟發(fā)展的質(zhì)量和水平也出現(xiàn)了顯著的下降。隨著人們環(huán)保意識的覺醒和環(huán)境壓力的凸顯，單一重視經(jīng)濟發(fā)展理念逐漸被淘汰，協(xié)調(diào)發(fā)展成為發(fā)展經(jīng)濟和保護環(huán)境所尋求的平衡點。有效的創(chuàng)新能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)境保護和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的訴求，對于經(jīng)濟和環(huán)境組合下的復雜系統(tǒng)下，兩個子系統(tǒng)之間如果存在較強的協(xié)同耦合能力，那么即意味著可以在投入較少的環(huán)境保護提升環(huán)境質(zhì)量的同時也能有效的促進經(jīng)濟的快速發(fā)展，而不至于由于環(huán)境的破壞而導致弱化經(jīng)濟發(fā)展的成效。

當前關于區(qū)域創(chuàng)新能力、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境之間關系的研究已經(jīng)成為一個關注熱點，區(qū)域經(jīng)濟一環(huán)境一創(chuàng)新系統(tǒng)作為一個復雜的自組織系統(tǒng)，各要素之間存在著相互影響和相互作用的關系，整個系統(tǒng)的良性運行能夠促進內(nèi)部各子系統(tǒng)實現(xiàn)進化，反過來又有助于實現(xiàn)整體水平的提升。因此有必要研究中國各區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展、環(huán)境保護以及創(chuàng)新驅(qū)動子系統(tǒng)之間的協(xié)同狀況以及動態(tài)演進過程，以便尋找整體系統(tǒng)優(yōu)化的改進路徑。

二、復合系統(tǒng)的協(xié)同演化構建

經(jīng)濟與環(huán)境是區(qū)域復雜系統(tǒng)中的兩個子系統(tǒng)，同時也存在緊密的關聯(lián)，通過系統(tǒng)內(nèi)和系統(tǒng)間的相互耦合，共同作用于區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。經(jīng)濟發(fā)展推動區(qū)位集聚效應顯現(xiàn)，但也對生態(tài)環(huán)境造成了擠壓，然而同時實現(xiàn)了資源的集約利用和污染集中治理的環(huán)境保護方式。馬麗等指出環(huán)境和經(jīng)濟發(fā)展呈現(xiàn)出此消彼長和相互促進的關系，經(jīng)濟發(fā)展以環(huán)境承載為前提條件。經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護的協(xié)調(diào)發(fā)展能夠保障兩者之間的整體性、綜合性及內(nèi)在的聚合，協(xié)調(diào)發(fā)展對于多系統(tǒng)或要素的綜合發(fā)展具有相當大的益處，不單純是單一系統(tǒng)的片面增長。協(xié)調(diào)發(fā)展的目標是追求整體性的保持，實現(xiàn)有效的全局優(yōu)化和共同繁榮的愿景。目前經(jīng)濟與環(huán)境的協(xié)調(diào)狀況沒有得到根本的改變，在經(jīng)濟發(fā)展的同時沒有實現(xiàn)系統(tǒng)之間的良性關系，穩(wěn)定狀態(tài)尚不能實現(xiàn)。為了有效跳出這一循環(huán)，一方面需要做好經(jīng)濟增長和生態(tài)環(huán)境保護的權衡，一方面需要加強生態(tài)建設和環(huán)境保護，形成低能耗高效率的經(jīng)濟增長。

索洛提出的經(jīng)濟增長模型包含了技術進步的作用，資本投資和技術進步對于推進經(jīng)濟發(fā)展具有重要的意義，而技術進步的創(chuàng)新作用則更為顯著。創(chuàng)新被視為經(jīng)濟增長的重要驅(qū)動要素，能夠提升投入要素的質(zhì)量并促進要素的有效積累。創(chuàng)新驅(qū)動可以在減少對物質(zhì)資源投入的基礎上實現(xiàn)經(jīng)濟增長，創(chuàng)新的綠色技術得到廣泛開展，可以實現(xiàn)綠色生產(chǎn)，為未來經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展提供充足動力，提升經(jīng)濟質(zhì)量和效率。

創(chuàng)新驅(qū)動的效應具有區(qū)域差異和時間差異，不平衡的經(jīng)濟實力和創(chuàng)新水平反而會帶來負作用。創(chuàng)新是經(jīng)濟增長的引擎，環(huán)境創(chuàng)新也能夠提升整個系統(tǒng)的福利，資源環(huán)境約束使得中國經(jīng)濟發(fā)展面臨日益嚴重的瓶頸，技術落后和粗放經(jīng)營進一步加劇，經(jīng)濟與環(huán)境的競爭同時可能會增加創(chuàng)新，這使得創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展的需要極為迫切，但中國創(chuàng)新驅(qū)動的發(fā)展現(xiàn)狀并不令人滿意。因此，學者們不僅將視角關注于經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護，并將技術創(chuàng)新融入兩個子系統(tǒng)的并行中，開展了基于綠色經(jīng)濟的區(qū)域創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)研究，而綠色經(jīng)濟的發(fā)展離不開創(chuàng)新的驅(qū)動，創(chuàng)新能夠拓展綠色經(jīng)濟的增長點，不給環(huán)境造成額外的負擔。

學者們對經(jīng)濟發(fā)展、生態(tài)環(huán)境以及創(chuàng)新驅(qū)動系統(tǒng)的耦合研究做了很多工作，應用耦合模型、計量模型、塞爾指數(shù)、PA-OV模型、動力學模型等對其協(xié)同發(fā)展及演化進行了探究，通過多維度的路徑分析以找出協(xié)同發(fā)展的解決路徑。但是相關研究中單一維度居多，兩維度的相對較少，多維度、系統(tǒng)化研究則非常缺乏，目前主要集中在經(jīng)濟一環(huán)境的協(xié)同耦合方面，很少將創(chuàng)新投入納入其中，耦合的內(nèi)在機理及效用評價涉及不多。基于此，本文利用協(xié)同學的視角，構建了區(qū)域經(jīng)濟一環(huán)境一創(chuàng)新系統(tǒng)的指標體系及演化模型，以研究系統(tǒng)演變對于區(qū)域發(fā)展的作用和貢獻。

三、研究模型及數(shù)據(jù)

（一）研究模型選擇

協(xié)同學最早由H.Haken創(chuàng)立，其突出特點是可以研究系統(tǒng)的相變過程，因而可以較好應用于社會經(jīng)濟等系統(tǒng)中出現(xiàn)的發(fā)展和變化情況。在整個復雜系統(tǒng)中存在很多子系統(tǒng)，各系統(tǒng)自身也存在著自組織運動，而協(xié)同學的非線性思維可以有效地對復雜系統(tǒng)的內(nèi)部關系進行研究，從而為解決整個復雜系統(tǒng)有序演進提供幫助為了構建經(jīng)濟-環(huán)境-創(chuàng)新復雜系統(tǒng)的協(xié)同演化模型，本文借鑒范斐等的文章。首先假定系統(tǒng)演化遵循Logistic規(guī)律，外界投入綜合水平保持不變，則單一子系統(tǒng)的有序度發(fā)展模型為：

對于環(huán)境子系統(tǒng)，除江蘇、福建、湖北、貴州、西藏、陜西和新疆等7省份環(huán)境子系統(tǒng)有所退化外，其余省份的環(huán)境系統(tǒng)均為進化系統(tǒng)，其中環(huán)境子系統(tǒng)對整個系統(tǒng)貢獻最大的為遼寧（4.781），雖然其曾在發(fā)展重工業(yè)的過程中造成了嚴重的環(huán)境開發(fā)和破壞，但是隨著近年來對環(huán)境的重視，環(huán)境質(zhì)量得到了持續(xù)改善，然而這也在很大程度上擠占了遼寧經(jīng)濟發(fā)展和創(chuàng)新能力空間，導致遼寧省經(jīng)濟發(fā)展的系統(tǒng)性貢獻不足，經(jīng)濟發(fā)展能力不斷下降。貢獻最小的則是福建（-1.032），該省雖然也擁有比較豐富的旅游產(chǎn)業(yè)資源，環(huán)境優(yōu)美，但是以環(huán)境換經(jīng)濟驅(qū)動比較嚴重，對于整個系統(tǒng)而言，其正處于不斷退化的過程中，表現(xiàn)難以令人欣喜。

而從創(chuàng)新子系統(tǒng)方面進行分析，可以發(fā)現(xiàn)，當前只有遼寧、上海、江蘇、福建以及陜西等省份創(chuàng)新驅(qū)動自身發(fā)展相對整個系統(tǒng)而言處于下降階段，主要是因為創(chuàng)新配置不夠合理、創(chuàng)新潛力沒有得到充分的挖掘，創(chuàng)新要素投入沒有完全轉(zhuǎn)化為產(chǎn)能等。除了這些省份之外，其他省都能夠合理地發(fā)揮創(chuàng)新子系統(tǒng)對整個復合系統(tǒng)發(fā)展的推動效應，有效落實創(chuàng)新驅(qū)動對于經(jīng)濟發(fā)展或環(huán)境保護的良性貢獻。

廣東省創(chuàng)新環(huán)境建設能夠有效的推進經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護，實現(xiàn)了創(chuàng)新成果的高效轉(zhuǎn)化。西藏、新疆以及吉林三省的環(huán)境保護子系統(tǒng)對經(jīng)濟發(fā)展和創(chuàng)新驅(qū)動亦是共贏關系，環(huán)境優(yōu)化能夠有效的推進區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和創(chuàng)新保障，但其環(huán)境子系統(tǒng)發(fā)展程度卻不高。因此這些區(qū)域需要在保障經(jīng)濟發(fā)展和維持創(chuàng)新水平的基礎上，將生態(tài)環(huán)境作為提升整個系統(tǒng)進入更高水平的工作重點，改善脆弱的生態(tài)環(huán)境。有十個省屬于經(jīng)濟與創(chuàng)新協(xié)同發(fā)展但與環(huán)境保護競爭的狀態(tài)，在經(jīng)濟子系統(tǒng)進化的同時加大了創(chuàng)新研發(fā)的投入和轉(zhuǎn)化，但是區(qū)域環(huán)境發(fā)展空間將受到侵占，這類省份需要將經(jīng)濟發(fā)展的成果適當向環(huán)保建設傾斜。

穩(wěn)定點是整個系統(tǒng)的未來發(fā)展方向，穩(wěn)定點的尋找也為我們進行系統(tǒng)建設、趨利避害實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部優(yōu)化提供了路徑和導向，到達共贏穩(wěn)定點的系統(tǒng)能夠最大程度的相互促進并形成一個對整個社會貢獻最大的組合。并且通過系統(tǒng)優(yōu)化，提升系統(tǒng)活力，還可以推進整個復雜系統(tǒng)進入一個更高級的穩(wěn)定發(fā)展階段。通過對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的分析，可以根據(jù)經(jīng)濟-環(huán)境-創(chuàng)新系統(tǒng)演化結果將中國各省份分為三類：

第一類：協(xié)同共贏。這類區(qū)域在整個復雜系統(tǒng)中，經(jīng)濟、環(huán)境和創(chuàng)新之間具有不對等的競爭影響力，各系統(tǒng)之間既有競爭，同時也存在合作，由此推動各系統(tǒng)發(fā)展從無序到有序。通過表2可知，黑龍江、江西、海南以及甘肅的經(jīng)濟一環(huán)境一創(chuàng)新復合系統(tǒng)具有協(xié)同演化穩(wěn)定解，區(qū)域內(nèi)三個子系統(tǒng)之間的發(fā)展方向是朝著穩(wěn)定點移動，并且在受到不超過閾值的外部擾動下，整個系統(tǒng)將在穩(wěn)定點附近波動并最終回歸到穩(wěn)定點，四個有效的穩(wěn)定點分別為黑龍江（0.224，0.471，0.112）、江西（0.053，0.410，0.035）、海南（0.103，0.282.0.282）、甘肅（0.386，1.114，0.081），而2015年這四個省各子系統(tǒng)的有序度分別為：黑龍江（0.188，0.430，0.158）、江西（0.218，0.409，0.190）、海南（0.097，0.355，0.146）以及甘肅（0.137，0.339，0.132），可以發(fā)現(xiàn)此四個省份的系統(tǒng)有序度與穩(wěn)態(tài)下仍舊有所差距，因此為了讓整個系統(tǒng)能夠達到一個更高的水平，各省份需要在未來的發(fā)展建設過程中抓好主要矛盾，科學規(guī)劃著力點。

第二類：部分競爭替代。如果整個區(qū)域發(fā)展過程中整個復雜系統(tǒng)中只存在競爭關系，那么各個子系統(tǒng)將通過擠占其余空間而實現(xiàn)自身最大化，最終導致的結果就是一個子系統(tǒng)占有全部資源而另外的系統(tǒng)由于沒有生存空間而消亡，在這一發(fā)展趨勢下，當消亡的兩個子系統(tǒng)對幸存子系統(tǒng)存在較強的競爭影響時，就會造成該系統(tǒng)的退步，從而讓三者都無法獲得進化。表3表明中國當前有10個省份存在部分競爭的關系，并且遼寧和湖北均有兩個不同的穩(wěn)定解，整個系統(tǒng)會隨機選擇一個點從而實現(xiàn)系統(tǒng)的動態(tài)平衡過程。天津、山西、遼寧、福建、河南、湖北等省份在當前序參量交互影響下經(jīng)濟發(fā)展將會以犧牲環(huán)境和減少創(chuàng)新建設為代價，從而使環(huán)境和創(chuàng)新發(fā)展的系統(tǒng)空間被完全擠占，此時需要重視環(huán)境和創(chuàng)新的發(fā)展，放緩追求經(jīng)濟績效的腳步。江西、湖北、云南以及陜西等四個省份則會變成經(jīng)濟發(fā)展和創(chuàng)新驅(qū)動不斷下降直至沒有生存空間，而環(huán)境要素將會獨立發(fā)展，此類區(qū)域需要在不造成生態(tài)環(huán)境不可逆損害前提下適度增加經(jīng)濟和創(chuàng)新的投入轉(zhuǎn)化。在保證外部交流一定的情況下，遼寧也有可能走向經(jīng)濟和環(huán)境的有序度為0而創(chuàng)新要素占據(jù)全部成長空間的地步，其需要改革創(chuàng)新轉(zhuǎn)化機制，以經(jīng)濟建設為中心，維持生態(tài)環(huán)境發(fā)展不越紅線。

第三類：混沌狀態(tài)。北京、河北、內(nèi)蒙古等17省份的平衡點不穩(wěn)定則說明這些區(qū)域的平衡點均不是整個復雜系統(tǒng)當前階段下最終發(fā)展方向，該系統(tǒng)尚不能形成有序的發(fā)展結構，僅憑借系統(tǒng)內(nèi)各要素的整合不能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)態(tài)演化結果，而對于復雜系統(tǒng)而言有序發(fā)展才能保證系統(tǒng)存在的合理性，因此應該通過施加足夠的外部投入作用以幫助該復雜系統(tǒng)發(fā)生質(zhì)變，從而實現(xiàn)自組織。而對于此類區(qū)域如何實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定，在此不做討論。

五、結論與討論

研究以復雜系統(tǒng)的協(xié)同學為理論依據(jù)，構建了經(jīng)濟、環(huán)境、創(chuàng)新之間的耦合演化復雜系統(tǒng)，將各子系統(tǒng)的發(fā)展狀況分別作為其對整個系統(tǒng)演化作用的序參量。并據(jù)此計算出各系統(tǒng)的有序度之后，通過粒子群算法對演化模型參數(shù)的求解得出了各省份經(jīng)濟-環(huán)境-創(chuàng)新系統(tǒng)中各子系統(tǒng)自身貢獻及子系統(tǒng)間的交互影響系數(shù)。

研究發(fā)現(xiàn)，該模型能夠有效的刻畫各省份經(jīng)濟—環(huán)境—創(chuàng)新狀況的演化過程，并利用模型對各省份2010-2015年間經(jīng)濟、環(huán)境以及創(chuàng)新三個子系統(tǒng)對復合系統(tǒng)的演化貢獻狀況進行了評價。結果表明各子系統(tǒng)中均有超過三分之二的省份其發(fā)展狀態(tài)為進化系統(tǒng)，并識別了對于整體系統(tǒng)的貢獻而言經(jīng)濟發(fā)展、環(huán)境保護或創(chuàng)新投入處于衰退階段的省份，找出了各研究對象的整體領域建設的薄弱之處，從而為各省份實現(xiàn)系統(tǒng)資源投入優(yōu)化配置提供依據(jù)。且不同省份中各子系統(tǒng)的競爭合作關系各不相同，有過半的省份已經(jīng)在不同層次上實現(xiàn)了系統(tǒng)共贏關系，然而還有小部分省份三者仍舊處于沖突擠占的階段，顯然不利于經(jīng)濟發(fā)展、環(huán)境保護以及創(chuàng)新驅(qū)動的共存。

通過對各省份經(jīng)濟-環(huán)境-創(chuàng)新系統(tǒng)平衡點的穩(wěn)定性判別，找出各區(qū)域的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)趨勢，從而根據(jù)穩(wěn)態(tài)結果將各省份分為部分競爭、協(xié)同共贏以及混沌狀態(tài)三類，各省份需要根據(jù)系統(tǒng)演化趨勢具體問題具體分析，以便找出提升整個系統(tǒng)質(zhì)量的關鍵序參量。

研究中假定外部投入長期保持不變，但顯然在社會發(fā)展的過程中外部要素投入時刻都在變化，因此考慮外部投入要素對于復雜系統(tǒng)的演化，找出外部投入的閾值所在，以實現(xiàn)對外部投入要素的優(yōu)化配置和系統(tǒng)的優(yōu)化整合，是未來研究可以考慮的方向。