基礎研究發展對技術創新的影響：基于最優研發結構視角

張龍鵬，鐘易霖

(1.電子科技大學 公共管理學院，四川 成都 611731；2.華南理工大學 經濟與金融學院，廣東 廣州 510006)

0 引言

在實施創新驅動發展戰略背景下，雖然中國技術創新能力取得顯著提升，在部分技術領域已經引領世界科技前沿，但仍存在一些關鍵核心技術“卡脖子”問題，對產業發展造成了較大的負面影響。2018年7月，中央財經委員會第二次會議強調，中國科技發展水平特別是關鍵核心技術創新能力同國際先進水平相比還有很大差距，同實現“兩個一百年”奮斗目標的要求還很不適應。面對科技創新的國內要求和國際環境，中國亟需提升技術創新能力，形成以自主創新和引領創新為核心的創新體系，突破一批關鍵核心技術和“卡脖子”技術。導致中國科技創新未實現全面實質性突破的一個重要原因在于我國基礎研究薄弱。李克強總理在2019年9月國家杰出青年科學基金工作座談會上指出：“基礎研究決定一個國家科技創新的深度和廣度，‘卡脖子’問題根子在基礎研究薄弱。”為此，本文重點探討基礎研究對技術創新的影響，從基礎研究發展視角挖掘提升國家技術創新能力的路徑。

如圖1所示，中國基礎研究經費投入一直保持較快的增長速度，在規模上并不低于世界主要創新型國家。截至2019年，中國基礎研究經費已達到1 336億元。然而，從研發結構視角看，基礎研究經費投入占研發經費總投入的比重并未出現明顯上升，長期維持在5%～6%之間。與世界主要創新型國家相比，中國基礎研究占研發總經費投入的比重偏低。2016-2018年《中國科技統計年鑒》顯示，美國、英國、日本、瑞士等國家2015年基礎研究投入占比分別為17.2%、16.7%、12.5%和38.2%。由此可見，中國基礎研究影響技術創新的關鍵可能不在于規模，而在于結構，但這并不意味著基礎研究占比越高越好。在總研發經費約束的前提下，基礎研究與應用研究之間存在最優配置問題。因此，本文從最優研發結構視角出發，實證探討基礎研究發展對技術創新的影響。

圖1 中國基礎研究投入占研發投入的比重

1 文獻綜述

Mansfield[1]、Griliches[2]較早利用企業層面數據檢驗基礎研究活動對生產率的影響，發現基礎研究對生產率具有顯著促進作用；Aghion & Howitt[3]基于研發驅動增長理論，將研發活動劃分為基礎研究和應用研究兩種，從理論上探討不同研發活動對經濟增長的影響。隨著理論基礎的不斷完善和實證數據的日益豐富，后續研究采用國家(地區)、行業、企業層面樣本數據，使用多種實證方法，從不同維度定量評估基礎研究的經濟效應，并探討了基礎研究對科技創新的影響。柳卸林和何郁冰[4]指出，基礎研究是提升產業核心技術創新能力的關鍵，相關實證研究也證實技術創新中基礎研究具有重要作用；衛平等(2015)基于大中型工業企業面板數據進行實證研究發現，基礎研究顯著促進了企業技術創新支出和產出；Toole[5]分析美國國立衛生研究院對生物醫學基礎研究資助與醫藥產業創新間的關系，發現基礎研究資助推動了更多新藥進入市場；Martínez-Senra等[6]基于企業層面基礎研究投入數據實證研究，發現基礎研究活動有助于提升企業產品創新績效；Popp[7]、蔡勇峰等[8]借助能源行業專利及引文數據探討專利引用論文對專利價值的影響，闡述基礎研究對技術創新的推動機理；王春楊和孟衛東[9]從區域聚集結構和知識溢出視角驗證了基礎研究投入對區域技術創新的正向影響。

除探討基礎研究的技術創新效應外，李平和李蕾蕾[10]、趙玉林等[11]還定量分析了基礎研究和應用研究對技術創新的影響。他們認為，雖然基礎研究對技術創新的促進效應依然存在，但基礎研究與應用研究對技術創新促進效應孰大孰小還不能得到確論，因度量指標和計量模型不同，研究結論也不同。有學者指出，基礎研究和應用研究對技術創新的影響受經濟發展階段和技術水平的影響。孫早和許薛璐[12]的研究表明，隨著與前沿技術差距的不斷縮小，基礎研究在技術創新中扮演著更加重要的角色；李蕾蕾等(2018)的跨國研究發現，在高收入和高知識產權保護國家，基礎研究對技術進步的促進作用更大。

雖然基礎研究在技術創新中扮演著重要角色，但這并不意味著一味提升基礎研究就能取得顯著的技術創新效應。在研發資源有限條件下，基礎研究與應用研究之間存在此消彼長的動態關系，涉及基礎研究與應用研究之間的資源配置問題。Henard & Mcfadyen[13]指出，基礎研究與應用研究需要互動才能產生良好的經濟績效。為此，黃蘋[14]、Prettner & Werner[15]、李平和李蕾蕾[10]等討論研發投入中最優基礎研究占比，旨在更好地推動經濟增長和生產率提升。

本文通過梳理相關文獻發現，關于基礎研究與技術創新的研究已經取得了較為豐碩的成果。與現有研究相比，本文的邊際貢獻主要體現在以下3個方面：①已有研究要么探討基礎研究發展的動態效應，但忽視了研發結構問題；要么注意到研發結構問題，但忽視了動態性問題，本文將動態效應和研發結構結合起來，首先論證研發投入中最優基礎研究占比，并考察在經濟發展階段變遷下最優基礎研究占比的動態性；②在說明基礎研究與應用研究存在最優資源配置結構的基礎上，本文進一步實證檢驗基礎研究與應用研究間融合發展對技術創新的影響，以深化對基礎研究與技術創新的認識；③已有研究重點關注怎樣的基礎研究占比是合適的，但缺少對實際基礎研究占比偏離最優基礎研究占比所帶來創新損失的討論，本文就這一問題展開研究。

2 研究假設

技術創新是指新知識的成功利用，這是從商業化角度闡釋技術創新，也是國內外學者對技術創新內涵的基本認識(楊幽紅，2013)。技術創新所需要的新知識來源于研發活動，研發活動包括基礎研究和應用研究。其中，基礎研究是為獲得關于現象和可觀察事實的基本原理的新知識，是技術創新的源頭。充分利用和轉化基礎研究產生的新知識能夠帶來顯著的技術創新，相關實證研究也基本支持這一論斷。雖然基礎研究發展對技術創新具有促進效應，但這并不意味著一味提高基礎研究投入和僅進行基礎研究，就能夠促進技術創新能力提升。基礎研究產生的新知識需要經過應用研究的利用和轉化，才能產生高質量的技術創新。因此，研發經費投入需要考慮經費如何在基礎研究與應用研究間進行最優配置，促進基礎研究與應用研究融合發展，以最大程度上提升技術創新能力。Prettner & Werner[15]、黃蘋[14]研究認為，研發投入存在一個最優基礎研究占比，以實現經濟增長和福利最大化。如果基礎研究與應用研究之間的經費配比低于最優配比，說明研發體系偏重應用研究，但由于基礎研究薄弱，應用研究終將失去根基，從而導致基礎研究對技術創新的促進效應產生邊際遞減。在這種情況下，需要強化基礎研究，推動理論創新和原始創新，實現基礎研究與應用研究融合發展，進一步推動技術創新。Henard & McFadyen[13]的研究表明，基礎研究水平越高，應用研究投資回報率也越高。相反，如果基礎研究與應用研究之間的經費配比高于最優配比，說明研發體系偏重基礎研究，應用研究薄弱。在這種情況下，雖然強大的基礎研究產生了更多新知識，但應用研究薄弱將導致這些新知識難以商業化，進而限制技術創新，此時就需要適當降低基礎研究比重，推動應用研究發展。因此，在最優研發結構視角下，基礎研究對技術創新的促進效應存在一個最優解，即研發經費投入中基礎研究與應用研究存在一個最優配比。據此，本文提出如下假設：

H1：在最優研發結構視角下，基礎研究發展與技術創新之間存在倒U型關系，基礎研究與應用研究融合發展對技術創新具有促進效應。

Gersbach等[16]、Akcigit等[17]、孫早和許薛璐[12]發現，在經濟發展和技術變遷過程中，經濟發展水平和技術水平越高，越需要持續加大基礎研究投入，方能實現經濟持續增長。雖然他們探討的是基礎研究的絕對水平，但說明經濟發展水平在研發和創新過程中起重要作用。因此，在最優研發結構視角下，本文將經濟發展水平納入基礎研究發展與技術創新分析框架。在經濟發展水平較高地區，其經歷跟蹤、模仿、引進創新階段，建立了較為完善的技術商業化體系，創新也達到較高水平。這些地區在大多數創新領域已沒有可模仿的對象，就需要轉向自主創新模式，產生更多高質量創新成果，即同步提高研發投入中的基礎研究占比，以支撐經濟發達地區的高質量創新需求。在經濟欠發達地區，創新模式處于跟蹤、模仿、引進階段，此時需要加強應用研究，消化吸收前沿技術知識，適當降低研發投入中的基礎研究占比。上述分析表明，經濟發展水平較高區域為實現更高質量的技術創新，需要進一步提升研發投入中的基礎研究占比。對于處于不同經濟發展階段的地區，研發投入中的實際基礎研究占比如果偏離其發展階段所要求的最優基礎研究占比的幅度較大，則會拖累技術創新。Prieger等[18]在研究創業與經濟增長的關系時發現，經濟增長過程存在一個最優創業率，任何偏離最優創業率的實際創業率都會造成增長損失，而且偏離幅度越大，增長損失程度越嚴重。據此，本文提出如下假設：

H2：隨著經濟發展水平提升，為實現最大程度的技術創新促進效應，研發投入所要求的最優基礎研究占比也會相應提高。實際基礎研究占比偏離最優基礎研究占比的幅度越大，技術創新損失程度越高。

3 研究設計

3.1 模型設定

本文在最優研發結構視角下，利用省級層面數據實證檢驗基礎研究發展對技術創新的影響，檢驗基礎研究發展與技術創新是否存在倒U型關系。唐保慶等[19]探討中國知識產權保護實際強度與最適強度偏離所帶來的服務業增長區域失衡效應，為明確知識產權保護促進服務業增長的最適強度，其在實證模型中加入知識產權保護的平方項。本文借鑒這一研究思路，構建如公式(1)所示的實證模型，以在最優研發結構視角下檢驗基礎研究發展與技術創新的關系。

Innovationit=β0+β1IBRit+β2IBR2it+ωCtrit+γt+μi+εit

(1)

在公式(1)中，i、t分別代表省份和年份；Innovation為實證模型的被解釋變量，表示技術創新；IBR為核心解釋變量，表示基礎研究發展程度；IBR2為IBR的平方項，用來探討基礎研究發展與技術創新間是否存在倒U型關系；Ctr為實證模型的控制變量，用來緩解遺漏重要解釋變量所帶來的內生性問題；γ、μ、ε分別表示年份固定效應、省份固定效應和隨機誤差項。根據二次函數的性質，如果估計系數β2顯著為負，則說明基礎研究發展與技術創新間存在倒U型關系。

3.2 變量測度

3.2.1 技術創新

對于發展中國家而言，創新演進仍處于引進、模仿和吸收階段，專利是衡量創新活動的重要指標[20]，能夠反映一個地區的創新產出。因此，本文使用專利受理數衡量中國各省份技術創新。未使用申請數量和授權數的原因在于，一方面地方政府常根據專利申請數實施科技獎勵，這會導致一定程度的虛假申請和不合格申請[21]；另一方面，專利授權存在一定的時滯性，不能及時反映當時的創新活動。相比之下，受理專利剔除部分虛假申請和不合格申請外，能夠及時反映地區創新活動，是考察創新活動的理想指標。相比于實用新型專利和外觀設計專利，發明專利技術復雜度更高，更能提升企業市場價值，因此現有研究主要使用發明專利衡量技術創新。創新是一個循序漸進的累積過程，因此本文考察創新行為使用存量指標，而非流量指標。參考金培振等[22]的研究，使用累計發明專利受理數占累計專利受理數的比重衡量技術創新。

3.2.2 基礎研究發展

本文利用基礎研究經費存量占研發經費存量的比重衡量基礎研究發展程度。借鑒李蕾蕾等(2018)的研究，采用永續盤存法計算中國各省份1998-2019年的基礎研究經費存量和研發經費存量?；A研究經費存量計算方法如公式(2)所示。

IBRit=(1-δ)IBRit-1+BRit

(2)

在公式(2)中，i、t分別代表省份和年份；IBR為基礎研究經費存量；BR為當年的基礎研究經費支出；δ為基礎研究經費存量的折舊率，本文選用15%(李蕾蕾等，2018)。計算基礎研究經費存量需要掌握基年的基礎研究經費存量，本文中基年(1998年)基礎研究經費存量計算公式如下：

(3)

在公式(3)中，g表示i省1998-2019年基礎研究經費支出的平均增長率。此外，研發經費存量計算方式與基礎研究經費存量計算方式一致。關于研發經費折舊率的設定，本文參考Hu等[23]的研究，將其設定為15%。

3.2.3 控制變量

參考金培振等[22]對控制變量的選取方法，本文在實證模型中控制各省的人均地區生產總值、人口密度、金融發展和人均高校數量。人均地區生產總值(PGDP)在實證研究中取自然對數；人口密度(PD)為每平方公里的常住人口數，在實證研究中取自然對數；金融發展(Finance)利用金融業增加值占地區生產總值的比重衡量；人均高校數量(University)為每萬人擁有的高等學校數量。

3.3 數據來源

本文研究時間范圍為1998-2019年，數據來源于3個方面：①各省1998-2016年專利數據來源于國泰安數據庫，2017-2019年數據來源于國家統計局網站；②基礎研究經費支出、總研發經費支出來源于《中國科技統計年鑒》；③控制變量數據來源于國家數據網站?；谧兞繙y度和數據來源說明，主要變量的描述性統計結果如表1所示。由表1可知，在樣本期內，累計發明專利受理數占累計專利受理數比重的均值為25.05%，基礎研究經費存量占研究經費存量比重的均值為6.08%。從最大值和最小值看，中國省域技術創新和基礎研究發展存在顯著差異。

表1 主要變量描述性統計結果

4 實證結果分析

4.1 描述性統計分析

為探討基礎研究發展與技術創新的關系，本文繪制1998-2019年中國各省份基礎研究經費存量占比與累計發明專利受理數占比的散點圖(見圖2)。由圖2可知，基礎研究發展與技術創新之間并不是簡單的線性關系，而是存在非線性關系。隨著基礎研究經費存量占比提升，累計發明專利受理數占比呈先上升后下降趨勢，說明基礎研究經費存量占比并非越高越好，而是存在一個最優比重。圖2初步顯示基礎研究發展與技術創新存在倒U型關系，本文對這一關系進行實證檢驗。

圖2 基礎研究發展與技術創新關系

4.2 最優研發結構視角下基礎研究發展對技術創新的影響

4.2.1 倒U型關系檢驗

本文采用普通最小二乘法(OLS)對公式(1)進行估計，以探討基礎研究發展與技術創新之間的關系，估計結果如表2所示。第(1)列未加入控制變量，第(2)列僅控制年份固定效應，第(3)列僅控制省份固定效應，第(4)列同時控制年份固定效應和省份固定效應，第(5)列在第(4)列的基礎上加入控制變量。在不斷加入控制變量的過程中，IBR的估計系數均顯著為正，IBR2的估計系數均顯著為負，表明基礎研究發展與技術創新存在顯著倒U型關系。隨著研發經費存量中基礎研究占比提升，累計受理專利中發明專利占比呈先上升后下降趨勢。鑒于第(5)列加入控制變量后IBR、IBR2的估計系數趨于穩定，因此根據第(5)列估計結果計算中國省級研發經費存量中的最優基礎研究占比。經計算，最優基礎研究占比為9.35%，即研發經費存量中基礎研究占比為9.35%，基礎研究對技術創新的促進作用最大。截至2019年，中國各省研發經費存量中基礎研究占比均值為7.76%，低于9.35%這一最優基礎研究占比，表明在當前經濟發展階段，中國需要進一步提升研發經費存量中的基礎研究占比，突破一批重點領域關鍵核心技術，實現中國經濟持續增長。

4.2.2 基礎研究與應用研究融合發展對技術創新的影響

表2第(1)列～第(5)列的回歸結果顯示，為推動技術創新能力提升，研發經費存量存在最優基礎研究占比。這里隱含的一個推論是，基礎研究與應用研究處于最優融合狀態，基礎研究與應用研究融合發展能夠推動技術創新。因此，本文重點探討基礎研究與應用研究融合發展對技術創新的影響。本文利用基礎研究經費存量占地區生產總值的比重(BRS_GDP)與應用研究經費存量占地區生產總值的比重(ARS_GDP)的交互項考察基礎研究與應用研究融合發展情況。其中，應用研究經費存量由研發經費存量減去基礎研究經費存量得到。表2第(6)列回歸結果顯示，BRS_GDP*ARS_GDP的估計系數在1%顯著性水平上為正，表明基礎研究和應用研究發展水平提升均能夠增強對方對技術創新的促進效應。由此，假設H1得到驗證。

表2 基礎研究發展對技術創新影響的回歸結果

4.3 最優研發結構視角下基礎研究發展對技術創新影響的動態性

4.3.1 經濟發展水平、最優基礎研究占比與技術創新

在證實存在最優基礎研究占比的基礎上，本文進一步探討經濟發展水平、最優基礎研究占比與技術創新的關系。Gersbach等[16]、Akcigit等[17]、孫早和許薛璐等[12]研究發現，基礎研究與應用研究的經濟效應根據經濟發展階段或技術水平進行動態調整，因此可以推斷在最優研發結構視角下，基礎研究發展對技術創新的影響隨著經濟發展階段變遷而動態調整。為檢驗這一推斷，本文在公式(1)的基礎上加入基礎研究發展平方與人均地區生產總值的交互項(IBR2* Ln(PGDP))，相應估計結果如表3第(1)列所示。在第(1)列中，IBR的估計系數顯著為正，IBR2的估計系數顯著為負，IBR2* Ln(PGDP)的估計系數顯著為正。這表明，隨著經濟發展水平提升，最優基礎研究占比需要進一步提高才能產生最大的技術創新促進效應。究其原因在于，當一個地區經濟發展水平不斷提升時，已經難以利用模仿創新驅動經濟增長，這時就需要基礎研究的強大支撐，實現創新模式由模仿創新向自主創新和前沿創新轉變[12]。由于中國東部地區經濟發展水平高于中西部地區，因此可以推測東部地區最優基礎研究占比高于中西部地區。表3分地區檢驗基礎研究發展對技術創新的影響，進而測算東部地區和中西部地區的最優基礎研究占比?；貧w結果顯示，無論是在東部地區還是中西部地區，基礎研究發展與技術創新間均存在倒U型關系。經計算，東部地區的最優基礎研究占比為15.87%，中西部地區的最優基礎研究占比為9.67%，再一次說明隨著經濟發展水平提升，為推動經濟創新增長，需要持續加大基礎研究投入。

表3 經濟發展水平、最優基礎研究占比與技術創新回歸結果

4.3.2 實際基礎研究占比偏離最優基礎研究占比的技術創新損失

研發經費中基礎研究占比與累計專利受理數發明專利占比存在倒U型關系的結論表明，任何偏離最優基礎研究占比的實際基礎研究占比都會導致技術創新損失。因此，本文進一步檢驗實際基礎研究占比偏離最優基礎研究占比是否會拖累技術創新。各省份實際基礎研究占比與最優基礎研究占比的偏離度可由公式(4)得到。

Deviatationtij=|IBRtij-IBR*j|

(4)

在公式(4)中，t、i、j分別表示年份、省份和區域(東、中西部地區)；Deviatation表示實際基礎研究占比與最優基礎研究占比的偏離度；IBR表示j區域i省t年的實際基礎研究占比；IBR*為j區域的最優基礎研究占比。實際上，i省偏離度的計算應由該省實際基礎研究占比與該省最優基礎研究占比之差的絕對值得到，由于研究數據受限，無法計算出每個省份的最優基礎研究占比。因此，本文參考唐保慶等[19]的研究，利用該省份所在區域的最優基礎占比代替該省份的最優基礎研究占比，未使用全國層面最優基礎研究占比代替的原因在于，表3回歸結果說明在不同發展階段最優基礎研究占比會發生動態變化，使用全國層面最優基礎研究占比將導致計算結果存在誤差。

在測度偏離度的基礎上，表4分東、中西部地區樣本研究實際基礎研究占比與最優基礎研究偏離對技術創新的影響。由表4結果可知，在東、中西部地區，偏離度(Deviatation)的估計系數均顯著為負，表明任何偏離最優基礎研究占比的實際基礎研究占比都會造成技術創新損失。從技術創新損失程度看，東部地區大于中西部地區。為實現最高技術創新效應，東部地區需要的最優基礎研究占比為15.87%，但2019年東部地區實際基礎研究占比僅為6.4%，兩者相差9.47個百分點。相比之下，中西部地區2019年實際基礎研究占比為8.51%，與其最優基礎研究占比9.67%僅差1.16個百分點。因此，東部地區創新損失程度更加明顯。由此，假設H2得到驗證。

表4 實際基礎研究占比與最優基礎研究占比偏離對技術創新影響的回歸結果

5 結論與啟示

5.1 研究結論

本文利用1998-2019年中國省級層面數據，從最優研發結構視角實證檢驗基礎研究發展對技術創新的影響，得到以下結論：①基礎研究發展與技術創新之間存在倒U型關系，表現為隨著研發經費存量中基礎研究占比提升，累計受理專利中發明專利占比呈先上升后下降趨勢。當基礎研究占比為9.35%時，累計受理專利中發明專利占比達到最大值；②基礎研究與應用研究融合發展能夠促進技術創新能力顯著提升；③隨著經濟發展水平提高，最優基礎研究占比需要進一步提升才能產生最大的技術創新促進效應。東部地區需要的最優基礎研究占比為15.87%，中西部地區所需要的最優基礎研究占比為9.67%。任何偏離最優基礎研究占比的實際基礎研究占比都會造成技術創新損失。相比于中西部地區，東部實際基礎研究占比與最優基礎研究占比偏離程度更大，因而創新損失也更加明顯。

5.2 研究啟示

基于以上研究結論，為更大幅度提升中國技術創新能力，邁向世界科技強國前列，本文從基礎研究優化方面提出以下啟示：

(1)提高研發投入中的基礎研究占比。中國研發經費存量中基礎研究占比需要提高到10%左右，才能與當前經濟發展階段匹配，進而促進國家創新質量提升。因此，應進一步完善中央和地方財政資金對基礎研究的資助機制，鼓勵企業、高校和非營利性機構加大基礎研究投入，與政府財政資金形成有益補充，建立基礎研究多元化投入機制。

(2)加強基礎研究與應用研究融合發展。加強知識產權保護，完善金融市場，提高國際開放水平，營造高質量的地區市場環境，增強基礎研究與應用研究融合發展對技術創新的促進效應。在創新主體基礎研究積極性不高的背景下，可以充分利用高校、研究機構的基礎研究成果，完善產學研合作體系，推動高校、研究機構基礎研究與企業應用研究融合發展，提高企業技術創新能力。

(3)構建各具特色的區域基礎研究發展格局。東部地區處于技術超越發展階段，需要更多世界級的原始創新支撐區域創新發展，引領全球科技前沿。因此，東部地區應逐步將基礎研究投入占比提高到世界主要科技強國水平，以帶動國家科技創新水平整體躍升。中西部地區實際基礎研究占比已經接近最優基礎研究占比，符合其經濟發展階段需求。因此，中西部地區基礎研究發展的重點在于強化面向產業重大需求的應用基礎研究，加快推進基礎研究成果產業化應用。