區(qū)域科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展研究
——基于省級面板數(shù)據(jù)的實證分析

段 新，戴勝利，廖凱誠

(1華中師范大學公共管理學院，湖北武漢 430079；2同濟大學經(jīng)濟與管理學院，上海 200092)

1 研究背景

經(jīng)濟的快速發(fā)展對于增加就業(yè)，提高人們的生活水平，促進社會穩(wěn)定都十分重要。如何避免因經(jīng)濟發(fā)展而導致的生態(tài)環(huán)境惡化和發(fā)揮科技創(chuàng)新在驅(qū)動經(jīng)濟發(fā)展，提高經(jīng)濟發(fā)展效率，增強經(jīng)濟發(fā)展的可持續(xù)性，一直都是世界各國政府和學術(shù)界普遍關(guān)注的話題[1-2]。我國經(jīng)濟自從1978年改革開放以來發(fā)展取得了舉世矚目的成就，但是在經(jīng)濟高速發(fā)展的過程當中，我國的生態(tài)環(huán)境也遭受了嚴重破壞，每年環(huán)境污染造成的經(jīng)濟損失大約為GDP的2%到3%[3]。與此同時，近些年來我國經(jīng)濟發(fā)展面臨著越來越大的下行壓力，經(jīng)濟發(fā)展進入新常態(tài)，而此時科技創(chuàng)新對經(jīng)濟發(fā)展驅(qū)動作用與發(fā)達國家相比存在著明顯差距。針對上述兩大問題，我國一方面積極開展環(huán)境污染攻堅戰(zhàn)[4]，以扭轉(zhuǎn)生態(tài)環(huán)境的惡化趨勢，另一方面大力推進“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”[5]，實施創(chuàng)新驅(qū)動戰(zhàn)略以提升經(jīng)濟發(fā)展質(zhì)量和可持續(xù)性。經(jīng)濟發(fā)展帶來的環(huán)境污染問題和科技創(chuàng)新驅(qū)動不足而導致的發(fā)展動力不足問題，是我國政府實施環(huán)境污染攻堅戰(zhàn)和創(chuàng)新驅(qū)動戰(zhàn)略的主要動力。因此，研究科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境三者之間的關(guān)系，對于解決我國發(fā)展中出現(xiàn)的創(chuàng)新驅(qū)動不足和生態(tài)環(huán)境惡化具有重要的現(xiàn)實意義。

就科技創(chuàng)新與經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)系而言，早在20世紀，就有學者發(fā)現(xiàn)技術(shù)水平對經(jīng)濟的發(fā)展具有重要影響[6]，此后，Park等[7]等國外學者以及國內(nèi)的張來武[8]等人分析了科技創(chuàng)新對經(jīng)濟發(fā)展的具體作用，其中楊武等[9]，通過構(gòu)建指標體系，對我國科技創(chuàng)新對經(jīng)濟發(fā)展的驅(qū)動效果及結(jié)構(gòu)優(yōu)化進行了測算，研究發(fā)現(xiàn)我國科技創(chuàng)新產(chǎn)出效率較低，經(jīng)濟結(jié)構(gòu)也并沒有得到優(yōu)化，此外，還有很多學者分析了科技創(chuàng)新與經(jīng)濟發(fā)展的耦合協(xié)調(diào)情況和時空變化情況[10]。就經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系來說，目前以經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境作為研究主題的成果非常多，其中最著名的就是環(huán)境庫玆涅茨曲線 (Environmental Kuznets Curve，EKC)。有很多學者專門針對環(huán)境庫茲涅茲曲線(EKC)展開了相當豐富的研究[11]，除此之外，國內(nèi)的諸多學者對我國不同地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境污染之間的關(guān)系進行了探討[12]。但是從耦合協(xié)調(diào)度視角研究經(jīng)濟發(fā)展跟環(huán)境污染之間關(guān)系的論文相對較少，其中趙雪雁[13]研究發(fā)現(xiàn)甘肅省的經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境質(zhì)量的交互耦合關(guān)系呈現(xiàn)三次曲線。最后，就科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境三者之間的關(guān)系來說，現(xiàn)有的研究主要集中于分別測算它們?nèi)咧械膬蓛芍g的關(guān)系[14-15]，將三者放在一起起來共同分析的研究鳳毛麟角。

由于科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展環(huán)境污染三者之間并非是相互孤立、彼此隔離的,處理好經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境污染之間的關(guān)系是目前我國面臨的重要問題，二者皆離不開科技創(chuàng)新的支持。現(xiàn)有的從耦合協(xié)調(diào)視角出發(fā)的文獻大多只是分析它們兩兩之間的協(xié)調(diào)機制，研究科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境三者協(xié)調(diào)關(guān)系的成果較少。鑒于此,本文嘗試運用熵值法、變異系數(shù)和耦合協(xié)調(diào)模型對此作出相應的探索，以厘清我國科技創(chuàng)新、經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展情況。

2 科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)機理

科技創(chuàng)新和生態(tài)環(huán)境是經(jīng)濟發(fā)展過程中需要重點關(guān)注的兩個方面，它們?nèi)呖梢暈橛刹煌貥?gòu)成的三個系統(tǒng)，彼此之間相互聯(lián)系、相互影響，交互耦合(見圖1)。一方面經(jīng)濟的發(fā)展可以為科技創(chuàng)新的進步和環(huán)境污染治理提供相應的資金支持和物質(zhì)保障，以推動科技創(chuàng)新的進步和生態(tài)環(huán)境的改善；另一方面科技創(chuàng)新的進步不僅可以為經(jīng)濟的發(fā)展提高驅(qū)動力，還可以為環(huán)境治理提供相應的技術(shù)手段，而生態(tài)環(huán)境的則日益成為經(jīng)濟發(fā)展和科技創(chuàng)新的重要前提。對于三者協(xié)調(diào)關(guān)系的研究既來自于我國改革開放四十年以來的發(fā)展實踐，又是為了回應經(jīng)濟發(fā)展新常態(tài)背景下實施科技創(chuàng)新驅(qū)動戰(zhàn)略和環(huán)境污染攻堅戰(zhàn)的實踐需求。

圖1 科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)機理

首先，科技創(chuàng)新為經(jīng)濟發(fā)展提供驅(qū)動力量，而經(jīng)濟發(fā)展則為科技創(chuàng)新提供物資保障。目前科技創(chuàng)新日益成為經(jīng)濟發(fā)展的重要驅(qū)動力量，這種驅(qū)動作用主要體現(xiàn)在優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、推動經(jīng)濟發(fā)展方式的轉(zhuǎn)型升級和增強經(jīng)濟發(fā)展動力上。在國際競爭中,一國的綜合競爭力越來越依靠科技創(chuàng)新，但是我國的科技創(chuàng)新對經(jīng)濟發(fā)展的貢獻率比歐美等創(chuàng)新型國家低了近30%[16]。與此同時，經(jīng)濟發(fā)展對于科技創(chuàng)新的影響是十分重要，這主要是因為科技創(chuàng)新是一個涉及到創(chuàng)新環(huán)境、創(chuàng)新投入和創(chuàng)新產(chǎn)出等多要素的系統(tǒng)[17]，經(jīng)濟的發(fā)展可以提高改善科技創(chuàng)新環(huán)境，增加科技創(chuàng)新投入，為科技創(chuàng)新產(chǎn)出在教育、醫(yī)療、交通、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域提供廣闊的應用空間。

其次，經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境，二者既對立又統(tǒng)一。經(jīng)濟發(fā)展作為人類的一種生產(chǎn)活動，需要良好的生態(tài)環(huán)境作為物質(zhì)基礎(chǔ)[18]，但是人類社會的發(fā)展歷程表明在經(jīng)濟發(fā)展的過程中不可避免的會出現(xiàn)環(huán)境污染問題。現(xiàn)有研究普遍認為二者之間呈現(xiàn)出一種倒“U”型關(guān)系，即在經(jīng)濟發(fā)展的初期，生態(tài)環(huán)境會隨經(jīng)濟的發(fā)展而惡化；但是當經(jīng)濟發(fā)展到一定階段之后，環(huán)境污染逐漸隨經(jīng)濟發(fā)展而逐步降低[19]。但是，結(jié)合我國的發(fā)展經(jīng)歷可以發(fā)現(xiàn)我國的環(huán)境污染是隨著經(jīng)濟發(fā)展的而逐步惡化的，這主要是由于我國粗狂式的發(fā)展方式導致的，未來我國環(huán)境污染的減輕不是自發(fā)產(chǎn)生的，而是需要加快經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級以及加大對環(huán)境治理的資金和技術(shù)投入力度，這些都與經(jīng)濟的發(fā)展密切相連。

最后，科技創(chuàng)新為生態(tài)環(huán)境治理提供技術(shù)支持，而嚴厲的環(huán)保政策科技可以激勵企業(yè)進行技術(shù)創(chuàng)新。一方面，科技創(chuàng)新可以推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級和經(jīng)濟發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變，進而提高資源利用效率，減少污染物的排放，改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，已有研究證明科技創(chuàng)新能有效改善二氧化硫的排放強度，同時科技創(chuàng)新成果還可以應用到廢水廢氣等污染物的處置領(lǐng)域，改進環(huán)境污染處理技術(shù)，增強社會對環(huán)境污染的治理能力。另一方面，生態(tài)環(huán)境的改善可以為科技創(chuàng)新提供前提和基礎(chǔ)，而嚴厲的環(huán)境保護政策可以刺激企業(yè)進行技術(shù)創(chuàng)新，提高企業(yè)競爭力[20]。

總而言之，科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境，三者相互聯(lián)系，彼此制約，只有三者實現(xiàn)了協(xié)調(diào)發(fā)展，才能解決我國經(jīng)濟發(fā)展過程中出現(xiàn)的經(jīng)濟發(fā)展動力不足和生態(tài)環(huán)境惡化問題，才能實現(xiàn)經(jīng)濟發(fā)展又好又快、科技創(chuàng)新能力不斷增強，生態(tài)環(huán)境日益改善的目標。

3 研究方法與模型構(gòu)建

3.1 科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的綜合評價

首先，需要對原始數(shù)據(jù)進行標準化處理，以消除指標度量單位和量綱不同而產(chǎn)生的影響，具體如下：

正向指標：

(1)

負向指標：

(2)

式中：xkij表示樣本值；max(xkij)和min(xkij)分別表示樣本數(shù)據(jù)中的最大值和最小值。

然后，計算指標權(quán)重，在本文中采用客觀賦權(quán)法中的熵值法來計算各指標的權(quán)重，具體如下：

(3)

(4)

最后，分別計算科技創(chuàng)新系統(tǒng)(UT)、經(jīng)濟發(fā)展系統(tǒng)(UD)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)(UE)的發(fā)展水平，計算公式如下：

(5)

3.2 科技創(chuàng)新、經(jīng)濟與生態(tài)環(huán)境發(fā)展的區(qū)域差異

變異系數(shù)(CV index)又叫標準化率，通常用其來反映樣本數(shù)據(jù)的變異程度，在本文中運用變異系數(shù)計算不同區(qū)域的科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的區(qū)域差異，變異系數(shù)越大說明區(qū)域發(fā)展差異越大，區(qū)域發(fā)展越不均衡，反之，區(qū)域發(fā)展差異越小，區(qū)域發(fā)展越均衡，具體計算公式如下：

(6)

3.3 耦合協(xié)調(diào)度模型及其等級劃分

借助物理學中的耦合概念來計算科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境三個系統(tǒng)之間的耦合協(xié)調(diào)度，由于涉及到三個系統(tǒng)。因此，它們之間耦合度涵蓋了兩元系統(tǒng)耦合與三元系統(tǒng)耦合兩個類型，具體的測算模型如下：

首先，兩元系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)模型，參考已有的研究成果[21-22]，得出兩耦合協(xié)調(diào)度公式如下：

C=(U1U2)/[(U1+U2)/2]2

(7)

如果兩個系統(tǒng)的發(fā)展都處于較低水平，但是卻可以得到較高的協(xié)調(diào)度，這不能反映二者的真實發(fā)展情況。因此，需要構(gòu)建兩系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度計算模型如下：

T=αU1+βU2

(8)

D=C×T

(9)

式中：C表示兩系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)度；T表示兩系統(tǒng)的綜合發(fā)展水平；D為兩系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度。α和β為兩系統(tǒng)的權(quán)重，滿足α+β=1，在本文中認為兩者同等重要，將α與β分別取值0.5。

其次，借鑒相關(guān)研究成果[23]，可以得出3個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度計算公式：

c=3(U1U2+U1U3+U2U3)/(U1+U2+U3)2

(10)

但是，如果三個系統(tǒng)的發(fā)展都處于較低水平，卻同樣可以得到較高的協(xié)調(diào)度，因此對公式(10)作出修正，以構(gòu)建能夠真正反應三系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度的計算模型如下：

t=δU1+εU2+ηU3

(11)

d=c×t

(12)

式中：c表示3個系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)度，t表示三系統(tǒng)的發(fā)展水平，d表示三系統(tǒng)之間的耦合協(xié)調(diào)度，δ、ε、η為權(quán)重，表示三系統(tǒng)的重要性，在本文中對它們均取值1/3。

為了更加直觀地反映科技創(chuàng)新系統(tǒng)(UT)與經(jīng)濟發(fā)展系統(tǒng)(UD)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)(UE)之間的耦合協(xié)調(diào)狀態(tài)，將它們的耦合協(xié)調(diào)劃分為10個等級(見表1)。

表1 耦合度的判別標準及劃分類型

3.4 科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境指標體系的構(gòu)建

基于指標體系構(gòu)建的系統(tǒng)性、整體性、科學性和指標的代表性以及數(shù)據(jù)的可獲得性原則，本文分別構(gòu)建了科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的指標體系，具體如下：首先，科技創(chuàng)新能力的直接表現(xiàn)形式就是科技創(chuàng)新成效，而科技創(chuàng)新成效的往往是由科技創(chuàng)新投入和科技創(chuàng)新產(chǎn)出決定的。因此，結(jié)合已有的研究[24-25]，從科技創(chuàng)新投入、科技創(chuàng)新產(chǎn)出和科技創(chuàng)新成效三個維度出發(fā)選取經(jīng)濟活動人口中大專及以上學歷人口比重、人均GDP、科技撥款占財政撥款的比重和互聯(lián)網(wǎng)普及率等11個指標構(gòu)建科技創(chuàng)新指標體系(見表2)。其次，經(jīng)濟的發(fā)展不僅僅包括經(jīng)濟規(guī)模的增長，還包括經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的改善和經(jīng)濟效益的提升，于是從發(fā)展規(guī)模、發(fā)展結(jié)構(gòu)和發(fā)展效益這三方面選取GDP、工業(yè)生產(chǎn)總值和社會固定資產(chǎn)投資額等13個指標構(gòu)建經(jīng)濟發(fā)展的指標體系(見表2)。最后，現(xiàn)有的研究大多從污染物的排放和污染物的治理這兩方面出發(fā)評估區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量[26]，但是，區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量不僅僅與污染物的排放和污染物的治理直接相關(guān)，還有該地區(qū)的自然環(huán)境狀態(tài)有關(guān)，這主要是因為對于污染物的排放大自然本身存在著一定的修復能力，自然環(huán)境狀況不同對污染的修復能力也不相同。基于這一考量，從環(huán)境污染產(chǎn)生、環(huán)境污染治理和自然環(huán)境基礎(chǔ)三方面出發(fā)選取工業(yè)固體廢棄物產(chǎn)生量、廢水排放總量(萬t)、廢氣排放總量等11個指標構(gòu)建區(qū)域生態(tài)環(huán)境的評價指標體系(見表2)。

表2 科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)評價指標體系

注：1)各指標數(shù)據(jù)全部來源于《中國統(tǒng)計年鑒(2017—2003)》《中國工業(yè)統(tǒng)計年鑒(2017—2003)》《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒(2017—2003)》《中國科技統(tǒng)計年鑒(2017—2003)》《中國高技術(shù)統(tǒng)計年鑒(2017—2003)》及各地區(qū)的統(tǒng)計公報，部分缺失數(shù)據(jù)按年均增長率均值和插值法估算所得；2)本研究所有數(shù)據(jù)的計算結(jié)果均保留3位小數(shù)

4 實證分析

4.1 區(qū)域科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的總體評價

根據(jù)公式(5)可以計算出2002—2016年我國科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的綜合發(fā)展水平，由于篇幅有限，僅列出部分年份的計算結(jié)果(見表3)，然后將全國30個省市區(qū)按照區(qū)域劃分為東部、東北、中部和西部4個不同的區(qū)域，可以直觀的發(fā)現(xiàn)2002—2016年我國科技創(chuàng)新、經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境在不同區(qū)域的發(fā)展變化情況(見圖2)。

表3 科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)發(fā)展指數(shù)

表3(續(xù))

從表3中可以發(fā)現(xiàn)2002—2016年我國30個省市區(qū)的科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境在整體上呈現(xiàn)出不斷發(fā)展的態(tài)勢。其中全國科技創(chuàng)新的平均發(fā)展水平從0.150發(fā)展到了0.830、經(jīng)濟發(fā)展的平均發(fā)展水平從0.307發(fā)展到了0.804，生態(tài)環(huán)境從2002年的0.266發(fā)展到2016年的0.539，由此可見在2002—2016年的15年間科技創(chuàng)新的發(fā)展變化情況最大，經(jīng)濟發(fā)展最次，生態(tài)環(huán)境的發(fā)展幅度最小。

從圖2可以發(fā)現(xiàn)我國不同區(qū)域的科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的發(fā)展情況。在2002—2016年我國不同區(qū)域的科技創(chuàng)新系統(tǒng)、經(jīng)濟發(fā)展系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)綜合指數(shù)總體上在不斷提高，且科技創(chuàng)新的增長變化最大，經(jīng)濟發(fā)展系統(tǒng)的增速次之，生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的增長變化最小。另外從圖2中可以發(fā)現(xiàn)，不同區(qū)域的科技創(chuàng)新曲線、經(jīng)濟發(fā)展曲線和生態(tài)環(huán)境曲線在2009年前后相交，在2009年之前生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的綜合評價最高，其次是經(jīng)濟發(fā)展系統(tǒng)，最后是科技創(chuàng)新系統(tǒng)，但是這一局面在2009年之后發(fā)生逆轉(zhuǎn)，于是可以將三個系統(tǒng)的發(fā)展過程劃分為兩個階段：初步發(fā)展階段和快速發(fā)展階段(見表4)。

在初步發(fā)展的第I階段(2002—2009年)，除2002年之外，全國四大區(qū)域的生態(tài)環(huán)境綜合發(fā)展水平要高于科技創(chuàng)新和經(jīng)濟的發(fā)展水平。另外我們還可以發(fā)現(xiàn)在這一階段我國的科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的發(fā)展呈現(xiàn)的是波動增長態(tài)勢，但是科技創(chuàng)新的發(fā)展增速最大，并且在第Ⅱ階段繼續(xù)保持迅猛發(fā)展勢頭，從全國層面來看經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境呈現(xiàn)的是在波動中小幅發(fā)展的態(tài)勢。在第I階段(2002—2009年)科技創(chuàng)新系統(tǒng)年均遞增量是經(jīng)濟發(fā)展系統(tǒng)遞增量的4倍、生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的遞增量的2.55倍,這主要是因為步入新世紀以后，我國越來越重視科學技術(shù)在推動社會發(fā)展中的重要作用，不斷加大對科技創(chuàng)新的資金投入力度和人員支持力度，科技創(chuàng)新的發(fā)展勢頭越來越迅猛。

在快速發(fā)展的第Ⅱ階段(2009—2016年)(見圖2)，科技創(chuàng)新的發(fā)展水平最高，經(jīng)濟發(fā)展次之，生態(tài)環(huán)境最后，但是三者均處于快速增長階段，這三者之間呈現(xiàn)出著較強的正相關(guān)關(guān)系，這可能是由于2008年下半年以后受國際金融危機的影響，我國啟動了相應的經(jīng)濟刺激計劃和加大了對科技創(chuàng)新的投入力度，而2015年以后，我國又加快推進供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革以及萬眾創(chuàng)新和科技創(chuàng)新驅(qū)動戰(zhàn)略，導致我國的科技創(chuàng)新和經(jīng)濟處于快速發(fā)展階段，與此同時在這一時期我國在發(fā)展過程中更加注重對生態(tài)環(huán)境的保護，加大了環(huán)境污染治理的投入力度，使得我國的生態(tài)環(huán)境持續(xù)改善改善，但是由于科技創(chuàng)新和經(jīng)濟發(fā)展指數(shù)的年均遞增量明顯高于生態(tài)環(huán)境的年均遞增量，導致在這一階段科技創(chuàng)新和經(jīng)濟發(fā)展的發(fā)展勢頭超越了生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)，呈現(xiàn)出科技創(chuàng)新發(fā)展水平最高，經(jīng)濟發(fā)展次之，生態(tài)環(huán)境最后的局面。

圖2 2002—2016年科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的區(qū)域變化情況

最后，從圖2中可以發(fā)現(xiàn)，在第I階段我國的科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境之間的發(fā)展水平和發(fā)展速度差異較大，三者之間并沒有形成有效的協(xié)同發(fā)展的局面，但是在2009年之后的第Ⅱ階段，我國的科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的發(fā)展三者之間的發(fā)展呈現(xiàn)出較強的正相關(guān)關(guān)系，三者的發(fā)展開始步入相互促進，共同有序的協(xié)調(diào)發(fā)展發(fā)展狀態(tài)，此外在2016年東北地區(qū)的科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的發(fā)展水平明顯地區(qū)全國其他地區(qū)。為此，將在下文中分析科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境三者之間區(qū)域發(fā)展差異和彼此之間的協(xié)調(diào)發(fā)展程度，以便更加精準地了解科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的區(qū)域發(fā)展狀況以及三者之間的協(xié)調(diào)發(fā)展情況。

表4 科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的階段性特征

4.2 科技創(chuàng)新、經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境發(fā)展的區(qū)域差異

根據(jù)公式(6)可以計算出我國東部、東北、中部和西部地區(qū)的科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的區(qū)域變異系數(shù)(見圖3)。

圖3 2002—2016年科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的變異系數(shù)

從圖3可以發(fā)現(xiàn)2002—2016年我國四大區(qū)域的科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的變異系數(shù)整體上呈現(xiàn)出在波動中下降的趨勢，區(qū)域發(fā)展差距在縮小，這說明進入世紀以后我國采取的西部大開發(fā)，東北振興和中部崛起戰(zhàn)略在縮小區(qū)域發(fā)展差距，促進區(qū)域均衡發(fā)展方面起到了積極的作用，與經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的差異系數(shù)對比發(fā)現(xiàn)，科技創(chuàng)新的區(qū)域差異下降趨勢最大接近0.2，但是直到2016年科技創(chuàng)新的變異系數(shù)仍然要高于經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的變異系數(shù)，因此，未來我國科技創(chuàng)新的區(qū)域發(fā)展差異，仍然有較大的縮小空間。根據(jù)四大區(qū)域的科技創(chuàng)新在2016年的發(fā)展情況(見表3)，可知直到2016年，東北地區(qū)和西部地區(qū)的科技創(chuàng)新發(fā)展水平仍然明顯低于東部地區(qū)和中部地區(qū)的科技創(chuàng)新發(fā)展水平，這主要是由于東北地區(qū)和西部地區(qū)的科技創(chuàng)新投入要明顯低于東部地區(qū)和西部地區(qū)，進而導致他們的科技創(chuàng)新產(chǎn)出和成效與中東部地區(qū)也存在著明顯的差距。因此，未來要進一步加大我國東北和西部地區(qū)的科技創(chuàng)新的投入力度。

表5 區(qū)域科技、經(jīng)濟與環(huán)境三系統(tǒng)兩兩耦合度

表5(續(xù))

4.3 科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的系統(tǒng)耦合

4.3.1 科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的二元耦合

在上文中分析了我國的科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境在2002—2016年的發(fā)展水平和區(qū)域差異，繼續(xù)前文的思考，我國科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境三個不同系統(tǒng)在共同發(fā)展的情況下，它們彼此之間的協(xié)調(diào)狀態(tài)如何呢？通過公式(7)、(8)、(9)可以得出二元系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度值(見表5)，限于篇幅僅列出2002、2007、2011和2016年的計算結(jié)果。

從表5可以發(fā)現(xiàn)近15年以來我國的科技-經(jīng)濟、科技-環(huán)境以及經(jīng)濟-環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)度均呈現(xiàn)不斷增長的趨勢，基本上實現(xiàn)了從極度失調(diào)衰退與嚴重失調(diào)衰退向協(xié)調(diào)發(fā)展的轉(zhuǎn)變，但是不同系統(tǒng)之間的二元耦合協(xié)調(diào)發(fā)展在不同區(qū)域仍然存在著諸多差異(見圖4)。

(1)在2002—2016年的15年間，科技-經(jīng)濟的耦合協(xié)調(diào)除2004出現(xiàn)波動以外總體上呈現(xiàn)不斷增長的趨勢，東部、東北、中部和西部的耦合協(xié)調(diào)度分別從0.161、0.271、0.195、0.218增長至0.860、0.734、0.859、0.773實現(xiàn)了從嚴重失調(diào)衰退和中度失調(diào)衰退向中級耦合協(xié)調(diào)與良好耦合協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)變。從圖2(a)可以發(fā)現(xiàn)東部地區(qū)的科技-經(jīng)濟的耦合協(xié)調(diào)增長勢頭最為迅猛，這一特征也與我國的東部地區(qū)科技創(chuàng)新實力雄厚，經(jīng)濟發(fā)展水平高于其他區(qū)域的特點相符，但是我們可以看到在2015年與2016年中部地區(qū)的科技創(chuàng)新與經(jīng)濟發(fā)展的耦合協(xié)調(diào)開始追趕上東部地區(qū)，表明我國實施的中部崛起戰(zhàn)略在促進中部地區(qū)追趕發(fā)展方面起到了一定的成效。

(2)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)呈現(xiàn)出波動上升的趨勢，在2002年東部、東北、中部和西部的耦合協(xié)調(diào)度分別從0.152、0.273、0.183、0.208增長至0.732、0.614、0.724、0.657，實現(xiàn)了從極度失調(diào)衰退、嚴重失調(diào)衰退和中度失調(diào)衰退向初級耦合協(xié)調(diào)與中級耦合協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)變，但是在2009年之前他們的增長幅度較小。

(3)經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)度相較于科技創(chuàng)新-生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟發(fā)展-生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)度而言增長幅度最小，在這15年間我國東部、東北、中部和西部的耦合分別從0.256、0.327、0.312、0.284增長至0.705、0.661、0.714、0.651，實現(xiàn)了從中度失調(diào)衰退和輕度失調(diào)衰退向初級耦合協(xié)調(diào)與中級耦合協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)變。但是在圖2c中我們可以發(fā)現(xiàn)在2010年之前經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的耦合處于中度失調(diào)衰退和輕度失調(diào)衰退等級，整體上呈現(xiàn)波動中停滯不前的平穩(wěn)狀態(tài)，情況在2010年以后才發(fā)生改變，在2011—2016年二者的協(xié)調(diào)水平才開始快速發(fā)展。

總體來說，我國科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的二元耦合協(xié)調(diào)增長趨勢與它們?nèi)吒髯缘陌l(fā)展趨勢相契合，并且它們的耦合協(xié)調(diào)增長趨勢同樣存在著明顯階段性特征即在2002—2009年的耦合協(xié)調(diào)緩慢增長階段和2010—2016年耦合協(xié)調(diào)快速增長階段。

圖4 系統(tǒng)耦合變化情況

4.3.2 科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的三元耦合

根據(jù)公式(10)、(11)、(12)可以計算出我國科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境三系統(tǒng)之間的耦合協(xié)調(diào)情況(見表6)，圖4d描述了我國不同區(qū)域科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境三系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)時序變化情況。

表6 中國省域科技、經(jīng)濟與環(huán)境三元系統(tǒng)耦合度

表6(續(xù))

首先分析科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境三元系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)的時序特征，從表3中的全國均值的變化情況來看耦合協(xié)調(diào)整體上呈現(xiàn)出在波動中上升的趨勢，耦合協(xié)調(diào)度從0.232增長到0.735，但是在2008年之前三系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)等級一直處于中度失調(diào)衰退等級，這樣情況直到2009年才開始改觀，三者的耦合協(xié)調(diào)呈現(xiàn)出快速上升的趨勢，到2016年已經(jīng)達到了中級耦合協(xié)調(diào)等級。從四大區(qū)域來看，在2002—2006年東北地區(qū)的三系統(tǒng)協(xié)調(diào)水平要明顯的優(yōu)于其他3個地區(qū)，但是在2009年之后東部地區(qū)和中部地區(qū)的協(xié)調(diào)水平要優(yōu)于東北地區(qū)和西部地區(qū)，在2008年之前四大區(qū)域的耦合協(xié)調(diào)呈現(xiàn)出波動中略有上升，耦合協(xié)調(diào)等級從嚴重失調(diào)衰退和中度失調(diào)衰退逐漸上升到輕度失調(diào)衰退，但是，2009年之后耦合協(xié)調(diào)快速上升，到2016年已經(jīng)進入了初級耦合協(xié)調(diào)和中級耦合協(xié)調(diào)狀態(tài)。

其次，根據(jù)上文中對科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境發(fā)展階段的劃分(見表4)，以2002年、2009年和2016年為3個時間節(jié)點，分析我國科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境三元耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的空間特征(見圖5)。從圖5中可以發(fā)現(xiàn)在2002—2009年全國大多數(shù)省市區(qū)的耦合協(xié)調(diào)度均低于0.4，即大多數(shù)省市區(qū)的科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境均處于失調(diào)衰退狀態(tài)其中，在2009年天津、福建、河南、重慶、貴州、內(nèi)蒙的耦合協(xié)調(diào)狀況明顯要低于全國其他省市區(qū)。到2016年全國30個省市區(qū)中只有天津、河北、遼寧、吉林、山西、貴州、云南、青海、新疆的耦合協(xié)調(diào)度低于0.7，這根本上是因為這些地區(qū)的科技創(chuàng)新投入與產(chǎn)出能力不足，經(jīng)濟發(fā)展水平較低，經(jīng)濟結(jié)構(gòu)不合理，生態(tài)環(huán)境基礎(chǔ)較薄弱導致的。

圖5 2002年、2009年和2016年科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)變化情況

另外從圖5中可以發(fā)現(xiàn)，山東、江蘇、上海、浙江、福建、廣東等東南沿海省份的耦合協(xié)調(diào)等級明顯高于全國其他區(qū)域，這主要是因為這些地區(qū)的科技創(chuàng)新能力和經(jīng)濟發(fā)展水平較高，自然環(huán)境也比較優(yōu)良，此外，這些地區(qū)的經(jīng)濟結(jié)構(gòu)中三產(chǎn)業(yè)所占比重較大，因此，其環(huán)境污染的排放量與其他地區(qū)相比相對較少，而東部環(huán)境污染的治理投入力度卻在逐年增大，因此，其生態(tài)環(huán)境也呈現(xiàn)出日益改善的趨勢。

4.3.3 三元系統(tǒng)耦合和兩元系統(tǒng)耦合的關(guān)聯(lián)性分析

區(qū)域科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的三系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)變化與它們之間的兩兩耦合緊密關(guān)聯(lián)，通過測算全國的三元系統(tǒng)的耦合變化情況、以及科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的時序變化(見圖6)，有助于厘清三元系統(tǒng)耦合與兩元系統(tǒng)耦合的關(guān)聯(lián)。

圖6 三元系統(tǒng)耦合變化的關(guān)聯(lián)性

從圖6中可以發(fā)現(xiàn)科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的三元耦合協(xié)調(diào)以2009年這一時間節(jié)點劃分為兩個不同階段，在2009年之前，盡管生態(tài)環(huán)境處于波動小幅增長狀態(tài)，而科技創(chuàng)新的增速更為迅猛，但是從圖6中可以發(fā)現(xiàn)，在這一時期生態(tài)環(huán)境水平和經(jīng)濟發(fā)展水平均高于三元系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展水平，而科技創(chuàng)新的發(fā)展水平低于三元系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)的增長水平，因此在2002—2009年這一階段，三元系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展主要是由經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展引領(lǐng)的。在2009—2016年這一階段，盡管科技創(chuàng)新、經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境的增長都十分迅猛，但是科技創(chuàng)新和經(jīng)濟的發(fā)展水平明顯高于3E系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度，生態(tài)環(huán)境的發(fā)展水平低于3E系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)的增長水平，因此在2009—2016年這一階段，3E系統(tǒng)的耦合增長主要是由科技創(chuàng)新和經(jīng)濟發(fā)展的協(xié)調(diào)發(fā)展引領(lǐng)的。這種轉(zhuǎn)變的發(fā)生可能與2009年國際金融危機之后我國面臨著經(jīng)濟下行壓力，因此，相較于生態(tài)環(huán)境的改善我國更加注重對科技創(chuàng)新的支持力度以及采取了相應的經(jīng)濟刺激計劃以盡可能的減少經(jīng)濟下行風險。

5 結(jié)論及建議

通過構(gòu)建科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的指標體系，對2002—2016年的我國30個省市區(qū)的科技創(chuàng)新、經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境的發(fā)展水平進行了測算，然后將全國30個省市區(qū)劃分為東部、東北、中部和西部四大區(qū)域計算四大區(qū)域之間的科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的發(fā)展水平以及彼此之間的均衡發(fā)展程度，最后通過耦合協(xié)調(diào)模型計算兩元系統(tǒng)和三元系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)變化情況以及兩元系統(tǒng)和三元系統(tǒng)之間的關(guān)系，研究發(fā)現(xiàn)：第一，在2002—2016年我國科技創(chuàng)新、經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境的發(fā)展均整體上呈現(xiàn)出不斷增長的趨勢，三者之間的發(fā)展呈現(xiàn)出較強的相關(guān)性，但是可以將它們的發(fā)展劃分為2002—2009年和2009—2016年這兩個不同的階段。第二，我國四大區(qū)域的科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的變異系數(shù)整體上呈現(xiàn)出在波動中下降的趨勢，區(qū)域發(fā)展差距在縮小，其中科技創(chuàng)新的區(qū)域發(fā)展差距縮小幅度最大。第三，2002—2016年我國的科技-經(jīng)濟、科技-環(huán)境以及經(jīng)濟-環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)度均呈現(xiàn)不斷增長的趨勢，基本上實現(xiàn)了從極度失調(diào)衰退與嚴重失調(diào)衰退向協(xié)調(diào)發(fā)展的轉(zhuǎn)變。第四，四大區(qū)域的科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的三元耦合協(xié)調(diào)呈現(xiàn)出不斷增長的趨勢，但是直到2016年全國大多數(shù)省市區(qū)的耦合協(xié)調(diào)等級還未達到良好耦合協(xié)調(diào)等級。此外，三元系統(tǒng)的耦合增長具有東南沿海省市區(qū)的協(xié)調(diào)等級較高，而河北、遼寧、吉林、山西、貴州、云南、青海、新疆等省市區(qū)的協(xié)調(diào)等級較低的區(qū)域特征。第五，2002—2009年這一階段，三元系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展主要是由生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟的協(xié)調(diào)發(fā)展引領(lǐng)，在2009—2016年這一階段三元系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展主要是由科技創(chuàng)新和經(jīng)濟的協(xié)調(diào)發(fā)展引領(lǐng)。

基于上述研究發(fā)現(xiàn)，為促進我國區(qū)域科技創(chuàng)新、經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境的進一步協(xié)調(diào)發(fā)展，在未來還需要進一步加大對科技創(chuàng)新，經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的投入力度，尤其是要加大對生態(tài)環(huán)境保護力度與治理的投入力度，避免三元系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展主要是由科技創(chuàng)新和經(jīng)濟發(fā)展協(xié)調(diào)引領(lǐng)的局面出現(xiàn)。要注意到科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護三系統(tǒng)彼此之間并非鼓勵隔離的，而是它們的發(fā)展呈現(xiàn)出較強的相關(guān)性，因此未來需要進一步打破阻礙三者之間的有序進步，共同發(fā)展阻礙因素。此外在還需要進一步加大對經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)在科技創(chuàng)新和經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護上的支持力度，進一步縮小區(qū)域之間的發(fā)展差距，以實現(xiàn)區(qū)域均衡發(fā)展。