长三角城市群生态环境-科技创新-经济增长耦合协调时空分异研究

马双 张翼鸥

（1.上海社会科学院信息研究所，上海 200235 2.华东师范大学城市与区域科学学院， 上海 200062）

一、引言

当今，日益严重的生态危机和飞速发展的科技创新引发了人们对于科学发展模式的思考，可持续发展理念成为世界各国积极推崇的发展方式（李虹、张希源，2016）。区域经济的增长离不开科技创新的推动，同样也离不开生态环境的保障。一般认为，科技创新对区域经济的贡献呈几何系数增长（雷曙光，2017；胡曙红等，2016），生态环境保护的高门槛则会阻碍区域经济总量的增长，但却有利于经济结构的改善和优化。随着中国经济逐渐平稳步入新常态，人们开始日益关注生态、创新和经济之间的有机结合与共生发展。党的十八届五中全会提出“创新、协调、绿色、开放、共享”五大发展理念，努力践行生态与创新的融合共生，推动绿色创新发展成为新时代中国区域经济发展的新引擎。作为国内经济发展、改革开放和创新能级高地的长三角城市群，各地也不断积极探索和实践生态环境、科技创新与经济增长的融合发展。上海提出“创新驱动，转型发展”理念，争当改革开放的排头兵和科学发展的先行者；芜湖在安徽省内率先出台《绿色发展行动计划实施方案》，培育发展绿色经济，提高生态文明软实力，当好皖江崛起排头兵、绿色发展领跑者；杭州围绕建设国家中心城市的目标，引领都市圈产业转型升级，倡导信息经济与科技创新的新引擎作用。

在经济地理学者日益从空间视角（Bathelt、Gluckler， 2003）关注人地关系和谐（陆大道，2002；程钰等，2015）、区域间协调发展（沈玉芳等，2000；曾刚、王丰龙，2016）、区域内城乡一体化（张永岳，2011；汪宇明等，2012）等问题时，我们也应从要素领域思考如何发挥各要素系统的耦合协调能力以期更好地发展。基于此，本文从生态环境、科技创新和经济增长关系入手，通过文献梳理尝试阐述三者间的内在联系和作用机理，构建指标体系测度长三角城市群26个城市的耦合协调度，同时对区域类型和时空格局进行划分和可视化表达，据此提出优化路径以期为各地深入开展生态、创新和经济三系统融合共生发展提供科学指导和政策借鉴。

二、相关文献回顾

而生态环境和经济增长的关系则较为复杂。Valadez和Hu（2016）研究了生态环境对经济增长的影响，他们发现中国对环境保护和绿色产业的投资并未对经济增长产生影响，这可能与中国投资政策导向有关。Grossman和Krueger（1995）提出环境库兹涅茨曲线，指出环境污染物与经济发展并非线性关系，而是倒U型曲线关系，即虽然经济的发展会伴随着环境的恶化，但当经济发展突破某拐点时，环境污染状况将得到改善。范慧平等（2015）对河南省生态环境与经济增长的内在关系进行了动态计量分析，结果表明在短期内两者互为负向关系，但长期来看则变成正相关，这证实了Grossman和Krueger（1995）的观点。Uddin等（2016）基于库兹涅茨曲线对22个国家的碳足迹和经济增长关系进行研究，表明了环境与经济增长的长期均衡效应。工业时代，经济快速增长导致生态环境恶化，但随着人类社会进入信息文明时代，经济增长逐渐开始正向反馈生态环境（Kahuthu， 2006）。Galli等（2012）评估了中国和印度的经济增长对全球环境的影响，结果表明在过去的45年里中国和印度的生态足迹增加显著影响了全球人均生态承载力，而Senbel等（2003）对北美地区的研究表明经济活动和消费的增加对区域内生态生产力和消费平衡产生赤字，并可能降低生态可持续性，但长期来看则会出现方向效果。

高水平的环境管制和生态质量有利于科技创新的提升（Jaffe， 1997; Smith、Crotty，2010; Masaru， 2004）。著名的波特假说将生态环境及其管制纳入修正的竞争力模型之中，该理论反对“高水平的区域生态环境将会增加企业费用，对生产率和竞争力的提升产生消极影响”这一观点。认为适当的环境规制可以促使企业进行更多的创新活动，而这些创新将提高企业的生产力，从而抵消由环境保护带来的成本并且提升企业在市场上的盈利能力，提高产品质量从而获得竞争优势（Porter， 1991）。生态环境的提升有利于科研成效和产业生产率的提高，良好的生态环境预示着高水平的区域能级、文化氛围和政策环境（谭文华，2014；曹霞、于娟，2015），科研人员在舒适环境下能更好地发挥出聪明才智和潜能（Saxenian，1994）。而政府强力的环境治理倒逼本地产业升级，使得区域产业发展不得不诉诸于创新能力强的产业（Goldkuhl， 2009），现实中上海漕河泾高科技园区的科技绿洲品牌项目就是最典型的例子。Kemp等（2000）从系统论的视角构建了环境管制与科技创新的理论框架，他们认为复杂制度、社会联系和网络等构成的规范和政策在生态环境和科技创新中扮演重要角色。钱丽与肖仁桥（2012）将生态环境效应纳入农业创新系统效率评价框架之中，发现有效的生态灾害防护有助于安徽省农业创新效率的提升。反过来，科技创新特别是环境保护和生态技术领域的创新突破，将提高传统产业工艺水平，大大减少污染事件，改善生态环境。

三、研究方法和数据来源

（一）研究方法

TOPSIS熵权法是有限方案多目标决策的综合评价方法之一，它对原始数据进行同趋势和归一化的处理后，消除了不同指标量纲的影响，并能充分利用原始数据的信息，所以能充分反映各方案之间的差距、客观真实的反映实际情况，具有真实、直观、可靠的优点，而且其对样本资料无特殊要求。其解决方案通常经过以下步骤：

①对m个研究区域n项指标构建初始矩阵A=(Xij)m×n，并进行归一化处理，得到归一化判断矩阵B=(Yij)m×n，其中Xij为第i个区域的第j项指标值；

②确定各指标的熵值Hi并计算熵权Wi：

③确定理想解Z+和负理想解Z-，计算各方案与Z+、Z-的距离D+、D-：

④得出评价得分Ci：

Ci介于0到1之间，值越大，优劣次序越靠前。

建构主义是学习理论中行为主义发展到认知主义以后的进一步发展，最早的提出者可追溯到瑞士心理学家让·皮亚杰（J.Piaget）和美国教育心理学家杰罗姆·布鲁纳(Jerome Seymour Bruner)。70年代末，以布鲁纳为首的美国教育心理学家将苏联教育心理学家维果斯基的思想介绍到美国，极大地推动了建构主义思想的发展。建构主义目前还未形成稳定的、统一的体系,其分类存在不同的方法。国内学者陈琦等归纳了六种不同倾向的建构主义：激进建构主义、社会性建构主义、社会文化认知的观点、信息加工的建构主义、社会建构论和控制论系统。

耦合协调模型通常用来表示两个或两个以上系统相互作用和协调程度。根据之前TOPSIS法算出三大子系统的综合评价指数，借助耦合协调模型得到生态环境-科技创新-经济增长耦合协调模型如下：

其中，D为耦合协调度，T为三大子系统综合评价值，f(x)、g(y)、h(z)分别为生态环境-科技创新-经济增长子系统评价值，α、β、δ为待定系数，本文取值1/3。

（二）研究对象和数据来源

根据2016年5月国务院通过的《长江三角洲城市群发展规划》，本文选取长三角26个地级市作为研究对象。遵循科学性、全面性和数据可得性原则，本文构建了一个由18个指标组成的耦合测度指标体系（表1）。所需数据来源于2005-2015年《中国统计年鉴》《中国城市统计年鉴》《中国区域经济统计年鉴》和各省市统计年鉴、各城市年度统计公报等。

表1 生态环境-科技创新-经济增长耦合测度指标体系

四、长三角城市群实证分析结果

（一）三维子系统评价指数时空分异

首先，对生态环境、科技创新和经济增长三系统的指标进行了信度和效度检验，结果表明指标间相关性显著。接着，利用TOPSIS熵权法对三个子系统各年份综合评价指数进行计算，结果如图1所示。可以看出，2005-2015年间，长江三角洲城市群的经济增长与科技创新均大体呈上升趋势，且基本保持同步，经济增长指数从0.47上升至0.53，科技创新指数从0.44上升至0.49。其中，在2009年出现较大幅度下降，这可能与金融危机的负面影响有关。而在2012年之后，长三角城市群的经济增长指数出现小幅下降并开始保持稳定，这与中国经济下行并进入新常态有关。相反，生态环境指数出现先下降后上升的态势，从2005年的0.30下降至2011年的谷底0.25，之后又微幅上升至0.28左右的稳定水平，这与之前的研究判断基本吻合：区域经济的增长伴随着生态环境的破坏。党的十八大以来越发重视和强调生态文明建设，长江经济带发展战略更是把生态保护、绿色发展放在首要位置。作为几大国家战略的交汇地，长三角城市群生态环境、科技创新和经济增长发展态势成为中国近10来发展的缩影。

图1 2005-2015年生态环境、科技创新与经济增长指数变动情况

在整体发展演变分析的基础上，选取2005和2015年两个时间节点对长三角城市群内26个城市三个子系统进行了综合评价（表2）。2005-2015年，长三角城市群的科技创新和经济增长指数格局总体相对稳定，且两者呈现一定程度的相关。高值区域主要分布在上海、苏南、浙北三地，其中上海在两项指标上的首位度优势明显，且与第二位城市的差距越拉越大，分别从2005年高出0.11和0.14提高到2015年高出0.13和0.16。低值区域几乎都在安徽境内南部城市，滁州、宣城、池州、安庆末位次序未发生变化，但经过十年发展差距在不断缩小，经济增长和科技创新水平有所改善。合肥、嘉兴、南通等地经济增长和科技创新均有显著提升，台州、泰州、扬州则有较大幅度的衰减，这表明上海作为长三角龙头城市的辐射带动能力在不断增强，地理邻近城市受益匪浅。

与创新和经济相反，生态环境指数变化剧烈，整体上呈下降趋势，在空间上表现出明显的“红增绿减”态势。2005年，上海、苏南苏中、浙西北、安徽南部和东部均呈现良好的生态环境格局，而一些沿海城市生态环境指数反而较差。到了2015年，安徽省大部分城市（除了铜陵、池州、滁州）、江苏南京和扬州、浙江嘉兴都有大幅下降，湖州、滁州、泰州等有大幅度上升，而舟山、杭州、苏州、宁波等则有小幅增加，其中杭州从2005年的第二位上升到第一位，超越上海成为长三角城市群生态环境指数最好的城市。通过计算生态环境指数的标准差，我们发现长三角城市群的生态环境指数差异扩大了接近1倍。在经济增长和科技创新指数均呈稳定上升态势的情况下，生态环境系统发生严重倒退现象，空间格局和地区分异也出现剧烈变动和陡然增大，这与人们预期和以往实证研究存在很大程度的一致性（张荣天、焦华富，2015；彭迪云等，2016）。

表2 2005年和2015年长三角城市群子系统综合评价得分

（二）耦合协调度评价和类型划分

借助耦合协调评价模型，计算2005-2015年长三角26个城市历年的耦合度及均值，并将耦合类型划分为5个层级：严重失调(小于0.20)、轻度失调(0.20-0.40)、一般协调(0.40-0.60)、中度协调(0.60-0.80)、高度协调(大于0.80)，计算结果、各城市耦合类型和主要制约因素见表3。

上海是长三角城市群内唯一高度协调的城市，其主要制约因素是生态环境。杭州、南京、苏州、宁波、无锡、绍兴、常州是中度协调城市，镇江、合肥、嘉兴、湖州、台州、金华、南通、马鞍山、扬州、泰州是一般协调城市，其中大部分城市的制约因素为生态环境。属于轻度失调类型的城市有盐城、舟山、芜湖、铜陵、宣城，其制约因素主要是科技创新和生态环境，而属于严重失调城市的安庆、滁州、池州则主要受限于经济增长。总体而言，处于失调状态的城市不足三分之一（8个），耦合协调受制于生态环境的城市超过一半（14个），长三角26个城市是一个总体协调、生态环境系统相对落后的城市群。

从空间格局来看，长三角城市群耦合类型呈现沪宁杭Z字形高水平发展轴，辅以合肥-马鞍山、金华-台州、扬镇泰-南通较高水平发展带，以及安徽大部、苏北低水平发展区的空间结构特点。其中，上海的极化辐射效应明显，离上海越近的城市其耦合协调度也越高，南京、杭州作为两个副中心高地也呈现出较好的带动效应，而合肥的带动效应则不明显。

表3 2005-2015年长三角城市群耦合度计算结果及耦合类型

五、结论与建议

如何更好发挥区域内各要素系统间的协调发展潜力、探索科学有效的可持续发展模式已成为学者和政策制定者日益关注的问题之一。本文以长三角城市群为案例，借助TOPSIS熵权法计算了2005-2015年26个城市生态环境、科技创新和经济增长三个要素系统的评价指数，接着利用耦合协调评价模型计算各城市耦合度并进行类型划分，最终刻画出长三角城市群耦合协调发展水平的时空分异格局。

本文通过研究发现，长三角城市群三个子系统的时空动态变化过程中，科技创新和经济增长呈现较高程度的一致性且相对稳定，而生态环境的变动性较大。从时间演化来看，科技创新和经济增长均呈现稳定上升趋势，而生态环境则出现波动下降的情况，经济增长和科技创新并未带动生态环境指数的提升；从空间分布格局来看，经济增长水平高的城市，科技创新水平也相对较高，但生态环境指数的相关性不明显。拥有低生态环境指数的城市既有盐城、南通、宁波、台州等沿海较发达地区，也有合肥、芜湖、马鞍山等内陆发展较快城市。

通过进一步的耦合协调指数分析，我们发现长三角城市群总体协调，但发展受制于落后的生态环境系统。上海、苏南、浙北等综合发展水平高的城市其耦合协调度越高，相对低水平的安徽大部分城市的耦合协调度则较低，整体格局大体呈现沪宁杭Z字形高水平发展轴，苏中、浙南、徽中较高水平发展带，以及安徽大部、苏北低水平发展区的空间结构。其中，沪宁杭三座城市的带动效应显著，而合肥则不太明显。

本文的研究结果为长三角城市群提升核心竞争力提供新的思考方向和政策指引。在日益强调区域一体化的背景下，城市群中各城市内部的各要素系统间应保持较好的协调性，而且不同的城市因发展阶段、资源禀赋、制度环境、文化差异、区域特性的差异会遇到不同的发展瓶颈，因此要根据各自的制约因素着重补发展短板。上海、杭州、南京等综合发展水平较高、耦合协调度较好的城市应进一步发挥龙头带动作用，扩大辐射范围向内陆纵深影响；合肥应充分把握经济增长和科技创新的高度耦合关系，提升经济科技创新水平，同时充分发挥两者对生态环境的拉动作用；江浙两地的沿海沿江发达城市在保证经济增长、科技创新高水平的前提下，应更多关注生态环境保护和可持续发展；安徽省其他城市要以《长三角城市群发展规划》为契机，结合自身优势，立足区域实际，加快转型步伐，推动区域发展方式向生态环境、科技创新、经济增长耦合协调的可持续发展方式转变。