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摘要：经济发展和环境保护在生态文明建设和新发展理念下能够实现良性循环，而创新在经济一环境的协同过程中也扮演着重要的角色，三者相互作用下可以成为高效协同系统。基于协同学理论构建了经济一环境一创新系统的演化模型，计算得出各子系统的贡献度及之间的交互效应，并对各区域系统演化的稳定性进行分析。分析发现中国大部分省份实现了不同层次的协同，4省有稳定的协同演化方向，10省的演化趋势是竞争冲突激烈并可能解构成独立系统，剩余17省则未形成稳定演化。
关键词：经济发展 环境保护 创新驱动 协同演化 复杂系统
一、引言
粗放、资源低效率的发展方式推进了经济的快速发展，同时也造成了环境污染严重等一系列生态环境问题，经济发展的质量和水平也出现了显著的下降。随着人们环保意识的觉醒和环境压力的凸显，单一重视经济发展理念逐渐被淘汰，协调发展成为发展经济和保护环境所寻求的平衡点。有效的创新能够实现环境保护和经济可持续发展的诉求，对于经济和环境组合下的复杂系统下，两个子系统之间如果存在较强的协同耦合能力，那么即意味着可以在投入较少的环境保护提升环境质量的同时也能有效的促进经济的快速发展，而不至于由于环境的破坏而导致弱化经济发展的成效。
当前关于区域创新能力、经济发展和生态环境之间关系的研究已经成为一个关注热点，区域经济一环境一创新系统作为一个复杂的自组织系统，各要素之间存在着相互影响和相互作用的关系，整个系统的良性运行能够促进内部各子系统实现进化，反过来又有助于实现整体水平的提升。因此有必要研究中国各区域经济发展、环境保护以及创新驱动子系统之间的协同状况以及动态演进过程，以便寻找整体系统优化的改进路径。
二、复合系统的协同演化构建
经济与环境是区域复杂系统中的两个子系统，同时也存在紧密的关联，通过系统内和系统间的相互耦合，共同作用于区域的可持续发展。经济发展推动区位集聚效应显现，但也对生态环境造成了挤压，然而同时实现了资源的集约利用和污染集中治理的环境保护方式。马丽等指出环境和经济发展呈现出此消彼长和相互促进的关系，经济发展以环境承载为前提条件。经济发展和环境保护的协调发展能够保障两者之间的整体性、综合性及内在的聚合，协调发展对于多系统或要素的综合发展具有相当大的益处，不单纯是单一系统的片面增长。协调发展的目标是追求整体性的保持，实现有效的全局优化和共同繁荣的愿景。目前经济与环境的协调状况没有得到根本的改变，在经济发展的同时没有实现系统之间的良性关系，稳定状态尚不能实现。为了有效跳出这一循环，一方面需要做好经济增长和生态环境保护的权衡，一方面需要加强生态建设和环境保护，形成低能耗高效率的经济增长。
索洛提出的经济增长模型包含了技术进步的作用，资本投资和技术进步对于推进经济发展具有重要的意义，而技术进步的创新作用则更为显著。创新被视为经济增长的重要驱动要素，能够提升投入要素的质量并促进要素的有效积累。创新驱动可以在减少对物质资源投入的基础上实现经济增长，创新的绿色技术得到广泛开展，可以实现绿色生产，为未来经济可持续发展提供充足动力，提升经济质量和效率。
创新驱动的效应具有区域差异和时间差异，不平衡的经济实力和创新水平反而会带来负作用。创新是经济增长的引擎，环境创新也能够提升整个系统的福利，资源环境约束使得中国经济发展面临日益严重的瓶颈，技术落后和粗放经营进一步加剧，经济与环境的竞争同时可能会增加创新，这使得创新驱动发展的需要极为迫切，但中国创新驱动的发展现状并不令人满意。因此，学者们不仅将视角关注于经济发展和环境保护，并将技术创新融入两个子系统的并行中，开展了基于绿色经济的区域创新生态系统研究，而绿色经济的发展离不开创新的驱动，创新能够拓展绿色经济的增长点，不给环境造成额外的负担。
学者们对经济发展、生态环境以及创新驱动系统的耦合研究做了很多工作，应用耦合模型、计量模型、塞尔指数、PA-OV模型、动力学模型等对其协同发展及演化进行了探究，通过多维度的路径分析以找出协同发展的解决路径。但是相关研究中单一维度居多，两维度的相对较少，多维度、系统化研究则非常缺乏，目前主要集中在经济一环境的协同耦合方面，很少将创新投入纳入其中，耦合的内在机理及效用评价涉及不多。基于此，本文利用协同学的视角，构建了区域经济一环境一创新系统的指标体系及演化模型，以研究系统演变对于区域发展的作用和贡献。
三、研究模型及数据
（一）研究模型选择
协同学最早由H.Haken创立，其突出特点是可以研究系统的相变过程，因而可以较好应用于社会经济等系统中出现的发展和变化情况。在整个复杂系统中存在很多子系统，各系统自身也存在着自组织运动，而协同学的非线性思维可以有效地对复杂系统的内部关系进行研究，从而为解决整个复杂系统有序演进提供帮助为了构建经济-环境-创新复杂系统的协同演化模型，本文借鉴范斐等的文章。首先假定系统演化遵循Logistic规律，外界投入综合水平保持不变，则单一子系统的有序度发展模型為：
对于环境子系统，除江苏、福建、湖北、贵州、西藏、陕西和新疆等7省份环境子系统有所退化外，其余省份的环境系统均为进化系统，其中环境子系统对整个系统贡献最大的为辽宁（4.781），虽然其曾在发展重工业的过程中造成了严重的环境开发和破坏，但是随着近年来对环境的重视，环境质量得到了持续改善，然而这也在很大程度上挤占了辽宁经济发展和创新能力空间，导致辽宁省经济发展的系统性贡献不足，经济发展能力不断下降。贡献最小的则是福建（-1.032），该省虽然也拥有比较丰富的旅游产业资源，环境优美，但是以环境换经济驱动比较严重，对于整个系统而言，其正处于不断退化的过程中，表现难以令人欣喜。
而从创新子系统方面进行分析，可以发现，当前只有辽宁、上海、江苏、福建以及陕西等省份创新驱动自身发展相对整个系统而言处于下降阶段，主要是因为创新配置不够合理、创新潜力没有得到充分的挖掘，创新要素投入没有完全转化为产能等。除了这些省份之外，其他省都能够合理地发挥创新子系统对整个复合系统发展的推动效应，有效落实创新驱动对于经济发展或环境保护的良性贡献。 广东省创新环境建设能够有效的推进经济发展和环境保护，实现了创新成果的高效转化。西藏、新疆以及吉林三省的环境保护子系统对经济发展和创新驱动亦是共赢关系，环境优化能够有效的推进区域经济发展和创新保障，但其环境子系统发展程度却不高。因此这些区域需要在保障经济发展和维持创新水平的基础上，将生态环境作为提升整个系统进入更高水平的工作重点，改善脆弱的生态环境。有十个省属于经济与创新协同发展但与环境保护竞争的状态，在经济子系统进化的同时加大了创新研发的投入和转化，但是区域环境发展空间将受到侵占，这类省份需要将经济发展的成果适当向环保建设倾斜。
稳定点是整个系统的未来发展方向，稳定点的寻找也为我们进行系统建设、趋利避害实现系统内部优化提供了路径和导向，到达共赢稳定点的系统能够最大程度的相互促进并形成一个对整个社会贡献最大的组合。并且通过系统优化，提升系统活力，还可以推进整个复杂系统进入一个更高级的稳定发展阶段。通过对系统稳态的分析，可以根据经济-环境-创新系统演化结果将中国各省份分为三类：
第一类：协同共赢。这类区域在整个复杂系统中，经济、环境和创新之间具有不对等的竞争影响力，各系统之间既有竞争，同时也存在合作，由此推动各系统发展从无序到有序。通过表2可知，黑龙江、江西、海南以及甘肃的经济一环境一创新复合系统具有协同演化稳定解，区域内三个子系统之间的发展方向是朝着稳定点移动，并且在受到不超过阈值的外部扰动下，整个系统将在稳定点附近波动并最终回归到稳定点，四个有效的稳定点分别为黑龙江（0.224，0.471，0.112）、江西（0.053，0.410，0.035）、海南（0.103，0.282.0.282）、甘肃（0.386，1.114，0.081），而2015年这四个省各子系统的有序度分别为：黑龙江（0.188，0.430，0.158）、江西（0.218，0.409，0.190）、海南（0.097，0.355，0.146）以及甘肃（0.137，0.339，0.132），可以发现此四个省份的系统有序度与稳态下仍旧有所差距，因此为了让整个系统能够达到一个更高的水平，各省份需要在未来的发展建设过程中抓好主要矛盾，科学规划着力点。
第二类：部分竞争替代。如果整个区域发展过程中整个复杂系统中只存在竞争关系，那么各个子系统将通过挤占其余空间而实现自身最大化，最终导致的结果就是一个子系统占有全部资源而另外的系统由于没有生存空间而消亡，在这一发展趋势下，当消亡的两个子系统对幸存子系统存在较强的竞争影响时，就会造成该系统的退步，从而让三者都无法获得进化。表3表明中国当前有10个省份存在部分竞争的关系，并且辽宁和湖北均有两个不同的稳定解，整个系统会随机选择一个点从而实现系统的动态平衡过程。天津、山西、辽宁、福建、河南、湖北等省份在当前序参量交互影响下经济发展将会以牺牲环境和减少创新建设为代价，从而使环境和创新发展的系统空间被完全挤占，此时需要重视环境和创新的发展，放缓追求经济绩效的脚步。江西、湖北、云南以及陕西等四个省份则会变成经济发展和创新驱动不断下降直至没有生存空间，而环境要素将会独立发展，此类区域需要在不造成生态环境不可逆损害前提下适度增加经济和创新的投入转化。在保证外部交流一定的情况下，辽宁也有可能走向经济和环境的有序度为0而创新要素占据全部成长空间的地步，其需要改革创新转化机制，以经济建设为中心，维持生态环境发展不越红线。
第三类：混沌状态。北京、河北、内蒙古等17省份的平衡点不稳定则说明这些区域的平衡点均不是整个复杂系统当前阶段下最终发展方向，该系统尚不能形成有序的发展结构，仅凭借系统内各要素的整合不能够实现稳态演化结果，而对于复杂系统而言有序发展才能保证系统存在的合理性，因此应该通过施加足够的外部投入作用以帮助该复杂系统发生质变，从而实现自组织。而对于此类区域如何实现系统稳定，在此不做讨论。
五、结论与讨论
研究以复杂系统的协同学为理论依据，构建了经济、环境、创新之间的耦合演化复杂系统，将各子系统的发展状况分别作为其对整个系统演化作用的序参量。并据此计算出各系统的有序度之后，通过粒子群算法对演化模型参数的求解得出了各省份经济-环境-创新系统中各子系统自身贡献及子系统间的交互影响系数。
研究发现，该模型能够有效的刻画各省份经济—环境—创新状况的演化过程，并利用模型对各省份2010-2015年间经济、环境以及创新三个子系统对复合系统的演化贡献状况进行了评价。结果表明各子系统中均有超过三分之二的省份其发展状态为进化系统，并识别了对于整体系统的贡献而言经济发展、环境保护或创新投入处于衰退阶段的省份，找出了各研究对象的整体领域建设的薄弱之处，从而为各省份实现系统资源投入优化配置提供依据。且不同省份中各子系统的竞争合作关系各不相同，有过半的省份已经在不同层次上实现了系统共赢关系，然而还有小部分省份三者仍旧处于冲突挤占的阶段，显然不利于经济发展、环境保护以及创新驱动的共存。
通过对各省份经济-环境-创新系统平衡点的稳定性判别，找出各区域的系统稳态趋势，从而根据稳态结果将各省份分为部分竞争、协同共赢以及混沌状态三类，各省份需要根据系统演化趋势具体问题具体分析，以便找出提升整个系统质量的关键序参量。
研究中假定外部投入长期保持不变，但显然在社会发展的过程中外部要素投入时刻都在变化，因此考虑外部投入要素对于复杂系统的演化，找出外部投入的閾值所在，以实现对外部投入要素的优化配置和系统的优化整合，是未来研究可以考虑的方向。
关键词：经济发展 环境保护 创新驱动 协同演化 复杂系统
一、引言
粗放、资源低效率的发展方式推进了经济的快速发展，同时也造成了环境污染严重等一系列生态环境问题，经济发展的质量和水平也出现了显著的下降。随着人们环保意识的觉醒和环境压力的凸显，单一重视经济发展理念逐渐被淘汰，协调发展成为发展经济和保护环境所寻求的平衡点。有效的创新能够实现环境保护和经济可持续发展的诉求，对于经济和环境组合下的复杂系统下，两个子系统之间如果存在较强的协同耦合能力，那么即意味着可以在投入较少的环境保护提升环境质量的同时也能有效的促进经济的快速发展，而不至于由于环境的破坏而导致弱化经济发展的成效。
当前关于区域创新能力、经济发展和生态环境之间关系的研究已经成为一个关注热点，区域经济一环境一创新系统作为一个复杂的自组织系统，各要素之间存在着相互影响和相互作用的关系，整个系统的良性运行能够促进内部各子系统实现进化，反过来又有助于实现整体水平的提升。因此有必要研究中国各区域经济发展、环境保护以及创新驱动子系统之间的协同状况以及动态演进过程，以便寻找整体系统优化的改进路径。
二、复合系统的协同演化构建
经济与环境是区域复杂系统中的两个子系统，同时也存在紧密的关联，通过系统内和系统间的相互耦合，共同作用于区域的可持续发展。经济发展推动区位集聚效应显现，但也对生态环境造成了挤压，然而同时实现了资源的集约利用和污染集中治理的环境保护方式。马丽等指出环境和经济发展呈现出此消彼长和相互促进的关系，经济发展以环境承载为前提条件。经济发展和环境保护的协调发展能够保障两者之间的整体性、综合性及内在的聚合，协调发展对于多系统或要素的综合发展具有相当大的益处，不单纯是单一系统的片面增长。协调发展的目标是追求整体性的保持，实现有效的全局优化和共同繁荣的愿景。目前经济与环境的协调状况没有得到根本的改变，在经济发展的同时没有实现系统之间的良性关系，稳定状态尚不能实现。为了有效跳出这一循环，一方面需要做好经济增长和生态环境保护的权衡，一方面需要加强生态建设和环境保护，形成低能耗高效率的经济增长。
索洛提出的经济增长模型包含了技术进步的作用，资本投资和技术进步对于推进经济发展具有重要的意义，而技术进步的创新作用则更为显著。创新被视为经济增长的重要驱动要素，能够提升投入要素的质量并促进要素的有效积累。创新驱动可以在减少对物质资源投入的基础上实现经济增长，创新的绿色技术得到广泛开展，可以实现绿色生产，为未来经济可持续发展提供充足动力，提升经济质量和效率。
创新驱动的效应具有区域差异和时间差异，不平衡的经济实力和创新水平反而会带来负作用。创新是经济增长的引擎，环境创新也能够提升整个系统的福利，资源环境约束使得中国经济发展面临日益严重的瓶颈，技术落后和粗放经营进一步加剧，经济与环境的竞争同时可能会增加创新，这使得创新驱动发展的需要极为迫切，但中国创新驱动的发展现状并不令人满意。因此，学者们不仅将视角关注于经济发展和环境保护，并将技术创新融入两个子系统的并行中，开展了基于绿色经济的区域创新生态系统研究，而绿色经济的发展离不开创新的驱动，创新能够拓展绿色经济的增长点，不给环境造成额外的负担。
学者们对经济发展、生态环境以及创新驱动系统的耦合研究做了很多工作，应用耦合模型、计量模型、塞尔指数、PA-OV模型、动力学模型等对其协同发展及演化进行了探究，通过多维度的路径分析以找出协同发展的解决路径。但是相关研究中单一维度居多，两维度的相对较少，多维度、系统化研究则非常缺乏，目前主要集中在经济一环境的协同耦合方面，很少将创新投入纳入其中，耦合的内在机理及效用评价涉及不多。基于此，本文利用协同学的视角，构建了区域经济一环境一创新系统的指标体系及演化模型，以研究系统演变对于区域发展的作用和贡献。
三、研究模型及数据
（一）研究模型选择
协同学最早由H.Haken创立，其突出特点是可以研究系统的相变过程，因而可以较好应用于社会经济等系统中出现的发展和变化情况。在整个复杂系统中存在很多子系统，各系统自身也存在着自组织运动，而协同学的非线性思维可以有效地对复杂系统的内部关系进行研究，从而为解决整个复杂系统有序演进提供帮助为了构建经济-环境-创新复杂系统的协同演化模型，本文借鉴范斐等的文章。首先假定系统演化遵循Logistic规律，外界投入综合水平保持不变，则单一子系统的有序度发展模型為：
对于环境子系统，除江苏、福建、湖北、贵州、西藏、陕西和新疆等7省份环境子系统有所退化外，其余省份的环境系统均为进化系统，其中环境子系统对整个系统贡献最大的为辽宁（4.781），虽然其曾在发展重工业的过程中造成了严重的环境开发和破坏，但是随着近年来对环境的重视，环境质量得到了持续改善，然而这也在很大程度上挤占了辽宁经济发展和创新能力空间，导致辽宁省经济发展的系统性贡献不足，经济发展能力不断下降。贡献最小的则是福建（-1.032），该省虽然也拥有比较丰富的旅游产业资源，环境优美，但是以环境换经济驱动比较严重，对于整个系统而言，其正处于不断退化的过程中，表现难以令人欣喜。
而从创新子系统方面进行分析，可以发现，当前只有辽宁、上海、江苏、福建以及陕西等省份创新驱动自身发展相对整个系统而言处于下降阶段，主要是因为创新配置不够合理、创新潜力没有得到充分的挖掘，创新要素投入没有完全转化为产能等。除了这些省份之外，其他省都能够合理地发挥创新子系统对整个复合系统发展的推动效应，有效落实创新驱动对于经济发展或环境保护的良性贡献。 广东省创新环境建设能够有效的推进经济发展和环境保护，实现了创新成果的高效转化。西藏、新疆以及吉林三省的环境保护子系统对经济发展和创新驱动亦是共赢关系，环境优化能够有效的推进区域经济发展和创新保障，但其环境子系统发展程度却不高。因此这些区域需要在保障经济发展和维持创新水平的基础上，将生态环境作为提升整个系统进入更高水平的工作重点，改善脆弱的生态环境。有十个省属于经济与创新协同发展但与环境保护竞争的状态，在经济子系统进化的同时加大了创新研发的投入和转化，但是区域环境发展空间将受到侵占，这类省份需要将经济发展的成果适当向环保建设倾斜。
稳定点是整个系统的未来发展方向，稳定点的寻找也为我们进行系统建设、趋利避害实现系统内部优化提供了路径和导向，到达共赢稳定点的系统能够最大程度的相互促进并形成一个对整个社会贡献最大的组合。并且通过系统优化，提升系统活力，还可以推进整个复杂系统进入一个更高级的稳定发展阶段。通过对系统稳态的分析，可以根据经济-环境-创新系统演化结果将中国各省份分为三类：
第一类：协同共赢。这类区域在整个复杂系统中，经济、环境和创新之间具有不对等的竞争影响力，各系统之间既有竞争，同时也存在合作，由此推动各系统发展从无序到有序。通过表2可知，黑龙江、江西、海南以及甘肃的经济一环境一创新复合系统具有协同演化稳定解，区域内三个子系统之间的发展方向是朝着稳定点移动，并且在受到不超过阈值的外部扰动下，整个系统将在稳定点附近波动并最终回归到稳定点，四个有效的稳定点分别为黑龙江（0.224，0.471，0.112）、江西（0.053，0.410，0.035）、海南（0.103，0.282.0.282）、甘肃（0.386，1.114，0.081），而2015年这四个省各子系统的有序度分别为：黑龙江（0.188，0.430，0.158）、江西（0.218，0.409，0.190）、海南（0.097，0.355，0.146）以及甘肃（0.137，0.339，0.132），可以发现此四个省份的系统有序度与稳态下仍旧有所差距，因此为了让整个系统能够达到一个更高的水平，各省份需要在未来的发展建设过程中抓好主要矛盾，科学规划着力点。
第二类：部分竞争替代。如果整个区域发展过程中整个复杂系统中只存在竞争关系，那么各个子系统将通过挤占其余空间而实现自身最大化，最终导致的结果就是一个子系统占有全部资源而另外的系统由于没有生存空间而消亡，在这一发展趋势下，当消亡的两个子系统对幸存子系统存在较强的竞争影响时，就会造成该系统的退步，从而让三者都无法获得进化。表3表明中国当前有10个省份存在部分竞争的关系，并且辽宁和湖北均有两个不同的稳定解，整个系统会随机选择一个点从而实现系统的动态平衡过程。天津、山西、辽宁、福建、河南、湖北等省份在当前序参量交互影响下经济发展将会以牺牲环境和减少创新建设为代价，从而使环境和创新发展的系统空间被完全挤占，此时需要重视环境和创新的发展，放缓追求经济绩效的脚步。江西、湖北、云南以及陕西等四个省份则会变成经济发展和创新驱动不断下降直至没有生存空间，而环境要素将会独立发展，此类区域需要在不造成生态环境不可逆损害前提下适度增加经济和创新的投入转化。在保证外部交流一定的情况下，辽宁也有可能走向经济和环境的有序度为0而创新要素占据全部成长空间的地步，其需要改革创新转化机制，以经济建设为中心，维持生态环境发展不越红线。
第三类：混沌状态。北京、河北、内蒙古等17省份的平衡点不稳定则说明这些区域的平衡点均不是整个复杂系统当前阶段下最终发展方向，该系统尚不能形成有序的发展结构，仅凭借系统内各要素的整合不能够实现稳态演化结果，而对于复杂系统而言有序发展才能保证系统存在的合理性，因此应该通过施加足够的外部投入作用以帮助该复杂系统发生质变，从而实现自组织。而对于此类区域如何实现系统稳定，在此不做讨论。
五、结论与讨论
研究以复杂系统的协同学为理论依据，构建了经济、环境、创新之间的耦合演化复杂系统，将各子系统的发展状况分别作为其对整个系统演化作用的序参量。并据此计算出各系统的有序度之后，通过粒子群算法对演化模型参数的求解得出了各省份经济-环境-创新系统中各子系统自身贡献及子系统间的交互影响系数。
研究发现，该模型能够有效的刻画各省份经济—环境—创新状况的演化过程，并利用模型对各省份2010-2015年间经济、环境以及创新三个子系统对复合系统的演化贡献状况进行了评价。结果表明各子系统中均有超过三分之二的省份其发展状态为进化系统，并识别了对于整体系统的贡献而言经济发展、环境保护或创新投入处于衰退阶段的省份，找出了各研究对象的整体领域建设的薄弱之处，从而为各省份实现系统资源投入优化配置提供依据。且不同省份中各子系统的竞争合作关系各不相同，有过半的省份已经在不同层次上实现了系统共赢关系，然而还有小部分省份三者仍旧处于冲突挤占的阶段，显然不利于经济发展、环境保护以及创新驱动的共存。
通过对各省份经济-环境-创新系统平衡点的稳定性判别，找出各区域的系统稳态趋势，从而根据稳态结果将各省份分为部分竞争、协同共赢以及混沌状态三类，各省份需要根据系统演化趋势具体问题具体分析，以便找出提升整个系统质量的关键序参量。
研究中假定外部投入长期保持不变，但显然在社会发展的过程中外部要素投入时刻都在变化，因此考虑外部投入要素对于复杂系统的演化，找出外部投入的閾值所在，以实现对外部投入要素的优化配置和系统的优化整合，是未来研究可以考虑的方向。