科技創新對中國沿海地區產業生態化的影響研究

韓 政，程 鈺，劉 娜

(山東師范大學地理與環境學院，中國 濟南 250358)

改革開放以來，追求經濟高速度增長的傳統經濟發展模式長期占據統治地位，中國經濟在高速增長的同時生態環境也承載了巨大的壓力。資源短缺、環境污染和生態破壞等一系列問題頻發，經濟、資源和環境之間的矛盾日益突出，因此如何在保持經濟快速增長的同時降低其對環境的脅迫，成為急需解決的關鍵問題。目前我國越來越重視可持續發展與生態化發展，產業生態化是一種新型的產業發展模式，以實現可持續發展為目標[1]。產業生態化依靠科技進步改造傳統產業，改變傳統的生產方式，實現資源和能源的高效利用，使生產活動對生態環境的的影響降到最低，促進經濟社會的可持續發展。

產業生態化是當前階段實現供給側結構性改革和經濟高質量發展的內在要求，旨在改變產業系統與生態環境的紊亂狀況，通過科技創新、技術進步改進傳統的產業模式及產業結構，充分利用資源，協調環境、社會和經濟的可持續發展，備受國內外學者的關注[2]。國外的產業生態相關研究和實踐始于20世紀90年代，在Frosch, Graedel, Allenby, Erkman, Aryes和Andrews等學者的推動下，產業生態學取得了長足發展[3-7]。國外學者通過系統、定性、定量等多種方法對產業生態學進行了深入的研究，涉及的領域相當廣泛。概括來看，國外的產業生態研究主要可以概括為以下3個方面：一是關于產業生態系統效率的研究[8，9]；二是產業生態的分析方法和實踐途徑的研究[10，11]；三是關于生態產業園區的研究[12，13]。隨著可持續發展理念的不斷深化，國內學者對產業生態化的研究也呈現多元化的態勢，主要集中于內涵界定、研究尺度、指標體系構建、影響機理和模型構建等方面。

(1)內涵界定方面。各界學者從不同的角度出發對產業生態的概念進行概括界定，形成了不同的觀點，研究從經濟發展、資源消耗、環境污染和生態影響等維度界定產業生態化，但大致涵蓋經濟維度和資源環境維度，如陸根堯等認為， 產業生態化是指建立一個能夠促使和實現社會經濟系統和自然生態系統之間，物質與能量和諧流動的產業體系[14]；黃志斌等從經濟學的視角出發認為產業生態化是指把產業活動納入到生態系統的循環之中，實現產業活動與生態系統的良性循環和可持續發展[15]。

(2)研究尺度方面。主要涉及全球、國家、城市群和省域等宏觀尺度，產業園區、生態集聚區等中觀尺度，產業、企業等微觀尺度。宏觀尺度的研究主要集中于對全球、國家、城市群和省域等產業系統的測度研究，側重于對產業與生態系統之間的耦合協調度的探究[16，17]。例如馬勇和劉軍對長江中游城市群進行了產業生態化效率的研究[18]：劉淑茹和韓世芳對西部地區產業生態化進行了評價研究[19]。中觀尺度方面主要是建立生態產業園區和生態聚集區，使資源在產業系統內達到循環利用，盡可能減少工業廢物的排放。例如郭付友等對松花江流域(吉林省段)產業系統生態效率時空分異特征與影響因素進行了研究[20]；楊青山等在對工業生態學理論進行歸納的基礎上開展了城市生態工業園區的設計研究[21]。微觀尺度上著重強調產業、企業發展的生態化，實施清潔生產，使資源在企業內部實現循環利用，提高資源利用率[22]。

(3)指標體系構建方面。科學合理的產業生態化指標體系有利于進一步判斷區域產業生態系統的狀態與階段，也為區域綠色發展的實現路徑奠定了重要基礎，當前產業生態化指標選取主要包括構建層次清晰的多維度指標綜合體系和依據生態效率模型測度區域產業生態化效率等。例如，王玨晗等從經濟發展效率和資源環境效率兩個維度構建廣東省產業生態化評價體系并探究其時空演變特征[23]；秦曼等構建海洋產業生態化理論模型，提出海洋產業結構生態化、海洋產業組織生態化、產業生產方式生態化及海洋產業技術生態化四個方面的綜合評價指標體系，彌補了各地區海洋產業生態化的短缺[24]；付德申把生態指標納入產業發展中，通過對產業生態化內涵的分析，構建產業生態化效率指標，對中國十大城市群產業生態化效率進行了評價[25]。

(4)影響機理方面。影響城市產業生態化發展有環境規制、產業結構、科技創新、國際貿易、城鎮發展等因素。如劉曙光等運用面板回歸模型得出我國產業生態化區域差異的驅動因素可歸結為區域資源稟賦條件差異、區域分工與產業結構差異、區域產業梯度轉移差異、區域間環境管理力度差異等因素，且在地區間存在一定程度的差異性[26]；程鈺等利用基尼系數、空間自相關模型以及Tobit模型對中國環境規制效率驅動機制進行了研究，結果顯示城鎮化、市場化、全球化和環境規制等因素對區域可持續發展有較強的推動和空間溢出效應，是不同類型的影響因素與機制共同驅動作用的結果[27]。

(5)模型構建方面?？萍紕撔率且粋€國家長期經濟發展中重要的決定因素，也是一個國家保持經濟可持續發展的重要動力和源泉[28]。隨著科技在經濟發展模式轉型中的重要性，科技創新成為產業生態化提升的重要的動力，越來越多的學者通過建立不同的模型研究科技創新對產業生態化的驅動作用。例如唐建榮等基于PSR概念模型構建產業生態系統發展綜合評價指標體系，提出通過科技創新推進產業生態轉型，創新技術拉動經濟轉型[29]。仇方道等應用完全分解模型對比分析不同產業生態化策略導向下的環境績效，探討區域產業生態化不同策略的影響因素，認為推進產業生態化進程應以構建穩定、高效的產業生態系統為核心，以生態工業園區為載體，加大清潔生產技術創新力度[30]，周甜甜等借助Lotka-Volterra模型分別對30省域內產業經濟和產業生態化的共生關系和共生協調度進行測算，并從共生關系和發展水平兩個維度對影響因素進行分析，發現自主創新能力對產業生態經濟系統協調性具有正向影響[31]。由此可見，科技創新在產業生態化發展進程中扮演著越來越重要的角色。

根據上述研究現狀和發展動態分析，可以看出國內外的專家學者在產業生態化的內涵界定、研究尺度和影響機理等方面取得了一系列的理論和實證研究成果，但還存在一些值得探討的問題。一方面國內外對產業生態化的研究大都集中于中小尺度的企業聚集區、生態工業園區等，對宏觀尺度(省級、區域等)的研究較少，對沿海地區產業生態化的研究相對較少，而中國沿海地區經濟基礎雄厚、資源環境問題突出，具有很大的研究價值；另一方面，當前研究主要聚焦產業生態化時空演變和影響機理研究，但某一確定要素對產業生態化影響的研究較少，特別是缺乏科技創新對產業生態化的影響研究。根據上述分析，研究擬以中國沿海地區12省市為對象，分析科技創新對產業生態化水平的影響，從加大對科技創新的投入、完善區域科技創新體系、注重區域綠色科技發展和創建科技創新體制機制等方面提出促進產業生態化發展的對策，對提升國家科技競爭力和產業生態化水平具有重要意義，為推進生態文明建設提供借鑒。

1 研究方法與數據來源

1.1 指標體系構建

產業生態化作為產業發展的高級形式，強調產業與生態協同發展的理念[32]。產業生態化運用生態的方法來經營管理傳統產業，以實現社會經濟效益最大化、資源高效利用和生態環境損害最小的目標，提升經濟發展質量，涉及區域的產業發展、污染排放、循環利用等方面。因此，本研究從產業效率和生態效率兩個維度來進行分析，并細分為多個要素?？茖W合理的指標體系是進行產業生態化評價的基礎和前提，研究根據科學性、可比性、系統性、層次性以及區域性的指標選取原則，考慮到中國沿海地區產業發展的實際情況，借鑒已有文獻[33，34]，構建基于產業效率和生態效率兩個視角的中國沿海地區產業生態化綜合評價指標體系(表1)。

表1 中國沿海地區產業生態化綜合評價指標體系

1.2 研究方法

投影尋蹤模型。投影尋蹤法最早于20世紀70年代被提出，是一種屬于直接由樣本數據驅動的探索性數據分析方法，其基本原理是把高維數據{x(i,j)}投影到低維子空間上{z(i)}，構造并優化投影目標函數，采用投影指標函數Q(z(i))來尋找能反映高維數據結構特征的投影方向向量，然后在低維空間上分析高維數據的結構特征[35-38]。該模型具有不受形式化和數學化制約的特征，因此在處理時間序列數據和空間面板數據上具有較大優勢，對于解決綜合性的問題提供了一種新的方法。具體步驟如下：

(1)高維樣本數據標準化處理。

設樣本集為{x*(i,j)|i=1～n,j=1～p}，其中x*(i,j)為第i個樣本第j個指標值。為消除各指標值的量綱和統一各指標值的變化范圍，可采用下式進行極值歸一化處理：

x(i,j)=[x*(i,j)-xmin(j)]/[xmax(j)-xmin(j)]，

(1)

其中，xmax(j)和xmin(j)分別為樣本集中第j個指標值的，最大值和最小值，x(i,j)為原始數據歸一化處理后的矩陣。

(2)投影指標函數的構造。

投影尋蹤法是把p維數據{x(i,j)j=1～p}綜合成以a=(a(1),a(2),…,a(p))為投影方向的一維投影值z(i)，即

(2)

在對投影值進行優化時，要求投影值z(i)的散布特征應為各投影點盡量在局部密集凝聚形成點團，而在整體上投影點團之間盡可能散開。據此構造如下投影函數：

Q(a)=SzDz，

(3)

其中，Sz是一維投影值z(i)的標準差，Dz是投影值z(i)的局部密度。

(4)

(5)

其中，Ez為序列z(i)的平均值；R為局部密度Dz的窗口半徑；rij表示樣本間的距離，rij=|z(i)-z(j)|；u(R-rij)為單位階躍函數，當R≥rij時，函數值為1，反之為0。

(3)投影指標函數的優化。

當各指標值的樣本集確定時，投影指標函數Q(a)只隨投影方向a的變化而變化。可通過求解投影指標函數最大化問題來估計最大可能暴露高維數據某類特征結構的最佳投影方向。目標函數最大化：

maxQ(a)=SzDz，

(6)

其約束條件為

(7)

這是一個以{a(j)|j=1～p}作為優化變量的復雜非線性優化問題。

(4)獲取投影值，進行結果評價。

把由步驟(3)求得的最佳投影方向a*代入式(2)后，得各樣本點的投影值z*(i)。若投影值z*(i) 與z*(j)越接近，表示樣本i與樣本j越傾向于分為同一類。按z*(i)值從大到小排序，據此可把各指標的樣本集進行分類。

1.3 研究范圍與數據來源

研究以中國沿海地區為研究區域，包括北京、天津、河北、遼寧、上海、江蘇、浙江、福建、山東、廣東、廣西、海南12個省市(未包括香港與澳門特別行政區、臺灣地區)。數據主要來源于各年份《中國統計年鑒》、《中國環境統計年鑒》、《中國工業經濟統計年鑒》以及中國東部沿海地區各省市統計年鑒、國民經濟和社會發展統計公報等。

2 中國沿海地區產業生態化時空演變特征

2.1 中國沿海地區產業生態化時序演變特征

圖1 2001—2016年中國沿海地區產業生態化水平變動趨勢Fig. 1 Trends in the level of industrial ecologicalization in China’s coastal areas, 2001—2016

利用式(1)～(7)得到2001—2016年中國沿海地區產業生態化發展綜合水平(圖1)，產業生態化水平整體呈持續上升趨勢，由2001年的1.693增加到2016年的2.813，表明該地區產業生態化發展水平顯著提高，產業結構不斷趨向合理化、高級化。其發展水平大致可分為3個階段：(1)低速增長階段。2001—2005年，該時間段中國沿海地區產業生態化水平低速穩定提升，由1.69上升至1.98，增幅不大，主要原因是該階段產業結構不合理，經濟發展與資源環境的矛盾較為突出，科技創新對產業結構的支撐動力相對較弱。(2)快速增長階段。2006—2013年，該時間段中國沿海地區產業生態化水平快速提升，產業生態化指數由2.08升至2.68，這是由于該階段可持續發展理念的逐步深入，產業綠色轉型能力和水平不斷提升，資源環境效率穩步提高。(3)穩步提升階段。2014—2016年，該時間段中國沿海地區產業生態化水平高速穩定提升，由2.73升至2.81，該階段生態文明建設和綠色發展持續推進，環境經濟政策制度不斷優化，促進了產業結構與資源環境耦合協調程度不斷提高。

2001—2016年中國沿海地區產業生態化水平均持續提升，其中產業效率由2001年的0.177上升至2016年的1.048，生態效率由2001年的1.903上升至2016年的2.436，但其發展水平和速度存在差異(圖1)。產業效率的增長速度要快于生態效率，尤其是在2009年之后，產業效率發展速度迅速提升，生態效率發展速度減緩。一方面中國沿海地區充分利用自身優勢推動產業結構優化升級，加上市場驅動、交通便利和政策支持等因素，使得沿海地區產業發展水平顯著提升；另一方面中國沿海地區重視生態文明建設和產業生態化的發展，從清潔生產和循環經濟等具體途徑來發展產業的生態化，減少能源資源的消耗和污染物的排放，但由于綠色科技發展水平有限、環保投入低和實施力度不足等問題，沿海地區生態效率發展較慢。

2.2 中國沿海地區產業生態化空間演變特征

根據2001—2016年中國沿海地區產業生態化水平計算結果，使用ArcGIS軟件中的自然裂點法(Natural Breaks)將2001，2006，2011和2016年的產業生態化以及產業、生態維度的計算結果劃分為5個等級，以探討中國沿海地區產業生態化的空間分異特征。從總體上來看，中國沿海地區產業生態化的空間格局相對穩定(圖2)。其中，北京、天津和上海3地的產業生態化指數最高，2016年分別為3.205，3.237和3.082，主要原因是這些地區產業結構較為高級、合理，第三產業和高新技術產業占比較大，對生態環境的污染程度較低。遼寧、山東、江蘇、浙江、福建、廣東、海南等地產業生態化指數次之，但從2001年到2016年發展水平提升幅度較大，發展態勢良好，例如山東省產業生態化指數從1.984升至2.759，增長幅度為71.9%。這些省市經濟發展水平較高，產業發展基礎好，同時注重環境規制，但由于產業結構內部調整與生態保護結合不完善等問題，產業生態化發展方面仍有一定的提升空間。而河北、廣西兩省產業生態化指數較低，僅為2.453和2.581，主要原因是這些地區第三產業和高新技術產業占比較少，產業結構升級緩慢，科技創新水平較低，對生態環境的保護力度不夠。

圖2 中國沿海地區產業生態化水平空間演變Fig. 2 Spatial evolution of industrial ecological level in coastal areas of China

從產業效率和生態效率維度來看，各省市的發展水平呈現平穩增長的趨勢，并且各省市間的差距逐漸縮小(圖3)。從產業效率維度來看，北京、天津、上海等地產業效率指數相對較高，2016年產業效率指數分別為1.498，1.474和1.334，而河北、福建、廣西等地產業效率相對較低，2016年產業效率指數分別為0.801，0.837和0.825，說明產業效率的區域差異性顯著，這是由于北京、天津和上海等地產業基礎較好，便于從國內外引進資金和先進技術，大力發展高新技術產業和高端產業，因此產業效率較高。從生態效率維度來看，北京、天津和上海等地生態效率指數相對較高，2016年生態效率指數分別為2.499，2.514和2.484，而河北、遼寧兩地生態效率指數相對較低，僅為2.330和2.352，這表明區域差異較大，北京、天津和上海等地注重對生態環境的保護，積極推動產業與生態協調發展。

圖3 中國沿海地區產業效率與生態效率水平空間演變Fig. 3 Spatial evolution of industrial efficiency and ecological efficiency levels in coastal areas of China

3 科技創新對產業生態化的影響研究

3.1 模型構建

研究在結合指標選取原則的同時考慮數據的可獲得性，以產業生態化(EI)為被解釋變量，選取科技創新(GII)為解釋變量，其包括3個指標，即科學研究(SR)、教育水平(EL)、知識產權(IPR)，分別代表R&D經費支出、萬人擁有高校數量和專利申請授權數。此外，增加環境規制(ER)、外貿投資(FDI)、城鎮化(UR)、市場化(MZ)和工業集聚(LA)作為控制變量來解釋中國沿海產業生態化水平(表2)。

表2 產業生態化指標選取

研究對產業生態化水平的影響變量進行描述性統計，以便更加系統、直觀地了解樣本數據的基本情況(表3)。

表3 變量的描述性統計

為了防止多元回歸過程中出現“偽回歸”現象，保證數據測算模型的科學性和有效性，研究使用LLC和ADF兩種方法對各面板序列單位根的的平穩性進行檢驗，結果顯示LLC和ADF兩種方法的面板數據均通過顯著性及平穩性檢驗且具有較強的穩定性，能夠進一步進行模型計算(表4)。

表4 面板數據的平穩性檢驗

3.2 結果分析

研究對2001—2016年中國沿海地區12個省市產業生態化的影響指標進行回歸分析，首先對面板數據進行對數處理，然后分別利用固定效應模型、隨機效應模型和系統GMM模型對指標因子進行對比分析，并通過Hausman檢驗確定最優解釋模型。研究結合Hausman檢驗并對回歸結果進行比較發現隨機效應模型更優于其他模型，因此研究選取隨機效應模型分別進行影響分析(表5)。

表5 中國沿海地區產業生態化影響因素面板回歸結果

(1)科技水平的提高帶動了產業結構的變化發展，使產業結構高級化、合理化、生態化，為產業生態系統的發展提供資金、人才和制度等方面的支持，由可見科技創新正越來越成為推進區域產業結構轉型升級、轉變經濟增長方式和促進區域可持續發展的重要支撐。

在科技創新(GII)指標中，R&D經費支出對產業生態化水平具有明顯的正向作用并在1%水平下顯著，其影響系數為0.136 4，表明R&D經費支出對產業生態化水平影響較大，反映出科技創新對產業生態化水平提高的重要作用。R&D經費支出的增加為科技活動的開展進行提供了必要的資金支持，促進了科研項目成果向社會生產力的轉化，這有利于促進人才的培養和科技創新的空間集聚，大大提高勞動生產率，提高產業生態化水平，同時把資金投入到高新技術產業中去，促進了科技水平的提高和產業結構的高級化，為生態環境的保護提供有力的經濟支撐，進一步實現產業的可持續發展。

在科技創新(GII)指標中的萬人擁有高校數量對產業生態化水平具有正向作用并在1%水平下顯著，其影響系數為0.265 8，說明高校數量的增加有利于提高產業生態化水平。一方面高校所培養的高層次人才提高了人力資本水平，為產業轉型升級和高新技術研發提供了人力資源支撐；另一方面高校本身作為科技創新平臺，促進了區域科技創新體系建立，有效實現了產學研結合，促進了產業結構升級轉型和效率提高等。

在科技創新(GII)指標中，專利申請授權數對產業生態化水平具有正向作用并在1%水平下顯著，其影響系數為0.097 8，表明專利數也是促進產業生態化水平提高的重要因素之一，一方面專利促進了高新技術產業、戰略型新型產業發展和制造業轉型升級等，提高了經濟運行效率；另一方面綠色技術專利實現了資源利用和經濟增長的脫鉤，提高了資源利用效率，促進了清潔生產、低碳排放等技術的發展推廣，降低了污染物排放量，進一步促進產業生態化發展。

(2)控制因素方面，環境規制對產業生態化水平具有正向影響效應并通過了1%水平下顯著性檢驗，這表明工業污染治理投資的增加促進了產業結構的優化升級，產業發展過程中更加注重生態化的重要作用，循環經濟、綠色經濟和生態經濟得到發展，進一步促進產業生態系統的高級化。城鎮化對研究區產業生態化水平也具有正向影響效應并通過了1%水平下顯著性檢驗，非農業人口的增加為產業生態化的發展提供了充足的高素質的勞動力，成為區域生態文明建設的重要保障。工業集聚對產業生態化水平具有明顯的負向作用，表明由于高耗能及高污染產業快速發展，伴隨著化石能源的量使用，導致能源結構不合理和能源利用不集約等，污染物排放量急劇增加，在推動區域產業生態化水平提高和可持續發展方面產生了負面影響，不能很好地促進區域產業的良性健康發展。市場化對產業生態化水平的影響不顯著，說明市場化的發展對產業生態化水平提高影響不大。外商直接投資與產業生態化呈負相關，但未通過顯著性檢驗，因此需要進一步研究，以發揮其在產業生態系統中的重要作用。

4 結論與對策

4.1 結論

本研究在通過投影尋蹤模型計算出中國沿海地區產業生態化水平的基礎上，探究產業生態化時空演變特征，并運用固定效應、隨機效應和系統GMM模型分析科技創新對產業生態化的影響，得出以下結論：

(1)在時序演變特征方面，中國沿海地區產業生態化指數呈現持續上升趨勢，由2001年的1.693升至2016年的2.813，產業效率和生態效率都呈現穩定增長的態勢。在空間演變特征方面，中國沿海地區產業生態化水平呈現明顯的空間差異特征，北京、天津和上海相對較高，而廣西、河北兩省較低，產業生態化水平仍需進一步提升。

(2)從對2001—2016年12個省市區的樣本估計來看，發現科技創新對產業生態化水平提升具有重要作用，科技創新指標中R&D經費支出、萬人擁有高校數量、專利申請授權數因素對產業生態化水平有顯著的促進作用，且均在1%水平下顯著，主要通過資金支持、 技術保證和專利保護等路徑促進投入產出結構優化、提升產業生產效率和資源環境產效率等。

(3)其他影響因素方面，環境規制和城鎮化對產業生態化水平具有顯著的正向影響，工業集聚則有明顯的負向影響，市場化指數對產業生態化無顯著影響，而外貿投資對產業生態化的影響具有不確定性。各解釋變量、控制變量對不同等級類型產業生態化影響存在一定的差異性，但科技創新對產業生態化影響基本為正向促進作用。

4.2 對策

基于所得結論和存在問題提出以下對策，以期提高科技創新對產業生態化發展水平的影響度。一是加大對科技創新的投入。中國沿海地區各省市應加大對科技創新的投入，一方面增加各地區R&D經費的支出，扶持大中型企業建立科技研發中心，為區域科技創新水平的提高提供資金支持；另一方面應重視科技人才的培養，提高該地區的人力資源素質和人才資源存量，為產業生態系統的發展提供新的、更大的發展空間。對于產業生態化水平較低的地區，應首先注重產業結構的優化升級。二是完善區域科技創新體系。應加快中國沿海地區創新體系的建設，通過協同創新提高區域科技創新能力，大力建設科技創新網絡園區，加強區域間的聯系，建立城市圈科技創新協同機制，利用各區域間企業、高校和科研院所等形成“產學研”一體的區域創新體系，以促進區域產業生態系統的高效協調運轉。三是注重區域綠色科技發展。高效、節約、環保的綠色科技產業是拉動經濟高質量發展最重要的動力。一方面提高企業綠色技術創新能力，建立健全企業創新體制，使企業成為綠色技術創新的主體；另一方面政府應建立適應市場機制運行的環境、財政、稅收、金融等政策體系和法律法規體系，為企業綠色技術創新創造良好的環境。四是創建科技創新體制機制。積極響應國家創新驅動發展戰略，國家和政府應建立健全科技創新制度，營造有利于集群科技創新的制度環境，還要推進專利保護制度的完善，加強對企業創新和知識產權的保護，以保障區域科技創新和產業生態化水平的提升，加大科技創新對產業生態化水平的影響度。

當前產業生態化的發展具有較強的地區關聯性，因此在現有研究的基礎上，未來應加強兩方面的研究，一是加強對地級市的研究，從更小的尺度出發來研究產業生態化發展的未來趨勢，對地級市產業生態系統的升級提出實質性的建議。二是要加強東部和中西部的比較研究，加強區域間的聯系，將東部沿海地區產業生態化發展的成功經驗應用到中西部地區產業發展過程中，為中西部地區產業生態化水平的提高提供借鑒，從而促進整個國家的產業生態化水平，促進區域生態文明建設與可持續發展。