地方基礎研究能力的空間統計分析

王宏達，紀玉娟，陳淑珍

（1.天津工業大學 工商學院，天津 300387；2.天津市院士科技活動中心，天津 300041；3.軍事交通學院，天津 300161）

0 引言

基礎研究是指認識自然現象、揭示自然規律，獲取新知識、新原理、新方法的研究活動。其主要包括：科學家自主創新的自由探索和國家戰略任務的定向性基礎研究；對基礎科學數據、資料和相關信息系統地進行采集、鑒定、分析、綜合等科學研究基礎性工作。《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006～2020）》（以下簡稱《規劃綱要》）對今后 15年科技工作做出了總體部署，確定了“自主創新，重點跨越，支撐發展，引領未來”的指導方針，提出了建設創新型國家的總體目標。加強基礎研究是提高我國原始性創新能力、積累智力資本的重要途徑，是躋身世界科技強國的必要條件，是建設創新型國家的根本動力和源泉。

在將原始創新上升為國家戰略的背景下，要想將該戰略真正落實在行動上，地方基礎研究能力將顯得非常重要。它是正確認識和評價地方基礎研究能力的要素構成、創新績效、能力強弱的必經途徑。近年來，有關創新能力或競爭力的評價研究成果甚多，但是對于我國區域基礎研究的實證資料幾乎空白。由于地方基礎研究問題涉及空間問題，在運用統計學模型進行地區基礎研究進行研究時，數據表現出空間的復雜性、自相關性和不均衡性。這使得解釋變量（研發投入）對被解釋變量（如專利產出）的影響在不同區域之間可能是不同的，假定地方基礎研究在空間上具有異質性可能更加符合現實。空間統計分析模型可以有效地解決這個問題。為了從空間統計模型的角度，對地方政府、中央政府的基礎研究投入效果、基礎研究能力強的地區擴散效應及區域基礎研究集群的機制成因進行定量研究。基于科技部2008年進行全國省域地方基礎研究能力現狀調查獲得的基礎數據，本文首先引入空間統計的Moran指數法，檢驗中國31省域之間的發明專利授權數（創新產出）在地域上是否具有空間相關性和集群擴散現象；然后再運用空間統計分析的空間誤差模型和空間滯后模型，進行地方基礎研究現狀的空間統計分析，以揭示不同地區之間基礎研究的空間差異及其影響因素。

1 研究的理論基礎和模型方法

1.1 理論基礎來源

在理論支撐方面，除了技術創新理論的“邊干邊學”和研究與開發（R&D）模型及區域經濟理論以外，以下有關對知識和創新的認識和理論來源，是區域基礎研究能力測定的重要理論基礎。

1.1.1 知識生產函數

知識生產函數（Knowledge Production Function，KPF）是目前國際上研究知識生產和知識創新及其決定因素的重要理論模型。它的主流理論模型是Griliches（1979）提出，經Jaffe（1989）修訂的Griliches-Jaffe的知識生產函數模型。知識生產函數將知識產出和科研投入聯系起來，認為研發經費投入和人力投入是知識生產和創新的主要投入，通過投入要素的合理組合可以生產出新的具有經濟價值的知識。國外實證研究結果發現，作為一個經驗模型，知識生產函數確實存在，并為大多數實證研究所證實 （Anselin等，1997；Blind和Grupp，1999；Bode，2004）。 在國內僅有吳玉鳴將該模型用于知識溢出的實證研究，但是該理論模型尚處于引入期，缺乏國內實證研究的支持。本文認為根據該函數的假設前提，可以將知識生產函數用來解釋我國省域地方基礎研究的成因及影響因素。下面是該函數其雙對數模型。

Y表示知識產出，Xi表示投入的各項指標，εi為隨機誤差項。

1.1.2 基礎研究的空間集群與空間擴散

隨著知識生產函數理論的逐漸被人接受，區域發展研究的一個新方向是把知識空間擴散作為在地理空間產生集群現象的基本力量。主要原因是指新知識產生主體之間在一個特定區域交流比要比跨區域交流更容易。盡管現代網絡信息技術使得遠距離的知識傳遞成本降低，但是地理距離對經濟增長的影響并未消失。知識按照能否進行編碼，被劃分成顯性知識和隱性知識。顯性知識作為經過編碼的知識能夠通過現代網絡信息技術方式進行低成本傳播。但是不能被編碼的隱性知識是嵌入在人力資本里隨時間而累積的。這種隱性知識擴散需要干中學（Learning by Doing），需要研發人員和機構在空間上鄰近和容易到達。更確切地說，隱性知識（Tacit Knowledge）對空間區位是有粘性的（Sticky），在不計成本的情況下無法輕易傳播。為了充分利用地方基礎研究能力，發揮知識的擴散效應，與基礎研究發生的特定源地相鄰近是非常重要的。基礎研究活動在一定的地域空間進行的，就是為什么在不同地理區位上存在基礎研究能力差異的原因。

2 地方基礎研究能力測定指標選取與解釋

我們依據國內外的相關文獻來構建地方基礎研究的知識生產函數函數。本文所用的因變量選擇了各省發明專利授權數（P）作為衡量地區基礎研究的產出指標，自變量分別為地方基礎研發投入（DI）主要用來解釋地方政府對基礎研究的支持強度、各省獲得的國家基礎研發投入（NI）用來代表國家對各省級行政區的基礎研究投入強度、各省現有科技研發平臺（PT）、各省的學科帶頭人（Y）、科研創新團隊（KT）。 所有數據來源于2008年科技部基礎司首次全國基礎研究現狀調查所得到數據，包括31個省市、自治區、直轄市、建設兵團的2005～2007年的地方基礎研究工作情況。

地方基礎研發投入主要用來解釋地方政府對基礎研究的支持強度。基礎研究具有科研周期長、風險大、基礎理論研究短期經濟效益不明顯等其自身固有的特點，這樣就使得很多企業不愿意從事這方面的研究，尤其是基礎理論研究，當然市場機制也就相應地失去了其調節功效，只有依靠政府的組織、調控，才可能使基礎研究有序地開展。作為地方政府和中央政府對于基礎研究的投入是至關重要的。我們選擇地方政府基礎研究投入經費額和國家對各省的基礎研究經費額作為研究自變量。

由于基礎研究自身的特殊性——短期效益不明顯，使得大學和科研機構成為了基礎研究的主角。由于基礎研究都是指自然科學領域的活動，所以那些綜合性、理、工、農、醫類大學和自然科學領域的科研機構自然也就成了基礎研究基地。為了支持基礎研究，我國在這類機構中設立了一系列基礎研究平臺。本文選用各省的基礎研究平臺作為自變量來反應基礎研究硬件條件投入。

基礎研究不僅需要大量的資金投入，高素質的人力資源投入也是從事基礎研究的前提條件。基礎研究群體能否做出一流的業績，關鍵在于這個團隊的領軍人物。我們使用各個省區擁有兩院院士數這一指標來擬合基礎研究群體中的核心人力資源。

3 地方基礎研究的空間統計分析

3.1 地方基礎研究的空間分布特征

為了分析我國31個省市、自治區的基礎研究的空間關系，我們首先計算2007年中國31個省市、自治區勞動生產率的全域 Moran’s(I)系數為0.2131。我國地區勞動生產率的空間自相關Moran系數為正值，說明我國地區基礎研究之間可能存在正的自相關關系。為了進一步了解我國地方基礎研究能力局部集聚特征，我們根據31個省域的發明專利授權數的Local Moran'I指標值（見表1）繪制了我國的基礎研究能力空間分布圖，見圖1。根據圖例，我們可以看出我國的地方基礎研究能力基本上呈現出比較明顯的東部沿海和西部內陸兩大空間聚集區域。結合我國發明專利授權數的原始數據，我們發現在我國地方基礎研究能力較強的地方聚集在京、津、滬、蘇、魯和浙等沿海省份形成一個聚集區，說明了這些省市有被基礎研究能力較高的省市所包圍的趨勢，空間聚類趨勢比較明顯。而我國地方基礎研究能力較弱的區域主要分布在我國的西部3省青海、西藏和新疆。這些省市有被基礎研究較弱的省市所包圍的趨勢，空間聚類趨勢特征明顯。其他省份基本上可以視作這兩個聚集地區之間的過渡省份。

圖1 地方基礎研究能力分布圖

表1 Local Moran'I指標得分情況

以上定量地證明我國地方基礎研究的產出確實存在著區域集群現象，地區差異比較顯著。這表明普通統計學研究模型忽略了區域相關性和異質性的集聚研究，在理論上存在不足。有必要對地方基礎研究能力、基礎研究經費來源、地方基礎研究平臺建設和基礎研究人力資源構成以及地方基礎研究的成因進行空間統計分析與檢驗。

3.2 空間統計檢驗與分析

Moran's I指數雖然可以定量證明中國地方基礎研究的空間相關性及是否存在集群行為，但對地方基礎研究集群的形成原因和影響因素未能做出定量分析。為此，我們采用空間統計分析模型，對我國31個省域為空間單元進行區域創新產出集群成因的空間計量檢驗和分析。

根據Griliches-Jaffe提出的知識生產函數（knowledge production function），本文基于 Anselin，Varga和 Acs等人認為的研發經費支出將導致直接的發明結果的一般研究基本假定，以各省發明專利授權數（P）為因變量，地方基礎研究經費投入額 （DI）、國家對地方基礎研究投入額（NI），地區基礎研究平臺（PT），兩院院士（Y），科研創新團隊（KT）和各省承擔的國家973項目數量（P973）為自變量，采用如下雙對數線性的知識生產函數模型

lnP=β0+β1lnDI+β2lnNI+β3lnPT+β4lnY+β5lnKT+β6lnP973+εt

式中：βi為回歸參數，i為 1，2， …，31 個省域；εt為隨機誤差項。

為了驗證地方基礎研究投入產出的關系，以2005，2006，2007年P平均值作為被解釋變量。以2005，2006，2007年31個省域的DI、NI、P973的平均值作為解釋變量，通過使用3年均值來消除極端值對模型的影響。同時KT、PT、Y我們使用了2007年的原始統計數據。為了確認估計模型的優良，我們按照Anselin確定的模型識別流程考察模型的擬合優劣度。首先進行OLS估計，結果發現OLS模型估計結果擬合度比較好，因此本文報告OLS估計結果，同時報告通過殘差的Moran指數檢驗、兩個拉格朗日乘數來判斷空間統計分析模型SLM和SEM的形式，結果見表2利用極大似然估計（ML）的空間統計參數估計結果如表2所示。

表2 普通最小二乘法估計模型

實際上，空間統計的Moran指數檢驗已經證明了31個省域的創新產出具有一定的空間自相關性，OLS估計方法可能存在模型設定不恰當問題。為了進一步驗證空間自相關性的存在，由表1中的Moran指數檢驗、兩個拉格朗日乘數的空間依賴性檢驗結果顯示：Moran指數（誤差）檢驗證明經典回歸誤差具有一定的空間自相關性；同時為了判定是內生的空間滯后還是空間誤差項自相關，根據Anselin空間自相關模型判別準則，LMLAG較之LMERR在統計上更加顯著，且R-LMLAG顯著而R-LMERR不顯著，則可以斷定適合的模型是空間滯后模型（SLM）。表2中的檢驗指標表明，LMLAG和R-LMLAG在1%的顯著性水平下，LMERR和R-LMERR不顯著，因而我們認為SLM模型更適合解釋地方基礎研究能力的成因問題。

表3 SLM與SEM模型的比較分析

我們發現3個模型的擬和優度都很高，這說明在我國地方基礎研究方面投入產出之間的相關性是相當高的。由于采用ML法估計參數，基于殘差平方和分解的擬合優度檢驗的意義不是很大。因此，在表3中本文又比較了對數似然函數值LogL、AIC和SC值就會發現，空間滯后模型的LogL最大（-2.8716），AIC和 SC值最小 （分別為 21.7432和 33.4690），因此SLM模型是最優的模型。

另外，SLM的ρ通過1%的顯著性檢驗，表明由政府投入主導的地方基礎研究成果在省域之間已經形成基礎研究成果空間擴散效應；而參數未能通過了10%的顯著性檢驗，表明省域之間的基礎研究空間依賴作用較弱，即相鄰地區的基礎研究的互動性較差。因而我國地方基礎研究主要表現為以基礎研究能力較強的省份向基礎研究能力較弱省份的單方面輻射效應。這也就說，在我國地理空間上相互鄰近的省份存在較強的基礎研究成果擴散效應，進而促成地方基礎研究集群的形成。基于OLS法的回歸模型由于忽略了空間滯后影響，因而模型估計參數不夠恰當。這推翻了傳統經濟學關于各個地區互相獨立以及各區域均質分布的假設，明確需要在經濟學分析模型中引入空間自回歸和空間誤差分析對傳統統計學模型進行修正。

由SLM模型可以看出：地方政府對于基礎研究的經費投入對于地方基礎研究LN(DI)、國家對基礎研究的經費投入LN(NI)和兩院院士LN(Y)的回歸系數通過了1%的顯著性水平檢驗，說明該3項指標對于基礎研究的空間集聚與擴散起到了明顯的推動作用。LN(DI)、LN(NI)和LN(Y)這3個因素每增加1%的幅度將分別增加0.33%、0.24%和0.36%。但是我們也發現在科研創新團隊LN(KT)的回歸系數是負值，說明目前各地的科研創新團隊還未能很好地起到對基礎研究的推動作用。我國基礎科學研究平臺LN(PT)和國家的973科研項目LN(P973)對地方基礎研究發展雖然也起到了正面推動作用，但是他們所起到的作用相對較小。

綜合上述統計分析，我們認為國家和地方政府在地方基礎研究中起到了主導地位，以兩院院士為代表的核心人力資源也對地方基礎研究的集聚與擴散起到了積極推動作用。各地科研平臺建設和國家973專項對于地方基礎研究的引導作用開始顯現。對于我國目前正在形成的各類科研創新團隊對于地方基礎研究的集聚與擴散的推動作用尚未顯現出來。

4 結論與建議

本文基于空間統計分析方法，利用全國第一次地方基礎研究調查數據，對我國地方基礎研究能力進行了空間集聚與擴散的綜合研究，并嘗試探討了空間自回歸分析方法對傳統回歸分析的替代作用，得出了相關的分析結果和政策建議。

空間統計分析結果顯示，由于各個地區社會條件、人力資源、經濟基礎、科技資源等的不同，在中央政府、地方政府、基礎研究領軍人物、科研平臺建設、基礎科學研究項目體系等因素綜合作用下，我國31個省域基礎研究能力呈現出一種區域多元化的競爭格局，已經初步形成了一種創新的集群現象——環渤海地區與長江三角洲為核心的兩大基礎研究能力極化區域。我國東部地區形成了基礎研究能力帶，并且呈現出自西向東的輻射態勢。這是未來我國 31個區域原始創新振興所在，也是與世界各區域創新能力核心區進行對抗和競爭的希望所在。

中國大部分省域的基礎研究能力與該省的經濟實力、科研人員富集程度、國家對該地區的基礎研究項目與經費的投入強度密切相關。我國科研資源稟賦空間分布不均是造成各省基研究能力分布不均衡的主要原因。要提高各省基礎研究能力，需要采取分類的有針對性的政策和措施積極改變這種狀態，逐步培育和增強各個集團各具特色的基礎研究能力。

第一，必須通過采取適宜對策措施強化少數基礎研究能力較強的聚集區域，如以北京、上海為中心帶動環渤海地區和長江三角洲成為基礎研究的核心區。這些地區應該在未來相當長的時期內，把提高原始性創新能力，在若干重要領域開發和掌握一批核心技術，造就一批具有原始創新能力的企業，充分發揮科研機構和高等院校、尤其是研究型大學的作用，作為科技創新方面的一個重點，構建區域創新的國際競爭力。鼓勵區域政府多出資金扶助自身基礎研究，爭取在全球獲得競爭力；引導大型企業進入基礎領域，尤其是科研機構、大學的資金通過市場化資源配置方式與大型企業聯合獲取科技資源，改變目前基礎研究當中政府投資一家獨大的局面；探索基礎研究市場化運作模式，提高這些地區的自主創新能力。

第二，采取適宜的科技教育發展和區域創新戰略，鼓勵中部地區基礎研究擴散區發展的集成創新能力和消化吸收再創新的能力。對于處于中部地帶的基礎研究擴散區，應充分發揮改革開放和制度、企業創新能力強的優勢，大力發展集成創新能力，縮小與東部核心區的差距，部分有條件的區域在部分領域也可通過各種舉措實現成功追趕甚至趕超。

第三，對于青海、新疆和西藏為代表的廣大西部地區而言，由于其自身經濟基礎條件較差、科技資源貧乏的應該由中央政府加大基礎研究經費投入，通過大力發展教育，加大投資力度，培育和吸引核心人力資源，擴大對外科技交流渠道，增強和構建西部后進省域各具特色的集成創新能力和消化吸收再創新的能力。

[1]Jaffe A.Real Effects of Academic Research[J].American Economic Review,1989,79(5).

[2]Griliches Z.Productivity，R&D and Basic Research at the Firm Level in the 1970’s[J].American Economic Review,1986,76(1).

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