湖南科技创新与绿色发展耦合协调时空特征及影响因素

李大鹏，夏安桃

（湖南师范大学 资源与环境科学学院，湖南 长沙 410081）

改革开放以来，中国经济发展成就巨大。同时，由于长期推进粗放工业化发展，造成资源利用效率低下、环境承载力下降，进而导致出现大气污染、土壤流失、水体质量下降等一系列生态环境问题，转变经济发展方式的重要性日益凸显。党的十八届五中全会提出“创新、协调、绿色、开放、共享”的新发展理念。创新和绿色是新发展理念的重要组成部分，二者相互制约，相互促进，存在协同发展的互动关系。一方面，科技创新能提升全要素生产率，提高资源利用率，推动产业结构升级优化，助力生态修复和污染防治。另一方面，绿色发展为科技创新指引方向，为其提供充足的物质保障，良好的生态环境可吸引科技人员等创新要素集聚。科技创新与绿色发展两系统的耦合协调可为解决经济社会发展面临的转型问题提供路径。作为中部地区的经济大省和制造大省，湖南省推动科技创新和绿色发展的耦合协调，有利于促进自身的经济转型，对于落实新发展理念，推动经济高质量发展具有重要意义。

目前，国内外学者分别对科技创新和绿色发展进行了深入研究，成果丰富。其中关于科技创新的研究主要涉及理论阐述[1]、创新能力评估[2-3]、资源配置效率[4]、影响因素[5]等方面。关于绿色发展的研究则多集中于内涵与特点[6-7]、评价体系构建[8-9]、发展效率[10]、驱动机制[11]等方面，研究尺度涉及国家[12]、城市群[13]、省域[14]、市域[15]、县域[16]等多个层级。相对而言，目前学术界有关科技创新与绿色发展关系的研究较少。理论研究方面，黄娟论述了科技创新与绿色发展两大理念的辩证关系，认为科技创新为绿色发展提供根本动力，绿色发展是科技创新的重要方向[17]；王亚平等阐述了绿色发展及科技创新的内涵，并从支撑工农业生产，为生活、消费提供绿色产品等方面论述了科技创新对绿色发展的影响机制[18]。实证研究方面，田晖等以我国47 个智慧城市为例，分析得出创新驱动在整体上确能促进经济绿色发展[19]；滕堂伟等以长江经济带为例，在分析科技创新与绿色发展两者耦合协调程度基础上，进一步研究协调度的空间关联与溢出效应[20]。

总体而言，已有研究大部分集中在科技创新或绿色发展的单一领域，对两者相互关系进行的研究则相对较少，且主要论述科技创新对绿色发展的单方面影响，更鲜有对两系统耦合协调发展的影响因素进行实证探究。科学评价湖南科技创新与绿色发展水平及其耦合协调度的时空特征，探明制约两系统耦合协调发展的主要因素，有助于提出促进两系统耦合协调发展的针对性建议。基于此，以湖南14 个市州为对象，构建综合评价指标体系，对科技创新与绿色发展水平、耦合协调度的时空格局进行分析，进而探究其影响因素，提出湖南省改善科技创新与绿色发展耦合协调水平的建议，以期为湖南省落实新发展理念，推动经济高质量发展提供参考。

一、研究方法和数据来源

（一）研究方法

1.评价指标体系建立

基于科技创新和绿色发展的内涵与特点，考虑指标的科学性、代表性、可获得性，并参考相关研究[3,5,8-9,12-16,20-22]，构建科技创新与绿色发展的综合评价指标体系（表1）。在构建科技创新系统评价指标体系时，从创新环境、创新投入、创新产出等3 个维度选取共9 个指标。绿色发展系统评价指标体系则由产业发展、资源利用、环境压力、生态规模和环境治理等5 个维度的16 个指标组成。

表1 科技创新与绿色发展系统评价指标体系

2.综合发展水平测算

熵值法通过信息熵来确定系统内各指标的权重。作为一种客观确定指标权重的方法，可较好避免进行赋权的主观性，具体计算方法参考张国俊等[23]。在使用熵值法计算出权重的基础上，通过线性加权法计算出2008—2017年湖南省各市州科技创新和绿色发展水平。采用极差标准化方法对原始数据进行处理。

3.耦合协调度模型

借鉴物理学中的容量耦合系数模型，可以构建科技创新与绿色发展系统的耦合度计算公式[21]：

式（2）～（3）中：D为耦合协调度，C为耦合度，T为科技创新与绿色发展系统的综合评价值，F(x)为科技创新评价值，G(y)为绿色发展评价值，α、β为子系统权重。科技创新和绿色发展同等重要，因此取α=β=0.5。参考已有研究[24-25]，根据实际情况将科技创新与绿色发展耦合协调度划分为7 个阶段：严重失调（0 ＜C≤0.15），中度失调（0.15 ＜C≤0.25），轻度失调（0.25 ＜C≤0.45），失调—协调过渡（0.45 ＜C≤0.55），初级协调（0.55 ＜C≤0.75），良好协调（0.75 ＜C≤0.85），优质协调（0.85 ＜C≤1）。

4.空间自相关

空间自相关可用来分析空间单元属性值与其相邻单元是否存在相关性。全局空间自相关用来描述属性值在研究区域内的空间关联程度，可用全局Moran'sI指数测度；局部空间自相关用来分析局部区域上是否存在不同的空间聚集模式，可用局部Moran'sI指数测度。具体计算过程参考邹琳等[26]。

5.灰色关联分析

灰色关联分析基于序列曲线的几何相似程度来判断序列间联系程度是否紧密[27]。面板数据具有时间和空间两个维度的信息，能反映各样本在相应指标下的发展动态，使用面板数据获取的信息要比仅采用时间序列或横截面数据更加丰富，面板数据灰色关联度计算步骤如下[27-28]：

1）计算关联系数。

式（4）中：γi(m,t) 为关联系数，D0(m,t) 为耦合协调度标准化值，Xi(m,t)为各影响因素标准化值，S=min(I,m,t)|D0(m,t)-Xi(m,t)，L=max(I,m,t)|D0(m,t)-Xi(m,t)，ρ为分辨系数，取值为0.5，i=1,2,…,N；m=1,2,…,M；t=1,2,…,T。

2）计算面板数据灰色关联度。

式（5）中：ri为面板数据灰色关联度。参考相关研究将灰色关联度分为4 个等级：弱关联度（0＜ri≤0.4），中等关联度（0.4 ＜ri≤0.6），较强关联度（0.6 ＜ri≤0.8），强关联度（0.8 ＜ri≤1）。

（二）数据来源

数据来源于《中国城市统计年鉴2009—2018》《中国城市建设统计年鉴2008—2017》《湖南统计年鉴2009—2018》《湖南科技统计年鉴2009—2018》《湖南水资源公报2008—2017》以及2008—2017年湖南各市州的统计公报。个别缺失数据采用插值法进行补齐。

二、评价结果分析

（一）科技创新与绿色发展水平时空特征分析

运用构建的评价模型对2008—2017年湖南省14 个市州的科技创新与绿色发展水平进行测度，并从时间（图1）和空间（图2 ～3）两方面分析其特征。

图1 2008—2017年湖南省科技创新与绿色发展水平均值

图2 各市州科技创新水平对比

图3 各市州绿色发展水平对比

从时间上看，湖南省科技创新水平均值从2008年的0.097 2 增长到2017年的0.262 6，整体发展稳定，呈现较好的上升态势，主要原因在于湖南省对于科技创新资源的投入水平不断提高，其中R&D 经费内部支出由2008年的114.66亿元增至2017年的568.53 亿元①研究与试验发展（R&D）指在科学技术领域，为增加知识总量，以及运用这些知识去创造新的应用进行的系统的创造性的活动，包括基础研究、应用研究、试验发展三类活动。国际上通常采用R&D 活动的规模和强度指标反映一国的科技实力和核心竞争力。，同期的R&D人员全时当量则由51 979 人年增至130 829 人年，两者均有大幅增加，一系列举措促进了创新产出水平的提升。就绿色发展子系统来看，其均值从2008年的0.219 6 增长到2017年的0.436 0，说明湖南近年来在推进产业升级、节能减排、生态治理等方面取得了一定成效。相对而言，湖南绿色发展水平呈现出波动上升的态势，在2011年略有下降，主要原因是当年水资源总量的急剧下降。2012年《绿色湖南建设纲要》出台，湖南省绿色发展战略的推进力度进一步加大，绿色发展水平开始趋于更稳定的增长态势。就研究期内两个子系统的相对水平而言，科技创新子系统的发展水平一直低于绿色发展，湖南省下一步可继续适当加大科技创新资源投入力度，同时建立健全促进创新的相关机制。

从空间上看，各市州的科技创新水平差异较大，长株潭城市群表现优异，且与其他市州拉开了较大差距，低水平区则主要集中在张家界、怀化、永州、湘西等地。就绿色发展水平空间分布而言，各市州也存在一定的空间差异，高水平区域仍主要集中在长株潭城市群，而低水平区则主要分布在邵阳、娄底、益阳等地。长株潭城市群在科技创新和绿色发展两方面均处于领先地位，说明其国家自主创新示范区和两型社会试验区建设取得了一定成效。作为湖南省内经济综合实力最强的区域，长株潭城市群不仅拥有丰富的各类资源吸引大量科技创新要素，同时拥有充足的物力财力支撑绿色发展。

（二）科技创新与绿色发展耦合协调时空格局分析

运用构建的耦合协调度评价模型，对2008—2017年湖南省14 个市州的科技创新与绿色发展耦合度及耦合协调度进行测度，并从时间（图4）和空间（图5）两个方面进行分析。

图4 2008—2017年湖南省科技创新与绿色发展耦合度及耦合协调度均值

图5 湖南省科技创新与绿色发展耦合协调度空间分布

从时间上来看，耦合度均值由2008年的0.785 2 增长到2017年的0.919 4，说明科技创新与绿色发展两个子系统间的相互作用程度有所增强。同期，耦合协调度的均值由2008年的0.346 9 增长到2017年的0.557 0，呈现出稳定的上升趋势。具体来看，2008年至2012年的耦合协调水平处于轻度失调阶段，2013年至2016年处于过渡阶段，2017年的耦合协调度达到0.557 0，开始进入初级协调阶段。研究期内，耦合协调水平的稳定提升得益于湖南省科技创新与绿色发展两个子系统水平的共同进步，科技创新能力的提高给予绿色发展动力支撑，而绿色发展的建设成果也反过来促进科技创新能力的进步，两者相互促进，共同推动了耦合协调度由轻度失调进入初级协调阶段。总体来说，湖南省科技创新与绿色发展的耦合协调水平呈现出良好的增长态势，但整体协调水平有进一步的提升空间。

以各市州为基本单元，选取2008年、2012年、2017年等3 个时间截面的科技创新与绿色发展耦合协调度数据，绘制耦合协调度的空间分布图，分析其空间分布特征。所选年份内，各市州的耦合协调等级普遍不高，且初期以失调类型（中度与轻度失调）为主，得益于科技创新与绿色发展水平的不断进步，各市州耦合协调度呈现出上升的趋势，处于失调阶段的地区逐步减少，发展至后期，大部分地区均进入过渡及以上阶段。具体来看，2008年，达到初级协调水平的仅有长沙一个市，株洲和湘潭处于过渡阶段，其他市州均处于不同程度的不协调状态，其中处于轻度失调的有衡阳、岳阳、常德、张家界、益阳、郴州、怀化、娄底、湘西，属于中度失调的有邵阳和永州；2012年，多个地区的耦合协调度等级有所提升，其中长沙进入良好协调阶段，株洲和湘潭进入初级协调阶段，岳阳和常德进入过渡阶段，邵阳和永州则由中度失调进入轻度失调阶段；2017年，多个地区的协调度等级进一步提升，其中进入优质协调阶段的有长沙，处于初级协调阶段的有株洲、湘潭和岳阳三市，处于失调阶段的仅有湘西州一个地区（轻度失调），其余各市则均处于失调—协调过渡阶段。在空间分布上，各市州的耦合协调度存在较大差异，呈现以长株潭城市群为高值中心向外围递减的格局。长株潭城市群作为湖南省内经济综合实力最强的区域，其科技创新和绿色发展水平均处于领先水平，因而两子系统相互协调，相互促进的水平也相对较高。

（三）科技创新与绿色发展耦合协调度空间自相关检验

1.科技创新与绿色发展耦合协调度全局空间自相关检验

为进一步反映科技创新与绿色发展耦合协调度的空间集聚态势与演变特征，选取2008年、2012年和2017年3 个年份，计算其全局Moran'sI指数，结果显示三个年份的全局Moran'sI指数均为正值，且全部通过显著性检验（P≤0.05），说明耦合协调度存在较强的空间正相关（表2）。2012年的全局Moran'sI指数与2008年相比有小幅上升，2017年的全局Moran'sI指数较2012年又有所回落，表明耦合协调度的空间集聚程度前期稍有增强，发展至后期则有所减弱。

表2 科技创新与绿色发展耦合协调度全局自相关Moran's I 指数

2.科技创新与绿色发展耦合协调度局部空间自相关检验

全局空间自相关只能分析出总体的空间集聚程度，而局部的空间集聚程度需运用局部自相关进行分析。通过GeoDA 软件得出LISA 聚类情况，以进一步分析耦合协调度的局部空间集聚特征（表3）。从结果来看，耦合协调度呈现出明显的局部空间相关特征，且只存在高高集聚和低低集聚两种类型。其中高高地区主要分布在以长株潭城市群为主的经济较发达地区，该类型城市在2008年有3 个，分别是长沙、株洲和湘潭，在2012年和2017年则有4 个，分别是长沙、株洲、湘潭和岳阳，其科技创新与绿色发展耦合协调度均处于较高水平。低低区域则分布在发展相对落后的大湘西地区，该类型城市在2008年仅有邵阳一个地区，在2012年和2017年增至2 个，分别是邵阳和怀化，其科技创新与绿色发展耦合协调度较低。

三、影响因素分析

科技创新与绿色发展的耦合协调水平受多种因素共同影响。参考现有研究，选取经济发展水平、城镇化水平、政府调控能力、市场消费水平、金融环境、对外开放水平等作为影响因素，同时分别以人均GDP 代表经济发展水平、城镇化率代表城镇化水平、人均公共财政支出代表政府调控能力、人均社会消费品零售总额代表市场消费水平、金融机构人民币贷款占GDP 比重代表金融环境、人均实际利用外资代表对外开放水平，利用面板数据灰色关联度公式计算各因素对科技创新与绿色发展耦合协调度的关联度（表4）。计算结果显示各影响因素的关联度值均大于0.6，属于较强关联或强关联水平，表明各因素与耦合协调度均具有较密切的联系，各因素按照关联度从强到弱依次为：城镇化水平＞政府调控能力＞经济发展水平＞金融环境＞市场消费水平＞对外开放水平。

表4 各影响因素灰色关联度†

1）城镇化率的关联度为0.813 3，属于强关联。城镇化进程中的人口、设施、产业等要素集聚，可为创新提供重要条件，同时各类要素集聚也有助于提高资源利用率，促进绿色发展。

2）人均公共财政支出的关联度为0.706 4，属于较强关联。政府公共财政支出可发挥引导作用，促进科技创新，同时公共财政支出也是提供绿色公共产品的重要资金来源。

3）人均GDP 的关联度为0.679 5，属于较强关联。较高的经济发展水平可为科技创新提供充足的物质基础，同时经济发展也会加大人们对绿色产品的需求。

4）金融机构人民币贷款占GDP 比重的关联度为0.635 3，属于较强关联。良好的金融环境有利于解决融资难题，促进科技创新和绿色发展等各项活动顺利开展。

5）人均社会消费品零售总额的关联度为0.627 8，属于较强关联。较高的市场消费水平可以创造有效需求，从而带动新技术的创新和绿色产业发展。

6）人均实际利用外资的关联度为0.616 2，属于较强关联。外资的利用可推动高新技术行业发展，促进技术创新与产业优化升级。

四、结论和建议

（一）结论

基于2008—2017年湖南省14 个市州的面板数据，运用熵值法、耦合协调度模型、空间自相关、灰色关联分析等方法，测算其科技创新与绿色发展水平，分析两者耦合协调度的时空特征，并探究耦合协调度变化的影响因素。结果表明：1）湖南省科技创新与绿色发展水平均值都呈现上升态势，但仍有进步空间；空间分布上，长株潭城市群的科技创新和绿色发展水平均处于领先地位。2）湖南科技创新与绿色发展耦合协调度均值不断提高，由轻度失调阶段步入初级协调阶段，但整体水平有待进一步提升；各市州的耦合协调水平不断改善，在空间分布上呈现出以长株潭城市群为高值中心向外围递减的格局。3）耦合协调度表现出显著的空间集聚性特征，高高集聚区主要位于长株潭城市群，低低集聚区则分布在大湘西地区。4）城镇化水平、政府调控能力、经济发展水平、金融环境、市场消费水平和对外开放水平等因素都对耦合协调度发展有较强影响。

（二）建议

基于实证分析结果，提出促进湖南科技创新与绿色发展耦合协调的政策建议。

第一，各市州可在推动新型城镇化进程中，借助人口、基础设施、产业等要素的集聚，夯实科技创新发展的资源基础，同时还应合理提高各类资源利用率，减少污染，促进绿色发展。各地政府可发挥公共财政支出的保障和引导作用，为科技创新提供充足的资金支撑，同时要注重地区绿色公共产品的供给、产业结构的优化升级。

第二，长株潭城市群等科技创新与绿色发展耦合协调度达到协调阶段的地区，可通过完善科技金融政策、扩大消费规模和提升对外开放水平，为两系统进一步发展提供良好的外部环境，促进绿色科技创新。对于未达到协调阶段的市州，要找准科技创新与绿色发展系统中的薄弱环节，通过经济发展为两系统提供充足的物质保障，补齐短板。

第三，各市州应基于自身优势与特点，建立区域协同发展机制，以此提高湖南省整体协调水平。可完善激励机制，鼓励长株潭城市群等高耦合协调水平地区发挥辐射引领和帮扶作用，通过绿色技术和产业转移来带动周围低耦合协调水平地区的发展。湘西等低耦合协调水平的地区可出台专门政策，建立对接机制，为产业转移落地提供保障。