高端服务业-先进制造业-生态环境匹配发展及共生问题——以河北省为例

张立华，张艳东，邢 会

（1.华北理工大学经济学院，河北唐山 063210；2.河北工业大学经济管理学院，天津 300401）

当前，中国特色社会主义建设进入了新时代，高端服务业和先进制造业将逐渐发展成为国家重要的支柱产业。由于高端服务业和先进制造业形成了相互融合的趋势，全球产业结构从工业经济向服务型经济转变的同时，赋予了高端服务业与先进制造业新的内涵。在工业化中后期，高端服务业、生态环境保护、先进制造业在未来经济高质量发展、构建现代化产业体系进程中不可或缺，这3 个系统也相互支撑发展。一方面，先进制造业自身发展产生了对高端服务的需求，从匹配角度看，高端服务业与先进制造业之间存在着互动性、融合性。互动理论认为高端服务业与先进制造业之间相互提供需求供给［1］，产业结构优化升级会加深这种互动程度；融合理论则认为当高端服务业与先进制造业两个系统达到高级匹配后，先进制造业的提升对高端服务业的需求逐渐增加，科学技术、科技创新会加深两者的融合，并成为两个系统的黏合剂，最终导致产业间的边界模糊［1］。另一方面，先进制造业与服务业的转型升级可以节约能源、减少排放，对优化生态、美化生态等方面都有改善和促进作用。高端服务业、先进制造业与生态环境组成了高度繁杂的复合系统，经济高质量发展要求这3 个系统匹配发展。那么，河北省高端服务业、先进制造业与生态环境的匹配发展水平如何？三者之间是独立运行的共生关系还是相互影响、互惠互利的共生关系？随着产业结构的不断升级以及环保意识的不断增强，这3 个系统也由原来的独立运行向相互影响、相互协同方面转化，达到新的动态平衡。鉴于此，本研究通过构建高端服务业（S）-先进制造业（M）-生态环境（E）（以下简称“SME”）匹配发展的评价指标体系，测度河北省SME 系统整体匹配发展水平，在此基础上，采用生物学中的Lotka-Volterra 模型判断3 个系统的共生类型，为全面认识河北省SME 系统匹配发展水平及作用类型提供事实参考，并为河北省产业结构转型、和谐共生、绿色发展提供理论支撑和现实依据。

1 文献综述

产业与生态匹配历来是国内外学术界的研究热点。主要体现在：第一，研究产业转型升级与生态环境的交互作用机制。有研究认为，先进制造业、高端服务业在使中国成为制造业大国的同时承受更多的污染，产业结构优化升级与生态环境的改善存在长期均衡关系，产业结构优化升级有助于改善环境污染的［2］；企业通过技术创新、清洁生产等，有利于提升环境质量［3］；崔木花［4］、张樨樨等［5］通过研究产业结构与生态环境质量效应互动关系，发现随着产业结构向合理化与高级化的变动，生态效率得到提高。第二，用各种定量分析工具对产业转型升级与生态环境的耦合协调性进行评价。例如，马文斌等［6］用复合系统模型探讨了乌江流域产业生态环境的耦合性，为乌江流域建立产业生态系统协调发展机制提供了一定的理论依据；周甜甜等［7］借助Lotka-Volterra 模型对中国30 个省份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；贾雨霏等［8］借助熵值法对贵州省经济生态环境复合系统的协调发展情况进行了深入研究，并进一步对贵州省产业发展的路径进行了探讨。第三，随着研究方法不断创新，学界对产业发展与生态环境的发展模式、耦合协调度有越来越清晰的认识，国内学者的相关研究着重于单个产业与生态环境的协调机制，例如唐建荣等［9］、刘素霞等［10］、张丹丹等［11］、刘珊［12］、沈迅等［13］分别探讨了产业生态系统评价、工业集聚与环境污染、煤炭产业与生态效率、产业集聚与生态效率以及旅游产业与生态环境等。

综上，国内外对于产业发展与生态环境的匹配研究十分丰富，但把SME 系统的3 个子系统纳入同一时空对其匹配发展水平及互动关系的研究较少。鉴于制造业转型升级是生态环境变迁的关键要素，而先进服务业是制造业的支撑，S、M、E 三者都是经济增长的引擎，它们之间相互制约、促进、协同，SME 整个系统的匹配发展及共生具有较高的研究价值，因此，本研究把SME 系统看作生态学中的共生系统，探讨S、M、E 这3 个子系统匹配互动问题，将匹配理论引入产业关系研究，基于产业匹配内涵构建SME 匹配发展的评价指标体系，并构建Lotka-Volterra 模型对河北省SME 系统匹配发展水平进行评价以及对3 个子系统的共生类型进行探讨。

2 研究设计

2.1 构建评价指标体系

在S-M 系统评价体系研究方面，孙畅等［1］认为高端服务业与先进制造业的耦合协调需要在要素投入、发展规模、组织结构、产业效率、创新投入等方面实现匹配；曹东坡等［14］在分析这两个产业的协同机制时使用了产业总产值和从业人员两个指标。在生态环境评价研究方面，大多数学者从环境压力、环境消耗、环境响应、环境污染、环境状态等角度进行评价。参考前人研究及基于河北省数据可获得性，确定SME 系统评价指标体系。其中，高端服务业、先进制造业由产业规模、产业结构、产业效率、产业创新等4 个一级指标组成，包括产业增加值、就业人数、固定资产投资额等在内的13 个二级测量指标（见表1）；生态环境则由资源消耗要素、环境污染要素两个一级指标，以及包括工业SO2排放量、废水排放量和（烟）粉尘排放总量在内的10 个二级指标构成（见表2）。

表1 区域高端服务业、先进制造业评价指标体系

表2 区域生态环境评价指标体系

2.2 研究方法

（1）子系统综合发展水平测度。采用功效系数法对原始数据标准化处理。

其中，正向指标采用如下公式：

逆向指标采用如下公式：

式（1）（2）中：Uij介于0 和1 之间，表示xij对系统的重要性，Uij越大表示对系统越重要，反之重要性越小；xij表示第i年第j个指标值；max(xij)为所有待评价年份中第j 项指标的最大值，min(xij)为极小值。

为了消除某一种权重计算方法的局限性，通过层次分析法、因子分析法、熵值法计算各指标权重，最后取其平均值作为最终权重。则系统综合发展水平评价公式如下：

式（3）中：Wj为指标权重；f(xi)、g(yi)、h(zi)分别代表高端服务业、先进制造业与生态环境综合评价函数。

（2）系统匹配发展水平测算。“匹配”一词来源于物理学，用于度量不同系统间的关联度，后来被广泛应用于产业、经济、生态的耦合协调研究中，因此匹配是指两个（多个）系统彼此相互影响、促进、协同的现象。匹配发展水平包括静态匹配和动态匹配，其中两两系统间静态匹配度测算公式如下：

SME系统的3个系统的静态匹配度测度公式如下：

式（4）～（7）中，SEC 为高端服务业与生态环境静态匹配水平；MEC 为先进制造业与生态环境静态匹配水平；SMC 为高端服务业与先进制造业静态匹配水平；SMEC 为三系统整体静态匹配度。反映静态匹配水平的取值范围在0～1 之间，静态匹配值越大，表明高端服务业、先进制造业、生态环境子系统之间以及整个系统相互作用的程度越来越强，彼此间越相关有序，直到静态匹配值等于1 时，静态匹配水平达到最高；静态匹配值越小，说明系统间的匹配度越低，整个系统处于无序、不相关状态。

但是静态匹配水平无法评判SME 系统的3 个系统的动态匹配发展状况，当各系统综合评价水平较低时也可能计算出较高的静态匹配度，因此，为了客观真实反映3 个系统的匹配水平，还需引入动态匹配度来测度S、M、E 三者的匹配水平。计算公式如下：

式（8）（9）中：T代表3 个子系统的综合发展水平；a、b、c分别为高端服务业、先进制造业与生态环境待定权数，本研究认为三者重要性相同，因此设定为a=b=c=1/3；D为整体动态匹配度，反映S、M、E 三者之间协调水平。

借助物理学中匹配度的类型划分，可将SME 整体系统的动态匹配度划分成如表3所示的几种类型。

表3 SME 系统匹配水平评价等级

（3）SME 系统共生机理测度。Lotka-Volterra模型对研究多个物种（系统）之间的相互作用机制具有很好的效果，因此，利用该模型分别验证SM、SE、ME 系统间是捕食关系还是共生关系。模型的具体形式如下：

式（10）中：x、y分别表示两系统的综合发展水平；根据a1取值正负判断在不受外界干扰时x系统对自身的正（负）向影响；a2为x系统自身所具有的限制性系数；c12为y对x的影响系数系数；b1、b2、c21各参数意义与a1、a1、c12意义类同。

确定c12与c21的取值是关键。理论上讲，x系统与y系统的关系越密切、交互越频繁，c12与c21的绝对值越大，物质和信息等在这两个系统间的交流效率更高、更流畅。根据c12与c21取值正负判断两个系统的相互作用类型，如表4 所示。

表4 先进制造业与生态环境相互作用类型

3 实证结果分析

本研究数据来源于2006—2019 年《中国统计年鉴》、《河北经济年鉴》、河北省国民经济和社会发展统计公报和《中国工业统计年鉴》等。对于缺失数据使用平均发展速度和插值法、线性回归等方法进行补齐。

3.1 SME 系统综合发展水平时序分析

2006—2019 年河北省SME 综合发展水平如图1所示。可见，2006—2019 年间，河北省高端服务业、先进制造业、生态环境综合发展水平有了很大的提升，呈现逐年增长态势。其中，高端服务业由2006年的0.248 增长为2019 年的0.613，年均增长率为7.21%，年均增长量为0.028；先进制造业由2006年的0.430 增长为2019 年的0.786，年均增长率为4.74%，年均增长量为0.027；生态环境由2006 年的0.463 增长为2019 年的0.861，年均增长率为4.89%，年均增长量为0.306。河北省SME 系统的发展大致经历了3 个时期：第一阶段是2006—2010 年，在“十一五”规划期间河北省积极响应国家大力发展重工业的号召，通过利用自身丰富的矿产资源条件迅速发展经济的同时保持较良好的生态环境；第二阶段是2011—2015 年，先进制造业与生态环境发展暂缓甚至停滞，而高端服务业发展速度并未出现放缓现象；第三阶段为2016—2019 年，先进制造业发展速度急剧上升，这与河北省在“十三五”期间提出积极发展战略性新兴产业和装备制造业有关，SME系统的3 个系统实现交汇，先进制造业与生态环境发展步调一致，实现协同发展，河北省在空气质量和生态环境方面均达到了几年来的最优水平。

图1 河北省SME 系统的综合发展水平

3.2 静态匹配度结果分析

图2 显示了SME 系统的两两系统及三系统间的静态匹配度时序。可见，河北省SME 系统的两两系统间静态匹配度与三系统间静态匹配度都具有上升趋势，2008 年以后静态匹配度一直在较高点。河北省高端服务业与生态环境的静态匹配度一直处于高位，证明生态环境对高端服务业的支撑能力比较强，SE 系统间具有相互协调、互惠互利的共生关系。由于高端服务业具有高科技含量高、人力资本高、附加值高等特点，对调整产业结构、转变经济发展方式具有推动作用，有利于提高资源利用率，而良好的生态资源及环境对先进制造业的发展起到支撑作用。河北省SME 系统静态匹配度大致经历了两个时期：2006—2008 年SME 整个系统静态匹配度快速上升，其中SM 系统的静态匹配度高于SME 系统的静态匹配度，说明高端服务业、生态环境、先进制造业的协调性不断增加，且高端服务业对生态环境的影响强度大于对先进制造业的影响强度；2008—2019 年属于SME 系统高度匹配期且持续高度匹配，说明整个系统达到了高度平衡、运行稳定。党的十八大提出的生态文明建设倒逼制造业及服务业进行技术创新，从而也减少了对环境的污染，SME 系统的三者之间相互影响、相互胁迫和相互作用。对比SE、SM、SME 系统的静态匹配度发现，2006—2008 年，先进制造业给生态环境造成了负向影响，带来了一定的生态压力，对高端服务业的贡献度小于生态环境，原因在于此阶段河北省先进制造业的综合发展水平较低；“十一五”期间，河北省提出了提升装备制造业，以先进制造业为方向，但工业生产主要依赖石油、煤炭等，能源消费中煤炭占比平均超过90%［15］，另外，虽然先进制造业与高端服务业的产值总量持续走高，但利润率低、经济效益差；而“十二五”“十三五”期间，河北省坚持科技创新，推动先进制造业、高端服务业产业升级，在保持两大产业效益稳定增长的同时也保证了生态环境的改善。

图2 河北省SME 系统的静态匹配度

3.3 动态匹配度结果分析

以SME 系统的综合发展水平、整体系统静态匹配度构建整体动态匹配度时序图（见图3）。相比而言，河北省SME 系统的动态匹配度（D）发展速度在2006—2019 年间从0.558 提升到0.918，经历了勉强匹配、初级匹配、中级匹配和良好匹配，可见这一阶段的高端服务业发展较好，而先进制造业、生态环境未能与之匹配，发展的有序度不高，成为制约整个系统动态匹配不高的主要原因。其中，2006 年为勉强匹配阶段，高端服务业与先进制造业发展水平较低，未能与生态环境相协调，成为制约整个系统动态匹配度不高的原因；2007 年为初级协调阶段，此时先进制造业与高端服务业高速发展，SME 系统综合发展水平提高，动态协调度随之上升；2008—2011 年为中级匹配阶段，在此期间河北省贯彻实施国家大力发展高端服务业、先进制造业的各项举措，产业集聚初见成效，同时通过不断深化国有体制改革，先进制造业与高端服务业的产业结构、出口结构、贸易方式不断优化，高端服务业、先进制造业与生态环境的协调因素有所增加，正在向良性协调方向转变；2012—2019 年为良性匹配，在这7年的发展进程中SME系统的动态匹配度不断攀升，由0.816 上升为0.861，子系统之间相互促进、相互影响，配合默契，而2019 年匹配度有所回落，但仍保持良好匹配。从长远角度来看，在 2006—2019 年期间，河北省高端制造业-先进服务业-生态环境系统动态匹配发展水平从拮抗匹配阶段向高度匹配阶段转变，SME 系统的整体匹配度由弱转强呈现出较好发展态势。随着河北省数字经济、先进制造业与高端服务业深度融合，以及生态文明建设、绿色循环低碳产业等一系列政策的推进实施，高端服务业、先进制造业和生态环境的相互作用逐渐增强，形成良性互动。

图3 河北省SME 系统的动态匹配度

3.4 Lotka-Volterra 模型结果分析

将通过式（3）计算得出的SME 系统的3 个系统的综合发展水平数据代入式（10），利用EViews8.0 软件计算出高端服务业-先进制造业-生态环境两两系统的相关参数。表5 和表6 分别展示了高端服务业与先进制造业、高端服务业（先进制造业）与生态环境的主要参数估计结果，可见各参数P值小于5%，t检验显著，拟合优度高于0.9，说明Lotka-Volterra 模型拟合度很好。

由表5 可知：（1）增长系数a1、b1值均为正，表明先进制造业和高端服务业在不借助外力的情况下也能够持续发展，但就提升程度而言，先进制造业对自身的促进作用大于高端服务业对自身的促进作用。（2）限制性参数a2、b2均大于0，表明先进制造业与高端服务业在增长过程中均具有边际性衰退效应，先进制造业的递减效应小于高端服务业的边际递减效应。在市场化指数比较低的时期，高端服务业缺乏成长的引擎，一些先进制造业行业垄断性高，政府会采取一些措施阻止竞争对手或新企业的进入，行业利润率高，但企业经营效率下降，并未对高端服务业起到支撑作用，阻碍了高端服务业的发展。河北省先进制造业缺乏高科技骨干企业，转型升级压力大、矛盾突出，依然存在着生产方式粗放、资源环境制约、关键核心技术攻关难度大等难题，先进制造业自主创新能力不强、整体质量水平不高，导致先进制造业与高端服务业的联动性差，且国内先进技术大多依赖进口，因此高端服务业的发展受到阻滞。（3）c12、c21都小于0，表明先进制造业与高端服务业之间存在着相互促进、相互支持、共同发展的共生融合关系，两个系统互为投入、互相支撑，共同发展。目前需要探索在生态环境承受力范围内发展经济，最后实现自然、社会、经济系统协调发展的路径。社会、经济和自然的复合系统是产业生态共生性的表现，先进制造业与高端服务业要遵循生态学的逻辑，尊重两者的互存关系并推动两者的耦合协调发展，当先进制造业发展达到一定水平时，需要通过技术创新不断汇聚大数据、信息、知识等，实现两者的融合、互补和协同。在SM 系统产业链中，一项新发明、新技术的产生会对相关的科技创新起到引领作用，推进SM 系统之间的技术协作和交流，促进信息流、技术流在系统间的传播，形成技术和创新的高度融合，从而推动SM 两系统实现高度共生融合。c21＜c12表明高端服务业对先进制造业的拉动作用大于反方向的带动作用，说明河北省要实现从服务业到高端服务业的转型，必须突破先进制造业目前创新能力不强、发展动力不足等问题，加快转型升级，由制造大省向制造强省迈进，降低资源消耗数量、提高产出质量，为高端服务业发展提供支撑。

表5 2006—2019 年河北省高端服务业与先进制造业的共生性

由表6 可知：（1）增长系数a1、b1取值为正，表明先进制造业（高端服务业）、生态环境在不借助外力的情况下自身也能够持续发展，但就提升程度而言，生态环境对自身的促进作用大于先进制造业对自身的促进作用、小于高端服务业对自身的促进作用。（2）限制性参数a2、b2大于0 表明先进制造业（高端服务业）和生态环境在增长过程中均具有边际性衰退效应，先进制造业的递减效应大于生态环境的边际递减效应，高端服务业的递减效用大于生态环境的递减效用。（3）c12、c21取值都小于0表明协调发展要求系统或系统内部各要素之间要相互影响、相互促进、和谐一致。在良性循环的基础上，复合系统发展遵循由低级别向高级别、由无序到有序、由简单到复杂的演变过程，这是共生关系在系统演变过程中的外在表现。在产业发展与生态环境形成的复合系统中，产业发展主要通过技术改造、产业结构优化升级等手段拓展环境资源利用的深度和广度，以自适应和自组织的形式推进系统优化，达到产业结构调整和优化，实现可持续发展。而人们对高品质生态环境的追求以及环境本身对产业发展的影响制约，客观上促使产业通过技术进步融入城市生态环境建设中，推动生态环境的改善，实现对生态资源的持续利用。

表6 2006—2019 年河北省高端服务业（先进制造业）与生态环境的共生性

4 结论与启示

（1）2006—2019 年期间，河北省SME 系统的综合发展水平均呈现增长态势，表明近年来河北省生态环境质量改善，经济社会得到发展，政府对生态、经济、产业调控的成效逐渐显现；（2）河北省SME系统的匹配水平逐渐由弱转强，经历了由拮抗匹配阶段向高度匹配阶段转变；（3）河北省SME 系统的两两系统之间存在着互利共生的依赖关系，一个系统的发展会带动另外一个系统的发展。

以上结论具有如下政策启示：（1）河北省SME系统的综合发展水平近两年有所提升，但整体水平有待提高，有较大的提升空间。（2）SME 系统的整体匹配水平在优化区域经济结构、提高产业发展水平中起着关键的作用，关系到区域经济能否实现高质量发展、生态文明建设能否取得显著成效以及人民能否安居乐业，而SME 系统存在着相互依赖的互惠互利共生关系，一个系统的发展会带动其他系统的协同变动。因此，河北省要结合京津冀协同发展战略，找准各区域促进SME 系统整体匹配发展的核心要素，在重点关注产业转型升级，积极推进生物医药产业、智能装备制造业等战略性新兴产业的培育，奋力推动工业高质量发展的同时探索适合本省的产业匹配模式，实现SME 系统的3 个子系统协同发展。