湖南省產業生態化水平時空演變特征及驅動因素研究

顏建軍，敬 俊，趙 佳，劉麗萍

(1.湖南工商大學 科研處，湖南 長沙 410205；2.湖南工商大學 經濟與貿易學院，湖南 長沙 410205)

一、引言

從1990年開始，湖南省開始承接由東部地區轉移的產業，在經濟發展的同時，也造成了環境污染不斷加劇，如何實現湖南省經濟發展與環境保護的“雙贏”已成為當前產業發展的重點。黨的十八大以來，生態文明建設成為我國主要的建設道路之一，在“兩山論”的大背景下，產業生態化發展是湖南省突破資源環境約束實現可持續發展的必然選擇[1]。

產業生態化是指通過變革傳統產業，使其對生態環境的干擾降至最低，進而實現產業發展與環境保護的雙贏[2]。針對產業生態化的研究最早可追溯至1989年由Frosch和Gallopoulos[3]提出的產業生態系統理論，旨在優化自然資源和能源的使用，以實現可持續發展[4]，企業的綠色行為是實現長期競爭優勢的主要途徑[5]。縱觀國內外文獻，可將產業生態化研究大致分為以下幾類：一是針對產業生態化指標體系評估的研究。在產業生態化指標體系的構建上，大部分學者基于影響產業生態化的各項指標，構建了綜合評估體系，周映伶等(2021)[6]首先基于壓力-狀態-響應(PSR)模型，建立城市產業生態化水平的評價指標體系，并通過主成分分析和熵值法對產業生態化水平進行測度，主要包括了經濟社會發展水平、生態保護水平、資源消耗水平、污染排放水平和資源循環利用水平[7]，國外學者則普遍運用物質流分析法，通過測度物質生產力對產業生態化進行評估[8]。二是針對區域產業生態化的時空演變研究。在針對區域產業生態化研究上，有學者發現京津冀城市群產業生態化水平在不同層次上總體均呈上升走勢，空間溢出效應明顯[9]。類似地，有學者進一步研究沿海地區和全國城市的產業生態化水平空間趨勢[10-11]，均發現經濟實力越強的地區產業生態化效率越高。在全國產業生態化研究上，有學者通過中國31個省、市、自治區，發現產業生態化總體平均水平呈下降趨勢[12]，且存在空間集聚性，從空間分異角度看，產業生態化呈現東、中、西遞減的空間梯度分異特征，東部沿海地區始終是熱點區，西部地區是冷點區[2]。三是針對產業生態化影響因素的研究。著重考慮了工業聚集對產業生態化的影響，發現工業集聚顯著不利于產業生態化、產業效率和生態效率的提高[10]，但科技創新可顯著通過資金、技術、人力資本和專利制度等路徑促進產業生態化[13]，政府調控以及環境規制強度等因素的正向溢出效應突出[14]。亦有學者著眼于資源型產業，發現研發經費投入、污染治理投資強度、產業集聚、經濟發展和節能環保財政資金投入是促進資源型產業生態化發展的重要因素[15]。有學者進一步考慮了產業生態的耦合協調發展，耦合協調發展理論研究的是多個系統之間的相對關系，除了對產業生態的耦合協調度進行研究外，有學者通過構建耦合度模型針對水環境、碳排放等與社會經濟、基礎設施建設的耦合協調狀態進行研究[16-17]，除耦合度外，周甜甜和王文平(2014)[18]基于Lotka-Volterra模型對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，并分析其影響因素。

縱觀上述文獻，較少有文獻針對湖南省的產業生態化進行研究，并且在進行可視化分析的基礎上，進一步構建空間計量模型對影響產業生態化的因素進行研究，并考慮其空間溢出效應。為此，本文以湖南省13個地級市為研究對象，首先構建產業生態化評價指標體系，運用主成分法和熵值法測度2005—2019年湖南省各地級市的產業生態化水平，進一步采用耦合協調分析法，對湖南省各地級市的耦合度進行測度。通過ArcGIS可視化湖南省產業生態化水平的時空演變特征，進一步構建空間計量模型對湖南省生態產業的驅動因素進行研究，且考慮其空間溢出效應。

二、產業生態化指標體系構建與測度

(一)產業生態化指標體系的構建

1.指標體系

從產業效率和生態效率角度出發，產業效率維度下，選取產業發展水平和資源消耗為主要要素層，生態效率維度下，選取污染排放水平、循環利用水平和生態保護水平為要素層[2][13]，構建產業生態化評價指標體系，如表1所示。

表1 產業生態化評價指標體系

2.數據來源

以2005—2019年湖南省13個地級市為研究對象，包括長沙市、株洲市、湘潭市、衡陽市、邵陽市、岳陽市、常德市、張家界市、益陽市、郴州市、永州市、懷化市和婁底市。產業生態化指標體系所需數據均來自《湖南省統計年鑒》和《中國城市統計年鑒》

(二)產業生態化指標的測度

1.熵值法

進一步采用熵值法構建產業生態化指數，首先對原始數據進行標準化處理，處理方式如下：

(1)

(2)

其中，yij為標準化后的數據，maxxj和minxj分別為指標xj的最大值和最小值。

然后，計算上述指標的指標熵值：

(3)

然后，根據指標熵值ej確定權重：

(4)

最后，運用公式Ni=∑wij×yij計算湖南省產業生態化的得分。

2.耦合協調分析法

產業生態化的評價體系由產業效率和生態效率兩大部分構成，也即由產業系統和生態環境之間的相互作用體現，產業系統為生態環境提供要素支撐，生態環境又是產業系統發展的載體[2]。為判斷產業系統和生態環境間的相互作用程度，引入了耦合度，但可能出現低水平的耦合度比高水平耦合度數值高[19]，無法準確衡量產業系統與生態環境之間的協調程度。為此，本文引入耦合協調分析法研究產業系統與生態環境間的協調程度，也即產業生態化水平。

首先，基于產業效率和生態效率，計算耦合度C：

(5)

其中，C為產業生態化耦合度，C越高則產業生態化耦合度越高；a1和a2分別為產業效率和生態效率。

然后，在測度出耦合度C的基礎上，引入協調度模型，構建耦合協調度模型：

(6)

其中，D為產業生態化的耦合協調度，數值越高則產業生態化耦合協調度越高，β和δ分別表示產業效率和生態效率的權重，分別將其賦值為0.5和0.5。并將耦合協調度劃分為以下十個等級，如表2所示。

表2 耦合協調度等級劃分標準

三、湖南省產業生態化水平的時空演變特征

(一)湖南省產業生態化水平的時序演變

由圖1，從2005年、2010年、2015年和2019年湖南省的產業生態化水平看，除婁底市外，其余地級市的產業生態化水平均波動上升，從整體水平上看，湖南省的產業生態化水平在2010年、2015年、2019年較為平穩。由圖2，在2005年、2010年、2015年，湖南省各城市的產業效率水平均有顯著提高，但到2019年呈下降趨勢。但由圖3，湖南省生態效率水平的變化趨勢與產業生態化水平的變化趨勢相似，除婁底外，其余各地級市的生態效率水平均波動上升，但上升幅度不大，相對平穩。表3、表4為湖南省產業生態化的耦合協調度，與圖1所示的產業生態化水平基本一致，在2005年，除長沙市、株洲市、湘潭市、岳陽市等市以外，其他城市的耦合協調度均較低；但到2019年，除常德市、張家界市、郴州市、懷化市、婁底市等市以外，其他城市都達到了勉強協調。

圖1 湖南省產業生態化水平

圖2 湖南省產業效率水平

圖3 湖南省生態效率水平

表3 2005年、2010年湖南省產業生態化耦合協調度

續表

表4 2015年、2019年湖南省產業生態化耦合協調度

(二)湖南省產業生態化水平的空間演變

基于前文對相關指數的測度，將2005—2019年湖南省13個地級市的產業生態化水平、產業效率水平、生態效率水平和產業生態化耦合協調度分為五個等級，進一步采用ArcGIS軟件對湖南省產業生態化水平、產業效率水平、生態效率水平和產業生態化耦合協調度進行可視化分析，結果如圖4—圖7所示。

由圖4湖南省產業生態化水平的空間分布圖可知，長沙市和株洲市的產業生態化均處于較高水平；益陽市和衡陽市的產業生態化均處于中等水平；張家界市、懷化市、邵陽市和永州市的產業生態化均處于較低水平；岳陽市、婁底市、湘潭市和郴州市的產業生態化水平則有所下降，其中婁底市的下降幅度較大；常德市的產業生態化水平有所波動，但波動幅度較小。類似地，由圖5可知，岳陽市和株洲市的產業效率均處于較高水平；懷化市和婁底市的產業效率均處于較低水平；湘潭市、益陽市、邵陽市和永州市的產業效率有所上升，其中邵陽市的上升幅度最大；長沙市、常德市、張家界市、衡陽市和郴州市的產業效率有所下降，其中張家界市的下降幅度最大。由圖6的湖南省生態效率空間分布圖，長沙市、岳陽市和株洲市的生態效率均處于較高水平；張家界市、懷化市、邵陽市和永州市的生態效率則一直位于較低水平；常德市和郴州市的生態效率呈現上升趨勢；婁底市、湘潭市和益陽市的生態效率呈現下降趨勢，其中婁底市下降幅度最大；衡陽市的生態效率較穩定，均保持在較高水平。由圖7的湖南省產業生態耦合協調度空間分布圖，長沙市、株洲市、湘潭市和岳陽市的產業生態耦合協調度均保持在較高水平；益陽市的產業生態耦合協調度均保持在中等水平；張家界市、懷化市和永州市的產業生態耦合協調度均保持在較低水平；衡陽市和邵陽市的產業生態耦合協調度均出現波動，常德市的產業生態耦合協調度出現小幅的上升，婁底市和郴州市則有小幅下降。

圖4 湖南省產業生態化水平空間分布圖

圖5 湖南省產業效率空間分布圖

圖6 湖南省生態效率空間分布圖

圖7 湖南省產業生態耦合協調度空間分布圖

四、湖南省產業生態化水平的影響因素研究

(一)研究設計

1.空間權重矩陣的選取

Wij表示空間權重矩陣，體現區域之間的關聯性。常見的空間權重是基于兩種因素：一種是基于地理位置，另一種是基于社會經濟因素，前者更為直觀且滿足空間權重矩陣外生性假定，而后者有較強的經濟含義且更符合實際應用。因此，我們選取以下幾種空間矩陣來進行分析。

(1)地理距離空間權重矩陣

地理距離空間權重矩陣為各市域間的歐式距離的倒數，如式(7)所示，歐式距離是根據各地級市的經緯度進行計算得到的，將地理距離空間權重矩陣記為W1。

(7)

其中，dij為市域i和j的歐式距離。

(2)經濟距離空間權重矩陣

與基于地理位置構造的空間權重矩陣相比，經濟空間權重矩陣的實用背景比較強，因此需要建立經濟權重矩陣，如式(8)所示，將經濟距離空間權重矩陣記為W2：

(8)

(3)地理經濟嵌套空間權重矩陣

地理經濟嵌套空間權重矩陣既包含了空間因素也囊括了地理因素，更能綜合反映地區之間的空間關聯效應。地理經濟嵌套權重矩陣為各市域的歐式距離的倒數乘上0.5與人均GDP的歷年均值差的絕對值倒數乘上0.5求和得到的，將地理經濟嵌套空間權重矩陣記為W3。

2.空間自相關檢驗

在空間計量模型的選取上，有以下判斷標準：先采用莫蘭指數進行空間自相關檢驗，若沒通過，則選擇經典面板模型進行估計；若通過了莫蘭檢驗，則說明模型存在空間自相關，進一步對模型選擇進行檢驗判斷。因此，首先利用Stata16.0軟件分別計算在地理距離空間權重矩陣和經濟距離空間權重矩陣下湖南省產業生態化水平的Moran’sI，其空間自相關檢驗結果如表5所示。

表5 湖南省產業生態化水平的Moran’s I

由表5可知，從整體看，在地理距離空間權重矩陣和經濟距離空間權重矩陣下，2005—2019年的Moran’sI指數均顯著，湖南省產業生態化水平通過了顯著性檢驗，存在較為明顯的空間依賴關系。2005—2011年，莫蘭指數波動上升，說明湖南省產業生態化水平呈現地區空間聚集現象；2012—2016年，莫蘭指數波動下降，說明湖南省產業生態化水平的空間聚集現象不斷減輕；2017年，莫蘭指數顯著為0，說明湖南省產業生態化水平不存在空間集聚現象；2018—2019年的莫蘭指數又呈上升趨勢，說明湖南省產業生態化水平的空間聚集現象逐漸增強。

3.模型構建

(1)基本模型的設定

為研究湖南省產業生態化水平的影響因素，選取產業生態化、經濟發展水平、研發水平、外商直接投資等變量，構建了如下模型：

Yit=α0+αnXit+ηi+γt+εit

(9)

其中，Yit為被解釋變量，也即湖南省各市的產業生態化水平ecology，由上述指標體系通過熵值法得到。Xit為解釋變量，即影響湖南省產業生態化水平的因素[2][10]，包括以下變量：gdpit為經濟發展水平，用各市人均GDP衡量；RDit為研發水平，用該市大中型工業企業的R&D內部研發經費支出占GDP的百分比表示；FDIit為外商直接投資，用人均利用外資占GDP的百分比表示；industryit為產業結構，根據徐德云(2008)[20]的研究，本文設定為1*第一產業占比+2*第二產業占比+3*第三產業占比；investit為政府調控能力，用全社會固定資產投資占GDP的比值表示；solidit為治污水平，用生活污水處理率表示。ηi表示個體固定效應，γt表示時間固定效應，εit為誤差項。變量的描述性統計如表6所示①。

表6 變量的描述性統計

(2)空間計量模型的設定

進一步構建空間計量模型對湖南省產業生態化的驅動因素進行研究，如式(10)所示。

(10)

主要的空間計量模型設定存在以下三種形式：

(3)空間計量模型的選取

表7 空間計量模型的檢驗結果

由表7可知，當矩陣為地理距離空間矩陣時，Wald_error檢驗和穩健LM_error檢驗均顯著，也即拒絕原假設“空間杜賓模型可退化為空間誤差模型”，根據上述判斷法則，可選擇空間杜賓模型，且Hausman檢驗顯示應選用隨機效應模型，因此，地理距離空間矩陣下應選用隨機效應的空間杜賓模型。當矩陣為經濟距離空間矩陣時，Wald檢驗和LR檢驗均拒絕原假設，也即空間杜賓模型不能簡化為空間誤差模型和空間滯后模型，又由Hausman檢驗顯示應選用隨機效應模型，因此，經濟距離空間矩陣下應選用隨機效應的空間杜賓模型。

(二)結果分析

1.空間回歸結果

在地理距離空間矩陣和經濟距離空間矩陣下，分別對湖南省產業生態化水平的驅動因素進行研究，結果如表8所示。

表8 湖南省產業生態化水平的OLS回歸和空間回歸結果分析

續表

由模型(1)的OLS回歸中，經濟發展水平和治污水平的提高，均可顯著促進湖南省13個地級市產業生態化水平的發展，但第三產業比重的上升和全社會固定資產投資占GDP的比重增加顯著不利于湖南省產業生態化水平的發展，外商直接投資、研發水平對湖南省產業生態化水平則沒有顯著影響。由模型(2)和模型(3)，滯后系數ρ為正且顯著，說明湖南省產業生態化水平存在空間相關性，也即相鄰城市的產業生態化水平每增加1%，本城市的產業生態化水平會增加0.22%左右。模型(2)表明，湖南省經濟發展水平、政府調控能力和治污水平的提高可顯著促進湖南省產業生態化水平，但外商直接投資的增加顯著不利于湖南省產業生態化水平的提高；從其空間效應看，經濟發展水平的提高對其鄰近城市的產業生態化水平存在顯著的抑制作用，但研發投入的增加又會呈現促進作用。由模型(3)，湖南省經濟發展水平、治污水平和政府調控能力的提高可顯著促進湖南省產業生態化水平，外商直接投資的增加顯著不利于產業生態化水平的提高；從空間效應看，經濟發展水平的提高對其鄰近城市的產業生態化水平存在顯著的抑制作用。

又因Lesage和Pace(2009)[21]建議用“直接影響”和“間接影響”來衡量解釋變量對因變量的影響程度，故本文進一步列出了空間杜賓模型下各影響因素對湖南省產業生態化水平的直接影響與間接影響，如表9所示。

表9 空間杜賓模型的直接效應與間接效應

由表9，空間杜賓模型的直接效應為該市的解釋變量對該市產業生態化水平的平均影響，在地理距離空間矩陣下，經濟發展水平、治污水平和政府調控能力的提高可顯著促進該市產業生態化水平的提高，但外商直接投資的增加顯著不利于該市產業生態化水平的提高；在經濟距離空間矩陣下，該市的經濟發展越好、治污水平越高、政府調控能力越強，該市的產業生態化水平就會越高。空間杜賓模型的間接效應為該市的解釋變量對其他城市產業生態化水平的平均影響，在地理距離空間矩陣下，該市經濟發展水平的提高會顯著抑制其他城市產業生態化水平，在經濟距離空間矩陣下，經濟發展水平的提高顯著不利于其他城市產業生態化水平的提高。

2.穩健性檢驗

在表1的指標體系構建中，將產業生態化分為產業效率和生態效率兩個二級指標，故在穩健性檢驗中，分別選用產業生態化水平、產業效率和生態效率為被解釋變量，權重矩陣選用地理經濟嵌套空間權重矩陣，結果如表9所示。

根據表10的相關檢驗，產業生態化水平的空間模型應選用隨機效應的空間杜賓模型，產業效率的空間模型應選用固定效應的空間杜賓模型，生態效率的空間模型應選用隨機效應的空間杜賓模型。

表10 空間杜賓模型的直接效應與間接效應

產業生態化的回歸結果顯示，該市經濟發展水平、治污水平的增加和政府調節能力的提高都可顯著提高本市的產業生態化水平，外商直接投資的增加顯著不利于該市產業生態化水平的提高；該市經濟發展水平的提高顯著不利于其他城市產業生態化水平的提高，治污水平的增加會提高其他城市的產業生態化水平。產業效率的回歸結果顯示，該市經濟發展水平的增加和政府調控能力的提高顯著促進本市的產業效率水平，外商直接投資、第三產業比重的增加顯著不利于本市產業效率水平的提高；該市研發投入的增加顯著促進其他城市產業效率水平的提高，經濟發展水平、外商直接投資的增加顯著不利于其他城市產業效率水平的提高。生態效率的回歸結果顯示，該市經濟發展水平的增加、政府調控能力的提高、第三產業比重的增加都可顯著提高本市的生態效率水平，但該市外商直接投資的增加顯著不利于本市生態效率水平的提高；該市外商直接投資的增加將顯著提高其他城市的生態效率水平，但經濟發展水平提高和第三產業比重增加顯著不利于其他城市生態效率水平的提高。與前文空間回歸結果基本一致，前文結論穩健。

五、結論與政策建議

本文以2005—2019年湖南省13個地級市為研究對象，通過構建產業生態化水平評價指標體系，采用熵值法和耦合協調分析法對湖南省產業生態化水平和產業生態化耦合協調度進行計算，進一步采用ArcGIS軟件對湖南省產業生態化水平的時空演變特征進行可視化分析，發現湖南省東部長沙市和株洲市的產業生態化始終保持較高水平，中部婁底市和湘潭市的產業生態化水平則呈現下降趨勢，西部張家界市、懷化市和南部的永州市則處于較低的水平。湖南省東部長沙市、株洲市和岳陽市的產業生態耦合協調度均保持較高水平，中部婁底市的產業生態耦合協調度則存在下降趨勢，西部張家界市和懷化市的產業生態耦合協調度均處于較低水平。即均呈現“東高西低”的格局。在驅動因素的研究上，經濟發展水平和治污能力的提高可顯著促進該市產業生態化水平的提高，第三產業比重的上升和全社會固定資產投資占GDP的比重增加顯著不利于湖南省產業生態化水平的發展；該市外商直接投資和研發投入的增加會提高其他城市產業生態化水平。

以上結論為在考慮空間溢出效應的基礎上，如何提高湖南省產業生態化水平提出了切實可行的建議：一是重視湖南省局部區域的產業生態化水平的提升。針對湖南省產業生態化水平存在的空間分異特征，對湖南省局部區域的產業生態化水平應予以一定的重視，且考慮到經濟發展、技術研發投入、治污水平、第三產業比重和全社會固定資產投資占GDP的比重對產業生態化水平的影響及其空間溢出效應，應重點發展湖南省南部城市和北部城市的經濟，提高經濟發展水平、治污水平和政府調控能力。二是充分考慮到驅動因素的空間溢出效應。在對本市產業生態化水平不影響的基礎上，吸引外商直接投資，增加研發投入，以發揮正向空間溢出效應，提高其他城市的產業生態化水平。三是從產業效率和生態效率的角度出發，考慮提升產業效率和生態效率以整體提升產業生態化水平。大力提升經濟發展水平和政府調控能力，但本市經濟發展水平的提高可能會導致其他城市的產業效率水平降低。

注 釋：

① 為減小異方差，對上述變量均進行了對數處理。