衡陽市科技創新與油茶產業發展的耦合機制研究

朱 捷，孟亞萍，資雅瑩，李 維

(1. 衡陽市農業科學院，湖南 衡陽 421101； 2. 耒陽市林業局，湖南 耒陽 421812)

油茶(Camelliaoleifera) 屬山茶科(Theaceae)山茶屬(Camellia)常綠小喬木，是世界四大木本油料樹種之一。我國油茶資源豐富，以湖南、江西、廣西、浙江等長江以南省份居多，其栽培歷史悠久，現種植面積約為459.2萬hm2[1]，占木本食用油料植料總種植面積的80%以上[2]。近年來，中央一號文件多次提出支持木本油料作物發展，擴大油茶種植面積，改造提升油茶低產林。《加快油茶產業發展三年行動方案2023—2025年》的出臺，確保到2025年我國油茶種植面積達到600萬hm2以上，油茶產能達到200萬t。可見，油茶產業的發展得到了國家的高度重視。

經濟社會發展初級階段，產業的發展主要依靠土地、勞動力、資本等生產要素的投入，對科技創新的需求較低。隨著社會經濟的發展，產業發展對科技創新的需求逐漸增強，科技創新與產業發展的動態耦合度也越來越高[3]。各國學者對科技創新與產業發展的相互關系做了大量的研究。從亞當·斯密(Adam Smith)[4]的勞動分工理論到新經濟增長理論，勞動力的概念不只包括勞動者的數量，還包括勞動者的受教育程度和技能水平，勞動者的技術進步能夠促進產業發展。勞動者進行科技創新能夠創造出新產品，從而改變生產要素的配置比例和結構，形成新的產業部門，促進產業發展。周叔蓮等[5]認為科技創新與產業結構調整之間相互影響、相互促進，兩者互為條件；從供需方面來看，改變生產要素有利于產業結構的調整和優化。楊禮勝[6]通過建立計量經濟模型研究了農業科技創新對農業產業結構調整的作用，深入探討了兩者之間的作用機制。宋德軍[7]則認為科技創新與產業發展之間不是簡單的關聯關系，兩者還存在耦合相關性。王念纖[8]構建了科技創新和產業發展之間的耦合評價指標體系，從科技創新實力、產業發展實力兩個系統對我國30個省市區進行了評價，同時對兩個系統的耦合度、耦合協調度進行了測算。李健等[9]以我國31個省市區為分析樣本，構建了區域經濟、科技創新和物流產業三個系統耦合評價指標體系，利用預測模型預測了2019—2025年的耦合協調水平。賀心潔[10]構建了綠色金融和產業綠色發展系統耦合評價指標體系，進行了兩系統發展水平的測算，對綠色金融與產業綠色發展耦合協調情況的時空演變進行了深入分析。李義華等[11]基于湖南省2010—2021年的數據，構建了數字經濟、區域物流以及經濟高質量發展測評系統，對三系統的耦合協調度進行測算，建立障礙度模型，診斷影響三系統協調發展的障礙因子。

當前，我國油茶產業結構不斷調整升級，逐步從勞動密集型向知識和技術密集型轉變，油茶產業發展已由生產要素的投入驅動轉向科技創新驅動。利用科技創新為油茶產業發展注入新動力，優化油茶產業結構，實現油茶產業的高質量發展[12-13]。本文以科技創新與油茶產業發展的耦合協調關系為研究目標，在前人的研究基礎上，通過構建多層次的評價指標體系，以耦合度和耦合協調度為基礎，引入熵權-耦合模型，定量分析衡陽市2012—2021年10年間的科技創新與油茶產業發展的綜合發展水平、耦合協調程度及同步性等級，評估衡陽市油茶產業發展的現狀，為產業結構優化升級和生產要素的投入力度提供理論支撐，為科技創新與油茶產業發展的深入研究提供參考依據。

1 研究區概況

衡陽市地處華南腹地，地理位置 110°32′16″—113°16′32″E，26°07′05″—27°28′24″N，屬亞熱帶季風性濕潤氣候區。地形以低山、丘陵為主，處于衡邵干旱走廊。油茶產區常在海拔200 m以下，年平均氣溫為16～19 ℃，光照時間較長；土壤以紅壤、黃壤和紫色土為主，紅黃壤土層深厚肥沃，有機質含量豐富[14]。油茶在衡陽已有2 300多年種植歷史；衡陽優良的自然條件使其成為油茶最適栽培區，同時也成為全國油茶產業發展示范市、全球油茶核心產區；油茶成為了衡陽市特產以及中國國家地理標志產品[15]。油茶作為衡陽的傳統林業產業，一直以來受到社會各界的廣泛關注，近些年油茶產業迎來了快速發展時期[16]。截止到2021年，衡陽市已有油茶面積29.26萬hm2，年產茶油8.79萬t，各項數據均居全國地州市之首。

近年來，衡陽市不斷完善“基礎研究+合作攻關+成果轉化+科技金融+人才支撐”全過程科技創新生態鏈，在科技創新領域推動落實“人才雁陣”“萬雁入衡”行動，加強人才引進力度，提高科技創新投入力度。截止到2022年，衡陽市全社會R&D活動經費投入強度達到1.93%，是2013年的2.8倍。地方財政科技支出占公共財政支出的比例為2.5%。2021年衡陽市本級財政預算油茶專項資金投入就達2.3億元。高新技術企業總數達到861家，科技型中小企業超過1 000家，高新技術產業增加值增長20%以上[17]。大三湘、神農國油、金昌生物等油茶企業在茶籽剝殼、茶油壓榨加工、新產品研發等方面已獲得超過300件專利。良好的科技創新環境、高強度的財政投入推動科創平臺的建設和高層次人才的流入，逐步實現科技成果轉化為現實生產力。

2 材料與方法

2.1 評價指標體系的構建

基于耦合模理論(Coupled-mode theory)，在科技創新與油茶產業發展耦合機制分析的基礎上，參考國內外成熟的系統耦合評價指標體系，借鑒已有成果[8，11，18-22]設計衡陽市科技創新和油茶產業發展系統耦合評價指標體系。選擇高校、科研院所、政府和企業代表對所設計的指標體系進行專家論證，根據專家意見對指標體系進行修正，形成最終的衡陽市科技創新與油茶產業發展的耦合評價指標體系(表1)。科技創新評價指標體系包括科技創新基礎、科技創新投入和科技創新成果三個維度，油茶產業發展評價指標體系包括產業規模、效益、文化和發展四個維度。

表1 衡陽市科技創新系統與油茶產業發展系統耦合評價指標體系Tab.1 The coupling evaluation index system of science and technology innovation system and oil tea industry development system in Hengyang City目標層(權重)一級指標(權重)二級指標二級指標單位正、逆向權重(W)U111規上企業個數個正0.075U11科技創新基礎(0.355)U112規上企業有R&D活動的企業數個正0.082U113高新技術企業數量個正0.114U114科技機構數個正0.084U121R&D人員合計人正0.074U12科技創新投入(0.352)U122R&D活動經費支出億元正0.068U1科技創新(0.500)U123新產品開發項目數項正0.126U124新產品開發經費支出億元正0.084U131高新技術產品總產值億元正0.071U132高新技術產品銷售收入億元正0.064U13科技創新成果(0.293)U133新產品銷售收入億元正0.029U134期末有效發明專利數件正0.057U135發表科技論文數篇正0.072

2.2 數據來源與處理

2012—2021年衡陽市10年間的25個指標數據(表2、表3)主要通過以下三條途徑獲得：(1)統計數據，包括2012—2022年度《衡陽市統計年鑒》《國民經濟和社會發展統計公報》《統計月報》和《分析報告》等；(2)政府官網數據，包括衡陽市人民政府、衡陽市統計局、衡陽市林業局、衡陽市科技局等來源；(3)訪談及問卷調查，針對油茶產業文化數據，制作調查問卷，共發放300份，回收283份，其中有效問卷278份。使用SPSSPRO軟件對問卷進行可靠性分析，Cronbach’s α系數為0.840，信度可以接受。問卷經同行專家判斷設計合理，通過內容效度分析，可以進行后續建模分析。由于本文的主要數據來源于衡陽市統計局，衡陽市2022年度統計年鑒中數據截止于2021年12月31日，且未發表2023年度統計年鑒，由此確定本文研究的時間跨度為2012—2021年。另外，由于研究時間跨度大，部分難以獲得的數據則根據訪談調研推斷而來，對于缺失數據則按其變化規律經科學計算得出。

表2 衡陽市科技創新系統指標Tab.2 Science and technology innovation system indicators in Hengyang City年度科技創新基礎/個科技創新投入科技創新成果規上企業個數規上企業有R&D活動的企業數高新技術企業數量科技機構數R&D人員合計/人R&D活動經費支出/億元新產品開發項目數/項新產品開發經費支出/億元高新技術產品總產值/億元高新技術產品銷售收入/億元新產品銷售收入/億元期末有效發明專利數/件發表科技論文數/篇20121 17088235586 73710.831 00314.101 007.97818.78245.6521012420131 17962239625 05515.2175319.341 170.901 008.60475.662731412014996109236684 96213.9680517.691 004.20859.20254.3541313820159601872701356 84218.0054221.391 119.30950.20507.5071114620169992713341458 36522.6154820.091 402.301 171.00437.231 47215320171 0973243991379 40427.6366425.321 543.301 443.80430.111 46617420181 0225085147910 84433.821 13737.661 490.801 425.30281.861 61915720191 05257954110812 41538.721 35640.361 685.801 520.80279.921 56619220201 27581278214715 47945.762 94959.871 793.201 581.10359.461 63412820211 42586385626116 36954.523 11462.171 988.001 842.7052.821 700129

表3 衡陽市油茶產業發展系統指標Tab.3 Development system indicators of Camellia oleifera industry in Hengyang City年度產業規模產業效益產業文化/%產業發展/%種植總面積/萬hm2油茶籽總產量/萬 t茶油總產量/萬t油茶人均種植面積/hm2茶油總產值/億元茶油總產值占 GDP 比值/%種植地居民對茶油的飲食使用程度種植地居民對油茶的醫用使用程度種植地居民油茶種植意愿度種植地居民對油茶產業發展的認可度油茶企業數量年均增速油茶企業注冊資本年均增速20121.64 15.62 1.75 0.023 8.60 0.43 9.52 3.02 41.26 61.38 18.95 10.07 20131.8719.39 2.00 0.02712.00 0.55 10.16 3.06 45.38 65.49 23.51 12.63 20142.10 23.32 2.50 0.030 18.00 0.75 11.23 3.24 53.76 69.74 25.64 29.36 20152.17 17.73 2.70 0.031 26.00 0.99 12.37 3.52 46.75 61.38 11.58 7.28 20162.33 19.29 3.60 0.034 37.00 1.34 15.62 3.69 51.32 69.33 29.61 36.21 20172.5218.97 4.00 0.03850.00 1.71 16.58 3.86 45.36 68.52 23.48 29.13 20182.62 21.43 5.38 0.039 155.60 5.03 17.34 4.15 49.61 65.36 12.57 9.77 20192.79 23.56 5.74 0.041168.60 5.00 18.65 4.62 50.26 66.52 21.43 17.51 20202.78 49.48 6.98 0.042219.17 6.25 20.36 4.85 56.84 70.25 18.65 7.48 20212.93 62.85 8.79 0.044386.70 10.07 26.74 5.67 64.37 72.51 15.32 8.77

2.3 數據分析方法

本研究所有數據均用SPSSPRO軟件進行數據分析。

2.3.1 數據無量綱化處理

由于科技創新與油茶產業發展指標的值在數值和單位上的差異大，通過無量綱化處理之后，則可進行比較。又區分為正向數據與負向數據，其計算公式如下：

(1)

(2)

式 (1)(2) 中：Xij代表第i年的第j個指標；Xmax與Xmin分別表示Xij指標的最大值和最小值。本文所選指標均為正向指標，即對發展具有積極推動效應的指標。

2.3.2 指標權重的熵值確定方法

熵值法確定各指標權重，評價結果具有客觀性與實用性。因此，本研究適用客觀賦權法中的熵值法確定指標權重，減弱主觀因素的影響，增加評價結果的客觀公正性[18，23]。

(1)計算第i年第j項指標的比重f

(3)

式中：fij表示第i年第j項指標所占的比重，其中m是統計得到的年數，fij取值為[0，1]，從而建立指標數據的比重矩陣F={fij}m*n。

(2)計算指標信息熵值e和信息效用值d

(4)

式中：ej為第j項指標的信息熵值；m是統計得到的年數。

信息效用值：dj=1-ej

(5)

式中：dj為某指標的信息效用值，是1與該指標的信息熵值之間的差值；信息效用值dj越大，指標權重Wj越大。

(3)計算指標的權重W

(6)

式中：Wj表示第j項指標的權重。

就某項指標來說，當Xij的差異越大，e值越小，d值越大，所起的作用就越小；相反，當Xij的差異越小，e值越大，d值就越小，則該指標所起的作用越大。 計算j項指標的權重，首先用公式(3)計算出fij，代表了第i年的第j項指標所占據的比重，然后計算出j的熵值，從而得到j項指標的權重(表1)。

(4)計算各年度的綜合得分U

(7)

式中：綜合評價值為U；指標個數為n。U越大，評價效果越好；U越小，評價效果越差。本文中用U1表示科技創新綜合得分，U2表示油茶產業發展綜合得分，取值為[0，1]。最后通過線性加權求和計算兩個系統各自的綜合發展水平。

2.3.3 構建耦合度及耦合協調度模型

綜合協調指數模型是一種常用的評價系統綜合發展水平的函數模型，本文討論兩個系統之間耦合系統度，其計算公式如下：

T=αU1+βU2

(8)

式中：T為兩大體系的綜合協調指數，反映系統的整體水平。α、β為待定系數，且α+β=1。 考慮到兩個系統是相互作用的且具有同等重要性，因此假設α、β均取0.5。

耦合度可以反映系統間相互依賴和相互制約程度，表達系統間的協調程度。利用耦合度函數計算系統間的耦合度C[24]，計算公式如下：

(9)

式中：耦合度C值取值范圍為[0，1]。C值越小，系統越趨向無序狀態，表明系統間耦合性越低；C值越大，表示系統有序程度越高，表明系統間耦合性越高。

(10)

式中：耦合協調度指數為D，取值為[0，1]，主要判斷系統間的協調發展程度。D值越接近1表明兩個系統的協調性越高，D值越接近0表明兩個系統的協調性越低。當D=0時，可以認為兩個系統間沒有關系；當D=1 時，可認為兩個系統間已是絕對協調水平。

目前尚無統一的科技創新與油茶產業發展的協調度水平細分標準，本研究參考前人的研究成果[25]，將耦合協調度等級劃分為十級(表4)。

表4 耦合協調度等級劃分Tab.4 Coupling coordination level classification耦合狀態范圍(D)耦合協調等級0～0.1極度失調萌芽>0.1～0.2嚴重失調>0.2～0.3中度失調磨合>0.3～0.4輕度失調>0.4～0.5瀕臨失調>0.5～0.6勉強協調穩定>0.6～0.7初級協調>0.7～0.8中級協調高水平耦合>0.8～0.9良好協調>0.9～1.0 優質協調

2.3.4 同步模型

為了更好地研究科技創新與油茶產業發展的相對關系，引入同步模型。通過計算對應年份的兩系統的綜合發展水平比值，得出綜合發展水平指數同步值R，公式如下：

(11)

式中：U1是科技創新綜合得分；U2是油茶產業發展綜合得分。將R值進行等級劃分，更直觀地了解兩個系統的綜合發展水平。本文對所得R值劃分為五個等級(表5)[8，18]。

表5 同步性等級表Tab.5 Synchronicity level tableR同步性 0～0.5油茶產業嚴重滯后型>0.5～0.8油茶產業輕度滯后型>0.8～1.2基本同步型>1.2～1.5科技創新輕度滯后型>1.5～∞ 科技創新嚴重滯后型

3 結果與分析

3.1 綜合發展水平分析

表6和圖1分別顯示了衡陽市科技創新與油茶產業發展綜合指標、耦合協調度數值等情況。U1在研究的前三年出現小幅度波動，從2014年開始呈逐步增長趨勢；U2的最小值在研究的起點年份2012年取得，研究區間雖有波動，但整體呈增長趨勢。U1從2012—2021年增長了9.9倍，2014年出現短暫的下降，期間R&D活動經費支出和科技創新成果指標均出現明顯減少，這也是導致下降的重要原因。自2010年在耒陽召開全國油茶產業發展現場會之后，衡陽市油茶產業迎來了發展機遇期。U2從2012年的0.033 9增長至2021年的0.842 7，增長了23.86倍，但在2015年出現驟降，究其原因在于2015年夏季氣溫偏低且秋冬季降雨異常多，導致油茶產量低，油茶企業發展速度偏慢。2016年又快速恢復到原發展速度。從總體來看，U1的發展速度稍快于U2，且有接近的趨勢。根據衡陽市林業局統計數據顯示，由于2022年衡陽市出現異常干旱天氣，當年油茶產業面臨前所未有的沖擊，減產嚴重，產值大幅度降低，甚至影響了2023年的油茶產量。

圖1 衡陽市科技創新與油茶產業發展的綜合發展水平Fig.1 Comprehensive development level of science and technology innovation and oil tea industry development in Hengyang City

表6 衡陽市科技創新與油茶產業發展綜合指數、耦合協調度數值及等級Tab.6 The comprehensive index, coupling coordination degree and level of science and technollogy innovation and the development of the Camellia oleifera industry in Hengyang City年份U1U2TCD耦合協調等級R同步性等級20120.083 00.033 90.058 50.141 00.090 8極度失調0.408 4油茶產業嚴重滯后型20130.135 80.124 40.130 10.252 00.181 1嚴重失調0.916 1基本同步型20140.076 90.287 00.182 00.292 00.230 5中度失調3.732 1科技創新嚴重滯后型20150.175 30.103 20.139 30.239 80.182 7嚴重失調0.588 7油茶產業輕度滯后型20160.287 70.383 40.335 60.420 70.375 7輕度失調1.332 6科技創新輕度滯后型20170.395 50.354 30.374 90.426 50.399 9輕度失調0.895 8基本同步型20180.436 60.355 70.396 20.431 80.413 6瀕臨失調0.814 7基本同步型20190.553 60.466 40.510 00.492 70.501 3勉強協調0.842 5基本同步型20200.768 50.590 00.679 30.559 60.616 5初級協調0.767 7油茶產業輕度滯后型20210.904 80.842 70.873 80.654 80.756 4中級協調0.931 4基本同步型 注:U1為科技創新系統綜合得分;U2為油茶產業發展綜合得分;T為綜合協調指數;C為耦合度指數;D為耦合協調度指數;R為同步值。

3.2 耦合協調度分析

從表6、圖2和圖3可知，2012—2021年衡陽市科技創新與油茶產業發展系統的耦合度和耦合協調度逐年上升，耦合協調度和同步性等級波動較小，耦合協調度從2012年的極度失調發展到2021年的中級協調，同步性等級也從2012年的油茶產業嚴重滯后型發展成基本同步型。表明兩個系統的協調程度在逐步提高，關聯程度逐步加深，并有協調和優質的發展態勢。

圖2 衡陽市科技創新與油茶產業發展的耦合情況Fig.2 The coupling development of science and technology innovation and the development of Camellia oleifera industry in Hengyang City

圖3 衡陽市科技創新與油茶產業發展同步性等級Fig.3 Level of synchronicity between science and technology innovation and the development of Camellia oleifera industry in Hengyang City

從研究的時間序列來看，根據耦合狀態及耦合協調等級，可以將衡陽市科技創新與油茶產業發展過程劃分為三個階段。第一個階段為萌芽階段，從2012年至2015年，耦合協調度D值從0.090 8上升到0.182 7；2014年D值為0.230 5，耦合協調等級從極度失調發展為中度失調。此時，油茶種植面積從1.64萬hm2增加到2.17萬hm2，茶油總產值從8.6億元增加到26.0億元。油茶產業正處于規模化萌芽階段，油茶的豐產期一般在8 a左右，新造的油茶林沒有達到豐產期，導致該時間段較長。同步值則呈現先升后降的趨勢，其R值在2014年出現波峰，科技創新嚴重滯后于油茶產業發展。此時科技創新R&D活動經費支出和新產品開發經費支出的科技投入明顯減少，科技成果轉化效率低下。第二個階段為磨合階段，從2016年至2018年，耦合協調度D值從0.3757上升到0.4136，耦合協調等級從輕度失調發展為瀕臨失調。油茶種植面積從2.33萬hm2增加到2.62萬hm2。隨著油茶林不斷進入盛果期，茶油總產值從37億元也增加到155.6億元。其R值也處于1左右，科技創新與油茶產業發展正處于基本同步型等級。第三個階段為穩定階段，從2019年至2021年，耦合協調度D值從0.501 3上升到0.756 4，耦合協調等級從勉強協調發展為中級協調。科技創新投入強度大，新產品開發數量多，大部分油茶林進入豐產期，油茶產業蓬勃發展，科技創新與油茶產業發展呈現出協調發展的趨勢；其R值也處于1左右，科技創新與油茶產業發展正處于基本同步型等級。

4 結論與討論

本文以衡陽市科技創新系統與油茶產業發展系統為研究對象，通過構建耦合發展評價指標體系，利用2012—2021年10年的數據，對科技創新與油茶產業發展的耦合程度進行測算。利用耦合協調等級和同步性等級分析兩個系統之間的耦合關系，其結論如下：

(1)2012—2021年，衡陽市科技創新與油茶產業發展系統的綜合發展水平指數分別從0.083 0和0.033 9上升至0.904 8和0.842 7，兩個系統的綜合發展水平整體情況較好，呈持續上升趨勢。油茶產業作為衡陽市傳統優勢產業，發展持續向好；科技創新作為油茶產業發展的驅動因素，是油茶產業發展的前置動力和重要保障。

(2)從科技創新與油茶產業耦合協調發展水平層面分析，兩個系統大致可以分為三個發展階段。耦合協調系數從0.090 8上升至0.756 4，耦合協調等級從極度失調耦合發展到中級協調耦合，但在2015年出現低程度波動。雖未達到優質協調等級，但整體呈交替上升趨勢，距離高水平耦合狀態還存在一定差距。從同步值可以看出，兩個系統基本屬于同步發展型，說明衡陽市科技創新與油茶產業發展處于良性耦合狀態。

從研究結果來看，首先，衡陽市科技創新與油茶產業發展系統相互作用、相互影響，為加快推進油茶產業發展需要加大各指標的投入力度，各子系統間應相互協調，保持均衡的發展態勢，向高水平耦合狀態靠攏；其次，油茶產業發展應注重挖掘本土優勢資源，科研資源應適當向油茶產業傾斜，建設高端油茶專業科研院所；再次，注重油茶專業人才的培養，加大高層次人才引進力度，增加油茶產業科技創新實力；最后，堅持按照政府引導、市場主導的原則，突出科技創新驅動油茶產業發展，出臺促進油茶產業發展的系列政策，為油茶產業高質量發展提供強大動力和政策保障。