馮俊華，王 倩，鄭廣文

（陜西科技大學 經濟與管理學院，陜西 西安 710021）

高技術產業(yè)發(fā)展對人類經濟社會和生態(tài)環(huán)境等具有巨大影響，而科技創(chuàng)新是當前突破產業(yè)發(fā)展瓶頸的動力源泉，探索高技術產業(yè)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境的內在聯(lián)系可為破解黃河流域協(xié)調發(fā)展難題、助推黃河流域高質量發(fā)展提供思路。 關于科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境的定性及定量研究成果頗豐［1-13］，但關于黃河流域高技術產業(yè)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境交互影響機理及耦合關系的研究尚有缺失。 因此，筆者依據黃河流域的實際情況和高技術產業(yè)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境交互影響機理構建耦合協(xié)調評價指標體系，測度黃河流域各省份2005—2019年高技術產業(yè)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調狀況，并借助莫蘭指數、基尼系數、核密度曲線等對其進行時空聯(lián)系分析，以期為黃河流域高質量發(fā)展提供理論依據和參考。

1 研究方法

1.1 評價指標體系構建

高技術產業(yè)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境交互影響機理見圖1。 生態(tài)環(huán)境是高技術產業(yè)科技創(chuàng)新的催化劑：第一，為高技術產業(yè)提供水、土地等物質基礎及良好的生產環(huán)境；第二，促使人才、資金及企業(yè)集聚，并推進招商引資工作，進而實現(xiàn)原技術改造及新技術吸收，提高科技創(chuàng)新水平與綜合競爭力；第三，倒逼高技術產業(yè)科技創(chuàng)新，隨民眾環(huán)保意識增強及對綠色產品與環(huán)境舒適度的強烈需求，政府通過收取高額排污費、大力整改高能耗企業(yè)，迫使企業(yè)引進新技術、提高資源利用率和產品質量。 高技術產業(yè)科技創(chuàng)新對生態(tài)環(huán)境有多方面影響：第一，通過科技創(chuàng)新減少資源消耗量、提高能量傳遞及利用效率，催生眾多新技術及環(huán)保產品，增強生態(tài)環(huán)境承載力與經濟價值；第二，為生態(tài)環(huán)境保護提供技術支持、助力經濟結構轉型升級，發(fā)展節(jié)能環(huán)保與新能源產業(yè)，促使產業(yè)向綠色低碳發(fā)展、向集約型轉變進而實現(xiàn)循環(huán)經濟與綠色發(fā)展；第三，通過科技創(chuàng)新轉變民眾思維，運用新技術進行環(huán)境狀況監(jiān)測和可視化表達，使民眾強化科技環(huán)保意識等。 為實現(xiàn)高質量發(fā)展，高技術產業(yè)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境應均衡發(fā)展。

圖1 高技術產業(yè)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境交互影響機理

基于高技術產業(yè)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境交互影響機理分析和系統(tǒng)思維（把高技術產業(yè)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境作為兩個系統(tǒng)），結合文獻研究法、詞頻統(tǒng)計法，遵循指標的可獲取性等原則并考慮指標縱橫向的匹配性［14-16］，構建高技術產業(yè)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調評價指標體系。 對于高技術產業(yè)科技創(chuàng)新系統(tǒng)，從投入、產出視角（準則層）設置10 個指標；對于生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)，按照壓力、狀態(tài)、響應3 個方面（準則層）設置16 個指標，其中壓力方面的指標反映資源消耗及其對生態(tài)環(huán)境的負面影響、狀態(tài)方面的指標反映生態(tài)環(huán)境承載力和自我調節(jié)水平、響應方面的指標表征各類生態(tài)環(huán)境保護措施等（見表1）。 各指標數據源于2005—2019年《中國高技術產業(yè)統(tǒng)計年鑒》《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》及各省份統(tǒng)計年鑒等，對部分缺失數據采用前后均值法或線性插值法補缺。 指標權重采用熵值法確定。

表1 高技術產業(yè)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調評價指標體系

1.2 耦合協(xié)調測度

（1）綜合發(fā)展指數。 高技術產業(yè)科技創(chuàng)新綜合發(fā)展指數、生態(tài)環(huán)境綜合發(fā)展指數計算公式如下：

式中：UT為高技術產業(yè)科技創(chuàng)新綜合發(fā)展指數；wTi、xTi分別為高技術產業(yè)科技創(chuàng)新系統(tǒng)第i個指標的權重、歸一化指標值；nT為高技術產業(yè)科技創(chuàng)新系統(tǒng)的指標個數；UE為生態(tài)環(huán)境綜合發(fā)展指數；wEi、xEi分別為生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)第i個指標的權重、歸一化指標值；nE為生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的指標個數。

依據兩個系統(tǒng)綜合發(fā)展指數UT、UE的大小分別對高技術產業(yè)科技創(chuàng)新、生態(tài)環(huán)境綜合發(fā)展水平進行等級劃分，劃分標準見表2。 依據UT與UE的大小對比，劃分高技術產業(yè)科技創(chuàng)新、生態(tài)環(huán)境兩系統(tǒng)關系的基本類型：UT＞UE為生態(tài)環(huán)境滯后型，UT=UE為同步發(fā)展型，UT＜UE為高技術產業(yè)科技創(chuàng)新滯后型。

表2 綜合發(fā)展水平等級劃分標準

（2）耦合協(xié)調度。 物理學中的耦合概念是指雙系統(tǒng)或多系統(tǒng)互相作用產生交互關系的密切程度，被廣泛用于社會經濟學研究。 采用耦合度反映高技術產業(yè)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境兩系統(tǒng)間的相互影響強度，計算公式如下：

例如，教師在給學生講解《鯨》的課文內容時，教師可以為學生制作多媒體動畫，讓學生欣賞鯨魚的進化過程，了解更多的科學知識。教師再引導學生學習鯨魚不是魚的原因，啟發(fā)學生進行學習和思考。然后，教師可以讓學生簡單概括鯨魚的特點，然后再為學生擬定標題，讓學生練習寫科普類的作文，從而發(fā)展學生的科學修養(yǎng)，鍛煉學生的寫作能力。

耦合度值域為［0，1］，其值越大表示兩系統(tǒng)耦合度越高。 耦合度無法區(qū)分高水平與低水平耦合，且不能凸顯系統(tǒng)整體發(fā)展程度，因此引入耦合協(xié)調度，計算公式如下：

式中：a、b為反映兩系統(tǒng)重要性的系數，考慮到高技術產業(yè)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境兩系統(tǒng)同等重要，因此取a=b=0.5。

依據高技術產業(yè)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調度D值的大小對耦合協(xié)調狀態(tài)進行分類，分類標準見表3。

表3 耦合協(xié)調狀態(tài)分類標準

1.3 耦合協(xié)調度時空聯(lián)系分析

（1）全局莫蘭指數。 利用全局莫蘭指數判定耦合協(xié)調度是否存在空間（省份間）相關性，計算公式如下：

式中：I為全局莫蘭指數，其值域為［-1，1］，越趨近1表明空間正相關度越高、省份間聯(lián)系越密切，越趨近-1表明空間負相關度越高、省份間聯(lián)系越不密切，等于0 表明空間不相關、省份間無聯(lián)系；n為省份數，本研究n=9；i、j為省份序號；wij為i、j兩省份的鄰接權重（即空間鄰接權重矩陣的元素，i、j兩省份相鄰時取1，否則取0）；Di、Dj分別為省份i、j的耦合協(xié)調度；為各省份耦合協(xié)調度均值。

（2）基尼系數。 基尼系數用于判斷區(qū)域間相對差異及其主要來源，計算公式如下：

式中：G為總體基尼系數，反映耦合協(xié)調度區(qū)域間整體差異，其值越大表明區(qū)域間差異越大，G可分解為區(qū)域內差異（Gw）、區(qū)域間差異（Gnb）和超變密度（Gt），區(qū)域內基尼系數、區(qū)域間基尼系數、超變密度計算方法與總體基尼系數計算方法類似［17］；k為區(qū)域數量，本研究把黃河流域分為上游（包括內蒙古、四川、甘肅、青海、寧夏5 個省份）、中游（包括山西、陜西2 個省份）、下游（包括山東、河南2 個省份）3 個區(qū)域；j、h為區(qū)域編號；nj、nh分別為區(qū)域j、h內的省份數；i、r分別為區(qū)域j、h內的省份編號；Dji為區(qū)域j內省份i的耦合協(xié)調度；Dhr為區(qū)域h內省份r的耦合協(xié)調度。

（3）核密度估計。 對高技術產業(yè)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調度進行非參數核密度估計［18］并繪制核密度曲線，根據核密度曲線的峰值及延展性等，分析高技術產業(yè)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調度的空間差異和動態(tài)演變趨勢。

2 結果與分析

2.1 綜合發(fā)展水平

圖2 各省份2005年和2019年高技術產業(yè)科技創(chuàng)新綜合發(fā)展指數

圖3 各省份2005年和2019年生態(tài)環(huán)境綜合發(fā)展指數

由圖2、表2可知，位于東南部的四川、陜西、河南及山東4 個省份高技術產業(yè)科技創(chuàng)新綜合發(fā)展水平2005年和2019年均為中等及以上，其中四川由2005年的較高躍升至2019年的優(yōu)質、陜西在研究期內始終為較高、河南由中等升至較高、山東始終為優(yōu)質，而位于西北部的青海、甘肅、寧夏、內蒙古、山西5 個省份則始終為低等。 各省份高技術產業(yè)科技創(chuàng)新綜合發(fā)展指數極差2005年為0.87、2019年為0.85，說明各省份高技術產業(yè)科技創(chuàng)新綜合發(fā)展水平差距逐漸縮小且整體呈向好態(tài)勢。

由圖3、表2可知，2005—2019年僅青海和寧夏2個省份生態(tài)環(huán)境綜合發(fā)展水平發(fā)生了變化，其他省份保持不變，其中：青海生態(tài)環(huán)境綜合發(fā)展水平從高等回落至較高（綜合發(fā)展指數由2005年的0.64 降至2019年的0.52，在九省份中降幅最大），寧夏生態(tài)環(huán)境綜合發(fā)展水平從中等升至較高（綜合發(fā)展指數由2005年的0.39提升至2019年的0.43），山西始終保持中等水平，其他六省份保持較高水平。 各省份生態(tài)環(huán)境綜合發(fā)展指數極差2005年、2019年分別為0.27、0.20，說明黃河流域各省份生態(tài)環(huán)境綜合發(fā)展水平差異逐漸縮小。

把各省份高技術產業(yè)科技創(chuàng)新、生態(tài)環(huán)境兩系統(tǒng)綜合發(fā)展指數平均值分別作為黃河流域整體綜合發(fā)展指數，其逐年變化情況見圖4。 由圖4可知，2005—2019年黃河流域高技術產業(yè)科技創(chuàng)新綜合發(fā)展指數始終小于生態(tài)環(huán)境綜合發(fā)展指數，兩系統(tǒng)的關系屬于高技術產業(yè)科技創(chuàng)新滯后型。 2005—2019年，黃河流域高技術產業(yè)科技創(chuàng)新綜合發(fā)展指數為0.31 ～0.39，呈波動上升趨勢，由中等水平逼近較高水平；生態(tài)環(huán)境綜合發(fā)展指數為0.45 ～0.53，也呈波動上升趨勢，一直維持較高水平。 高技術產業(yè)科技創(chuàng)新綜合發(fā)展指數與生態(tài)環(huán)境綜合發(fā)展指數的差值2005年、2019年分別為0.15、0.10，表明隨時間推移兩系統(tǒng)綜合發(fā)展水平的差異趨于縮小并呈向好態(tài)勢。

圖4 各省份平均發(fā)展指數逐年變化情況

2.2 耦合協(xié)調度

依據上述公式計算典型年份高技術產業(yè)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調度，結果見表4；采用ArcGIS10.3對各省份耦合協(xié)調度進行可視化展示，見圖5。 由表3、表4、圖5可知：2005年，山西、內蒙古、寧夏3 個省份耦合協(xié)調狀態(tài)為瀕臨失調，其他省份處于勉強協(xié)調、中等協(xié)調或良好協(xié)調狀態(tài)；2009年，河南耦合協(xié)調狀態(tài)從2005年勉強協(xié)調變?yōu)槌跫墔f(xié)調，甘肅與青海從勉強協(xié)調變?yōu)闉l臨失調，陜西從中等協(xié)調變?yōu)槌跫墔f(xié)調，其他省份耦合協(xié)調狀態(tài)沒有變化；2013年，山西和內蒙古由2009年的瀕臨失調變?yōu)槊銖妳f(xié)調，其他省份耦合協(xié)調類型沒有變化；2019年，內蒙古由2013年的勉強協(xié)調變?yōu)闉l臨失調，河南由初級協(xié)調變?yōu)橹械葏f(xié)調，四川由中等協(xié)調變?yōu)榱己脜f(xié)調，其他省份耦合協(xié)調狀態(tài)沒有變化。

表4 典型年份耦合協(xié)調度計算結果

圖5 各省份典型年份高技術產業(yè)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調度可視化展示

2005—2019年，山東耦合協(xié)調度始終高于0.83、保持良好協(xié)調狀態(tài)，是黃河流域高技術產業(yè)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調的標桿省份；研究時段內山西、山東、河南、四川、寧夏耦合協(xié)調度波動增長（其中河南耦合協(xié)調度增幅最大，其耦合協(xié)調狀態(tài)從2005年勉強協(xié)調躍升至中等協(xié)調，表明河南兩系統(tǒng)綜合發(fā)展水平同步提升），內蒙古、陜西、甘肅、青海耦合協(xié)調度呈下降趨勢（其中青海降幅最大，原因是青海生態(tài)環(huán)境綜合發(fā)展水平降幅較大）。 2005年各省份間耦合協(xié)調度極差（最高的山東與最低的寧夏之差）為0.371，到2019年極差擴大至0.391，說明各省份間耦合協(xié)調度差異顯著，存在兩極分化問題。 2005—2019年各省份耦合協(xié)調度均值（流域均值）從2005年0.587 提高至2019年0.616，表明黃河流域高技術產業(yè)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調狀態(tài)整體上趨于優(yōu)化向好，從勉強協(xié)調邁向初級協(xié)調。 對比上、中、下游耦合協(xié)調度均值發(fā)現(xiàn)，下游耦合協(xié)調度（0.716 ～0.806）＞中游耦合協(xié)調度（0.584～0.601）＞上游耦合協(xié)調度（0.532 ～0.546），唯有下游耦合協(xié)調度高于流域總體均值，說明黃河下游兩系統(tǒng)的綜合發(fā)展水平均相對較高，原因是下游更接近我國東部經濟發(fā)達省份，高技術產業(yè)科技創(chuàng)新水平相對來說比中上游的高。

2.3 耦合協(xié)調度時空聯(lián)系

（1）全局莫蘭指數。 2005—2019年各省份耦合協(xié)調度的全局莫蘭指數見表5。 由表5可知，研究時段內各省份耦合協(xié)調度的全局莫蘭指數保持正值且呈波動上升趨勢，由2005年的0.010 增長至2019年的0.213，說明鄰近省份間存在正向聯(lián)系，即一個省份耦合協(xié)調度提高有利于相鄰省份提高耦合協(xié)調度，隨著時間推移各省份間聯(lián)系持續(xù)增強。

表5 2005—2019年全局莫蘭指數計算結果

（2）基尼系數。 依據各省份高技術產業(yè)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調度計算的黃河流域總體基尼系數G及其分解的上中下游各區(qū)域內差異（Gw）、區(qū)域間差異（Gnb）、超變密度（Gt）以及各區(qū)域間基尼系數見表6。

由表6可知，黃河流域總體基尼系數呈波動增長趨勢，說明高技術產業(yè)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調度區(qū)域間差異呈增大態(tài)勢。 從總體基尼系數分解結果看，2005—2019年區(qū)域間差異為0.058 ～0.079，區(qū)域內差異為0.030 ～0.036，超變密度為0.015 ～0.029，表明區(qū)域間差異是總體差異的主要來源，且區(qū)域間差異的貢獻呈增大趨勢，因此縮小區(qū)域間差異是完善空間協(xié)調聯(lián)動機制、實現(xiàn)協(xié)調發(fā)展的重要路徑。

由表6 中區(qū)域間基尼系數可知，2005—2019年區(qū)域間基尼系數始終保持上-下＞中-下＞上-中，其中上-下基尼系數增長趨勢明顯，原因是下游省份經濟基礎相對扎實而上游省份資源利用相對落后，導致區(qū)域間非均衡發(fā)展問題突出、差異持續(xù)擴大，因此縮小區(qū)域間差異是實現(xiàn)黃河流域協(xié)調發(fā)展亟待解決的問題。

（3）核密度估計。 依據耦合協(xié)調度非參數核密度估計結果，選取5 個典型年份繪制耦合協(xié)調度核密度曲線，見圖6。

由圖6（a）可知：2005年流域總體耦合協(xié)調度核密度曲線主峰最高且呈延展性拓寬、右拖尾較長，說明2005年各省份耦合協(xié)調度絕對差異較??；2009年、2013年及2017年核密度曲線變化趨勢一致，與2005年相比跨度明顯變小，即各省份耦合協(xié)調度分散性減弱；2019年核密度曲線主峰高度明顯下降且出現(xiàn)側峰，右拖尾較長情況有所緩解，表明各省份耦合協(xié)調度呈兩極分化趨勢但差距縮小，耦合協(xié)調狀態(tài)趨于向好。

由圖6（b）可知：2005年上游耦合協(xié)調度核密度（較中下游核密度大1 個數量級，原因可能是上游省份較多且各省份耦合協(xié)調度差異較?。┣€未形成明顯主峰，2009年核密度曲線存在明顯主峰和右拖尾現(xiàn)象，說明上游省份不協(xié)調問題顯著；2013年和2017年核密度曲線接近重合，跨度變小、主峰下降且右移，說明上游省份耦合協(xié)調差距有所減??；2019年核密度曲線主峰變高且右拖尾問題突出，說明上游省份耦合協(xié)調度絕對差異急速縮小但不協(xié)調問題仍然突出。

由圖6（c）、（d）可知：各年份中、下游耦合協(xié)調度核密度曲線類似，2005年核密度曲線與橫軸基本平行、跨度較大，2009年核密度曲線形成主峰、跨度減小，隨著時間推移峰值升高，說明區(qū)域內各省份間耦合協(xié)調度絕對差異變小。

3 結論及建議

3.1 結論

基于高技術產業(yè)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境交互機理構建評價指標體系，測算2005—2019年黃河流域各省份兩系統(tǒng)綜合發(fā)展水平及兩系統(tǒng)耦合協(xié)調度，借助莫蘭指數、基尼系數與核密度曲線分析耦合協(xié)調度時空聯(lián)系及演變規(guī)律，得出以下結論。

（1）黃河流域各省份高技術產業(yè)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境兩系統(tǒng)的關系均為高技術產業(yè)科技創(chuàng)新滯后型，研究時段內兩系統(tǒng)綜合發(fā)展水平的差異持續(xù)縮小并呈向好態(tài)勢。

（2）黃河流域高技術產業(yè)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調狀態(tài)整體上趨于優(yōu)化向好，從2005年勉強協(xié)調變?yōu)?019年初級協(xié)調，但不同年份各省份耦合協(xié)調度差異顯著，山西、山東、河南、四川、寧夏5 個省份耦合協(xié)調度呈增長趨勢，而內蒙古、陜西、甘肅、青海4 個省份呈下降態(tài)勢，上、中、下游省份的耦合協(xié)調度大小為下游＞中游＞上游。

（3）黃河流域各省份耦合協(xié)調度存在正向聯(lián)系，即一個省份耦合協(xié)調度的提高有利于相鄰省份提高耦合協(xié)調度；隨著時間推移，上、中、下游各區(qū)域內省份間耦合協(xié)調度絕對差異變小，但區(qū)域間尤其上下游間耦合協(xié)調度差異顯著、呈兩極分化趨勢。

3.2 建 議

（1）增強科技創(chuàng)新能力，提升生態(tài)環(huán)境質量。 通過技術轉移等措施發(fā)揮創(chuàng)新型產業(yè)及綠色可持續(xù)發(fā)展產業(yè)優(yōu)勢，構建科技聯(lián)盟并推動節(jié)能環(huán)保型高技術企業(yè)發(fā)展，促成發(fā)明專利及綠色創(chuàng)新產品的誕生；引導民眾對創(chuàng)新與環(huán)境的關注，增強創(chuàng)新思維與環(huán)保意識，提高高技術產業(yè)科技創(chuàng)新能力與生態(tài)環(huán)境質量。

（2）發(fā)揮資源稟賦優(yōu)勢，提升高技術產業(yè)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調度。 下游省份應利用靠近東部發(fā)達省份的優(yōu)勢、凸顯山東的增長極地位，發(fā)揮輻射帶動作用；中游省份應將旅游文化與經濟產業(yè)相結合，發(fā)展特色產業(yè)并建設文化產業(yè)帶和旅游經濟帶，助力現(xiàn)代服務業(yè)體系建設；上游省份應依托自然資源優(yōu)勢，進行資源深加工及清潔能源建設，助力區(qū)域協(xié)調發(fā)展。

（3）強化區(qū)域間聯(lián)系，縮小發(fā)展差距。 鼓勵各省份間溝通交流合作并采取差異化戰(zhàn)略以避免惡性競爭，利用省份間的相互影響降低兩極分化程度、縮小區(qū)域間差異，其中縮小上下游地區(qū)間差異是縮小差異的關鍵著力點。