珠三角生态-经济-科技创新系统耦合协调特征及发展对策

蒋文莉，黄 何，蔡盼心，陈 相

（1.广东省水利水电科学研究院，广东广州 510610；2.广东省技术经济研究发展中心，广东广州 510070；3.广东财经大学经济学院，广东广州 510320；4.广东省科学技术情报研究所，广东广州 510033)

随着我国经济高速增长与自然资源的大幅减少，环境污染问题对我国经济发展的抑制作用越来越明显，每年由于环境污染造成的GDP 损失约是2%～3%［1-2］。同时，我国科技创新能力与主要发达国家之间仍存在较大差距，进而面临环境污染与科技创新瓶颈制约导致发展动力不足的双重困境［3］。珠三角九城作为粤港澳大湾区的重要组成部分，区域科技创新发展不平衡问题突出，同时也面临土壤污染、大气污染、水污染等环境问题［4］。由此可见，生态、经济、科技创新三者间相互关联、相互限制，因而有必要厘清三个子系统间相互作用的机制，基于耦合协调的地区差异性［5］，探究生态-经济-科技创新系统在珠三角九市的协调发展程度及其存在的问题，促进三个子系统实现正向协调发展，推动珠三角地区社会经济创新的跨越式发展。

1 文献综述及理论框架

1.1 经济发展与科技创新关系综述

根据环境库兹涅茨曲线［5］，在经济发展初期环境污染程度与人均收入呈正向发展，当人均收入达到较高水平，常常伴随着科技创新的发展，存在着技术进步促使环境污染程度与人均收入呈反向发展。经济发展为科技创新提供了人才、技术等物质基础，同时由于人们收入的提升，对生活质量与环境质量的要求也随之提升，进而会要求社会各部门加大环境的治理；但经济的粗放型增长又会对生态环境造成负的外部性作用。内生增长理论强调［6］，内生技术是经济增长的决定性因素，科技创新会使经济增长产生反哺作用。Perroux［7］在其增长极理论中亦强调，创新集中的产业具备增长极的作用，是推进型产业，能够推进被推进型产业的经济增长，进而发挥其增长极的辐射带动作用。李芝等［8］认为以科技为支撑的循环经济的发展是解决经济发展与环境破坏矛盾以实现协调发展的唯一公认有效途径。此外，由于旧技术的限制与科技创新的高成本，研发阶段的科技创新也会对经济产生一定的消耗，唯有经济发展与科技创新实现协调发展才能促进区域经济的有效增长。杨武等［9］便基于C-D 生产函数构建耦合度模型与耦合协调度模型，采用1991—2012 年中国的经济与科技创新数据，最终得出经济增长与科技创新水平的协调发展有利于推进中国经济的增长。

1.2 经济发展与生态环境关系综述

经济发展为生态环境提供了物质基础，而生态环境为经济发展提供了生态基础。经济增长通过为生态环境提供相关环境保护的人才以及资金等物质基础进而增强生态系统的稳定性与耐受性［10］，同时经济的粗放增长也对生态基础造成一定的破坏；但是生态环境的破坏并非是经济增长的必然结果，王敏等［11］基于环境库兹涅茨曲线，采用中国112座城市的大气数据探究经济增长与环境污染的关系，得出在考虑技术进步后，经济增长本身并不一定造成环境污染。在生态环境对经济发展的作用方面，稳态经济学者认为，生态环境为经济增长提供生态基础，认为高速的经济增长受限于自然资源的有限性，是不可能无限增长的；林琳［10］认为，社会生产是一个人类从大自然汲取自然资源进而加工成生产、生活资料，一方面用于生存需要，另一方面在使用后排出废弃物返还自然环境，因而良好的生态环境是经济增长的动力支持，相反，在恶劣的生态环境下，资源匮乏、污染严重的问题会遏制经济的发展。

1.3 生态环境与科技创新关系综述

恶劣的生态环境对经济增长造成压迫，对科技创新提出需求，进而激励科技创新的发展。根据波特假说，适当的环境规制会激励企业创新活动进而提升企业自身生产力，从而抵消环境保护的成本，提高生产率，形成自身的“竞争优势”，不恰当的环境规制则会提升科技创新的成本。科技创新则是通过技术进步以降低经济活动对生态的破坏，但是科技创新的必经阶段为科技研发，科技研发会对生态造成一定的生态负效应，如浪费自然资源与爆发生态危机的可能性；同时科技研发的市场化还会导致以利益为目的造成生态风险的可能性［12］。林琳［10］在环境与科技创新的关系上亦认为，通过科技创新可以将自然环境构建为适宜人类生产的人工环境，以促进生态与经济的协同发展。以往的研究多侧重于生态环境保护与经济增长的协调上，忽视了科技创新与生态环境、经济发展的重要关系以及其在协调生态环境与经济发展所发挥的作用。但仍有一定的研究探索了科技创新在协调生态环境与经济增长关系中发挥的重要作用，诸如Georgescu-Roege 运用热力学定理理解经济增长与环境保护之间的关系，认为解决经济与环境的矛盾在于生产具有更好耐用性的商品与太阳能技术的应用［13］。

综上所述，生态、经济、科技创新之间存在着相互制约又相互作用的关系，区域生态-经济-科技创新是个高度复杂、多层次的开放系统，相较于两个子系统的协调，其协调难度更大涉及范围更广，其中生态环境是基础，生态环境为经济增长与科技创新提供自然资源等生态基础以维持经济增长与科技创新水平提升的长久运行，而对环境的政策规制则会影响经济增长与科技创新的成本；经济增长为生态保护和科技创新提供了支撑和保障的作用。经济增长通过促进人类社会进步以形成良好社会环境为生态环境与科技创新提供保障，同时为生态环境、科技创新输送环境保护资金与技术研发经费以激励科技创新水平的提高、环境保护技术的提升，进而促进生态系统的循环发展；科技创新可以直接促进区域经济发展，也是协调经济发展和生态环境保护的关键。科技创新是经济增长的决定性因素，通过技术进步提高社会生产效率，驱动经济增长提高，同时科技创新是完善生态系统的关键，一方面科技研发消耗生态资源以及造成一定的生态破坏，另一方面科技创新促进生态系统形成更适宜经济增长的人工环境。三个子系统之间基于此形成相互影响、相互作用的机制（见图1）。

图1 生态、经济、科技创新三大子系统影响机制

根据协同学理论，各个子系统的协调发展有利于促进整体内部各个要素有序有组织的进行交流与合作，进而达到整体功能大于各子系统功能的简单相加，促进生态、经济、科技创新三个子系统的协同发展；有利于区域内各个城市发挥更大的经济功能，促进经济循环增长，为区域内社会人民提供更大的福利。因此，基于上述关系以及协同发展机理，本文从要素层面出发，立足于如何发挥各要素系统的耦合协调能力这一核心点，通过探索珠三角九市的耦合协调特征继而分析提升各城市协调水平的发展对策与路径。

2 研究方法

2.1 研究范围

珠三角九市是粤港澳大湾区的重要组成部分，包括广州、深圳、珠海、佛山、东莞、惠州、中山、肇庆等九个城市，面积约5.4 万km2。广州与深圳被定义为国际大都市与创新大都会，是珠三角九市的增长极，辐射带动周边七个城市创新发展；其余七市作为粤港澳大湾区的重要节点城市，与广深两地共同打造粤港澳大湾区宜居宜业优质生活圈。

2.2 数据来源及指标构建

基于科学性、实用性、完备性的指标体系构建原则，本文借鉴《中国区域科技创新能力评价报告2018》中的区域科技创新能力评价体系，结合OECD 的压力-状态-响应模型与中国科学院发布的《2010 年中国可持续发展战略报告》［14］，参考万鲁河等［15］学者对经济子系统的评价指标，采用3个一级指标、9 个二级指标、19 个三级指标衡量生态、经济、科技创新子系统的综合水平，构建了2008 年至2018 年生态-经济-科技创新系统的指标体系。指标体系数据来源国家统计局、广东省统计局、广东省知识产权局、中国住房和城乡建设部，具体如表1 所示。

表1 生态-经济-科技创新系统评价指标体系

2.3 研究方法

基于分析珠三角九市各城市与整体区域生态、经济、科技创新三大子系统的协调情况以揭露各城市与区域的协调发展问题的需要，本文设置的研究路径具体为：首先利用熵权法赋予生态-经济-科技创新指标体系内各指标权重，并计算各城市三个子系统的综合评分；进而采用耦合协调模型测算各城市的生态-经济-科技创新系统的耦合协调度，评价各城市三个子系统的协调发展情况。

2.3.1 数据处理

介于各个指标数据间存在量纲与数量级上的差异，本文采取极差标准化的方法剔除原始数据在量纲与数量级上的差异性，使得数据具备可比性的特点。以下是极差标准化的公式：

2.3.2 熵权法确立指标体系权重

为避免权重赋予的主观性，兼顾指标的变异个数，本文借鉴雷勋平等［16］采用的熵权法，对评价体系的各个指标赋予权重。熵权法是根据指标信息载量的不同来对各个指标进行赋权的方式，熵权法的具体计算公式如下：

运用公式分别计算生态子系统、经济子系统、科技创新子系统的综合得分：

2.3.3 构建耦合协调度模型

耦合协调度模型是根据物理的容量耦合系数模型推导得出的［17-18］，用于测量系统内各子系统或各要素间的耦合度与协调度的方法，其中耦合度指的是系统内各子系统或各要素的关联程度，但是耦合度无法衡量系统内各子系统协调发展的程度，因此借助耦合协调度来计算系统内各子系统协调发展的程度即良性的相互作用程度。本文借鉴廖重斌［17］所推导的耦合协调度模型中的耦合协调度公式，如下：

同时，本文参考段新等［1］的观点对耦合协调度的评价标准进行划分，详见表2：

表2 生态-经济-科技创新系统耦合协调度判别标准及划分类型

3 珠三角九市耦合协调实证分析

3.1 耦合及耦合协调度时序分析

本文采用极差标准化对2008—2018 年珠三角九市数据进行无量纲化，基于熵权法计算赋予各指标权重具体（见表1），根据公式（2）（3）（4）计算得出珠三角九市各城市在2008—2018 年各子系统的综合得分并对其得分情况进行排序（鉴于版面限制，具体评分排名等备索）；其次，基于耦合协调模型，根据公式（6）计算得出珠三角九市的耦合协调度，具体如表3；最后，基于表2 的分类得出珠三角九市2008—2018 年的协调发展类型，如表3。

珠三角九市在2008—2018 年间的生态-经济-科技创新耦合协调度变化相对稳定，整体呈现耦合协调度广州、深圳、佛山“中间高，周围低”的空间特点，时空变化差异不明显。广州、深圳长期处于领先地位，其他城市相对落后；由表3 可知，广州、深圳、佛山在2008—2017 年处于前三名，结合表4 可知，这三座城市的耦合协调度均高于各年珠三角九市的耦合协调度平均水平；东莞、珠海、惠州、中山、江门、肇庆这六座城市的耦合协调度长期处于各年珠三角九市耦合协调度的均值下方，其中肇庆始终处于最后一名，随着珠海的不断发展其排名有着持续上升的趋势，东莞在十一年间耦合协调水平不断提高，2018 年已经超过均值上升至第3 位。整体而言，珠三角九市生态-经济-科技创新系统耦合协调度处于平均水平下游的城市较多，具备较大的发展空间。

表3 2008 年—2018 年珠三角九市区域生态-经济-科技创新系统耦合协调度及排名

表4 2008 年—2018 年珠三角九市区域生态-经济-科技创新系统耦合协调度均值

为进一步探究各城市十一年间耦合协调类型的变化，本文根据表3 各城市耦合协调度得分总结了珠三角九市十一年间耦合协调度的类型，结果如表5 所示。在研究时段内有3 个城市区域生态-经济-科技创新三者之间的耦合协调类型有着不同程度的上升，其中佛山除2008 年、2012 年和2013 年处于濒临失调状态，其余年份均处于勉强耦合协调状态，东莞在2018 年达到勉强耦合协调状态，惠州在2012年由轻度失调升至濒临失调衰退；有5 个城市的协调水平没有发生变化，其中广州、深圳分别长期处于优质、良好耦合协调，珠海、中山长期保持轻度失调衰退状态，肇庆始终为中度失调衰退状态；仅有1 个城市的协调状态出现下降的情况，即江门在2009 年从濒临失调衰退降至轻度失调衰退并在十年间始终保持轻度失调。从分布类型来看，共涉及6种协调类型，其中2008 年只有广州、深圳两个城市达到耦合协调，但2018 年已有4 个城市达到耦合协调，整体上仍有较大的提升空间。

表5 2008 年—2018 年珠三角九市区域生态-经济-科技创新系统协调发展类型

3.2 耦合协调类型分析

为了深入分析珠三角各城市生态-经济-科技创新耦合协调度内不同系统的滞后情况，本文将各城市十一年间三个系统的综合得分进行了排名（鉴于版面限制，具体评分排名等备索）。广州、深圳由于耦合协调状况较好，各子系统得分始终位于前两位，说明其经济增长与科技创新在与生态环境形成了相对较优的发展关系，这主要由于高水平的经济与科技创新有利于满足维护生态环境的需求。虽然在“三废”的排放数据上广州、深圳排名靠前，但是由于其高水平的经济和科技创新，在对环境改善上的投入较大，高强度以及高新技术的采用使其生态环境始终保持在较好的水平；东莞、佛山、中山等处于中上游的城市，生态发展始终落后于生态与经济的发展，这是由于城市经济的发展前期常以污染严重、高能耗的传统工业为主，科技驱动社会发展的深入对环境起到了一定维护和优化，但仍未能弥补前期高能耗导致的环境恶化，因此这些城市在发展经济和科技的同时需要加大对环境治理的投入；惠州长期处于科技发展滞后状态，虽然从2012年由轻度失调衰退升至濒临失调衰退，但其耦合协调度长期位于中游，优质的生态环境使其生态子系统得分位于前列但经济和科技的发展始终没有得到突破，一定程度上说明惠州经济发展与科技研究水平不稳定，突破失调局面的工作重点应当促使经济与科技创新双轮驱动；珠海、江门、肇庆等耦合协调度排名靠后的城市均处于科技创新滞后状态，可能存在技术不足、科技创新投入较少的问题。从综合指数得分可知，这些城市往往有着较好的生态环境和较为落后的经济条件，它们未能充分的利用生态环境资源来提高经济水平与科技创新能力，也未能利用已有的物质技术与科研技术来优化生态环境，生态环境虽然维持在原来未被经济充分开发的良好阶段，但经济的相对落后往往会导致科技发展受阻，后续随着这些城市对于经济增长的追求，生态环境必然会遭到一定的破坏，而科技的发展以及新技术的运用将会大大提高人们保护环境的能力。因此这些城市应该加大科技投入，让科技带动经济，经济更好的支撑科技的发展，从而利用新的技术加强对环境的保护，使三者协调发展。

基于上述分析，珠三角九市各城市的协调发展类型不同，处于濒临失调衰退类型的城市常常属于生态滞后型，这是由于城市化发展占用大量生态用地，使得城市污染负荷的压力和土地胁迫的强度大大增加，后期虽加强科技创新驱动，但生态环境已经遭到了严重破坏；而处于中度或轻度失调衰退类型的城市常处于科技滞后型，科技创新是促进生态环境与经济增长耦合的关键，处于科技创新滞后型的城市由于技术水平不足，既无法驱动经济发展又无法提高资源的利用效率与降低污染。

4 结论及建议

本文基于区域生态、经济、科技创新三大子系统相互作用、相互制约的协调机制，探测珠三角各城市生态-经济-科技创新系统的协调发展情况，揭露了珠三角九市在协调发展上存在的问题，在耦合协调的基础上提出以下战略和政策制定方面的建议：

4.1 协调有序，推动生态、经济、科技创新三大子系统良性正向发展

珠三角各市在2008—2018 年间广州、深圳、佛山长期处于领先地位，其余城市均处于不同程度的失调衰退状态，相对落后。各城市应当重视生态、经济、科技创新三大子系统的协调效益，通过提高协调水平构建健康的发展模式，优化协调水平落后的城市生态环境方面的效益，提高环境资源在经济发展与科技创新方面的支撑作用，协调水平领先的城市应当充分利用自身经济与科技创新的优势，提高科技在保护生态方面的利用率，扩大城市绿化建设，推动区域发展方式向生态环境、科技创新、经济增长耦合协调的可持续发展方式转变，形成三者的良性协调，发挥协调带来的正向作用，打破珠三角九市三大子系统长期失衡局面，满足人民对高质量高水平发展的需要。

4.2 共谋发展，加强高水平城市与较低水平城市的协同发展

在统筹区域的协调发展战略方面，应当坚持“以点带面”的政策，加强高水平城市与较低水平城市的合作，加强区域创新联系，搭建知识共享平台，充分发挥广州、深圳、佛山对周围城市经济、科技创新的辐射带动作用，优化科技创新环境，推动产学研深度融合，积极推进科技成果转化，实现与周围城市的科技资源共享，加强科技创新对生态、经济的“反哺”效应；实行“飞地经济”，充分利用江门、肇庆等城市的生态资源，形成区域生态环境对经济增长与科技创新的长期动力，进而加快珠三角九市联动发展，促进区域尽快形成宜居宜业宜游的优质生活圈。

4.3 立足实际，针对各自城市短板强调三大子系统融合发展

通过对珠三角九市耦合协调类型的分析可知，各城市应当结合自身协调类型及滞后类型情况，着重提高滞后类型水平，以发挥滞后类型与其他类型的协调效益。东莞、佛山、中山应当重视生态滞后对经济增长与科技创新发展的限制，积极提升自主创新能力，加快传统工业优化升级，提高科学技术对生态环境的优化效率，降低生态的负效应，良好的生态环境一方面有利于持续性的为经济增长与科技创新输送物质资源，另一方面有利于构建宜居宜业宜游的优质生活圈以提高人民生活的福祉；江门、肇庆等周边生态条件较好的城市应当扩大经济规模，刺激居民消费以拉动内需，同时政府应当提高科研资金的投入以及资金的利用效率；深化科技体制改革，着力增强企业科技创新能力，推动科技与经济的融合，构建智慧城市，并利用其良好的环境吸引大科学装置落地，发展科技服务业，吸引国内外高校落地，在经济发展与科技创新的基础上维护生态环境以形成三者的良性协调，构建健康的发展模式。协调水平高的城市应当与协调水平低的城市联合发展，促进各要素流动以降低各城市所面临的滞后系统的限制。

在日益强调区域一体化的背景下，基于提高城市核心竞争力的需要，珠三角九市应当立足于区域整体发展战略，重视区域内各城市人才、技术、资金等要素的有效配置，加强区域内部交通网络、信息网络的建设，降低要素流动的成本，进而促进区域内生态、经济、科技创新的协调发展；此外，由于各城市所处发展阶段、政策环境、文化背景、地理位置不同，所面临的发展桎梏与发展瓶颈不同，应当结合自身实际，结合自身发展需要与区域发展要求，找准城市在粤港澳大湾区中自我定位，补短板，强弱势，固优势，促进三大子系统的融合发展，从而突破失调状态的瓶颈，促进珠三角九市形成生态良好、经济持续增长、科技创新活力迸发的健康发展模式。