区域科技创新、经济发展与生态环境的耦合协调发展研究——以青海省为例

郭天龙 赵子莹

（西宁市科技创新促进中心，青海 西宁 810000）

一、引 言

党的十九大报告指出：“统筹推进经济建设、生态文明建设，坚定实施科教兴国战略、创新驱动发展战略、区域协调发展战略、可持续发展战略”。 习近平总书记两次在青海考察时强调：“要坚持生态优先、因地制宜发挥地区特色产业优势、增强科技创新的内生动力、加强地区的自我发展能力和可持续发展能力，推动青海经济高质量发展”。 这为青海经济发展工作明确了总基调，其内涵体现在生态脆弱、经济欠发达、传统产业刚性约束、现代经济体系基础孱弱的地区高效耦合经济增长、优化经济结构、夯实高质量发展基础，同时，激发经济和生态效益，促进经济社会发展的平衡性与充分性[1]。因此，探究青藏高原青海区域科技创新、生态环境与经济发展之间的协调关系，了解三者之间的演绎规律，对于有效推动高原青海经济高质量发展与可持续发展具有重要理论意义。

从现有的研究文献来看，国外关于科技创新、生态环境、经济发展的研究文献较多，但都是基于三者中两两关系的研究。 Anderson[2]指出科技创新对生态环境保护是有利的，并进行了协调度的测算;Perroux[3]在他的增长极理论研究中指出，如果缺乏创新增长点，经济增长只会是短期而并非长期稳定增长；Stokey[4]将生态环境纳入内生经济增长模型中，探索生态环境与经济协调发展关系。

国内研究主要是从可持续发展的角度，采用实证分析研究科技创新、生态环境、经济发展之间的关系，大多也是采用耦合协调度模型研究两者之间的关系。胡继然，姚娟[5]利用耦合协调度模型对西北五省( 区) 旅游经济与生态环境耦合协调度进行定量分析。 得出西北五省 ( 区) 旅游经济与生态环境整体发展水平呈缓慢上升趋势，生态环境保护明显滞后于旅游经济发展。 王怡，郝秀辉，姚丽霞[6]以黑龙江省及所属城市为例，通过熵值法耦合模型及空间面板回归分析研究并提出相关政策建议。谢永琴，刘莉[7]以黄河流域9 省区截面数据，运用熵权法、耦合协调模型以及引力模型，探讨黄河流域地区经济发展—科技创新—生态环境系统的耦合协调程度以及时空特征，得出黄河流域9 省区耦合协调度两极分化，发展不均衡。周雪娇，杨琳[8]以中国31 个省市区为研究对像，运用熵权法和耦合协调度模型进行探究，得出我国各省市耦合协调度总体偏低，并呈现出显著的“东高、中西低”的空间分布格局。

综上所述，国内外对于耦合协调度的研究成果丰硕，但仍有以下几方面的不足：一是已有的研究大多数是探究科技创新与经济发展或者经济发展与生态环境两个系统之间的协调发展关系，将科技创新、经济发展、环境生态三个系统结合起来研究协调发展关系的较少。 二是大多学者集中于对东中部省份研究，地处西部地区的省份研究较少，尤其是青藏高原地区更少。基于此，本文运用熵值法及耦合协调度发展模型，以地处青藏高原腹地青海省为研究区域，运用耦合作用机理分析三系统的耦合协调关系，通过构建科技创新——经济发展——生态环境之间的综合评价系统，定量分析青海省的三系统耦合度和耦合协调度。 最后， 提出推进青藏高原地区青海省科技创新—经济发展—生态环境系统耦合协调发展的政策建议。

二、区域科技创新、经济发展与生态环境耦合发展机理

经济发展、科技创新、生态环境系统耦合是经济发展系统、科技创新系统、生态环境系统之间相互影响，交互依存，相互促进与抑制的复杂系统，要正确认识三者之间的耦合协同发展关系，探索以科技创新为驱动，以生态环境保护为目标，实现产业转型升级进而促进区域经济高质量发展具有重要意义（见图1）。

图1 科技创新——经济发展——生态环境耦合协调发展机理

科技创新的发展成为生态环境修复与保护的重要力量，而不是以牺牲生态环境为代价。 生态环境的恶化会作用与企业，企业提高科技创新能力最终实现产业转型升级，生态环境的改善会吸引外界投资，大量资源与人才的输入，实现科技创新与生态环境的协同发展，进而促进区域经济的可持续发展。

经济发展方式的转变要求科技创新资源大量投入，培育一批科技含量高、 污染能耗低的企业，实现产业规模化与升级。 反过来，企业创新能力的增强会节约社会资源，降低产品成本，提高产品价值，促进产业结构优化升级，反哺区域经济协调发展。

生态环境是社会经济活动的前提与基础，大自然馈赠的物质资源需要工业加工，形成具有价值的商品进行流通，附带产生的废弃物回流至生态环境系统。若生态环境系统自净能力超过限值，会在一定程度上阻碍经济发展，此时会倒逼产业在资金投入，科技创新等方面的加强，以改善生态环境确保经济可持续发展。

三、研究区域概况、数据来源与研究方法

（一）研究区域概况

青海省位于中国西部的青藏高原，是长江、黄河、澜沧江的发源地，被誉为“江河源头”，素有“中华水塔”的美誉，同时也成为青藏高原的重要生态安全屏障和我国重要的生态功能区，是高原地区生物多样性的重要保护区域。 青海省自然资源丰富多样，尤其是矿产资源储量位居全国首位，但生态环境极易脆弱，破坏之后很难自然修复，因此青海省的生态环境保护工作任重而道远。 青海处于我国经济欠发达地区，经济总量小而弱，又是一个多民族聚居的省份，经济发展远落后于我国平均发展水平，省内各区域发展极不平衡。 目前，青海省正处于社会经济发展的转型时期，如何在现有的经济自然资源禀赋下综合考量经济高质量发展、生态环境保护、科技创新驱动因素之间的平衡与协调可持续发展，实现青海区域经济高质量发展与社会现代化转型至关重要。 推动青海经济发展必须从长远利益考虑，走生态优先、绿色发展、科技创新之路，使绿水青山产生巨大生态效益、经济效益、社会效益，使高原青海永葆青春活力。

（二）数据来源与研究方法

1.数据来源

本文在借鉴相关研究的基础上，基于指标选取的科学性、完整性、代表性，并充分考虑到青海省实际发展情况及数据的获得性，构建了青海省科技创新系统、经济发展系统、生态环境系统的耦合协调综合评价指标体系。 其中科技创新系统选取创新投入与创新产出2 个一级指标，11 项二级指标衡量科技创新系统的综合发展水平。经济发展系统选取经济规模、经济结构与经济效益3 个一级指标，10 项二级指标衡量经济发展系统的综合发展水平。 生态环境系统选取节能减排、 生态质量与环境治理3 个一级指标，12 项二级指标衡量生态环境系统的综合发展水平。

2003—2020 年数据主要来源于《青海省统计年鉴》及国民经济和社会发展统计公报，部分数据来自《中国科技统计年鉴》《中国统计年鉴》、青海省环境状况公报、青海省国土绿化公报。 为了不影响耦合协调度的测算，个别缺失的数据采用插值法补进（见表1）。

2.研究方法

一是熵值法。 通过指标选取，构建指标体系，确定指标权重。 目前对指标属性权重确定的研究比较成熟，方法较多。 比如德尔菲法、层次分析法、主成份分析法、熵值法、多目标规划法等，其中熵值法应用的比较多，这种赋权法使用的的数据是决策矩阵，确定的属性权重能很好的反应属性值的离散程度。 本文采用熵值法确定指标属性权重，具体权重见表1。

表1 区域经济高质量协调发展评价指标体系及权重

二是数据标准化。 由于选取的指标较多，需对原始数据进行标准化处理，消除原始数据间因计量单位不同等差异对评价结果产生影响。 本文采用极差法对指标（包括正向、负向指标）进行无量钢化处理，而且正向指标与负向指标数值代表的含义不同（正向指标数值越高越好，负向指标数值越低越好）。 因此，对于正负向指标采用不同的算法进行数据标准化处理，具体方法如下：

n 为样本数，m 为指标数，xij为第 i 个样本的第 j 个指标数值（i=1，2，…，n；j=1，2，…，m）,标准化后的数据记为 Yij，且取值范围为[0，1]。

三是确定指标权重。 运用熵权法计算得到各指标体系中指标权重，具体步骤如下：

Yij 为标准化指标数值，Ej 为各指标的信息熵，Wi 为各指标的权重。f(x)为科技创新系统综合指数、g(y)为经济发展系统综合指数、h(z)为生态环境系统综合指数，其中j 表示第j 年的各系统综合指数。

3.耦合协调度模型

耦合一词来源于物理学概念， 指两个或两个以上的体系或两种运动形式间通过相互作用而相互影响以至联合起来的现象[9]。 耦合协调度模型通常用来衡量系统间的协调发展水平，耦合度用来衡量两个或者两个以上系统之间的相互关联程度。 耦合协调度模型计算涉及耦合度（C）、耦合协调度（D）及综合发展指数（T）三个指标测算，具体如下：

一是科技创新、经济发展与生态环境耦合度评价模型。设U1=f(x)为科技创新系统评价函数，U2=g(y)为经济发展系统评价函数，U3=h(z)为生态环境系统评价函数，因此耦合度函数可表示为：

C 为科技创新系统、经济发展系统、生态环境系统的耦合度，C 的取值范围[0,1],取值越接近于1，表示三系统的耦合程度越高，相互作用越强，反之则越小。

二是科技创新、经济发展与生态环境耦合协调度指数评价模型。为了更进一步分析各系统之间的协调程度，引入耦合协调度模型，耦合协调度能够衡量不同时期同一区域的各个子系统内部要素之间的相互影响、相互配合的耦合程度。 同一区域不同时期或者同一时期不同区域，各个子系统内部要素之间相互影响、相互配合的耦合程度[10]。 耦合协调度模型可表示为：

式中：D 为科技创新系统、经济发展系统和生态环境系统的耦合协调度；D 的取值范围[0,1],取值越接近于1，表示三系统之间耦合协调发展水平越高，反之则越低。

三是科技创新、经济发展与生态环境综合发展指数评价模型。

式中：T 为科技创新系统、经济发展系统、生态环境系统的综合发展指数，α、β、γ分别代表科技创新、经济发展、生态环境的贡献度，且α+β+γ=10。 本文借鉴王兆峰,杜瑶瑶[11]对系数的选取，认为科技创新、经济发展与生态环境对青海经济高质量发展同等重要，固取值。 为了更直观的展现青海省三系统的耦合协调度等级，本文协调度等级的划分参考杜霞,孟彦如,方创琳[12]的均匀函数分步法研究，具体划分等级（见表2）。

表2 耦合度与耦合协调度等级划分

四、实证结果分析

根据文章数学公式（7—9）的计算，得出2003—2020 年间的科技创新系统综合指数U1、经济发展系统综合指数U2、生态环境系统综合指数U3，三系统综合发展指数T，耦合度C 以及耦合协调度D 的数值（见表 3）。

表3 区域经济高质量协调发展的系统发展指数及耦合协调度

图2 为2003—2020 年青海省科技创新发展指数、经济发展指数、生态环境发展指数及三系统综合发展指数。 总体来看，综合发展指数呈上升趋势。 大体上可分为三个阶段，一是，2003—2010 年期间，生态环境发展指数高于经济发展指数与科技创新发展指数， 经济发展指数高于科技创新发展指数， 在这“十五期”及“十一五”时期，正逢国家实施西部大开发战略，青海地处西部偏远地区，被动式的经济发展、科技创新都取得了一定的成绩，三系统发展指数逐渐趋于一致。尤其是科技创新发展指数几乎是从零开始，科技创新处于探索阶段，科技成果转化率低。 二是，2011—2013 年期间，科技创新发展指数、经济发展指数、生态环境发展指数相互协同，陡峭程度处于同一个斜率上，与综合发展指数同步。这一时期的发展得益于西部大开发战略带来的协同效应。 三是，2014—2020 年期间，经济发展迅猛，但经济发展对科技创新的拉动作用不明显，科技创新发展对经济发展支撑作用较弱，对生态环境的发展起反作用，可以说这一时期的经济快速发展是以牺牲环境保护以及自然资源为代价的粗放发展模式（见图2）。

图2 2003—2020 年青海省科技创新——经济发展——生态环境及综合发展指数

图3 为2003—2020 年青海省科技创新—经济发展—生态环境耦合度及耦合协调度的折线图。整体来看，2003—2020 年期间青海省科技创新、经济发展与生态环境耦合度较高，最低值为2003 年的0.3057。根据耦合度的等级划分，2003 年、2004 年三系统耦合程度分别属于初级、中级，2005—2020 年三系统耦合度都在0.9 以上， 耦合程度属于高级。 从2003 年至2020 年， 耦合度在持续递增， 从0.3057 递增到0.9945，从2005 年之后，耦合度数据趋于平稳，增幅达15.56%，呈现出逐步协调发展趋势，表明青海省三系统之间相互促进、相互发展，实现良性共振耦合（见图3）。

图3 2003—2020 年青海省科技创新——经济发展——生态环境耦合度及耦合协调度

图三表明，2003—2020 年期间，耦合协调度呈逐年稳步上升趋势，这也证明了在这18 年期间，青海区域科技创新、经济发展、生态环境三系统间初步实现良好的协调发展，但距离优质协调发展还有很大距离。 按时序发展来看，具体数值及协调度等级划分见表3。 大致分为七个阶段，2003 年属于中度失调阶段，耦合协调度很低，生态环境发展指数远高于经济发展指数与科技创新发展指数，经济发展严重受阻；2004—2006 年属于轻度失调阶段，耦合协调度较低，经济发展受阻；2007—2008 年属于濒临失调阶段；2009—2010 年属于勉强协调阶段，发展趋于共振；2011—2013 年属于初级协调阶段，基本达到了同频共振；2014—2017 年属于中级协调阶段， 科技创新推动经济发展；2018—2020 年属于良好协调阶段，经济发展与科技创新指数均有所回落，生态环境保护意识增强，生态环境指数迅速上升。

五、结 语

本文采用熵值法，对2003—2020 年青海省科技创新、经济发展、生态环境发展进行综合评价，运用耦合协调度模型分析三系统之间的关系，得出如下结论：一是2003—2020 年青海科技创新发展指数呈上升趋势，且增长速度较快，表明该时期科技创新发展得到了很大提高，科技创新发展成效显著。经济发展指数呈螺旋式上升，增长速度先慢后快。生态环境发展指数呈波动式上升，波动状况较为明显，但整体发展有较大程度的改善，生态环境治理效果显著。二是2003—2020 年期间，青海科技创新、经济发展、生态环境三系统耦合度均保持在较高的水平，即高级耦合，并且三系统之间的耦合协调度在不断的提高，由最初的中度失调发展到现在的良性协调水平。

基于以上综合分析，为进一步提高青海科技创新、经济发展、生态环境保护的协同发展，提出以下建议：一是全面深入贯彻落实创新驱动发展战略。习近平总书记先后两次在全国两会期间参加青海代表团审议，两次踏上青海高原考察，为新阶段青海高质量发展赋予新使命，提出建设“四地”“两体系”的重大要求，以科技创新推动高原特色产业高质量发展，释放科技创新拉动经济发展的新动能。 开展东西部科技合作，调动全国科技力量为青海高原特色产业创新发展出谋划策。二是经济高质量发展与生态环境保护要协调发展。 随着经济总量的增加，生态环境保护的投资也在加大，在一定程度上缓解了生态环境保护的压力，加大生态环境的保护力度，由以往牺牲生态环境发展经济转变为把生态环境作为经济发展的监督者与反馈者，促进经济发展与生态环境实现良性协调、可持续发展。 青海省“一优两高”战略的提出， “一优”突出了青海的生态优势，“两高”要求实现协调发展、快速发展、高水平发展，不断提高各族人民群众的生活水平[13]。 因此，青海应继续深挖生态潜力，提高生态综合治理水平，因地制宜，建立以生态农牧业、自然文化旅游业和新能源产业为主的绿色产业发展架构，着力打造具有青藏高原青海区域特色的科技化、生态化、现代化高质量经济综合发展体系。