中国地级以上城市产业生态化时空特征及其驱动因素研究

刘曙光1a,1b,王 璐1a,尹 鹏1b,2,郭付友

(1.中国海洋大学 a.经济学院;b.海洋发展研究院,山东 青岛 266100;2.鲁东大学 商学院,山东 烟台 264025;3.曲阜师范大学 地理与旅游学院,山东 日照 276826)

1 引言

改革开放以来,我国经济依赖压缩型工业化模式实现了跨越式发展,但严重依赖物质资源要素消耗的“资源—产品—废物”产业线性发展模式尤为盛行,引起对资源环境的显著胁迫作用[1]。产业是人地系统最重要的结合点,是连接经济活动与生态环境的最主要界面,而产业系统是经济系统中各种生产要素之间的“资源转换器”,是环境系统中各种污染物规模和类型的“控制体”[2],是经济系统和环境系统进行联系的重要桥梁,推进产业生态系统协调发展是实现经济生态化的重要途径。由此可见,对产业系统与生态环境的作用关系研究具有重要的现实迫切性。

产业生态化的基本理念是改变产业系统与生态环境之间的“中断”状况,通过技术进步改进传统的生产活动与产业模式,尽可能减少资源消耗,使生态环境远离系统崩溃阈值,实现区域可持续发展。产业生态化领域一直是国内外相关学者研究的重点,国外对其研究最早始于20世纪60年代的“宇宙飞船理论”,20世纪70年代之后生态工业园建设推动了产业生态化研究的实践序幕,20世纪90年代之后则掀起了产业生态化学术研究热潮,现阶段的研究主要集中在产业生态系统概念界定[3,4]、产业生态系统构成与演化模式[5,6]、产业生态系统构建[7,8]等;国内研究始于20世纪80年代之后,但直到21世纪初才引起相关研究热潮,且在产业生态系统内涵解析[9,10]、评价指标体系构建与研究方法选择[11,12]、演化发展驱动机制[13-16]、优化调控对策[17-19]等方面展开了广泛研究。

综合来看,国内外对产业生态化研究多集中于中小尺度的企业群落、生态工业园建设等,对宏观尺度(城市、区域或城市群)产业生态系统尚未引起足够重视,因此空间尺度的提升是国内外产业生态化研究的必然要求。基于此,本文以地级市为空间研究尺度,基于2015年我国287个地级市(未包括香港与澳门特别行政区、台湾地区，下同)面板数据分析产业生态化水平发展状态及其驱动因素,以期为我国产业可持续发展提供参考与借鉴。

2 指标选取与模型构建

2.1 概念内涵界定

产业生态化思想直接源于自然生态系统,以产业生态学为理论基础,指导新兴产业发展的新模式[20]。从研究内容与追求目标上,产业生态化将物质生产过程纳入产业生态巨系统之中,把产业活动对资源消耗与环境的影响置于产业生态系统物质能源的总过程,促进产业生态系统进入良性循环与可持续发展路径;从运行过程上,产业生态化是产业系统有机融入自然生态系统运行模式,逐步实现产业生态系统由线性开放系统转化为循环封闭系统;从实施对象上,产业生态化在不同层面将产业运行与物质排放纳入到一个有机的可持续发展框架中;从生态化路径上,产业生态化是通过研究、开发与推广环境友好型产业体系,实施清洁生产、建立生态工业园和循环经济与生态经济,最终实现产业物质代谢逐步融入到产业生态系统物质代谢过程之中。总体上,产业生态化是在生态经济学和产业经济学理论指导下,通过模拟自然生态系统构建产业生态系统,实现产业生产由单向线性开放式的生产模式向循环反馈封闭式生产模式转变,最终实现产业生态系统经济、社会以及生态效益的有机统一,推动产业系统和环境系统的协调发展。

2.2 指标选取

评价指标体系的科学建立是开展产业生态化评价的基础和前提,本文遵循科学性、典型代表性、数据可获得性、可比性等原则,通过建立合理的评价指标体系来全面科学评价产业生态化发展水平。整个指标体系分为三个层次(表1):第一层次是目标层,即产业生态化水平(IEL);第二层次是准则层,产业生态化是研究产业系统与生态环境系统交互耦合的关系,即准则层包括产业发展(I)与生态环境(E)两大系统;第三层次是指标层,选取具体典型指标对产业系统与生态环境系统进行综合测度,具体指标有第二产业产值/第三产业产值(I1)、第二三产业增加总额(I2)、第三产业产业化系数(I3)、人均实际利用外资(I4)、人均公共绿地面积(E1)、人均工业废水排放量(E2)、工业废水排放达标率(E3)、万元GDP电耗(E4)。

表1 我国产业生态化评价指标体系

2.3 熵值法

为克服指标变量之间信息交叉重叠和人为确定指标权重的主观性影响,本文采用熵值法计算指标权重。熵主要表示系统无序程度的水平,熵越小，表示系统发展越不均衡,说明系统内部差异性较突出,反之说明系统内部发展较均衡。熵值法广泛用于多元指标的综合评价,具体的计算步骤为:首先对2015年287个地级市8项指标共计2296项数据进行统一的标准化处理。本文采用极差标准化方法消除指标量纲不同对于研究结果的干扰,并设定当指标为正向指标时,yij=(xij-minxj)/(maxxj-minxj);反之,yij=(maxxj-xij)/(maxxj-minxj)。式中,xij、minxj、maxxj分别代表指标j的实际统计值、最小值和最大值。然后求出8项指标的差异性系数ej,并在此基础上求出各项指标的权重wj,最后运用公式:Sij=Σwj×yij,求出准则层产业系统的得分与生态环境系统的得分。

2.4 耦合协调法

产业系统与生态环境系统之间存在互为条件与相互增益的密切关系,产业系统可持续发展可为生态环境健康发展提供必要的人力资源、财力支撑和技术保证;生态环境系统的可持续发展可为产业系统合理发展提供必要的生存场所与空间基础。由此可见,产业系统与生态环境系统之间存在着紧密的耦合关系[21]。借鉴物理学中容量耦合概念和容量耦合系数模型,建立产业系统与生态环境系统之间的耦合度模型,计算公式为:

(1)

式中,C为产业系统与生态环境系统耦合度函数;Ui和Si分别表示产业系统和生态环境系统评价指数;α、β为待定系数,且α+β=1;k为调节系数,一般为5。鉴于产业系统与生态环境系统地位同等重要,文中α、β均取值0.5。C∈[0,1],C越趋近0,表示两个系统越趋于失调,失配性越大;C越趋近1,表示两个系统越趋于协调,适配性越大。C对表征系统耦合程度作用显著,但不能进一步表征耦合水平的高低,所以本文应用耦合发展度函数,公式为:

(2)

式中,D为产业系统与生态环境系统耦合发展度函数,D∈[0,1],D越趋于1,表示两个系统协调性越好;D越趋于0,表示两个系统失调性越明显,系统越趋于退化。根据相关研究成果[22],可将产业系统与生态环境系统耦合发展度分为4个时期:拮抗时期(0≤D<0.3)、一般耦合时期(0.3≤D<0.5)、高度耦合时期(0.5≤D<0.8)、系统优化时期(0.8≤D≤1)。

2.5 数据来源

研究区域依据《中国城市统计年鉴》中统计的287个地级市，数据来源于2016年《中国城市统计年鉴》,个别地级市缺失数据由各省统计年鉴以及该地级市国民经济与社会发展统计公报补全。此外,为了更详尽地分析我国产业生态化的区域差异情况,参考相关研究[23],将我国分为东部、中部、西部、东北四大区域,其中东部地区包括北京、天津、河北、上海、江苏、海南、广东、广西、福建、浙江和山东11个省份;中部地区包括山西、内蒙古、安徽、江西、河南、湖北和湖南7个省份;西部地区包括四川、重庆、云南、贵州、西藏、陕西、甘肃、宁夏、青海和新疆10个省份;东北地区包括辽宁、吉林和黑龙江3个省份。

3 产业生态化的时空演化特征

3.1 指标权重

对指标权重分析可知,对我国地级市产业生态化绩效影响较大的主要是第二、三产业增加值总额(I2)、人均工业废水排放量(E2)和人均实际利用外资(I4),其权重分别高达0.2249、0.1879和0.1854,而第二产业产值/第三产业产值(I1)、人均公共绿地面积(E1)、一般工业固体废弃物综合利用率(E3)作用效果不明显,其权重分别仅为0.0657、0.0613、0.0514，由此反映出在目前的分权体制下，各地政府热衷于追求经济指标的“锦标赛”,尤其是产业生态化发展仍然依赖于工业化的规模扩张与总量增长,忽视了产业结构的优化提升和产业系统的高级化发展进程,第三产业发展呈现低端同质化倾向,尚未发挥出第三产业经济要素的横向转移反馈作用与集群效应,势必导致产业环境系统资源配置的低效现象(表1)。

3.2 产业生态化进程与类型特征

总体上看,我国287个地级市产业系统、生态环境系统得分分别仅为0.1359和0.3168,一方面说明对我国产业生态化影响最大的仍是产业系统发展;但另一方面也反映出产业系统与生态环境系统发展不完善,长时期规模化的工业化发展已对生态环境产生了严重干扰,生态环境保育能力不断降低。我国287个地级市产业系统与生态环境系统耦合度和耦合发展度得分分别仅为0.3550与0.2686,耦合发展度处于拮抗时期,侧面反映出现阶段我国产业系统与生态环境系统发展极不协调,未来需要加快产业轻型化与清型化进程,减轻产业发展对生态环境的不利影响。同时,从耦合发展度阶段划分而言,处于拮抗时期、一般耦合时期和高度耦合时期的地级市个数分别为194、73、20,分别占地级市总数的67.60%、25.44%和6.96%,尚无地级市进入系统优化时期,由此说明仍有众多城市产业生态化进程缓慢,未来产业生态化发展具有广阔的空间。

从区域划分而言,生态环境系统得分呈现出东部地区(0.3224)>东北地区(0.3174)>中部地区(0.3173)>西部地区(0.3148),产业系统得分呈现出东部地区(0.2299)>西部地区(0.1519)>东北地区(0.1340)>中部地区(0.1308),一方面说明产业系统发展与经济发展水平密切相关,产业系统得分与生态环境系统得分呈现地理梯度性特征;另一方面也反映出东中西部地区以及东北地区之间区域差异不断缩小,自科学发展观提出以来,各地区更加注重资源节约与环境保护,生态文明建设逐渐加强,循环经济发展模式日益发展。区域之间耦合度得分呈现出东部地区(0.5201)>西部地区(0.4500)>东北地区(0.3716)>中部地区(0.3490),耦合发展度得分也呈现出东部地区(0.3663)>西部地区(0.3072)>东北地区(0.2769)>中部地区(0.2642),虽然东部地区与西部地区处于一般耦合时期,但数值较低,并且中部地区和东北地区仍处于拮抗阶段,反映出区域产业生态化质量提升之路漫长而艰巨。

3.3 产业生态化空间分异特征

产业系统与生态环境系统空间分异特征(图1):首先从整体上看,产业系统得分最高的是深圳市(0.7833),最低的是广安市(0.0166),两者相差47倍之多;生态环境得分最高的是黄山市(0.4020),最低的是嘉峪关市(0.1157),两者相差约4倍之多。由此可见,总体上，我国产业系统与生态环境系统空间分异十分明显,且产业系统的空间差异发挥着绝对的主导作用。从图1可知,产业系统发展具有俱乐部收敛特征。即产业发展高水平区域集中在京津冀地区、长三江地区和珠三角地区,且产业的集聚发展特征较明显,与经济发展水平呈现较强的正相关性,而广大的其他地区则处于产业发展低值区。生态环境系统得分则分布较均衡,且中西部地区呈现出集中连片发展趋势,与产业系统发展趋势似乎具有“互补性”,很大程度上说明了经济发展强度、人力资源优势、科学技术水平、市场经济发育程度等大于产业发展与生态环境发展的影响。总体上，我国从东到西,人力资源、科学技术水平以及市场发育程度逐渐降低,而东部地区较中西部地区而言,其得分高值区较少,暗含着现阶段产业发展模式依赖于物质资本与人力资本的积累,资源的高投入、高消耗、高污染排放的线性发展模式仍比较盛行,从而导致我国地级市产业发展与生态环境形成“内在互补”现象。其次从省域层面看,产业系统得分最高的是上海市(0.5245),最低的是青海省(0.1087),两者相差将近5倍之多;生态环境系统得分最高的是北京市(0.3544),最低的是重庆市(0.2636),两者相差约1.34倍。省域之间分析同样表明我国产业生态化发展存在着空间分异特征。

图1 我国产业系统与生态环境系统得分

产业系统与生态环境系统的耦合度与耦合发展度空间分异特征(图2):首先从整体上看,我国产业发展耦合度得分最高的是北京市(0.9606),最低的是广安市(0.0002),两者相差4803倍之多;产业耦合发展度得分最高的是上海市(0.5659),最低的是广安市(0.0057),两者相差约100倍之多,我国产业发展耦合度和耦合发展度的区域差异非常明显。此外,在空间布局上我国产业发展呈现出“圈层+轴线”的空间布局结构,其中圈层结构是指以京津冀地区、长三角地区、珠三角地区为核心的三圈层结构(由中心向外围逐次递减),轴线结构是指整体水平沿东部沿海为中心由东向西逐次递减,形成一条不十分明显的“梯度发展轴”。其次从省域之间看,我国产业耦合度得分最高的是北京市(0.9606),最低的是青海省(0.2527),两者相差约4倍之多;产业耦合发展度得分最高的是上海市(0.5659),最低的是青海省(0.2321),两者相差2倍之多,一方面印证了我国产业发展的生态化水平呈由东向西逐次递减的空间格局,另一方面也说明现阶段我国产业生态化发展的核心仍集中在东部地区。

图2 我国产业系统与生态环境系统耦合度和耦合发展度得分

4 产业生态化的驱动因素分析

4.1 区域资源禀赋条件差异

产业生态化是改变原来单向线性开放式的生产模式,加快形成循环反馈封闭式的新兴产业发展新模式,最终实现产业生态系统经济、社会和生态效益的有机统一。产业生态化的科学发展需要资金、技术和人才的投入。总体上,我国区域之间不但经济技术发展基础条件存在差异,而且由于东部地区仍然在集聚集群式发展,经济发展对周围的压迫式掠夺效应尤为突出,资金、技术、人才等经济要素从中西部地区向东部沿海发达地区流动的格局未发生根本性变化,导致中西部地区由于缺少产业生态化必需的资金、技术、人才优势而成为产业生态化的低值区,而东部沿海发达地区由于资金、技术、人才的支撑而成为产业生态化的高值区。相关研究表明[24],仅2000—2009年东部地区资本流入总量为1.5838万亿元,中部地区与西部地区资本流出总量分别为1.3352万亿元、5.0861万亿元。此外,根据统计资料计算可知,2001年东部地区从事科技活动人员数占全国总数比重为56.46%,截止2015年这一比重上升到62.88%,由此反映出与东部地区相比,中部地区与西部地区产业生态化发展所需资金、技术、人才要素差距在不断扩大。

4.2 区域分工与产业结构差异

根据区域分工理论与比较优势理论,我国东部地区与中部地区、西部地区、东北地区产业类型差异性显著,中部地区、西部地区、东北地区依赖于资源开发与利用的资源型产业较发育,产业类型多以资源开采业、能源加工业、资源初加工产业等处于产业链的上游产业为主,产业结构重型化特征比较突出。东部地区产业结构不断优化升级,高新技术和现代服务业较为发育,所占比重较大,产业生态化水平较中部地区和西部地区相对较高。据统计资料计算可知,2015年东部地区高技术企业数占全国高技术企业总数的比重为67.20%,而中部地区、西部地区和东北地区这一比例分别仅为18.31%、10.48%和4.01%。东部地区原煤产量占全国原煤产量的比重不足10%,而西部地区这一比重则高达40%以上。由此可见,相较于东部地区而言,虽然我国中部地区与西部地区自然本底条件较为优越,但区域分工的差异性与重型化的产业结构导致其产业生态化水平仍然较低。

4.3 区域产业梯度转移差异

区域产业生态化实现的重要途径之一是区域产业的生态化转移,在唯GDP绩效驱动下,政府往往表现出强烈的经济发展驱动特征,尤其是落后欠发达地区的这种现象更为明显。在产业实际发展过程中,发达地区淘汰的落后产能以及高消耗、高污染、高排放的“三高”产业在落后欠发达地区又有进一步发展的空间,承接产业梯度转移的地域由于对产业的生态化控制不足,对区域生态化产业发展重视程度不够,将直接导致区域产业生态化水平的进一步扩大。相关研究表明,1997—2007年我国中部地区与西部地区主要承接东部地区的资源型产业转移,尤其是电力热力及水的生产供应业、金融冶炼与制品业、食品制造及烟草业、采选业等,其产业转移比重分别高达27.5%、22%、10.9%、8.5%,而电气机械、电子通信设备等技术密集型产业不断向东部地区集群式发展。相较其他产业而言,资源型产业对环境的干扰程度无疑较高,直接制约着中西部地区产业生态化的可持续发展。

4.4 区域间环境管理力度差异

我国区域之间经济发展模式不同,中西部地区和东北地区急于突破自身发展,缩小与东部地区的经济发展差距,往往采取不惜牺牲环境为代价换取经济的短暂快速发展,并且对生态资源环境保护力度不够,由此导致中西部地区产业生态化水平较低。根据统计资料计算知,2015年我国东部地区环境污染治理投资总额平均为378.67亿元,而中部地区、西部地区和东北地区分别仅为335.5亿元、184.39亿元和186.27亿元。自“科学发展观”提出以来,发达地区已开始淡化GDP增长目标,更加注重绿色GDP发展,即更加注重社会经济增长与生态环境协调发展,而落后地区却依然追求经济规模快速扩张与总量的高速增长。此外,我国东部地区对企业污染排放标准要求较高,节能减排力度逐渐增大,并且逐步整合并淘汰落后产能企业或对企业进行生态化改造,产业生态化水平相对较高；而中西部地区和东北地区为了加快区域发展进程,扩大经济增长规模,往往不设门槛地招商引资或对环境的门槛设置较低,环境管理力度的区域差异性导致区域产业生态化水平的空间分异较大。

5 结论与讨论

5.1 结论

主要是:①对我国地级市产业生态化绩效影响最大的是第二三产业增加值总额、人均工业废水排放量和人均实际利用外资,由此反映出产业生态化发展仍依赖于工业化的规模扩张与总量增长,忽视产业结构的优化提升和产业系统的高级化发展进程,势必导致产业环境系统资源配置的低效现象。②识别产业生态化进程与类型特征对我国产业生态化的可持续发展具有重要的作用。处于拮抗时期的地级市个数占比高达67.60%,尚无地级市进入系统优化时期,可见我国产业生态化进程较缓慢,区域产业生态化质量提升之路漫长而艰巨,未来产业生态化发展具有广阔的空间。③识别产业生态化空间分异特征是对产业生态化优化调控的前提条件。产业系统发展具有俱乐部收敛特征,与经济发展水平呈现出较强的正相关性;而生态环境系统得分则分布较为均衡,且中西部地区呈现出集中连片发展的趋势,与产业系统发展趋势存在着一种“内在互补”的规律性特征。此外,我国产业生态化水平呈现出“圈层+轴线”的空间结构。即以京津冀地区、长三角地区以及珠三角地区为核心,由东向西逐次递减。④识别产业生态化区域差异的驱动因素可以为产业生态化科学发展提供有益指导。我国产业生态化区域差异的驱动因素可归结为区域资源禀赋条件差异、区域分工与产业结构差异、区域产业梯度转移差异、区域间环境管理力度差异等因素。总体上,东部地区区位交通条件优越,通信电子信息技术较发达,产业集聚集群式效应凸显;而中西地区和东北地区人口稀少,交通不便,且远离消费市场,产业结构重型化特征较突出,由此导致我国产业生态化区域差异特征较显著。

5.2 讨论

对产业生态化研究具有迫切的现实需求,产业生态化的科学发展微观尺度上需要实施清洁生产,中观尺度上需要建立生态工业园,宏观尺度上需要形成循环经济与生态经济,但产业生态化的依托载体仍是城市,以地级市为研究尺度分析我国产业生态化的时空格局特征对我国产业生态化的优化调整具有重要的现实意义。由于产业生态化本身是一个复杂的系统概念,涉及因素众多,本文仅是从产业系统与生态环境系统的视角进行初步探究,未来需要加大研究领域;其次仅研究了2015年我国产业生态化的时空格局特征,未来需要加强长时限与历时态的分析;第三对我国产业生态化区域差异的驱动因素进行了整体分析,未来既需加强对其他因素的分析,又需要加强对不同区域内部的产业生态化差异的驱动因素进行识别诊断。针对上述问题,有待于今后继续研究。