产业转型升级与生态环境交互耦合关系定量测度研究

赵秀云 李业锦 李倩 刘潇忆

摘 要：文章以我国20个产业转型升级示范区26个城市为研究对象，构建产业转型升级和生态环境优化综合评价体系，结合改进熵值法及AHP层次分析法，借助耦合协调模型对产业转型升级示范区2003—2016年产业转型升级和生态环境优化两子系统之间的耦合协调关系演变过程进行定量研究。结果表明：产业转型升级与生态环境优化耦合协调关系不断向好发展，系统耦合度C多年均值大于0.8以上，长期处于产业发展和生态环境高度耦合状态，系统耦合协调性D（0.4-0.8）部分城市实现跨越式发展。结合子系统发展水平来看产业转型升级滞后显著，成为耦合协调水平上升的关键阻力。通过以生态环保倒逼产业转型升级，以产业转型升级促进生态环境保护，将成为产业转型示范区高质量发展的重要路径。

关键词：产业转型升级示范区;产业转型升级;生态环境;耦合协调度

中图分类号：F124.5 文献标识码：A 文章编号：1005-6432（2022）07-0006-05

DOI：10.13939/j.cnki.zgsc.2022.07.006

1 前言

产业转型升级示范区由国家发展改革委等五部门联合支持设立，一共两批20个国家产业转型升级示范区26个地级市，鼓励在推进城市更新改造和产业结构调整方面先行先试、探索经验、做出示范。主要缘由是从新中国成立以来，我国老工业城市及资源型城市肩负着为国家经济发展提供能源及原材料的重大使命，自然资源导向的产业发展模式形成了以重化工业为主的单一产业结构，随着土地、劳动力等生产要素成本上升和资源环境约束加剧，这种高消耗、高排放、低端竞争力的产业发展方式难以为继。同时大面积开采矿山对区域生态环境造成不同形式、不同程度的破坏，部分城市甚至出现生态危机，严重损害矿区居民身体健康，加重社会负担。生态环境对产业发展的制约作用及产业发展对生态环境的胁迫作用相较其他地区更为突出。文章探究产业转型升级和生态环境的内在协调机理，有助于从经济发展源头分析对生态环境的影响，探索产业转型升级示范区高质量发展的路径，并为生态环境的保护提供坚实的基础。

2 文献综述

国内外学者对产业发展和生态环境优化的研究主要集中在生态系统对产业发展的支撑调整作用以及产业发展的生态环境效应两方面。

生态系统对产业发展的支撑调整作用研究主要集中在：一是资源规模结构、环境质量对地区最优产业结构的选择。马尔萨斯率先意识到生态环境对人类物质需求的限制，将資源环境纳入人口增长发展的分析框架[1]。王峥根据罗曼[2]经济增长的尾长效应将资源纳入中国经济增长限制的研究，提出依靠技术进步、结构调整，实现经济与环境的协调发展，产业结构是经济增长的基础，将资源环境承载力纳入产业优化升级的研究框架具有现实意义。张维群基于资源环境约束构建数学模型对陕西省最优产业结构进行测量，表明不同时期不同生态环境水平下最优产业结构存在动态变化[3]。二是环境规制，对产业结构调整的影响研究，主要集中在环境规制影响产业空间布局的“污染避难所假说”检验[4-6]及环境规制对产业技术创新的“波特效应”检验[7-8]，但由于区域差异及行业异质性环境规制对产业空间布局和技术创新的效用差异较大。如邹辉基于企业数据探讨了长江沿江地区化工产业的空间格局演化及影响因素，结果证明环境规制对沿江地区化工产业的产值的增长有抑制作用[9]。钟茂初基于省级面板数据探究环境规制对产业转型的倒闭作用，研究表明环境规制对于产业转移、产业转型的作用呈现U形关系[10]，因此在制定环境规制政策时应当因地制宜。

产业发展对生态系统的影响主要集中在产业集聚和产业结构调整的生态环境效应研究。

随着产业在地理空间集中的过程中，产业规模扩大带来资源投入加大，过度集聚导致污染物排放规模大于生态环境的自净能力，引发环境污染。维克宁探究了芬兰南部地区工业集聚与环境污染的关系，研究表明工业集聚加剧了当地的环境污染[11]。同时适度集聚产生正外部效应，带来的区域产业专业化，提升生产效率，产生技术溢出，并通过产业关联建立循环经济模式，降低企业治污成本，在一定程度上实现产业与生态环境协调发展。原毅军分析了产业集聚与技术创新的关联效应对环境污染的影响，表明产业集聚与环境污染存在倒U形关系技术创新在拐点的位置发挥关键作用[12]。陆凤芝实证了协同集聚对环境污染存在倒U形关系，短期内协同集聚不利于生态环境，长期内协同集聚助力环境污染治理[13]。将环境规制作为生产要素而言，政府为保持自身竞争力出现“逐底竞争”[14]的现象，诱发污染密集型产业在环境规制较低的地区集聚。张宇检验了外资进入、政府监管对水污染的影响，结果表明外资进入引起城市产业结构向污染型转变，且引发本地政府监管加强其他区域政府监管弱化的现象，从而对我国生态环境产生不利影响[15]。产业结构的组合决定着资源的利用效率及产生污染物的种类及数量，蔺雪芹探究了武汉城市群工业发展的生态环境效应，证实了随着区域以重工业为主和工业规模化的发展方式使得工业生态环境影响指数不断增大，经济发展的环境压力不断增强[16]。牛方曲将资源环境承载力综合评价方法应用于产业结构调整中，发现在有限的资源数量及环境容量下可以通过调整产业结构提升资源环境对经济发展的支撑能力，实现资源节约、环境保护与经济发展相平衡[17]。吴文洁通过分析陕西省产业结构演替的生态效应证实了三次产业结构变动与生态环境质量存在较大的相关性，工业化发展加重了生态环境保护的负担[18]。

综上所述，关于产业发展和生态环境关系形成了丰富的研究成果，为文章的研究提供可借鉴的思路，已有研究多聚焦于产业发展和生态环境的单侧影响上，产业集群作为生态系统的高级形态，其演化发展受生态系统发展支配[19]，探究两者协同演化成为研究的新方向，但总体研究成果较少[20-21]。耦合协调模型能够对多个系统之间的相互作用程度及系统之间的协调程度进行有效测度，广泛应用于测度城市化与生态环境之间协同演化的研究。基于此，文章以产业转型升级示范区26个城市为研究单元，建立表征产业转型升级和生态环境优化的指标体系，系统构建产业转型升级与生态环境优化的耦合协调模型，并进行空间比较和时序分析，以揭示产业生态关系的时空演化特征，为探究产业发展和生态环境之间的互动关系、形成协同演化的命运共同体提供有价值的参考。

3 模型、方法和数据

3.1 指标构建及综合指数测算

3.1.1 产业转型升级

学界对于产业转型升级的界定早期主要是基于配第定律，表现为“一、二、三”为序的结构特征，实质是产业生产率的提升，以此为依据常用全要素生产率衡量产业转型升级水平。随着科技发展，产业分工持续分化，产业结构由产业链、价值链、创新链、生产要素组合四个方面系统提升，因此从产业间协调和各产业部门合理比例出发，通常采用产业高级化和产业合理化两个指标衡量[22]。面对国际产业分工格局变化和新一代科技革命推动产业变革加快的新形势，国内人口资源红利丧失和经济下行压力大的新问题，费洪平（2017）提出必须改变以往产业转型升级的方向及路径，着力突破能够提升国际分工地位及价值链层级的研发设计、销售网络、品牌培育等关键环节，提出了产业高端化、信息化、集群化、融合化、国际化及生态化转型的6个新方向[23]。由此综合考虑产业转型升级的结构效益及产业转型的新方向。文章从产业高端化、产业合理化、产业集群化、产业国际化、产业信息化、产业生态化六个目标维度，采用综合指标法，遵循指标选择的系统性、代表性、可操作性原则，构建产业转型升级子系统的评价指标体系。指标体系包括6个一级指标及15个二级指标（见表1）。

3.1.2 生态环境优化

国外对于生态环境评价的研究大多从社会经济、自然遥感和资源利用三方面建立评价数据库，着重景观质量及3S技术在生态评价中的应用。国内城市层面的评价多采用“压力—状态—响应”PRS模型评价生态环境的优化程度[24]。该模型可以理解为由产业发展产生的三废污染及资源利用对于生态环境造成的压力（Pressure），三废排放增加及资源的过度利用与生态环境呈负相关。压力同时会影响当期生态系统要素状态（State）的好坏，要素状态又会决定产业后续发展，与生态环境的优化呈正相关，响应（Response）表示政府企业在经济发展过程中减轻或预防生态恶化的积极行为，表现为污染物的末端治理及污染治理投资等，与生态环境的优化呈正相关。基于此，建立生态环境优化子系统的评价指标体系。评价体系包含要素状态、环境压力、治理响应3个一级指标及14个二级指标（见表2）。

3.2 研究区域、数据和方法

2017年和2019年，五部门分两批先后创设20个国家产业转型升级示范区，基于数据的可获得性剔除重庆环都市区、北京京西，以石嘴山的数据近似代替宁夏东北部产业转型升级示范区，确立研究对象为：辽宁中部（沈阳-鞍山-抚顺）、吉林中部（长春-吉林-松原）、内蒙古西部（包头-鄂尔多斯）、大连沿海、黑龙江大庆、河北唐山、山东淄博、江苏徐州、山西长治、安徽铜陵、湖北黄石、湖南中部（株洲-湘潭-娄底）、江西萍乡、河南西部（洛阳-平顶山）、广东韶关、四川自贡、宁夏东北（石嘴山）、贵州六盘水18个产业转型升级示范区26个城市为研究对象。[25]数据主要来源于《中国城市统计年鉴》《中国城乡建设统计年鉴》及各城市统计年鉴、统计公报及政府官网，直接或间接计算而来并对价值型指标根据世界银行发布平减指数，基于2015年做不变价处理，由于近3年数据缺失，较为严重影响了模型的科学性，因此构建了2003—2016年26个城市的产业转型升级和生态环境优化两个子系统的數据库。为了排除各指标的量纲单位、数量级、逆向指标对测算结果的影响，采用极差法对数据进行无量纲化预处理。处理产业转型升级系统和生态环境优化系统的指标权重时，综合选用主观赋权法（AHP层次分析法）和客观赋权法（改进熵值法）的平均值确定各个指标的综合权重，从而减少单一权重确定方法对结果造成的影响，最终确定各个指标的综合权重（见表1和表2）。

4 耦合度评价

4.1 耦合关系分析

产业发展与生态保护是辩证统一的关系，生态系统是产业发展的本底，生态功能的发挥为产业发展提供直接自然资本，如产业发展必需的能源、土地及水资源等生产要素，同时通过生态系统的服务价值间接影响产业发展过程中人力资本、创新要素及生产性资本的增加，从而影响地区产业系统的产业结构、产值规模及发展速度。产业结构及布局的合理性影响资源的利用率及污染物的排放规模，从而影响生态环境系统的承载力。产业系统与生态系统的耦合优化充分利用产业发展与生态环境之间相互促进的关系，实现两者共同发展，在带来经济增长的同时环境状况也逐渐优化。

4.2 模型构建

耦合（coupling）来源于物理学概念，指多个具有耦合潜力的系统通过物质循环、能量流动、信息交换彼此作用形成高级结构功能体即耦合系统。文章探究产业转型升级及生态环境优化两个系统之间的耦合协调关系，揭示两个系统发展的同步性、有序性。借助容量耦合系数模型得到两个系统相互作用的耦合度模型，公式如下：

式中，C表示产业转型升级及生态环境优化两个系统的耦合度，f（u）表示产业转型升级指数，g（i）表示生态环境优化指数，均由综合评级模型计算，C的取值范围为[0，1]，当C=0时表明产业转型升级与生态环境优化基本不耦合，当C=1时表明产业转型升级与生态环境优化位于最佳耦合状态，C值越大说明产业转型升级与生态环境优化之间的相互影响越强。

耦合度虽然能够反映产业转型升级和生态环境优化之间的相互作用程度，但不能表征两者之间是处于高高型的相互促进，还是低低型的相互制约。基于系统的动态性、不平衡性，有必要引入反映实际发展水平的耦合协调度模型，公示如下：

式中，D表示耦合协调度;T表示产业转型升级与生态环境优化的综合协调指数，反映整体协同效应，α=β=0.5产业转型升级和生态环境优化同等重要，结合相关研究赋值为0.5。D的取值范围为[0，1]，取值越大表明两者的协调程度越大。参考相关研究成果并结合文章研究实际，将耦合协调度划分为3大类、9个亚类（表3）。

4.3 产业转型升级示范区耦合协调度关系类型演变

表3将2003—2016年产业转型升级示范区26个城市耦合协调程度都划分为3大类9亚类。

由表3可以看出：①从高级协调、基本协调、失调三大类的演化来看，产业转型示范区城市到2016年全部处于基本协调以上。实现跨越式发展的城市有沈阳、大连、大庆、六盘水及石嘴山。其中沈阳（2005）、大连（2007）、大庆（2011）实现了从基本协调迈向高级协调阶段;六盘水（2005）、石嘴山（2004）实现了从不协调迈向基本协调阶段;其余21个城市尚处于基本协调阶段。②从耦合协调度亚类类型的演化过程来看，河北唐山、山西长治、内蒙古西部（鄂尔多斯、包头）、辽宁中部（鞍山、抚顺）、吉林中部（松原、吉林）、江苏徐州、江西萍乡、山东淄博、河南西部（平顶山）、湖南中部（娄底）自2003—2016年耦合协调指数虽有所提高，但始终属于基本协调—产业转型升级滞后型。处于高级协调的城市亚类演化差别较大，沈阳经历了从基本协调—高级协调—高级协调产业转型升级滞后—高级协调的演化路径，大连则是基本协调—基本协调生态优化滞后—基本协调—高级协调—生态优化滞后的演化路径，长春与沈阳相似，从高级协调到产业转型升级滞后，大庆则是从基本协调产业滞后到高级协调产业滞后型。剩余城市基本上是从基本协调产业转型升级滞后与基本协调交替演化，处于基本协调产业转型升级滞后的时期较长。综上可见，产业转型滞后是阻碍两者耦合协调发展的重大阻力，也是未来产业转型升级示范区城市经济社会转型的重点领域。

5 研究结论与讨论

根据2003—2016年产业转型升级示范区26个城市的面板数据，建立指标体系综合评级产业转型升级子系统和生态环境优化子系统的发展水平，在此基础上借助耦合协调模型，探究产业转型升级与生态环境优化耦合协调发展的时空演变，得出：

产业转型升级对生态环境优化的支撑作用不足，提升产业转型升级水平是促进产业转型升级与生态环境优化耦合协调水平上升的关键。2003—2016年产业转型升级与生态环境优化耦合度及耦合协调度不断上升，区域中心城市如沈阳、大连及长春实现了基本协调向高级协调跨越，其他城市整体处于基本协调阶段。综合系统发展程度细分亚类来看，产业转型升级滞后明显，指数处于0.3～0.4，产业转型升级对生态环境优化的支撑作用不足，生态环境优化指数整体在0.4～0.5，产业转型升级示范区城市依旧面临着较为严重的环境问题。

在经济发展由高速增长向高质量增长转变的关键时期，探究产业转型升级示范区产业转型升级子系统与生态环境优化子系统耦合协调演化，既可以深化资源型城市和老工业城市产业转型升级的研究理论，也能够为产业发展与环境治理提供政策依据。由于两个系统之间交互作用的复杂性，文章从两个子系统整体型层面对两者的耦合协调性进行测定，未能深入到产业转型升级六维度及生态环境的三维度探究两者的协调性，选择的区域也仅限于产业转型升级示范区内的资源型城市和老工业城市，未来在数据充足的条件下会继续对全部的资源型城市进行对比研究，并拓展到系统内部厘清两者交互作用的深层机理。

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[作者简介]赵秀云（1995—），女，山西乡宁人，硕士，研究方向：区域发展与调控;李业锦（1977—），男，海南澄迈人，副教授，博士，研究方向：区域与城市规划、老工业和资源型城市转型升级。

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