外商投資、創新能力與環境效率的結構方程分析:以山東為例

張 偉，高 霞

(濟南大學 經濟學院，山東濟南250022)

一、引言

改革開放以來，山東省外商投資額增長很快，特別是2000－2005年年增長速度約為44%。近年來雖有所放緩，但增長速度仍然較高。2010年山東省合同利用外資為136.3億美元，實際到賬外資為91.7億美元，增長14.5%。波特曾經指出(2002)［1］，區域競爭優勢發展須經歷4個階段，分別為生產要素導向階段、投資導向階段、創新導向階段和富裕導向階段。按照這一論述，目前山東正面臨由投資導向向創新導向的轉型，否則難以實現區域經濟的可持續發展。所以，吸引外商投資只是手段，通過外商投資促進區域持續發展才是目的。外商投資的不斷涌入，一方面為山東省經濟建設聚集了資金，同時為了增強自身的競爭力和環境適應能力，也會帶來先進的技術，這些也會通過示范效應和擴散效應提升區域內相關產業的技術水平。而技術水平的提升可能會提高資源的利用效率，減輕污染的排放，從而有利于提升環境效率。目前學術界多注重對外商投資與創新能力或與環境影響的單一檢驗，而對外商投資對創新能力和環境效率貢獻的綜合研究明顯不足。

盡管目前的研究方法有很多，但是結構方程能反映出不同要素之間的因果關系和影響路徑，能使我們清楚地看到外商投資對區域創新能力、環境效率的貢獻程度及作用路徑。因此本研究決定利用結構方程對山東省的外商投資水平、創新能力和環境效率之間的關系進行分析，檢驗外商投資對區域經濟發展的貢獻路徑及水平，從而為制定政策提供借鑒。

本研究的內容安排如下:第二部分是對相關研究文獻的綜述;第三部分是結溝方程的介紹;第四部分是通過理論分析構建分析模型及作用路徑模型;第五與第六部分是數據的說明及分析結果;最后是結論與建議。

二、文獻綜述

隨著外商投資的不斷涌入，越來越多的學者開始關注外資對東道國經濟發展的影響，目前的研究主要集中于兩個方面，一是外商投資對區域創新能力的影響，一是外商投資對區域環境的影響。

外商投資對區域創新影響主要有3種觀點［2］:抑制論、促進論、“雙刃劍論”。雖然結論各不相同，但是外商投資對區域創新能力的影響路徑大致相同。即外資對東道國可能會存在正負向的競爭效應、聯系效應、示范效應和培訓效應［3］，主要從競爭壓力、上下游產業的關聯關系、模仿和學習、人力資本方面分析外資的進入對東道國的影響。而且這種影響可能是兩方面的，如果通過競爭壓力、上下游產業間的聯系、模仿和學習及人力資本的培訓和流動能提高東道國企業的技術水平和生產效率，則會產生正的效應，反之會帶來負的效應。國內外學者利用不同的分析方法對上述影響的實際效應進行了分析和驗證。

Lichtenberg 和 Pottelsberghe(1998)［4］研究表明作為國際技術擴散的重要途徑，外商投資在13個OECD國家具有重要作用。侯潤秀等(2006)［5］以專利申請量作為區域創新能力的衡量指標，分析了實際利用外資額對所有專利申請以及分別對發明專利、實用新型和外觀設計三種類型專利溢出效應的大小。研究表明，實際利用外資額對專利申請量有著顯著的正面效應。王紅領等(2006)［2］的研究也表明，外商投資的進入有利于增強我國內資企業自主創新能力。

而Aitken和Harrison(1999)［6］利用委內瑞拉制造業1976－1989年間的企業面板數據的研究發現外商投資在該國具有普遍的負溢出效應。范承澤等(2008)［7］研究發現，微觀層面，一個公司在研發方面的投入隨其引進外商投資數量的增多而減少，行業層面的外商投資對該行業中外商投資較多的企業的研發投入起更大的積極作用。綜合這兩方面的結果顯示外商投資對中國國內研發投入的凈作用是負的。陳繼勇等(2008)［8］研究表明，外商在華投資的知識溢出效應特別是通過外商投資企業在當地從事生產活動帶來的知識溢出效應并不明顯，外商投資渠道傳遞的外國R＆D對技術進步的促進作用與當地的經濟、科技發展水平有著密切關系。

在承認外商投資技術擴散效應的同時，學者們也從不同的角度探討了擴散效應大小的影響因素，包括人力資本［9］、東道國企業自身研發水平［10］、貿易開放程度等。賴明勇等(2005)［11］的研究表明東道國的技術吸收能力是決定本國技術模仿效果以及技術進步率的關鍵變量。傅元海等(2010)［12］認為外商投資的技術轉移與擴散效應主要反映在外資企業生產本地化過程中，生產本地化水平越高，本地企業接觸外商投資企業的中間產品技術就越多，通過模仿學習獲得的中間產品技術越多，本地企業單位投入創造的新價值會增加，從而提高其技術水平和產出效率。

在關注外商投資對受資區域技術水平和創新能力影響的同時，學者們也開始關注外商投資對受資區域的環境影響。外商投資對東道國環境質量的影響也存在不同的觀點。一種是“污染天堂說”，即發達國家為了規避高昂的污染成本和苛刻的環境管制，會將污染密集型產業轉移到環境管制較松的發展中國家進行生產，結果必然導致東道國當地環境質量的下降。與之相反的觀點認為，跨國公司嚴格的環境標準會產生外溢效應，同時外資的進入會帶來技術擴散，從而有利于提高東道國的生產效率，進而有利于改善東道國的環境質量［13－15］。外商投資的環境影響有多種途徑，外商投資勢必影響到行業的生產規模、產業結構及技術水平，進而影響污染物的排放和資源的利用效率［16－17］。

就目前的研究來看，有的學者研究結論支持“污染天堂說”，即外商投資對東道國的生態環境具有顯著的負面效應［17－18］。有的學者則得出了相反的結論，黃菁(2010)［19］使用中國217個城市2003～2006年的工業污染數據進行實證檢驗，結果表明，外商投資通過對經濟增長、產業結構和環境污染治理的影響最終有利于我國工業污染治理和環境狀況改善。宋德勇等(2011)［20］使用1978－2008年間的數據探討外商投資對碳排放的影響。結果表明，由于技術溢出的存在，外商投資對CO2排放有負的影響。宋馬林等(2010)［21］運用省際面板數據對外商投資綠色創新能力進行了統計分析，實證表明，我國有5至7個省份跨過了綜合門檻，政府應根據不同省市的狀況設定引進外資的策略。

從目前的研究來看，有三個問題值得進一步探討:

第一，我國不同區域間經濟發展水平、稟賦條件等各不相同，外商投資的技術效應勢必存在著差異。如陳繼勇等(2010)［8］的研究表明，知識溢出凈流入地區自主創新能力的提升，有助于吸引更多的知識溢出和外商投資流入，從而實現“良性互動”;而知識溢出凈流出地區自主創新能力的提升，會對外商投資產生不同方向的影響，其技術效應是不確定的。

第二，基于同樣的情況，外商投資的環境效應也不會完全相同。沙文兵等(2006)［22］的研究表明，外商投資對我國生態環境的負面效應也呈現出明顯的東高西低的梯度特征。所以，國家層面的數據可能很難為個別地區的外商投資政策制定提供有益的借鑒，有必要對區域內的情況進行深入分析。

第三，目前對外商投資技術效應和環境效應的檢驗大多是獨立進行驗證，實際上外商投資對受資區域環境的影響路徑可能與技術效應相聯系，即外商投資可能通過影響受資區域的創新能力和技術水平，進而影響當地的環境。因此有必要把外商投資對二者的影響聯系起來。

有基于此，本文采用結構方程模型，以山東省為例，通過其因果分析與路徑分析探討外商投資、創新能力、環境效率之間的關系。

三、結構方程介紹

結構方程模型(structural equation modeling;簡稱SEM)是經濟計量、社會計量與心理計量發展過程中的合成物，它可以允許同時考慮許多內生變量，允許外生變量與內生變量的測量誤差或參差項的存在［23］。結構方程是通過尋找變量間內在的結構關系，去驗證某種結構關系或模型的假設是否合理，模型是否正確，并且如果模型存在問題，可以指出如何修正。它是反映隱變量和顯變量的一組方程，其目的是通過顯變量的測量推斷隱變量，并對假設模型的正確性進行檢驗［24］。期中顯變量通常是可以測量的，如外商投資額，在路徑圖中用方框來表示，而隱變量是客觀存在的，但由于事物本事的復雜性和抽象性，難以直接測量，如創新能力，在路徑圖中通常以橢圓來表示。結構方程模型可以替代多重回歸、通徑分析、因子分析、協方差分析等方法，清晰分析單項指標對總體的作用和單項指標間的相互關系。結構方程中有兩個基本模型:測量模型和結構模型。測量模型用來反映潛在變量和觀察變量(或者稱顯變量)之間的關系。結構方程用來反映隱變量之間的關系。

通常測量模型方程如下表示:

其中，Y為內生觀測變量組成的向量;X為外生觀測變量組成的向量;?為內生潛變量;ξ為外生潛變量;ΛY為內生觀測變量在內生潛變量上的因子負荷矩陣;它表示內生潛變量?和其觀測變量Y之間的關系;Λx為外生觀測變量在外生潛變量上的因子負荷矩陣，它表示外生潛變量ξ和其觀測變量X之間的關系;ε和δ為測量方程的殘差矩陣。結構方程的測量模型中假定ε與?、ε與δ不相關。

其中，B為結構系數矩陣，它表示結構模型中內生潛變量?的構成因素之間的互相影響;Γ為結構系數矩陣，它表示結構模型中外生潛變量ξ對內生潛變量?的影響;ζ為結構模型的殘差矩陣。

結構方程模型的應用開始于20世紀中后期，分布于社會、心理、教育、經濟、管理等行業。在經濟領域，一些問題需要突破單一因素間的路徑分析，研究多個測量變量和隱變量，以及隱變量和隱變量之間的關系，傳統的計量方法無法完成這樣的檢驗，需要引入結構方程模型。目前結構方程模型在經濟領域的應用主要集中在對某一區域競爭力、某一產業競爭力或創新能力的評價［25－26］。通過文獻檢索可知，還沒有學者將此方法應用于環境經濟研究領域。

四、模型構建及指標的選擇

根據前文的綜述，外商投資的進入在彌補受資區域資金不足的同時，也可能會帶來技術溢出，提高受資區域的創新能力，而創新能力的增強也可能會提升資源的利用效率。同時，隨著全社會對資源環境問題的認識日益加深，各地在引進外商投資時可能更加注重對資源、環境的影響評估，即越來越嚴格的環境規制可能有利于環境的改善。因此，外商投資與區域內創新能力、環境效率之間存在兩種作用路徑:一是外商投資水平的提高會通過區域創新能力影響區域的環境效率;二是外資本身嚴格的環境標準和較高的生產效率，會影響區域環境效率的提高。外商投資水平、創新能力、環境效率之間的關系如圖1所示，其中的外商投資水平、創新能力、環境效率即結構方程模型中的隱變量。

圖1 外商投資、創新能力與環境效率作用路徑

結構方程模型是反映隱變量和顯變量的一組方程，其目的是通過顯變量的測量推斷隱變量，并對假設模型的正確性進行檢驗［24］。模型建立的關鍵一是顯變量和隱變量的建立，二是隱變量之間關系的建立。根據圖1，設定外商投資水平、創新能力和環境效率三個潛變量。測量變量的選擇一是考慮其反映性，即測量變量要真正反映所反映的潛在變量;二是要考慮指標的可得性;三是考慮指標的可比性，即不同的區域內指標能真正反映區域的特性差別，為了消除了不同區域由于發展規模不同對指標產生的影響，所有的測量指標均采用相對指標。我們根據以上原則并借鑒國內外學者的研究經驗，篩選并確定以下測量指標。

外商投資水平的測量指標有2個，外資項目強度(x1)和實際利用外資強度(x2)，其計算公式如下:

外資項目強度(x1)=外商直接投資項目數(個)/同期國內生產總值(億元)

實際利用外資強度(x2)=外商投資額(萬元)/同期國內生產總值(萬元)

由于外商投資額的統計數據的單位為美元，統一按照當年年初和年末基準匯率的平均值進行折算。

如果把創新看作是個投入產出的過程，則創新能力的測量指標有3個:科技經費投入強度(y1)、科學家投入強度(y2)、發明專利強度(y3)。前兩個指標是投入指標，最后一個指標是衡量創新產出的指標。計算公式如下:

科技經費投入強度(y1)=科技活動經費籌集總額(萬元)/同期國內生產總值(萬元)

科學家投入強度(y2)=科學家和工程師數量×100/同期人口總量(%)

發明專利強度(y3)=擁有的發明專利數(個)/同期國內生產總值(億元)

環境效率的測量指標有2個:單位千瓦時產值(y4)和每噸化學需氧量排放產值(y5)，其中單位千瓦時產值是測量資源利用效率的指標，每噸化學需氧量產值是測量污染物控制效率的指標。其計算公式:

單位千瓦時產值(y4)=同期國內生產總值(萬元)/同期全社會用電總量(千瓦時)

每噸化學需要量產值(y5)=同期國內生產總值(萬元)/化學需氧量排放量(噸)

五、數據說明及信度檢驗

(一)數據來源及描述性統計

樣本數在100以下不宜，樣本量與題項數比例至少要在5:1以上，理想的樣本量與題項數比例為10－25倍。本研究采用2003年到2008年山東17地級市的102個樣本數據進行分析。數據來源于《山東科技統計年鑒》(2004－2009)以及相關年度的《山東統計年鑒》和山東各地級市統計年鑒。相關指標經過計算后的初始指標如表1所示。

表1 測量標量的初始值

續表

續表

就每項指標的年度平均水平來看，外資項目強度(x1)和實際利用外資強度(x2)的值處于下降的趨勢，說明投資水平處于下降的趨勢。而科技經費投入強度(y1)、科學家投入強度(y2)、發明專利強度(y3)處于上升的趨勢，說明2003年到2008年山東省平均的創新水平處于上升的趨勢。單位千瓦時產值(y4)和每噸化學需氧量排放產值(y5)平均水平處于上升的趨勢，說明環境的質量也處于改善的趨勢。但是這只是平均水平的大致反映，沒有經過嚴格的統計檢驗。

從各個地級市6年的平均水平來看，外資項目強度(x1)最高是青島市，即每億元GDP項目的個數為0.6882個，最低的是東營市為0.0488。實際利用外資強度(x2)最高的仍然是青島市，即6年來，每萬元GDP實際利用外資額度平均水平為0.1065萬美元，最低的為泰安市，6年來的平均水平為0.0093萬美元。從平均水平看6年來，青島市的外資水平最高?？萍冀涃M投入強度(y1)6年來平均水平最高的為萊蕪市，每萬元GDP科技經費的籌集額為0.0625萬元。最低的為德州市為0.006萬元。科學家投入強度(y2)最高的地區是濟南市，6年來的科學家占人口比率的平均水平為0.7117%，最低為為菏澤市，平均比率為0.0255%。發明專利強度(y3)最高的為濟南市，每億元GDP擁有的專利個數平均水平為0.6609個，最低為日照平均水平為0.043個。從平均的數字看，濟南市的創新能力相對較強。單位千瓦時產值(y4)平均水平最高的是威海市，即每千瓦時GDP的產值為0.0022萬元，最低的是濱州市平均水平為0.0006萬元。每噸化學需氧量排放產值(y5)平均水平最高的是威海市，即化學需氧量排放量GDP的產值為0.0729萬元，最低是德州市，平均水平為0.0123萬元。從統計數字是平均水平來看，環境效率最高的威海市。

相關指標的描述性統計如表2所示。7個測量指標中，反映外商投資水平的兩個指標的差異加大，說明2003年到2008年山東省各地區外商投資水平存在著一定差異。

表2 測量指標的描述性統計

(二)信度檢驗

信度檢驗是檢驗每一個潛在變量的觀察變量間內部一致性程度的高低，通過計算，外資水平、創新能力、環境效率的 Cranach's α系數分別為0.98、0.81、0.83，總體 Cranach's α 系數為 0.77，表明所采用的數據具有非常好的信度。

六、分析結果

運用Amos17.0軟件采用最大似然估計對初始模型進行運算，根據模型的擬合指數和參數估計結果對模型進行了修訂，最終的模型及路徑系數如圖2所示。圖中的橢圓代表潛變量，矩形代表測量變量。

從輸出的結果來看，卡方值為18.22，自由度為8，顯著性概率值p=0.20大于0.05，卡方/自由度=2.28，未達到顯著水平，接受虛無假設，表示假設模型與觀察數據契合。在模型分析中，未發現負的誤差方差，所有的誤差標準的值也比較合適，且 GFI=0.954，NFI=0.962，RMI=0.001，IFI=0.978，CFI=0.978，各擬合指數良好。

(一)潛變量間路徑系數結果

表3給出了模型路徑系數的估計結果，除了外資水平與創新能力的路徑系數不顯著外，其他路徑系數都通過了t檢驗，達到了顯著水平。從分析結果來看我們可以得到以下結論:

圖2 外資水平、創新能力和環境效率的結構方程模型圖

表3 模型路徑系數估計結果

1.外資水平的提高對增強區域創新能力的作用不明顯。雖然外資水平與創新能力的路徑系數為正值，即外商投資的增加有利于增強山東省各地區的創新能力，說明外商投資在山東存在技術擴散效應，但技術擴散效應并不明顯，沒有通過t檢驗。這與陳繼勇等(2008)［27］的研究結論相同，外商在華直接投資的知識溢出效應特別是通過外商投資企業在當地從事生產活動帶來的知識溢出效應并不明顯。

2.外資水平的提高有利于提升山東省各地區的環境效率。外資水平與環境效率的標準化路徑系數0.43，t=4.4，表明二者之間的路徑系數在1%的水平上統計顯著。說明外商投資對山東的環境有正面影響，“污染天堂”假說在山東并不成立。

3.創新能力的增強有利于提升山東省各地區的環境效率。創新能力與環境效率的標準化路徑系數為0.44，t=4.14，統計顯著。說明在當前資源環境壓力日益增大的趨勢下，創新有利于提升資源的利用效率和減輕環境危害，創新投入和產出的增加有利于減少資源消耗，減少污染物排放。

4.創新能力對環境效率的作用要大于外資水平對環境效率的直接作用。標準化的路徑系數反映了因變量效果的大小。一般來說，其絕對值大于0.5以上算是大效果、0.3為中效果，小于0.1為小效果。從圖2及表3可以看出，創新能力對環境效率的標準化路徑系數為0.44，效果屬于中上效果，接近大效果，而外資水平對環境效率的路徑系數為0.12，效果屬于中下效果，接近小效果。

(二)效果分析

效果是原因變量到結果變量的影響，未標準化回歸系數表示直接效果值，直接效果路徑系數的乘積為間接效果值。直接效果值與間接效果值的和為總效果值。變量間的未標準化的效果系數如表4所示。由于外資水平和創新能力間的直接效果系數沒有通過t值檢驗，根據圖2，我們可以看出不同變量間的效果主要表現為直接效果。

外資水平與環境效率的總效果系數為0.253，直接效果系數為0.225，間接效果系數等于外商水平對創新能力的效果系數(0.518)乘以創新能力與環境效率之間的直接效果系數(0.054)，即0.028。說明當外資水平每提高1單位，則環境效率會提升0.253個單位，這包括外資水平提高對環境效率產生的直接影響，也包括外商投資通過增強區域創新能力給環境效率帶來的間接影響。由于外資水平對創新能力的直接影響系數沒有通過t值檢驗，所以，外資水平對環境效率的影響主要表現為直接影響。

外資水平對區域創新能力的直接效果系數為0.581，即外資水平每提高1個單位，則區域創新能力會增強0.581個單位，不過這種效果系數沒有通過t檢驗。創新能力與環境效率的直接效果系數為0.054，即創新能力每增強1個單位，則環境效率會提升0.054個單位。

表4 變量間的效果系數

外資水平與外資項目強度的直接效果系數為6.853，即外資水平每提高1個單位，反映外資水平的外資項目強度會提升6.853個單位。創新能力與科學家投入強度和科技經費投入強度的直接效果系數分別為1.539和0.068，表明創新能力每增強1個單位，則科學家投入強度和科技經費投入強度提升1.539和0.068個單位。

外資水平與單位千瓦時產值的效果系數表現為間接效果系數0.005，即外資水平與環境效率的效果系數0.253乘以環境效率與單位千瓦時產值的效果系數0.021。說明外資水平提高1個單位，則環境效率將提升0.253個單位，其反映指標單位千瓦時產值將提升0.005個單位。

七、結論與建議

從分析的結果來看，外資水平的提高有利于提升山東省各地區的環境效率，創新能力的增強有利于提升山東省各地區的環境效率，并且創新能力對環境效率的作用要大于外資水平對環境效率的直接作用。但是外資水平的增加并沒有明顯增強山東省各地區的創新能力。在未來的發展中，為了更好地發揮外商投資對區域創新能力和環境效率的作用，可以考慮采取以下措施:

1.在引進外商投資的同時，注意技術的引進與消化吸收。雖然分析的結果顯示，外商投資有利于提高區域的創新能力，二者之間的效果系數為正，但是這種效果并不明顯。所以未來的外資引進中，不僅要引導外商投資企業加大科技投入，同時還要引導外商投資企業加快與當地的融合步伐，加強外商投資企業同相關產業的橫向和縱向聯系，使跨國公司的先進技術和管理經驗產生擴散效應，以提高當地企業的技術水平和創新水平。另外，本地企業也要積極尋求與外商投資企業的合作，通過合作學習跨國公司的先進經驗和生產技術，特別要注重技術的引進與吸收，要在引進的基礎上實現再創新，而不能單純為了引進而引進，以免形成對外國技術的過度依賴。要充分發揮自己的后發優勢，通過引進技術增強自己的自主創新能力，縮小與發達國家的技術差距。

2.在引進外商投資過程中，要繼續注意資源節約和環境保護，提升區域的環境效率。要加強外商投資項目對環境影響的評估，提高資源環境標準。資源環境的標準主要從兩個方面加以考慮:一是資源利用效率，特別是不可再生性資源的利用效率;二是對環境的負面影響，即相關污染物的排放。要通過市場的完善、基礎設施建設的加強、公共服務質量的提高為外商投資提供一個良好的投資環境，通過自己的軟實力來吸引外資，而不是一味的憑借自己廉價的資源、寬松的環境規制來招商引資。另外，外資的引進要同當地的結構調整和產業升級結合起來，要通過外資的引進提升產業的技術水平，吸引外資進入資源消耗低、環境污染排放小的產業，引導外資參與對污染比較嚴重、資源消耗比較大的傳統產業的改造。

3.注重增強區域創新能力，通過創新繼續提升環境效率。實證分析的結果表明，創新能力的增強能夠提升區域環境效率。所以在未來的經濟發展中，要引導企業繼續通過創新提升資源的利用效率，延長產業鏈條，實現資源的循環利用。首先，要在不損害產業競爭力的前提下，進行合理的環境規制，增強企業的環境壓力，使其主動在環境友好型的技術上進行研發投資，通過技術水平的提升，徹底解決企業存在的環境問題，而不是僅僅通過經濟處罰，使企業每每逃避面臨的環境責任。其次，政府要進行適當的環境創新投資或給予企業一定的創新補貼。環境問題在一定程度上具有外部性，屬于公共產品的性質，環境方面的創新投資短期內很難給企業帶來可觀的經濟效益，需要政府參與其中，彌補企業的相關損失。

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