中國省域城市化效率與創新能力的空間耦合研究

吳 瑩，王成新，張北迪，苗 毅，袁玉珂

（山東師范大學 a.地理與環境學院；b.外國語學院，山東 濟南 250014）

中國省域城市化效率與創新能力的空間耦合研究

吳 瑩a，王成新a，張北迪b，苗 毅a，袁玉珂a

（山東師范大學 a.地理與環境學院；b.外國語學院，山東 濟南 250014）

文章以我國30個省區為例，構建城市化效率以及區域創新能力的評價指標體系來研究其時空演變過程，并運用雙變量空間自相關模型分析了不同城市化效率對區域創新能力的空間差異化影響，揭示城市化效率與區域創新能力的空間耦合關系。研究表明：從時序演變上來看，中國城市化效率和區域創新能力大體上都呈現上升的趨勢，結合變異系數可知，各省區城市化效率之間的差距在不斷加大，而區域創新能力的差距在逐漸縮??；從空間格局上看，城市化效率整體上呈現由東部沿海地區向西部內陸遞進的演變特征，區域空間格局變化差異顯著，呈現差異化的區域集聚現象。區域創新能力在研究時段內表現出由空間分布均衡到區域集聚的演變特征，東西差異顯著，最終表現出由東部沿海地區向西部內陸延伸的“T”字形格局；從空間耦合上看，城市化效率與區域創新能力之間存在一定程度的空間正相關，根據具體的空間關聯模式，進一步將研究區域主要劃分為高創新-高效率區、低創新-低效率區、低創新-高效率區三種類型。該研究從空間效應角度能夠為新型城鎮化建設和區域實施創新驅動戰略提供一定的指導和借鑒。

城市化效率；創新能力；空間耦合

一、引 言

《國家新型城鎮化規劃（2014-2020年）》提出，城市化質量是新型城鎮化發展的核心。城市化效率作為城市化質量的重要維度，提升其水平是今后城市可持續發展的重要任務之一［1］。改革開放以來，中國的城市化發展為經濟社會的進步做出了重要貢獻。但是，輝煌的城市化成就的背后是資源的高消耗、環境的高污染、資金的高投入。隨著資源約束作用的加大，傳統的粗放式的城市化發展模式已經難以為繼，迫切需要提升城市化效率，有序推進城市化。創新是以轉變經濟發展方式，實現區域經濟與環境可持續發展為目的的活動［2］，目前已成為城市和區域發展的重要驅動力，在城市化內涵式發展方面扮演著重要角色。黨的十八大明確提出要實施創新驅動發展戰略，強調科技創新是提高社會生產力和綜合國力的戰略支撐，必須擺在國家發展全局的核心位置［3］。在此背景下，從中國城市化效率和區域創新能力空間耦合角度出發，客觀科學評價二者時空格局及其空間關聯性，以期對提高區域城市化效率、調整創新資源配置以及促進區域可持續發展等方面提供依據。

近年來，國內外學者關于創新能力以及城市化效率的研究涌現出大量的研究成果。在區域創新研究方面，主要集中在區域創新能力的評價及其影響因素［4-6］、時空格局演變［7］、創新能力擴散［8］、創新績效的測度［9］、創新聯系［10-11］、創新產出［12-13］；研究尺度從國家［14］、區域的宏觀層面［15］到市域、縣域的中微觀層面［16-17］的轉變。在城市化效率研究方面，研究者多運用 DEA［18-19］、SFA［20］等模型對城市化效率進行測度；研究內容方面主要集中在效率時空分異格局［21］、影響因素或驅動力［22］。在城市化與區域創新能力關系方面，現階段國內外專家較多關注二者的計量統計方面的關系［23-25］。耦合概念最早來源于物理學方面的研究，是指兩個或多個系統通過相互作用而聯合的現象，廣義上更多地強調事物之間的高度關聯性［26］，近年來廣泛應用于區域要素系統的研究?？臻g耦合即空間關聯，是基于空間視角來探索事物分布的關聯性［27］。城市化以及區域創新是一個開放的復雜系統，一個區域的城市化效率變化以及創新水平的提高已不再僅僅依靠其內在因素，而是越來越受到周邊地區的影響。在此，可以把城市化效率與區域創新能力兩個子系統的耦合要素在空間分布上產生相互作用、互相關聯的過程看做城市化效率——區域創新空間耦合，這種空間耦合關系集中反映為這兩個子系統的地域空間組合關系及其內在空間關聯性。近年來，國內外學者開始關注城市化及區域創新與其他系統的空間耦合的研究，涉及城市化與生產效率［28］、新型城鎮化與產業集聚［29］、生態環境［30-31］，區域創新與經濟發展［32］等方面。綜上所述，目前針對城市化效率與區域創新能力研究較多，而從空間耦合關聯的角度探討兩者時空關系的研究比較少見。在研究城市化效率的基于投入產出的DEA以及SFA模型，該模型投入產出指標的選取、指標數量有很高的要求，且無法避免DMU的投入產出都低的，但效率的值仍達到DEA最優的缺陷［33］。

基于此，本文以中國30個省行政單位為研究對象，探討中國城市化效率及區域創新能力的時空格局演變，厘清二者的空間關聯關系的時空變化，旨在探討城市化效率提升的過程中對區域創新能力的空間異質性影響，以期為提升中國城市化效率，增強區域創新能力，促進區域持續健康發展提供依據。

二、研究方法與數據來源

（一）研究方法

1.指標體系構建

參考前人的相關研究成果，遵循目的性、科學性、統一性、綜合性以及可比性原則，城市化效率水平評價分為投入產出兩個方面，共選取9項具有代表性的指標。其中投入指標主要包括土地、資金、勞動力三方面，產出指標則主要從經濟、社會、環境效益三方面考慮。區域創新能力評價指標體系的構建則主要是從創新投入、創新產出、創新環境三方面，共選取10項代表性指標見表1所列。

表1 城市化效率與區域創新能力綜合評價指標體系

2.熵權法

首先，對原始數據進行標準化處理，以消除量綱影響。Xij’表示標準化后第j年第i個指標的標準化結果，min xi與max xi分別為該類指標最小值與最大值，m為指標，n為選取的地區數量。

負向指標：

正向指標：

逐年計算各指標與權重求得各指標最終得分：yij=x’ijwi；其次，將同一年份各y值相加得到該年綜合得分：yj=∑yij。

局部空間自相關主要基于空間聯系的局部指標（Local Indicators of spatial association，LISA），是用以探究單個空間單元與周邊地區相似屬性集聚程度的方式，表達如式（2）。

3.空間自相關模型

空間統計分析主要研究與地理位置相關的數據間的空間依賴、空間關聯或空間自相關［34］。本文為研究區域創新能力與城市化效率之間的空間耦合關系，采用雙變量空間自相關的研究方法，對二者的空間關聯模式進行研究。探索性空間分析（Exploratory Spatial Data Analysis，ESDA）是基于空間鄰近關系探索空間依賴或自相關的分析方法，主要包括全局空間自相關與局部空間自相關，二者又主要采用Mo?rans’I指數和Local Morans’I指數來表征全局和局部的空間自相關性。

全局空間自相關Morans’I為區域整體的自相關性，是某種要素屬性空間分布的隨機性、高低值之間的聚鄰性，表達如式（1）。

雙變量空間自相關模型是為了描述多個變量之間的空間相關性，在莫蘭指數的基礎上擴展而來，為揭示不同要素空間關聯性提供了可行方法。

其中，I為城市化效率與區域創新能力的雙變量自相關系數，Cai表示城市化效率的標準值，Cbi是區域創新能力的標準化值。

（二）數據來源

本文數據主要來源于2001-2015年《中國統計年鑒》、《中國城市統計年鑒》、《中國科技統計年鑒》、《中國區域創新能力報告》、《新中國60年統計資料匯編》，以及研究所需的30個省（市、區）相關年份的統計年鑒。在具體計算中，囿于西藏自治區及港澳臺統計數據缺失，故以我國30個省級行政單位為研究對象，時段選取自2000-2014年，其中選取2000年、2005年、2010年、2014年4個具有代表性的時間截面進行重點研究。

三、結果與分析

（一）城市化效率時空變化分析

1.中國城市化效率的時序演變

依據構建的基于投入產出兩個維度的中國城市化效率評價指標體系，分別對中國各省的城市化效率進行測算：①總體上看，除了2010年的廣西和2014年陜西，其余省區在2000-2014年研究時間段內城市化效率水平均得到了大幅度提升，各省區城市化效率綜合水平的均值也從2000年的0.086增加到2014年的0.295，年均增長9.2%。②各地區城市化效率綜合得分的標準差從2000年的0.05增加到2014年的0.14，說明研究時段內，中國整體上各省區城市化效率水平的差距在逐漸加大。③從城市化效率提升速度來看，2000-2014年，各省區之間維持在一個相對穩定的水平，增長幅度差異不大。山東、河南、江西、四川、重慶相對較高，年均增長速度維持在14%左右，占據省區總數的16.7%。除北京、上海、廣西、海南省在6.5%的水平，其余省區大都維持在10%左右。

2.中國城市化效率的空間格局演變

為分析2000-2014年中國城市化效率的空間格局演變特征，根據評價指標體系測算結果，以2014年數值為參照標準，通過ArcGIS自然斷裂法，將中國省區城市化效率劃分為低城市化效率、中等城市化效率、較高城市化效率、高城市化效率四類（見圖1），以探討中國城市化效率的空間分異特征。

圖1 2000、2014年中國30個省區城市化效率空間分布變化

從全國層面來看，2000-2014年中國城市化效率空間分異整體上呈現由東部沿海地區向西部內陸遞進的演變特征，這一特征與中國區域經濟發展的梯度格局基本一致。區域層面看，在研究時間段內東北地區以遼寧省為核心，與吉林省、黑龍江省的城市化效率區域格局呈現出“核心-邊緣”式的空間分異特征。東部沿海地區主要省份城市化效率處于不斷提升的階段，特別是長三角、京津地區一直處于中國城市化效率的高值聚集區。從圖1可以發現，京津冀地區的城市化效率呈現明顯的“圈層結構”，這與該區域經濟格局基本相同。東南地區呈現出以廣州為城市化效率高值為核心，中等和較低城市化效率相環繞的空間格局。

（二）區域創新能力時空變化分析

1.區域創新能力時序變化分析

依據構建的區域創新能力的評價指標體系，從創新投入、創新產出和創新環境三個維度對各省區創新能力進行測算，從而得出2000-2014年中國30個省區的創新能力綜合指數，結果見圖2。從整體上看，創新能力綜合指數不斷提高，各省份地區的區域創新綜合能力均值從2000年的0.07上升到2014年的0.25，年均增加9.55%。區域之間的差距呈現縮小的態勢。2000-2014年30個省區變異系數從0.75下降到0.56，雖區域創新能力差距懸殊，但區域之間的差距明顯縮小。省區之間創新能力提升速度較快，區域之間提升速度差異不是很大。年均提升速度增加超過12%的地區主要是四川、海南、安徽、浙江、江蘇、青海等，占省區總數的20%。年均增長速度超過10%，創新提升速度較快的省區數有19個，占省區總數的63.3%。表明未來中國各省區創新水平的提升有著良好的潛力和前景。

圖2 2000-2014年中國30個省區區域創新能力

2.區域創新能力空間格局變化

為分析2000-2014年中國30個省份創新能力綜合水平的空間格局演變特征，根據評價指標體系測算結果，以2014年數值為參照標準，通過ArcGIS自然斷裂法，將中國區域創新能力劃分為低創新能力、中等創新能力、較高創新能力、高創新能力四類，以探討中國區域創新能力的空間分異特征，結果見圖3。

圖3 2000-2014年中國30個省區創新能力空間分布變化

從全國層面來看，2000年中國區域創新能力格局整體上空間分布較為均衡，尚未出現較為明顯的集聚現象。2005年以來，中國區域創新能力綜合水平空間分異特征逐漸顯現，2005-2010年基本呈現出東部沿海省份普遍偏高，中西部以及東北地區低水平分布的空間格局，但是明顯發現東部沿海內部創新能力水平差距較大。2014年中國區域創新綜合水平空間結局發生明顯變化，與前十年的空間分布格局迥異，形成了一條東部沿海地區向西部內陸延伸的中等水平集聚帶的“T”字形格局。

區域層面來看，2000-2014年長江三角洲以及京津地區逐漸發展成為中國的創新高地。東南地區形成了以廣東省為核心的創新能力不斷增強，低水平創新以及中等創新水平區域相圍繞的空間分布格局。從變化幅度來看，浙江、廣州提升速度較快，其他區域創新能力綜合水平變化幅度較小且提升速度較慢。

3.城市化效率與創新能力空間關聯格局

通過對2000-2014年中國30個省區城市化效率以及區域創新能力綜合水平的空間格局演變分析發現，在不同年份二者呈現一定程度的空間集聚。本文運用Geoda軟件，采用雙變量空間自相關模型對中國城市化效率與區域創新能力的空間關聯性進行研究，探討二者在空間分布格局上的關聯性。

運用Geoda軟件對城市化效率和區域創新能力進行雙變量全局自相關分析，結果表明：2000-2014年，Moran's I分別為0.091、0.101、0.129、0.144，均為正數，表明在空間全局分布上，中國30個省區的城市化效率和創新能力存在一定程度的空間正相關，且關聯性在逐年增強，即區域創新能力較強的省區城市化效率水平也相對較高，創新能力弱的地區城市化效率普遍偏低。由于全局空間自相關系數只是考察了城市化效率與區域創新能力在空間上的平均差異程度而忽視了不同區域的空間變異程度。為進一步識別不同空間位置上城市化效率與區域創新能力的關聯模式，進而運用雙變量局部空間自相關模型來進一步考察二者的局部空間異質性。由圖4可以觀察到，2000-2014年整體上城市化效率與區域創新能力空間關聯格局變化不是很大，主要包括高創新-高效率區、低創新-低效率區、低創新-高效率區三種類型。

圖4 城市化效率與區域創新能力雙變量LISA聚類

（1）高創新-高效率區：指區域創新能力高，且城市化效率也比較高的區域，表明高城市化效率對區域創新能力的強帶動作用明顯。2000年該區域主要是遼寧、北京、天津、江蘇、上海、浙江等。2005-2014年該類型空間范圍不斷擴大但整體上空間格局變化不是很大，形成了明顯的東部地區高值集聚的空間格局并呈現出自我強化的趨勢。首先，東部主要省份經濟較為發達，城市化發展的經濟效益較為明顯；高校云集為區域創新發展提供了人才儲備。其次，隨著國家產業結構的優化調整，東部地區的產業結構不斷升級，低附加值的產業類型逐漸向中西部地區的轉移使得東部城市化效率的社會效益以及環境效益大大提升。除此之外，東部地區因其優越的地理位置以及較為完善的城市基礎設施，在獲取外資以及吸引總部經濟等方面具備了得天獨厚的優勢條件，這些都為東部地區的資本集聚以及區域智力提升提供保障。

（2）低創新-低效率區：指區域創新能力弱，且城市化效率水平也相對較低的區域，表明低效的城市化發展對對區域創新起到了抑制作用。2000-2014年中國低創新-低效率區域變化幅度相對較大，整體上集中在中國的西部。2000-2005年該區域范圍逐漸向南擴展，由2000年的青海、甘肅、四川、廣西等省份增加了貴州，2010年主要集中在青海、四川、云南等地區。2014年該類型范圍逐漸縮小，只有青海、四川表現出低創新能力-低城市化效率的特征。由于西部地區相對于東部省份來說，資源稟賦以及通達程度相對較差，因此城市化質量提升方面與東部差距較大。創新發展方面，西部地區不管是創新的成本投入或是教育水平和吸引人才方面，與東部地區存在明顯的差距，因此一直處于中國創新發展的低水平地區。

低創新-高效率地區是指區域創新能力弱但是城市化效率水平相對較高的區域。由圖4可以看出，2000年該類型區域分布較為分散，2005-2014年，低創新能力-高城市化效率的區域呈現一定程度的集聚，主要集中在內蒙古、山西、陜西、河南、吉林等地區。近十年，該區域的創新能力并沒有伴隨著城市化水平及其質量的提升而在空間上有所提高，城市化效率對區域創新能力的增強帶動不大顯著，這在一定程度上說明在其城市化進程中存在粗放式的發展，城市化效率中的人口增加以就地城市化的居民為主，缺乏擁有較高創新能力的高素質人才，使得區域創新發展較為緩慢。

四、結 論

（1）從時序演變特征來看，中國城市化效率呈現波動上升的趨勢，大部分省區在研究時間段內城市化效率水平均得到了大幅度提升且各省市城市化效率的差距在不斷擴大。空間格局上，整體上呈現由東部沿海地區向西部內陸遞減的演變特征，從區域角度看，出現了差異化的區域集聚現象：東北地區逐漸呈現出“核心-邊緣”式的空間分異特征；長三角、京津地區一直處于中國城市化效率的高值聚集區；京津冀地區的城市化效率呈現明顯的“圈層結構”。

（2）2000-2014年中國30個省區的區域創新能力綜合指數不斷提高且各省份之間的差距呈現縮小的態勢。2005年之前中國區域創新格局整體上空間分布較為均衡，2005年之后開始逐漸呈現區域集聚的現象，基本呈現出東部沿海省份普遍偏高，中西部以及東北地區低水平分布的空間格局。2014年基本形成了一條東部沿海地區向西部內陸延伸的中等水平集聚帶的“T”字形格局。

（3）城市化效率與區域創新能力存在一定程度的空間正相關，且關聯性在逐年增強。局部空間上主要包括高創新-高效率區、低創新-低效率區、低創新-高效率區三種類型的空間組合關系。高高地區主要集中在中國東部沿海的主要省份；而低低聚集區主要是西部的青海、甘肅、四川等中西部地區；低高這種空間關聯模式主要集聚在中國北方部分省區，該區域城市化效率對區域創新能力的空間影響不大顯著。

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Abstract:Taking the 30 provincial-level administrative areas is China as examples,this paper establishes the evaluation index system of urbanization efficiency and innovation capability to study the temporal and spatial evolution process,applies the bi-variate spatial autocor?relation model to analyze the spatial differentiation effect of different urbanization efficiency on regional innovation capability and reveals the spatial coupling relationship between urbanization efficiency and regional innovation capability.The study shows that:From the per?spective of the temporal evolution,the urbanization efficiency and the innovation capability generally present an upward trend.According to the coefficient of variation,the gap of the urbanization efficiency between the provinces continues to increase whereas the gap of innova?tion capability is gradually reduced;From the perspective of the spatial patterns,the overall urbanization efficiency presents the progres?sive evolution characteristics from the eastern coastal areas to the inner areas,the differences of regional spatial patterns are significant,which indicates the phenomenon of regional agglomeration.During the study period,the regional innovation capability shows the evolution characteristics from balanced distribution to regional agglomeration,there is a significant difference between the east and the west,which finally presents the"T"-shaped pattern extending from the eastern coastal areas to the western inland;From the perspective of the spatial coupling,there is a certain degree of positive correlation between urbanization efficiency and innovation capability.According to the spe?cific spatial association mode,the study areas are further divided into three types:high-innovation and high-efficiency area,low-innova?tion and low-efficiency area,low-innovation and high-efficiency area.This study can provide some guidance and reference for the con?struction of new urbanization and the implementation of regional innovation driven strategy from the perspective of the spatial effect.

Keywords:urbanization efficiency;innovation capability;spatial coupling

［責任編輯：張 青］

A Study on the Spatial Coupling Relationship between Urbanization Efficiency and Innovation Capability of Provincial-level Administrative Areas in China

WU Yinga,WANG Cheng-xina,ZAHNG Bei-dib,MIAO Yia,YUAN Yu-kea

(a.College of Geography and Environment;b.College of Foreign Languages,Shandong Normal University,Jinan 250014,China)

F061.5；F299.2

A

1007-5097（2017）09-0068-07

10.3969/j.issn.1007-5097.2017.09.009

2017-06-25

國家自然科學基金項目（41371170）；山東省研究生教育創新計劃項目（SDYC15041）

吳 瑩（1992-），女，江蘇宿遷人，碩士研究生，研究方向：城市地理與區域規劃；王成新（1971-），男，山東新泰人，教授，博士生導師，研究方向：區域發展與城市規劃；張北迪（1962-），女，河南開封人，副教授，碩士，研究方向：區域地理；苗 毅（1992-），男，山東威海人，碩士研究生，研究方向：區域發展與城市規劃；袁玉珂（1992-），男，山東棗莊人，碩士研究生，研究方向：區域發展與規劃。