科技創新能力的空間演變及其與經濟發展的關系

顧偉男，申玉銘，王書華，曾春水

(1.首都師范大學資源環境與旅游學院，北京 100048;2.中國科學技術發展戰略研究院，北京 100038)

科技創新能力的空間演變及其與經濟發展的關系

顧偉男1，申玉銘1，王書華2，曾春水1

(1.首都師范大學資源環境與旅游學院，北京 100048;2.中國科學技術發展戰略研究院，北京 100038)

本文以中國大陸31個省區為研究單元，通過構建綜合評價指標體系，運用空間局部自相關、柯布-道格拉斯生產函數、耦合協調度模型等方法，對2002—2014年科技創新能力空間演變及其與經濟發展之間的關系進行分析。結果顯示：①科技創新能力及其各組成要素整體呈現上升趨勢；②各省域科技創新能力水平由低層次水平逐漸向高層次水平演變，東部沿海和長江沿線部分省區科技創新能力較強，西北和西南兩大片及中部少數省區科技創新能力較為薄弱；③大多省域科技創新能力在空間關聯演變上呈現路徑依賴與鎖定特征；④科技創新對經濟發展的推動作用明顯提升，科技創新與經濟發展的關系跨越了從失調衰退到優質協調的七個階段類型，各省區都形成了關系類型的階段提升，空間梯度格局明顯。

科技創新能力；空間演變；經濟發展

Abstract：The paper used 31 provinces as research area.It analyzed the provincial scientific and technological innovation ability by constructing a comprehensive evaluation index system,and used the local spatial autocorrelation,Cobb-Douglas production function to analyze spatial evolution of scientific and technological innovation ability and the types of relationship with the economic development.The results show that：China innovation ability showed upward trend from 2002 to 2014;Innovation ability level gradually evolved from low level to high level;The eastern coastal areas and some provinces along the Yangtze River have high innovation ability.Areas of low level ability evolution are concentrated in the northwest and southwest regions;The evolution of spatial pattern of China’s scientific and technological innovation ability has a locking characteristics and path dependence;Innovation ability has promoted economic development;The relationship between innovation and economic development across from recession to high quality coordinated,various provinces have formed a relationship type order and the gradient pattern is obvious.

Keywords:Scientific and technological innovation ability；Spatial evolution；Economic development

1 引言

目前關于科技創新的研究主要集中在以下方面：①明確了科技創新能力的定義：將科技創新能力理解為某個地區將技術和知識轉化為新產品的能力[1-4]。②探討科技創新能力的評價及其指標體系和方法：指標體系主要采用綜合指標體系和單一指標體系，運用熵值法、函數模型法等去測度不同區域尺度層面的科技創新能力，并對其進行簡單分析與排名[5-7]。③研究科技創新能力的空間格局與差異：主要是運用空間分析、變異系數、基尼系數等方法來解析國家、省域、城市或者城市群等科技創新能力及其組成要素的空間分布格局及其差異性，揭示創新要素的空間不均衡性[8-9]。④分析科技創新的時空格局演變：主要是基于時間序列去分析不同尺度區域科技創新能力的演變，從而揭示區域創新能力的變化趨勢，目前主要以投入和產出作為指標去研究其演變的比較多[10-11]。⑤剖析科技創新與經濟發展的關系：運用定量模型集中揭示科技創新與經濟發展具有一定的相關關系，進而揭示創新及其系統組成要素對于科技創新具有一定的貢獻作用[12-17]。

綜上所述，科技創新的研究取得了較多成果，但仍然存在一些亟待解決的問題。由于創新要素的流動日益頻繁，對于科技創新能力的空間格局及空間關系演變有待進一步研究。此外，對于科技創新與經濟發展的關系研究主要集中于科技創新與經濟發展的匹配程度和相關性分析，而有關科技創新對經濟發展貢獻程度的演變、不同科技創新方式對于經濟發展的作用程度，以及科技創新與經濟發展之間的關系類型演變研究相對較少。因此，本文從科技創新投入、產出和環境三個維度構建指標體系來測度科技創新能力，采用GIS技術與ESDA相結合方法、柯布-道格拉斯函數及耦合協調度模型來研究中國科技創新能力的空間演變、科技創新對經濟發展的貢獻率的動態變化及兩者關系類型演變等，為中國科技創新實力加快提升、科技創新資源合理優化布局、縮小區域科技創新能力差異提供戰略參考。同時，研究科技創新與經濟發展的關系演變可以揭示各省區經濟與科技創新的協調關系的地域類型及其空間分異的規律演變，并且針對不同的關系類型存在的問題提出了一些建議措施。

2 數據來源與研究方法

原始數據主要來自2002—2014年《中國統計年鑒》《中國科技統計年鑒》《中國高技術產業統計年鑒》《中國火炬統計年鑒》《中國工業統計年鑒》，以及其他各省市自治區的統計年鑒和統計公報，國家統計局網站以及中華人民共和國科技部網站。研究的省份主要包括大陸31個省、直轄市、自治區，研究方法如下：

(1)指標體系選取。對于科技創新能力的評價指標體系，學術界有很多研究[18-20]，采用的指標體系主要從單一指標體系、系統功能要素、系統構成要素等角度出發。本研究是綜合借鑒省域、城市等科技創新綜合能力綜合評價指標體系，從投入-產出系統角度出發，分為科技創新投入、科技創新產出、科技創新環境三個維度：科技創新投入是基礎；科技創新產出是核心；科技創新環境用來衡量基礎發展水平。根據科學性原則和可操控性原則，構建了對應的9項二級指標和17項三級指標，如表1所示。為了探究各省的科技創新與經濟發展之間的關系，參照已有研究，建立了以GDP、進出口貿易總額、固定資產投資額、社會消費品零售額、城鎮居民人均可支配收入作為經濟發展水平的評價指標。考慮到選取指標間存在共線性，分別對科技創新能力、經濟發展水平的評價指標進行共線性診斷，結果顯示各指標共線性檢驗均達到研究要求。

(2)均方差決策法。首先求出這些對應指標標準化處理后變量的均方差，然后進行歸一化，求得所有指標的權重系數，科技創新能力的計算為：

Fj=∑ZijWi

(1)

式中，Zij為各指標標準化后的值，Wi表示24種科技創新能力各指標Zi的不同權重值，i=1，2，3，…，n，其中n=24；j=1，2，3，…，m，其中m=341。

表1 中國科技創新能力評價指標體系

(3)ESDA。ESDA(Exploratory Spatial Data Analysis)是一種解釋空間格局的較為復雜的空間回歸模型[21-22]，局部空間自相關可以用來分析每個區域與周邊地區之間的空間關聯形式和差異程度[23]，一般采用LISA(Local Indicators of Spatial Association)值來衡量差異程度，用Moran’s I散點圖來表示空間形式。局部自相關LISA公式如下：

LISAi=Zi∑jWijZj

(2)

根據LISAi顯著性和Zi與0的大小關系，在Moran’s I散點圖上將其分為HH、HL、HL和LH四個象限。

(4)柯布-道格拉斯生產函數。20世紀初，美國的柯布(Cobb)和道格拉斯(Douglas)提出用C-D生產函數計算技術對經濟增產值的貢獻率[24]，因此本研究采用廣義C-D生產函數來測算科技創新對經濟發展的貢獻率，即：

(3)

式中，β1、β2、β3分別表示資本、勞動和科技創新對經濟發展的貢獻率；變量G、Z、M、R分別代表經濟發展水平、資本投入、勞動投入、科技創新投入。下標i和t表示地區和年份。為了便于處理，對式(3)取對數：

lnYi,t=lnA+β1lnZi,t+β2lnMi,t+β3lnRi,t+εi,t=β0+β1lnZi,t+β2lnMi,t+β3lnRi,t+εi,t

(4)

式中，β0=lnA。變量G、Z、M、R分別采用的測度指標是：各地區國內生產總值、固定資產投資額、就業總人數、科技創新投入。

(5)耦合協調度模型。借鑒物理學中的容量耦合概念及容量耦合系數模型，推廣得到多個系統相互作用耦合度模型：

C={(u1×u2×u3…um)/[∏(u1+u2)]}1/n

(5)

為了便于分析科技創新能力與經濟發展之間的耦合協調度關系，得到關系式如下：

(6)

式中，C為耦合度；ECOi為經濟發展水平，STICi為科技創新能力；T為系統綜合協調程度；D為耦合協調度。根據兩個系統耦合協調度D值以及STICi與ECOi之間的關系，構建科技創新能力與經濟發展之間的耦合協調度評判指標和基本類型。

3 科技創新能力的空間演變

3.1 總體演變

2002—2014年，中國整體科技創新能力呈現上升趨勢(見圖1)。根據上升趨勢，可將其分為兩個階段：第一階段2002—2008年，整體科技創新能力上升速度相對較慢，這主要是由科技創新整體氛圍不夠濃厚、整體科技創新投入不足、創新產出效率低、科技創新政策不夠健全等原因造成的；第二階段2008—2014年，整體科技創新能力上升速度相對較快，這主要是由于科技創新政策的引導，科技創新環境得到明顯改善。此外，科技創新投入與環境水平上升趨勢較為明顯，而科技創新產出水平上升較為緩慢，表明科技創新投入轉化效率較低。

圖1 2002—2014年中國科技創新能力水平變化

3.2 空間格局演變

為了更加清晰地顯示中國科技創新能力的空間演變，根據2002—2014年科技創新能力水平高低，選取2002、2008和2014三年的截面數據，采用自然斷裂法進行分級可視化，劃分為4類：高水平、較高水平、較低水平、低水平。從總體上來看，2002—2014年科技創新能力水平由低層次逐漸向高層次演變。

(1)2002—2008年：①高水平能力省區：2002年主要由京滬兩個“極核”引導，2008年新增了津、蘇、浙、粵等東部沿省區。京、滬因其科技資本和人力投入相對充足，經濟和知識創新產出遙遙領先，經濟發展基礎較為雄厚，從而保持高水平的創新能力。②較高水平能力省區：到2008年形成以魯、閩、遼和中西部的皖、湘、鄂、陜、川連片分布的格局。由于大量企業、科研院所集聚，科技創新平臺和人才優勢明顯，皖、湘、鄂、陜、川形成中西部少有的創新極核。③較低水平能力省區：到2008年，中部大部分省區由2002年的低水平區演變為較低水平區，新疆和青海也演變為較低水平。④低水平能力省區：2002年集中分布于中西部大部分地區，2008年分布在西部五個省區，低水平省區數量逐漸減少。

(2)2008—2014年：①高水平能力省區：空間布局主要還是以京、津、滬、蘇、浙、粵等東部省份為主,這些省區由于自身創新基礎較好，創新系統內部各要素發展速度較快，因而保持高水平分布的格局。②較高水平能力省區：在2008年的基礎上新增渝和黑兩省。③較低水平能力省區：由集中于中部大部分地區演變為中西部絕大部分地區成片分布，主要是由于中西部大部分地區的經濟發展基礎薄弱，初始創新條件相對較弱，東部與中部、西部地區之間未完全建立起創新的“回流機制”，這些都導致中西部大部分省區的科技創新能力始終保持著較低水平分布。④低水平能力省區：由2008年的西部5省演變為2014年的1個省。

3.3 空間關聯演變

本文選取了2002年和2014年的科技創新能力Moran’s I散點圖進行分析，把各省區所在的象限分布情況進行歸納，然后利用時空躍遷測度法來進行深入描述空間關聯演變的特征。時空躍遷過程可以分為四種形式，①相對其他省區的躍遷，包括HHt→LHt+1、HLt→LLt+1、LHt→HHt+1、LLt→HLt+1；②相鄰省區的躍遷，包括HHt→HLt+1、HLt→HHt+1、LHt→LLt+1、LLt→LHt+1；③自身及其鄰居都發生躍遷，包括HHt→LLt+1、HLt→LHt+1、LLt→HHt+1、LHt→HLt+1；④自身和相鄰省區保持相同水平的情況，包括HHt→HHt+1、HLt→HLt+1、LHt→LHt+1、LLt→LLt+1[25]。根據各省區Moran’s I散點圖躍遷情況(見表2)：2002—2014年，最多的躍遷形式是形式④，約77%的省域在空間上保持持續穩定的特征，主要以HH型為主的沿?？萍紕撔履芰^強的省區(京、津、滬、蘇、浙等)依舊保持著較強科技創新能力的變動，其創新的基礎較好；以LL型為主的中西部大部分省區(內蒙古、晉、貴、桂、云、甘、寧、青等)仍然保持著較低的科技創新能力變動，主要是其創新基礎相對薄弱；以HL型為主的廣東、陜西、湖北等省區，由于其周邊省區的科技創新能力較弱，形成“高值孤立區”，LH型主要分布在河北等省區，主要因為其周邊省區的科技創新能力較強，而自身未能充分吸收其科技創新資源的流動，從而導致“低值凹陷區”的形成。因此，以HH和LL型為主的省區科技創新能力在空間演變上呈現路徑依賴與鎖定特征。

表2 省域Moran’s I散點分布圖躍遷情況

注：數字代表象限；“12”代表跨第一、二象限；“--”代表沒有這樣的躍遷省份。

4 科技創新與經濟發展之間的關系

當前，中國的發展階段正處于從要素、投資驅動到科技創新驅動的階段[26]，區域經濟發展的決定性因素已從資源、勞動力優勢轉化為科技創新優勢，區域科技創新已成為區域經濟發展的決定性因素，并且經濟的發展也為區域科技創新提供了資金、人力等要素。

4.1 科技創新對經濟發展的推動作用逐年提升

本文選用C-D函數來證明科技創新對區域經濟發展的貢獻程度，為了研究不同的科技創新投入方式對經濟發展的影響，根據已有學者研究[27]，分別選擇R&D經費支出、專利申請量和技術市場成交額作為科技創新投入指標，人均GDP作為產出指標。指標選擇的依據是：R&D經費支出代表基礎性創新投入，專利申請量代表自主創新投入，技術市場成交額代表科技創新成果的產業化。本文選擇2002年和2014年的指標數據，利用Limdep分析軟件進行回歸，參數結果如表3所示：2002—2014年，資本投入對于經濟發展的貢獻率逐漸下降，而科技創新投入對于經濟發展的貢獻率呈上升趨勢，其作用正逐步趕超資本和人力投入，表明科技創新正逐步影響區域經濟發展的空間格局，在國家發展戰略轉型的潮流下，科技創新驅動無疑將是影響區域發展至關重要的因素。不同的科技創新投入方式對于經濟發展的推動程度不同，2002年和2014年專利申請量的貢獻率>技術市場成交額的貢獻率>R&D經費支出的貢獻率。表明現階段自主創新研究投入對于經濟發展的促進作用很強，市場投入還有待提升，從而真正實現創新成果與產業相結合，達到產學研相結合的效果。

表3 三種科技創新投入指標對于經濟發展的影響

注：**在5%的水平下顯著；***在1%的水平下顯著。

4.2 科技創新與經濟發展的關系演變

本文選擇耦合協調度模型，深入研究2002—2014年科技創新與經濟發展之間存在的關系類型及其演變。根據測算值，將關系類型進行等級劃分(見表4)，運用Arcgis對分級結果進行空間可視化。在此基礎上，把科技創新能力和經濟發展水平排序相差不大(理論上≤4)的省份稱作同步發展型，科技創新能力排序明顯優于經濟發展水平排序的省份稱為科技領先型，反之相反。

2002年，僅有北京為中級協調類型，津、滬、蘇、浙、粵為初級協調類型，魯、閩、遼為勉強協調關系，東部大部分地區基本已經處于協調關系；而中西部大部分地區處于瀕臨失調和失調關系階段。2008年，北京由中級協調關系類型演變為良好協調類型，而中級協調類型新增了津、滬、蘇、浙、粵5省區，魯、閩、遼則演變為初級協調類型，中部大部分省區和陜、川、渝地區演變為勉強協調類型，西北西南地區協調度仍比其他地方低，為瀕臨失調類型。2014年，僅有北京演變為優質協調型，東部沿海大部分省區均已形成中級及以上協調類型，中部大部分省區和陜、川、渝已經形成初級協調類型，而西部大部分省區(除了西藏)均已形成勉強協調類型。因此，從整體空間格局來看，東部地區的協調度明顯高于西部地區，呈現出明顯的梯度格局。①第一梯度：京、津、滬、蘇、粵、魯、閩、遼，科技創新能力和經濟發展水平都處于領先地位，屬于高水平的協調同步發展關系類型；②第二梯度：中部10省及陜、川、渝，科技創新能力和經濟發展水平止步不前，在全國處于中等及偏上的水平，屬于中等水平的協調同步發展或科技、經濟領先關系類型；③第三梯度：西部7省以及東部的桂、瓊兩省，屬于低水平的協調發展關系乃至失調關系。

表4 關系類型

5 存在的問題與建議措施

為了提升各省科技創新能力及其與經濟發展水平能夠更加均衡發展，針對不同關系類型的省區存在的問題提出以下建議措施：

(1)高水平協調關系類型省區：北京的科技創新能力最強，但其經濟發展不如科技創新；廣東的經濟發展水平遙遙領先，位居全國第一，但其科技創新能力卻不及經濟發展水平；上海、江蘇、天津、浙江、山東、遼寧、福建的科技創新能力和經濟發展水平都表現出相互促進協調發展的趨勢。因此，北京要努力建成全國乃至世界的科技創新中心，強化科技創新對經濟發展的帶動作用。廣東在保持經濟發展領先的同時，應對科技體制進行改革，促進地方科技創新與國家重大戰略結合，提高科技創新績效水平。上海在保持經濟快速發展的同時，要利用自身創新基礎加快與產業融合，充分發揮其在長三角的領頭羊地位，合理分配長三角科技創新資源，加快建成全國乃至世界的科技創新中心。浙江、江蘇、天津、山東、福建和遼寧在發揮經濟優勢的同時，應該結合國家的“雙創”戰略，合理充分利用豐富的科技與人才資源，促進高校、研究機構和企業之間的合作，提升科技成果轉化效率，推進產學研相結合，積極發展高新技術產業和現代服務業的發展，加快讓科技創新與經濟二者更加協調發展。此外，這些省市也應該加強與國際的交流，通過引進、消化、吸收再創新提升科技創新能力。

(2)中等水平協調關系類型省區：由于四川、湖北和湖南的科技創新投入水平較高，科技創新基礎較好，但其科技創新產出效率不足，因此需將其科技創新投入資源進行合理優化配置，促進科技創新資源的產業化效率，促進科技創新與經濟的健康協調發展，使之成為帶動中西部科技創新發展的增長極，形成科技創新龍頭示范區。吉林、黑龍江、山西、江西等則應將已有的自然資源轉化為創新資源，加大科技創新基礎資源投入，對傳統產業結構進行升級改造，發展高技術產業，充分發揮企業在自主創新中的作用，促進科技創新與經濟發展的進一步協調契合。對于科技領先型的陜西、重慶、安徽，基礎性創新投入較多，高校、軍工科研院所集中布局，但這些地區科技投入的產業轉化效率不高，對經濟的促進作用不明顯，因此，這些區域應該加大試驗發展和應用研究的投入，提升科技投入的產業轉化率，增強科技創新對經濟發展的推動作用。對于經濟領先型地區主要包括內蒙古、河北、河南，經濟發展對科技創新的驅動作用較弱，這些省區在保持地方經濟穩定發展的同時，要加大科技創新基礎性研究的投入力度，并且與周邊科技創新較強省區形成回流機制，充分吸收其創新資源，根據區域經濟發展的特色模式去推動科技創新的發展。

(3)低水平協調關系類型省區：這些省區的工業化基礎薄弱，經濟發展水平與東部地區相比還有較大差距，不能為區域科技創新提供大量人、財、物的基礎支持，更多的基礎設施投入超越了科技基礎性投入，科技創新與經濟發展不能有效地相互促進，科技創新能力較弱也是導致經濟落后的重要原因之一。因此，這些地區今后在加快當地基礎設施條件改善的同時，應充分挖掘科技創新資源，激發已有的科技創新活力，促進經濟發展對科技創新的支撐力度，加大科技創新與產業的融合力度，開展與當地產業相適應的特色科技創新模式。這些地區也應該突破傳統的發展模式，加強與東部或者中西部少數科技創新能力較強的區域建立完善的創新資源交流機制，強化空間溢出效應，引進資金、人才、技術等創新資源。此外，應該發展能夠輻射這些地區科技創新發展的省會城市等科技創新中心。

6 結論

中國科技創新能力呈現上升趨勢，并且有明顯的兩個發展階段：第一階段(2002—2008年)上升速度相對較慢；第二階段(2008—2014年)上升速度相對較快。省區科技創新能力整體上呈現出由低層次向高層次水平的演變，在空間格局演變上形成了東部沿海省份、長江沿線部分省份(皖、鄂、陜、渝)以及陜西為主的多個“創新極”，西北和西南片區科技創新能力較弱。此外，絕大多數省區保持相同科技創新能力空間關系演變，沿?？萍紕撔履芰^強的省區保持著較強科技創新能力的變動，中西部大部分科技創新能力較弱的省區保持著較低的科技創新能力變動，呈現出路徑依賴特征。科技創新能力對于經濟發展的帶動作用逐年提升，其作用正逐步趕超資本和人力投入對經濟發展的作用，自主創新研究投入對于經濟發展的促進作用處于主導地位，各省區科技創新能力與經濟發展的關系類型隨時間的演變跨越了從失調衰退到優質協調的七個階段，都形成了關系類型的等級跨越提升，東部地區關系類型明顯優于中西部省區，梯度格局明顯。因此，未來區域經濟發展格局在很大程度上取決于科技創新能力的變化。

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(責任編輯 沈蓉)

SpatialEvolutionofChina’sScientificandTechnologicalInnovationAbilityandItsRelationshipwithEconomicDevelopment

Gu Weinan1，Shen Yuming1，Wang Shuhua2，Zeng Chunshui1

(1.College of Resource Environment and Tourism，Capital Normal University，Beijing 100048，China； 2.Chinese Academy of Science and Technology For Development，Beijing 100038，China)

K902

A

國家自然科學基金項目(41471107)，科技部科技創新戰略研究專項經費(ZLY2015101)。

2017-01-24

顧偉男(1993-)，男，江蘇南通人，碩士研究生；研究方向：區域發展與調控。