美國科學研究經費“來源-執行”部門多元化及中國啟示

宋孝先，王 茜，曲雅婷，劉金濤

(1.大連理工大學 人文社會科學學部,遼寧 大連 116024;2.大連理工大學 經濟管理學院，遼寧 大連 116024)

一、引言

黨的十八大以來，國家堅持走中國特色自主創新道路，不斷加大研發投入。2017年全社會研究與試驗發展(R&D)投入超過1.76萬億元，R&D經費投入強度達到2.13%。根據OECD弗拉斯卡蒂手冊(Frascati Manual)的劃分， R&D活動包括基礎研究、應用研究和試驗發展三類，簡稱三分法。R&D的三分法后來被OECD、聯合國科教文組織( UNESCO) 、歐盟( EU) 和各區域組織采用，成為世界范圍遵循的標準。我國R&D投入規模與強度不斷增長，但三種研發活動的結構并沒有得到顯著優化(見表1)。

表1 主要國家科學研究經費占全社會研發經費的比重(2015年)

數據來源：National Science Foundation, National Center for Science and Engineering Statistics, National Patterns of R&D Resources (annual series); Organisation for Economic Co-operation and Development, Main Science and Technology Indicators (2017/1); United Nations Educational， Scientific and Cultural Organization Institute for Statistics Data Centre， data.uis.unesco.org/， accessed 13 October 2017.

注：科學研究=基礎研究+應用研究。日本、法國和印度的研發經費除了基礎研究、應用研究和試驗發展之外，還有其他；印度其他比例高達38.3%。

一是，近20年來，我國基礎研究經費占全社會研發經費比例一直徘徊在5%左右，遠低于主要發達國家甚至印度的水平，基礎研究投入結構性“比例失調”對中國產業核心技術創新產生了消極影響[1]。我國基礎研究經費與主要國家的科技統計渠道基本一致，但統計方式有別，王海燕等(2017)[2]和張先恩等(2017)[3]研究均認為基礎研究經費數據可能存在被低估，但是這并不能改變我國基礎研究經費投入不足的基本判斷，到2020 年中國基礎研究經費投入強度的合理目標為12%～14%。基礎研究投入不足主要原因包括非競爭性、按權力和身份分配科技資源的機制[4]；政府基礎研究投入不足[2]；與國家所處社會經濟發展階段有關[3]；現有政策存在突出實用導向、弱化科學導向，突出研發投入強度、弱化基礎研究投入，突出高校成果轉化、弱化基礎研究要求等缺陷[5]。張明喜等[6]研究認為中央財政基礎研究投入仍有待進一步提高，地方財政基礎研究經費投入總量偏低；企業對基礎研究的投入嚴重不足，穩定性支持不足。

二是，不同于基礎研究備受關注，不斷下滑的應用研究比例幾乎無人問津。1995年以來，我國應用研究投入占全社會研發經費投入比例出現大幅下滑，2016年已經觸及10.3%的歷史低位，2017年小幅回升至10.5%，遠低于主要發達國家20%以上的水平[7]。周寄中等(2002)[8]研究認為應用研究開發機構角色存在錯位，表現在應用研究開發機構與企業分設、應用研究開發機構事業單位企業化管理、不在市場競爭最前沿等。孫早等(2017)[9]的研究指出，應用研究對產業創新績效的影響具有倒U 型特征，而基礎研究對產業創新績效則表現出知識積累效應；基礎研究與應用研究對產業創新的影響取決于產業的技術差距水平，技術差距大，應用研究對產業創新具有直接推動作用。

三是，與主要發達國家相比，我國科學研究(基礎研究和應用研究，簡稱科研)比例偏低已經成為不爭的事實。實際上，國家創新體系的研發結構是一個經典問題。早在1989年，廖正衡(1989)[10]就指出日本的科技發展是“應用型”、英國是“基礎型”、美國是“混合型”(既重基礎又重應用)，而中國是“協調型”，應用研究是主戰場，同時保證基礎型研究穩定發展。周寄中(1994)[11]指出我國R&D內部三類研究比例不合理，需要大幅度增加基礎研究和應用研究的比例。Parrilli等(2016)[12]提出創新具有STI(基于科學技術的創新)和DUI(基于干中學、用中學和互動中學的創新)兩種模式，其中技術創新更傾向于依靠STI模式，非基礎創新更傾向于依靠DUI模式。根據表1中的數據，日本、英國和美國科技發展模式的判斷仍然適用，但是中國顯然不是“協調型”而是“應用型”，比日本更偏向“應用型”。2006年《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020年)》就指出“我國科技投入結構不盡合理”，并且提出“建立多元化的科技投入體系”。經過10多年的發展，科學研究經費不但沒有多元化，而且更加單一化，中央財政科技撥款是基礎研究經費的主要來源，地方財政投入極少，企業基礎研究投入比例僅3.25%(1)數據來自孫玉濤等2019年發布的《中國研發經費報告2018》。，高校R&D經費中用于基礎研究比例偏低[13]。

美國一直是各國研發政策學習標桿，相關學者已經開展大量研究。Mowery(1998)[14]研究指出政府與國防相關研發經費投入下降、產業資助基礎研究比例下降是兩個重要趨勢。Pavitt(2001)[15]指出，美國從20世紀50年代末期開始建立了公共政策支持基礎研究的理論模型，其核心特征是大規模和多元化的政府支持，高質量的學術研究以及投資長期新領域發展的能力，并且指出基礎研究與應用研究具有非常復雜的聯系。肖廣嶺(2005)[16]以美國作為標桿預測中國基礎研究經費占R&D經費的比例到2010年為7. 5%，2020年為10. 5%，顯然均沒有達到。張米爾等(2007)[17]研究也指出，美國基礎研究投入渠道呈現出多元化趨勢，而中國基礎研究的投入渠道單一，為解決基礎研究投入不足的問題，需要實現投入渠道的多元化。孫喜杰和曾國屏(2008)[18]通過美國的案例研究發現，研發投入的增長中應優先加強對基礎研究的投入，或者說基礎研究應該超前部署。Hart (2009)[19]研究提出美國創新體系具有三個主要變化：一是20世紀90年代末期到21世紀初的互聯網繁榮和蕭條引致的新技術創業，二是應對2001年“9·11事件”反恐出現的新國家安全領域的研究，三是20世紀90年代以來基于ICT制造的生產率增長。劉云等(2013)[20]美國基礎研究經費占R&D總經費的比例持續提高并保持較高的水平；聯邦政府一直是基礎研究主要的資助者，企業是基礎研究重要的資助和執行的力量。

綜上，現有研究已經就我國基礎研究比例不足以及美國基礎研究情況進行了廣泛的研究。然而，第一，應用研究特別是基礎和應用整體情況的研究并沒有引起關注，研發結構比例失調不僅是基礎研究的問題，而是系統整體性的結構問題；第二，科學研究比例失調不僅僅是來源問題，很大程度上也與創新體系主體的功能有關。為此，本文將R&D經費“來源-執行”部門結構模型引入分析美國科學研究經費結構多元化，深入理解科學研究經費結構背后的機理，為中國解決科學研究經費比例偏低問題政策制定提供依據。本文的主要創新之處：一是，在現有基礎研究經費不足研究基礎，提出中國應用研究經費不足是當前創新體系運營效率不高的關鍵環節；二是，拓展現有研究僅僅從來源解釋基礎研究經費比例偏低的問題，從“來源-執行”運行的視角解析基礎研究和應用研究經費比例偏低的問題，以美國為例的實證研究對于中國科學研究經費管理具有一定的啟示。

二、理論框架、研究方法及樣本數據

(一)科學研究經費“來源-執行”分析框架

以Freeman(1987)[21]和Nelson(1993)[22]等人的國家創新體系理論為基礎,研發活動的主要參與者包括政府、產業、高等院校和研究機構等。孫玉濤和劉鳳朝等[23-25]根據R&D經費的流動情況將研發經費的參與者劃分為來源部門和執行部門。就美國而言(見圖1)，R&D經費來源部門包括聯邦政府、非聯邦政府、企業部門、高等院校、非盈利機制，其中非聯邦政府主要是指州政府。

執行部門包括聯邦政府、非聯邦政府、產業部門、高等院校、非盈利機制；其中，聯邦政府主要是指聯邦內部R&D及相關外部管理成本，以及聯邦自主的研發中心(FFRDC，federally funded research and development center)；非聯邦政府主要是是州政府內部的R&D執行，包括州政府機構和部門的工作人員和服務支撐內部R&D項目的經費，來源包括聯邦和非聯邦政府，該數據2006年開始統計。

與美國科學研究經費“來源-執行”部門組成相比，中國科研經費“來源-執行”部門相對較少，例如在來源部門沒有高等院校和非盈利機構，地方政府來源經費也比較少，在執行部門中沒有非盈利機構。目前，我國實務和學術界均強調來源部門的多元化，實際上，來源部門多元化與執行部門結構有很大關聯，例如高等院校來源經費主要由自身執行，反過來說高等院校作為執行主體會自己籌措自己開展科學研究。為此，來源-執行部門結構并不相互獨立，而是彼此緊密關聯在一起。

圖1 R&D經費“來源-執行”部門分析框架

(二)科學研究經費“來源-執行”多元化測度方法

為了精確地反映美國科學研究經費部門結構的多元化程度，本文采納了被最廣泛使用測度多元化程度的量化方法—熵值法(EntropyMethod)。熵的概念最早來自于熱力學，是一個反映系統混亂程度的狀態函數。1948年申農發表的《通訊的數學理論》，為確立信息與熵的聯系奠定了基礎，而后在工程技術、社會經濟等領域得到廣泛的應用。熵值法常用測度指標是Shannon指數和Gini-Simpson指數[17,24]，這兩類指數均具有持續性，可以對長時間序列的數據進行分析，并進行不同時期的比較。

具體測算公式：

在本文中，N表示科研經費“來源-執行”部門類型的數量，pi表示各類部門占總體科研經費的比例。Shannon指數和Gini-Simpson 指數最小值均為0，即科研體系中僅有一個來源和執行部門，多元化程度最低；指數越大部門結構多元化程度越高，當來源和執行各部門分布比例相同時，則指數最大值為lnN和(N-1)/N，具體美國5個部門，即1.6和0.8。

Shannon指數與Gini-Simpson 指數雖然均表征多元化，但是兩者側重點不一樣。Shannon指數表示科研經費在部門之間分配越均勻，H值就越大。如果所有科研經費平均分配在5個部門，多元化指數就最大；如果所有科研經費集中于一個部門，則其多元化指數就最小。Gini-Simpson指數表示隨機取樣的科研經費屬于不同部門的概率，計算過程就是1-隨機取樣的科研經費屬于同部門的概率。如果所有科研經費均屬于一個部門，多元化最小；所有科研經費分別屬于不5個不同部門，多元化最大。一般而言，兩個指數會一起使用，相互補充。

(三)樣本數據來源

本文選取美國作為樣本進行實證研究有以下幾個方面的原因。一是，美國是全球科學研究的中心，科研體系比較成熟和完善，科研經費籌集和配置多元化具有一定的代表性。二是，美國是第一科研強國，幾乎自然科學所有前沿領域均處于世界領頭羊位置，是其國家創新競爭力強有力的支撐[26]。中國要建設科技強國，美國是重要的借鑒。三是，美國科研數據統計比較完善和系統，能夠提供長時間序列的數據，便于進行測算和分析。總之，美國科研經費部門多元化的發展規律和經驗可為改進我國科研經費管理提供借鑒。

科學研究經費數據來自美國科學基金會(www.nsf.gov)，其中有幾點需要說明的問題。第一，產業部門執行的數據包括所有美國國內超過5個員工公司的科研經費數據。2008年及以后產業部門科研數據主要來自美國科學基金會(NSF)的商業研發和創新調查(BRDIS)。BRDIS區分了來自公司自身經費和其他來源經費，具體包括聯邦政府、州政府和地方政府、國內公司、外國公司、外國政府以及其他美國內部或者外部的組織。2008年之前的數據主要區分了聯邦和非聯邦資助的產業部門研發，其中自有經費包括了非聯邦政府資助經費。產業部門經費還包括了美國之外母公司和獨立公司、美國公司國外分支機構、州政府、外國政府以及其他來源。第二，2003年高等院校的研發經費只包括科學和工程領域，2003年開始非科學和工程領域也包括在其中。2003年非科學和工程研發是14億美元，2015年是37億美元。第三，非盈利機構的數據主要來自美國科學基金會(NSF)聯邦資助研發年度調查(annual Federal Funds for R&D survey)。

考慮到R&D經費受政府科學技術政策的影響，根據美國總統任期將1963-2016年劃分為8個階段，分別測算不同階段R&D經費結構的多元化指標，包括1953-1960年 (德懷特·戴維·艾森豪威爾政府)，1961-1962年 (約翰·菲茨杰拉德·肯尼迪政府)，1963-1968年(林登·約翰遜政府)，1969-1973年(理查德·尼克松政府)，1974-1976年(杰拉爾德·福特政府)，1977-1980年(吉米·卡特政府)，1981-1988年(羅納德·里根政府)，1989-1992年(喬治·布什政府)，1993-2000年(比爾·克林頓政府)，2001-2008年(喬治·W·布什政府)，2009-2016年(貝拉克·侯賽因·奧巴馬政府)。

三、美國科研經費“來源-執行”結構演變

美國政府有組織地開展科學研究始于20世紀特別是二戰以后。1945年，美國科學研究與發展局(OSRD)局長萬尼瓦爾·布什發表《科學——無止境的前沿: 給總統的關于戰后科研計劃》的報告，確立美國戰后科學研究的范式以及政府支持基礎研究的新體制。此后，美國在科學研究和工程技術方面取得了長足的進步，為美國科技和經濟的國際競爭力提供了強有力的支撐。

科學研究有很強的正外部性，政府資助科學研究是美國經濟持續健康發展的核心驅動力，也是產業技術進步的主要支柱。美國產業界對政府資助基礎和應用研究的依賴性正在逐步增強[27]。20世紀80年代以來，全球科學研究呈現出新特點，突出地表現為科學研究成果向技術應用轉化的周期明顯縮短。這客觀上要求科學研究與試驗發展協調互動，也為科學研究的多渠道投入創造了條件。除了中央政府仍然是投入主體以外，科學研究已經引起企業界的廣泛關注，并且地方政府、高校、非盈利機構也加大了投資力度，成為新來源。

表1 1953-2016年美國基礎研究經費“來源-執行”部門結構

(1)基礎研究(見表1)。從來源部門看，1953-2016年，美國基礎研究經費5個來源部門中，聯邦政府和產業部門是兩支主要的力量，占基礎研究經費的80%以上。其中，聯邦政府一直是基礎研究最重要的資助者，演變過程整體呈現“倒U”型，絕大部分時間超過了50%，最高達到70.83%，奧巴馬政府時期(2009-2016年)聯邦政府比例首次低于50%。產業部門對基礎研究的資助呈現“U”型，20世紀60年代以后呈現顯著下滑，20世紀80年代開始又開始逐步上升，平均在20%左右。如果將聯邦政府和產業部門結合分析不難看出，兩者存在一定的此消彼長。非聯邦政府、高等院校和非盈利機制對基礎研究的資助也均有一定貢獻，整體呈上升趨勢，特別是2000年以后高等院校和非盈利機構的資助比例均超過了10%。

從執行部門看，高等院校始終是執行比例最大的執行部門，從1963年開始，其所占比例一直在50%上下浮動，平均值為47.53%。聯邦政府和產業部門執行基礎研究經費在艾森豪威爾政府時期(1953-1960年)旗鼓相當，但是兩者逐步走向分化。其中聯邦政府下屬研究機構的執行比例持續下降，而產業部門則是呈現“倒U”型結構，先下降后上升。非盈利機構執行基礎研究經費占總量的平均值為9.72%，小布什和奧巴馬政府時期有所增長；非聯邦政府在2000年以前，并未參與基礎研究經費的執行，2000年以后其執行比例也很低。

(2)應用研究(見表2)。從來源部門看，與基礎研究類似，1953-2016年，從美國應用研究經費5個來源部門中，聯邦政府和產業部門是兩股重要的力量，占應用研究經費來源的90%以上。不同之處在于，20世紀50年代到20世紀70年代中期，聯邦政府的比例超過了產業部門，自卡特政府(1977-1980年)開始，產業部門是應用研究最大的來源；在克林頓政府(1993-2000年)時期，產業部門來源的應用研究經費達到了聯邦政府來源的2倍。顯然，產業部門在應用研究經費來源中所占比例要高于在基礎研究經費來源中所占比例，平均值高出了28個百分點。非聯邦政府、高等院校及非盈利機構所占的比例較低，三者總量不及10%。

從執行部門看，產業部門是應用研究最大的執行者，執行應用研究經費比例平均值達到62.16%，最高接近70%；聯邦政府是第二大執行者，平均執行應用研究經費為22.29%，自20世紀80年代以來執行比例持續下滑，基本在15%左右徘徊。高等院校執行應用經費的比例持續增長，到奧巴馬政府時期已經達到18.26%，平均值為10.87%；非盈利機構執行應用研究經費比例平均為4.62%，非聯邦政府在2000年以后其執行量很低。

(3)科學研究(見表3)。從來源部門來看，綜合基礎研究和應用研究，聯邦政府和產業部門在美國科學研究經費來源中占據主導地位；聯邦政府提供的科研經費比例總體呈下降趨勢，產業部門提供的科研經費比例在1980-2000年出現了大幅增長，2000年以后又逐漸下降，但總體變化不大；奧巴馬政府時期聯邦政府和產業部門提供的科研經費已經相差不大。非聯邦政府、高等院校、非盈利機制三個渠道提供的經費比例較低。

表2 1953-2016年美國應用研究經費“來源-執行”部門結構

表3 1953-2016年美國科學研究經費“來源-執行”部門結構

從執行部門看，產業部門是美國研發系統中遙遙領先的執行者，雖然其執行比例總體呈現下降趨勢，但是仍然占據執行比例第一的位置。聯邦政府下屬科研機構作為20世紀50年代時期的第二大執行機構，執行比例同樣呈現下降趨勢；到2016年，排名已由第二名降低為第三名。與之相反，高等院校整體呈現增長趨勢，已經成為第二大執行部門，執行比例達到了聯邦政府的兩倍。與前三類機構相比，非盈利機構的執行比例較低，平均值為6.58%。非聯邦政府自2000年以后，在執行層面開始有所行動，但比例較低。

四、美國科研經費的“來源-執行”部門多元化演變

根據Shannon指數和Gini-Simpson指數，本文測算了1953-2016年以來，美國基礎、應用及科學研究經費“來源”和“執行”部門多元化指數，見表4。

根據表4中H值，從來源部門來看，基礎研究、應用研究和科學研究經費來源部門的Shannon指數均呈現上升的趨勢，表明科研經費來源多元化趨勢明顯，聯邦政府和產業部門作為主要來源的地位在下降。從執行部門來看，基礎研究經費執行部門的Shannon指數呈現下降的趨勢，向高等院校集中的態勢比較明顯；應用研究經費執行部門的Shannon指數呈現“S”型上升的趨勢，產業部門和非盈利機構的執行比例逐步上升；科學研究經費執行部門的Shannon指數整體呈現比較緩和的“S”型上升趨勢。整體而言，這表明，20世紀50年代以來，美國基礎、應用及科學研究經費來源部門趨于多元化，具體為聯邦政府和產業部門投入強度差距在縮小，聯邦政府以外的投入渠道的重要性在增強；基礎研究經費執行部門多元化程度在下降，逐步集中；應用研究經費執行部門多元化程度在上升，逐步分散。

表4 1953-2016年美國基礎、應用及科學研究經費“來源-執行”部門多元化指數

根據表4中D值，從來源部門來看，基礎研究經費來源部門的Gini-simpson指數呈現倒“U”型上升趨勢，應用研究經費來源部門指數小幅上升，科學研究經費來源部門指數呈現顯著的上升態勢，表明美國科學研究經費來源部門呈現顯著多樣化趨勢。從執行部門來看，基礎、應用和科學研究經費執行部門的Gini-simpson指數與Shannon指數演化態勢類似。

綜上，科學研究經費來源與執行部門Shannon指數和Gini-simpson指數演化路徑并不一樣。除了基礎研究經費執行部門多元化程度在下降之外，基礎、應用和科學研究經費來源部門，應用和科學研究經費執行部門Shannon指數和Gini-simpson指數均呈上升趨勢，也就是說美國科研經費來源-執行部門多元化程度一直在逐步上升。

五、結論及中國啟示

本研究運用研發經費“來源-執行”分析框架和多元化指數分析方法，研究美國1953-2016年基礎研究、應用研究及科學研究經費“來源-執行”部門多元化的演變趨勢，以期為中國科學研究經費管理提供經驗借鑒。研究得出以下幾個方面的結論與啟示。

首先，美國基礎研究來源部門多元化趨勢顯著，聯邦政府一直是基礎研究最主要的資助者，20世紀80年代以后比例從70%一直下降到50%左右；產業部門是資助基礎研究最重要的輔助力量，比例維持在20%左右。美國基礎研究執行部門多元化程度在下降，主要是向高等院校集中，高等院校執行基礎研究比例約50%，聯邦政府科研機構和產業部門執行各占20%左右。

我國基礎研究經費占研發經費長期徘徊在5%，朱迎春[28]的觀點具有代表性，認為我國基礎研究主要依靠政府投入，企業對基礎研究投入不足，高校、慈善機構和社會基金尚處于缺位狀態。實際上，這種判斷并不全面。2017年中國基礎研究經費975.5億元，其中中央政府來源為532.45億元，占54.58%；地方政府來源為72.59億元，占7.44%。與美國相比，當前，我國中央和地方政府財政對基礎研究的資助共占62.02%，也僅僅是達到了美國聯邦政府的平均水平，但是美國很長一段時間(1963-1980年)聯邦政府資助占基礎研究經費來源的70%。與美國高等院校為主體，聯邦政府研究機構和產業部門為兩翼不同，我國基礎研究主要執行部門也是高等院校，所占比例大約是50%；其次是科研院所，所占比例大約為37.28%；產業部門所占比例約為3%。

為此，在當前情況下，僅僅強調產業部門基礎研究投入不足難以解決根本問題：一是，中央政府應該進一步加大對基礎研究的資助；二是，政府應該通過政策激勵和市場激勵讓企業開展基礎研究，只有企業具有開展基礎研究的動力，才能夠增加基礎研究的投入，也就說來源部門的多元化主要是由執行部門的多元化牽引。

其次，美國應用研究經費來源和執行部門均呈現顯著的多元化趨勢，其中應用研究來源主要是聯邦政府和產業部門，平均來看兩者相差不大，但是不同歷史階段存在較大差距，當前以產業部門為主；應用研究執行也主要是產業部門，占60%左右，其次是聯邦政府研究機構和高等院校，各占20%左右。

2017年中國應用研究經費1849.2億元，其中中央政府來源為1372.26億元，占74.2%；地方政府來源為203.4億元，占11%。與美國相比，中國應用研究經費主要來自政府，中央和地方合計達到85%，產業部門來源基本處于缺位狀態。我國應用研究經費執行部門中，科研院所占37.42%，高等院校34.23%，產業部門占22.16%。應該看到，我國應用研究執行主體構成與美國類似，均為科研院所、大學和產業部門，但是美國以產業部門主導，科研院所和高等院校為輔助，中國相反，以科研院所和高等院校為主導，產業部門為輔佐。為此，中國應用研究經費來源和執行的核心問題是產業部門缺乏，但是應用研究的問題尚沒有引起足夠的關注。

最后，美國科學研究經費來源部門和執行部門均趨于多元化。科研經費來源部門聯邦政府主導，產業部門次之；科研經費執行部門中，產業部門是主導，聯邦政府研究機構和高等院校是主要輔助。與美國相比，我國科學研究經費過度依賴政府財政投入，產業部門缺乏是突出問題。產業部門來源缺位的關鍵在于缺乏開展科學研究特別是應用研究的動力和需求。為此，僅僅依靠政府財政科技投入的杠桿效應還不夠，應該充分發揮市場對企業開展科學研究特別是應用研究的激勵作用，通過知識產權保護讓企業的基礎和應用研究能夠轉化成為市場競爭優勢。