黃河流域經(jīng)濟發(fā)展-科技創(chuàng)新-生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)研究＊

■ 謝永琴 劉莉

北京工業(yè)大學(xué)經(jīng)濟與管理學(xué)院 北京 100124

0 引言

2019年9月，習近平總書記在黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展座談會上強調(diào)，保護黃河關(guān)乎中華民族的偉大復(fù)興和永續(xù)發(fā)展，并將黃河流域生態(tài)保護與高質(zhì)量發(fā)展首次提升到國家戰(zhàn)略高度[1]。改革開放40年來，我國經(jīng)濟從高速增長進入到高質(zhì)量化發(fā)展，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟增長模式，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，在發(fā)展經(jīng)濟的同時，愈發(fā)關(guān)注科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境，創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一驅(qū)動力，生態(tài)是經(jīng)濟發(fā)展的保護屏障，三者之間相互影響、相互依存。黃河流域是我國脫貧攻堅的關(guān)鍵地區(qū)，發(fā)展空間大但經(jīng)濟增長缺乏動力、生態(tài)環(huán)境脆弱，作為我國經(jīng)濟、科技與生態(tài)系統(tǒng)協(xié)調(diào)度研究的對象具有很強的代表性和現(xiàn)實意義。因此探究黃河流域經(jīng)濟發(fā)展、科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境之間的協(xié)調(diào)發(fā)展關(guān)系，掌握三者的演繹規(guī)律，對推動黃河流域地區(qū)高質(zhì)量發(fā)展與可持續(xù)發(fā)展有著重要的理論價值。

基于現(xiàn)有文獻，關(guān)于耦合協(xié)調(diào)度的研究主題多數(shù)集中于對經(jīng)濟發(fā)展與科技創(chuàng)新或經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境關(guān)系的探討。就經(jīng)濟發(fā)展與科技創(chuàng)新的關(guān)系而言，國外學(xué)者較早研究了科技與經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)系，早在20世紀，DENISON E F[2]就提出技術(shù)水平對經(jīng)濟發(fā)展影響重大，隨后Park[3]等學(xué)者分析了科技創(chuàng)新對經(jīng)濟發(fā)展的具體作用，其中Jung Ho Park等[4]以韓國為研究對象分析了衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展對經(jīng)濟的影響以及應(yīng)用。國內(nèi)學(xué)者則主要通過實證分析研究不同地區(qū)科技創(chuàng)新與經(jīng)濟發(fā)展的協(xié)調(diào)關(guān)系，謝曉芳[5]以京津冀地區(qū)為例對技術(shù)進步與經(jīng)濟增長耦合協(xié)調(diào)度進行研究，研究表明：三省市處在勉強協(xié)調(diào)發(fā)展類型以上，兩系統(tǒng)存在明顯的時空差異；劉東等[6]通過耦合協(xié)調(diào)模型等對云南省各州市科技進步與經(jīng)濟發(fā)展進行研究，并發(fā)現(xiàn)云南省科技進步的主力源于專利；葉文輝[7]等以成渝城市群16 個地級市為研究單元，通過空間面板回歸分析，證明城市經(jīng)濟發(fā)展與科技創(chuàng)新之間存在顯著促進作用。就經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系而言，國外學(xué)者對生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟發(fā)展的研究主要集中于通過實證研究不同產(chǎn)業(yè)或地區(qū)的經(jīng)濟增長與環(huán)境質(zhì)量間演進關(guān)系，Carsten Nagel 等[8]以工業(yè)制造業(yè)為例關(guān)注逆向物流在生態(tài)與經(jīng)濟系統(tǒng)中實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要作用；Nikolay Makisha[9]以生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)中廢水和沼氣為側(cè)重點強調(diào)了厭氧處理方法對于同時考慮經(jīng)濟與生態(tài)具有重要意義；國內(nèi)學(xué)者主要從經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的驅(qū)動機制、研究方法、尺度和指標體系構(gòu)建等方面進行了大量的研究，任祁榮等[10]以甘肅省為研究對象，對該地區(qū)生態(tài)環(huán)境與社會經(jīng)濟的耦合協(xié)調(diào)度進行測算并對演變過程進行分析；陳長煜等[11]運用熵值法對西北五省區(qū)旅游經(jīng)濟與生態(tài)環(huán)境協(xié)同關(guān)系進行研究并提出相關(guān)政策建議；唐曉靈等[12]基于引力模型分析陜西省區(qū)域經(jīng)濟與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度及空間聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)陜西省耦合協(xié)調(diào)發(fā)展不平衡，空間聯(lián)系較弱。

國內(nèi)外關(guān)于耦合協(xié)調(diào)度的研究取得了豐碩的成果，但仍存在以下不足：（1）現(xiàn)有的研究大多是討論生態(tài)與經(jīng)濟或者科技與經(jīng)濟兩個系統(tǒng)之間的關(guān)系，很少有學(xué)者將生態(tài)-經(jīng)濟-科技3 個系統(tǒng)結(jié)合起來研究。（2）研究對象集中于單一省區(qū)，對黃河流域地區(qū)的研究較為匱乏。（3）研究層面多集中于時間視角忽略了空間視角?；诖耍疚倪\用耦合模型，選取黃河流域為研究區(qū)域，通過構(gòu)建經(jīng)濟發(fā)展-科技創(chuàng)新-生態(tài)環(huán)境間綜合評價系統(tǒng)，定量測度區(qū)域的三系統(tǒng)耦合度及協(xié)調(diào)度，并根據(jù)耦合作用機理分析三系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)關(guān)系。最后，借助引力模型和ARCGIS軟件對耦合協(xié)調(diào)度進行空間可視化表達并相應(yīng)提出推進黃河流域生態(tài)-經(jīng)濟-科技系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的若干政策建議。

1 研究區(qū)域概況及數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

黃河流域幅員遼闊，全長5464km，流域面積75.24萬km2，自西向東分別流經(jīng)青海、四川、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古、陜西、山西、河南及山東9 個省區(qū)[13]。黃河上游地區(qū)包括青海、四川、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古；中游地區(qū)包括陜西和山西；下游地區(qū)包括河南及山東。黃河上、中、下游地理緯度跨度大、自然資源豐富，使得整個黃河流域地區(qū)地形多樣，具有獨特的氣候條件，發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

截至2019年底，黃河流域9 省區(qū)總?cè)丝?.42 億，占全國的31.58%；地區(qū)生產(chǎn)總值24.74 萬億元，占全國的25%，在我國的經(jīng)濟發(fā)展中具有十分重要的地位。然而經(jīng)濟發(fā)展的同時，生態(tài)環(huán)境面臨嚴峻挑戰(zhàn)。生態(tài)質(zhì)量是經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展的基礎(chǔ)，科技創(chuàng)新是經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展的驅(qū)動力，因此如何協(xié)調(diào)好三者的關(guān)系，成為一個亟待解決的問題。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文數(shù)據(jù)來源于2004～2019年《中國統(tǒng)計年鑒》、《中國科技統(tǒng)計年鑒》、《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》、《中國區(qū)域經(jīng)濟統(tǒng)計年鑒》以及各省區(qū)統(tǒng)計年鑒，對于缺失數(shù)據(jù)采用插值法進行完善。

1.3 指標體系構(gòu)建

本著科學(xué)性、完整性、代表性以及數(shù)據(jù)的可得性，基于黃河流域的實際發(fā)展狀況，綜合參考學(xué)者的已有研究[14-17]，選取21 個指標，構(gòu)建了經(jīng)濟發(fā)展、科技創(chuàng)新、生態(tài)環(huán)境3個評價指標系統(tǒng)。

首先，經(jīng)濟的發(fā)展不僅體現(xiàn)在經(jīng)濟規(guī)?？偭康脑黾?，還體現(xiàn)在經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的改善和經(jīng)濟效益的提高，因此對于經(jīng)濟發(fā)展系統(tǒng)，主要從經(jīng)濟規(guī)?？偭?、經(jīng)濟結(jié)構(gòu)特征和經(jīng)濟效益水平3 個方面選取地區(qū)生產(chǎn)總值、社會固定資產(chǎn)投資額、人均GDP等指標來充分反映經(jīng)濟發(fā)展情況。其次，科技創(chuàng)新能力的直接體現(xiàn)是科技創(chuàng)新成果產(chǎn)出，而科技創(chuàng)新產(chǎn)出依賴于科技創(chuàng)新的投入強度以及營造的科技創(chuàng)新環(huán)境，因此從科技創(chuàng)新投入、科技創(chuàng)新環(huán)境和科技創(chuàng)新產(chǎn)出3 個維度出發(fā)選取R&D 經(jīng)費內(nèi)部支出、科研機構(gòu)數(shù)量、技術(shù)市場成交額等指標構(gòu)建科技創(chuàng)新系統(tǒng)。最后，生態(tài)環(huán)境的質(zhì)量不僅與污染物的排放和治理相關(guān)，還與地區(qū)自然環(huán)境基礎(chǔ)息息相關(guān)，大自然存在著對污染物的天然修復(fù)能力，同時也可以直接表現(xiàn)生態(tài)環(huán)境狀況。因此從生態(tài)環(huán)境基礎(chǔ)、生態(tài)環(huán)境壓力、環(huán)境污染治理3 個方面出發(fā)選取自然保護區(qū)面積、工業(yè)廢水廢氣的產(chǎn)生、工業(yè)廢水廢氣的治理投資等指標構(gòu)建生態(tài)環(huán)境指標體系。（表1）

表1 黃河流域經(jīng)濟發(fā)展-科技創(chuàng)新-生態(tài)環(huán)境指標體系及權(quán)重

2 研究方法

2.1 熵權(quán)法

熵權(quán)法是使用指標的信息熵確定指標數(shù)值在所有指標中的權(quán)重，克服了主觀賦權(quán)的誤差性，具有科學(xué)性和客觀性，是一種應(yīng)用廣泛的賦權(quán)方法。計算步驟

如下：

2.1.1 數(shù)據(jù)標準化

式中：xij為指標的原始數(shù)據(jù)；max(xij)和min(xij)為i城市第j項指標的最大值和最小值。

2.2.2 確定指標權(quán)重

首先計算標準化指標值

式中：m為樣本總數(shù)

計算第各項指標的信息熵

計算各項指標權(quán)重

計算經(jīng)濟發(fā)展系統(tǒng)、科技創(chuàng)新系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的評價指數(shù)

2.2 耦合協(xié)調(diào)度模型

耦合協(xié)調(diào)度模型通常用于分析系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)發(fā)展水平。耦合度通常用于分析兩個系統(tǒng)或者兩個以上系統(tǒng)之間關(guān)聯(lián)程度的度量，反映了系統(tǒng)之間相互作用的程度。耦合協(xié)調(diào)度是指系統(tǒng)間相互作用中良性耦合的程度，反映了協(xié)調(diào)水平的狀況。耦合協(xié)調(diào)度模型涉及3 個指標的計算，分別是耦合度C、耦合協(xié)調(diào)度D以及綜合發(fā)展指數(shù)T，公式如下：

2.2.1 耦合度

式中：C為經(jīng)濟發(fā)展系統(tǒng)、科技創(chuàng)新系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的耦合度；C 的最大值為1，最小值為0，C 的值越接近1，表示三系統(tǒng)之間的耦合程度越高，相互作用程度越強，反之越弱。

2.2.2 耦合協(xié)調(diào)度指數(shù)

式中：D 為經(jīng)濟、科技和生態(tài)三系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度；0≤D≤1,D 越接近1，表明三系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)水平越高，發(fā)展狀況越好，反之越低。

2.2.3 綜合發(fā)展指數(shù)

式中：T 為三系統(tǒng)的綜合發(fā)展指數(shù)；α、β、γ 為待定參數(shù)，α+β+γ=1；借鑒王兆峰[18]等對于系數(shù)的選取，認為三個系統(tǒng)對于黃流域地區(qū)的發(fā)展是舉足輕重的，所以取均值1/3,。參考韓文艷等[19]、段新等[20]對于協(xié)調(diào)度等級的劃分，確定劃分等級（表2）。

表2 耦合度和協(xié)調(diào)度等級劃分

2.3 引力模型

引力模型，源于牛頓萬有引力定律，在經(jīng)濟地理學(xué)中應(yīng)用廣泛，是預(yù)測、判斷空間相互作用能力的計量模型。本文參考榮偉等[21]學(xué)者的研究，構(gòu)建省區(qū)間耦合協(xié)調(diào)引力模型，計算公式如下：

式中：fij為兩省區(qū)間經(jīng)濟、科技、生態(tài)三系統(tǒng)之間的耦合協(xié)調(diào)引力水平；qi、qj分別為省區(qū)i 與省區(qū)j 三系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度值；K為引力常數(shù)，通常為1.

式中：dij為省區(qū)i 與j 之間的距離；引力模型的關(guān)鍵在于距離的確定，本文參考唐曉玲等[12]學(xué)者的研究，考慮科技的進步以及交通可達性的影響，選用公路和鐵路兩個代表性的出勤時間代替地理距離；H 為公路出勤時間；R為鐵路出勤時間；α 和β 為公路與鐵路的權(quán)重，考慮現(xiàn)實生活中交通出行方式的選擇程度，α=0.3，β=0.7。本文公路與鐵路出勤時間來源于百度地圖和鐵路12306網(wǎng)站。

3 結(jié)果與分析

根據(jù)評價模型公式，計算出2004～2018年黃河流域9省區(qū)經(jīng)濟發(fā)展指數(shù)、科技創(chuàng)新發(fā)展指數(shù)、生態(tài)環(huán)境發(fā)展指數(shù)以及3 個系統(tǒng)的綜合發(fā)展水平指數(shù)，然后將黃河流域9省區(qū)按照地理環(huán)境劃分為黃河上游、中游和下游，直觀反映2004～2018年黃河流域不同地區(qū)經(jīng)濟、科技和生態(tài)的發(fā)展指數(shù)特征。同時為便于清晰地反映黃河流域各省區(qū)之間的差異，本文加入9省區(qū)平均值作為參照。

3.1 經(jīng)濟發(fā)展、科技創(chuàng)新和生態(tài)環(huán)境的發(fā)展評價

圖1 分別反映了9 個省區(qū)在2004～2018年經(jīng)濟發(fā)展指數(shù)、科技創(chuàng)新指數(shù)和生態(tài)環(huán)境指數(shù)?？梢娭笖?shù)在總體上呈逐漸增長的態(tài)勢，但經(jīng)濟發(fā)展和科技創(chuàng)新的增幅明顯大于生態(tài)環(huán)境的。

圖1 黃河流域9省區(qū)各自發(fā)展系統(tǒng)評價值

具體而言，首先，2004～2018年間9 省區(qū)自身經(jīng)濟發(fā)展水平均值從2004年的0.058發(fā)展到2018年的0.889，年均增長速率達到23.84%，經(jīng)濟發(fā)展進步顯著。經(jīng)濟發(fā)展的演化中，甘肅、山西和內(nèi)蒙古3 個省份在2015年之后呈現(xiàn)經(jīng)濟下滑趨勢，2015年中國衰落明顯的行業(yè)中排名第一的是能源行業(yè)，國內(nèi)礦產(chǎn)資源庫存過多而相關(guān)產(chǎn)業(yè)冶金、焦化、電力等需求乏力，甘肅、山西和內(nèi)蒙古的礦產(chǎn)資源豐富，能源行業(yè)都是經(jīng)濟支柱，因此面對2015年以來世界經(jīng)濟復(fù)蘇緩慢以及國內(nèi)經(jīng)濟下行壓力，3 個省份的經(jīng)濟發(fā)展水平開始滯后，其他省份則波動較小，基本呈現(xiàn)增長—快速增長的發(fā)展態(tài)勢。

其次，9 省區(qū)自身科技創(chuàng)新發(fā)展水平發(fā)展趨勢基本一致，2006年之前科技創(chuàng)新發(fā)展遲緩，2006年之后科技創(chuàng)新能力階梯式快速提升，2004-2018年以來，科技創(chuàng)新研發(fā)經(jīng)費投入強度穩(wěn)步增長同時科技創(chuàng)新產(chǎn)出大幅增加，科技創(chuàng)新發(fā)展水平均值從2004年的0.022 提升到2018年的0.840，年均增長率為34.60%。

最后，2004～2018年間9 省區(qū)自身生態(tài)環(huán)境評價指數(shù)呈現(xiàn)上下徘徊的狀態(tài)，生態(tài)環(huán)境發(fā)展水平整體呈現(xiàn)波動緩升趨勢，平均值從2004年的0.326 升為2017年的0.601，年均增長率為5.25%，生態(tài)環(huán)境發(fā)展呈現(xiàn)向好趨勢，但整體水平較低，其中陜西、寧夏兩地生態(tài)環(huán)境水平增幅最顯著。陜西省2004～2008年間生態(tài)環(huán)境發(fā)展指數(shù)在9省區(qū)中最低，2008年之后隨著《陜西省節(jié)能減排綜合性工作方案》的實施，環(huán)境污染治理投資加大，生態(tài)環(huán)境指數(shù)顯著提升。寧夏僅次于陜西，2011年前由于廢水、廢氣等環(huán)境污染加劇，生態(tài)環(huán)境退化嚴重，2011年后寧夏完成沿黃區(qū)域430 行政村環(huán)境連片整治，生態(tài)環(huán)境改善明顯，且于2017年達到流域發(fā)展指數(shù)最大值0.787。

綜合而言，9 省區(qū)中生態(tài)環(huán)境的發(fā)展速度明顯滯后于經(jīng)濟水平和科技創(chuàng)新水平（5.25%<23.84%<34.60%），9省區(qū)在自身經(jīng)濟實力和科技創(chuàng)新能力提升的同時對生態(tài)環(huán)境的保護與建設(shè)存在欠缺，科技創(chuàng)新發(fā)展速度大于經(jīng)濟發(fā)展速度（23.84%<34.60%）但經(jīng)濟發(fā)展水平系統(tǒng)評價值大于科技創(chuàng)新評價值（0.022<0.058…0.840<0.889），9省區(qū)自身科技創(chuàng)新能力發(fā)展明顯但對經(jīng)濟發(fā)展水平的推動力不足，科技成果轉(zhuǎn)化和科技創(chuàng)新經(jīng)濟產(chǎn)出水平有待提高。

圖2 反映了黃河流域內(nèi)9 省區(qū)環(huán)比的經(jīng)濟發(fā)展指數(shù)、科技創(chuàng)新指數(shù)和生態(tài)環(huán)境指數(shù)情況。從經(jīng)濟發(fā)展水平來看，黃河流域地區(qū)內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展水平最高的地區(qū)是山東省，經(jīng)濟發(fā)展指數(shù)在0.8 左右波動，處于遙遙領(lǐng)先的地位，經(jīng)濟發(fā)展指數(shù)落后的地區(qū)包括青海、甘肅和寧夏，發(fā)展指數(shù)值低于0.3，其他地區(qū)則處于中間區(qū)域，發(fā)展指數(shù)值介于0.3～0.6；從科技創(chuàng)新發(fā)展狀況來看，9省區(qū)中山東省科技發(fā)展綜合評價值最高，數(shù)值在0.9 左右浮動，而青海、寧夏兩地評價值則遠小于0.1 出現(xiàn)嚴峻的“貧富”差距，類似的低科技創(chuàng)新水平地區(qū)還包括甘肅、山西、內(nèi)蒙古，指數(shù)值介于0.1～0.3，僅四川、陜西和河南3 個地區(qū)處于中間水平；從生態(tài)環(huán)境發(fā)展水平評價值折線圖來看，黃河流域內(nèi)各省份差距不大，大多集中在0.2～0.5，沒有明顯的兩極分化現(xiàn)象?？傮w而言，黃河流域地區(qū)內(nèi)各省區(qū)經(jīng)濟發(fā)展和科技創(chuàng)新水平兩極分化嚴重，有明顯的梯度區(qū)間，而生態(tài)環(huán)境發(fā)展水平則呈現(xiàn)集中平穩(wěn)的發(fā)展態(tài)勢，可見流域內(nèi)省區(qū)發(fā)展差異主要來源于經(jīng)濟和科技創(chuàng)新發(fā)展狀況。其中發(fā)展水平最好的地區(qū)是山東省，經(jīng)濟發(fā)展指數(shù)和科技創(chuàng)新指數(shù)與流域內(nèi)其他區(qū)域相比處于居高臨下的地位，優(yōu)勢源于山東省的均衡發(fā)展，全省無一國家級貧困縣，每個市都有大型民營國營企業(yè)。經(jīng)濟、科技發(fā)展水平落后重合地區(qū)為青海、甘肅和寧夏，受制于自然地理條件，地處黃河流域上游的這3 個區(qū)域不發(fā)達的交通條件阻礙了經(jīng)濟發(fā)展，同時支撐產(chǎn)業(yè)匱乏，地廣人稀，人才引進困難，留不住人才，導(dǎo)致科技創(chuàng)新發(fā)展遠遠落后于其他地區(qū)。

圖2 黃河流域地區(qū)發(fā)展系統(tǒng)評價值

3.2 經(jīng)濟發(fā)展-科技創(chuàng)新-生態(tài)環(huán)境綜合評價

通過對比黃河流域地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展-科技創(chuàng)新-生態(tài)環(huán)境綜合評價水平、單一系統(tǒng)發(fā)展水平，可知三系統(tǒng)的綜合評價水平呈逐年上升趨勢，單一系統(tǒng)發(fā)展水平總體呈上升趨勢，生態(tài)環(huán)境的增速明顯落后于經(jīng)濟發(fā)展和科技創(chuàng)新的增速（圖3）。從折線的陡峭程度來看：黃河流域地區(qū)生態(tài)環(huán)境評價曲線呈平緩上升態(tài)勢，而經(jīng)濟發(fā)展評價曲線和科技創(chuàng)新評價曲線呈陡峭上升趨勢，表明15年間黃河流域地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展和科技創(chuàng)新發(fā)展速度遠大于生態(tài)環(huán)境。從時序來看：2010年前，黃河流域地區(qū)生態(tài)環(huán)境評價值遠高于經(jīng)濟發(fā)展和科技創(chuàng)新的評價值，表明該時間跨度中黃河流域地區(qū)的生態(tài)環(huán)境狀況好于經(jīng)濟發(fā)展狀況和科技創(chuàng)新發(fā)展狀況，這一階段黃河流域各省區(qū)在科技領(lǐng)域幾乎從“零”突破，對于科技仍處于探索和模仿階段，特別是應(yīng)用科學(xué)領(lǐng)域環(huán)境封閉、發(fā)展時間短以及西方國家設(shè)下的技術(shù)壁壘導(dǎo)致缺乏科技實力，科技創(chuàng)新與科技成果轉(zhuǎn)化能力不足；在經(jīng)濟發(fā)展上黃河流域9省區(qū)中僅山東位于東部沿海地區(qū)，其他省區(qū)中青海、四川、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古位于我國西部地區(qū)，山西、河南位于中部地區(qū)，受制于政策以及地理位置等因素我國中部以及西部地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展狀況遠落后于東部，致使這階段黃河流域地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平滯后。2010年后隨著國家政策關(guān)于中部崛起實施細則的敲定，黃河流域地區(qū)科技創(chuàng)新和經(jīng)濟發(fā)展的評價值超越了生態(tài)環(huán)境，這一階段黃河流域地區(qū)能源、重化工、有色金屬、造紙等高污染工業(yè)企業(yè)開始林立，大量未達標工業(yè)三廢直接排入支渠，使得黃河沿岸省區(qū)生態(tài)環(huán)境污染加劇，生態(tài)環(huán)境狀況滯后于經(jīng)濟發(fā)展狀況和科技創(chuàng)新發(fā)展狀況。

圖3 黃河流域經(jīng)濟發(fā)展-科技創(chuàng)新-生態(tài)環(huán)境綜合評價值

3.3 耦合度及協(xié)調(diào)度時空分析

3.3.1 耦合度分析

利用公式（6）測算黃河流域地區(qū)9 省區(qū)經(jīng)濟發(fā)展-科技創(chuàng)新-生態(tài)環(huán)境耦合度（圖4），通過觀察圖4 耦合度雷達圖，從時序橫向?qū)Ρ葋砜?004～2018年，黃河流域各地區(qū)三元系統(tǒng)的耦合度變化幅度不大，地域視角縱向來看，流域間耦合度差距較大，其中寧夏、青海地區(qū)耦合度均值為0.463，處于初級耦合階段，這一階段兩地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展、科技創(chuàng)新和生態(tài)環(huán)境之間具有正向相互作用力，但是影響力較??；其他7 ?。ㄋ拇?、甘肅、內(nèi)蒙古、陜西、山西、河南、山東）耦合度均值達到0.877，處于優(yōu)質(zhì)高級耦合階段，這一階段各地區(qū)在經(jīng)濟-科技-生態(tài)三者之間正向相互作用明顯，相互促進。

圖4 黃河流域9省區(qū)經(jīng)濟發(fā)展-科技創(chuàng)新-生態(tài)環(huán)境耦合度

3.3.2 耦合協(xié)調(diào)度時序分析

以耦合度為基礎(chǔ)，進而計算出黃河流域各地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展—科技創(chuàng)新—生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度（表3）。

首先由表3 可知，黃河流域地區(qū)大多數(shù)省份經(jīng)濟發(fā)展-科技創(chuàng)新-生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度在2004～2018年間有所提升，耦合協(xié)調(diào)度均值從2004年的0.525 升為2018年的0.546，其中提升顯著的地區(qū)主要集中分布在黃河流域的中下游，包括青海、陜西、河南和山東，提升較緩的區(qū)域包括四川、寧夏兩地，也有甘肅、內(nèi)蒙古、山西3 個省份耦合協(xié)調(diào)度有所下降。整體來看黃河流域9省區(qū)耦合協(xié)調(diào)度不高，其中只有山東省的耦合協(xié)調(diào)度均值超過了0.8，超過0.6的也僅有四川、陜西和河南，青海、寧夏耦合協(xié)調(diào)度均值則低于0.3，形成了較大的省區(qū)差異。

表3 經(jīng)濟發(fā)展—科技創(chuàng)新—生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)協(xié)調(diào)度

其次，根據(jù)三系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度發(fā)展演化，將黃河流域地區(qū)分為3個發(fā)展階段：第一個階段為衰怠階段，這一階梯包括青海和寧夏，其中青海從中度失調(diào)到輕度失調(diào)，寧夏則一直處于中度失調(diào)，可見青海、寧夏三系統(tǒng)之間相互作用小，發(fā)展離散，科技創(chuàng)新的發(fā)展嚴重滯后不能追趕經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境的發(fā)展速度從而導(dǎo)致發(fā)展失調(diào)。第二階段為過渡階段，這一階段是失調(diào)與協(xié)調(diào)共存轉(zhuǎn)化階段，包括的省區(qū)有四川、甘肅、內(nèi)蒙古、陜西、山西和河南。其中甘肅處于瀕臨失調(diào)階段，三系統(tǒng)之間相互作用力強，但是并不協(xié)同發(fā)展；內(nèi)蒙古、山西協(xié)調(diào)度小幅下降處于勉強協(xié)調(diào)，三系統(tǒng)之間相互影響但是協(xié)同性有待進一步提高；四川、陜西、河南處于初級協(xié)調(diào)，系統(tǒng)間具有明顯的相互作用且已具備初步的協(xié)調(diào)性。第三階段為發(fā)展階段，這一階梯僅包含山東省，15年來山東實現(xiàn)了從中級協(xié)調(diào)到良好協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)變，其經(jīng)濟發(fā)展-科技創(chuàng)新-生態(tài)環(huán)境三系統(tǒng)相互正向作用顯著，協(xié)調(diào)發(fā)展程度高，形成了良好的協(xié)同性。

最后根據(jù)地理區(qū)域的劃分，由圖5 耦合協(xié)調(diào)度散點圖可以看出耦合協(xié)調(diào)度在整體上呈現(xiàn)黃河下游最高，黃河中游次之，黃河下游最低的階梯分布。黃河下游整體處于中級協(xié)調(diào)階段，三系統(tǒng)協(xié)同發(fā)展能力強；黃河中游整體處于勉強協(xié)調(diào)階段，三系統(tǒng)沒有明顯的協(xié)同性；黃河上游整體處于瀕臨失調(diào)階段，三系統(tǒng)協(xié)同發(fā)展能力弱，面臨失調(diào)的風險，可見黃河下游綜合發(fā)展最好，中游次之，上游最差，黃河流域整體協(xié)調(diào)水平還有很大的進步空間。

圖5 協(xié)調(diào)度散點圖

3.3.3 耦合協(xié)調(diào)度時空演變分析

為了更直觀地反映黃河流域9 個省區(qū)經(jīng)濟發(fā)展、科技創(chuàng)新和生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)演變，借助ARCGIS 軟件對2004、2011、2018年黃河流域9 省區(qū)三元系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度測算結(jié)果進行可視化分析，結(jié)果見圖6（黃河流域地區(qū)耦合協(xié)調(diào)度沒有小于0.2 和大于0.9 的省區(qū)，故圖中沒有標識）。

從圖6 可以看出，2011年與2004年相比耦合協(xié)調(diào)度值雖有小幅上升但整體除山東省由中級協(xié)調(diào)變?yōu)榱己脜f(xié)調(diào)外，其他省區(qū)并無實質(zhì)性改變。2018年與2011年相比，四川省耦合協(xié)調(diào)發(fā)展態(tài)勢良好，由初級協(xié)調(diào)發(fā)展為中級協(xié)調(diào)，河南省耦合協(xié)調(diào)等級有明顯改善，由勉強協(xié)調(diào)發(fā)展為中級協(xié)調(diào)，青海耦合協(xié)調(diào)發(fā)展有所進步，由中度失調(diào)發(fā)展為輕度失調(diào)，山西省則需引起重視，耦合協(xié)調(diào)發(fā)展等級小幅退步，由勉強協(xié)調(diào)變?yōu)闉l臨失調(diào)，其余省區(qū)無等級的變動。

圖6 黃河流域地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展-科技創(chuàng)新-生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度演變

綜合來看，黃河流域地區(qū)三元系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)水平在空間上具有明顯的東西差異，西部多數(shù)地區(qū)如青海、寧夏等處于失調(diào)階段，東部地區(qū)山東以及中部地區(qū)河南處于協(xié)調(diào)階段，山東作為黃河流域省區(qū)東部典型地區(qū)，地理位置優(yōu)越，交通便利，工業(yè)基礎(chǔ)雄厚，在整個黃河流域地區(qū)耦合協(xié)調(diào)等級最高，經(jīng)濟發(fā)展、科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境之間已經(jīng)形成了良好的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系，相互促進，共同發(fā)展，但距離優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)還有一定差距，在電子信息等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)上山東省還有很大的發(fā)展空間，在關(guān)注經(jīng)濟與科技創(chuàng)新的同時協(xié)調(diào)好生態(tài)環(huán)境的關(guān)系有很大的進步空間。寧夏作為黃河流域省區(qū)西部典型地區(qū)，在15年的發(fā)展中耦合協(xié)調(diào)等級一直處于中度失調(diào)，在黃河流域中是耦合協(xié)調(diào)水平最低的，經(jīng)濟發(fā)展、科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境之間沒有產(chǎn)生明顯的正向作用，發(fā)展之路任重道遠。

在耦合協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上，進一步構(gòu)建耦合協(xié)調(diào)引力模型，探究黃河流域各省區(qū)之間耦合協(xié)調(diào)的空間聯(lián)系。表4 為黃河流域各省區(qū)間經(jīng)濟發(fā)展-科技創(chuàng)新-生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)引力矩陣?？梢园l(fā)現(xiàn)黃河流域整體耦合協(xié)調(diào)空間聯(lián)系較弱，沒有明確的引力作用源，僅山東、河南陜西三地引力值大于1，處于低強度引力狀態(tài)，山西、四川、甘肅和內(nèi)蒙古次之，寧夏、青海則低于0.5，耦合協(xié)調(diào)的空間聯(lián)系最弱。由這些結(jié)果可以看出，山東、河南等作為黃河流域雙核省區(qū)并沒有有效發(fā)揮輻射作用，對于整個黃河流域的輻射帶動能力弱。單個省區(qū)之間沒有任何一個耦合協(xié)調(diào)引力水平大于1，最低的為寧夏與青海間的耦合協(xié)調(diào)引力水平僅為0.026。這說明黃河流域整體耦合協(xié)調(diào)的空間聯(lián)系較弱，亟待加強區(qū)域空間聯(lián)系。其中青海、寧夏耦合協(xié)調(diào)引力水平最低的原因主要來自于省區(qū)空間距離的影響，青海、寧夏位于中國西部交通可達性弱，且兩地整體三系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度水平較低。

4 結(jié)論與建議

4.1 研究結(jié)論

本文基于2004～2018年黃河流域9 省區(qū)的截面數(shù)據(jù)，通過構(gòu)建經(jīng)濟發(fā)展、科技創(chuàng)新以及生態(tài)環(huán)境三系統(tǒng)的評價指標體系，綜合運用耦合協(xié)調(diào)度模型以及引力模型，探討黃河流域地區(qū)經(jīng)濟、科技創(chuàng)新以及生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展狀況以及空間聯(lián)系，得出如下結(jié)論：

（1）黃河流域9 省區(qū)2004～2018年經(jīng)濟發(fā)展、科技創(chuàng)新和生態(tài)環(huán)境的發(fā)展指數(shù)都有明顯的增長且經(jīng)濟發(fā)展和科技創(chuàng)新的增幅明顯大于生態(tài)環(huán)境。從省區(qū)發(fā)展差異來看，經(jīng)濟發(fā)展水平與科技創(chuàng)新發(fā)展水平存在明顯的兩極分化現(xiàn)象，山東省一直處于遙遙領(lǐng)先的地位，青海、寧夏兩地則嚴重落后。

（2）黃河流域9 省區(qū)中四川、甘肅、內(nèi)蒙古、陜西、山西、河南、山東耦合度均值達到0.877，處于優(yōu)質(zhì)高級耦合階段；寧夏、青海地區(qū)耦合度均值為0.463，處于初級耦合階段。整體而言，黃河流域9 省區(qū)經(jīng)濟-科技-生態(tài)三者之間相互作用程度強，具有明顯的正向促進作用。

（3）從時序視角來看，黃河流域9省區(qū)經(jīng)濟發(fā)展—科技創(chuàng)新—生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度在15年有所提升，省區(qū)間耦合協(xié)調(diào)水平分級明顯，協(xié)同發(fā)展不均衡，黃河上游地區(qū)處于中級協(xié)調(diào)階段，黃河中游地區(qū)處于勉強協(xié)調(diào)階段，黃河上游整體處于瀕臨失調(diào)階段。

（4）從時空視角來看，黃河流域9省區(qū)三系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)的空間聯(lián)系較弱，僅山東、河南和陜西三地引力值大于1，處于低強度引力狀態(tài)，青海、寧夏引力值小于0.5，耦合協(xié)調(diào)的空間聯(lián)系最弱。

4.2 對策建議

基于本文結(jié)論，得出以下對策建議：

（1）實施科技創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略?？萍紕?chuàng)新是區(qū)域發(fā)展的動力源，是黃河流域省區(qū)高質(zhì)量發(fā)展的重要一環(huán)。9 省區(qū)化石能源一家獨大，農(nóng)業(yè)制造業(yè)等傳統(tǒng)行業(yè)依舊是主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，嚴重缺乏高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，缺乏與時俱進的人工智能、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)+等產(chǎn)業(yè)。必須促進技術(shù)革新、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，同時政府應(yīng)推動搭建科技創(chuàng)新平臺，實現(xiàn)科技創(chuàng)新信息共享，提升流域整體競爭力，激勵科技人才，減少人才流出。

（2）推動黃河流域大保護、大治理。生態(tài)環(huán)境是高質(zhì)量發(fā)展的基石，應(yīng)改善黃河流域生態(tài)環(huán)境，優(yōu)化水資源配置，注重保護和治理的協(xié)同性，既要因地制宜，又要協(xié)調(diào)發(fā)展，形成黃河上中下游責任共擔，利益共享機制，加強全流域治理工程，同時應(yīng)積極推進生態(tài)文明建設(shè)，嚴格控制環(huán)境污染排放量，加強環(huán)境保護立法，促進生態(tài)可持續(xù)發(fā)展。

（3）平衡流域協(xié)同發(fā)展格局。應(yīng)加強流域省區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施、技術(shù)創(chuàng)新、生態(tài)保護等領(lǐng)域合作，推動科技創(chuàng)新生態(tài)化，使科技“反哺”經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境，增強三者的相互作用關(guān)系，引領(lǐng)和帶動黃河流域東中西部地區(qū)協(xié)同發(fā)展。

（4）推動建設(shè)“多引擎”戰(zhàn)略。山東、河南、陜西省作為流域的引力源，應(yīng)供足吸引力。黃河流域省區(qū)間應(yīng)完善交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，增強省域間基礎(chǔ)設(shè)施互聯(lián)互通能力；深化生態(tài)保護、科技資源互通共享；出臺鼓勵省域間企業(yè)合作的支持政策，構(gòu)建起常態(tài)化交流機制，從而輻射周邊省區(qū)，形成協(xié)同發(fā)展乘法效應(yīng)，提升流域協(xié)調(diào)發(fā)展能力和水平。