生態(tài)效率與科技創(chuàng)新的時(shí)空耦合研究

傅 春 ，王 娟 ，莫寓琪

(南昌大學(xué) a.管理學(xué)院；b.經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院,南昌 330031)

一、引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境遭到了 破壞，大氣污染、水環(huán)境污染和垃圾處理等環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)迫在眉睫。哥倫比亞大學(xué)和美國(guó)耶魯大學(xué)等發(fā)布的《2018全球環(huán)境績(jī)效指數(shù)》顯示：中國(guó)以綜合得分50.74分在180個(gè)國(guó)家中位列第120位[1]。由此可以看出，如何兼顧經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)是中國(guó)實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。1989年Schaltegger 和 Sturm將“生態(tài)效率”的概念定義為經(jīng)濟(jì)價(jià)值增值與環(huán)境價(jià)值增值之比。隨后世界可持續(xù)發(fā)展委員會(huì)(WBCSD)對(duì)生態(tài)效率的概念進(jìn)行了完善與補(bǔ)充：必須以適當(dāng)?shù)膬r(jià)格提供產(chǎn)品或服務(wù)，在滿足人類需求的前提下并確保生活質(zhì)量，同時(shí)逐漸減少產(chǎn)品或服務(wù)的環(huán)境影響[2]。 因此，本研究將利用生態(tài)效率來(lái)衡量經(jīng)濟(jì)發(fā)展的可持續(xù)性。

在生態(tài)效率的測(cè)算方面，國(guó)外研究主要以行業(yè)發(fā)展和企業(yè)經(jīng)營(yíng)為主[3]，較少的涉及到地區(qū)的生態(tài)效率測(cè)算[4]。比如，一些學(xué)者利用原材料的使用量和產(chǎn)量等分析了企業(yè)在不同的生產(chǎn)流程中的生態(tài)效率[5]，還有學(xué)者則從自然、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)三個(gè)層面建立生態(tài)效率評(píng)價(jià)體系[6]。關(guān)于生態(tài)效率的評(píng)價(jià)自從被引入國(guó)內(nèi)以后便成為衡量地區(qū)綠色發(fā)展的重要指標(biāo)。張炳等將工業(yè)“三廢”和二氧化碳分別作為非期望產(chǎn)出和非期望投入，從而測(cè)算生態(tài)效率[7]。鄭德鳳等將非徑向SBM模型與空間數(shù)據(jù)分析法相結(jié)合，得出了研究樣本期間內(nèi)的農(nóng)業(yè)生態(tài)效率[8]。楊勇等則采用隨機(jī)生產(chǎn)函數(shù)的方法對(duì)中國(guó)城市的生態(tài)效率進(jìn)行測(cè)算研究[9]。

在生態(tài)效率的影響因素方面，目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)生態(tài)效率的研究主要集中在生態(tài)效率與城鎮(zhèn)化水平[10]、循環(huán)經(jīng)濟(jì)[11]、資源稟賦[12]、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)[13]、財(cái)政分權(quán)[14]、生態(tài)足跡[15]、二氧化碳排放量[16]、產(chǎn)業(yè)發(fā)展[17]、組織因素[18]等之間的關(guān)系，并有了一些研究成果。近些年國(guó)內(nèi)外越來(lái)越多學(xué)者對(duì)生態(tài)效率展開(kāi)深入研究，一些學(xué)者認(rèn)為科技能夠有效提高能源利用技術(shù)和效率，從而改善對(duì)環(huán)境破壞和污染[19-20]。付麗娜等[21]通過(guò)實(shí)證分析表明技術(shù)進(jìn)步有助于生態(tài)效率的提升，而目前造成生態(tài)效率下降的重要原因是綜合技術(shù)效率與純技術(shù)效率的下降。李華旭等[22]通過(guò)建立綠色發(fā)展評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，以長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶為研究樣本，最終得出科學(xué)技術(shù)水平等對(duì)綠色發(fā)展水平的提升有顯著的正相關(guān)性的結(jié)論。岳鴻飛[23]以中國(guó)工業(yè)2006—2015年的數(shù)據(jù)為樣本，測(cè)算出科技創(chuàng)新對(duì)綠色發(fā)展的貢獻(xiàn)水平。根據(jù)前人的研究成果可以了解到，科技創(chuàng)新是提高經(jīng)濟(jì)發(fā)展質(zhì)量和維護(hù)生態(tài)文明的重要途徑。那么，現(xiàn)如今中國(guó)的科技創(chuàng)新水平與生態(tài)效率是否平衡？這是本文關(guān)注的核心問(wèn)題之一。因此，本研究通過(guò)對(duì)生態(tài)效率和科技創(chuàng)新能力的動(dòng)態(tài)耦合分析探索生態(tài)效率與科技創(chuàng)新能力之間的相互關(guān)系，并通過(guò)GIS技術(shù)對(duì)耦合結(jié)果進(jìn)行可視化處理，讓全國(guó)各個(gè)省市的生態(tài)效率和科技創(chuàng)新能力之間耦合協(xié)調(diào)關(guān)系在時(shí)間和空間的分布上有著清晰的對(duì)比，針對(duì)性的分析省市之間的優(yōu)勢(shì)、不足以及困境，以期為今后的生態(tài)環(huán)保政策和學(xué)術(shù)研究提供重要的理論依據(jù)。

二、研究方法與步驟

生態(tài)效率概念自1990年提出以來(lái)，不同尺度、不同領(lǐng)域的生態(tài)效率就引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛興趣，研究成果豐富[24]。在研究方法上，相關(guān)學(xué)者們常用的測(cè)算方法主要有指標(biāo)體系法[25]、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法[26]、能值分析法[27]、因子分析法[28]及生態(tài)足跡法[29]。參考前人的研究成果，本研究的評(píng)價(jià)步驟如下：

建立生態(tài)效率評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，測(cè)算生態(tài)效率。由于傳統(tǒng)的DEA模型無(wú)法考慮到松弛變量的影響，會(huì)出現(xiàn)存在多個(gè)效率為1的有效DUM的現(xiàn)象，因此本文利用修正松弛變量的Super-SBM模型對(duì)地區(qū)生態(tài)效率進(jìn)行測(cè)算[30-31]。由于生態(tài)效率同時(shí)考慮投入的最小化與產(chǎn)出最大化，因此本研究中使用無(wú)導(dǎo)向模型中的可變規(guī)模報(bào)酬模型測(cè)算生態(tài)效率，其表達(dá)式為：

(1)

式(1)中ρ是目標(biāo)效率值，x、yg和yb分別表示投入變量、期望產(chǎn)出和非期望產(chǎn)出，向量s_、sg和sb分別表示投入松弛量、期望的產(chǎn)出松弛量與非期望產(chǎn)出的松弛量，λ為權(quán)重向量。就特定DUM而言，當(dāng)且僅當(dāng)ρ≥1且s_、sg和sb均為0時(shí)，該DUM為有效；若ρ<1，則說(shuō)明該DUM無(wú)效。

建立科技創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，利用因子分析法獲得各省市科技創(chuàng)新能力綜合得分。因子分析法是一項(xiàng)基于數(shù)據(jù)的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行分析的技術(shù)，對(duì)多個(gè)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理，本質(zhì)是將多個(gè)指標(biāo)歸納為一個(gè)綜合指標(biāo)[32]。在提取公共因子之前，需要釆用KMO和巴特利特球形方法對(duì)樣本進(jìn)行適合度檢驗(yàn)，結(jié)果顯示2008-2017年Bartlett球形檢驗(yàn)的顯著概率均為0，KMO值均大于0.5，因此指標(biāo)數(shù)據(jù)適合作因子分析。然后按照特征值大于1的原則提取出兩個(gè)主因子，兩個(gè)主因子的方差貢獻(xiàn)率分別為49.018%和32.865%，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為81.882%，也就是說(shuō)兩個(gè)因子可以解釋原指標(biāo)信息的81.882%。因此，本研究提取兩個(gè)因子來(lái)評(píng)價(jià)2008-2017年30個(gè)省份科技創(chuàng)新能力。最后，根據(jù)成分得分系數(shù)矩陣可以得到每個(gè)主因子的具體得分，由此可以得出30個(gè)省份2008-2017年創(chuàng)新能力綜合得分。

利用耦合協(xié)調(diào)度函數(shù)，對(duì)生態(tài)效率和科技創(chuàng)新能力進(jìn)行耦合。為了避免數(shù)據(jù)中出現(xiàn)0，本文進(jìn)行如下調(diào)整：

正功效函數(shù)

(2)

負(fù)功效函數(shù)

(3)

根據(jù)物理學(xué)中的容量耦合的概念，創(chuàng)新與生態(tài)效率的耦合度函數(shù)可表示為

(4)

其中Cν為協(xié)調(diào)度，0≤Cν≤1；E表示生態(tài)效率綜合指數(shù)；K表示創(chuàng)新綜合指數(shù)；n為調(diào)節(jié)系數(shù)(n≥2)，本研究中n=2。Cν是正向衡量指標(biāo)，反映創(chuàng)新與生態(tài)發(fā)展的協(xié)調(diào)程度。雖然Cν可以表示生態(tài)效率與創(chuàng)新的協(xié)調(diào)關(guān)系，但Cν可能會(huì)高估生態(tài)效率與科技創(chuàng)新水平的協(xié)調(diào)度，因此本研究采用耦合協(xié)調(diào)度函數(shù)進(jìn)一步判斷生態(tài)效率與科技創(chuàng)新能力的協(xié)調(diào)程度，耦合協(xié)調(diào)度函數(shù)如下：

(5)

T=αE+βK.

(6)

其中H表示協(xié)調(diào)發(fā)展度；T表示生態(tài)效率和創(chuàng)新水平綜合評(píng)價(jià)指數(shù)；α，β表示權(quán)數(shù)。本文認(rèn)為生態(tài)效率與創(chuàng)新同等重要，因此α，β分別取0.5。

三、生態(tài)效率與科技創(chuàng)新評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建與數(shù)據(jù)來(lái)源

(一)生態(tài)效率指標(biāo)體系

構(gòu)建并結(jié)合中國(guó)的實(shí)際情況且在借鑒前人優(yōu)秀成果[33-34]的基礎(chǔ)上，將計(jì)算生態(tài)效率的投入指標(biāo)分為環(huán)境指標(biāo)和資源指標(biāo)，其中環(huán)境指標(biāo)包括廢水排放總量、SO2排放量和工業(yè)固體廢棄物產(chǎn)生量，資源指標(biāo)包括能源消費(fèi)總量、用水總量和建設(shè)用地面積，產(chǎn)出指標(biāo)為地區(qū)GDP，如表1所示。

表1 地區(qū)生態(tài)效率評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

(二)科技創(chuàng)新指標(biāo)體系構(gòu)建

本研究將科技創(chuàng)新能力分為知識(shí)創(chuàng)新能力和技術(shù)創(chuàng)新能力兩個(gè)方面。知識(shí)創(chuàng)新能力包括知識(shí)投入及生產(chǎn)能力和知識(shí)傳播及分配能力，技術(shù)創(chuàng)新能力包括技術(shù)轉(zhuǎn)化及應(yīng)用能力與技術(shù)創(chuàng)新績(jī)效。本研究基于科學(xué)性和系統(tǒng)性的原則，最終選取了16個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)各個(gè)省份的地區(qū)科技創(chuàng)新能力，具體評(píng)價(jià)指標(biāo)如表2所示。

表2 科技創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

(三)研究數(shù)據(jù)來(lái)源

本文研究數(shù)據(jù)主要來(lái)源于《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國(guó)科技統(tǒng)計(jì)年鑒》等，部分缺失數(shù)據(jù)來(lái)源于各省的統(tǒng)計(jì)公報(bào)。出于數(shù)據(jù)的完整性，本研究剔除西藏和港澳臺(tái)地區(qū)，以中國(guó)30個(gè)省份為研究樣本，計(jì)算2008-2017年的生態(tài)效率、科技創(chuàng)新水平和耦合協(xié)調(diào)度。

四、實(shí)證結(jié)果與分析

(一)生態(tài)效率和科技創(chuàng)新能力測(cè)算結(jié)果及分析

中國(guó)30個(gè)省市2008、2013、2017年的生態(tài)效率報(bào)告見(jiàn)表3。效率值一般以1為參考，若效率值小于等于1說(shuō)明生態(tài)效率較低，如果生態(tài)效率值大于1說(shuō)明生態(tài)效率較高。

從生態(tài)效率上來(lái)看，2008—2017年全國(guó)生態(tài)效率整體上逐年增長(zhǎng)緩慢，且平均生態(tài)效率小于1，處于較低水平。地區(qū)發(fā)展不平衡現(xiàn)象明顯，平均生態(tài)效率大于1的省份大多數(shù)位于東部地區(qū)，如北京市和江蘇省，其余位于西部地區(qū)，而中部地區(qū)生態(tài)效率值均小于1。從整體趨勢(shì)來(lái)看，大多省市2008年到2017年生態(tài)效率都有所上升，但是少數(shù)省份包括河北省和內(nèi)蒙古自治區(qū)等十個(gè)省份有所下降。

從科技創(chuàng)新能力上來(lái)看，根據(jù)表3和圖2，中國(guó)的科技創(chuàng)新能力水平空間上呈現(xiàn)出橫向均衡、東高西低逐步減弱的階梯分布的特征。從總體上看，各個(gè)省份的創(chuàng)新能力均有所上升。結(jié)合30個(gè)省份的實(shí)際情況，造成東中西部創(chuàng)新能力差距明顯的原因可能有一下兩點(diǎn)：(1)科技資源分布不均衡，東部地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相較與中西部地區(qū)而言較高，擁有充足的財(cái)力資源與物力資源，更容易吸引高科技人才，因此中西部地區(qū)單單靠自身現(xiàn)有的資源則很難打破目前落后的狀態(tài)，廣西省和海南省從地理位置上看屬于東部地區(qū)，但是經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和科技創(chuàng)新水平均落后與其他東部地區(qū)。(2)東部沿海地區(qū)是最早實(shí)行改革開(kāi)放的，與其他內(nèi)陸城市相比較早的積累了大量的財(cái)富，其獨(dú)特的地理位置有利于當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展和對(duì)外交流，能夠及時(shí)引進(jìn)內(nèi)國(guó)外先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，這將極大地推動(dòng)沿海地區(qū)科技的進(jìn)步。

表3 全國(guó)30省市2008-2017年生態(tài)效率和科技創(chuàng)新情況

(二)耦合協(xié)調(diào)度測(cè)算結(jié)果與分析

1. 耦合協(xié)調(diào)度的等級(jí)劃分。為了詳細(xì)地反映地區(qū)間生態(tài)效率與創(chuàng)新能力的協(xié)調(diào)發(fā)展水平，本研究用協(xié)調(diào)發(fā)展類型來(lái)衡量生態(tài)效率與創(chuàng)新協(xié)調(diào)發(fā)展水平狀況。按照H(協(xié)調(diào)發(fā)展度)的大小，將協(xié)調(diào)類型劃分為協(xié)調(diào)發(fā)展類、勉強(qiáng)協(xié)調(diào)發(fā)展、瀕臨失調(diào)發(fā)展和失調(diào)發(fā)展類4大類。除此之外，根據(jù)生態(tài)效率指數(shù)E和創(chuàng)新能力綜合評(píng)價(jià)指數(shù)K的對(duì)比關(guān)系，將其類型細(xì)分為24個(gè)基本類型，具體區(qū)分如表4所示。

表4 生態(tài)效率與創(chuàng)新協(xié)調(diào)發(fā)展類型分類體系及其判別標(biāo)準(zhǔn)

2. 耦合協(xié)調(diào)度的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析。2008年、2013年與2017年我國(guó)30個(gè)省市生態(tài)效率與創(chuàng)新耦合協(xié)調(diào)度報(bào)告見(jiàn)表5。

表5 2008-2017年我國(guó)30個(gè)省市耦合協(xié)調(diào)度H和K-E結(jié)果

耦合協(xié)調(diào)度的空間靜態(tài)分析：(1)從總體趨勢(shì)來(lái)看，各個(gè)地區(qū)的協(xié)調(diào)度基本都是上升的，說(shuō)明科技創(chuàng)新對(duì)生態(tài)保護(hù)的作用越來(lái)越明顯，從空間分布上來(lái)看，和創(chuàng)新能力一樣，耦合度呈現(xiàn)出明顯的東高西低的梯形分布。(2)從各省份的平均得分情況來(lái)看，大部分地區(qū)的得分在0.5～0.6之間，說(shuō)明中國(guó)大部分省市處于勉強(qiáng)協(xié)調(diào)發(fā)展階段。少數(shù)地區(qū)的得分在0.6～0.7之間(中級(jí)協(xié)調(diào)發(fā)展)，且均位于東部地區(qū)。重慶市、貴州省等七個(gè)省市得分在0.4～0.5之間，其中大多數(shù)位于西部地區(qū)。(3)從各省2017年的得分情況來(lái)看，大部分地區(qū)處于0.5～0.6之間(勉強(qiáng)協(xié)調(diào))，山西省等七個(gè)省市得分在0.4～0.5之間(瀕臨失調(diào))，浙江省等四個(gè)地區(qū)在0.6～0.7之間(協(xié)調(diào)發(fā)展類-中級(jí)協(xié)調(diào))，北京市等五個(gè)省市的得分在0.7～0.9之間(協(xié)調(diào)發(fā)展類-良好協(xié)調(diào))?？偠灾袊?guó)生態(tài)效率與創(chuàng)新耦合協(xié)調(diào)度得分呈現(xiàn)出明顯的階梯狀，且地區(qū)發(fā)展不均衡。

耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的時(shí)間動(dòng)態(tài)分析：

(1)從全國(guó)平均水平來(lái)看，中國(guó)2008—2017年|K-E|的值均小于0.1，結(jié)合表5可知(0.5

(2)從各省市2008—2017的平均H值和創(chuàng)新能力與生態(tài)效率之差來(lái)看，天津市和福建省等十個(gè)省份屬于生態(tài)發(fā)展與創(chuàng)新同步型。

(3)從各省2008—2017年的創(chuàng)新能力與生態(tài)效率之差來(lái)看，|K-E|<0.1的省份的數(shù)量有所下降，說(shuō)明發(fā)展的不平衡性越來(lái)越明顯。

(4)東部大部分地區(qū)的K-E>0.1, 屬于生態(tài)發(fā)展滯后型；西部大多數(shù)地區(qū)的K-E<0.1，屬于創(chuàng)新滯后型，例如寧夏省、青海省、甘肅省等；中部地區(qū)屬于過(guò)度地帶，則沒(méi)有明顯特征，河南省、湖北省和山西省屬于生態(tài)發(fā)展滯后型，黑龍江省和江西省則為創(chuàng)新滯后型。整體而言，東部地區(qū)協(xié)調(diào)發(fā)展度普遍高于中西部地區(qū)。隨著科技創(chuàng)新水平的提高，耦合協(xié)調(diào)度也相應(yīng)提高，說(shuō)明科技創(chuàng)新對(duì)于解決經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)之間矛盾問(wèn)題發(fā)揮重要作用。

五、結(jié)論與政策啟示

本研究選取2008-2017年中國(guó)30個(gè)省份的數(shù)據(jù)作為研究樣本，構(gòu)建生態(tài)效率和科技創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)體系，得出各個(gè)省份每年的生態(tài)效率和科技創(chuàng)新能力，并運(yùn)用耦合分析法探究各個(gè)省市生態(tài)與科技創(chuàng)新的耦合關(guān)系，以此探究科技創(chuàng)新與生態(tài)效率的耦合關(guān)系，并得出以下主要結(jié)論：

(1)中國(guó)的生態(tài)效率整體偏低，且中西部地區(qū)明顯落后于東部地區(qū)，地區(qū)發(fā)展不平衡；

(2)從科技創(chuàng)新能力的空間分布來(lái)看，其呈現(xiàn)出東高西低逐步減弱的階梯分布的特征，且各省市發(fā)展差距還在逐漸擴(kuò)大；

(3)中國(guó)目前處于勉強(qiáng)失調(diào)發(fā)展類生態(tài)發(fā)展與創(chuàng)新同步型階段，且整體上呈現(xiàn)東高西低的階梯分布特征。

根據(jù)以上研究結(jié)論，提出對(duì)策建議：

(1)地方政府應(yīng)加強(qiáng)科技投入，促進(jìn)科技投入多元化。第一，僅僅增加R&D投入是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，加大綠色科技的投入才是重中之重。政府通過(guò)制定鼓勵(lì)政策等引導(dǎo)企業(yè)增加綠色R&D的投入，一方面有利于提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，另一方面有利于減少資源消耗與環(huán)境污染。第二，充分利用現(xiàn)有的人力、物力和財(cái)力資源，發(fā)揮市場(chǎng)在資源配置中的作用，從而加速科技成果的轉(zhuǎn)化，促進(jìn)綠色經(jīng)濟(jì)的良性循環(huán)。

(2)加強(qiáng)合作，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。第一，互聯(lián)網(wǎng)在知識(shí)共享的過(guò)程中有著重要作用，互聯(lián)網(wǎng)的普及不僅能夠打通課題的重復(fù)申報(bào)，同時(shí)可以打通科研項(xiàng)目的進(jìn)度與經(jīng)費(fèi)管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)資源的充分共享。第二，應(yīng)結(jié)合中部地區(qū)勞動(dòng)力充足等資源優(yōu)勢(shì)，發(fā)展特色產(chǎn)業(yè)，從而提升經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，加大科技發(fā)展對(duì)生態(tài)效率的推動(dòng)作用。

(3)發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，因地制宜發(fā)展旅游業(yè)等綠色產(chǎn)業(yè)。第一，中西部地區(qū)當(dāng)前存在著科技創(chuàng)新能力匱乏和生態(tài)效率較低的問(wèn)題，因此，應(yīng)該發(fā)揮自身自然資源優(yōu)勢(shì)、大力發(fā)展旅游業(yè)等綠色產(chǎn)業(yè)。第二，西部地區(qū)靠近西亞國(guó)家，加強(qiáng)與西亞等國(guó)家的經(jīng)濟(jì)與科技交流也將有利于西部地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

(4)制定科技人才引進(jìn)計(jì)劃。中西部經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后，很難留住高科技人才，因此，必須制定出相應(yīng)的優(yōu)惠政策和科技人才引進(jìn)計(jì)劃，改善人才外流的情況。