杨玲[*]，刘飞，陈迪，刘影，王蕊

徐州生物工程职业技术学院生态环境学院

摘  要：本研究基于2007-2017年黄河流域专利申请量与工业废水排放量数据，采用Archaist空间分析、响应强度测度模型及空间自相关方法展开分析。结果表明：（1）技术创新能力总体提升但空间差异显著，呈"东高西低"格局；（2）水污染强度呈倒"U"型趋势，高强度区集中于中下游山东、河南等地；（3）技术创新对水污染的响应强度总体减弱，改善作用日益明显；（4）响应强度空间集聚特征显著，高高集聚区由河南转向山东，低低集聚区分布于陕西、河南、甘肃和宁夏，空间同质性大于异质性。

关键词：黄河流域；技术创新；空间集聚;水污染

1前言

黄河流域是我国重要的生态屏障和农牧业、基础工业基地，其生态保护与高质量发展是国家重大战略。然而，流域内高能耗、高排放企业集中，面临技术创新能力不足与水污染严峻的双重压力。因此，深入研究其技术创新的水污染响应强度，对推动流域可持续发展意义重大。目前，学术界的相关研究已取得一定进展^[1]。技术创新的研究多集中于能力测度、影响因素及其对产业结构的影响等方面；水污染研究则聚焦于排放特征、治理模式及其与经济发展的关系。在二者关系探讨中，虽有学者基于多种模型证实技术创新对环境污染具有抑制作用，但也有观点认为其可能形成新的污染源，或影响存在不确定性。此外，现有研究多着眼于全国尺度，缺乏对黄河流域这一特定区域的深入剖析。

本研究以黄河流域为对象，旨在通过评价技术创新与水污染的发展状况，运用响应测度模型量化二者关系，并借助空间自相关方法揭示响应强度的空间集聚特征。研究成果有望为黄河流域精准制定水污染治理政策、优化科技资源配置、实现生态保护与高质量发展提供科学依据。

2研究区域概况

2.1研究范围

参考相关研究^[1]对黄河流域研究范围进行划定，考虑到四川省在自然流域划分中属于长江流域，内蒙古东四盟属于东北地区，故以山东、河南、山西、陕西、内蒙古、宁夏、甘肃、青海8个省份共92个地区（包括地级市、州、盟）作为研究对象，对黄河流域技术创新、水污染及其响应强度的时空演化特征及空间集聚特征进行研究。

2.2研究方法

2.2.1响应强度测度模型

“响应”是指两种事物相互影响、相互作用的关系^[2]，为简便测度技术创新与水污染的关系，引入“技术创新的水污染响应系数”这一指标来表示技术创新对水污染的影响程度，计算公式如下^[3]：

式中：W₀和W_n分别表示研究期初和期末的工业废水排放量，T₀和T_n分别表示研究期初和期末的专利申请数，即以相对发展速率为基础计算响应强度。

对于一般区域，在一定时期内，若水污染与技术创新速率比的比值增大，表明水污染加剧快于技术发展，这会倒逼工业结构优化与技术进步，从而增强对技术创新的拉动作用；反之，若该比值减小，则说明技术创新能有效改善水环境，其受到的倒逼作用也相对减弱^[4]。

2.2.2空间自相关

主要采用全局空间自相关和局部空间自相关方法对黄河流域技术创新的水污染响应空间集聚情况进行识别。全局空间自相关反映的是观测变量在整个研究区域内空间相关性的整体趋势^[5]，一般采用Global Moran's I值来衡量，具体测算公式如下：

式中：n为研究区域单元个数，X_i和X_j代表区域i和区域j的观测值，代表研究对象X的平均值，为空间权重矩阵，当两个地域单元相邻时，权重取1，否则为0。I[-1,1]，当I>0时，表示黄河流域技术创新的水污染响应强度呈正相关的集聚态势，反之则呈现差异性^[6]，I的绝对值越大表明空间关联性越强。

2.3数据来源

本文以专利申请数（件）表征技术创新，以工业废水排放量（万吨）表征水污染，限于黄河流域各地市数据的可获取性，研究周期为2007-2017年，数据主要来源于2008-2018年《中国城市统计年鉴》、2008-2018年各市统计年鉴及2007-2017年各市统计公报，个别地市专利申请量数据缺失，通过知网检索补足。

3技术创新的水污染响应强度的时空分异

3.1水污染格局演变分析

因济源市工业废水排放量数据缺失，对其不予研究，临夏回族自治州、甘南藏族自治州2007年数据缺失，确定2007年研究对象为79个地市，2011、2014年研究对象为81个地市，2017年研究对象为80个地市（图1）。

图1 黄河流域水污染演变格局（数据来源：黄河流域水环境监测管理中心）

从时间演变来看，黄河流域水污染强度大致呈现先升后降的倒U型趋势，环境质量自2016年起总体改善。流域工业结构正从以资源、劳动和资本密集型为主导的低层次格局，向技术密集型升级^[8]，科学技术通过提升资源利用效率和清洁生产水平，有效减少了工业废水排放^[9]。具体城市演变各异：如济南、泰安等级上升后回落；榆林因废水排放持续增加，水污染强度显著增强；西安、宝鸡、安阳等地则呈现持续减弱趋势。

从空间格局来看，黄河流域水污染强度空间差异显著，呈现从上游到下游的阶梯状分布^[10]。高强度区集中分布于中下游的山东、河南两省，中上游地区水污染状况普遍较轻。其中，内蒙古、甘肃等上游省区格局稳定；而河南、山东等省变化明显。河南省高强度地市数量从2007年的5个降至2017年的0个，82%的地市转为一般或弱等级，这得益于其中部地区创新高地战略下的产业优化与环境规制。山东省作为流域经济增长的引擎，经济活动强度高，曾是水污染最严重的区域，但其高强度地市数量也在减少，内部差异缩小，产业结构成功向“二三一”转变，发展质量提升。

3.2技术创新的水污染响应强度的时空分异

基于2007-2012年与2007-2017年两个时段，利用响应系数计算公式及ArcGIS自然断点法^[11]，将黄河流域技术创新水污染响应划分为4种类型，并制作其空间分异图（图2）。受部分地市数据缺失影响，有效研究对象分别为79个和77个地市。

图2 黄河流域技术创新的水污染响应格局（数据来源：黄河流域水环境监测管理中心）

从时间演变来看，黄河流域技术创新的水污染响应强度总体呈减弱趋势^[12]。这意味着水污染的变化速率慢于技术创新的发展速率，表明技术创新对水污染产生了显著的负向影响，其改善作用日益增强。具体表现为多数地市的响应强度等级下降或响应系数减小。例如，开封市、商丘市和晋中市的响应系数显著下降，这主要得益于其在2012-2017年间工业废水排放量急剧减少，同时技术创新速率大幅提升，清晰地表明了技术创新通过提高资源利用效率等方式对水环境改善产生了积极影响^[13,14]。值得注意的是，有21个地市（如济南、太原等）的响应强度等级反而上升，但这并非意味着其水污染加剧，而是由于其响应系数下降幅度相对小于流域其他地市。这些地市的工业废水排放量多呈现先增后降的趋势，技术创新的改善作用同样在持续显现^[15]。

从空间分布来看，黄河流域技术创新的水污染响应强度存在显著的空间分异特征，且与区域经济发展格局密切相关。强响应型地市主要分布于经济发展水平较高的中下游地区，特别是山东省及河南省部分地市；而弱响应型地市则多集中于经济发展相对落后的中上游地区。

2007-2017年空间格局持续演化。强响应型地市更加集中地分布于山东省（如济南、潍坊等）。值得注意的是，这并非表明技术创新在此加剧了污染，而是反映了这些经济发达地区经济发展与水污染治理关系的复杂性——其工业废水排放同样呈现倒U型趋势，且响应系数也在下降，说明技术创新仍在驱动水环境改善，同时严峻的水污染压力也可能倒逼着技术创新的进一步发展。与此同时，弱响应型地市数量增加，广泛分布于甘肃、宁夏、内蒙古及陕西等省的边缘地区，这些地区因工业基础相对薄弱、废水排放基数小，技术创新的改善效应更为明显。

4技术创新的水污染响应强度空间集聚特征

为探究黄河流域技术创新的水污染响应强度的空间相关性及其变化趋势，利用，软件分别对2007-2012年、2007-2017年的响应强度的局部空间自相关进行测算，计算出Moran′s I值，并绘制出LISA集聚图。为了进一步揭示局部的空间关联性及特征，利用Geode进行局部空间自相关测算，并将结果空间化（图3）。

图3 黄河流域技术创新的水污染响应强度LISA集聚图（数据来源：黄河流域水环境监测管理中心）

（1）高高集聚区，（自身与周边响应强度均高）呈现明显的空间转移与极化趋势。2007-2012年仅河南周口1市，至2007-2017年转为以山东为主，增至9个地市（如济南、淄博、潍坊等）^[16-19]。同期周口因排放减少与创新加快，退出该类型。2017年高高集聚区完全集中于山东，反映出该省在流域内技术创新与污染响应关系的特殊性，需引起地方关注^[20]。

（2）低低集聚区（自身与周边响应强度均低）数量从5个增至10个，广泛分布于陕西、河南、甘肃与宁夏等中上游省区。西安、宝鸡、南阳、银川等地由不显著转为低低集聚，表明技术创新对水污染的改善作用在这些区域形成连片效应。而兰州、三门峡等早期低低集聚城市随发展转为不显著。

（3）高低集聚型（自身高、周边低）数量较少。早期呼和浩特属此类，后因创新速率大幅提升，响应系数下降，转为不显著。后期兰州与陇南因自身响应系数虽降，但显著高于周边白银、天水等地，形成新的高低集聚单元^[21,22]。

（4）低高集聚型（自身低、周边高）数量极少，包括吕梁、晋城等。青岛因自身排放大幅削减与技术快速进步，响应系数显著下降，但因周边城市系数较高，由不显著转为低高集聚^[23,24]。

整体上，2007-2017年间集聚型城市数量增加，以高高集聚与低低集聚为主，空间同质性增强，异质性减弱，形成下游山东高高集聚、中上游多省低低集聚的显著分异格局。

5结论

本研究基于2007-2017年黄河流域地级市数据，运用响应强度测度与空间分析方法展开研究。结果表明：流域技术创新能力呈东高西低格局，山东领先，但整体水平仍待提升；水污染强度呈倒U型变化，中下游污染较重但河南后期改善明显；技术创新对水污染的响应强度总体减弱，改善作用增强，强响应区集中于山东等发达地区；空间集聚特征显著，高高集聚区由河南转向山东，低低集聚区广泛分布中上游省份。研究表明，黄河流域技术创新的环境改善效应逐步显现，但区域发展不平衡问题突出，需加强区域协同与精准治理，推动技术绿色转型。

参考文献

[1]白璐,孙园园,赵学涛,乔琦,李雪迎,周潇云.黄河流域水污染排放特征及污染集聚格局分析[J].环境科学研究,2020,33(12):2683-2694.

[2]耿凤娟,苗长虹,胡志强.黄河流域工业结构转型及其对空间集聚方式的响应[J].经济地理,2020,40(06): 30-36.

[3]蒋振威,王平.海南区域技术创新能力评价与空间差异性分析——基于2009—2014年海南18个市县面板数据[J].经济地理,2016,36(11):24-30.

[4]徐辉,刘俊.广东省区域技术创新能力测度的灰色关联分析[J].地理科学,2012,32(09):1075-1080.

[5]李新安.环境规制、政府补贴与区域绿色技术创新——基于我国省域空间面板数据的实证研究[J/OL].经济经纬:1-15

[6]游达明,黄曦子.长江经济带省际工业生态技术创新效率评价[J].经济地理,2016,36(09):128-134.

[7]高寿华,严建苗.FDI与OFDI对技术创新的影响——基于空间溢出视角[J].技术经济与管理研究,2021(03): 23-28.

[8]赵路,高红贵,肖权.环境规制对绿色技术创新效率影响的实证[J].统计与决策,2021,37(03):125-129.

[9]王琛,林初昇,戴世续.产业集群对技术创新的影响——以电子信息产业为例[J].地理研究,2012,31(08): 1375-1386.

[10]梁丽娜,于渤.经济增长：技术创新与产业结构升级的协同效应[J/OL].科学学研究:1-12

[11]李金叶,葛涛.技术创新、城镇化的就业效应分析——基于中国省际面板数据的经验证据[J].华东经济管理,2017,31(01):44-50.

[12]辛晓华,吕拉昌.中国主要城市技术创新影响环境污染的空间分异与机理[J].地理科学,2021,41(01): 129-139.

[13]白璐,孙园园,赵学涛,乔琦,李雪迎,周潇云.黄河流域水污染排放特征及污染集聚格局分析[J].环境科学研究,2020,33(12):2683-2694.

[14]马骏,李亚芳.基于环境CGE模型的江苏省水污染治理政策的影响研究[J].统计与决策,2019,35(06): 62-65.

[15]雷蕾,杨恺钧.经济发展、进出口贸易与水污染的关系研究——基于中国长江流域省级数据的面板计量分析[J].生态经济,2018,34(09): 166-171.

[16]黄天航,赵小渝,陈凯华.技术创新、环境污染和规制政策——转型创新政策的视角[J].科学学与科学技术管理,2020,41(01):49-65.

[17]逯进,赵亚楠,陈阳.人力资本、技术创新对环境污染的影响机制——基于全国285个城市的实证分析[J].长江流域资源与环境,2019,28(09):2186-2196.

[18]胡绪华,姚远,陈默.技术创新产出与生产性服务业集聚交互作用下的环境污染影响——基于动态视角的中国经验证据[J].生态经济,2020,36(01):56-62.

[19]孙军, 高彦彦. 技术进步、环境污染及其困境摆脱研究[J]. 经济学家, 2014(8): 52-58.

[20]王晓红, 潘志刚. 技术进步、经济、生态环境系统关联与优化分析[J]. 生态经济, 2011, 27(6): 48-51.

[21]郭付友,佟连军,仇方道,李一鸣.黄河流域生态经济走廊绿色发展时空分异特征与影响因素识别[J].地理学报,2021,76(03):726-739.

[22]吴姗姗,王录仓,刘海洋.黄河流域旅游流网络结构特征研究[J].经济地理,2020,40(10):202-212.

[23]唐永超,王成新,王瑞莉,薛明月,李梦程.黄河流域区域交通与经济发展的空间关联研究[J/OL].经济地理:1-14

[24]王新越,刘二恋,候娟娟.山东省旅游城镇化响应的时空分异特征与类型研究[J].地理科学,2017,37(07): 1087-1094.

作者简介：杨玲（1991-），女，山东青州，博士，徐州生物工程职业技术学院讲师，研究方向为水资源可持续利用，联系电话：19351615686，Email:yangling7791@126.com.

基金项目：徐州市科技计划项目（KC2025041）