區域創新能力分布動態及時空收斂性研究
——以河南省為例

湯 凱,任夢怡,蔡曉培

(鄭州大學 商學院,河南 鄭州 450001)

1 引言

區域創新能力是國家創新體系的重要載體,實現區域創新的協調性和均衡性是創新驅動發展戰略的目標愿景[1]。2021年河南省研究與試驗發展(R&D)內部經費支出占地區生產總值比重約為1.7%,同時戰略性新興產業增加值占規模以上工業的比重為24%(數據來源于《河南統計年鑒2022》),反映出河南省區域創新支撐與引領不足等問題。因此,對河南省區域創新能力分布差異和發展特點進行研究不僅有利于河南省加快構建一流創新生態建設,而且有利于為國家高質量創新發展做出河南貢獻。

關于區域創新能力分布動態的研究內容主要集中在3個方面。一是區域創新能力的影響因素。城市是區域創新的核心研究單元,城市的創新激勵對創新效率的正效應會外溢到鄰近城市,從而增強區域整體創新能力[2-3];除此之外,城市的規模提升,也有助于豐富城市的創新資源和增強產業多樣性,從而帶動創新活動的活躍度[4]。二是區域創新能力的空間布局。有學者認為城市之間密切的創新合作構成了城市創新網絡,具體包括知識創新合作網絡、專利技術合作網絡,此外,創新耦合網絡的強度、密度、范圍等空間結構屬性顯著影響著區域創新能力[5-7];也有學者基于創新生態觀認為構建區域創新生態系統是實現區域協同發展的重要環節[8]。三是不同研究層面的區域創新能力分布特征。在自然區域層面,鐘順昌等[9]綜合考察了黃河流域上中下游的創新能力分布格局,發現黃河流域創新發展在空間上具有明顯的方向性、依賴性和集聚性;在城市群層面,陳蓓等[10]發現創新能力多呈現出“中心—邊緣”創新分布格局,經濟發達城市往往具有顯著的空間溢出效應,帶動區域創新協調發展。

在分布動態和收斂性的多維度測度方法方面,學者們針對不同研究環境選擇了不同的測量方法。分析區域創新能力的差異程度的傳統方法主要有泰爾指數(Theil)[11-12]、變異系數(CV)[13]等。為了更精確地反映區域差異的來源,更多學者采用Dagum基尼系數[14-16]分析區域創新能力的空間差異。展現動態演進過程的研究方法主要有Kernel密度估計方法[9]和Markov鏈[17]分析方法。在收斂性規律的研究中,有學者使用傳統β收斂方法[18],也有學者引入空間矩陣進行空間β收斂檢驗[19],使空間計量模型與傳統收斂模型得到綜合運用。

關于區域創新能力的分布格局,研究主要集中于長三角地區[19-20]、粵港澳大灣區[21-22]、上海和北京[23]等經濟發達地區的創新集聚能力。由于欠發達地區的資源稟賦和創新條件與發達地區存在差異性和特殊性,經濟發達地區的創新政策并不能完全適應于其他地區,因此本文以河南省為例,通過時空演變的視角探究創新能力的區域差異、動態演進以及時空收斂性,分析區域維度的創新能力差異的主要來源、時間趨勢中的創新發展動態特征以及空間維度的創新收斂性,從而對縮小區域創新差距、促進創新一體化進程提出合理性的政策建議。

2 數據來源及研究方法

2.1 區域劃分及數據來源

專利數據作為專利規模的重要體現形式,不僅是創新投入、創新產出和創新環境的綜合影響結果,還是衡量區域創新能力的代表指標,因此本文基于河南省的17個地級市的專利數據展開分析[24]。研究原始數據源于《中國城市統計年鑒》、各地市的統計年鑒和中國研究數據服務平臺(CNRDS),數據跨度為2010—2019年,報告期間的個別缺失值均利用插值法補齊數據。在區域差異研究部分,本文按照地理區域將河南省分為5個區域:豫中區域(鄭州市、平頂山市、許昌市、漯河市);豫東區域(開封市、商丘市、周口市);豫西區域(洛陽市、三門峽市);豫南區域(南陽市、駐馬店市、信陽市);豫北區域(安陽市、新鄉市、焦作市、濮陽市、鶴壁市)。

2.2 研究方法

2.2.1 Dagum基尼系數及分解方法

本研究選擇Dagum基尼系數及分解方法研究河南省區域創新能力的差異及來源,不僅可以對地區內和地區之間創新能力的差異程度進行度量,而且可以判斷造成差異的來源。Dagum基尼系數的計算方法如下:

(1)

式中,k指劃分的區域個數;yji、yhr分別指j、h區域內任意一個城市i、r的創新能力;n指區域內部的城市數量;μ表示所有考察城市創新能力均值。Dagum基尼系數G可分解為區域內差異貢獻Gw、區域間差異凈值貢獻Gnb、超變密度貢獻Gt,同時這三者之間存在G=Gw+Gnb+Gt的關系,其中w代表區域內差異,nb代表區域間差異,t代表超變密度。

區域內的基尼系數Gjj和區域內差異貢獻Gw分別為:

(2)

(3)

區域間的基尼系數Gjh和區域內差異貢獻Gnb分別為:

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

式中,djh為城市群間創新能力差值,表示城市群j和h中所有yhr-yji>0樣本加總的數學期望;pjh為超變一階矩,表示城市群j和h中所有yhr-yji>0樣本加總的數學期望;Fj、Fh表示城市群j、h創新能力的累積密度分布函數;x和y表示分布函數中的隨機變量。

超變密度貢獻(Gt)為:

(9)

2.2.2 核密度估計方法

核密度估計是一種通過連續密度曲線體現從離散分布到連續分布的可視化工具,本文通過三維核密度估計圖的分布位置、分布形態、曲線延展性和分布極化特征,反映河南省17個地級市創新能力的分布動態及演進。區域創新能力綜合指數X的概率密度函數為f(x),其函數表達式為:

(10)

其中,N表示觀測值個數;Xi表示獨立同分布的觀測值;x表示函數中的隨機變量;h表示帶寬,帶寬的大小與核函數的精度相關,帶寬值越小精度越高,反之越低。本文根據高斯核密度函數K估計創新能力的動態分布,其函數表達式為:

(11)

2.2.3 空間β收斂方法

β收斂,是指創新發展比較緩慢的地區仍會維持著比創新發展較快地區更高速的創新增長,并最終實現了相同增長速度下的穩定收斂態勢。β收斂檢驗主要分為絕對β收斂檢驗和條件β收斂檢驗,其中絕對β收斂檢驗主要是分析在不設條件下區域之間是否呈現了收斂狀況,而條件β收斂檢驗則是分析當引入了某些影響因素之后區域間是否會出現收斂狀況。

絕對β收斂模型為:

(12)

條件β收斂模型為:

(13)

上述傳統β收斂未考慮區域之間的空間相關性對創新能力的影響,本文基于相鄰(0—1)空間權重矩陣,并同時引入動態空間滯后模型(SAR)、空間誤差模型(SEM)及空間杜賓模型(SDM)進行空間β收斂性分析。由于文章篇幅原因,不再列出加入空間矩陣后的絕對收斂公式,只列舉3種空間模型下的條件收斂公式,計算方式如下:

γlnAi,t+φi+πt+μit

(14)

(15)

φi+πt+μit

(16)

上式中,Ai,t是在參考已有相關創新能力影響因素的研究基礎上,選取了5個條件收斂的控制變量,包括金融支撐(FIN)、經濟基礎(GDP)、制度因素(INS)、信息化程度(NET)和人力資本(HUM),如表1所示。在金融支撐(FIN)方面,多樣化貸款渠道、多領域的資金扶持和政策優惠措施有利于區域創新能力的提升。在區域創新能力的提升中,經濟的投入是不可或缺的,城市的經濟基礎(GDP)在一定程度上決定了一個城市的創新能力?？萍贾С雠c財政支出的比率能更好地反映出制度因素(INS)對于科技創新行為的支持程度。信息化程度(NET)的不斷提升使城市獲得信息的途徑變得更加寬廣,減少了空間距離對城市發展的制約,從而提高了創新資源的使用效率[25]。人力資本(HUM)是創新增長的發動機,人才的流動速度是城市創新績效的重要影響因素,有效的人才引進政策可提升對區域人才資源的吸收能力[26]。

表1 條件收斂的控制變量

3 實證分析結果

3.1 河南省創新發展的區域差異分析

3.1.1 區域內差異

本文首先測算了2010—2019年河南省5個區域的創新能力基尼系數,見表2。從均值分析可以看出,5個區域創新能力的內部差異呈現豫中>豫西>豫北>豫南>豫東的格局。由此可見,經濟基礎良好、創新資源豐富的強創新城市所在的地區差異化程度高,而經濟相對落后、創新設施較差的地區整體創新速度較慢,差異化并不明顯。豫中地區和豫西地區基尼系數較高,2010—2019年均值分別達到0.54和0.40,這主要是由于鄭州市、洛陽市在地區內的創新極化地位造成區域創新能力不均衡現象;豫南地區和豫東地區基尼系數則相對較低,2010—2019年均值分別為0.27和0.08,區域內的創新能力差異與其他地區相比較小,地區內各城市并未形成明顯的創新能力水平差距。從變化趨勢看,豫中地區在2014年區域內基尼系數達到峰值,區域內的創新差距最為明顯。從2015年之后豫中地區區域內基尼系數保持著逐漸增長的趨勢,這意味著豫中地區近幾年城市創新差距在不斷拉大。豫東地區的區域內基尼系數在2011年達到最大值,在2014年達到最高增長率,其余年份處于波動變化期間,未表現出明顯的變化趨勢。豫西地區在考察期內的區域內基尼系數數值始終在均值0.40附近范圍平穩波動,且變化范圍較小。豫南地區和豫北地區分別在2012年和2015年區域內基尼系數達到考察期內峰值,表現出明顯的區域內創新差距?？偟膩碚f,豫中地區的區域內基尼系數較高且保持增長態勢,縮小區域內城市的創新差距迫在眉睫。豫東地區區域內基尼系數較低且處于降低態勢,說明豫東地區的區域均衡發展在創新方面有所體現,但提升整體區域創新能力成為豫東創新發展的重中之重。

表2 2010—2019年河南省5個區域的創新能力基尼系數

3.1.2 區域間差異

2010—2019年河南省5個區域之間創新能力的基尼系數變化趨勢如圖1所示。5個區域中,豫中地區和豫東地區的創新能力差異最為明顯,考察期內基尼系數均值達到0.70;創新能力差異最小的是豫東地區和豫南地區,系數均值為0.29。從圖1所示的區域間基尼系數的變化趨勢圖看出,區域間基尼系數較低的是豫東地區和豫南地區、豫東地區和豫北地區、豫南地區和豫北地區。從變化趨勢看,期末值較期初值為下降趨勢的是豫中地區和豫東地區、豫中地區和豫南地區、豫東地區和豫西地區、豫東地區和豫南地區、豫東地區和豫北地區、豫西地區和豫南地區,其中降幅最大的是豫東地區和豫南地區(22.95%)。期末值較期初值為增長趨勢的是豫中地區和豫西地區、豫中地區和豫北地區、豫西地區和豫北地區、豫南地區和豫北地區,其中增幅最大的是豫中地區和豫西地區(20.19%)?？偟膩碚f,在2015年之后大多數區域間基尼系數呈現出下降趨勢,區域之間創新能力差異逐漸縮小,但是少數區域間基尼系數增長的地區仍是進一步縮小區域間創新差距的重要突破口。

圖1 2010—2019年河南省創新能力區域間基尼系數的變化趨勢

3.1.3 區域總體差異及來源

表3為2010—2019年河南省創新能力的總體基尼系數及其分解的結果?？疾炱趦葏^域創新能力總體基尼系數均值是0.53,考察末期區域創新能力差異較初期有所增加,總體創新差距有拉大的趨勢。從區域差異的基尼系數看,2010年區域內差異基尼系數為0.09,2019年上升為0.10,貢獻率從16.68%上升為18.41%。從區域間差異的基尼系數看,2010年區域間差異基尼系數為0.35,2019年下降為0.32,貢獻率從67.32%下降至59.16%。超變密度反映了區域間交叉重疊對總體差距的影響,其貢獻率在16.00%—24.13%,期末值較期初值有所上升。從表3的均值結果可以看出,考察期內河南省創新能力區域間差距的基尼系數均值為0.33,對總體差距貢獻率為61.63%,是整體差異的主要來源;區域內差異基尼系數和超變密度均值分別為0.09和0.11,對總體差距貢獻率分別為17.54%和20.82%,這表明河南省創新均衡發展要著重從解決區域間差異入手。

表3 2010—2019年河南省創新能力總體基尼系數及其分解結果

3.2 河南省創新發展的動態演進特征

基尼系數分解的結果表明,各地區的創新能力存在著相對的差別,然而不能反映出各地區間創新能力的絕對差別的演進特征?；诖?本文運用核密度估計方法,對河南省5個區域內所有城市的創新能力分布進行了深入的研究,并從其核密度圖的分布位置、分布形態、分布延展性、極化特性等方面進行了論述。圖2所示為2010—2019年河南省區域創新能力的核密度估計圖。

圖2 2010—2019年河南省區域創新能力的核密度估計圖

在分布位置方面,核密度估計圖突出顯示的有主峰和側峰兩方面。一是分布在圖左側的主峰曲線隨時間推移整體呈現有左移的趨勢,說明較低創新能力的城市具有潛在的創新能力下行的壓力;二是分布在圖右側的側峰存在右移的趨勢,這意味著區域內強創新城市的創新能力在不斷提升,尤其是鄭州市的創新能力一直保持連年增長的趨勢。在分布形態方面,核密度估計圖的主峰和側峰都呈現出高度下降、寬度縮小的變化特征。主峰高度先降低后升高,總體表現為降低,側峰的高度呈現較小的降低趨勢。主峰和側峰的寬度有所減小,說明較低和較高創新能力城市之間的絕對差異都有縮小的趨勢。

在分布延展性方面,分布曲線存在顯著右拖尾現象,部分區域創新能力處于較高水平。從圖左側的主峰來看,總體分布延展性呈現收斂趨勢,弱創新城市與平均水平差距呈現縮小的趨勢。在極化特征方面,河南省創新能力整體上存在一定程度空間極化現象,核密度估計圖顯示了考察期內兩極分化現象始終存在。一方面,主峰和側峰落差相對較大,主要原因在于河南省內部創新能力有可能存在鄭州“一城獨大”的現象;另一方面,主峰和側峰間的距離相對較大,城市之間的創新差距明顯。

3.3 河南省創新發展的收斂性分析

3.3.1 絕對β收斂

基于基尼系數和核密度估計的分析結果發現河南省區域創新能力區域差異來源主要是區域間差異,為了進一步衡量這種區域間差異的演變特征,這里引入空間收斂模型來判斷是否具有β收斂趨勢。表4為河南省區域創新能力的絕對β收斂檢驗結果,檢驗結果通過了拉格朗日乘數檢驗,存在空間相關性,因此可以選擇空間計量模型進行檢驗。本文運用似然比檢驗,針對時間、空間和雙向固定效應分別選擇合適的空間計量模型。兩次似然比檢驗結果若均通過顯著性檢驗,說明SDM模型的固定效應優于SAR模型或SEM模型的固定效應。在時間固定效應控制條件下,空間收斂模型未通過似然比檢驗和Hausman檢驗,因此簡化為隨機最小二乘法模型(OLS)。在空間固定效應和雙向固定效應條件控制的收斂模型中,Hausman檢驗在10%水平通過顯著性檢驗,因此可繼續保留固定效應,但是在SDM與SEM模型的似然比檢驗中發現系數不顯著,應基于空間誤差模型(SEM)考察。

表4 河南省區域創新能力的絕對β收斂檢驗結果

一方面,在3種計量模型檢驗中,收斂系數β均在5%水平下顯著為負,說明均存在穩定的絕對β收斂趨勢,各區域內部創新能力均會向各自穩態水平收斂。通過對收斂速度的比較發現OLS模型的收斂速度最快。另一方面,在兩種固定效應檢驗中,被解釋變量空間誤差項系數λ顯著為正,表現出一定的空間正相關性,且空間相關性是各區域城市創新能力趨向絕對收斂的因素之一。

3.3.2 條件β收斂

絕對收斂過程展現了區域創新能力在影響因素相似前提下的收斂趨勢,本部分進一步深入考察區域創新能力在考慮相關控制變量后的收斂趨勢。河南省區域創新能力的條件β收斂檢驗結果如表5所示,檢驗過程與絕對β收斂過程相似,亦在空間相關性檢驗和空間計量模型選取基礎上進行。3種固定效應模型均通過Hausman檢驗,說明模型中加入固定效應具有一定的準確性,同時也通過了拉格朗日乘數檢驗和似然比檢驗,因此選擇空間杜賓模型進行條件收斂檢驗。

表5 河南省區域創新能力的條件β收斂檢驗結果

根據表中檢驗結果可得出3個方面條件β收斂特征。第一,收斂系數β均在1%水平下顯著為負值,這表明了各區域都具有條件β收斂趨勢,創新能力均沿著各自相對穩定的速度變化方向進行發展,其中在時間固定效應條件下收斂速度最快。第二,對條件收斂的檢驗均基于空間杜賓模型進行。其中,在時間固定效應中,空間自回歸系數ρ顯著為負,表現出一定程度的空間負相關性,各城市之間創新行為存在競爭關系,但相對滯后區域仍保持了追趕態勢;在空間固定效應中,空間自回歸系數ρ顯著為正,說明城市之間的創新互動性是條件收斂的因素之一;在雙向固定模型中,空間相關系數并不顯著,空間相關性對其條件β收斂影響并不明顯。第三,控制變量中經濟基礎和信息化程度均顯著為正,說明經濟整體發展向好對于城市創新發展具有顯著的推動作用,信息化建設逐步完善也為技術創新領域奠定良好的基礎;金融支持的影響不顯著,說明雖然金融貸款支持在一定程度上緩解了創新企業的融資困難,但是科技創新的信貸支持有待全方位優化,使得金融更好發揮分散創新風險的功能;制度因素影響不顯著,說明雖然研發投入在財政投入占比不斷提升,政策對科技創新的傾斜度不斷增加,但是研發經費的投入產出比有待進一步提升,創新高質量產出效率較低。人力資本影響不顯著,這意味著盡管人力資本積累與轉移通過知識溢出效應從而顯著影響創新行為,但創新型人力資本的引領支撐作用有待進一步強化。

4 結論與建議

4.1 結論

本文基于河南省17個地級市的專利授權量,采用Dagum基尼系數分解方法、核密度估計方法和空間β收斂方法分析了區域創新能力的差異來源、分布動態和β收斂性,主要研究結論如下。

第一,從區域差異分解結果看,河南省5個區域的創新能力存在較為明顯的空間差異。區域內差異中,豫中地區和豫西地區的區域內基尼系數較高,差異化較為嚴重。從變化趨勢看,豫東和豫中地區的創新能力差異呈現擴大趨勢;豫西、豫南和豫北地區創新能力差異有縮小態勢。區域間差異中,豫中地區和豫東地區的創新能力差異最為明顯。從基尼系數分解結果顯示,整體創新能力差異的首要來源是區域間差異,超變密度次之,區域內部差異第三,因此縮小區域間的創新差異是解決區域創新發展不均衡的突破口。

第二,就分布動態而言,核密度估計圖分布曲線始終呈現雙峰現象,河南省區域創新能力兩極分化現象突出。位于左側的主峰和右側的側峰高度落差較大、距離較遠,這意味著區域創新能力之間差距明顯,且可能存在一城獨大的現象。主峰位置的左移趨勢和側峰的右移趨勢表明,河南省弱創新城市具有下行壓力,強創新城市保持著持續的創新動力,解決各城市之間創新差距進一步拉大的問題迫在眉睫。

第三,從收斂特征看,河南省內部創新能力呈現出絕對β收斂和條件β收斂趨勢,都朝著各自穩態水平發展,較落后區域保持著追趕態勢。在3種固定效應條件下,條件β收斂的控制變量中經濟基礎和信息化程度均顯著為正,說明經濟整體發展向好和信息化建設逐步完善對于提升區域創新能力具有顯著的推動作用。

4.2 建議

本文對于河南省進一步提升區域創新能力水平和優化區域創新空間分布結構可以提供幾點啟發:

第一,地區間差異是河南省創新差距的主要來源,為此應在集中發展豫中地區和豫西地區的創新水平的同時,兼顧豫東地區、豫南地區和豫北地區的創新發展,逐步實現區域創新一體化進程。豫中地區是區域創新中心,在發展規劃時更應重視發揮其在整體創新資源的統籌布局中的戰略導向作用,建立高效合理的區域創新空間結構。在創新動力較弱的豫東地區,加大對專業化、特色化的創新型中小企業的扶持力度,打破技術創新壁壘,通過創新的擴散效應引起產業轉型升級,逐步縮小與其他地區的創新差距,實現區域創新均衡發展。

第二,河南省內部各城市存在創新兩極分化現象,為此各城市應在提升自身創新水平的同時,發揮創新的比較優勢輻射作用,帶動周邊城市成為創新協作城市,建立聯系密切、高質高效的城市創新網絡。鄭州市作為創新引領城市,可依托高校、科研機構和創新企業,加快建設區域科技創新中心。對于創新能力較強,但周圍城市創新能力較弱的城市如洛陽、南陽和許昌市等,可作為創新導向城市,圍繞其自身重點提升的產業領域(如工業、裝備制造等)形成專業性科研優勢,加快成為區域協同創新格局中的多極創新支撐。

第三,經濟基礎和信息化程度有利于河南省創新能力收斂規律的發揮。因此,對于創新較滯后地區既要加大創新科研投入和創新政策支撐,又要重視經濟發展和信息化技術的革新。依托省內生物醫藥、新材料技術、數字技術等優勢科研領域,強化高質量的創新起點,形成一流創新業態,開啟中原創新的新高地。一流的創新產業建設和經濟的高質量發展將加快推動城市創新動力積累,優化創新的區域布局,實現更高水平的創新突破。