區域綠色技術創新與生態經濟發展耦合協調時空演化分析
——以京津冀地區為例

苑 凱,胡 彪,牛亭云

(1.天津理工大學 管理學院,天津 300384;2.廈門大學 公共事務學院,福建 廈門 361005)

一、引 言

生態經濟效率是評價區域經濟、社會、生態環境的主要參考指標,成為推動我國生態城市建設及區域經濟綠色高質量可持續發展的重要源泉[1]。而將綠色發展理念和創新驅動發展理念相結合的綠色技術創新水平對區域經濟生態綠色化高質量增長和發展至關重要[2]。在我國大力推進“3060”雙碳目標發展的大背景下,研究兩者的耦合協調發展特征,探索兩者之間內在協調規律和作用機制對我國區域可持續發展戰略的實施及推動“3060”雙碳目標的實現將發揮重要作用。

國內外學者對綠色技術創新和生態經濟耦合發展的研究主要集中在概念界定、測度方法、影響因素等方面[3-10]。在研究內容上,主要是基于評價指標體系,從兩者耦合關系評價、耦合協調空間結構、驅動機制、敏捷治理、耦合作用機理、空間自相關分析等方面對兩者關系展開實證研究。在研究方法上多采用非期望產出SBM模型、超效率DEA模型、灰色關聯模型、耦合協調度模型、熵值法、Malmquist指數法、障礙因子分析法、數據包絡分析法等。從研究對象上看,主要從區域、省域、城市等不同層次以及產業、企業供應鏈產業鏈等維度展開研究。

總體來說,國內外學者對綠色技術創新與生態經濟耦合關系問題研究成果頗豐,但主要集中在綠色技術創新對生態經濟發展的單向關系研究,基于價值共創視角的兩者之間雙向作用規律、相互關聯耦合協調度的動態演變及時空分異特征研究還缺乏進一步分析。以區域為研究對象,基于量化的綜合效率視角,對區域綠色技術創新與生態經濟發展耦合協調水平之間到底存在怎樣的耦合協調關系,以及是否存在空間效應還缺乏一個定量分析。因此,本研究在考慮區域的代表性及地區經濟效應的基礎上,以京津冀地區為例,綜合運用非期望產出的SBM-DEA效率模型,耦合協調度模型及空間模型來對該地區綠色技術創新與生態經濟發展進行耦合協調度分析和時空演化分異特征描述,揭示兩者發展規律特征與耦合作用機制,為促進區域綠色技術創新和城市生態建設與可持續發展提供政策支持,同時也積極踐行國家實施創新驅動可持續發展戰略。

二、研究設計

1.耦合協調作用機制

綠色技術創新作為城市生態經濟發展的強大引擎,對區域生態經濟的發展至關重要?！?060”背景下,通過我國生態文明發展理念的指引,綠色技術創新為社會共識的快速形成及凝聚力的不斷增強創造有利條件,進而獲得發展機遇與經濟基礎[11]。兩個系統即以彼此發展為中心,又以彼此發展為方向,彼此聯動發展實現協同共進與價值共創效應。(見圖1)

圖1 綠色技術創新與生態經濟發展交互耦合作用機制

生態經濟系統包括:經濟、社會和生態環境3個層面。綠色技術創新推動生態文明建設快速發展,為城市生態經濟各子系統提供了新的技術條件和社會環境,促進城市生態經濟系統更加完善。首先,從經濟層面來說,綠色技術創新憑借其高滲透性屬性提高資源的匹配精度、增強市場主體之間信息對稱性、信息溝通效率、提高經濟子系統的運行與供給效率,增強經濟發展的內生動力。其次,在社會子系統層面,綠色技術創新憑借持續迭代優勢,提高社會子系統運行效率,不斷創造有利條件,為提高城市生態經濟發展營造良好的社會氛圍。最后,在生態環境子系統層面,綠色技術創新積累了大量創新資源,推動我國“三高”產業實現結構優化轉型升級,減少工業“三廢”排放量。依靠綠色技術創新成果提高生態環境修復、治理來促進生態環境、經濟的健康發展,實現綠色技術創新支撐生態經濟綠色健康發展。

2.研究方法

(1)SBM-DEA模型

本文使用KNOR提出的非期望產出SBM模型,該模型既考慮了每個決策單元的不期望輸出,又克服了徑向和角度輸出約束問題,同時又解決了投入、產出變量的松弛性問題,計算結果更加準確科學[12]。

該SBM-DEA模型如下:

(1)

(2)耦合協調度模型

耦合度是兩個及以上系統通過受自身和外界的各種相互作用而彼此影響的現象[13]。區域綠色技術創新與生態經濟效率耦合協調度測算模型如下:

(2)

式(2)中:區域綠色技術創新與生態經濟效率耦合度值C∈[0,1],C值越大,表示兩系統之間的共振耦合水平越高,反之則情況相反。

由于耦合度反映系統要素的相似性水平,并不代表綠色技術創新與生態經濟效率發展的整體水平及兩者的協同效應,進一步構造耦合協調度模型,公式如下:

D=(C*T)1/2,T=αu1+βu2

(3)

式(3)中:D是耦合協調度;T是綠色技術創新與生態經濟效率的綜合協調指數;α、β分別是綠色技術創新效率和生態經濟效率對城市發展的貢獻程度,考慮到二者貢獻度不分彼此,此處取α=β=0.5 。根據耦合協調度D的大小,參考Li等學者[14]等對耦合協調度等級劃分的研究,將綠色技術創新與生態經濟效率耦合協調度劃分為4個層次:低度、中度、高度和極度耦合協調。

(3)探索性空間數據分析(ESDA)

①全局自相關分析

采用全局空間自相關分析方法對京津冀地區綠色技術創新與生態經濟效率發展水平空間集聚情況進行識別,一般采用GlobalMoran’sI系數反映區域單元的集散效應[15]。

(4)

②局部自相關分析

GlobalMoran’sI可能會忽視局部空間異質性,需采用局部自相關指數(LISA),計算公式為:

(5)

(4)空間計量模型

由于存在區域綠色技術擴散與溢出效應,需考慮空間因素,空間計量模型考慮了樣本復雜的空間關聯性與空間依賴性,常用模型包括(SEM)、(SAR)、(SDM)[16]。

3.評價指標體系的構建與說明

綠色技術創新和生態經濟發展相互依存,二者存在交互耦合關系,根據綠色技術創新和生態經濟發展交互耦合作用機制及以往研究成果[17-18],構建兩者綜合測度評價指標體系(見表1、表2)。

表1 綠色技術創新效率綜合評價指標體系

表2 生態經濟效率綜合評價指標體系

其中:工業污染物排放指數利用熵值法將各地區工業廢氣、廢水排出量及固體廢物產生量3個污染物排放指標綜合計算得出。生活污染物排放指數利用熵值法將各地區生活廢水、SO2、生活煙塵排放量、生活垃圾清運量4個指標綜合計算所得。環境污染物綜合指數的處理是選取單位工業GDP工業廢水、廢氣、SO2、煙粉塵、固體廢棄物排放量和產生量5個混合指標,利用熵值法對5個指標賦予不同權重,最終得到一個環境污染物排放綜合指數。

4.數據來源

以京津冀地區為研究對象,研究數據來源于2009～2019年《中國統計年鑒》《中國科技統計年鑒》《中國環境統計年鑒》及北京市、天津市和河北省統計年鑒,個別年份缺失數據,利用移動平均法進行補充。

三、實證結果及分析

1.兩者綜合效率與耦合協調度時序變化分析

根據上述方法及綠色技術創新和生態經濟綜合評價指標體系,計算得出北京市、天津市、河北省2008～2018年兩者綜合效率值、耦合度、耦合協調度效率值(分別為圖2、圖3、圖4、圖5)。

圖2 京津冀地區兩者效率、耦合度、協調度趨勢圖

圖3 北京市兩者效率、耦合度、協調度趨勢圖

圖4 天津市兩者效率、耦合度、協調度趨勢圖

圖5 河北省兩者效率、耦合度、協調度趨勢圖

(1)從圖2至圖5可以看出:2008～2018年京津冀地區綠色技術創新效率與生態經濟效率水平總體上呈現不斷上升的態勢,兩者時序特征表現出正相關關系。年均增長率基本在10%以上,且綠色技術創新增長速度整體優于生態經濟效率的增長速度。但是在局部分析中,綠色技術創新與生態經濟發展效率的變化又呈現不同的特征,根據測算結果,兩者的效率發展可以劃分為2個階段:緩慢發展階段Ⅰ(2008～2012年)和快速發展階段Ⅱ(2013～2018年)。在第Ⅰ階段,綠色技術創新效率和生態經濟效率值均較低,生態經濟效率增長速度快于綠色技術創新效率的增長速度且生態經濟效率整體上要優于綠色技術創新效率。第Ⅱ階段,2013年生態經濟效率呈現下滑態勢,持續兩年,2015年開始呈現持續增長態勢。究其原因,“十二五”時期我國大力發展經濟建設,GDP高速增長,自然資源和生態環境保護力度欠佳,造成生態經濟效率的下滑。而綠色技術創新效率則是以年均10%以上的速度快速增長。得益于黨的十八大提出創新驅動、綠色發展戰略,自此綠色技術創新作為兩者的結合點迎來了發展“窗口期”。其中,北京在2012年之后綠色技術創新效率逐步高于生態經濟效率,表明北京經濟高質量發展得益于技術創新的引領作用,且效果顯著,天津與河北分別于2013和2015年實現了綠色技術創新效率高于生態經濟效率,這是由于積極響應科技創新引領經濟、環境生態高質量發展及京津冀一體化協同發展戰略所實現的。

(2)2008～2018 年,京津冀地區綠色技術創新與生態經濟的耦合協調度呈穩步上升趨勢,特別是2012年以后上升趨勢更加明顯。北京、天津、河北在整個發展歷程中呈現相近的時序演變規律。這表明京津冀地區兩者之間的相互作用不斷得到強化,系統內部協調程度逐漸加強。根據計算結果,將兩者耦合協調度的發展演變進程分為 3 個階段。第1階段:2008～2011 年京津冀地區綠色技術創新與生態經濟發展耦合協調度在 0.4～0.6 之間,處于低度耦合協調階段,兩者缺乏有效的相互支持和促進。第2階段:2012～2015 年京津冀地區綠色技術創新與生態經濟發展耦合協調度在 0.6～0.7 之間,處于中度耦合協調階段,表明綠色技術創新與生態經濟發展尚處于磨合探索階段,兩者在創新環境營造、成果轉化和區域生態、社會、環境高質量發展等方面的匹配有待加強。第3階段:2015～2018 年京津冀地區綠色技術創新與生態經濟發展耦合協調度在 0.7～0.8 之間,處于高度耦合協調階段,兩者相互促進的良性耦合協調發展格局已經成型。但目前京津冀地區整體上仍未達到理想的極度耦合協調階段,說明京津冀地區兩者耦合協調發展水平還需進一步提高與加強。

2.兩者耦合協調度空間自相關分析

(1)全局空間自相關分析

為進一步探究兩者耦合協調度是否存在空間關聯性,利用 ArcGIS 和GeoDa 軟件對觀測指標進行測算,由表3可以看出觀察期內,全局Moran’sI均大于0,Z值均大于0.05置信水平的臨界值(1.96)。結果表明,京津冀地區綠色技術創新與生態經濟發展在空間上呈現正向自相關關系,兩者表現出一定的空間集聚分布特征,且2008～2018年京津冀地區全局Moran’sI呈現波動起伏“W”的發展態勢,這與當年的政府規劃和國家環境政策密切相關。

表3 2008～2018年綠色技術創新與生態經濟效率耦合協調度全局Moran’s I

表3揭示了京津冀地區綠色技術創新與生態經濟發展耦合協調的整體空間自相關特征,為了進一步探究京津冀地區局部空間關系,需要結合局部自相關指數(LISA)來揭示兩者耦合協調度的局部空間異質性。

(2)局部空間自相關分析

選取 2008 年、2013 年和 2018 年3 年截面數據,利用 ArcGIS 和GeoDa 軟件獲取 LISA 集聚地圖(圖6),把北京市、天津市、河北省各市綠色技術創新效率與生態經濟效率耦合協調的空間集聚類型劃分為“高高(HH)-高效型”、“低高(LH)-空心型”、“低低(LL)-低效型”和“高低(HL)-極化型”集聚來測度各地區集聚狀態與冷熱點分布格局。

圖6 2008～2018年京津冀地區綠色技術創新與生態經濟發展耦合協調度LISA集聚圖

①“高高(HH)-高效型”:由圖6可以看出,2008年和2013年位于該區的城市主要有北京、天津,2018年位于該區的主要有北京、天津、張家口、承德、秦皇島5個地區,較2008年增加了4個。整體來看,該類型區范圍逐漸擴大,且增幅明顯達到30.77%,空間分布呈現由相對分散到趨于集中的空間分布格局,表明空間集聚狀態逐漸顯著。該類型區不僅自身綠色技術創新與生態經濟耦合協同發展程度較高,而且憑借創新技術擴散效應、創新資源要素流動等強大的空間溢出作用,與省區之間形成“以鄰為伴”、彼此促進的聯動發展狀態,成為地區發展增長極。今后,該類型區應發揮技術擴散和輻射帶動作用,肩負起引領京津冀地區綠色技術創新與生態經濟耦合協調發展邁入理想的極度耦合協調發展階段的重任。

②“低高(LH)-空心型”:2008年位于該區的城市主要有唐山、廊坊、保定、邢臺4個地區,2013年位于該區的主要有唐山、承德、保定、衡水4個地區,2018年位于該區的主要有唐山、保定、邢臺、衡水4個地區,2008～2018年位于該區的城市數量未改變,分布范圍相對穩定,該類區域是綠色技術創新與生態經濟發展耦合協調度高值區域向低值區域的過渡區,區域綠色技術創新與生態經濟協同發展水平較低,受周邊協同發展水平高的地區輻射影響較小,又由于周邊高效地區的“虹吸效應”,造成嚴重的“馬太效應”。今后,應積極通過轉變經濟發展模式、構建跨區合作平臺共享體制機制、提升自身發展實力。

③“高低(HL)-極化型”:2008年位于該區的城市主要有天津、滄州、張家口,承德、秦皇島,2013年有石家莊、廊坊、滄州、秦皇島、張家口,2018年位于該區的主要有石家莊、廊坊、滄州、邯鄲4個地區。整體上來看,2008～2018年京津冀地區該類型區范圍整體上呈現下降趨勢,且在空間變化上該類型區相對不太穩定,呈現相對分散的分布態勢。該類型區的綠色技術創新與生態經濟發展耦合協調水平較高,同周邊地區相比有發展優勢,呈現出一定的極化效應。今后,該類型區應積極發揮正向空間溢出效應與輻射作用,帶動周邊低效區邁入新臺階。

④“低低(LL)-低效型”:2008年位于該區的城市主要有石家莊、衡水、邯鄲3個地區,2013年位于該區的主要有邯鄲和邢臺2個地區,2018年沒有地區位于該區,整體來看,2008～2018年該類型區范圍呈現下降趨勢并趨于消失態勢。這表明京津冀地區綠色技術創新與生態經濟耦合協調發展水平在逐步提高,南北部差異正逐漸縮小。今后,國家應該進一步加大對該類型區的扶持力度,實現“輸血式”與“造血式”補償的有機結合。積極學習高值區的先進經驗與技術,緊抓北京非首都功能疏解歷史契機,對接產業梯度轉移實現彎道超車。

3.兩者耦合協調發展影響因素分析

(1)影響因素選取

京津冀地區生態經濟發展與綠色技術創新耦合協調度的空間關聯特征明顯,需考慮影響因素的空間溢出效應。根據相關研究[19-22]及區域發展條件、資源稟賦不同,選取兩系統耦合協調發展的主要影響因素(見表4)。

表4 兩系統耦合協調發展影響因素相關變量說明

(2)影響因素結果分析

借助 Stata15 對京津冀地區兩者耦合協調度影響因素進行空間面板回歸分析,為對空間計量模型進行識別,應采取以下檢驗步驟。首先,進行LM檢驗判斷,結果顯示LM-Lag、LM-Error均在1%的水平上顯著,但RobustLM-Error無法通過5%的顯著性檢驗,表明SAR更為適宜。需進一步估計SDM模型,進行Hausman檢驗判斷,統計值為40.059,且在5%的水平上拒絕了存在隨機效應的原假設,故選擇固定效應模型。最后,進行LR檢驗和Wald檢驗,看SDM模型能否進一步退化為(SEM)或者(SAR),如果能夠退化,那么采用更具針對性的退化后的模型,若不能退化,那么就采用包容性更強的SDM模型,檢驗結果顯示拒絕原假設,即不能退化。綜合以上檢驗結果,本文選取固定效應下的SDM模型為基準模型,構建鄰接空間權重矩陣分別對2008年、2013年和2018年樣本的耦合協調度影響因素進行回歸分析,詳情見表5。

表5 模型檢驗與空間計量回歸結果統計

根據表5統計結果可知:①政府支持力度回歸系數顯著,空間項系數不顯著,說明政府支持力度能夠促進本地區耦合協調發展水平的提升,對鄰接城市影響不明顯。②產業結構高級化回歸系數及空間項系數均顯著,表明產業結構高級化能促進本地區及鄰接地區耦合協調水平的發展,產業結構高級化發展對兩系統耦合協調發展存在正向空間溢出效應。③環境規制回歸系數顯著,空間項系數不顯著且為負值,說明環境規制能夠促進本地區耦合協調發展水平的提升,對鄰接城市影響不確定。④城市信息化水平回歸系數顯著,且空間項系數顯著,說明城市的信息化水平越高,兩系統耦合協調發展提升空間越大,且對鄰近地區的發展有促進作用。⑤經濟發展水平回歸系數顯著,空間項系數顯著,說明經濟發展水平較高的城市,人們對綠色、低碳、創新產品的消費需求也會增加,驗證了環境庫茨涅茲曲線環境偏好論。⑥FDI投資水平回歸系數顯著,但空間項系數為負,并在5%的置信水平上顯著,表明本地區FDI投資水平會抑制鄰近地區兩者耦合協調度水平的提升。⑦文化教育水平回歸系數顯著,說明文化教育水平對本地區人力資本投入存在直接促進作用,人力資本積累對兩者耦合協調發展內生動力的增強至關重要。此外,空間項系數為正,且系數顯著,表明文化教育水平存在明顯的正向空間溢出效應。⑧交通便利度回歸系數顯著,但空間項系數為負,并在5%的置信水平上顯著,表明提高人均道路面積對本地區兩者耦合協調度有促進作用,但會抑制鄰近地區兩者耦合協調度水平的提升。原因在于便利的交通可以降低要素流動成本,提高地區間技術合作水平,但也會形成以北京、天津的中心城市對周邊地區人才、資金的“虹吸效應”。

(3)穩健性檢驗

為了保證研究結論的可靠性,需進行如下穩健性檢驗?？臻g權重的選擇和設定能夠決定變量之間的不同空間關系。由于空間鄰接權重矩陣假定關系的局限性,沒有考慮到地理距離及經濟活動的空間關聯效應。因此,進一步依據相關研究[23-25],構建地理距離空間權重矩陣、經濟距離空間權重矩陣和經濟地理嵌套空間權重對基準模型進行重新估計。由于篇幅有限,研究以2018年的樣本為基礎數據進行基準模型的信度檢驗。從表6回歸結果可以看出:基準模型在3種情形下的回歸系數及空間項系數雖然絕對值相比前文有所減少,但顯著性和符號與前文結論基本一致。這說明雖然空間權重矩陣的衡量方式有所改變,但同樣保持了與前文實證結果相似的結論,表明實證結果具有穩健性。

表6 穩健性檢驗:改變空間權重

四、結論與建議

研究采用非期望產出SBM模型定量測度京津冀地區2008～2018年的綠色技術創新效率與生態經濟發展效率。結果顯示:京津冀地區綠色技術創新和生態經濟發展水平總體上呈現不斷上升的態勢,兩者時序特征表現出正相關關系。年均增長率基本在10%以上,且綠色技術創新增長速度整體優于生態經濟效率的增長速度。這意味著綠色技術創新在促進區域生態經濟發展中的作用逐漸加強。

耦合協調模型分析結果顯示:2008～2018年綠色技術創新與生態經濟發展之間的促進協調作用不斷加強,特別是2012年以后上升趨勢更加明顯。北京、天津、河北在整個發展歷程中呈現相近的時序演變規律。表明京津冀地區兩者之間的相互作用不斷得到強化,系統內部協調程度逐漸加強。這表明兩者相互促進的良性耦合協調發展格局已經形成。但目前京津冀地區整體上仍未達到理想的極度耦合協調階段,說明京津冀地區兩者耦合協調發展水平還需進一步提高。

探索性空間數據分析結果表明:京津冀地區綠色技術創新與生態經濟發展在空間上呈現正向自相關關系,空間集聚分布特征顯著,且2008～2018年京津冀地區全局Moran’sI呈現波動起伏“W”的發展態勢。從時空演變格局來看,整體上研究期內京津冀地區兩者耦合協調度集聚類型呈現由“低效型大差異”向“高效型小差異”的時空格局演進態勢。

應用空間計量模型對兩系統耦合協調影響因素回歸結果表明:政府支持力度能夠促進本地區耦合協調水平的提升,但對鄰接城市影響不明顯;產業結構高級化水平能促進本地區綠色技術創新與生態經濟耦合協調度的提高,且對鄰近地區有促進作用;環境規制能夠促進本地區兩系統耦合協調水平提升,對鄰接城市影響不明顯;城市信息化水平、經濟發展水平、文化教育水平不但對本地區綠色技術創新與生態經濟耦合協調度提高有促進作用,而且對鄰近地區綠色技術創新與生態經濟效率的提高有顯著促進作用;FDI投資水平和交通便利度會對本地區兩系統耦合協調度提高有促進作用,但對鄰近地區兩者耦合協調的發展有抑制作用,表現出負向空間溢出效應。

針對京津冀地區綠色技術創新與生態經濟發展耦合協調時空演變特征及空間溢出與擴散效應,結合本文的研究結論,提出以下政策建議:

(1)調整產業結構,轉變經濟發展模式,構建城市綠色低碳發展產業體系。京津冀地區,大部分城市仍是以高耗能、高排放的第二產業為主,這給京津冀城市生態經濟的發展增添巨大壓力。因此,亟待開發綠色創新技術、開發新型環保產品以及做好綠色低碳發展商業化創新推廣。推動傳統產業結構升級、開發清潔型能源,扶持戰略性新興產業發展。

(2)開展城市綠色低碳發展試點。探索工業園區綠色低碳管理模式,提高可再生能源消費占比,加快鋼鐵、建材、有色金屬、石化和化工等重點耗能行業綠色化改造,培育一批低碳型企業。緊密結合北京非首都功能疏解和京津冀產業轉移兩大契機,打破地理分割和行政壁壘,實現“輸血式”補償與“造血式”補償的有機結合,進一步縮小南北發展差距。

(3)高度重視綠色技術創新與生態經濟發展耦合協調的空間相關性和非均衡性特征,充分發揮空間溢出效應。搭建跨地區間綠色技術創新合作平臺,鼓勵企業與高校、科研院所之間進行技術交流和合作,建立綠色技術創新資源的共享機制,發揮各地區資源稟賦特性和相對發展優勢,避免同質化、惡性競爭。建設綠色技術創新與生態經濟耦合協調發展增長極,通過高值區乘數效應、溢出與擴散效應,同周邊城市發展產生輻射帶動作用,化“虹吸效應”為“輻射效應”,積極帶動周邊落后城市,縮小南北發展差距,提高其追趕效應,進而提升區域整體發展水平。