長三角地區協同創新、產業結構與生態效率耦合協調發展的時空演化

楊 坤，汪 萬

（上海工程技術大學管理學院，上海 201620）

我國正大力建設國家創新體系，實施創新驅動發展戰略，科技創新在日益激烈的國際競爭中扮演著越來越重要的角色，也推動著經濟社會不斷發展。而科技創新具有長期性、不確定性和復雜性等特點，是一個復雜的非線性過程，需要主體和要素間的高度協同，以實現“1+1＞2”的協同效果。黨的十九大報告著重強調“實施區域協調發展戰略和創新驅動發展戰略”，以及《長江三角洲區域一體化發展規劃綱要》的發布，也都進一步表明了區域一體化建設和協同創新的重要性。但長三角地區在推進區域一體化發展的同時，也出現區域間協同創新動力不足、產業結構轉型困難及生態環境破壞等問題。因此，若能進一步明確協同創新、產業結構與生態效率的發展水平，挖掘其內在協調機制，對有效協調三者關系，解決實際發展問題，將具有重要的參考價值。

國內外學者針對協同創新、產業結構和生態效率，都分別展開了相關研究。生態效率的概念首先由Schaltegger 等［1］提出，并定義為投入和產出比值。隨后，學者們對生態效率影響因素開展深入研究，主要關注其與技術創新、產業結構及環境規制等之間的關系［2-4］。通過創新與生態效率關系的研究可知，科技創新能夠促進資源和能源的有效利用，實現節能減排和改善環境質量［5］；但也有學者認為由于技術進步對碳排放存在彈性，使得降低碳排放的正向間接效應不明顯［6］；而協同創新可以促進要素與結構新組合，實現生態環境共建共享［7］，且在協同理論基礎上可促成科技創新系統和生態環境系統的復合協同，以實現區域生態創新協同［8］。學術界對產業結構與生態效率關系方面也進行了廣泛討論，一致認為產業結構與生態環境之間保持著長期動態平衡［9］，產業結構優化升級可提高生態效率，改善環境污染狀況［10］，且產業結構合理化和高級化對生態效率具有正外部性［11］；但就產業集聚對生態環境的影響如何卻出現分歧，有學者認為產業空間集聚可促進技術創新進而改善生態環境［12］，也有學者認為污染企業集聚會導致集中排放，阻礙了環境污染的治理［13］。對于協同創新與產業發展方面，強調協同創新對產業結構優化的重要作用［14］，而且結合產業發展和協同學理論，構建了產業協同創新體系及探討其實現路徑［15-16］，并通過分析技術與制度協同創新作用機制，測算其對產業升級的協同效應［17］。

不難發現，相關研究主要關注協同創新、產業結構和生態效率三者中兩兩間的因果關系，鮮有研究將三者納入同一系統，探究其相互作用及耦合機理；且研究視角也多采用時序演化比較，而對空間橫向演化比較分析相對不足。因此，本文將協同創新、產業結構和生態效率納入同一系統，并以此為切入點，分析三者間的關系及相互作用；結合耦合協調度模型，從時空演化的視角考察長三角地區系統協調發展狀況，剖析協同創新、產業結構與生態效率系統的發展模式。希冀為實現區域間優勢互補和長三角系統協調發展，發揮區域帶動和示范作用，提供有益參考。

1 研究理論和方法

1.1 耦合理論

耦合度的概念源于物理學，用來描述兩個或兩個以上系統或運動方式之間相互作用，進而達至協同的現象，且系統從無序向有序演化機理的關鍵在于其內部序參量間的協同作用，而對這種協同作用的度量正是耦合度［18］。耦合協調度則是建立在耦合度概念的基礎上，用來描述各系統或要素間相互影響、協調一致的程度，既體現出系統間相互關聯程度的強弱，又反映了系統間協調情況的好壞［19］。

長三角地區協同創新、產業結構和生態效率之間的關系復雜，而本文結合耦合理論，將長三角地區的協同創新、產業結構和生態效率3 個系統耦合來描述三者間相互作用，由耦合度和耦合協調度來反映3 個系統之間相互關聯、相互影響程度和協調一致狀況，并剖析長三角地區的系統耦合作用機理（如圖1 所示）。

圖1 協同創新、產業結構和生態效率耦合作用機理的概念模型

1.2 耦合模型

1.2.1 耦合度模型

耦合度模型是對協同創新、產業結構和生態效率三者系統耦合程度的映射，反映3 個系統間的耦合程度強弱。其具體的運算步驟如下：

（1）功效函數。功效函數是該模型的基礎，由功效函數可將數據標準化，消除量綱差異。若3 個子系統耦合程度對應的指標值越大越好，則此指標屬于正功效，反之為負功效。設序參量xij（i=1,2,…,m;j=1,2,…，n）為第i個子系統的第j個指標。maxxij和minxij分別為序參量在系統穩定臨界點的最大、小值。因此可計算各個子系統間的有序功效函數uij，公式如下：

通過對各個子系統中序參量的貢獻程度加權平均，可反映出其協調情況，具體計算公式為：

（2）耦合度模型。根據耦合理論并借鑒相關研究成果［21］，計算各序參量的功效貢獻度，最終得出各個子系統相互作用的耦合度模型：

其中，耦合度C值的范圍為，當C值越大，接近1 時，表示各子系統間達到有序發展，實現良性共振耦合，反之，接近0 時，則各子系統間處于無序狀態，耦合極差。

1.2.2 耦合協調度模型

耦合度模型能清晰判斷各個系統間相互作用強度，對預警各系統有序或無序發展有重要現實意義。但對于各個系統間的協調發展狀況的好壞卻難以判定，無法反映出其整體的協同功效。因此，本文在耦合度模型的基礎上進一步構建耦合協調度模型來分析協同創新、產業結構和生態效率3 個子系統間的耦合協調發展狀況。具體模型公式如下：

上式中，D為耦合協調度；T為3 個子系統的綜合發展水平指數，待估參數α、β和γ表示各個子系統的協調貢獻程度，在此考慮三者耦合關系時的重要性及參考過往研究，使得α、β和γ均為1/3，依此也可計算兩兩系統協調度。同時，參考相關研究及結合具體研究情況［22-23］，將對耦合度和協調度進行等級劃分，判定其發展階段，具體見表1。

表1 耦合度和耦合協調度的分級標準及類型

2 指標體系與數據來源

2.1 協同創新指標確定

協同創新過程涉及多主體和多要素之間的流動，包括人員、知識和資金等，本文將基于已有研究和數據的可獲取性來確立協同創新的指標［24］。主要利用直接和間接主體間的資金來往來衡量協同創新關系，如間接對直接主體的資助，包括政府資金、企業資金和金融機構資金，用其各自在總R&D 經費中所占比重表示；而直接主體間的資金來往可分別用規模以上工業企業R&D 經費中政府資金所占比重、科研機構R&D 經費中政府和企業資金所占比重、高等院校R&D 經費中政府和企業資金所占比重等來表征。具體見表2。

2.2 產業結構指標確定

對于產業結構優化升級程度的測度，通過參照現有文獻，發現權威做法是用產業結構合理化和高級化來衡量。產業結構合理化的度量常用泰爾指數（TL）［25］，該指數能把整體分成組內和組間差距分別對總體的貢獻來分析產業結構，同時避免了計算絕對值。而對于產業結構高級化的衡量實際上是考察產業結構是否升級，可用第三產業產值與第二產業產值的比值（AD 指數）測算［26］，AD 值越大，產業結構越優化并有服務化趨向。因此本文將TL 指數和AD 指數引入來測度產業結構合理化和高級化，具體計算公式如下：

2.3 生態效率指標確定

根據前述有關生態效率的定義，本文在借鑒相關文獻及考慮實際研究情況［27］，從3 個維度構建生態效率子系統的指標，即投入、期望產出和非期望產出（環境影響）等維度，具體指標體系見表2。

表2 協同創新、產業結構與生態效率耦合協調指標體系

表2（續）

2.4 數據來源

本文選擇長三角地區各省市2009—2018 年的相關統計數據，研究長三角地區的協同創新、產業結構與生態效率系統的耦合協調發展狀況，數據主要來源于2009—2018 年的《中國統計年鑒》《中國科技統計年鑒》《中國能源統計年鑒》《中國環境統計年鑒》及各省市的統計年鑒和統計公報。

3 實證分析

3.1 長三角協同創新、產業結構和生態效率系統綜合發展分析

根據公式（4）可得出整個長三角協同創新、產業結構與生態效率系統綜合發展水平指數（見圖2）。由圖2 中曲線的發展趨勢大致分成兩個發展階段：波動上升階段（2009—2013 年）；震蕩下滑階段（2013—2018 年）。

在第一階段中，長三角的協同創新和產業結構發展指數均呈現V 型波動上升態勢，生態效率發展指數基本平穩波動，這導致協同創新、產業結構與生態效率系統綜合發展指數也呈現V 型波動上升態勢。這是由于該階段內長三角地區協同創新和產業結構發展水平較低，生態環境受產業結構調整的影響較小，生態效率整體上處于較高水平。以上變化態勢表明，此時期內生態效率和協同創新交替主導長三角的系統綜合發展水平，成為其發展的主要驅動力，而產業結構成為其短板，一定程度上制約了系統綜合發展。

在第二階段中，長三角的協同創新發展指數震蕩較大，這表明協同創新水平在震蕩中小幅度下滑；產業結構和生態效率發展指數出現下滑態勢，說明產業轉移及優化升級延緩，生態效率降低。主要原因是長三角一體化得到進一步發展，各省（市）共同構建區域協同創新共同體，加上產業結構與分工格局的顯著變化，推動了產業協同發展和優化升級，但產業過度集中和高新技術產業發展不足，導致生態環境受到破壞，生態效率水平有所降低。同時可發現協同創新和產業結構發展水平與生態效率之間存在競爭性，相互影響，使得長三角三元系統綜合發展水平呈現階段性演化趨勢。該階段發展驅動力主要為協同創新，其主導著長三角的系統綜合發展，而產業結構和生態效率則交替制約著系統綜合發展。

圖2 長三角協同創新、產業結構和生態效率各子系統及系統綜合發展水平

3.2 長三角省域耦合協調時序演化分析

3.2.1 耦合度時序演化分析

基于上述耦合度和耦合協調度模型，分別計算出2009—2018 年長三角4 省市的協同創新、產業結構與生態效率系統的耦合度和耦合協調度，如表3所示。

由表3 并結合圖3，可將協同創新、產業結構與生態效率耦合度演化過程分為兩個階段，即震蕩過渡階段（2009—2013 年）和平穩發展階段（2013—2018 年）。第一階段耦合度波動幅度較大，時序演化顯著，2009 年時，上海是4 個省市中耦合度最高的省份，且在2013 年達至最高的0.98 左右；相比較之下，安徽的耦合度初始就最低，之后急劇下滑，并于2012 年跌至最低值0.37 左右；江蘇的耦合度在前兩年出現小幅上升態勢，之后基本維持在0.99 左右，而浙江的耦合度初始僅次于上海，之后有輕微略升，達至0.98 附近。該時期內上海、江蘇與浙江三者之間的耦合度差距在逐漸縮小，而安徽起初與這三省市差距相對較小，隨著時序演變，差距逐漸被拉大。這表明長三角各省市加大創新要素流動、促進產業轉移升級、推進長三角生態綠色一體化等相關舉措帶來的效果，協調了協同創新、產業結構與生態效率三者間的關系，增強三元系統之間的相互作用和影響程度，而安徽由于產業結構和協同創新方面相對弱勢，在發展中難協調3 個子系統之間的關系，進而出現差距被拉大的情況。第二階段協同創新、產業結構與生態效率耦合度變化幅度甚微，趨于穩定。上海、江蘇和浙江三省市的耦合度基本維持在0.97～0.99 左右，相互間差距極小；而安徽的耦合度在經歷第一階段的波動后逐漸維穩，大致在0.39 附近波動，與其他省市的差距未進一步擴大。綜合可知，2009—2018 年長三角協同創新、產業結構與生態效率三元系統間的關系逐漸趨于穩定，相互作用和影響程度增強，構建產學研深化合作橋梁，在創新合作中促進產業轉移和優化升級，進而提高生態效率，同時生態效率的提高也協調三元系統的關系。

表3 長三角4 省市協同創新、產業結構與生態效率耦合度和耦合協調度

圖3 長三角4 省市協同創新、產業結構與生態效率耦合度時序演化

3.2.2 耦合協調度時序演化分析

結合表3 和圖4 看出，長三角各省市三元系統的耦合協調度波動較大，差異顯著，根據其耦合協調度演化進程可大致分為兩個階段：波動發展階段（2009—2013 年）和平穩演進階段（2013—2018年）。第一階段各省市的耦合協調度波動幅度較大，上海的耦合協調度處于長三角地區中最高水平，雖在2010 年跌至0.80 左右，但之后波動上升，并始終保持在0.8 以上；浙江的耦合協調度僅次于上海，且波動趨勢大致相同，也在2010 年下降至0.57 左右，隨后耦合協調度有所上升，基本維持在0.67 左右；江蘇的耦合協調度在初始時最低，之后快速增長至0.61 左右，而安徽的耦合協調度卻被江蘇反超并迅速下滑，在2011 年更是跌至最低點0.35 附近。該階段內，與長三角各省市對應的耦合度不同，協調度呈現明顯的層次性，各省市之間的差距也較大，上海在創新資源、產業結構和生態效率方面優勢明顯，三元系統間協調配合，保持良性循環關系。浙江和江蘇次之，而安徽雖然在聚集要素推動協同創新，建設產業合作示范基地等方面爭做“賦能者”，但在協調三元系統內部循環存在不足，導致協調度出現大幅降低。第二階段各省市的耦合協調度波動較小，層次也明顯。上海繼續保持遙遙領先地位，波動基本在0.85 附近；浙江也繼續保持第二的地位；而江蘇在2015 年后出現下滑趨勢，與浙江的差距反而進一步擴大；安徽的耦合協調度則保持平穩并維持在0.37 左右，全樣本期內其耦合度和耦合協調度的波動趨勢基本一致。此階段內長三角各省市創新要素不斷集聚且區域流動性頻繁，協同創新基礎得到夯實，推動構建協同式、嵌入式的產業生態圈，將自然生態優勢轉化成生產力，導致三元系統相互作用并同步協調發展。這進一步表明長三角各省市不斷調整3 個子系統間的協調發展狀況，從無序沖突轉向趨于有序和諧狀態。

圖4 長三角4 省市協同創新、產業結構與生態效率耦合協調度時序演化

3.3 長三角省域耦合協調空間分異分析

上文從縱向維度基于時序演化來分析長三角省域的協同創新、產業結構與生態效率系統的耦合度和耦合協調度，在此將結合時序演化結果，全面比較分析長三角省域協同創新、產業結構與生態效率系統的耦合度和耦合協調度的空間分異（見圖5）。

圖5 2009—2018 年長三角協同創新、產業結構與生態效率耦合度及協調度的空間分異

由表1、表3 和圖5 可知，2009—2018 年長三角4 省市協同創新、產業結構與生態效率耦合度較高，主要處于高水平耦合階段，僅安徽向低一級階段轉移，長期陷入拮抗階段，整體空間演化幅度較小且分布集中，呈現出由2009 年的“四足鼎立”演化為2018 年的“三極一弱”空間格局。即使4 省市系統的耦合度較高，系統的耦合協調度卻可能處于較低水平，且空間分布差異明顯，上海始終維持在良好協調階段，浙江也基本位于初級協調階段（僅2010 年位于勉強協調階段），安徽卻從勉強協調向低一等級的輕度失調轉移，而江蘇從瀕臨失調轉移至初級協調再至勉強協調，呈現低—高—低的轉移規律。總體來看，長三角地區的協同創新、產業結構與生態效率系統的耦合度和耦合協調度呈現出由上海向四周遞減規律，且耦合度空間演化幅度小于耦合協調度。

前文已分析長三角的協同創新、產業結構與生態效率系統的主要發展驅動力，在2013 年前是生態效率和協同創新交替為主，而2013 年之后則轉向協同創新為主。因此，可進一步剖析長三角各省市的協同創新、產業結構與生態效率發展狀況并總結其耦合協調發展模式，具體分為4 類：系統高度耦合協調發展、協同創新滯后型、產業結構滯后型及生態效率滯后型。上海3 個子系統發展水平較好、耦合程度高且良好協調發展，其發展模式為系統高度耦合協調發展；江蘇屬于生態效率滯后型，其協同創新和產業結構的發展指數都較高，但較低的生態效率水平限制了系統的協調發展；而浙江生態效率發展水平一直較高，產業結構前期發展較緩慢，之后發展強勁，而協同創新發展波動幅度較大，拉低系統協調發展水平，使浙江歸屬為協同創新滯后型；安徽則屬于產業結構滯后型，其產業結構發展指數最低，與協同創新和生態效率2 個子系統嚴重不匹配，使系統難以協調發展。

3.4 長三角省域兩兩耦合協調分析

協同創新、產業結構與生態效率構成的三元耦合系統涵蓋了3 個二元耦合系統，即協同創新-產業結構系統（U1-U2）、協同創新-生態效率系統（U1-U3）和產業結構-生態效率系統（U2-U3），這兩兩耦合的3 個子系統之間的相互關系能揭示三元系統的耦合協調特征。根據前述公式測算出3 個二元系統的耦合度和協調度，并進一步計算三元和二元系統協調度差值來協調三元系統耦合協調發展的耦合關系。

如圖6 所示，與三元系統相比，長三角各省市的“協同創新-產業結構”系統的耦合協調度與其差值基本為正的有浙江和安徽，而上海和江蘇基本為負；“協同創新-生態效率”系統與其差值全為正（負）的是上海（安徽），江蘇和浙江正負大致相當；“產業結構-生態效率”系統與其差值全為正（負）的是安徽（上海和浙江），江蘇則正負基本持平。由此可知，協同創新與產業結構之間的耦合協調關系對三元系統的發展貢獻較大的地區是浙江和安徽，協同創新與生態效率的耦合協調發展正向影響三元系統的是上海，負向影響的則是安徽，產業結構與生態效率的耦合協調關系促進三元系統耦合協調發展的是安徽，而阻礙其發展的是上海和浙江。這表明長三角地區的“諸侯經濟”特征仍然明顯，差異化的資源分配和政策傾向使上海能產生極化效應，匯聚大量的技術、資本、人才等資源，而周圍地區吸納力不足，資源要素分配不均，導致科技、產業的失調非均衡發展進而影響生態環境，使得區域內各個子系統協調失衡，加劇了區域內的不平衡性。因此，目前嚴重制約長三角省域三元系統實現優質耦合的關鍵因素是生態效率與其他2 個子系統間的相互作用，這是亟待協調解決的問題，應重點加強生態建設，以綠色生態為發展標簽，合理布局產業，優化創新要素配置，充分呈現“綠水青山就是金山銀山”，最終達到三元系統優質耦合協調發展。

圖6 長三角省域三元系統和兩兩系統耦合協調度差值分布

4 結論

本文通過采用耦合協調度模型來測算2009—2018 年長三角各省市的協同創新、產業結構與生態效率3 個子系統的耦合度和耦合協調度，并從時序演化和空間分異兩維度比較分析3 個子系統耦合協調度的時空演化，研究表明：

（1）長三角協同創新、產業結構與生態效率三元系統綜合發展指數震蕩演進，2013 年之前以生態效率和協同創新交替主導為發展驅動力，系統綜合發展水平波動較大；之后以協同創新為主要發展驅動力，經前期子系統不斷耦合協調，系統綜合發展較穩定。

（2）長三角各省（市）的協同創新、產業結構與生態效率系統的耦合度和耦合協調度時序演化跌宕起伏，階段性明顯，地區差異突出；而空間分異更顯著，由初始時的“四足鼎立”逐漸演化為“三極一弱”的空間格局，呈現出由上海向四周遞減規律，且耦合協調度空間演化幅度大于耦合度。

（3）長三角不同地區的耦合協調發展的影響因素差異顯著，根據其耦合協調發展狀況將發展模式分為四種類型：系統高度耦合協調發展、協同創新滯后型、產業結構滯后型及生態效率滯后型，并分別對應于上海、浙江、安徽和江蘇。同時生態效率與協同創新或產業結構之間的不協調負向影響三元系統耦合協調發展而成為最主要制約因素。

根據研究結果，為進一步提高長三角省域三元系統耦合協調度，實現協同創新、產業結構與生態效率優質耦合協調狀態，最終推動區域內部的平衡發展，提出以下建議：

（1）準確認識三者之間的耦合關系，破解制約三元系統耦合協調的關鍵因素，以各地區三元系統的實際發展情況和所處階段為基礎，實現政策差異化設計，進而使整體協同發展。

（2）在協同創新方面，以打造長三角區域協同創新共同體為契機，加強區域內部的產學研合作，增強企業、高校和政府間的信息暢通，提高協同創新主體間的經濟粘性，使得相互間的創新合作可持續，以實現綠色型的創新產品高效輸出及技術轉移、擴散。

（3）在產業結構方面，以產學研合作為基礎，加強產業人才協同培養，合理承接產業轉移，打造產業生態鏈并孕育先進的產業集群，實現“智造”助推產業轉型升級，緩解生態壓力。

（4）在生態效率方面，建立生態補償機制，構建綠色技術創新體系，注重技術創新與生態的互補性，破解由創新與產業發展脫節的痼疾而帶來的生態環境問題，實現創新、產業與生態的良性循環和協調發展。