石家庄市县域科技创新与经济发展耦合协调关系时空演变

冯晓淼，贺军亮

（石家庄学院地理科学与环境学院，河北石家庄 050035）

一、研究背景

党的二十大报告指出，“经济高质量发展取得新突破，科技自立自强能力显著提升”是未来五年我国发展的主要目标之一[1]。以科技创新开辟发展新领域新赛道、塑造发展新动能新优势，是经济高质量发展的迫切要求[2]。探讨科技创新与经济发展的耦合关系，明确两者之间的作用机理和发展过程，有助于推动两者相互促进、协调发展。

自Schumpeter[3]提出创新是经济增长的主要动力来源以来，有关科技创新与经济发展关系的研究就层出不穷。2000 年之后我国对科技创新和经济发展关系的研究明显增多，主要集中在四个方面：一是科技创新与经济发展的作用机理。李琳[4]认为科技创新具有优化经济结构、提升经济效益、节约成本等效应，经济发展的市场需求和可持续发展具有拉动科技创新的效应。华坚等[5]认为，经济发展为科技创新提供资本、人才等要素投入，技术创新是经济发展的根本驱动力。二是科技创新对经济发展贡献率的测算，经济形式包括区域综合经济以及农业、林业、草业等各类产业经济，运用的方法主要有柯布—道格拉斯生产函数法、CES 生产函数法、索洛余值法等[6-8]。三是科技创新与经济发展的耦合协调关系测评，研究方法多采用耦合协调度模型，分析内容多为区域科技创新与经济发展的耦合协调度的时空格局演变[9，10]。四是科技创新驱动经济发展的路径研究。康霞等从京津冀区域协同角度提出，科技创新驱动经济发展的主要路径有构建科技创新三地融合发展模式、建设联动创新链群支撑体、发挥京津中关科技城辐射作用、专供制造业科技创新。[11]李石[12]认为科技创新推动农业经济发展的路径应该从政策、投资、组织化建设以及创业环境的营造等方面分析。

石家庄市是河北省省会、京津冀都市群的主要节点城市，具有重要的战略地位。近年来，石家庄市县域科技创新能力得到大幅度提升，进而推动了经济结构的优化和效益的提升。[13]2023 年4 月石家庄市出台的《县域经济高质量发展提升攻坚三年行动计划（2023—2025 年）》中指出，推动县域经济高质量发展，产业是基础，科技创新是关键。石家庄市辖8个区、11 个县，3 个县级市。县级市分别为新乐、晋州和辛集，其中辛集市是河北省直管市，与石家庄市其他县域关系不够紧密，因此不在本次研究范围。相较于市区，其他县域的经济实力较弱，人才引进困难，科技创新能力提升问题更为严峻。因此，本文选择以11个县和新乐、晋州两个县级市共13 个县域单元作为研究区域，构建科技创新能力和经济发展水平评价指标体系，计算评价指数，测算两者之间的耦合协调度；然后从纵向和横向对计算结果开展全面分析，使用ArcGIS 绘制空间分布图，深入剖析科技创新能力、经济发展水平以及两者耦合协调关系的时空演变特征，从而发现问题，提出建议，以期为提升石家庄市县域科技创新能力、驱动经济高质量发展提供理论参考。

二、研究方法

（一）构建评价指标体系

结合相关文献[9-11]的最新研究成果，遵循系统性、完整性、层次性、可获得性等原则，兼顾总量、结构、效率等方面，分别构建科技创新能力和经济发展水平的评价指标体系。科技创新能力评价体系通过科技创新投入和科技创新产出2 个准则、8 个指标体现；经济发展水平评价体系通过经济总量、经济结构和增长、经济效益3 个准则、9 个指标体现（表1）。

评价指标的相关数据来源于2011—2022 年《石家庄统计年鉴》《中国县域统计年鉴》，极个别缺失指标数据采用插值法补齐[14]。

（二）确定指标权重

本文采用熵值法确定指标权重。熵值法[12，15]是根据各指标具体数据的离散程度，利用信息熵计算出各指标的权重，可有效地避免掺杂主观因素，使评价结果更为科学和客观。主要步骤[16，17]如下：

（1）数据标准化处理。为避免指标量纲差异的影响，需对指标初始数据进行去量纲处理，指标中无负向指标，处理方法均如下：

式中：Xij为第i 个样本中指标j 的原始数据为标准化处理后指标值。取值范围均在0~1 之间。（2）计算第j 项指标下第i 个样本所占的比重Yij，计算公式如下：

（3）计算第j 项指标的信息熵ej，计算公式如下：

式中：k 为系数，k=1/lnm；m 为j 项指标的样本数量值。

（4）计算第j 项指标的差异系数gj，计算公式如下：

（5）计算权重wj，计算公式如下：

式中：n 为指标的数量值。

（三）计算评价指数

对评价体系内各指标进行线性加权，得到综合评价指数Fi。计算公式如下：

本文运用综合评价法分别计算科技创新能力指数和经济发展水平指数，作为两者的评价结果。

（四）测算耦合协调水平

利用耦合协调度模型，计算耦合协调度，用于判别科技创新能力与经济发展水平的耦合协调水平。模型构建如下：式中：C 为耦合指数；T 为协调指数；D 为耦合协调度；F1和F2分别为科技创新能力指数和经济发展水平指数；α、β 分别为科技创新能力和经济发展水平的待定系数，按两者同等重要看待，故α=β=0.5[16]。

耦合协调度等级划分标准见表2。

表2 耦合协调度等级划分标准[10，16]

三、结果分析

为了清晰有效地分析13 个县域的相关数据，部分内容选取2010 年、2014 年、2017 年和2021 年作为代表年份开展分析。

（一）科技创新能力评价

1.现状特征

2021 年全市县域科技创新能力指数均值为0.167，表明整体水平较低，科技创新能力较弱。正定县的科技创新综合能力最高，其次是元氏县、平山县和赵县，赞皇县最低，其次是高邑县、深泽县和灵寿县；科技创新投入最多的是正定县，其次是赵县、元氏县和无极县，投入最低的是高邑县，其次是赞皇县、新乐市和平山县；科技创新产出最多的是元氏县，其次是平山县、正定县和井陉县，产出最少的是赞皇县，其次是深泽县、高邑县和行唐县（图1）。值得注意的是，全市13 个县域中有6 个县域的产出大于投入，且这些县域的综合能力一般较强，其中平山县、元氏县最为显著；其余7 个县域的产出小于投入，且这些县域的综合能力一般较弱，其中表现最明显的是行唐县和深泽县。

图1 2021 年石家庄各县域科技创新能力指数对比

2.时空演变

（1）整体变化趋势

2010—2021 年全市县域的科技创新能力总体呈上升趋势（图2），年均增长率为14.7%，表明科技创新能力的增长速度较快。2010—2016 年增长速度最快，年均增长率为28.5%；2017—2018 年出现下滑，尤其是2018 年出现大幅度的下滑；2018 年之后又开始回升，2018—2021 年均增长率为10.5%，表明近年来依然保持较高的增长速度。正定县、元氏县、平山县、赵县、井陉县、新乐市、晋州市的年际变化较大（图3），值得注意的是2021 年这几个县域的科技创新能力排名较靠前，其余县域的科技创新能力多年来变化较小（图4），排名较靠后。如表3 所示，全市县域科技创新能力提升速度最快的是赵县、元氏县、晋州市和行唐县，平均年增长率均在20%以上；速度最慢的是高邑县、赞皇县、井陉县和深泽县，平均年增长率均在10%以下。

图2 2010—2021 年全市县域的科技创新能力平均指数演变图

图3 2010—2021 年石家庄7 个年际变化较大县域的科技创新能力指数演变图

图4 2010—2021 年石家庄6 个年际变化较小县域的科技创新能力指数演变图

表3 2010—2021 年石家庄各县域科技创新能力指数年均增长率

（2）指数等级演变

根据科技创新能力指数计算结果，结合京津冀、全国相关研究成果[16，18]，将指数分为两级分类标准，一级标准共3 个等级，二级标准共6 个等级。如表4 所示，全市县域科技创新能力均分布于中值和低值范围，没有高值县域。中值县域数量有增加趋势，但仍较少，到2021 年只有正定县和元氏县2 个，只占全部县域数量的15.4%。除正定和元氏外的其他区域均为低值区，其中中低值县域数量增加趋势明显，2010 年为0 个，2014 年增加到3 个，2017 年增加到6 个，2021 增加到了8 个，占全部县域数量的61.5%；低值县域数量2010—2014 年逐渐增加，2014 年达到最多（7 个），之后逐渐减少，2021 年减少到了3 个，占全部县域数量的23.1%；超低值县域数量2010 年达到10 个，占全部县域数量的76.9%，之后迅速减少，2014 年减少到1 个，之后几年均为0 个。

表4 2010—2021 年代表年份石家庄各县域科技创新能力指数等级演变

（3）空间格局演变

由2010—2021 年代表年份石家庄各县域科技创新能力指数空间分布格局图可知（图5），紧邻主城区的正定县的科技创新能力一直保持较高的水平，2014 年已达到了中值水平；临近市区的其余县域科技创新能力提升明显，由2010 年的超低值和低值水平一直上升到2021 年的中低值水平，其中元氏县上升到了中值水平；远离市区的行唐、赞皇、高邑、深泽4 个县域的科技创新能力一直较低，且提升速度较慢，只是从超低值水平上升到了低值水平。

图5 2010—2021 年代表年份石家庄各县域科技创新能力指数空间分布格局图

（二）经济发展水平评价

1.现状特征

2021 年全市县域经济发展水平指数为0.439，处于中等水平。2021 年石家庄各县域经济发展水平指数对比图（图6）显示，正定县的经济发展水平最高，其次是晋州市、元氏县和新乐市，赞皇县的经济发展水平最低，其次是深泽县、灵寿县和高邑县；经济规模最大的是正定县，其次是平山县、晋州市和元氏县，规模最小的是高邑县，其次是深泽县、赞皇县和灵寿县；经济结构与增长得分最高的是正定县，其次是平山县、晋州市和元氏县，得分最低的是高邑县，其次是深泽县、赞皇县和灵寿县；经济效益最高的是正定县，其次是晋州市、新乐市和高邑县，最低的是赞皇县，其次是灵寿县、平山县和行唐县。值得注意的是，正定县的综合和各项经济发展水平均较高；平山县经济规模和结构与增长得分较高，但经济效益较低；赞皇、灵寿、行唐和井陉等山区县的各项指标得分均较低；高邑县和深泽县相较于其他指标，经济效益的得分相对较高，这与两县的面积和人口较少直接相关。

图6 2021 年石家庄各县域经济发展水平指数对比

2.时空演变

（1）整体变化趋势

如图7 所示，2010—2021 年石家庄各县域的经济发展水平均呈稳步上升趋势，年均增长率为10.5%，其中2019 年增速减慢，2020 年多数县域出现减速现象，主要是受到疫情影响。各县域中灵寿县的增长速度最快，为15.9%，其次是赞皇县、行唐县和深泽县，均在12%左右；井陉县的增长速度最慢，为7.1%；其余县域的增长速度均在9%~11%之间（表5）。

图7 2010—2021 年石家庄各县域经济发展水平指数演变图

表5 2010—2021 年石家庄各县域经济发展水平指数年均增长率

（2）指数等级演变

根据经济发展水平指数计算结果，结合相关研究成果[15，19]，将指数分为4 个等级，如表6 所示。经济发展水平高值县域从2018 年开始出现，到2021年仍只有正定1 个县域；中值县域数量增加趋势明显，从2010 年的0 个，增加到了2021 年的6 个，尤其是2017—2021 年的增加速度最快，平均每年增加1 个；低值县域数量变化过程为前期增加、后期减少，在2014 年达到最多（12 个），后逐年减少，2021年减少到了6 个；超低值县域数量逐年减少，2013年之后均为0。

表6 2010—2021 年代表年份石家庄各县域经济发展水平指数等级演变

（3）空间格局演变

图8 为2010—2021 年代表年份石家庄各县域经济发展水平指数空间分布格局图。由图8 可知，紧邻主城区的正定县的经济发展一直保持较高的水平；临近市区的平原县经济发展水平指数由2010 年的低值区上升到2021 年的中值区，山区县多数多年来变化不大，只有平山县从低值区上升到了中值区；远离市区的赞皇、高邑、深泽3 个县域从2014 年到2021 年都处于低值区。

图8 2010—2021 年代表年份石家庄各县域经济发展水平指数空间分布格局图

（三）科技创新能力与经济发展水平的耦合协调度分析

1.现状特征

2021 年全市县域耦合协调度均值为0.504，属于勉强协调发展，科技创新与经济发展处于磨合阶段，协调发展水平有待进一步强化。正定县的耦合协调度最高，其次是元氏县、平山县和赵县；赞皇县的耦合协调度最低，其次是高邑县、深泽县和灵寿县（图9）。按照耦合协调度等级划分标准（表2），协调发展县域数量较少，只有正定县；勉强协调和濒临失调等级的县域数量最多，均为6 个；无失调发展区域（表7）。

图9 2021 年石家庄各县域科技创新能力与经济发展水平耦合协调度对比

表7 2010—2021 年主要年份石家庄各县域科技创新能力与经济发展水平耦合协调等级

2.时空演变

（1）整体发展趋势

2010—2021 年全市各县域的科技创新能力与经济发展水平耦合协调度总体呈上升趋势（图10），年均增长率为6.2%，表明随着时间的推移，两者耦合协调关系得到了改善。但两者之间的耦合协调度增长速度明显低于两者的增长速度，表明耦合协调度发展滞后于两者的发展速度，有待进一步强化。赵县的增长速度最快，为8.9%，其次是行唐县、元氏县和晋州市，均在7%以上；高邑县和井陉县的增长速度最慢，均为3.6%，其次是赞皇县，为4.7%（表8）。

图10 2010—2021 年石家庄各县域科技创新能力与经济发展水平耦合协调度演变图

表8 2010—2021 年石家庄各县域耦合协调度年均增长率

（2）耦合协调度等级演变

将2010—2021 年主要年份石家庄各县域科技创新能力与经济发展水平耦合协调度进行等级划分，结果如表7。

协调发展：包括3 个二级分类，研究区只出现了中级协调1 个类别，处于该类别的县域只有正定县，在2017 年出现，一直持续到到2021 年，表明正定县科技创新和经济发展的耦合协调关系处于较高水平，能够相互促进、协调发展。

勉强协调发展：包括2 个二级分类，科技创新和经济发展处于磨合阶段，说明两者耦合关系发展势头良好，相互作用不断增强，内部协调程度逐渐提高，并且有较大提升空间。初级协调县域数量较少，在2014 年出现了正定县，2017 年正定县升级为中级协调类别，2021 年元氏县升级为初级协调类别。勉强协调县域数量逐渐增加，2010 年为0 个；到2014 年增加了平山和元氏2 个县域；到2017 年增加了赵县、晋州市和新乐市，总数达到5 个；2021 年元氏县升级为初级协调类别，井陉县由濒临失调升级为勉强协调类别，总数量仍保持在5 个。

濒临失调发展：包括2 个二级分类轻度失调和濒临失调，科技创新和经济发展处于颉颃阶段，说明两者互相抗衡、协调关系较差。轻度失调县域数量呈现先增加后减少的趋势，2010 年有正定、井陉、平山3 个县域，2014 年增加到了7 个，2017 年减少为6个，2021 年减少到只有高邑和赞皇2 个县域；濒临失调县域数量呈现增加趋势，2010 年为0 个，2014年增加了井陉1 个县域，2021 年增加到4 个，包括无极、深泽、灵寿和行唐。

失调发展：包括3 个二级分类，研究区只出现了严重失调和中度失调2 类，经济发展和科技创新都处于低水平阶段，两者相互促进作用弱，甚至会相互制约。严重失调等级县域只有2010 年出现的行唐县，2011 年之后未出现；中度失调县域数量逐渐减少，2010 年为9 个，2014 年减少到只有赞皇和无极2 个县域，2015 年之后未出现。

（3）空间格局演变

由2010—2021 年代表年份石家庄各县域耦合协调度空间分布格局图（图11）可知，临近主城区的正定县耦合协调度提升幅度较大，由2010 年的轻度失调升级为中级协调；市区周边的县域差别较大，变化最大的是元氏县，由中度失调升级为初级协调，东部2 个平原县由中度失调升级为勉强协调，西部2 个山区县由轻度失调升级为勉强协调，北部3 县协调度一直较低，多数由中度失调升级为濒临失调；远离市区的4 个县协调度较低，赞皇、高邑由中度失调升级为轻度失调，深泽、行唐由中度失调升级为濒临失调。

图11 2010—2021 年代表年份石家庄各县域耦合协调度空间分布格局图

（4）区域差异分析

2010—2021 年石家庄各县域之间科技创新能力与经济发展水平耦合协调度的变异系数均值为2.71，数值不大。如图12 所示，2010 年的变异系数数值明显偏小，只有2011—2021 年平均值2.85 的45.5%。2011 年之后的数值变化不大，2019 年达到峰值，2020 年回落较多，2021 年又稍有提高。表明石家庄各县域之间科技创新能力与经济发展水平耦合协调度的总体差异不大。2011 年之后区域差异的变化较小，只在2020 年有明显的减少。

图12 2010—2021 年石家庄各县域科技创新能力与经济发展水平耦合协调度的变异系数

（四）科技创新能力、经济发展水平、耦合协调度的对应关系分析

1.发展演变

从全市县域均值角度分析，2010—2021 年中除2018 年之外的其余年份，科技创新能力和经济发展水平的发展趋势基本一致。经济发展水平指数均高于科技创新能力指数，2010—2017 年差距逐渐减小，但由于2018 年科技创新能力指数下降，导致差距有了大幅度增加，2019 年之后有减小的趋势，但2021 年差距依然较大（图13）。从增长速度角度分析，如表9 所示，科技创新能力高于经济发展水平，尤其是2010—2017 年科技创新能力年均增长速度是经济发展水平增长速度的2 倍左右。这表明石家庄各县域科技创新能力滞后于经济发展水平，且差距较大，而科技创新能力的发展势头较好，差距有望进一步缩小。耦合协调度与科技创新能力的发展趋势高度一致，与除2018 年以外年份的经济发展水平的发展趋势也基本一致，耦合协调度年均增长速度落后于科技创新能力和经济发展水平的增长速度。表明耦合协调度与科技创新能力和经济发展水平具有较高的正相关关系，高水平的科技创新能力和经济发展水平能够促进耦合协调度的提升，反之亦然，而耦合协调度的发展速度落后于科技创新能力和经济发展水平。

图13 2010—2021 年石家庄县域科技创新指数、经济发展指数、耦合协调度年度均值对比

表9 代表年份经济发展水平指数、科技创新能力指数和耦合协调度数值

从各县域发展差异角度分析，一般情况下科技创新能力较强的县域，经济发展水平也较高，耦合协调度相对较大，例如正定县、元氏县、平山县等；科技创新能力较弱的县域，经济发展水平也较低，耦合协调度相对较小，例如高邑县、深泽县、赞皇县等；科技创新能力指数增长速度较快的县域，耦合协调度增长速度也较快，例如元氏县、赵县、行唐县、晋州市；科技创新能力指数增长速度较慢的县域，耦合协调度增长速度也较慢，例如高邑县、赞皇县和井陉县。

2.类别分析

如表10 所示，2021 年石家庄各县域科技创新能力、经济发展水平和耦合协调度的对应关系可分为以下几种类型。

表10 2021 年石家庄各县域科技创新能力指数、经济发展水平指数和耦合协调度等级

“中—高—协调”：只有正定县，科技创新能力中等，经济发展水平较高，耦合协调度处于协调发展阶段，说明科技创新和经济发展之间能够相互促进协调发展，但科技创新能力还需进一步提升。

“中—中—勉强协调”：只有元氏县，科技创新能力和经济发展水平都是中等，耦合协调度处于勉强协调发展阶段，说明元氏县科技创新与经济发展之间缺乏建立协调关系的桥梁。

“低—中—勉强协调”：包括平山县、赵县、晋州市和新乐市，科技创新能力较低，经济发展水平一般，耦合协调度处于勉强协调发展阶段，说明科技创新能力落后于经济发展水平，制约了两者的相互协调与促进。

“低—低—勉强协调”：只有井陉县，科技创新能力和经济发展水平虽然都较低，但耦合协调度处于勉强协调发展阶段，说明井陉县的科技创新能力和经济发展水平相互促进作用不断增强，有较大提升空间。

“低—中—濒临失调”：只有无极县，科技创新能力能力低，经济发展水平一般，耦合协调度较低，处于濒临失调阶段，说明井陉县的科技创新能力和经济发展水平的协调关系较差，其原因主要是科技创新能力低，不能支撑经济发展的需求。

“低—低—濒临失调”：包括行唐、灵寿、高邑县、深泽县、赞皇县，科技创新能力和经济发展水平均较低，不能实现两者的相互促进作用，致使两者耦合协调度处于濒临协调发展阶段。

综上，科技创新能力和经济发展水平存在较强的正相关性，且与耦合协调度也存在正相关性。即较高水平的科技创新能力和经济发展水平能够更好地相互促进、协调发展，两者耦合协调性较高；某一方水平较低时，两者将会缺乏有效的相互支持和促进作用，制约另一方的发展，两者耦合协调性一般；两方水平都低时，两者关系失调，会出现相互制约的作用，两者耦合协调性较低。

四、结论与建议

（一）结论

全市县域科技创新能力和经济发展水平呈现较强的正相关，两者在2018 年之前的提升速度快于2018 年之后。总体上石家庄各县域科技创新能力滞后于经济发展水平，但科技创新能力的发展势头较好。

全市县域耦合协调度呈现上升趋势，但2019 年之后的上升速度略低于2010—2017 年。2021 年全市县域耦合协调度总体属于勉强协调发展，科技创新和经济发展处于磨合阶段。具体地，属于协调发展等级的县域数量较少，只有正定县；属于勉强协调和濒临失调等级的县域数量最多，均为6 个；全市无失调发展区域。由此可见，全市县域协调发展水平整体较低，有待进一步提升。

耦合协调度与科技创新能力和经济发展水平有较强的正相关性，两者水平都较高时，能够更好地相互促进、协调发展，耦合协调性较高；某一方面水平较低时，两者会缺乏有效的相互支持和促进作用，耦合协调性一般；两者水平都低时，两者之间相互制约，关系失调，耦合协调性低。可见，随着科技创新能力和经济发展水平的不断提升，尤其是科技创新能力的发展，耦合协调关系也将逐步优化。

（二）建议

从全市整体角度分析，应聚焦科技创新能力的提升，增强创新引领，推动创新驱动发展战略。加大科技创新投入，充分开发财政、企业、社会等多元化渠道，扩大企业研发资金投入规模。完善京津冀人才合作、人才交流支持政策，实施本土人才提升工程，壮大创新人才队伍。依托各县域优势产业，培育技术创新中心、工程研究中心等科技创新平台，提升扩大创新成果产出效率和规模。大力培育县域特色科技产业的领军企业，加大创新园区建设，壮大科技型中小企业群体，夯实创新的“龙头”和中坚力量。畅通科技成果转移转化渠道，吸引更多更好的科技成果落地并实现产业化。

从各县域发展差别角度分析，应把握县域特征，推行差异化政策。作为唯一的协调发展县域，正定县应发挥自身优势，培育科技创新高质量标杆，强化引领示范作用，推进县域高质量发展。勉强协调发展县域应加强人才、资金、信息等创新资源的聚集，加大引进和应用先进技术成果力度，推动主导产业创新升级，助力经济发展，提升科技创新与经济的协调关系。重点培育元氏县尽早升级为协调发展县域。濒临失调发展县域应强化创新理念，积极开展跨区合作，争取处于较高耦合区域的正向辐射影响，推广先进技术的应用，培育县域优势产业，充分发挥科技创新与经济的相互促进作用。