科技创新对中国沿海地区产业生态化的影响研究

韩 政，程 钰，刘 娜

(山东师范大学地理与环境学院，中国 济南 250358)

改革开放以来，追求经济高速度增长的传统经济发展模式长期占据统治地位，中国经济在高速增长的同时生态环境也承载了巨大的压力。资源短缺、环境污染和生态破坏等一系列问题频发，经济、资源和环境之间的矛盾日益突出，因此如何在保持经济快速增长的同时降低其对环境的胁迫，成为急需解决的关键问题。目前我国越来越重视可持续发展与生态化发展，产业生态化是一种新型的产业发展模式，以实现可持续发展为目标[1]。产业生态化依靠科技进步改造传统产业，改变传统的生产方式，实现资源和能源的高效利用，使生产活动对生态环境的的影响降到最低，促进经济社会的可持续发展。

产业生态化是当前阶段实现供给侧结构性改革和经济高质量发展的内在要求，旨在改变产业系统与生态环境的紊乱状况，通过科技创新、技术进步改进传统的产业模式及产业结构，充分利用资源，协调环境、社会和经济的可持续发展，备受国内外学者的关注[2]。国外的产业生态相关研究和实践始于20世纪90年代，在Frosch, Graedel, Allenby, Erkman, Aryes和Andrews等学者的推动下，产业生态学取得了长足发展[3-7]。国外学者通过系统、定性、定量等多种方法对产业生态学进行了深入的研究，涉及的领域相当广泛。概括来看，国外的产业生态研究主要可以概括为以下3个方面：一是关于产业生态系统效率的研究[8，9]；二是产业生态的分析方法和实践途径的研究[10，11]；三是关于生态产业园区的研究[12，13]。随着可持续发展理念的不断深化，国内学者对产业生态化的研究也呈现多元化的态势，主要集中于内涵界定、研究尺度、指标体系构建、影响机理和模型构建等方面。

(1)内涵界定方面。各界学者从不同的角度出发对产业生态的概念进行概括界定，形成了不同的观点，研究从经济发展、资源消耗、环境污染和生态影响等维度界定产业生态化，但大致涵盖经济维度和资源环境维度，如陆根尧等认为， 产业生态化是指建立一个能够促使和实现社会经济系统和自然生态系统之间，物质与能量和谐流动的产业体系[14]；黄志斌等从经济学的视角出发认为产业生态化是指把产业活动纳入到生态系统的循环之中，实现产业活动与生态系统的良性循环和可持续发展[15]。

(2)研究尺度方面。主要涉及全球、国家、城市群和省域等宏观尺度，产业园区、生态集聚区等中观尺度，产业、企业等微观尺度。宏观尺度的研究主要集中于对全球、国家、城市群和省域等产业系统的测度研究，侧重于对产业与生态系统之间的耦合协调度的探究[16，17]。例如马勇和刘军对长江中游城市群进行了产业生态化效率的研究[18]：刘淑茹和韩世芳对西部地区产业生态化进行了评价研究[19]。中观尺度方面主要是建立生态产业园区和生态聚集区，使资源在产业系统内达到循环利用，尽可能减少工业废物的排放。例如郭付友等对松花江流域(吉林省段)产业系统生态效率时空分异特征与影响因素进行了研究[20]；杨青山等在对工业生态学理论进行归纳的基础上开展了城市生态工业园区的设计研究[21]。微观尺度上着重强调产业、企业发展的生态化，实施清洁生产，使资源在企业内部实现循环利用，提高资源利用率[22]。

(3)指标体系构建方面。科学合理的产业生态化指标体系有利于进一步判断区域产业生态系统的状态与阶段，也为区域绿色发展的实现路径奠定了重要基础，当前产业生态化指标选取主要包括构建层次清晰的多维度指标综合体系和依据生态效率模型测度区域产业生态化效率等。例如，王珏晗等从经济发展效率和资源环境效率两个维度构建广东省产业生态化评价体系并探究其时空演变特征[23]；秦曼等构建海洋产业生态化理论模型，提出海洋产业结构生态化、海洋产业组织生态化、产业生产方式生态化及海洋产业技术生态化四个方面的综合评价指标体系，弥补了各地区海洋产业生态化的短缺[24]；付德申把生态指标纳入产业发展中，通过对产业生态化内涵的分析，构建产业生态化效率指标，对中国十大城市群产业生态化效率进行了评价[25]。

(4)影响机理方面。影响城市产业生态化发展有环境规制、产业结构、科技创新、国际贸易、城镇发展等因素。如刘曙光等运用面板回归模型得出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，且在地区间存在一定程度的差异性[26]；程钰等利用基尼系数、空间自相关模型以及Tobit模型对中国环境规制效率驱动机制进行了研究，结果显示城镇化、市场化、全球化和环境规制等因素对区域可持续发展有较强的推动和空间溢出效应，是不同类型的影响因素与机制共同驱动作用的结果[27]。

(5)模型构建方面。科技创新是一个国家长期经济发展中重要的决定因素，也是一个国家保持经济可持续发展的重要动力和源泉[28]。随着科技在经济发展模式转型中的重要性，科技创新成为产业生态化提升的重要的动力，越来越多的学者通过建立不同的模型研究科技创新对产业生态化的驱动作用。例如唐建荣等基于PSR概念模型构建产业生态系统发展综合评价指标体系，提出通过科技创新推进产业生态转型，创新技术拉动经济转型[29]。仇方道等应用完全分解模型对比分析不同产业生态化策略导向下的环境绩效，探讨区域产业生态化不同策略的影响因素，认为推进产业生态化进程应以构建稳定、高效的产业生态系统为核心，以生态工业园区为载体，加大清洁生产技术创新力度[30]，周甜甜等借助Lotka-Volterra模型分别对30省域内产业经济和产业生态化的共生关系和共生协调度进行测算，并从共生关系和发展水平两个维度对影响因素进行分析，发现自主创新能力对产业生态经济系统协调性具有正向影响[31]。由此可见，科技创新在产业生态化发展进程中扮演着越来越重要的角色。

根据上述研究现状和发展动态分析，可以看出国内外的专家学者在产业生态化的内涵界定、研究尺度和影响机理等方面取得了一系列的理论和实证研究成果，但还存在一些值得探讨的问题。一方面国内外对产业生态化的研究大都集中于中小尺度的企业聚集区、生态工业园区等，对宏观尺度(省级、区域等)的研究较少，对沿海地区产业生态化的研究相对较少，而中国沿海地区经济基础雄厚、资源环境问题突出，具有很大的研究价值；另一方面，当前研究主要聚焦产业生态化时空演变和影响机理研究，但某一确定要素对产业生态化影响的研究较少，特别是缺乏科技创新对产业生态化的影响研究。根据上述分析，研究拟以中国沿海地区12省市为对象，分析科技创新对产业生态化水平的影响，从加大对科技创新的投入、完善区域科技创新体系、注重区域绿色科技发展和创建科技创新体制机制等方面提出促进产业生态化发展的对策，对提升国家科技竞争力和产业生态化水平具有重要意义，为推进生态文明建设提供借鉴。

1 研究方法与数据来源

1.1 指标体系构建

产业生态化作为产业发展的高级形式，强调产业与生态协同发展的理念[32]。产业生态化运用生态的方法来经营管理传统产业，以实现社会经济效益最大化、资源高效利用和生态环境损害最小的目标，提升经济发展质量，涉及区域的产业发展、污染排放、循环利用等方面。因此，本研究从产业效率和生态效率两个维度来进行分析，并细分为多个要素。科学合理的指标体系是进行产业生态化评价的基础和前提，研究根据科学性、可比性、系统性、层次性以及区域性的指标选取原则，考虑到中国沿海地区产业发展的实际情况，借鉴已有文献[33，34]，构建基于产业效率和生态效率两个视角的中国沿海地区产业生态化综合评价指标体系(表1)。

表1 中国沿海地区产业生态化综合评价指标体系

1.2 研究方法

投影寻踪模型。投影寻踪法最早于20世纪70年代被提出，是一种属于直接由样本数据驱动的探索性数据分析方法，其基本原理是把高维数据{x(i,j)}投影到低维子空间上{z(i)}，构造并优化投影目标函数，采用投影指标函数Q(z(i))来寻找能反映高维数据结构特征的投影方向向量，然后在低维空间上分析高维数据的结构特征[35-38]。该模型具有不受形式化和数学化制约的特征，因此在处理时间序列数据和空间面板数据上具有较大优势，对于解决综合性的问题提供了一种新的方法。具体步骤如下：

(1)高维样本数据标准化处理。

设样本集为{x*(i,j)|i=1～n,j=1～p}，其中x*(i,j)为第i个样本第j个指标值。为消除各指标值的量纲和统一各指标值的变化范围，可采用下式进行极值归一化处理：

x(i,j)=[x*(i,j)-xmin(j)]/[xmax(j)-xmin(j)]，

(1)

其中，xmax(j)和xmin(j)分别为样本集中第j个指标值的，最大值和最小值，x(i,j)为原始数据归一化处理后的矩阵。

(2)投影指标函数的构造。

投影寻踪法是把p维数据{x(i,j)j=1～p}综合成以a=(a(1),a(2),…,a(p))为投影方向的一维投影值z(i)，即

(2)

在对投影值进行优化时，要求投影值z(i)的散布特征应为各投影点尽量在局部密集凝聚形成点团，而在整体上投影点团之间尽可能散开。据此构造如下投影函数：

Q(a)=SzDz，

(3)

其中，Sz是一维投影值z(i)的标准差，Dz是投影值z(i)的局部密度。

(4)

(5)

其中，Ez为序列z(i)的平均值；R为局部密度Dz的窗口半径；rij表示样本间的距离，rij=|z(i)-z(j)|；u(R-rij)为单位阶跃函数，当R≥rij时，函数值为1，反之为0。

(3)投影指标函数的优化。

当各指标值的样本集确定时，投影指标函数Q(a)只随投影方向a的变化而变化。可通过求解投影指标函数最大化问题来估计最大可能暴露高维数据某类特征结构的最佳投影方向。目标函数最大化：

maxQ(a)=SzDz，

(6)

其约束条件为

(7)

这是一个以{a(j)|j=1～p}作为优化变量的复杂非线性优化问题。

(4)获取投影值，进行结果评价。

把由步骤(3)求得的最佳投影方向a*代入式(2)后，得各样本点的投影值z*(i)。若投影值z*(i) 与z*(j)越接近，表示样本i与样本j越倾向于分为同一类。按z*(i)值从大到小排序，据此可把各指标的样本集进行分类。

1.3 研究范围与数据来源

研究以中国沿海地区为研究区域，包括北京、天津、河北、辽宁、上海、江苏、浙江、福建、山东、广东、广西、海南12个省市(未包括香港与澳门特别行政区、台湾地区)。数据主要来源于各年份《中国统计年鉴》、《中国环境统计年鉴》、《中国工业经济统计年鉴》以及中国东部沿海地区各省市统计年鉴、国民经济和社会发展统计公报等。

2 中国沿海地区产业生态化时空演变特征

2.1 中国沿海地区产业生态化时序演变特征

图1 2001—2016年中国沿海地区产业生态化水平变动趋势Fig. 1 Trends in the level of industrial ecologicalization in China’s coastal areas, 2001—2016

利用式(1)～(7)得到2001—2016年中国沿海地区产业生态化发展综合水平(图1)，产业生态化水平整体呈持续上升趋势，由2001年的1.693增加到2016年的2.813，表明该地区产业生态化发展水平显著提高，产业结构不断趋向合理化、高级化。其发展水平大致可分为3个阶段：(1)低速增长阶段。2001—2005年，该时间段中国沿海地区产业生态化水平低速稳定提升，由1.69上升至1.98，增幅不大，主要原因是该阶段产业结构不合理，经济发展与资源环境的矛盾较为突出，科技创新对产业结构的支撑动力相对较弱。(2)快速增长阶段。2006—2013年，该时间段中国沿海地区产业生态化水平快速提升，产业生态化指数由2.08升至2.68，这是由于该阶段可持续发展理念的逐步深入，产业绿色转型能力和水平不断提升，资源环境效率稳步提高。(3)稳步提升阶段。2014—2016年，该时间段中国沿海地区产业生态化水平高速稳定提升，由2.73升至2.81，该阶段生态文明建设和绿色发展持续推进，环境经济政策制度不断优化，促进了产业结构与资源环境耦合协调程度不断提高。

2001—2016年中国沿海地区产业生态化水平均持续提升，其中产业效率由2001年的0.177上升至2016年的1.048，生态效率由2001年的1.903上升至2016年的2.436，但其发展水平和速度存在差异(图1)。产业效率的增长速度要快于生态效率，尤其是在2009年之后，产业效率发展速度迅速提升，生态效率发展速度减缓。一方面中国沿海地区充分利用自身优势推动产业结构优化升级，加上市场驱动、交通便利和政策支持等因素，使得沿海地区产业发展水平显著提升；另一方面中国沿海地区重视生态文明建设和产业生态化的发展，从清洁生产和循环经济等具体途径来发展产业的生态化，减少能源资源的消耗和污染物的排放，但由于绿色科技发展水平有限、环保投入低和实施力度不足等问题，沿海地区生态效率发展较慢。

2.2 中国沿海地区产业生态化空间演变特征

根据2001—2016年中国沿海地区产业生态化水平计算结果，使用ArcGIS软件中的自然裂点法(Natural Breaks)将2001，2006，2011和2016年的产业生态化以及产业、生态维度的计算结果划分为5个等级，以探讨中国沿海地区产业生态化的空间分异特征。从总体上来看，中国沿海地区产业生态化的空间格局相对稳定(图2)。其中，北京、天津和上海3地的产业生态化指数最高，2016年分别为3.205，3.237和3.082，主要原因是这些地区产业结构较为高级、合理，第三产业和高新技术产业占比较大，对生态环境的污染程度较低。辽宁、山东、江苏、浙江、福建、广东、海南等地产业生态化指数次之，但从2001年到2016年发展水平提升幅度较大，发展态势良好，例如山东省产业生态化指数从1.984升至2.759，增长幅度为71.9%。这些省市经济发展水平较高，产业发展基础好，同时注重环境规制，但由于产业结构内部调整与生态保护结合不完善等问题，产业生态化发展方面仍有一定的提升空间。而河北、广西两省产业生态化指数较低，仅为2.453和2.581，主要原因是这些地区第三产业和高新技术产业占比较少，产业结构升级缓慢，科技创新水平较低，对生态环境的保护力度不够。

图2 中国沿海地区产业生态化水平空间演变Fig. 2 Spatial evolution of industrial ecological level in coastal areas of China

从产业效率和生态效率维度来看，各省市的发展水平呈现平稳增长的趋势，并且各省市间的差距逐渐缩小(图3)。从产业效率维度来看，北京、天津、上海等地产业效率指数相对较高，2016年产业效率指数分别为1.498，1.474和1.334，而河北、福建、广西等地产业效率相对较低，2016年产业效率指数分别为0.801，0.837和0.825，说明产业效率的区域差异性显著，这是由于北京、天津和上海等地产业基础较好，便于从国内外引进资金和先进技术，大力发展高新技术产业和高端产业，因此产业效率较高。从生态效率维度来看，北京、天津和上海等地生态效率指数相对较高，2016年生态效率指数分别为2.499，2.514和2.484，而河北、辽宁两地生态效率指数相对较低，仅为2.330和2.352，这表明区域差异较大，北京、天津和上海等地注重对生态环境的保护，积极推动产业与生态协调发展。

图3 中国沿海地区产业效率与生态效率水平空间演变Fig. 3 Spatial evolution of industrial efficiency and ecological efficiency levels in coastal areas of China

3 科技创新对产业生态化的影响研究

3.1 模型构建

研究在结合指标选取原则的同时考虑数据的可获得性，以产业生态化(EI)为被解释变量，选取科技创新(GII)为解释变量，其包括3个指标，即科学研究(SR)、教育水平(EL)、知识产权(IPR)，分别代表R&D经费支出、万人拥有高校数量和专利申请授权数。此外，增加环境规制(ER)、外贸投资(FDI)、城镇化(UR)、市场化(MZ)和工业集聚(LA)作为控制变量来解释中国沿海产业生态化水平(表2)。

表2 产业生态化指标选取

研究对产业生态化水平的影响变量进行描述性统计，以便更加系统、直观地了解样本数据的基本情况(表3)。

表3 变量的描述性统计

为了防止多元回归过程中出现“伪回归”现象，保证数据测算模型的科学性和有效性，研究使用LLC和ADF两种方法对各面板序列单位根的的平稳性进行检验，结果显示LLC和ADF两种方法的面板数据均通过显著性及平稳性检验且具有较强的稳定性，能够进一步进行模型计算(表4)。

表4 面板数据的平稳性检验

3.2 结果分析

研究对2001—2016年中国沿海地区12个省市产业生态化的影响指标进行回归分析，首先对面板数据进行对数处理，然后分别利用固定效应模型、随机效应模型和系统GMM模型对指标因子进行对比分析，并通过Hausman检验确定最优解释模型。研究结合Hausman检验并对回归结果进行比较发现随机效应模型更优于其他模型，因此研究选取随机效应模型分别进行影响分析(表5)。

表5 中国沿海地区产业生态化影响因素面板回归结果

(1)科技水平的提高带动了产业结构的变化发展，使产业结构高级化、合理化、生态化，为产业生态系统的发展提供资金、人才和制度等方面的支持，由可见科技创新正越来越成为推进区域产业结构转型升级、转变经济增长方式和促进区域可持续发展的重要支撑。

在科技创新(GII)指标中，R&D经费支出对产业生态化水平具有明显的正向作用并在1%水平下显著，其影响系数为0.136 4，表明R&D经费支出对产业生态化水平影响较大，反映出科技创新对产业生态化水平提高的重要作用。R&D经费支出的增加为科技活动的开展进行提供了必要的资金支持，促进了科研项目成果向社会生产力的转化，这有利于促进人才的培养和科技创新的空间集聚，大大提高劳动生产率，提高产业生态化水平，同时把资金投入到高新技术产业中去，促进了科技水平的提高和产业结构的高级化，为生态环境的保护提供有力的经济支撑，进一步实现产业的可持续发展。

在科技创新(GII)指标中的万人拥有高校数量对产业生态化水平具有正向作用并在1%水平下显著，其影响系数为0.265 8，说明高校数量的增加有利于提高产业生态化水平。一方面高校所培养的高层次人才提高了人力资本水平，为产业转型升级和高新技术研发提供了人力资源支撑；另一方面高校本身作为科技创新平台，促进了区域科技创新体系建立，有效实现了产学研结合，促进了产业结构升级转型和效率提高等。

在科技创新(GII)指标中，专利申请授权数对产业生态化水平具有正向作用并在1%水平下显著，其影响系数为0.097 8，表明专利数也是促进产业生态化水平提高的重要因素之一，一方面专利促进了高新技术产业、战略型新型产业发展和制造业转型升级等，提高了经济运行效率；另一方面绿色技术专利实现了资源利用和经济增长的脱钩，提高了资源利用效率，促进了清洁生产、低碳排放等技术的发展推广，降低了污染物排放量，进一步促进产业生态化发展。

(2)控制因素方面，环境规制对产业生态化水平具有正向影响效应并通过了1%水平下显著性检验，这表明工业污染治理投资的增加促进了产业结构的优化升级，产业发展过程中更加注重生态化的重要作用，循环经济、绿色经济和生态经济得到发展，进一步促进产业生态系统的高级化。城镇化对研究区产业生态化水平也具有正向影响效应并通过了1%水平下显著性检验，非农业人口的增加为产业生态化的发展提供了充足的高素质的劳动力，成为区域生态文明建设的重要保障。工业集聚对产业生态化水平具有明显的负向作用，表明由于高耗能及高污染产业快速发展，伴随着化石能源的量使用，导致能源结构不合理和能源利用不集约等，污染物排放量急剧增加，在推动区域产业生态化水平提高和可持续发展方面产生了负面影响，不能很好地促进区域产业的良性健康发展。市场化对产业生态化水平的影响不显著，说明市场化的发展对产业生态化水平提高影响不大。外商直接投资与产业生态化呈负相关，但未通过显著性检验，因此需要进一步研究，以发挥其在产业生态系统中的重要作用。

4 结论与对策

4.1 结论

本研究在通过投影寻踪模型计算出中国沿海地区产业生态化水平的基础上，探究产业生态化时空演变特征，并运用固定效应、随机效应和系统GMM模型分析科技创新对产业生态化的影响，得出以下结论：

(1)在时序演变特征方面，中国沿海地区产业生态化指数呈现持续上升趋势，由2001年的1.693升至2016年的2.813，产业效率和生态效率都呈现稳定增长的态势。在空间演变特征方面，中国沿海地区产业生态化水平呈现明显的空间差异特征，北京、天津和上海相对较高，而广西、河北两省较低，产业生态化水平仍需进一步提升。

(2)从对2001—2016年12个省市区的样本估计来看，发现科技创新对产业生态化水平提升具有重要作用，科技创新指标中R&D经费支出、万人拥有高校数量、专利申请授权数因素对产业生态化水平有显著的促进作用，且均在1%水平下显著，主要通过资金支持、 技术保证和专利保护等路径促进投入产出结构优化、提升产业生产效率和资源环境产效率等。

(3)其他影响因素方面，环境规制和城镇化对产业生态化水平具有显著的正向影响，工业集聚则有明显的负向影响，市场化指数对产业生态化无显著影响，而外贸投资对产业生态化的影响具有不确定性。各解释变量、控制变量对不同等级类型产业生态化影响存在一定的差异性，但科技创新对产业生态化影响基本为正向促进作用。

4.2 对策

基于所得结论和存在问题提出以下对策，以期提高科技创新对产业生态化发展水平的影响度。一是加大对科技创新的投入。中国沿海地区各省市应加大对科技创新的投入，一方面增加各地区R&D经费的支出，扶持大中型企业建立科技研发中心，为区域科技创新水平的提高提供资金支持；另一方面应重视科技人才的培养，提高该地区的人力资源素质和人才资源存量，为产业生态系统的发展提供新的、更大的发展空间。对于产业生态化水平较低的地区，应首先注重产业结构的优化升级。二是完善区域科技创新体系。应加快中国沿海地区创新体系的建设，通过协同创新提高区域科技创新能力，大力建设科技创新网络园区，加强区域间的联系，建立城市圈科技创新协同机制，利用各区域间企业、高校和科研院所等形成“产学研”一体的区域创新体系，以促进区域产业生态系统的高效协调运转。三是注重区域绿色科技发展。高效、节约、环保的绿色科技产业是拉动经济高质量发展最重要的动力。一方面提高企业绿色技术创新能力，建立健全企业创新体制，使企业成为绿色技术创新的主体；另一方面政府应建立适应市场机制运行的环境、财政、税收、金融等政策体系和法律法规体系，为企业绿色技术创新创造良好的环境。四是创建科技创新体制机制。积极响应国家创新驱动发展战略，国家和政府应建立健全科技创新制度，营造有利于集群科技创新的制度环境，还要推进专利保护制度的完善，加强对企业创新和知识产权的保护，以保障区域科技创新和产业生态化水平的提升，加大科技创新对产业生态化水平的影响度。

当前产业生态化的发展具有较强的地区关联性，因此在现有研究的基础上，未来应加强两方面的研究，一是加强对地级市的研究，从更小的尺度出发来研究产业生态化发展的未来趋势，对地级市产业生态系统的升级提出实质性的建议。二是要加强东部和中西部的比较研究，加强区域间的联系，将东部沿海地区产业生态化发展的成功经验应用到中西部地区产业发展过程中，为中西部地区产业生态化水平的提高提供借鉴，从而促进整个国家的产业生态化水平，促进区域生态文明建设与可持续发展。