中国海洋科技-经济-环境系统耦合协调的时空演化

汪永生　李宇航　揭晓蒙　李玉龙　李桂君　王文涛

摘要 在建设海洋强国背景下，依靠科技创新驱动海洋经济高质量增长，同时注重海洋生态环境保护，是促进中国海洋事业可持续发展的战略要求。文章从关联性和协调性角度分别梳理了海洋科技、海洋经济与海洋环境之间的复杂互动，构建出海洋科技-经济-环境复合系统的整合性研究框架。通过构建科学评价体系，利用耦合协调度模型和组合预测模型分析了中国沿海地区海洋复合系统协调发展的时空演化特征。结果发现：①2007—2016年沿海11个省份海洋復合系统的综合发展指数始终保持增长态势。三个子系统的发展指数均有显著提升，但变化幅度和方向存在较大的非同步性。②11个省份耦合协调度的历年均值为0.74，达到中级协调水平，其中科技-经济子系统的耦合变化最大。空间分布上，自北向南耦合协调度总体递减，环渤海地区最高，其次是长三角地区，泛珠三角地区的协调度最低。③10年间，多数省份的海洋系统由经济-环境耦合驱动，转变为科技-经济耦合发挥支配作用，表明海洋科技和经济之间的关联愈发密切，同时也存在对海洋环境的重视缺位。④相比基于历史数据模拟的常规情景，根据外部预期调整后的目标情景显示出更高的协调度预测值，说明如果延续过去的海洋发展方式将难以达到可持续的协调要求。特别是常规情景下经济-环境子系统的相对滞后，将可能制约未来海洋经济向质量效益型转变。因此，需要强化海洋系统自身的循环供给能力，调整海洋科技投入方向，优化海洋科技产出结构，同时实行更加严格的海洋生态保护政策，提升区域性乃至全国海洋系统的协调发展水平。

关键词 沿海地区;海洋经济;海洋科技;海洋环境;耦合协调

中图分类号 F061

文献标识码 A 文章编号 1002-2104（2020）08-0168-9DOI：10.12062/cpre.20200312

十八大报告首次提出“建设海洋强国”战略，并把提高海洋资源开发能力、发展海洋经济、保护海洋生态环境等作为推动海洋事业发展的“四梁八柱”。与陆域经济相比，海洋资源开发对技术要求更高，海洋科技对海洋经济发展的强大作用已成为世界各国海洋实践的共识[1]。同时，海洋科技也是缓解海洋经济与生态环境矛盾关系的平衡器[2]，海洋生态压力反过来又会促进海洋技术革新和经济增长方式转型[3]。可见，海洋科技、海洋经济和海洋环境既是加快建设海洋强国的关键内容，三者之间又存在着紧密的相互作用和相互依赖。其中的某一个要素变化将会影响、带动甚至制约其他要素的发展变化，进而扩大到系统整体的运行状况。基于这个角度，建设海洋强国，不能仅仅把科技、经济和环境等部分相互独立地并置考察，而是需要建立一套综合的系统框架用以评估海洋事业各部分之间的协同性。

从现实来看，近年来中国不断增加海洋科技投入，科技创新的引领作用逐步增强。依靠海洋科技的强大驱动，海洋经济的总量和效益稳步提升，近5年始终保持9%以上的增速[4]，海洋环境也在朝着稳中向好方向改善。但是，与发达国家相比，中国目前海洋科技对海洋经济的贡献率依然较低，技术成果转化率只有50%[5]。与此同时，过度地开发利用海洋资源对生态环境造成了巨大压力，如近岸海域海水污染依然严重，海洋生态系统处于亚健康状态的比例仍然较高[6]。以上表明，目前中国海洋事业发展仍然存在突出的不平衡、不充分问题，海洋科技-经济-环境系统存在一定的发展失调。为此，探究海洋科技进步、经济增长与环境保护之间的互动关系，量化考察三者在演化过程中的耦合协调程度，对于强化海洋复合系统内部的协同联动，更加系统深刻地关心海洋、认识海洋和经略海洋具有重要的现实意义。

1 文献综述

既有研究围绕海洋复合系统中科技、经济和环境的关系展开了较多讨论，概括而言，可以分为两大方面：一是从因果关系或作用机制角度检验三者间的关联性;二是从系统角度测算三者间的协调性。

1.1 系统关联性

关联性强调的是海洋子系统或要素两两之间的关系方式或影响程度，包括：①海洋科技对海洋经济的贡献。比如，Managi等[7]测算了技术变革对墨西哥湾海洋油气产业的长期影响，发现技术创新不仅增加了油气产量，而且还降低了生产成本。郑莉等[8]利用柯布-道格拉斯（C-D）生产函数测算出中国沿海地区海洋渔业经济增长的科技进步贡献。②海洋经济对海洋科技的促进作用。鄢波等[9]使用数据包络分析（DEA）发现海洋经济发展水平对海洋科技产出存在显著的推动作用。③海洋科技对海洋环境的潜在影响，特别是海洋能源开发对生态环境影响的不确定性和复杂性[10]。Shields等[11]发现与海洋潮汐流技术相关的设备设计、阵列规模和部署位置都会对海洋生态环境形成潜在影响;Roche等[12]评估了英国威尔士地区海洋能源技术发展造成的海底生物栖息地破坏、沉积物侵蚀加剧等生态问题。④海洋经济的环境效应，体现在海洋经济的绿色生产与环境治理。学者们大多利用非期望产出的SBM模型，把碳排放、废弃物和废水入海量作为非期望产出，发现如果不考虑环境非期望产出将会高估海洋经济的生态效率[13-15]。⑤海洋环境对海洋经济的激励/约束。Samonte等[16]发现包括珊瑚礁和红树林等在内的海洋生态系统为菲律宾沿海地区带来了许多经济机会，但随着海洋生态破坏与污染加剧，将会约束海洋经济发展水平[17]。⑥海洋环境对海洋科技的规制。钱薇雯和陈璇[18]发现环境规制，包括治污投资的相对成本和海域使用金，均对海洋技术创新产生显著正向影响。

1.2 系统协调性

虽然海洋复合系统内部存在复杂的交互影响，但是不同因果路径下的影响程度往往具有差异，从而导致它们在时期演化中出现非同步变动。因此，在系统关联性以外，进一步考察系统要素间的动态协调性，识别其中发展超前或滞后的要素部分显得十分重要。国外研究更多采取案例形式，分析沿海地区经济发展和生态系统之间的耦合现象，如Outeiro和Villasante[19]权衡了智利南部渔业养殖中包含的生态系统服务和居民福祉（收入和贫困改善）的耦合状况;Lopes等[20]揭示了巴西海湾地带设置的海洋保护区与经济部门（渔业、旅游业）的潜在冲突。一些研究还在气候变化框架下探究外部冲击如何影响社会-环境系统的协调问题，如Tsilimigkas等[21]研究了希腊海岸地带和海岛受海平面上升引发的社会空间系统失调;Delgado[22]发现气温升高和人口增长加剧了热带岛屿上社会-生态系统的耦合压力。最近时期，开始有学者延伸至海洋科技-经济-环境三系统，例如在海岛上推广清洁能源技术不仅能缓解经济部门的能源短缺问题，也会极大降低海洋产业的碳排放[23]。国内学者则主要采用协同度模型考察各海洋系统间的协同状况，关注度最高的是海洋科技-经济系统[1，24-25]。至于海洋经济-环境系统，尤其是海洋科技-环境系统的协调性讨论上，文献的关注相对较少[26]。与国外研究相近，三系统协调在最近两年也开始受到重视，如李华等[27]利用层次回归模型检验了海洋科技对海洋经济和环境的调节效应;高强等[28]把海洋科技纳入社会系统，纵向考察了海南省海洋生态-经济-社会系统的耦合协调演化。

[3] 孙鹏， 宋琳芳.基于非期望超效率-Malmquist面板模型中国海洋环境效率测算[J]. 中国人口·资源与环境， 2019， 29（2）： 43-51.

[4]自然资源部海洋战略规划与经济司.2018年中国海洋经济统计公报[R].2019.http：//gi.mnr.gov.cn/201904/t20190411_2404774.html.

[5]刘大海， 何广顺. 国家海洋创新指数报告2017—2018[M]. 北京： 科学出版社， 2019.

[6]自然资源部国家海洋局. 2014—2017年中国海洋环境状况公报[R].2015—2018.http：//www.mnr.gov.cn/sj/sjfw/hy/gbgg/zghyhjzlgb/.

[7]MANAGI S， OPALUCH J J， JIN D， et al. Technological change and petroleum exploration in the Gulf of Mexico[J]. Energy policy， 2005， 33（5）： 619-632.

[8]郑莉， 林香红， 付瑞全. 区域海洋渔业科技进步贡献率的测度与分析——基于面板数据模型的实证[J].科技管理研究， 2019， 39（12）： 85-90.

[9]鄢波， 杜军， 冯瑞敏. 沿海省份海洋科技投入产出效率及其影响因素实证研究[J]. 生态经濟， 2018， 34（1）： 112-117.

[10]BONAR P A J， BRYDEN I G， BORTHWICK A G L. Social and ecological impacts of marine energy development[J]. Renewable and sustainable energy reviews， 2015， 47： 486-495.

[11]SHIELDS M A， DILLON L J， WOOLF D K， et al. Strategic priorities for assessing ecological impacts of marine renewable energy devices in the Pentland Firth （Scotland， UK） [J]. Marine policy， 2009， 33（4）： 635-642.

[12]ROCHE R C， WALKER-SPRINGETT K， ROBINS P E， et al. Research priorities for assessing potential impacts of emerging marine renewable energy technologies： insights from developments in Wales （UK）[J]. Renewable energy， 2016， 99： 1327-1341.

[13]赵林， 张宇硕， 吴迪， 等.考虑非期望产出的中国省际海洋经济效率测度及时空特征[J]. 地理科学， 2016， 36（5）： 671-680.

[14]赵昕， 赵锐， 陈镐. 基于NSBM-Malmquist模型的中国海洋绿色经济效率时空格局演变分析[J]. 海洋环境科学， 2018， 37（2）： 175-181.

[15]狄乾斌， 梁倩颖. 碳排放约束下的中国海洋经济效率时空差异及影响因素分析[J]. 海洋通报， 2018， 37（3）： 272-279.

[16]SAMONTE-TAN G P B， WHITE A T， TERCERO M A， et al. Economic valuation of coastal and marine resources： Bohol Marine Triangle， Philippines[J]. Coastal management， 2007， 35（2-3）： 319-338.

[17]何林涛， 陈璇. 基于面板数据的海洋环境污染对海洋经济发展影响的实证研究[J]. 海洋开发与管理， 2018， 35（2）： 17-21.

[18]钱薇雯， 陈璇.中国海洋环境规制对海洋技术创新的影响研究——基于环渤海和长三角地区的比较[J].海洋开发与管理， 2019， 36（7）： 70-76.

[19]OUTEIRO L， VILLASANTE S. Linking salmon aquaculture synergies and trade-offs on ecosystem services to human wellbeing constituents[J]. Ambio，2013， 42（8）： 1022-1036.

[20]LOPES P F M， PACHECO S， CLAUZET M， et al. Fisheries， tourism， and marine protected areas： conflicting or synergistic interactions[J]. Ecosystem services， 2015， 16： 333-340.

[21]TSILIMIGKAS G， REMPIS N. Marine uses， synergies and conflicts：evidence from Crete Island， Greece[J]. Journal of coastal conservation， 2018， 22（2）： 235-245.

[22]HERNáNDEZ-DELGADO E A. The emerging threats of climate change on tropical coastal ecosystem services， public health， local economies and livelihood sustainability of small islands： cumulative impacts and synergies[J]. Marine pollution bulletin， 2015， 101（1）： 5-28.

[23]GROPPI D， GARCIA D A， BASSO G L， et al. Synergy between smart energy systems simulation tools for greening small Mediterranean islands[J]. Renewable energy， 2019， 135： 515-524.

[24]孙才志， 郭可蒙， 邹玮.中国区域海洋经济与海洋科技之间的协同与响应关系研究[J]. 资源科学， 2017， 39（11）： 2017-2029.

[25]房辉， 原峰， 熊涛， 等.我国区域海洋科技创新与海洋经济发展协调度研究[J]. 海洋经济， 2019， 9（3）： 48-54.

[26]张晓， 白福臣. 广东省海洋资源环境系统与海洋经济系统耦合关系研究[J]. 生态经济， 2018， 34（9）： 75-80.

[27]李华， 高强. 科技进步、海洋经济发展与生态环境变化[J]. 华东经济管理， 2017， 31（12）： 100-107.

[28]高强，刘韬，王妍，等. 海洋生态经济系统协调发展评价研究——以海南省为例[J]. 海洋环境科学， 2019， 38（4）： 568-574.

[29]周成， 冯学钢， 唐睿. 区域经济-生态环境-旅游产业耦合协调发展分析与预测——以长江经济带沿线各省市为例[J]. 经济地理， 2016， 36（3）： 186-193.

[30]丛晓男. 耦合度模型的形式、性质及在地理学中的若干误用[J]. 经济地理， 2019， 39（4）：18-25.

[31]舒小林， 高应蓓， 张元霞，等. 旅游产业与生态文明城市耦合关系及协调发展研究[J]. 中国人口·资源与环境， 2015， 25（3）： 82-90.

[32]时朋飞， 李星明， 熊元斌. 区域美丽中国建设与旅游业发展耦合关联性测度及前景预测——以长江经济带11省市为例[J]. 中国软科学， 2018 （2）： 86-102.

[33]盖美， 钟利达， 柯丽娜.中国海洋资源环境經济系统承载力及协调性的时空演变[J].生态学报， 2018， 38（22）： 7921-7932.

[34]李博， 张志强， 苏飞， 等.环渤海地区海洋产业生态系统适应性时空演变及影响因素[J].地理科学， 2017， 37（5）： 701-708.

[35]李华， 高强， 吴梵.环渤海地区海洋经济发展进程中的生态环境响应及其影响因素[J].中国人口·资源与环境， 2017， 27（8）： 36-43.

Coupling between marine technology， economy and environment systems in China

WANG Yong-sheng1 LI Yu-hang2 JIE Xiao-meng2 LI Yu-long1，3 LI Gui-jun1，3 WANG Wen-tao2

（1. School of Management Science and Engineering， Central University of Finance and Economics， Beijing 100081， China;

2.The Administrative Center for Chinas Agenda 21， Beijing 100038， China; 3.Center for Global Economy and

Sustainable Development （CGESD）， Central University of Finance and Economics， Beijing 100081， China）

Abstract Under the context of building maritime power， developing high-quality marine economy by relying on science and technology （S&T） innovation while paying attention to marine environmental protection isessentialto the promotion of the sustainable development of Chinas marine system. This paper firstly summarizes the complex interactions between marine S&T， economy and environment from the perspective of relevance and coordination， and then constructs an integrated framework of a marine technological-economic-environmental system. By constructing an indicator system， the coordinated development of the marine system in coastal areas of China is analyzed by using the coupling model and the combined prediction model. The results show that： ① The comprehensive development index of marine systems in the 11 coastal provinces sustains the growth trend from 2007 to 2016. The development index of three subsystem also grows significantly， while showing non-synergies in direction and degree. ② The average annual value of the coupling degree of these 11 provinces reaches 0.74， attaining the intermediate coordination level. The technological-economic subsystem shows the largest change.With regard to the spatial difference， the coupling degree of the Bohai Rim region is the highest， followed by Yangtze River Delta region， with the Pan-Pearl River Delta being the lowest. ③ During the past 10 years， most of the marine systems among the 11 provinces have been transformed from economic-environmental coupling to technological-economic coupling， which means that the relationship between marine technology and economy is becoming closer， while the marine environment has been largely ignored. ④ Compared with the traditional scenario， the target scenario based on external expectations shows a higher degree of coupling prediction， indicating that it will be difficult to achieve sustainable requirements if the past marine development mode is continued. Therefore， it is necessary to strengthen the capacity of circulation supply in marine system， optimize the marine S&T investment and output structure， as well as implement more strict marine ecological protection policies to enhance the coordinated development of regional and national marine systems.

Key words coastal area; marine economy; marine technology; marine environment; coupling development

收稿日期：2019-11-05 修回日期：2020-03-30

作者简介：汪永生，博士生，主要研究方向为海洋经济、海洋科技政策。E-mail：wangysforever@163.com。

通信作者：王文涛，博士，研究员，主要研究方向为气候变化、海洋政策和可持续发展。E-mail：wangwt@acca21.org.cn。

基金项目：科技部改革发展工作专项“我国海洋领域科技发展战略研究”（批准号：2031402400008）;中国清洁发展机制基金赠款项目“‘十三五国家应对气候变化科技与低碳行动接轨的规划研究”（批准号：2014026）。