珠三角地區(qū)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調發(fā)展研究

田立濤,王少劍

中山大學地理科學與規(guī)劃學院 廣東省城市化與地理環(huán)境空間模擬重點實驗室,廣州 510275

進入21世紀以來,中國的經(jīng)濟社會逐漸由高速增長轉變?yōu)楦哔|量發(fā)展階段,亟需強大的科技創(chuàng)新能力與和諧的生態(tài)環(huán)境作為發(fā)展支撐[1]。然而在不同發(fā)展階段和水平條件下,科技創(chuàng)新對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不同的帶動效應,當區(qū)域出現(xiàn)創(chuàng)新動力不足、創(chuàng)新成果轉化率低和產(chǎn)學研脫節(jié)等問題,會嚴重影響科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境之間的良性互動[2—4]。黨的十九大報告明確提出“創(chuàng)新”是高質量發(fā)展的核心地位,“綠色”是高質量發(fā)展的重要保障?？萍紕?chuàng)新能夠提高能源使用效率、減少生態(tài)污染、構建綠色市場,對于實現(xiàn)綠色和諧的生態(tài)環(huán)境具有重要的推動作用；生態(tài)環(huán)境通過提供資源、人才和環(huán)境等條件為科技創(chuàng)新提供強有力的支撐,兩者之間存在相互影響、互為關聯(lián)、交互耦合的復雜關系。因此,如何實現(xiàn)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調發(fā)展,是當前生態(tài)學、地理學、環(huán)境學的研究熱點,對于中國實現(xiàn)高質量發(fā)展和現(xiàn)代化建設具有重要意義。

目前國內外學者關于耦合協(xié)調性的研究主要集中在理論框架[5—6]、影響機制[7—8]、作用類型劃分[9—11]、協(xié)同路徑等領域[12],研究熱點主要關于城市化、經(jīng)濟與生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調[13—15]；旅游經(jīng)濟與環(huán)境的耦合協(xié)調[16—18]；人口、土地、產(chǎn)業(yè)與城市化之間的耦合協(xié)調[19—21]；還有金融創(chuàng)新、城市化、綠色發(fā)展與科技創(chuàng)新的耦合協(xié)調等方面[22—24]。然而關于科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調關系的關注度較低,已有研究主要集中在科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境的單向關系研究。一方面從創(chuàng)新平臺、企業(yè)機構、高校院所等創(chuàng)新主體出發(fā),探究提高技術創(chuàng)新的影響因素,分析如何減少對生態(tài)環(huán)境的影響[25—27]。另一方面,隨著環(huán)境規(guī)制的實施和治理成本的增加,再加上政府通過政策激勵進行合理引導,迫使創(chuàng)新主體提高技術水平和生產(chǎn)效率,從而形成生態(tài)環(huán)境影響科技創(chuàng)新[28—30]。

現(xiàn)階段隨著區(qū)域高質量發(fā)展的提出,部分學者逐步重視科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境的相互作用關系,研究內容主要涉及兩者之間的優(yōu)化作用關系、時空演化規(guī)律,以及科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境內部各要素之間的影響機制研究[31—33]。雖然學界對于科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境之間的關系展開了激烈討論,但是對于二者之間的作用機制的進一步揭示較少,對于不同尺度下兩者之間的耦合協(xié)調關系及時空格局演化實證研究也少有涉及。鑒于現(xiàn)有文獻的研究不足,本文以珠三角9市為例,嘗試揭示科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調機制,構建兩者綜合評價指標體系,使用熵值法和耦合協(xié)調度模型對2007—2018年珠三角地區(qū)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境的面板數(shù)據(jù)進行分析。并借鑒王成等對耦合度類型劃分[11],以及王少劍等對耦合協(xié)調度類型劃分[15],分析珠三角地區(qū)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調關系的時空演化規(guī)律,為珠三角城市群攜手香港和澳門共建粵港澳大灣區(qū)、實現(xiàn)區(qū)域高質量發(fā)展提供參考。

1 研究理論與機制

1.1 生態(tài)創(chuàng)新理論內涵

“生態(tài)創(chuàng)新”也常被稱為“綠色創(chuàng)新”、“環(huán)境創(chuàng)新”、“可持續(xù)創(chuàng)新”等,最早可以追溯到1972年聯(lián)合國提出的可持續(xù)發(fā)展理念。Fussler和James最早提出了“生態(tài)創(chuàng)新”的概念[34],經(jīng)過歐盟生態(tài)創(chuàng)新專題(Measuring eco-innovation簡稱：MEI)、經(jīng)合組織OECD和董穎等組織和學者對定義的豐富和完善[35—37],強調生態(tài)創(chuàng)新不僅包括前端技術方法的創(chuàng)新、中端新產(chǎn)品、新工藝的銷售,還應包括末端的環(huán)境治理,即在強調經(jīng)濟效益的同時,不能忽視生態(tài)環(huán)境效益,因此生態(tài)創(chuàng)新是實現(xiàn)區(qū)域高質量發(fā)展的主要引擎。本文構建珠三角地區(qū)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境的綜合評價指標體系,分析兩者之間的耦合度、協(xié)調發(fā)展水平以及時空格局差異,為區(qū)域高質量發(fā)展提供合理化建議。

1.2 區(qū)域高質量發(fā)展背景下科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調機制

1.2.1區(qū)域高質量發(fā)展背景下科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境的耦合互動機制

區(qū)域政府、高校和企業(yè)等主體通過投入人才、資金和資源等創(chuàng)新要素,加之信息網(wǎng)絡化和交通便捷化,促使創(chuàng)新要素在區(qū)域內進行快速流動和循環(huán),推動科技創(chuàng)新的步伐加快、原有技術和生產(chǎn)模式的革新、從而實現(xiàn)生產(chǎn)效率的提升[4,9]。還有市場的競爭壓力、企業(yè)的成本壓力和顧客的綠色需求等因素都會促進技術的生態(tài)創(chuàng)新,產(chǎn)生新興的技術、產(chǎn)品和管理方法等?？萍紕?chuàng)新能夠推動新能源和潔凈能源的使用和推廣,提高能源使用效率、降低能耗,減少廢棄物和污染物的排放；推動生態(tài)創(chuàng)新產(chǎn)品的應用、以及綠色市場的構建,實現(xiàn)市場和企業(yè)的低碳環(huán)保化轉型,提高市場的準入門檻,減少無序競爭和資源浪費；推動末端環(huán)境治理的有效性和長期性,有效防止環(huán)境的惡化和污染,實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的保護和優(yōu)化[38]。

由于生態(tài)環(huán)境問題的長期性、復雜性和多樣性,政府會實施環(huán)境規(guī)制和一系列政策激勵措施,包括環(huán)境保護的法律法規(guī)、排污費、節(jié)能減排和環(huán)保倡議等政策[39],倒逼企業(yè)轉變傳統(tǒng)生產(chǎn)方式,實現(xiàn)產(chǎn)品技術的升級換代,來維護區(qū)域人地關系的良性平衡。同時,良好的生態(tài)環(huán)境為科技創(chuàng)新提供持續(xù)的資源和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢,有利于促進創(chuàng)新要素的集聚和產(chǎn)業(yè)結構的生態(tài)化轉型,提升科技創(chuàng)新效率和生產(chǎn)力水平。此外,在生態(tài)環(huán)境不斷優(yōu)化的過程中,會對區(qū)域要素稟賦與產(chǎn)業(yè)結構產(chǎn)生影響沖擊,也會增加企業(yè)的競爭壓力和外部成本,區(qū)域通過政策激勵和優(yōu)化資源配置來推動科技創(chuàng)新的發(fā)展[40]。

由此可見,良好的區(qū)域科技創(chuàng)新有利于促進生態(tài)環(huán)境的治理和優(yōu)化,而良好的區(qū)域生態(tài)環(huán)境也會倒逼科技創(chuàng)新的生態(tài)化轉型(圖1),兩者之間相互聯(lián)系、互為影響、耦合互動,共同促進區(qū)域朝著高質量生產(chǎn)、生活、生態(tài)化轉變。

圖1 科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調的理論機制Fig.1 The theoretical mechanism of coupling relationship between technological innovation and ecological environment

1.2.2區(qū)域高質量發(fā)展背景下科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調發(fā)展機制

雖然區(qū)域高質量發(fā)展要求科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境之間進行良性互動,但是不能忽視區(qū)域兩系統(tǒng)協(xié)調發(fā)展水平的時空差異。一方面,區(qū)域科技創(chuàng)新是一個長期漫長的過程,對生態(tài)環(huán)境的影響不能“一針見血,立見療效”,因此會呈現(xiàn)單一系統(tǒng)存在滯后性的特征；另一方面,生態(tài)環(huán)境需要長期的修復和保護,也會受到快速城鎮(zhèn)化、人口激增等影響,因此區(qū)域科技創(chuàng)新和生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調水平具有一定的時空格局差異,探究兩系統(tǒng)的協(xié)調發(fā)展類型有助于區(qū)域實現(xiàn)由低水平到高級協(xié)調水平的發(fā)展轉變。同時,區(qū)域應該重視和關注兩系統(tǒng)存在顯著差異的成因及影響,避免兩者相互制約、阻礙產(chǎn)業(yè)結構調整優(yōu)化、綠色市場構建發(fā)展、生活環(huán)境改善和自然環(huán)境修復等問題的出現(xiàn),保證區(qū)域朝著高質量協(xié)調方向發(fā)展。

2 研究區(qū)域和模型方法

2.1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源

2.1.1研究區(qū)域

本文中的珠三角地區(qū)包括廣州、深圳、珠海、佛山、東莞、中山、江門、惠州、肇慶9個地級市,是建設粵港澳大灣區(qū)的重要組成部分。2019年2月,中共中央、國務院印發(fā)了《粵港澳大灣區(qū)發(fā)展規(guī)劃綱要》中,明確提出將粵港澳大灣區(qū)建設成為國際科技創(chuàng)新中心和宜居宜業(yè)宜游的優(yōu)質生活圈,就要求珠三角地區(qū)在深入實施創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略、大力發(fā)展科技創(chuàng)新的同時,應該注重對生態(tài)環(huán)境的保護和環(huán)境質量的提升[41]。此外,珠三角地區(qū)擁有各類高等院校120多所、院士工作站140多家、高新技術企業(yè)已逾3萬家、世界500強企業(yè)13家等創(chuàng)新主體,為科技創(chuàng)新注入強大驅動力,促進國際科技創(chuàng)新中心的建設[42]。但是珠三角地區(qū)的臺風、洪澇等自然災害頻發(fā),加上快速的工業(yè)化、城市化以及生產(chǎn)生活等活動不僅加劇了人地矛盾的突出,也導致了大氣污染、水體污染以及噪音污染等環(huán)境問題的增多[43—44]。由此可見,珠三角地區(qū)在實現(xiàn)高質量發(fā)展的背景下,促進科技創(chuàng)新和生態(tài)環(huán)境的協(xié)調發(fā)展也面臨著嚴峻挑戰(zhàn),也是成為國際知名灣區(qū)的“必由之路”。

2.1.2數(shù)據(jù)來源

2006年9月,為了擺脫傳統(tǒng)的“三來一補”局面,實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結構的轉型升級,廣東省審核通過了《廣東省人民政府關于促進自主創(chuàng)新的若干政策》,構建支持自主創(chuàng)新的政策體系和服務體系。為了探究珠三角地區(qū)逐步提升的科技創(chuàng)新能力與生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的交互關系,因此研究數(shù)據(jù)的時間跨度為2007—2018年；但各市的統(tǒng)計標準有所不同,采取多渠道搜集數(shù)據(jù),其主要來源于2007—2018年《廣東省統(tǒng)計年鑒》、各地市《統(tǒng)計年鑒》、《中國城市統(tǒng)計年鑒》以及各類專項統(tǒng)計數(shù)據(jù),如廣東科技統(tǒng)計數(shù)據(jù)和環(huán)境公報等。

2.2 指標體系的構建

科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調發(fā)展受到多個因素影響,借鑒已有研究關于指標的選取理念[9,31],考慮珠三角地區(qū)實際情況,并按照系統(tǒng)科學性、全面合理性和可獲得性等指標選取原則,構建科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境綜合評價指標體系(表1)。針對科技創(chuàng)新指標系統(tǒng),主要分為要素投入與成果產(chǎn)出兩大方面,6個細分指標,且所有指標都具有正向性；而生態(tài)環(huán)境指標系統(tǒng)以環(huán)境污染壓力、治理與保持維度來構建體系,并結合對生態(tài)環(huán)境的影響區(qū)分正向性和負向性。通過對兩個系統(tǒng)指標體系的構建,共計選取16項指標對珠三角地區(qū)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調發(fā)展水平進行評價。

表1 科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境綜合評價指標體系

2.3 研究計量方法與模型

2.3.1數(shù)據(jù)標準化與指標權重計算

(1)數(shù)據(jù)標準化

通過對原始數(shù)據(jù)進行矩陣的構建,但數(shù)據(jù)存在量綱和數(shù)量級的差別,為了消除特征之間的差異性,方便進行綜合分析,因此使用極值法對數(shù)據(jù)進行無量綱化處理[44—45]。

正向指標：

Zaij=(Xaij-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(1)

負向指標：

Zaij=(Xmax-Xaij)/(Xmax-Xmin)

(2)

式中,a=1,2,3,....,m、i=1,2,3,....,k、j=1,2,3,....,n分別表示年份、地區(qū)和指標；Xmax、Xmin分別表示所有年份所有地區(qū)中第j指標的最大值和最小值；Xaij、Zaij為第a年份第i地區(qū)第j指標無量綱化處理前和處理后的值；通過對所有數(shù)值進行正向偏移0.0001,最終標準化值都在[0.0001,1.0001]范圍內；分別得到科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的標準化值Xj、Yj。

(2)指標權重計算

為了保護數(shù)據(jù)自身的特性,避免主觀干預影響指標賦權,因此采用熵值法,根據(jù)各個指標值的變異程度來確定客觀權重,并借助線性加權平均法分別計算出珠三角地區(qū)各市的科技創(chuàng)新綜合指數(shù)(TI)和生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)(EN)。各系統(tǒng)的所有指數(shù)均介于[0,1]之間,綜合評價指數(shù)值越大,表明該系統(tǒng)的綜合發(fā)展水平越高；越低則相反[32—33]。

(3)

(4)

式中,k=1/ln(m×k),Ej為不同指標j的熵值。

計算各項指標的差異系數(shù)：

Dj=1-Ej

(5)

(6)

(7)

2.3.2耦合協(xié)調度模型和類型劃分

(1)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境耦合度模型及類型劃分

耦合度模型能夠反映科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境兩系統(tǒng)之間的共振關系,其值越大說明兩者之間相互作用、相互影響越強烈,對區(qū)域高質量發(fā)展產(chǎn)生積極影響,反之亦然。根據(jù)現(xiàn)有研究成果以及區(qū)域研究實際情況[11],將科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境的耦合度劃分為4種類型(表2)。

C=2{U1×U2/(U1+U2)2}1/2

(8)

表2 科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境耦合度類型劃分

(2)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調度模型及類型劃分

耦合度模型雖然能反映科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境之間的互動關系,但要深入了解兩系統(tǒng)之間的“協(xié)同效應”,應借助協(xié)調度模型,判斷兩系統(tǒng)之間耦合是否協(xié)調,以及是高級協(xié)調水平上的相互促進還是低級協(xié)調水平上的相互制約狀態(tài)。具體公式如下：

(9)

T=aU1+bU2

(10)

式中,U1、U2分別代表科技創(chuàng)新和生態(tài)環(huán)境的綜合評價指數(shù),D為科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調度,T為兩系統(tǒng)的綜合協(xié)調指數(shù),a、b為待定系數(shù),根據(jù)兩系統(tǒng)的貢獻率確定份額,參照已有研究,本文認為科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境同等重要,因此值均為0.5。并借鑒王少劍的劃分標準[15],將科技創(chuàng)新和生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調度情況細分為4個大類、12個亞類(表3)。

表3 科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調度類型劃分

3 實證分析

3.1珠三角地區(qū)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境綜合發(fā)展水平分析3.1.1珠三角地區(qū)科技創(chuàng)新綜合發(fā)展水平分析

2007年—2018年間,珠三角地區(qū)各城市的科技創(chuàng)新綜合發(fā)展指數(shù)呈現(xiàn)出逐年遞增趨勢,但各城市年增長率差異顯著(圖2)。與其他城市相比,深圳市科技創(chuàng)新的年增長率較高,綜合指數(shù)常年保持在珠三角首位,且2018年已愈發(fā)接近指數(shù)為1的臨界水平,其原因主要是深圳市作為區(qū)域乃至全國的創(chuàng)新型城市,注重創(chuàng)新要素的投入,通過自身的科技產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新與香港的知識創(chuàng)新進行優(yōu)勢互補、深度合作,形成良好的創(chuàng)新環(huán)境,構建具有全球影響力的“創(chuàng)新集群”。而肇慶市屬于珠三角外圍的傳統(tǒng)工業(yè)城市,產(chǎn)業(yè)轉型發(fā)展較為緩慢,在創(chuàng)新人才引進、創(chuàng)新要素集聚方面吸引力不足,處于明顯劣勢,因此其科技創(chuàng)新綜合指數(shù)居于末位。廣州市、東莞市和佛山市的科技創(chuàng)新綜合指數(shù)屬于珠三角地區(qū)的中等水平,其中東莞市在2017年超過佛山市,主要是由于《廣深科技創(chuàng)新走廊規(guī)劃》的實施,東莞松山湖和濱海灣被納入其中,加速高端創(chuàng)新要素的集聚,加上傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉型升級過程中培育出強勁的技術創(chuàng)新潛力,推動東莞市的科技創(chuàng)新水平進一步提高。珠海、江門、惠州、中山四市的科技創(chuàng)新綜合指數(shù)均在0.2以下,對于城市經(jīng)濟發(fā)展的推動性較弱。

圖2 2007—2018年珠三角各城市科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境水平的變化趨勢 Fig.2 Trends of comprehensive levels of technological innovation and ecological environment of cities in the PRD, 2007—2018PRD：珠三角地區(qū) The Pearl River Delta Region

珠三角地區(qū)可劃分為東中西三大都市圈：深莞惠、廣佛肇、珠中江,對其空間格局做進一步比較分析,呈現(xiàn)出“東部高、中部平、西部低”的科技創(chuàng)新格局?？偟膩碚f,珠三角地區(qū)的科技創(chuàng)新水平顯著提升,但各城市之間的差距明顯,如肇慶等珠三角中西部城市應明確城市發(fā)展定位,促進產(chǎn)業(yè)結構優(yōu)化升級,改善創(chuàng)新環(huán)境,吸引人才、資本等要素的集聚,推動科技創(chuàng)新為其高質量發(fā)展提供長久驅動力。

3.1.2珠三角地區(qū)生態(tài)環(huán)境綜合發(fā)展水平分析

區(qū)域生態(tài)環(huán)境受到城市化水平、人類活動、自然災害和科技創(chuàng)新等多方面因素影響,是一個長期演化的動態(tài)過程。2007年—2018年間,珠三角地區(qū)的生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)都集中在(0.25,0.8)范圍內,由2007年的指數(shù)相對分散到2016年后的指數(shù)相對集中于(0.5,0.80),各城市的生態(tài)環(huán)境水平總體上呈現(xiàn)上升趨勢,但個別城市在個別年份出現(xiàn)變動異常(圖2)。如肇慶市、惠州市等雖受到城市化影響,人口流入城市,但受到山地、丘陵、河流等地形因素的影響,無法實現(xiàn)城市快速擴張,生態(tài)環(huán)境保持在較高水平。相反,佛山市因產(chǎn)業(yè)結構吸引大量勞動力,城市用地快速擴張,再加上各類污染物排放等因素,生態(tài)環(huán)境水平相對較低。綜合而言,珠三角各城市政府重視環(huán)保工作,加快產(chǎn)業(yè)的生態(tài)化轉型,降低能耗,增加綠地、森林等生態(tài)用地,為科技創(chuàng)新提供優(yōu)質的環(huán)境和資源,促進“宜居宜業(yè)宜游”高質量生活圈的形成。

3.2 珠三角地區(qū)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境耦合度的時空格局特征分析

由圖3可知,珠三角地區(qū)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境耦合度高的城市主要是經(jīng)濟發(fā)達的廣州市、深圳市、佛山市和東莞市,中間層次有珠海市、中山市、惠州市和江門市,而耦合度較低的城市是肇慶市；整體上耦合度呈現(xiàn)出從珠江三角洲“廣深佛莞”城市向兩側遞減的空間格局,區(qū)域差異特征顯著。2007—2018年,珠三角地區(qū)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境耦合度大體上穩(wěn)步上升的趨勢,耦合度增速最快的城市有東莞市和惠州市,分別增長0.5和0.49；肇慶、江門、珠海和中山市也增速達到0.3及以上；而廣州、佛山和深圳市耦合度本身較高,因此增長相對緩慢(表4)。

圖3 2007—2018年珠三角各城市科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境耦合度變化圖Fig.3 The evolution of coupling degree between technology innovation and ecological environment of cities in the PRD, 2007—2018

另外,通過選取2010年、2015年和2018年作為代表年份,繪制珠三角地區(qū)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境耦合度類型時空分布圖(圖4)。在時間維度上,各城市耦合度均處于“低耦合”時期到“協(xié)調耦合”時期,分布相對分散,其中最低值為肇慶市,在研究期內變化幅度較小,處于“低耦合”時期；而最高值為深圳市,在研究期內最早達到協(xié)調耦合時期。廣州、佛山、東莞三市耦合度有所提升,實現(xiàn)由“良性耦合”時期向“協(xié)調耦合”時期的跨越；而珠海、中山兩市的耦合度介于[0.57,0.82],研究期末由“較低耦合”時期提升到“良性耦合”時期；江門市的提升幅度相對較小,已轉變?yōu)椤拜^低耦合”時期；惠州市的提升幅度增長最大,轉變?yōu)椤傲夹择詈稀睍r期。在空間維度上,協(xié)調耦合時期由深圳市“一枝獨秀”逐步包括廣州市、佛山市、東莞市等經(jīng)濟發(fā)達城市,形成一個“內部圈”；“中層圈”則包括中山市、珠海市和惠州市,處于良性耦合時期,并受到“內層圈”城市的影響發(fā)展較為迅速；而“外層圈”則是肇慶市和江門市,總體上珠三角各城市呈現(xiàn)出“內層圈向外層圈”梯度遞減的空間格局。

這一變化主要由于科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境兩者提升幅度不同、相互作用模式也有所不同,反映出珠三角各城市所處的城市化、工業(yè)化發(fā)展階段不同,產(chǎn)業(yè)結構不同,利用土地、資源和生態(tài)環(huán)境的效率不同,并且各城市政府運用不同的環(huán)境規(guī)制措施。例如：深圳市與肇慶市在科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境耦合度方面形成鮮明對比,前者在研究期內加大科技創(chuàng)新力度,集聚創(chuàng)新人才,培育高新技術企業(yè),再加上政府加強環(huán)境規(guī)制,推動科技創(chuàng)新的生態(tài)化方向發(fā)展；而后者自身生態(tài)稟賦較高,產(chǎn)業(yè)和科技發(fā)展比較緩慢,兩者相互作用力較弱。

圖4 2010年、2015年、2018年珠三角各城市科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境耦合度的空間格局Fig.4 Spatial distribution of coupling degree of technological innovation and ecological environment of cities in the PRD, 2010、2015、2018

表4 2007—2018年珠三角地區(qū)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境的兩模型增速表

3.3 珠三角地區(qū)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調度時空格局及類型分析

3.3.1珠三角地區(qū)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調度時空格局特征分析

從2007—2018年珠三角各城市科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調度變化的視角分析(圖5),各城市的耦合協(xié)調度呈現(xiàn)出不同程度的上升；并結合各城市的耦合協(xié)調發(fā)展增長速度(表4),研究期內深圳、廣州、東莞、惠州、肇慶五市的提升幅度較快,均達到0.30及以上；其余四個城市增速均在0.30以下,協(xié)調發(fā)展進程相對緩慢。另外,選取2010年、2015年、2018年作為代表年份進行時空格局演化分析(圖6)。在時間維度上,2010年,珠三角各城市耦合協(xié)調度介于[0.29,0.70],大多處于“基本協(xié)調”或“基本失調”階段,肇慶市則屬于嚴重失調階段。2015年,肇慶市、江門市、珠海市和中山市耦合協(xié)調度介于[0.37,0.50],屬于基本失調階段；廣州市、佛山市、東莞市和惠州市耦合協(xié)調度介于(0.50,0.65],屬于基本協(xié)調階段；而深圳市率先達到高級協(xié)調的門檻，耦合協(xié)調值為0.80。2018年,除了深圳市和肇慶市外,其余各城市耦合協(xié)調度介于[0.51,0.76],屬于基本協(xié)調階段；深圳市處于高級協(xié)調階段,協(xié)調發(fā)展水平進一步提升；而肇慶市還處于基本失調階段,耦合協(xié)調度水平發(fā)展相對緩慢。這一變化是由科技創(chuàng)新水平和生態(tài)環(huán)境水平的不斷提升所形成的,反映出珠三角各市通過產(chǎn)業(yè)轉移,實現(xiàn)“騰籠換鳥”；加大自主創(chuàng)新投入,實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結構的優(yōu)化升級；注重對生態(tài)環(huán)境的治理和修復,不斷推動區(qū)域由高速發(fā)展向高質量發(fā)展轉變。

圖5 2007—2018年珠三角各城市科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調度的時間變化圖Fig.5 The time change chart of coupling coordination degree between scientific and technological innovation and ecological environment of cities in the PRD, 2007—2018

在空間維度上,與耦合度類型相比較,珠三角地區(qū)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調度空間格局略微有所不同,在整體上呈現(xiàn)“一超多強”的內部,并向外兩側梯度遞減的空間格局(圖6)。到2018年,只有深圳市的耦合協(xié)調度屬于高水平地區(qū)；而廣州市、佛山市和東莞市屬于“較高水平地區(qū)”；剩余五市則屬于一般水平地區(qū),但珠海市、中山市和惠州市協(xié)調水平明顯高于肇慶市和江門市,因此呈現(xiàn)出“由內向外”的遞減格局。

圖6 2010年、2015年、2018年珠三角各城市科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調度的空間格局Fig.6 Spatial distribution of coupling coordinating degree of technological innovation and ecological environment of cities in the PRD, 2010、2015、2018

3.3.2珠三角地區(qū)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調度類型劃分

根據(jù)珠三角地區(qū)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調度類型劃分圖可知(圖7),珠三角地區(qū)各城市的耦合協(xié)調度類型在研究期范圍內實現(xiàn)了較大的正向跨越。深圳市作為珠三角經(jīng)濟建設的先行示范區(qū),雖然在2015年已達到基本協(xié)調,實現(xiàn)從傳統(tǒng)制造業(yè)向高新技術產(chǎn)業(yè)的轉型升級,成為創(chuàng)新創(chuàng)意之都，向高級協(xié)調階段邁進；但由于2017以來,深圳吸引大量人口的涌入,建設用地已經(jīng)無法滿足現(xiàn)有需求,生態(tài)環(huán)境壓力增大。剩余八個城市的耦合協(xié)調類型都表現(xiàn)為科技創(chuàng)新滯后型,但各個城市之間的協(xié)調發(fā)展水平有所差別。廣州市、佛山市作為珠三角中部都市圈的經(jīng)濟發(fā)達城市,在2010年左右達到基本協(xié)調—科技創(chuàng)新滯后型,兩市較早采取產(chǎn)業(yè)轉移政策、加快高新技術產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策,以及水體、空氣、垃圾等環(huán)境治理政策息息相關。如廣州市于2008年提出“關于大力推進自主創(chuàng)新加快高新技術產(chǎn)業(yè)發(fā)展的決定”,之后又相繼提出促進科技、金融與產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展、高層次人才引進以及加強大氣、水體和農業(yè)生態(tài)環(huán)境治理等政策,而佛山市于2011年提出推動先進制造業(yè)和高科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)劃。

圖7 2007年—2018年珠三角各城市科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調度類型劃分圖Fig.7 Classification of coupling coordination degree of technological innovation and ecological environment in the PRD,2007—2018

在珠三角其他城市中,東莞市、惠州市作為東部都市圈耦合協(xié)調發(fā)展較快的城市,在2013年轉變?yōu)榛緟f(xié)調—科技創(chuàng)新滯后型,一方面承接來自深圳和香港的產(chǎn)業(yè)轉移、促進經(jīng)濟快速發(fā)展,雖然實現(xiàn)了快速的工業(yè)化,但科技創(chuàng)新潛力還需進一步提高；另一方面,兩市重視生態(tài)環(huán)境的治理,解決突出環(huán)境問題,減污降碳,打造生態(tài)宜居的城市環(huán)境,曾多次被評為全國水生態(tài)文明城市、全國文明城市等稱號。而珠三角西部都市圈的珠海、江門、中山三市在2015年后相繼實現(xiàn)向基本協(xié)調—科技創(chuàng)新滯后型轉變,由于三市距離創(chuàng)新源頭較遠,創(chuàng)新要素投入不足,導致科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境協(xié)調發(fā)展進程緩慢。肇慶市是耦合協(xié)調發(fā)展最為緩慢的城市,在2010年轉變?yōu)榛臼д{—科技創(chuàng)新受阻,不僅受到廣佛等城市的虹吸較為嚴重,無法較好的承接產(chǎn)業(yè)轉移和發(fā)展優(yōu)勢產(chǎn)業(yè),而且提供創(chuàng)新的資源要素相對較少,產(chǎn)業(yè)轉型升級緩慢,無法較快實現(xiàn)與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調發(fā)展。綜上所述,珠三角各城市的科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調度類型呈現(xiàn)出“東部高、中部平、西部低”的空間發(fā)展格局,兩者耦合協(xié)調的發(fā)展過程相對漫長,未來需要各城市相互協(xié)作、優(yōu)勢互補,提高創(chuàng)新要素的流通,構建生態(tài)環(huán)境聯(lián)合治理機制,共同推動區(qū)域實現(xiàn)高質量發(fā)展。

4 結論與討論

4.1 結論

本研究通過構建科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境綜合評價指標體系,使用熵值法和物理學耦合協(xié)調度模型對珠三角各城市的科技創(chuàng)新和生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)分別進行分析,并對各城市的耦合度及耦合協(xié)調度進行時空分異特征分析。主要結論如下:

(1)2007—2018年,珠三角各市的科技創(chuàng)新綜合水平整體不斷提升,而生態(tài)環(huán)境綜合水平呈現(xiàn)波動上升態(tài)勢。各市科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境在耦合度上存在明顯的“正向”關系,其中深、廣、佛、莞四市處于“協(xié)調耦合”時期,其原因是經(jīng)濟社會發(fā)達、高科技產(chǎn)業(yè)集聚,形成良好的自主創(chuàng)新能力,與生態(tài)環(huán)境實現(xiàn)協(xié)調發(fā)展；處于“良性耦合”時期的有珠海、中山、惠州三市,產(chǎn)業(yè)結構正在轉型,加大科技研發(fā)投入力度,政府采取生態(tài)環(huán)境規(guī)制措施,實現(xiàn)兩者的良性互動；而耦合度較低的城市是江門市、肇慶市,分別處于“較低耦合”時期和“低耦合”時期；并呈現(xiàn)出從珠江三角洲入?？凇皬V深佛莞”四市向兩側遞減的區(qū)域空間格局。

(2)珠三角城市科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調特征的時空格局差異明顯。研究期末只有深圳市達到“高級協(xié)調”階段；廣、佛、莞、珠、惠、中、江七市均實現(xiàn)由“基本失調”階段轉變?yōu)椤盎緟f(xié)調”階段；而肇慶市則處于“基本失調”階段。在空間維度上則呈現(xiàn)出“東部高、中部平、西部低”的格局,區(qū)域內部科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境發(fā)展不平衡不協(xié)調的問題仍然存在。

(3)根據(jù)珠三角各城市的耦合度類型、協(xié)調度類型的劃分,以深圳市為主的珠三角經(jīng)濟發(fā)達城市,保持R&D經(jīng)費投入,吸引創(chuàng)新人才、技術的集聚,實現(xiàn)科技創(chuàng)新綜合指數(shù)的穩(wěn)步增長；并且重視城市存量用地的減少,人口激增,空氣、水體和土壤等生態(tài)環(huán)境問題,減少對城市高質量發(fā)展的影響,加強政府的規(guī)制措施,推動企業(yè)的生態(tài)化轉型,促進城市科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調發(fā)展；而肇慶等生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)較高的城市,應彌補在科技創(chuàng)新上的不足,培育高新技術企業(yè)、引進高質量產(chǎn)業(yè)項目,在保證不損害環(huán)境利益的情況下推動科技創(chuàng)新穩(wěn)步發(fā)展,擺脫科技創(chuàng)新受阻的困境。著眼未來,珠三角各城市應加強在產(chǎn)業(yè)發(fā)展、科技創(chuàng)新的協(xié)作,實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的跨區(qū)域協(xié)同治理,著力補齊短板,實現(xiàn)珠三角地區(qū)朝著高質量方向發(fā)展,為建設國際科技創(chuàng)新中心、“宜居宜業(yè)宜游”的優(yōu)質生活圈打下良好基礎。

4.2 討論

隨著中國人口紅利的消失,勞動力成本逐漸攀升,再加上人民對生態(tài)環(huán)境質量的要求越來越高,以往的粗放式發(fā)展方式亟需轉變?yōu)橐钥萍紕?chuàng)新驅動、生態(tài)環(huán)境優(yōu)化為主的高質量發(fā)展階段。不同區(qū)域以及同一區(qū)域內部不同城市科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境的作用機理不同,本研究以珠三角地區(qū)為例,定量分析各城市兩者的耦合協(xié)調發(fā)展特征,發(fā)現(xiàn)不同經(jīng)濟類型的城市具有不同的耦合協(xié)調類型、作用機理和時空格局差異。經(jīng)濟發(fā)達城市通過人才引進、產(chǎn)業(yè)集聚、R&D經(jīng)費投入和政策激勵等舉措助推科技創(chuàng)新升級,促使企業(yè)生態(tài)化轉型；加之政府采取環(huán)境規(guī)制,居民對良好生態(tài)環(huán)境的需求日益增長,倒逼企業(yè)主動承擔社會責任,發(fā)揮其應有的社會價值,不斷實現(xiàn)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調發(fā)展,如深圳、廣州等發(fā)達城市。而其他城市在科技創(chuàng)新水平方面相對薄弱,創(chuàng)新投入不足,對生態(tài)環(huán)境優(yōu)化的推動力較小；相反根據(jù)其在區(qū)域中的定位和良好生態(tài)環(huán)境水平提高了產(chǎn)業(yè)的“準入門檻”,限制了大規(guī)模城市擴張、很難較短時間與科技創(chuàng)新的協(xié)調發(fā)展,如肇慶、江門等城市。著眼未來,珠三角地區(qū)發(fā)揮廣、深核心創(chuàng)新區(qū)的輻射力與影響力,打造“研發(fā)—轉化—生產(chǎn)”循環(huán)可持續(xù)的區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈,推動創(chuàng)新成果更加生態(tài)化、低碳化和綠色化,真正實現(xiàn)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調；兼顧與其他區(qū)域的均衡發(fā)展,采取跨區(qū)域聯(lián)合互助的發(fā)展模式,加強人、財、物之間的交流溝通,實現(xiàn)“創(chuàng)新、協(xié)調、綠色、開放、共享”的高質量發(fā)展空間格局。

同時,科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)結構存在著密不可分的關系,良好的產(chǎn)業(yè)結構能夠推動自主創(chuàng)新能力的提高,也對生態(tài)環(huán)境的治理和修復有著深遠影響。但由于各城市統(tǒng)計單位上的差異,選取指標的不同可能會對研究結果產(chǎn)生差異,導致本研究存在一定的局限性。未來研究可延長數(shù)據(jù)年限,構建更為全面、綜合的高質量發(fā)展指標體系,也可借助遙感技術、大數(shù)據(jù)等新方法獲取創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)和生態(tài)環(huán)境的實時數(shù)據(jù),借助灰色關聯(lián)度、ARIMA-BP組合預測模型等對科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調度進行未來預測。此外,運用地理探測器、空間計量模型等方法對區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟進行更深層次的探索研究,為區(qū)域高質量發(fā)展提供理論基礎和優(yōu)化路徑。