黃河流域科技創新與低碳經濟耦合協調及障礙因子研究

劉建華，王慧揚

（1.鄭州大學 管理學院，河南 鄭州 450001；2.鄭州大學 黃河生態保護與區域協調發展研究院，河南 鄭州 450001）

1 引 言

隨著經濟社會的不斷發展，常規能源消耗產生了顯著的負外部性［1］，引發了一系列的氣候問題，全球已然將關注點聚焦于低碳經濟。低碳經濟是以低能耗、低污染、低排放為基礎的經濟發展模式，強調以經濟、社會和環境可持續發展為前提［2］。2020年9月22日，我國在第七十五屆聯合國大會上提出了2030年實現碳達峰的承諾和2060年實現碳中和的愿景，隨后“雙碳目標”被列入我國“十四五”規劃，彰顯我國應對氣候變化的堅定決心。實現“雙碳目標”，需要統籌好整體與局部的關系，處理好長期與短期的問題［3］。“雙碳目標”的實現需要以科技創新為支撐，同時“雙碳目標”的實現過程也將助推科技創新不斷進步，從而實現兩者的良好互動。

黃河流域作為國家重大戰略實施地，需要科技創新和低碳經濟的雙重驅動，以實現生態保護和高質量發展［4－5］。近年來，黃河流域經濟、人口、資源、環境等方面的和諧程度不斷提升［6］，但在低碳背景下，黃河流域生態保護和高質量發展遇到了新的挑戰。黃河流域年產煤量約占全國年總產量的70%，對于保障國家能源安全具有重要意義。目前，黃河流域能源需求量不斷攀升，但能源開采、加工方式較為粗獷。黃河流域高污染、高耗能工業基地集聚，特別是能源化工產業的碳排放量巨大、碳排放治理難度大等問題亟待解決［7－8］。此外，黃河流域創新動力不足［9］，科技對促進綠色低碳發展的路徑不明晰［10］，產生了“雙碳目標”實現的阻力。因此，探究黃河流域科技創新與低碳經濟的耦合協調度及其影響因素，對黃河流域實現“雙碳目標”及高質量發展具有重要意義。

目前，有關科技創新與低碳經濟相互影響的研究主要集中在3個方面：①科技創新對低碳經濟的“雙向”影響。一方面，科技進步與創新是我國發展低碳經濟的核心和動力［11－12］，并且經濟的綠色增長與科技創新不可分離，綠色技術正在潛移默化地影響人們的生產生活方式［13］。“創新紅利”被認為是經濟新常態下實現綠色發展的關鍵因素［14］，通過提升城市科技創新水平，不僅能夠助推低碳經濟發展，而且能夠抵消產業轉型升級對經濟社會帶來的短期負面影響［15－16］。另一方面，科學技術的發展可能會產生“回彈效應”，從而阻礙低碳綠色發展［17］。曾剛等［18］認為，城市技術創新能力的提升會先抑制后促進城市綠色發展。②低碳經濟倒逼科技創新水平不斷提高。雙碳目標的提出為我國的低碳經濟發展提供了新的指引，我國碳中和技術發展要以保障碳排放高質量達峰和實現碳中和目標提供技術可行、經濟可承受的科技支撐為目標［19－20］，低碳經濟的發展對低碳技術創新的促進作用明顯［21－22］。要提升低碳技術創新水平，在資金投入方面，應盡快建立以政府投入為指引、企業資金為主體、金融信貸為支撐等的創新投入渠道［23］；在體系建設方面，可以通過基礎技術、重大裝備、示范工程和創新平臺四位一體同步推進的能源科技創新體系來加速低碳技術創新的發展［24］。③科技創新與低碳經濟的互動關系。吳迪等［25］通過分析科技革命對低碳經濟的作用，認為我國要抓緊引進和研發低碳技術，打造低碳產業，從而在新常態下確立和完善低碳經濟體系。康紹大等［26］以天津市為例，對科技進步與低碳經濟間的關系進行了分析，發現兩者存在密切的聯系，低碳經濟需要科學技術支撐，創新投入又驅動低碳經濟的發展。高大偉［27］研究發現我國的科技創新系統與低碳經濟系統呈現互相推動和共同協調發展的趨勢。

總之，低碳經濟需要以科技創新為支撐，科技創新應以低碳綠色發展為目標，但多數研究聚焦在單向傳導或理論研究上，缺乏兩者互動機制及其影響因素分析。因此，本文利用耦合協調模型對黃河流域科技創新與低碳經濟耦合協調度進行分析，采用障礙因子診斷模型對影響因素進行分解，并依據現實需要提出針對性的對策建議，以期為實現黃河流域“科技助低碳，低碳促科技”目標提供參考。

2 理論研究

耦合反映的是兩個或兩個以上系統間相互作用的動態關聯。科技創新與低碳經濟作為推進黃河流域生態保護和高質量發展的重要手段，對流域實現“雙碳目標”具有重要影響。

（1）科技創新對低碳經濟的影響：①科技創新是影響產業結構優化的關鍵因素，通過加速生產要素流動等方式促使原有的煤化工等高耗能產業升級，同時催生出一系列綠色新興產業，能夠在一定程度上抑制碳排放。②科技創新促使能源結構不斷優化，為低碳經濟提供有力支撐。科技創新一方面通過開發新能源技術和材料技術等手段不斷降低清潔能源使用成本，擴大清潔能源使用規模，另一方面利用新工藝技術提升煤炭等化石能源的使用效率，逐步調整能源結構向綠色化發展，在促進經濟發展的同時，降低碳排放。③科技創新引領綠色消費，推動低碳經濟發展。通過科技創新不斷減少高耗能產品，刺激綠色消費，降低生活能耗，尤其是近年來科技創新與傳統行業相結合，以“互聯網＋”的方式深刻改變了人們的生產生活方式，綠色生活逐漸成為共識。

（2）低碳經濟倒逼科技創新：①在低碳經濟發展過程中，政府環境規制的作用是顯著的，政府通過政策引導、稅收激勵、行政處罰等手段增加高污染企業的生產成本，刺激企業為追求低成本而提高科技創新水平。②隨著低碳經濟逐步推進，社會生態意識有所提升，消費者逐漸傾向于多為綠色技術產品支付對價，這極大地激發了企業進行科技創新的積極性。綠色科技創新形成規模效應后，相關研發成本和風險逐漸降低，又進一步推進企業進行科技創新。③低碳經濟的發展離不開綠色金融的支持，而綠色金融能夠通過資源配置、重組，引導資金流向環境友好企業，為其科技創新提供必要的資金支持，同時也會強化綠色信息的披露，限制高污染企業融資。

3 研究設計

3.1 研究方法

3.1.1 熵值法

為解決各指標單位不同不便于比較的問題，需要對數據進行標準化處理，本文采用極差法對數據進行標準化處理。計算公式為

式中：Xij、X′ij為原始數據和標準化處理后的數據，i為省份，共n個，j為指標數，共m個；Xmax、Xmin為第j個指標的最大值、最小值；Cij為中間變量；Sj為信息熵；Wj為指標權重；Zi為綜合發展指數。

3.1.2 耦合協調度模型

耦合協調度模型用以分析事物的協調發展水平，為探究黃河流域科技創新與低碳經濟的耦合協調度，本文借鑒姜磊等［28］修正后的耦合函數來計算科技創新與低碳經濟的耦合度，耦合度取值范圍為［0，1］，計算公式為

式中：C為耦合度；U1和U2分別為科技創新與低碳經濟子系統對復合系統的綜合貢獻度。

耦合度的高低并不能說明復合系統的耦合與否，因此建立模型對該復合系統的耦合協調度進行研究，具體指標的計算公式為

式中：D為耦合協調度；T為科技創新與低碳經濟子系統的綜合協調指數；α和β為待定系數，兩者均取0.5。

耦合協調等級評價標準見表1。

表1 耦合協調等級評價標準

3.1.3 障礙因子診斷模型

采用障礙因子診斷模型對黃河流域科技創新與低碳經濟耦合協調發展的障礙因子進行評價，計算公式為

式中：Tij為指標偏離度；Oij為障礙度，數值越大說明該因子對黃河流域科技創新與低碳經濟的耦合協調發展阻礙越大。

3.2 區域概況和數據來源

將黃河流域九省（區）作為研究區域，基于2010—2019年數據進行科技創新與低碳經濟的耦合差異分析。各指標數據來源于2010—2019年《中國統計年鑒》《中國科技統計年鑒》《中國火炬統計年鑒》《中國能源統計年鑒》及九省（區）統計公報、水資源公報等公開數據。部分年份缺失的數據采用相鄰年份均值或用插值法補充。

3.3 指標選取

影響科技創新與低碳經濟發展的因素眾多，綜合考慮指標的科學性、代表性、可獲取性等，構建了科技創新與低碳經濟綜合評價指標體系，并通過熵值法計算權重，見表2。

表2 黃河流域科技創新與低碳經濟指標體系

在科技創新方面，主要參考劉建華等［29］的相關研究，從創新投入和創新產出兩方面選取二級指標。我國正在由科技大國向科技強國邁進［30］，科技創新是贏得國際競爭優勢的關鍵［31］，其對區域高質量發展至關重要，從創新投入和創新產出兩個方面能夠較為全面評價區域科技創新水平。因此，選取研發強度、科研機構數量、科技預算指數3個二級指標評價區域對于科技創新的支持程度；選取國內授權專利數量、技術市場成交額、高新技術企業增加值、規模以上企業新產品銷售收入4個二級指標評價區域科技創新成果轉化效率。在低碳經濟方面，綜合考慮了陽玉香等［32－33］的研究成果。低碳經濟涉及經濟、社會、環境等方面，從社會基礎、生態環境和綠色技術三方面選取二級指標。在社會基礎方面選取人均能源消費量、煤炭消費比重和污水處理率3個二級指標進行評價；在生態環境方面選取森林覆蓋率和人均綠地面積2個二級指標進行評價；在綠色技術方面選取工業廢氣處理設施數量、固體廢棄物綜合利用率和工業廢水日處理能力3個二級指標進行評價。

4 實證分析

4.1 發展水平測算

2010—2019年黃河流域九省（區）科技創新指數和低碳經濟指數見圖1、圖2。

圖1 2010—2019年黃河流域九省（區）科技創新指數

圖2 2010—2019年黃河流域九省（區）低碳經濟指數

由圖1可知：①黃河流域科技創新的整體水平呈現穩步提升的趨勢，科技創新指數由2010年0.123 8上升至2019年的0.273 6，說明黃河流域的科技創新相關工作取得了重大階段性成果，創新能力得到顯著提升。從提升速度來看，科技創新指數保持穩定上升的趨勢，特別是2019年以來，九省（區）的科技創新水平均有較大幅度的提升，說明黃河流域生態保護和高質量發展重大國家戰略的實施，有效改善了黃河流域整體經濟發展方式。②九省（區）的科技創新指數呈現一定的區域差異，位于下游的山東、河南兩省發展速度均較快，尤其是山東遙遙領先于其他省份，上游地區除四川之外，其他省（區）上升速度緩慢，且發展水平持續偏低。因此，應優化資源分配機制，提高中上游省（區）的資源可獲取能力，加強上、中、下游的交流與合作，促進黃河流域協同發展。

由圖2可知，黃河流域低碳經濟指數呈現穩定上升趨勢，低碳經濟指數由2010年的0.360 3上升至2019年的0.481 5。在低碳經濟發展差異方面，上、中、下游的發展水平差異較小，特別是位于上游的寧夏與中游各省（區）的水平相當，這說明黃河流域九省（區）均對低碳經濟給予了足夠的重視，綠色低碳發展取得了顯著的成效。從增長速度來看，2010—2017年九省（區）的低碳經濟發展迅猛，2018—2019年上游和中游地區均出現發展速度減緩甚至負增長率的狀況，而下游地區的山東、河南依然保持較快的發展速度，這說明在低碳經濟發展過程中，部分省（區）面臨增長乏力的問題，因此九省（區）需要保持相關政策的一致性，防止前期刺激過大、后期波動的情況發生。

4.2 耦合研究結果

通過確定權重對黃河流域科技創新與低碳經濟的發展水平進行測度，并以此為基數，利用耦合協調度模型對科技創新與低碳經濟耦合協調關系進行探究。黃河流域九省（區）10 a間的平均耦合協調等級見圖3。由圖3可見，九省（區）科技創新與低碳經濟耦合協調等級差異較大。黃河上游各省（區）的耦合協調差異顯著，四川耦合協調等級為中級協調，甘肅、青海、寧夏均處于失調狀態。黃河中游的陜西、內蒙古處于初級協調，山西為勉強協調。黃河下游山東、河南的耦合協調等級優于上中游省（區）的，其中山東耦合協調等級為全流域唯一的優質協調，河南達到了初級協調。

圖3 黃河流域九省（區）2010—2019科技創新與低碳經濟平均耦合協調等級

黃河流域九省（區）2010—2019年逐年耦合協調度見圖4。山東的耦合協調度遠遠高于其他省（區）的，并且在2010年就達到中級協調，2016年達到優質協調，這說明山東順應時代發展潮流，大力推進科技創新和低碳經濟的發展，優化產業結構、提高發展質量，兩者實現了充分互動。四川和河南在2010—2015年的耦合協調度相當，處于勉強協調和初級協調的狀態，2016—2019年耦合協調度顯著提高，四川于2019年達到中級協調，這說明四川和河南較高的經濟社會發展水平為科技創新提供了堅實的基礎，同時也促進了低碳經濟的發展。黃河中游各省（區）的耦合協調度相當，陜西相對較高，經歷了2010年瀕臨失調、2011—2014年勉強協調、2015—2017年初級協調、2018—2019年中級協調4個發展階段。陜西高校眾多，為科技創新與低碳經濟發展提供了人才、技術等方面的支持，創新、綠色發展潛力巨大。山西的耦合協調等級在10 a的評估期間處于勉強協調和初級協調之間。山西、內蒙古兩省（區）整體協調度較低，缺乏相關的資源支撐，在科技創新和低碳經濟方面都遜色于陜西。黃河上游的三省（區）（四川除外）耦合協調度整體較中游和下游地區的低，一直處于失調狀態，說明黃河上游地區的低碳經濟發展并未有效推動科技創新，對于上游地區來說，更需要加強兩個系統間的互動，推動二者向協調方向轉變。

圖4 黃河流域九省（區）2010—2019年逐年耦合協調度

4.3 耦合協調障礙因子分析

基于上述發展水平與耦合協調度分析，運用障礙因子診斷模型對黃河流域科技創新與低碳經濟耦合協調的障礙因子進行測算。

從時間維度來看，2010—2019年各一級指標障礙度排序為創新產出＞綠色技術＞創新投入＞社會基礎＞生態環境，障礙度平均值分別為38.71%、19.73%、17.14%、13.80%、10.63%，該結果在各年間差異較小。從障礙度平均值可以看出，黃河流域創新產出對科技創新與低碳經濟耦合協調的障礙度遠大于其他系統，綠色技術次之，該結果說明注重創新及其轉化能力對科技創新與低碳經濟耦合協調發展具有重要意義。

2010—2019年科技創新與低碳經濟耦合協調二級指標主要障礙因子與障礙度，見表3。由表3可見，10 a間障礙度排名前七的二級指標相對穩定。在科技創新能力制約方面，創新產出的障礙度大于創新投入的障礙度。規模以上企業新產品銷售收入（X7）障礙度平均值為13.28%，穩居首位，這表明企業新產品產出對黃河流域科技創新與低碳經濟耦合協調的阻礙程度較高。技術市場成交額（X5）和科技預算指數（X3）的障礙度也較大，技術市場是溝通科技與經濟的橋梁，尤其是近年來數字經濟的發展，技術市場交易火熱，但黃河流域經濟基礎薄弱、科技創新能力不強，技術市場交易量不大與政府支持不足有關，阻礙了科技創新與低碳經濟的友好互動，因此政府應加大對黃河流域先進技術的支持力度，同時注重先進技術的開發與引進。近年來，國內授權專利數量（X4）障礙度維持在7%以下，較前些年障礙度有所下降，這也說明近年來黃河流域科技創新產出水平在一定程度上有所改善。在低碳經濟發展的制約方面，人均能源消費量（X8）的障礙度為11%左右，一直維持在較高水平，反映出黃河流域經濟發展水平亟待提升的現狀。企業是社會生產的基礎單位，其工業廢氣廢水的處理能力（X13、X15）的障礙程度在近年來仍然較高，這更加明確了企業在低碳經濟發展中的社會責任。

表3 2010—2019年耦合協調二級指標主要障礙因子與障礙度

從空間維度來看，2010—2019年黃河流域九省（區）一級指標的障礙度情況見圖5。由圖5可知，創新產出是制約九省（區）科技創新與低碳經濟耦合協調發展的最重要因素，其次是社會基礎、創新投入、生態環境、綠色技術。具體來看，耦合協調度排名在前三省份的障礙因子主要是低碳經濟中的社會基礎、綠色技術中的相關因子，原因是山東、四川、河南在黃河流域經濟發展水平與科技水平均相對較高，但在經濟社會發展的同時會產生對低碳經濟的負面影響，如能源消費量大、廢氣和廢水處理壓力大等問題，因此需要提升科技創新轉化效率及應用范圍。耦合協調度排名較為靠后的省（區）主要聚集在黃河流域的中上游，其障礙因子主要是與低碳經濟有關的生態環境、綠色技術和與科技創新相關的創新投入。黃河流域中上游生態環境脆弱，煤炭資源富集，擁有山西、鄂爾多斯、蒙東三大國家綜合能源基地，科技投入不足等問題突出，因此在黃河流域中上游高質量發展過程中，應繼續關注生態環境問題，加大綠色創新投入。

圖5 2010—2019年黃河流域九省（區）一級指標障礙度分布

5 結論與建議

5.1 結 論

本文利用熵權法和耦合協調度模型對黃河流域九省（區）科技創新與低碳經濟的耦合協調度進行了測算，運用障礙因子診斷模型對耦合協調的影響因素進行分析，結論如下：①黃河流域九省（區）的科技創新與低碳經濟指數都處于逐年增長的態勢，省（區）間科技創新指數的差異較大，而低碳經濟指數的差異較小；②黃河流域科技創新與低碳經濟的耦合協調度差異較大，從嚴重失調到優質協調等級均有，協調程度由西部欠發達地區向東部地區依次遞增；③從時間維度看一級指標障礙度平均值排序為創新產出＞綠色技術＞創新投入＞社會基礎＞生態環境，耦合協調度高的省（區）的障礙因子主要是低碳經濟中的社會基礎、綠色技術中的相關因子，耦合協調度低的省（區）的障礙因子主要是與低碳經濟有關的生態環境、綠色技術和與科技創新相關的創新投入。

5.2 建 議

基于上述結論提出如下建議：①開發節能減排技術，加快低碳科技成果轉化。黃河流域科技創新發展水平偏低，因此要發揮科技創新對低碳經濟的基礎作用，持續加大低碳類科技創新投入力度，提升新型基礎設施建設速度，開發能源高效利用和資源循環使用的新技術，特別是提高煤炭、化工等能耗高、碳排放量大行業的新技術使用率，推廣清潔能源的利用。②大力發展新興產業，從源頭降低環境污染。把握數字化、信息化發展契機，加緊孵化一批以創新為基礎的戰略新興產業，如信息產業、新能源產業、新材料產業等。一方面能推進黃河流域整體產業結構轉型升級，另一方面也能減少化石能源消耗、抑制碳排放，從戰略層面為實現“雙碳目標”貢獻力量。③堅持科技創新與制度創新相融合，充分發揮政府環境規制作用。科技創新是低碳經濟的核心動力，而制度創新則是低碳經濟和科技創新的重要保障。以低碳經濟環境規制倒逼科技創新，營造良好的創新生態，完善碳交易和生態補償機制，提升碳匯能力，能夠從根本上促成科技創新與低碳經濟的友好互動，最終實現經濟社會高質量發展。