高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚度與生態(tài)環(huán)境耦合關(guān)系演化研究

王 婷，王海天

(貴州大學(xué) 管理學(xué)院，貴州 貴陽，550025)

0 引言

高技術(shù)產(chǎn)業(yè)是指國民經(jīng)濟(jì)活動中研究與實驗發(fā)展投入強(qiáng)度相對較高的制造業(yè)[1]。近年來，隨著制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，高技術(shù)產(chǎn)業(yè)已成為中國制造業(yè)發(fā)展重心[2]。為進(jìn)一步增強(qiáng)國際競爭力，必須通過高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚形成規(guī)模效應(yīng)，進(jìn)而帶動我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。相較于傳統(tǒng)制造業(yè)，高技術(shù)產(chǎn)業(yè)對金融外部性和技術(shù)外部性具有更高的依存度，但其對社會資源配置合理化和全要素生產(chǎn)率具有更顯著的正向促進(jìn)作用[3]。

然而，在高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚和生產(chǎn)活動中存在的環(huán)境污染，不僅阻礙了產(chǎn)業(yè)發(fā)展，也給我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略帶來新的矛盾。自黨的十八大以來，我國遵循綠色發(fā)展理念，推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，提出“綠水青山就是金山銀山”，表明生態(tài)環(huán)境和生產(chǎn)力是相輔相成的關(guān)系[4]。在國家政策引導(dǎo)下，如何實現(xiàn)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)永續(xù)發(fā)展亟待解決。因此，正確把握高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境之間的耦合關(guān)系，充分了解兩者之間的互動機(jī)制和耦合協(xié)調(diào)度時空演化趨勢，是解決可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展問題的關(guān)鍵。

1 文獻(xiàn)綜述

目前，對產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境關(guān)系的研究主要聚焦于以下3個方面：

(1)產(chǎn)業(yè)集聚對生態(tài)環(huán)境的作用方向。學(xué)者們通過建立空間杜賓模型、中介效應(yīng)模型、面板門檻模型、系統(tǒng)動力學(xué)模型等方法[5-7]，利用省級或地級市面板數(shù)據(jù)實證分析產(chǎn)業(yè)集聚對生態(tài)環(huán)境的影響。由于側(cè)重點和切入角度不同，現(xiàn)有研究結(jié)論也有所差異。首先，在產(chǎn)業(yè)集聚與外商直接投資、環(huán)境規(guī)制、交通可達(dá)性互動下[8-10]，隨著產(chǎn)業(yè)集聚水平提高，生態(tài)環(huán)境有所惡化。其次，不同類型產(chǎn)業(yè)之間的協(xié)同集聚以及產(chǎn)業(yè)集聚與綠色技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)聯(lián)效應(yīng)均對生態(tài)環(huán)境具有正向影響[11]。此外，不同類型的產(chǎn)業(yè)集聚、旅游產(chǎn)業(yè)、再生資源產(chǎn)業(yè)集聚與生態(tài)環(huán)境之間存在“倒U型”、“倒N型”、“非標(biāo)準(zhǔn)倒U型”等非線性關(guān)系[12-15]。

(2)生態(tài)環(huán)境對產(chǎn)業(yè)集聚的影響。實證分析發(fā)現(xiàn)，自然災(zāi)害對東京地區(qū)產(chǎn)業(yè)空間分布具有持續(xù)性影響[16]。資源型產(chǎn)業(yè)集聚依賴于資源稟賦，例如海洋資源稟賦對海洋第一、第二和第三產(chǎn)業(yè)集聚存在促進(jìn)或限制作用[17]。此外，土地資源配置對產(chǎn)業(yè)集聚多樣化發(fā)展存在影響[18]。

(3)區(qū)域經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展關(guān)系。學(xué)者們主要運(yùn)用定性和定量方法，建立綜合指標(biāo)體系，結(jié)合耦合理論和灰色動態(tài)評價模型，從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)升級和城市化等角度，實證分析經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境承載力的協(xié)調(diào)關(guān)系[19-22]。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，制造業(yè)集聚與環(huán)境污染存在相互作用，并具有空間關(guān)聯(lián)性[23]。

高技術(shù)產(chǎn)業(yè)在經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展過程中得到大力扶持，具有明顯的空間集聚特征[24]?，F(xiàn)有研究成果越來越關(guān)注集聚效應(yīng)對綠色創(chuàng)新效率、經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展效應(yīng)、綠色經(jīng)濟(jì)效應(yīng)等方面的影響[25-26]。高技術(shù)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新系統(tǒng)和生態(tài)效率系統(tǒng)存在一定的協(xié)同性[27]，對經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展具有推動作用。因此，有必要針對高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，研究集聚效應(yīng)與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系。

本文創(chuàng)新之處有以下兩點：首先，現(xiàn)有研究在探究產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系時，從不同視角出發(fā)，建立不同模型，重點關(guān)注兩者之間的單向因果作用。然而，產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境之間不僅僅是單向影響關(guān)系，針對兩個系統(tǒng)內(nèi)在要素間的復(fù)雜互動關(guān)系鮮有研究，缺乏內(nèi)在作用機(jī)制闡述。故本文對產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境內(nèi)在耦合機(jī)理進(jìn)行梳理。其次，現(xiàn)有關(guān)于高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚的實證研究中，大多針對局部區(qū)域綠色經(jīng)濟(jì)效益等問題進(jìn)行檢驗，缺乏對兩者耦合關(guān)系發(fā)展規(guī)律的研究。故本文在前人量化局部區(qū)域產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境之間耦合關(guān)系的基礎(chǔ)上，深入挖掘高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境之間耦合關(guān)系具備的時空演化特征。為此，本文在梳理高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)間耦合機(jī)理的基礎(chǔ)上，繪制系統(tǒng)動力學(xué)因果關(guān)系圖，展現(xiàn)兩系統(tǒng)內(nèi)在要素的相互作用，構(gòu)建高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)評價指標(biāo)，并利用耦合協(xié)調(diào)度模型和空間自相關(guān)方法對2003—2017年我國內(nèi)地30個省份兩者之間的耦合協(xié)調(diào)程度進(jìn)行實證分析，探尋耦合協(xié)調(diào)關(guān)系的時空演化特征，以期為高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)發(fā)展提供理論依據(jù)與實踐參考。

2 高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)耦合機(jī)理

在定量分析高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境的耦合關(guān)系之前，從理論上對高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)間的耦合機(jī)制作簡要說明，如圖1所示。集聚伴隨著規(guī)模效應(yīng)顯現(xiàn)，創(chuàng)造更多經(jīng)濟(jì)效益，技術(shù)和知識溢出效應(yīng)可以改變集聚能力，故高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚系統(tǒng)由集聚規(guī)模、集聚效益和集聚能力綜合表征。參照環(huán)境質(zhì)量評價模型——壓力-狀態(tài)-響應(yīng)模型(PSR模型)，生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)由環(huán)境狀態(tài)、環(huán)境壓力和環(huán)境響應(yīng)綜合表征。高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚會產(chǎn)生正負(fù)外部性，影響環(huán)境資源要素配置，產(chǎn)生環(huán)境污染，人們環(huán)保意識的改變和環(huán)境規(guī)制的實施都會反作用于高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚效果。因此，高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)之間的耦合關(guān)系具有復(fù)雜性和互動性。

圖1 高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)耦合機(jī)理

(1)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚的正外部性有利于生態(tài)環(huán)境改善，生態(tài)環(huán)境改善可為高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚提供更多便利條件。首先，高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚通過技術(shù)溢出效應(yīng)顯著促進(jìn)科技創(chuàng)新水平提高[28]，技術(shù)進(jìn)步驅(qū)動企業(yè)實現(xiàn)清潔生產(chǎn)，減少污染排放，降低生態(tài)環(huán)境壓力。為積極響應(yīng)綠色制造要求，企業(yè)投入更多創(chuàng)新要素，吸引外來企業(yè)進(jìn)入集聚區(qū)共享技術(shù)收益，從而促進(jìn)集聚發(fā)展。其次，產(chǎn)業(yè)集聚在區(qū)域內(nèi)高效利用各類資源，改變傳統(tǒng)要素配置關(guān)系，各產(chǎn)業(yè)間的關(guān)聯(lián)效應(yīng)得以發(fā)揮，勞動生產(chǎn)率得以提高[29]，資源得到合理配置，從而使得高技術(shù)產(chǎn)業(yè)所需的資源要素能夠持續(xù)為集聚發(fā)展提供動力。另外，高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚有利于在區(qū)域內(nèi)匯聚各方技術(shù)型人才，人才集聚加速知識溢出效應(yīng)產(chǎn)生，不僅為科技發(fā)展提供人力保障，也使得人與人之間通過交流碰撞出新思想，增強(qiáng)人們的環(huán)保意識，促使其采取集約化生產(chǎn)方式和綠色生活方式，從根源上預(yù)防生態(tài)環(huán)境破壞，進(jìn)而提升高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚綠色經(jīng)濟(jì)效率，加速產(chǎn)業(yè)集聚進(jìn)程。最后，產(chǎn)業(yè)集聚促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級，離不開國家政策指導(dǎo)，在產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展過程中，為避免環(huán)境污染問題，政府通過環(huán)境規(guī)制實施環(huán)境保護(hù)措施，從而促進(jìn)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展[30]。

(2)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚的負(fù)外部性產(chǎn)生環(huán)境污染問題，生態(tài)環(huán)境平衡被打破，從而抑制產(chǎn)業(yè)集聚可持續(xù)發(fā)展。首先，高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)效益顯著提高，周邊地區(qū)受空間溢出效應(yīng)的影響，加入到同質(zhì)化產(chǎn)品生產(chǎn)隊伍中(楊嶸等，2018)，造成產(chǎn)品過度生產(chǎn)、資源浪費(fèi)現(xiàn)象，過剩產(chǎn)品只能丟棄和焚化處理，從而加大生態(tài)環(huán)境壓力。資源銳減導(dǎo)致企業(yè)無法繼續(xù)生產(chǎn)經(jīng)營，集聚受到負(fù)面影響。其次，在高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚過程中，企業(yè)在區(qū)域內(nèi)相互學(xué)習(xí)并使用先進(jìn)技術(shù)，然而先進(jìn)技術(shù)需要費(fèi)用高昂的污染處理設(shè)備作為載體[31]，生產(chǎn)成本增加導(dǎo)致企業(yè)難以負(fù)擔(dān)費(fèi)用支出，只能采取粗放型生產(chǎn)方式，造成大量污染物排放，破壞生態(tài)環(huán)境，自然條件缺失導(dǎo)致生產(chǎn)經(jīng)營受阻，從而抑制產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展。此外，區(qū)域內(nèi)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)過度集聚會產(chǎn)生擁擠效應(yīng)，為尋求更大的生存空間，企業(yè)會盲目追求短期經(jīng)濟(jì)效益，一方面影響生態(tài)環(huán)境保護(hù)，另一方面影響企業(yè)可持續(xù)發(fā)展，最終導(dǎo)致集聚區(qū)的吸引力下降。最后，高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚程度加大，越來越多的企業(yè)進(jìn)入競爭行列，競爭壓力急劇增加并產(chǎn)生惡性競爭[32]，企業(yè)不得不依靠減少環(huán)保措施、降低成本等手段提高經(jīng)濟(jì)效益，導(dǎo)致生態(tài)承載力超出正常范圍。政府部門采取嚴(yán)格的管控措施，而企業(yè)因無法擔(dān)負(fù)環(huán)境管制的處罰，不得不向環(huán)境規(guī)制較弱的地區(qū)轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致集聚群體趨于解散。

綜上所述，高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境兩個系統(tǒng)間的耦合關(guān)系錯綜復(fù)雜，各系統(tǒng)內(nèi)要素作用機(jī)理可以用系統(tǒng)動力學(xué)的因果關(guān)系圖表示，如圖2所示。高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚既對生態(tài)環(huán)境具有正向作用，又對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)向影響。與此同時，生態(tài)環(huán)境反作用于高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚效果，吸引更多企業(yè)進(jìn)入集聚區(qū)域或迫使企業(yè)退出集聚群體，推力和拉力并存。因此，需要進(jìn)一步定量分析兩者耦合關(guān)系。

圖2 兩系統(tǒng)內(nèi)要素間因果關(guān)系

3 研究方法與數(shù)據(jù)來源

3.1 指標(biāo)體系構(gòu)建

(1)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚指標(biāo)評價系統(tǒng)。產(chǎn)業(yè)集聚測度和評價大多以區(qū)位熵、空間基尼系數(shù)、赫芬達(dá)爾指數(shù)、DO指數(shù)[33-35]等方法從單方面加以衡量，為更全面地評價高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚水平，本文借鑒錢曉英等[36]的研究方法，從高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚規(guī)模、高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚效益和高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚能力3方面構(gòu)建高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚指標(biāo)評價系統(tǒng)。第一，高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚規(guī)模主要由規(guī)模以上企業(yè)單位數(shù)和從業(yè)人員平均數(shù)反映，企業(yè)數(shù)量和人員數(shù)量增加能從側(cè)面體現(xiàn)出產(chǎn)業(yè)集聚規(guī)模擴(kuò)大。第二，高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚效益主要由利潤總額、出口交貨值和新產(chǎn)品銷售收入反映，這3個指標(biāo)數(shù)值增加表明，產(chǎn)業(yè)在形成區(qū)域集聚后能獲得更多經(jīng)濟(jì)效益。第三，高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚能力主要由研究與實驗發(fā)展人員、有效發(fā)明專利數(shù)、研究與實驗發(fā)展經(jīng)費(fèi)支出和投資額反映，研究與實驗發(fā)展人員、有效發(fā)明專利數(shù)和研究與實驗發(fā)展經(jīng)費(fèi)支出增加，有利于高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚產(chǎn)生技術(shù)溢出效應(yīng)，吸引更多企業(yè)加入集聚區(qū)域以學(xué)習(xí)和共享新技術(shù)，投資額增加有利于產(chǎn)業(yè)集聚穩(wěn)定和發(fā)展。綜上所述，高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚指標(biāo)評價系統(tǒng)分為3個準(zhǔn)則層9個指標(biāo)層，如表1所示。

(2)生態(tài)環(huán)境指標(biāo)評價系統(tǒng)。在評價生態(tài)環(huán)境時，已有研究成果大多通過壓力-狀態(tài)-響應(yīng)模型(PSR模型)建立指標(biāo)體系[37-38]。其中，壓力評價指標(biāo)刻畫人類經(jīng)濟(jì)活動對生態(tài)環(huán)境的影響，狀態(tài)指標(biāo)側(cè)重刻畫目前生態(tài)環(huán)境的客觀狀況，響應(yīng)指標(biāo)則刻畫環(huán)境保護(hù)投入力度和生態(tài)修復(fù)方面的治理額度，通過3類指標(biāo)綜合、有效、合理地評價生態(tài)環(huán)境狀況。因此，本文運(yùn)用PSR模型構(gòu)建生態(tài)環(huán)境指標(biāo)評價系統(tǒng)，主要包括以下3個方面：第一，生態(tài)環(huán)境狀態(tài)。生態(tài)環(huán)境狀態(tài)主要由森林覆蓋率、人均水資源量、供水總量和人均公共綠地面積反映，這4個指標(biāo)數(shù)值增加有利于生態(tài)環(huán)境改善。第二，生態(tài)環(huán)境壓力。生態(tài)環(huán)境壓力主要由電力消費(fèi)總量、工業(yè)廢氣中SO2排放量、工業(yè)廢水排放量和工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量反映，電力消費(fèi)總量增加會加大生態(tài)環(huán)境壓力，而工業(yè)廢氣中SO2排放量、工業(yè)廢水排放量和工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量是工業(yè)生產(chǎn)中的主要污染物。第三，生態(tài)環(huán)境響應(yīng)。生態(tài)環(huán)境響應(yīng)主要由治理廢氣本年完成投資、治理固體廢物本年完成投資和治理廢水本年完成投資反映，這3種治理投資額完成量增加說明環(huán)境污染治理力度得到提升。綜上所述，生態(tài)環(huán)境指標(biāo)評價系統(tǒng)分為3個準(zhǔn)則層11個指標(biāo)層，如表2所示。

因上述指標(biāo)具有不同的單位和數(shù)量級，需要取對數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化處理以消除不同量綱的影響。標(biāo)準(zhǔn)化處理計算公式為：

(1)

(2)

為客觀地探討高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的復(fù)雜性，采用變異系數(shù)法確定各指標(biāo)權(quán)重，具體由數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差與算術(shù)平均數(shù)之比計算，具體如式(3)、式(4)：

vj=σj∕μj

(3)

(4)

式中：vj是指標(biāo)j的變異系數(shù)，σj是標(biāo)準(zhǔn)差，μj是算數(shù)平均數(shù)，ωj是第j個指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。最終，各指標(biāo)權(quán)重系數(shù)結(jié)果如表1和表2所示。

最后，通過對系統(tǒng)內(nèi)各要素的作用大小采用加權(quán)方法，反映高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的綜合評價結(jié)果。高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)指標(biāo)評價函數(shù)構(gòu)建如下：

(5)

式中：f(agg)代表高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚系統(tǒng)指標(biāo)評價結(jié)果，g(ee)代表生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)指標(biāo)評價結(jié)果。

3.2 耦合協(xié)調(diào)模型

耦合度描述了兩個或多個系統(tǒng)自身與外部因素之間的相互影響。本文利用耦合度模型描述高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境之間的作用關(guān)系，耦合度公式如下：

Cit=

(6)

式中：Cit表示省份i第t年的耦合度，取值范圍為[0,1]，數(shù)值越大表明耦合程度越高。f(agg)i、g(ee)i分別代表省份i高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境綜合發(fā)展水平，由式(5)計算得到。α為調(diào)節(jié)系數(shù)，一般情況下，2≤α≤5。經(jīng)計算比較，本文取值α=2能提升數(shù)據(jù)區(qū)分度。

然而，耦合度C雖然可以反映高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境兩個系統(tǒng)之間的相似性，但缺乏對整體發(fā)展水平和各要素協(xié)同效應(yīng)的反映。因此，需要進(jìn)一步建立高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度模型，如式(7)、式(8)所示。

Tit=βf(agg)i+γg(ee)i

(7)

(8)

式中：Dit表示省份i第t年的耦合協(xié)調(diào)度，Tit表示省份i第t年的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境綜合協(xié)調(diào)指數(shù)，β表示高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展水平權(quán)重，γ表示生態(tài)環(huán)境發(fā)展水平權(quán)重，兩個系統(tǒng)的貢獻(xiàn)程度應(yīng)該是相同的。因此，取值β=γ=0.5。通過公式可得Dit∈[0,1]，Dit數(shù)值越大，說明高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境相對發(fā)展效率越高，耦合協(xié)調(diào)程度越大。

為深入了解不同區(qū)域耦合協(xié)調(diào)度的特征差異，根據(jù)耦合協(xié)調(diào)度Dit，高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)類型可分為6個等級，如表3所示。

表1 高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚指標(biāo)評價系統(tǒng)

表2 生態(tài)環(huán)境指標(biāo)評價系統(tǒng)

表3 耦合協(xié)調(diào)等級劃分

3.3 空間自相關(guān)模型

空間自相關(guān)方法可以有效檢測耦合協(xié)調(diào)度的空間格局特征，分為全局自相關(guān)和局部空間自相關(guān)。全局空間自相關(guān)模型主要采用Moran指數(shù)進(jìn)行測量，通過計算相鄰省份耦合協(xié)調(diào)度的相似度判斷空間模式。

(9)

局部空間自相關(guān)模型主要采用Getis-Ord Gi*指數(shù)進(jìn)行測量，從而判斷各省份耦合協(xié)調(diào)度的空間差異特征。Getis-Ord局部統(tǒng)計可表示為：

(14)

其中，xj是省份j的耦合協(xié)調(diào)度，ωi,j是省份之間的空間權(quán)重，n為省份總數(shù)。

3.4 數(shù)據(jù)來源

本文選擇樣本為全國內(nèi)地30個省份(因數(shù)據(jù)不全，西藏未納入統(tǒng)計)，觀測期限為2003—2017年。指標(biāo)體系中，20個指標(biāo)原始數(shù)據(jù)主要來自于《中國統(tǒng)計年鑒》、《中國高技術(shù)產(chǎn)業(yè)年鑒》、《中國工業(yè)統(tǒng)計年鑒》和《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》等。

4 高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚與生態(tài)環(huán)境耦合關(guān)系實證結(jié)果

4.1 耦合協(xié)調(diào)度時序演化

利用耦合協(xié)調(diào)度模型，測算2003—2017年我國內(nèi)地30個省份高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度，將其分為全國、東部、中部及西部地區(qū)，對比展示耦合協(xié)調(diào)度時序走勢，如圖3所示。2003—2017年全國及各地區(qū)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境之間的耦合協(xié)調(diào)程度穩(wěn)步提升，其中，東部地區(qū)增幅最小，西部地區(qū)增幅最大，表明近年來我國各地區(qū)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)在區(qū)域集聚發(fā)展過程中越來越注重生態(tài)環(huán)境保護(hù)，在實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級的同時，使用更多清潔生產(chǎn)技術(shù)，減少對生態(tài)環(huán)境的破壞。因東部地區(qū)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展較早，所以生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識也較早出現(xiàn)；西部地區(qū)因經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較為落后，產(chǎn)業(yè)集聚初期可能更多地關(guān)注經(jīng)濟(jì)效益，并未對生態(tài)環(huán)境實施保護(hù)措施，當(dāng)產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展到一定階段，學(xué)習(xí)到更多先進(jìn)技術(shù)和管理經(jīng)驗后，開始向產(chǎn)業(yè)和生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展方向轉(zhuǎn)變。此外，2003年，東部地區(qū)耦合協(xié)調(diào)度為0.696 7，中部地區(qū)(0.674 9)次之，西部地區(qū)最低(0.556 6)。2010年，中部地區(qū)耦合協(xié)調(diào)度為0.749 0，超越東部地區(qū)(0.745 5)，此后一直保持領(lǐng)先優(yōu)勢。2017年，各地區(qū)之間耦合協(xié)調(diào)度差距進(jìn)一步縮小，說明東部地區(qū)一直注重高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境之間的同步協(xié)調(diào)發(fā)展；中部地區(qū)后來居上，在產(chǎn)業(yè)集聚過程中不斷提高綠色制造效率和水平，從而實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境高質(zhì)量發(fā)展；西部地區(qū)逐步擺脫落后的生產(chǎn)技術(shù)，學(xué)習(xí)東中部地區(qū)先進(jìn)經(jīng)驗，在提高產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展水平的同時，保持生態(tài)環(huán)境優(yōu)勢。

圖3 全國及東、中、西部地區(qū)耦合協(xié)調(diào)度隨時間變化趨勢

具體而言，各省(市、自治區(qū))耦合協(xié)調(diào)度存在差異，如圖4所示。2003年，新疆、青海高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境屬于中度失調(diào)，寧夏有輕度失調(diào)現(xiàn)象，內(nèi)蒙古、甘肅、山西和海南只達(dá)到初步協(xié)調(diào)，其余23個省(市、自治區(qū))處于中度協(xié)調(diào)位置。2010年，新疆、甘肅、內(nèi)蒙古、寧夏、山西、海南、廣東的耦合協(xié)調(diào)度進(jìn)一步提高，尤其是廣東達(dá)到了高度協(xié)調(diào)水平，其余23個省(市、自治區(qū))維持在中度協(xié)調(diào)水平。截至2017年，新疆、青海和寧夏耦合協(xié)調(diào)度明顯提升，廣東由高度協(xié)調(diào)水平降為中度協(xié)調(diào)水平，30個省(市、自治區(qū))高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境之間的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系均呈現(xiàn)為中度協(xié)調(diào)?？傮w來看，各省份耦合協(xié)調(diào)度在樣本觀測期內(nèi)得到提升或維持穩(wěn)定，且相互之間的差異不斷縮小。溢出效應(yīng)和模仿效應(yīng)促進(jìn)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展，同時使生態(tài)環(huán)境問題得到妥善解決，兩者同步協(xié)調(diào)發(fā)展水平越來越高。

4.2 耦合協(xié)調(diào)類型演化

為了深入探究全國及各地區(qū)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)程度，依據(jù)表3的耦合協(xié)調(diào)等級劃分規(guī)則，將兩者耦合協(xié)調(diào)度分為3種類型：高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展滯后、高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境同步發(fā)展、生態(tài)環(huán)境發(fā)展滯后，并對2003年、2010年、2017年3個時間點的區(qū)域分布進(jìn)行羅列，如表4所示。一方面，耦合協(xié)調(diào)等級有待提高，全國及東部、中部地區(qū)在觀測期內(nèi)一直處于中度協(xié)調(diào)階段，西部地區(qū)由初步協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)變?yōu)橹卸葏f(xié)調(diào)，說明各地區(qū)仍需重視高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境同步協(xié)調(diào)發(fā)展，盡早達(dá)到高度協(xié)調(diào)等級。另一方面，可以看出3種類型的時間分布存在差異：2003年，全國和中部、西部地區(qū)都是高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展滯后型，東部地區(qū)則是生態(tài)環(huán)境發(fā)展滯后型。此時，全國和中部、西部地區(qū)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展尚在初期階段，生態(tài)環(huán)境還未受到影響，而東部地區(qū)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，更關(guān)注經(jīng)濟(jì)效益而忽略了生態(tài)環(huán)境保護(hù)。2010年，全國及中部地區(qū)呈現(xiàn)出高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境同步發(fā)展態(tài)勢，東部地區(qū)仍是生態(tài)環(huán)境發(fā)展滯后型，西部地區(qū)仍是高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展滯后型。此時，中部地區(qū)借鑒東部地區(qū)發(fā)展經(jīng)驗，在推動高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展的同時,保護(hù)生態(tài)環(huán)境，生態(tài)環(huán)境發(fā)展優(yōu)勢大于高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展優(yōu)勢。東部地區(qū)則因生態(tài)環(huán)境資源有限，保護(hù)措施實施結(jié)果具有時滯性，屬于生態(tài)環(huán)境發(fā)展滯后型。2017年，全國及東、中部地區(qū)耦合協(xié)調(diào)類型一致，高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展水平進(jìn)一步提高，但生態(tài)環(huán)境受創(chuàng)。西部地區(qū)學(xué)習(xí)東中部地區(qū)的先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗，實現(xiàn)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境同步發(fā)展。不難發(fā)現(xiàn)，大部分地區(qū)依次經(jīng)歷了高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展滯后、高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境同步發(fā)展兩種耦合協(xié)調(diào)類型，最終轉(zhuǎn)變?yōu)樯鷳B(tài)環(huán)境發(fā)展滯后型，說明產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展水平容易提高，生態(tài)平衡卻難以保持穩(wěn)定。

圖4 2003年、2010年與2017年各省份耦合協(xié)調(diào)度

表4 各地區(qū)部分年份耦合協(xié)調(diào)情況

4.3 耦合協(xié)調(diào)度空間自相關(guān)特征及演化

4.3.1 全局空間自相關(guān)特征

為了進(jìn)一步挖掘我國高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境之間耦合協(xié)調(diào)度的空間集聚特征，利用莫蘭指數(shù)進(jìn)行全局空間自相關(guān)分析，結(jié)果如表5所示。首先，各年份的莫蘭指數(shù)均大于零，Z值大于1.96，P值小于0.05，表明我國高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境之間的耦合協(xié)調(diào)度存在正向空間自相關(guān)特征，且通過了顯著性檢驗。2003—2017年莫蘭指數(shù)整體上呈波動增長態(tài)勢，表明耦合協(xié)調(diào)度的空間自相關(guān)特征不斷增強(qiáng)，耦合協(xié)調(diào)度相似地區(qū)在空間上并非呈隨機(jī)或離散分布，而是趨于集中分布，即耦合協(xié)調(diào)水平高的地區(qū)，其鄰近區(qū)域的耦合協(xié)調(diào)水平相對較高；耦合協(xié)調(diào)水平低的地區(qū)，其鄰近區(qū)域的耦合協(xié)調(diào)水平也相對較低。高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新并產(chǎn)生知識溢出效應(yīng)，對污染排放產(chǎn)生負(fù)向影響，有利于生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定發(fā)展，產(chǎn)業(yè)集聚與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)關(guān)系可以帶來經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益，吸引周邊地區(qū)企業(yè)學(xué)習(xí)和模仿。耦合協(xié)調(diào)可產(chǎn)生集聚效應(yīng)，高值聚集區(qū)被高耦合協(xié)調(diào)關(guān)系地區(qū)包圍，低值聚集區(qū)被低耦合協(xié)調(diào)關(guān)系地區(qū)包圍，且這種集聚趨勢越來越顯著。但莫蘭指數(shù)只能反映樣本整體耦合協(xié)調(diào)關(guān)系在空間上的分布模式，進(jìn)一步識別各省份聚類或分散的位置和程度，還需進(jìn)行局部自相關(guān)統(tǒng)計。

4.3.2 局部空間自相關(guān)演化

為了有效揭示部分熱點區(qū)域演化趨勢，明確不同研究單元的貢獻(xiàn)，利用熱點分析工具計算高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境之間耦合協(xié)調(diào)度的Getis-Ord Gi*指數(shù)?；贏rcgis軟件中的自動分類，耦合協(xié)調(diào)度的Getis-Ord Gi*指數(shù)值被分為7類，如圖5所示。局部熱點逐漸顯著，形成以華北、華中、華東和西北交界省份為中心的熱區(qū)，即耦合協(xié)調(diào)度高的省份集聚在一起。在觀測期內(nèi)，熱點地區(qū)經(jīng)歷了從沿海向內(nèi)陸遷移的過程。具體而言，2003年，熱點地區(qū)的中心是河南，向外輻射至山東、江蘇，北京、天津、河北、遼寧、上海和湖北的熱點也較為顯著。2010年，陜西加入熱點區(qū)域，但湖北、遼寧的熱點不再顯著，江蘇的熱點顯著性降低。2017年，熱區(qū)中心的顯著性降低，主要熱點區(qū)域為陜西、河南和山東，山西、天津、北京的熱點顯著性較高。由于東部地區(qū)發(fā)揮經(jīng)濟(jì)和技術(shù)優(yōu)勢，帶動中部地區(qū)發(fā)展，西部地區(qū)學(xué)習(xí)借鑒，高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)關(guān)系輻射更多地區(qū)，環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)區(qū)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境同步可持續(xù)發(fā)展已趨于穩(wěn)定，周邊地區(qū)生產(chǎn)要素開始尋找最優(yōu)流動，聚集在主導(dǎo)要素的地理空間，形成區(qū)域耦合協(xié)調(diào)增長極點。

表5 高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度莫蘭指數(shù)

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

本文在分析高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)耦合機(jī)理的基礎(chǔ)上，選取高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)評價指標(biāo)，通過數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理和變異系數(shù)法計算權(quán)重，得到高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)指標(biāo)評價函數(shù)，并構(gòu)建高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度模型，對2003—2017年兩者之間的復(fù)雜耦合協(xié)調(diào)關(guān)系進(jìn)行實證研究，從時間、空間兩個角度分析高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境間的耦合協(xié)調(diào)度發(fā)展規(guī)律，主要結(jié)論如下：

(1)從總體來看，全國高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境之間的耦合協(xié)調(diào)程度穩(wěn)步提升，其中，東部地區(qū)增幅最小，西部地區(qū)增幅最大。具體而言，各省份耦合協(xié)調(diào)度存在差異。截至2017年，30個省份高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境之間的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系均呈現(xiàn)為中度協(xié)調(diào)，省份之間的差異不斷縮小。

(2)將耦合協(xié)調(diào)度劃分為6個等級、3種類型后發(fā)現(xiàn)，一方面，耦合協(xié)調(diào)等級有待提高，全國及東部、中部地區(qū)在觀測期內(nèi)一直處于中度協(xié)調(diào)階段，西部地區(qū)由初步協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)變?yōu)橹卸葏f(xié)調(diào)。另一方面，3種類型的時間分布有所差異，大部分地區(qū)依次經(jīng)歷了高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展滯后、高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境同步發(fā)展兩種耦合協(xié)調(diào)類型，最終走向生態(tài)環(huán)境發(fā)展滯后類型，說明產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展水平容易提高，生態(tài)平衡卻難以保持穩(wěn)定。

(3)在探索耦合協(xié)調(diào)度的空間自相關(guān)特征中，全局空間自相關(guān)指數(shù)整體上呈波動增長態(tài)勢，表明耦合協(xié)調(diào)度的空間自相關(guān)特征不斷凸顯，耦合協(xié)調(diào)度相似地區(qū)在空間上趨于集中分布。局部熱點逐漸明晰，熱點地區(qū)經(jīng)歷了從沿海向內(nèi)陸遷移的過程，最終形成以華北、華中、華東和西北交界省份為中心的熱區(qū)。

5.2 建議

(1)樹立“綠色生產(chǎn)和生態(tài)優(yōu)先協(xié)同發(fā)展”理念，正確把握高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間的關(guān)系，進(jìn)一步提高全國高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)水平。東部地區(qū)需規(guī)避高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚的負(fù)外部性，維持生態(tài)環(huán)境穩(wěn)態(tài)。中部地區(qū)需保持現(xiàn)有耦合協(xié)調(diào)程度，創(chuàng)新驅(qū)動優(yōu)化產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展，堅持生態(tài)環(huán)境保護(hù)。同時，西部地區(qū)需借鑒東中部地區(qū)經(jīng)驗，趨利避害，建立高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)并將生態(tài)環(huán)境優(yōu)化融入高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的全過程。綠色發(fā)展將逐步實現(xiàn)生態(tài)經(jīng)濟(jì)價值，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)和生態(tài)協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。

(2)建立高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚和環(huán)境交互動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，記錄兩者變化狀態(tài)。各地區(qū)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)程度仍有提升空間，為促進(jìn)兩者同步協(xié)調(diào)發(fā)展，需要根據(jù)實際監(jiān)測結(jié)果及時糾偏糾錯。在生態(tài)環(huán)境發(fā)展滯后時，加大生態(tài)環(huán)境保護(hù)力度，利用清潔技術(shù)減少污染排放。在高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展滯后時，依賴生態(tài)環(huán)境優(yōu)勢，加速高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚進(jìn)程。目前，東部和中部地區(qū)在高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚過程中，應(yīng)重點關(guān)注污染排放治理問題，逐步改善生態(tài)環(huán)境發(fā)展滯后的現(xiàn)狀。西部地區(qū)則需注重高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)內(nèi)清潔生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)措施落實，根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)預(yù)警結(jié)果，維持兩者平衡發(fā)展。

圖5 高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度熱點區(qū)域演化

(3)出臺產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境同步發(fā)展的相關(guān)政策，指導(dǎo)耦合失調(diào)區(qū)域引進(jìn)高度協(xié)調(diào)區(qū)域的先進(jìn)理念和技術(shù)，加強(qiáng)相鄰地區(qū)合作與交流，促進(jìn)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)關(guān)系發(fā)展，擴(kuò)大耦合協(xié)調(diào)集聚范圍。借助耦合協(xié)調(diào)度的空間自相關(guān)特征，東部沿海地區(qū)需發(fā)揮自身優(yōu)勢并輻射鄰近省份發(fā)展，帶動更多西部、中部地區(qū)加入到高水平的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)集聚和生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)隊伍中來。