黃河流域數字經濟、產業發展與生態環境耦合協調度的實證檢驗

王 艷，張雪芳，雷淑珍

（1.西安理工大學經濟與管理學院，西安 710054；2.陜西工業職業技術學院商貿與流通學院，陜西 咸陽 712000）

0 引言

新時代背景下，數字經濟成為解決黃河流域生態環境問題，推進產業結構升級優化的新動能、新優勢，為助推黃河流域高質量發展提供重要機遇。數字經濟能夠推動產業結構邁向中高端發展，還能有效減少環境污染；產業發展除了能為數字經濟運行提供高質高效的數字化產業支撐以外，還能減少資源消耗，保護生態環境。數字經濟、產業發展與生態環境三者之間聯系密切，三者耦合協調發展是黃河流域實現高質量發展的必由之路。那么，黃河流域數字經濟、產業發展與生態環境之間的互動關系如何？演進過程中影響黃河流域復合系統耦合的驅動因素有哪些？解答這些問題對于強化黃河流域數字經濟、產業發展與生態環境之間的平穩協調運行，推進黃河流域實現高質量發展具有重要的現實意義。

目前關于數字經濟、產業發展和生態環境兩兩之間關系的研究頗為豐富。在數字經濟與產業發展關系方面，部分學者指出數字經濟有助于促進產業結構升級[1—3]，還有學者探討了數字經濟對產業發展的作用機制[4,5]。在數字經濟與生態環境關系方面，相關文獻主要從數字經濟對環境污染[6]和環境質量[7]的影響進行探討，指出數字經濟發展能夠減少環境污染。在生態環境與產業發展關系方面，現有研究主要集中在二者耦合協調度的測算[8,9]、相互的影響機制分析[10—12]等方面。綜上所述，既有研究主要集中在分析數字經濟、產業發展與生態環境兩兩之間的關系上，但對三者耦合關系的研究較少。研究區域側重于大范圍省際類的樣本對象，缺乏針對流域內城市群的研究單元，關于黃河流域三者之間關系的研究較少?；诖?，本文采用黃河流域78 個地級市2011—2020 年的面板數據，分析黃河流域數字經濟、產業發展與生態環境耦合協調度的時空差異，并進一步分析三系統耦合協調度的驅動因素，以期為黃河流域三系統耦合協調發展提供決策依據。

1 研究設計

1.1 指標體系構建

為準確評價黃河流域數字經濟、產業發展與生態環境三者之間的關系，考慮到指標體系構建的層次性、針對性、可操作性、完備性等原則，根據數據的可得性并結合現有研究，本文構建黃河流域數字經濟、產業發展與生態環境耦合協調度評價指標體系（見表1）。具體而言，將數字經濟[13,14]劃分為數字產業化、產業數字化以及數字化人才三個層次，數字產業化和產業數字化是衡量數字經濟水平的關鍵因素，數字化人才是數字經濟發展的基礎因素。借鑒已有研究[15]，本文選取信息服務業就業人數和數字普惠金融指數兩個指標來衡量產業數字化，用普通高等學校數、大學生數量和科研人員數量三個指標來衡量數字化人才。已有研究對產業發展水平量化指標的界定較為完善，本文借鑒既有研究[16]采用六個指標對產業發展進行綜合評價，具體包括產業結構高級化、產業結構合理化、產業轉型速度，此外，產業的發展離不開充足的勞動力資源，故采用第一、二、三產業比較勞動生產率對其進行衡量，其中，第i產業比較勞動生產率用第i產業產值比重/第i產業就業比重來表示（i=1，2，3）。本文基于能源消耗、環境治理和污染排放三個維度來衡量黃河流域生態環境。

表1 黃河流域數字經濟、產業發展與生態環境耦合協調度評價指標體系

1.2 研究方法

1.2.1 綜合水平評價模型

考慮到各個指標值的量綱均不一致，首先對正向和逆向指標進行如下處理。

正向指標：

逆向指標：

其中，Yij為標準化的結果，maxXij為某一地區的某一年份中的最大值，minXij為某一地區的某一年份中的最小值。之后按照熵值法的步驟客觀計算各個指標的權重wj。

計算指標的信息熵e：

計算信息效用dj：

計算權重系數φj：

計算各系統的綜合水平指數：

1.2.2 耦合協調度模型

借鑒已有研究[17,18]，本文對黃河流域數字經濟、產業發展與生態環境復合系統耦合協調度進行測算，公式如下：

其中，T、C和D分別代表協調指數、耦合度和耦合協調度，U1代表黃河流域數字經濟綜合水平指數，U2代表黃河流域產業發展綜合水平指數，U3代表黃河流域生態環境綜合水平指數，參考已有研究[19]將耦合協調度劃分為十個等級（見表2）。

表2 耦合協調度等級劃分

1.2.3 灰色關聯度模型

采用灰色關聯分析能更好地判斷影響黃河流域三系統耦合協調發展的因素，使結果更真實客觀。采用灰色關聯度模型計算影響黃河流域三系統耦合協調度與外部動力因子關聯度的步驟如下。

第一步，計算關聯系數：

其中，y(k)為母序列，x(k)為特征序列，分辨系數ρ的取值為0.5。

第二步，計算關聯度：

1.3 數據來源

本文以黃河流域8 個省份（除四川省外）的78 個地級市為研究對象，以2011—2020年為研究時段，為保證數據的可得性，所使用的基礎數據均來自《中國城市統計年鑒》和相關城市統計年鑒。其中，數字普惠金融指數采用北京大學數字金融研究中心和螞蟻金服集團共同編制的數字普惠金融指數來表征，個別缺失數據采用線性插補法補齊。

2 實證結果分析

2.1 數字經濟、產業發展與生態環境綜合指數分析

如圖1 所示，總體來看，黃河流域生態環境綜合指數的總體均值由2011年的0.398上升至2020年的0.4738，在2015年有相對明顯的波動。黃河流域產業結構綜合水平指數在研究期內呈現相對穩定的發展態勢，其總體均值由2011 年的0.1803 緩慢上升至2015 年的0.2113。從黃河流域發展的實際情況出發，這是由于流域內生態環境和產業發展的演化是一個長期復雜的區間進程，故在考察期內未出現特殊的突變現象。另外，黃河流域數字經濟綜合指數未呈現明顯演進趨勢，考慮黃河流域實際情況，流域內較多地區經濟發展相對滯后，尤其是流域內貧困地區的數字經濟水平存量小且發展緩慢。

圖1 黃河流域數字經濟、產業發展與生態環境綜合水平指數

如圖2 所示，在區域層面，首先，從數字經濟指數看，呈現下游地區>中游地區>上游地區的分布特征，黃河下游具有明顯的區位優勢，數字經濟發展環境理想，相較上游和中游地區要好。其次，從產業發展指數看，呈現下游地區高于上游和中游地區的空間分布格局。最后，從生態環境指數看，呈現下游地區最高，中游地區次之，上游地區最低的分布特征，這與黃河流域生態環境的實際情況是極其吻合的，可能是由黃河流域上游地區水涵養能力較低，中游地區生態破壞嚴重，水資源錯配造成的。

圖2 上、中、下游地區域綜合指數發展趨勢

2.2 數字經濟、產業發展與生態環境耦合協調度分析

表3分別列示了黃河流域部分省會城市數字經濟、產業發展與生態環境的耦合協調度測算結果。

表3 2011—2020年黃河流域省會城市（部分）數字經濟、產業發展與生態環境的耦合協調度

從黃河流域整體來看（見圖3），三系統耦合協調度總體均值由2011 年的0.404 上升至2015 年的0.445，總體均值為0.403，三系統之間的相對關系沒有發生根本性的改變，在研究期內一直處于瀕臨失調的狀態。原因可能是黃河流域地區貧困面較廣、量較大、程度較深而導致流域內經濟增長極其緩慢、區域發展極其不協調，故未能為數字經濟、產業發展與生態環境耦合協調發展提供堅實的經濟支撐。

圖3 代表性年份黃河流域數字經濟、產業發展與生態環境耦合協調度雷達圖

如表3 所示，從黃河流域三個地區來看，數字經濟、產業發展以及生態環境三者的耦合協調度均呈現逐漸向好的態勢。其中，2011 年上游地區（除四川外）耦合協調度為0.328，屬于輕度失調，2015 年為0.367，屬于輕度失調，2020 年為0.289，屬于中度失調。由于上游地區資源匱乏，經濟發展落后，工業企業基礎創新能力不足，導致上游地區三系統綜合指數偏低，存在發展不協調的情況。2011 年中游地區耦合協調度為0.392，屬于輕度失調，2015 年為0.419，屬于瀕臨失調，2020 年為0.410，屬于瀕臨失調，這是由于中游地區生態環境脆弱，數字經濟發展水平不高，導致黃河流域大范圍地區的數字經濟、產業發展以及生態環境三者處于瀕臨失調的狀態。2011 年下游地區耦合協調度為0.458，屬于瀕臨失調，2015 年為0.510，屬于勉強協調，2020 年為0.389，屬于輕度失調，這是由于2020 年下游地區產業發展綜合指數偏低導致三系統為勉強協調。2011—2020 年，黃河流域數字經濟、產業發展與生態環境復合系統的耦合協調度按下游地區—中游地區—上游地區依次遞減。

從地市級層面來看，黃河流域78 個城市的數字經濟、產業發展及生態環境三者耦合協調水平均呈緩慢上升趨勢，但各個城市間的耦合協調度水平差異依舊明顯（見圖4）。就黃河流域上游地區城市而言，蘭州市處于勉強協調階段，金昌市處于嚴重失調階段，嘉峪關市、隴南市、石嘴山市和吳忠市均處于中度失調階段，西寧市和銀川市處于瀕臨失調階段，其余9 個城市均處于輕度失調階段。就黃河流域中游地區城市而言，西安市和太原市處于初級協調階段，呼和浩特市處于勉強協調階段，烏海市、商洛市處于中度失調階段，陽泉市等14 個城市處于輕度失調階段，大同等其余9 個城市均處于瀕臨失調階段。就黃河流域下游地區城市而言，濟南市和鄭州市處于初級協調階段，青島市、煙臺市、濟寧市、濰坊市、濱州市和新鄉市處于勉強協調階段，淄博市等20 個城市處于瀕臨失調的階段，東營市、鶴壁市、許昌市和三門峽市處于輕度失調的階段?？梢?，黃河流域8 個省會（除成都市外）城市的數字經濟、產業發展與生態環境復合系統耦合協調度均高于其他70 個城市。可能是因為這些城市在黃河流域內的要素資源存量充足、經濟發展迅速、交通發展較為發達，致使其各個系統的綜合水平均值較高，進而通過較強的耦合效應作用于整個系統，故呈現較高的耦合協調水平。

圖4 數字經濟、產業發展與生態環境耦合協調度均值的空間分布

2.3 數字經濟、產業發展與生態環境耦合協調的驅動因素分析

黃河流域數字經濟、產業發展與生態環境三系統耦合協調進程是極其復雜的機制，不僅是三系統內部協調作用的結果，還與系統外部的驅動因素有關，為深入探討影響該系統耦合協調度的動力因子，本文運用灰色關聯分析法來確定作為驅動因素的特征序列與黃河流域三系統耦合協調度的關聯度。參考現有研究成果[19]，綜合考慮黃河流域內自然資源分布的特殊性和基礎發展要素的流動性，選取以下四個動力因子作為影響黃河流域數字經濟、產業發展與生態環境復合系統耦合協調度的驅動因素：（1）經濟驅動。經濟發展是數字經濟和產業發展的基礎，能夠保障黃河流域三系統協調穩定發展，具體指標用人均地區生產總值來衡量。（2）水資源。水循環失衡和水資源分布不均是黃河流域水資源配置特殊所在，導致黃河流域上、中、下游地區生態環境脆弱。合理利用水資源對于黃河流域三系統耦合協調發展至關重要。具體指標用水資源總量表示。（3）產業結構。黃河流域局部城市產業發展不平衡且城市之間產業結構差異明顯，產業結構綠色化、智能化為數字經濟發展創造了條件，為黃河流域高質量全面發展打造基礎，亦為改善黃河流域數字經濟、產業發展與生態環境耦合協調發展提供指向性的遵循舉措，具體指標用第三產業產值與第二產業產值之比來衡量。（4）政府調控。政府通過資金、制度、政策引導和調節黃河流域三系統耦合協調發展，保障黃河流域三系統耦合協調持續穩定發展。具體指標用地方政府支出中的科學技術支出來表示。根據選取的指標數據，利用灰色關聯分析法分析4個驅動因素指標與黃河流域三系統耦合協調度之間的關聯度。關聯度值介于0~1，該值越大代表與其參考序列黃河流域三系統耦合協調度之間的相關性越強。結果如表4所示。

經濟驅動與黃河流域復合系統間耦合協調水平的關聯度均值為0.6681，說明經濟驅動是影響黃河流域三系統耦合協調發展的第一強因素，亦表明黃河流域三系統耦合協調發展受人均地區生產總值的影響更為顯著。其中，經濟驅動與黃河流域三系統耦合協調度間的關聯度高于均值的城市共32 個，主要是分布在黃河流域上游地區的石嘴山、金昌、銀川、酒泉、吳忠、嘉峪關、西寧、蘭州這8 個城市，黃河流域中游地區的榆林、呼倫貝爾、寶雞、陽泉、呼和浩特、延安、烏海、商洛、包頭、巴彥淖爾、朔州、銅川、晉城這13 個城市，黃河流域下游地區的淄博、許昌、威海、三門峽、青島、日照、煙臺、洛陽、焦作、鶴壁、濟南這11 個城市，呈現中游地區>下游地區>上游地區的分布特征。說明經濟驅動對黃河流域中游、下游地區數字經濟、產業發展和生態環境三系統耦合協調發展的影響程度高于黃河流域上游地區。這可能是因為黃河流域上游地區城市相對下游地區和中游地區的社會經濟發展比較落后，要素資源匱乏，人才資金外流嚴重，黃河流域下游地區城市區位優勢明顯，要加強黃河上游地區基礎設施建設，打造新型城市，高效推動黃河全流域地區三系統耦合協同發展。

產業結構與黃河流域三系統間耦合協調水平的關聯度均值為0.6324，說明產業結構是影響黃河流域三系統耦合協調發展的第二強因素，其原因不僅在于產業結構綠色化能改善黃河流域生態環境，而且在于產業結構智能化可以促進黃河流域數字經濟的發展，亦能推動黃河流域產業綠色、智能化的高質量發展。其中，產業結構與黃河流域復合系統耦合協調度間的關聯度高于均值的城市共30個，主要是分布在黃河流域上游地區的酒泉、平涼、天水、白銀、嘉峪關、張掖、武威、蘭州、固原、金昌、西寧、吳忠、銀川、石嘴山這14 個城市，黃河流域中游地區的呼和浩特、陽泉、呼倫貝爾、包頭、赤峰、銅川、朔州、商洛、巴彥淖爾、大同、忻州、運城、烏海這13個城市，黃河流域下游地區的青島、臨汾、許昌這3個城市，呈現上游地區>中游地區>下游地區的分布特征。這說明產業結構對黃河流域上游地區數字經濟、產業發展和生態環境三系統耦合協調發展的影響程度高于黃河流域中游和下游地區。其主要原因可能是這些城市產業結構落后、產業倚能倚重問題突出，為此，黃河流域上游、中游地區需要加快構建綠色、智能化產業鏈，推動產業結構轉型升級，從而為黃河流域三系統耦合協同發展構建堅實樞紐支撐。

政府調控與黃河流域三系統間耦合協調水平的關聯度均值為0.5538，這說明政府調控是影響黃河流域復合系統耦合協調發展較為關鍵的因素。其中，與黃河流域復合系統耦合協調度間的關聯度高于均值的城市共32 個，主要是分布在黃河流域上游地區的隴南、金昌、吳忠、武威、嘉峪關、銀川、石嘴山、酒泉、固原、白銀這10個城市，黃河流域中游地區的西安、寶雞、商洛、鄭州、烏海、呼倫貝爾、陽泉、鄂爾多斯、包頭、榆林和延安這11個城市，黃河流域下游地區的煙臺、青島、許昌、濰坊、洛陽、日照、淄博、德州、威海、東營和三門峽這11 個城市，呈現在黃河流域三個地區平均分布的特征。這說明黃河流域各地政府調控效果溢出效應明顯，需要加大政府資金和政策扶持力度促進黃河流域城市社會經濟發展，從而有效推動黃河流域三系統的耦合協調發展。

水資源與黃河流域三系統間耦合協調水平的關聯度均值為0.5372。水資源的合理有效利用能夠促進產業結構轉型升級，在一定程度上還有利于改善黃河流域生態環境質量，進一步影響黃河流域三系統耦合協同發展。其中，與黃河流域三系統耦合協調度間的關聯度高于均值的城市共32個，主要是分布在黃河流域上游地區的酒泉、隴南、定西、金昌、嘉峪關、張掖、吳忠、石嘴山、武威、固原、白銀、天水、慶陽這13個城市，黃河流域中游地區的漢中、安康、商洛、巴彥淖爾、寶雞、鄂爾多斯、赤峰、烏海、陽泉、榆林、忻州、延安、呂梁、銅川這14 個城市，黃河流域下游地區的信陽、許昌、三門峽、南陽、東營這5個城市，呈現中游地區>上游地區>下游地區的分布特征。這說明黃河流域上游、中游地區水資源對三系統耦合協同發展的影響最為敏感，為此，需要保護黃河流域上游水源補給地，降低上游、中游地區人為活動對水資源的過度影響，加強黃河流域上游、中游水資源集約利用，各城市應科學合理配置水資源。

3 結論與建議

3.1 結論

本文在分析數字經濟、產業發展與生態環境的耦合機理基礎上，運用耦合協調度模型研究了黃河流域三系統耦合的時空演變。進一步地，基于灰色關聯法分析了影響復合系統的驅動因素，得出如下結論：

（1）2011—2020 年黃河流域數字經濟、產業發展與生態環境的綜合水平指數相差不大，各系統綜合水平指數變化速度亦不顯著，黃河流域數字經濟綜合水平在空間上形成下游地區>中游地區>上游地區的分布格局，黃河流域產業發展綜合水平在空間上呈下游地區>上游地區>中游地區的特征分布，黃河流域生態環境綜合水平在空間上呈下游地區>中游地區>上游地區的分布特征。（2）黃河流域大多數城市的數字經濟、產業發展與生態環境耦合協調等級表現為瀕臨失調；黃河流域三系統的耦合協調度在空間上呈下游地區>中游地區>上游地區的分布格局；黃河流域各個省會城市的三系統耦合協調水平比其他非省會城市的耦合協調水平要高。（3）經濟驅動、產業結構、政府調控、水資源對黃河流域產業發展、數字經濟和生態環境三者耦合協調度的影響強度表現為：經濟驅動強于產業結構，產業結構強于政府調控，政府調控強于水資源；其對黃河流域三系統耦合協調度的影響具有顯著的流域異質性，其中，對黃河流域上游地區影響較大的因素是產業結構，對黃河流域中游地區影響較大的有經濟驅動、水資源及政府調控這三個因素，對黃河流域下游地區影響較大的因素是政府調控。

3.2 建議

一是堅持保護黃河流域生態環境，打造低碳高效安全的綠色能源體系。優化能源開發和水資源配置，尤其是上游地區的寧夏、甘肅要聚焦源頭治理提升水源涵養能力，中游地區的陜西、山西要聚焦生態修復促進水源生態系統健康。統籌推進水資源配置和環境治理，為黃河流域三系統耦合協調發展塑造重要保障。

二是堅持產業邁向中高端發展的方向，打造符合黃河流域的綠色智能特色優勢現代產業體系。加快黃河流域局部地區的傳統產業新舊動能轉換提速增效，利用數字技術賦能產業結構轉型升級，優化黃河流域地區產業發展格局，下游地區的山東、河南整合優勢資源高水平建設新興產業，黃河流域內的中心城市要主動構造綜合性國家產業創新中心。解決黃河流域產業結構轉型升級步伐滯后問題是積極應對黃河流域高質量發展規劃的關鍵，堅定數字產業經濟平穩健康發展，致力于形成黃河流域三系統耦合協調發展形勢。

三是堅持高舉黃河流域數字經濟高質量發展的旗幟，打造具有黃河流域特色新優勢的數字經濟。提高黃河流域資源優化配置效率，力爭縮短黃河流域地區間的數字鴻溝，壯大黃河流域經濟高質量發展新引擎。持續推進數字技術與黃河流域地區傳統落后產業深度融合，打造黃河流域中心城市自主創新示范區，加強下游與中游、上游地區產業聯動。數字經濟發展為黃河流域三系統耦合協調發展提供智慧技術基礎，對黃河流域內各區域協同聯動發展具有舉足輕重的作用。