地方基礎研究能力的空間統(tǒng)計分析

王宏達，紀玉娟，陳淑珍

（1.天津工業(yè)大學 工商學院，天津 300387；2.天津市院士科技活動中心，天津 300041；3.軍事交通學院，天津 300161）

0 引言

基礎研究是指認識自然現(xiàn)象、揭示自然規(guī)律，獲取新知識、新原理、新方法的研究活動。其主要包括：科學家自主創(chuàng)新的自由探索和國家戰(zhàn)略任務的定向性基礎研究；對基礎科學數(shù)據(jù)、資料和相關(guān)信息系統(tǒng)地進行采集、鑒定、分析、綜合等科學研究基礎性工作?！秶抑虚L期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006～2020）》（以下簡稱《規(guī)劃綱要》）對今后 15年科技工作做出了總體部署，確定了“自主創(chuàng)新，重點跨越，支撐發(fā)展，引領未來”的指導方針，提出了建設創(chuàng)新型國家的總體目標。加強基礎研究是提高我國原始性創(chuàng)新能力、積累智力資本的重要途徑，是躋身世界科技強國的必要條件，是建設創(chuàng)新型國家的根本動力和源泉。

在將原始創(chuàng)新上升為國家戰(zhàn)略的背景下，要想將該戰(zhàn)略真正落實在行動上，地方基礎研究能力將顯得非常重要。它是正確認識和評價地方基礎研究能力的要素構(gòu)成、創(chuàng)新績效、能力強弱的必經(jīng)途徑。近年來，有關(guān)創(chuàng)新能力或競爭力的評價研究成果甚多，但是對于我國區(qū)域基礎研究的實證資料幾乎空白。由于地方基礎研究問題涉及空間問題，在運用統(tǒng)計學模型進行地區(qū)基礎研究進行研究時，數(shù)據(jù)表現(xiàn)出空間的復雜性、自相關(guān)性和不均衡性。這使得解釋變量（研發(fā)投入）對被解釋變量（如專利產(chǎn)出）的影響在不同區(qū)域之間可能是不同的，假定地方基礎研究在空間上具有異質(zhì)性可能更加符合現(xiàn)實?？臻g統(tǒng)計分析模型可以有效地解決這個問題。為了從空間統(tǒng)計模型的角度，對地方政府、中央政府的基礎研究投入效果、基礎研究能力強的地區(qū)擴散效應及區(qū)域基礎研究集群的機制成因進行定量研究?；诳萍疾?008年進行全國省域地方基礎研究能力現(xiàn)狀調(diào)查獲得的基礎數(shù)據(jù)，本文首先引入空間統(tǒng)計的Moran指數(shù)法，檢驗中國31省域之間的發(fā)明專利授權(quán)數(shù)（創(chuàng)新產(chǎn)出）在地域上是否具有空間相關(guān)性和集群擴散現(xiàn)象；然后再運用空間統(tǒng)計分析的空間誤差模型和空間滯后模型，進行地方基礎研究現(xiàn)狀的空間統(tǒng)計分析，以揭示不同地區(qū)之間基礎研究的空間差異及其影響因素。

1 研究的理論基礎和模型方法

1.1 理論基礎來源

在理論支撐方面，除了技術(shù)創(chuàng)新理論的“邊干邊學”和研究與開發(fā)（R&D）模型及區(qū)域經(jīng)濟理論以外，以下有關(guān)對知識和創(chuàng)新的認識和理論來源，是區(qū)域基礎研究能力測定的重要理論基礎。

1.1.1 知識生產(chǎn)函數(shù)

知識生產(chǎn)函數(shù)（Knowledge Production Function，KPF）是目前國際上研究知識生產(chǎn)和知識創(chuàng)新及其決定因素的重要理論模型。它的主流理論模型是Griliches（1979）提出，經(jīng)Jaffe（1989）修訂的Griliches-Jaffe的知識生產(chǎn)函數(shù)模型。知識生產(chǎn)函數(shù)將知識產(chǎn)出和科研投入聯(lián)系起來，認為研發(fā)經(jīng)費投入和人力投入是知識生產(chǎn)和創(chuàng)新的主要投入，通過投入要素的合理組合可以生產(chǎn)出新的具有經(jīng)濟價值的知識。國外實證研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，作為一個經(jīng)驗模型，知識生產(chǎn)函數(shù)確實存在，并為大多數(shù)實證研究所證實 （Anselin等，1997；Blind和Grupp，1999；Bode，2004）。 在國內(nèi)僅有吳玉鳴將該模型用于知識溢出的實證研究，但是該理論模型尚處于引入期，缺乏國內(nèi)實證研究的支持。本文認為根據(jù)該函數(shù)的假設前提，可以將知識生產(chǎn)函數(shù)用來解釋我國省域地方基礎研究的成因及影響因素。下面是該函數(shù)其雙對數(shù)模型。

Y表示知識產(chǎn)出，Xi表示投入的各項指標，εi為隨機誤差項。

1.1.2 基礎研究的空間集群與空間擴散

隨著知識生產(chǎn)函數(shù)理論的逐漸被人接受，區(qū)域發(fā)展研究的一個新方向是把知識空間擴散作為在地理空間產(chǎn)生集群現(xiàn)象的基本力量。主要原因是指新知識產(chǎn)生主體之間在一個特定區(qū)域交流比要比跨區(qū)域交流更容易。盡管現(xiàn)代網(wǎng)絡信息技術(shù)使得遠距離的知識傳遞成本降低，但是地理距離對經(jīng)濟增長的影響并未消失。知識按照能否進行編碼，被劃分成顯性知識和隱性知識。顯性知識作為經(jīng)過編碼的知識能夠通過現(xiàn)代網(wǎng)絡信息技術(shù)方式進行低成本傳播。但是不能被編碼的隱性知識是嵌入在人力資本里隨時間而累積的。這種隱性知識擴散需要干中學（Learning by Doing），需要研發(fā)人員和機構(gòu)在空間上鄰近和容易到達。更確切地說，隱性知識（Tacit Knowledge）對空間區(qū)位是有粘性的（Sticky），在不計成本的情況下無法輕易傳播。為了充分利用地方基礎研究能力，發(fā)揮知識的擴散效應，與基礎研究發(fā)生的特定源地相鄰近是非常重要的?；A研究活動在一定的地域空間進行的，就是為什么在不同地理區(qū)位上存在基礎研究能力差異的原因。

2 地方基礎研究能力測定指標選取與解釋

我們依據(jù)國內(nèi)外的相關(guān)文獻來構(gòu)建地方基礎研究的知識生產(chǎn)函數(shù)函數(shù)。本文所用的因變量選擇了各省發(fā)明專利授權(quán)數(shù)（P）作為衡量地區(qū)基礎研究的產(chǎn)出指標，自變量分別為地方基礎研發(fā)投入（DI）主要用來解釋地方政府對基礎研究的支持強度、各省獲得的國家基礎研發(fā)投入（NI）用來代表國家對各省級行政區(qū)的基礎研究投入強度、各省現(xiàn)有科技研發(fā)平臺（PT）、各省的學科帶頭人（Y）、科研創(chuàng)新團隊（KT）。 所有數(shù)據(jù)來源于2008年科技部基礎司首次全國基礎研究現(xiàn)狀調(diào)查所得到數(shù)據(jù)，包括31個省市、自治區(qū)、直轄市、建設兵團的2005～2007年的地方基礎研究工作情況。

地方基礎研發(fā)投入主要用來解釋地方政府對基礎研究的支持強度?；A研究具有科研周期長、風險大、基礎理論研究短期經(jīng)濟效益不明顯等其自身固有的特點，這樣就使得很多企業(yè)不愿意從事這方面的研究，尤其是基礎理論研究，當然市場機制也就相應地失去了其調(diào)節(jié)功效，只有依靠政府的組織、調(diào)控，才可能使基礎研究有序地開展。作為地方政府和中央政府對于基礎研究的投入是至關(guān)重要的。我們選擇地方政府基礎研究投入經(jīng)費額和國家對各省的基礎研究經(jīng)費額作為研究自變量。

由于基礎研究自身的特殊性——短期效益不明顯，使得大學和科研機構(gòu)成為了基礎研究的主角。由于基礎研究都是指自然科學領域的活動，所以那些綜合性、理、工、農(nóng)、醫(yī)類大學和自然科學領域的科研機構(gòu)自然也就成了基礎研究基地。為了支持基礎研究，我國在這類機構(gòu)中設立了一系列基礎研究平臺。本文選用各省的基礎研究平臺作為自變量來反應基礎研究硬件條件投入。

基礎研究不僅需要大量的資金投入，高素質(zhì)的人力資源投入也是從事基礎研究的前提條件。基礎研究群體能否做出一流的業(yè)績，關(guān)鍵在于這個團隊的領軍人物。我們使用各個省區(qū)擁有兩院院士數(shù)這一指標來擬合基礎研究群體中的核心人力資源。

3 地方基礎研究的空間統(tǒng)計分析

3.1 地方基礎研究的空間分布特征

為了分析我國31個省市、自治區(qū)的基礎研究的空間關(guān)系，我們首先計算2007年中國31個省市、自治區(qū)勞動生產(chǎn)率的全域 Moran’s(I)系數(shù)為0.2131。我國地區(qū)勞動生產(chǎn)率的空間自相關(guān)Moran系數(shù)為正值，說明我國地區(qū)基礎研究之間可能存在正的自相關(guān)關(guān)系。為了進一步了解我國地方基礎研究能力局部集聚特征，我們根據(jù)31個省域的發(fā)明專利授權(quán)數(shù)的Local Moran'I指標值（見表1）繪制了我國的基礎研究能力空間分布圖，見圖1。根據(jù)圖例，我們可以看出我國的地方基礎研究能力基本上呈現(xiàn)出比較明顯的東部沿海和西部內(nèi)陸兩大空間聚集區(qū)域。結(jié)合我國發(fā)明專利授權(quán)數(shù)的原始數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)在我國地方基礎研究能力較強的地方聚集在京、津、滬、蘇、魯和浙等沿海省份形成一個聚集區(qū)，說明了這些省市有被基礎研究能力較高的省市所包圍的趨勢，空間聚類趨勢比較明顯。而我國地方基礎研究能力較弱的區(qū)域主要分布在我國的西部3省青海、西藏和新疆。這些省市有被基礎研究較弱的省市所包圍的趨勢，空間聚類趨勢特征明顯。其他省份基本上可以視作這兩個聚集地區(qū)之間的過渡省份。

圖1 地方基礎研究能力分布圖

表1 Local Moran'I指標得分情況

以上定量地證明我國地方基礎研究的產(chǎn)出確實存在著區(qū)域集群現(xiàn)象，地區(qū)差異比較顯著。這表明普通統(tǒng)計學研究模型忽略了區(qū)域相關(guān)性和異質(zhì)性的集聚研究，在理論上存在不足。有必要對地方基礎研究能力、基礎研究經(jīng)費來源、地方基礎研究平臺建設和基礎研究人力資源構(gòu)成以及地方基礎研究的成因進行空間統(tǒng)計分析與檢驗。

3.2 空間統(tǒng)計檢驗與分析

Moran's I指數(shù)雖然可以定量證明中國地方基礎研究的空間相關(guān)性及是否存在集群行為，但對地方基礎研究集群的形成原因和影響因素未能做出定量分析。為此，我們采用空間統(tǒng)計分析模型，對我國31個省域為空間單元進行區(qū)域創(chuàng)新產(chǎn)出集群成因的空間計量檢驗和分析。

根據(jù)Griliches-Jaffe提出的知識生產(chǎn)函數(shù)（knowledge production function），本文基于 Anselin，Varga和 Acs等人認為的研發(fā)經(jīng)費支出將導致直接的發(fā)明結(jié)果的一般研究基本假定，以各省發(fā)明專利授權(quán)數(shù)（P）為因變量，地方基礎研究經(jīng)費投入額 （DI）、國家對地方基礎研究投入額（NI），地區(qū)基礎研究平臺（PT），兩院院士（Y），科研創(chuàng)新團隊（KT）和各省承擔的國家973項目數(shù)量（P973）為自變量，采用如下雙對數(shù)線性的知識生產(chǎn)函數(shù)模型

lnP=β0+β1lnDI+β2lnNI+β3lnPT+β4lnY+β5lnKT+β6lnP973+εt

式中：βi為回歸參數(shù)，i為 1，2， …，31 個省域；εt為隨機誤差項。

為了驗證地方基礎研究投入產(chǎn)出的關(guān)系，以2005，2006，2007年P(guān)平均值作為被解釋變量。以2005，2006，2007年31個省域的DI、NI、P973的平均值作為解釋變量，通過使用3年均值來消除極端值對模型的影響。同時KT、PT、Y我們使用了2007年的原始統(tǒng)計數(shù)據(jù)。為了確認估計模型的優(yōu)良，我們按照Anselin確定的模型識別流程考察模型的擬合優(yōu)劣度。首先進行OLS估計，結(jié)果發(fā)現(xiàn)OLS模型估計結(jié)果擬合度比較好，因此本文報告OLS估計結(jié)果，同時報告通過殘差的Moran指數(shù)檢驗、兩個拉格朗日乘數(shù)來判斷空間統(tǒng)計分析模型SLM和SEM的形式，結(jié)果見表2利用極大似然估計（ML）的空間統(tǒng)計參數(shù)估計結(jié)果如表2所示。

表2 普通最小二乘法估計模型

實際上，空間統(tǒng)計的Moran指數(shù)檢驗已經(jīng)證明了31個省域的創(chuàng)新產(chǎn)出具有一定的空間自相關(guān)性，OLS估計方法可能存在模型設定不恰當問題。為了進一步驗證空間自相關(guān)性的存在，由表1中的Moran指數(shù)檢驗、兩個拉格朗日乘數(shù)的空間依賴性檢驗結(jié)果顯示：Moran指數(shù)（誤差）檢驗證明經(jīng)典回歸誤差具有一定的空間自相關(guān)性；同時為了判定是內(nèi)生的空間滯后還是空間誤差項自相關(guān)，根據(jù)Anselin空間自相關(guān)模型判別準則，LMLAG較之LMERR在統(tǒng)計上更加顯著，且R-LMLAG顯著而R-LMERR不顯著，則可以斷定適合的模型是空間滯后模型（SLM）。表2中的檢驗指標表明，LMLAG和R-LMLAG在1%的顯著性水平下，LMERR和R-LMERR不顯著，因而我們認為SLM模型更適合解釋地方基礎研究能力的成因問題。

表3 SLM與SEM模型的比較分析

我們發(fā)現(xiàn)3個模型的擬和優(yōu)度都很高，這說明在我國地方基礎研究方面投入產(chǎn)出之間的相關(guān)性是相當高的。由于采用ML法估計參數(shù)，基于殘差平方和分解的擬合優(yōu)度檢驗的意義不是很大。因此，在表3中本文又比較了對數(shù)似然函數(shù)值LogL、AIC和SC值就會發(fā)現(xiàn)，空間滯后模型的LogL最大（-2.8716），AIC和 SC值最小 （分別為 21.7432和 33.4690），因此SLM模型是最優(yōu)的模型。

另外，SLM的ρ通過1%的顯著性檢驗，表明由政府投入主導的地方基礎研究成果在省域之間已經(jīng)形成基礎研究成果空間擴散效應；而參數(shù)未能通過了10%的顯著性檢驗，表明省域之間的基礎研究空間依賴作用較弱，即相鄰地區(qū)的基礎研究的互動性較差。因而我國地方基礎研究主要表現(xiàn)為以基礎研究能力較強的省份向基礎研究能力較弱省份的單方面輻射效應。這也就說，在我國地理空間上相互鄰近的省份存在較強的基礎研究成果擴散效應，進而促成地方基礎研究集群的形成?；贠LS法的回歸模型由于忽略了空間滯后影響，因而模型估計參數(shù)不夠恰當。這推翻了傳統(tǒng)經(jīng)濟學關(guān)于各個地區(qū)互相獨立以及各區(qū)域均質(zhì)分布的假設，明確需要在經(jīng)濟學分析模型中引入空間自回歸和空間誤差分析對傳統(tǒng)統(tǒng)計學模型進行修正。

由SLM模型可以看出：地方政府對于基礎研究的經(jīng)費投入對于地方基礎研究LN(DI)、國家對基礎研究的經(jīng)費投入LN(NI)和兩院院士LN(Y)的回歸系數(shù)通過了1%的顯著性水平檢驗，說明該3項指標對于基礎研究的空間集聚與擴散起到了明顯的推動作用。LN(DI)、LN(NI)和LN(Y)這3個因素每增加1%的幅度將分別增加0.33%、0.24%和0.36%。但是我們也發(fā)現(xiàn)在科研創(chuàng)新團隊LN(KT)的回歸系數(shù)是負值，說明目前各地的科研創(chuàng)新團隊還未能很好地起到對基礎研究的推動作用。我國基礎科學研究平臺LN(PT)和國家的973科研項目LN(P973)對地方基礎研究發(fā)展雖然也起到了正面推動作用，但是他們所起到的作用相對較小。

綜合上述統(tǒng)計分析，我們認為國家和地方政府在地方基礎研究中起到了主導地位，以兩院院士為代表的核心人力資源也對地方基礎研究的集聚與擴散起到了積極推動作用。各地科研平臺建設和國家973專項對于地方基礎研究的引導作用開始顯現(xiàn)。對于我國目前正在形成的各類科研創(chuàng)新團隊對于地方基礎研究的集聚與擴散的推動作用尚未顯現(xiàn)出來。

4 結(jié)論與建議

本文基于空間統(tǒng)計分析方法，利用全國第一次地方基礎研究調(diào)查數(shù)據(jù)，對我國地方基礎研究能力進行了空間集聚與擴散的綜合研究，并嘗試探討了空間自回歸分析方法對傳統(tǒng)回歸分析的替代作用，得出了相關(guān)的分析結(jié)果和政策建議。

空間統(tǒng)計分析結(jié)果顯示，由于各個地區(qū)社會條件、人力資源、經(jīng)濟基礎、科技資源等的不同，在中央政府、地方政府、基礎研究領軍人物、科研平臺建設、基礎科學研究項目體系等因素綜合作用下，我國31個省域基礎研究能力呈現(xiàn)出一種區(qū)域多元化的競爭格局，已經(jīng)初步形成了一種創(chuàng)新的集群現(xiàn)象——環(huán)渤海地區(qū)與長江三角洲為核心的兩大基礎研究能力極化區(qū)域。我國東部地區(qū)形成了基礎研究能力帶，并且呈現(xiàn)出自西向東的輻射態(tài)勢。這是未來我國 31個區(qū)域原始創(chuàng)新振興所在，也是與世界各區(qū)域創(chuàng)新能力核心區(qū)進行對抗和競爭的希望所在。

中國大部分省域的基礎研究能力與該省的經(jīng)濟實力、科研人員富集程度、國家對該地區(qū)的基礎研究項目與經(jīng)費的投入強度密切相關(guān)。我國科研資源稟賦空間分布不均是造成各省基研究能力分布不均衡的主要原因。要提高各省基礎研究能力，需要采取分類的有針對性的政策和措施積極改變這種狀態(tài)，逐步培育和增強各個集團各具特色的基礎研究能力。

第一，必須通過采取適宜對策措施強化少數(shù)基礎研究能力較強的聚集區(qū)域，如以北京、上海為中心帶動環(huán)渤海地區(qū)和長江三角洲成為基礎研究的核心區(qū)。這些地區(qū)應該在未來相當長的時期內(nèi)，把提高原始性創(chuàng)新能力，在若干重要領域開發(fā)和掌握一批核心技術(shù)，造就一批具有原始創(chuàng)新能力的企業(yè)，充分發(fā)揮科研機構(gòu)和高等院校、尤其是研究型大學的作用，作為科技創(chuàng)新方面的一個重點，構(gòu)建區(qū)域創(chuàng)新的國際競爭力。鼓勵區(qū)域政府多出資金扶助自身基礎研究，爭取在全球獲得競爭力；引導大型企業(yè)進入基礎領域，尤其是科研機構(gòu)、大學的資金通過市場化資源配置方式與大型企業(yè)聯(lián)合獲取科技資源，改變目前基礎研究當中政府投資一家獨大的局面；探索基礎研究市場化運作模式，提高這些地區(qū)的自主創(chuàng)新能力。

第二，采取適宜的科技教育發(fā)展和區(qū)域創(chuàng)新戰(zhàn)略，鼓勵中部地區(qū)基礎研究擴散區(qū)發(fā)展的集成創(chuàng)新能力和消化吸收再創(chuàng)新的能力。對于處于中部地帶的基礎研究擴散區(qū)，應充分發(fā)揮改革開放和制度、企業(yè)創(chuàng)新能力強的優(yōu)勢，大力發(fā)展集成創(chuàng)新能力，縮小與東部核心區(qū)的差距，部分有條件的區(qū)域在部分領域也可通過各種舉措實現(xiàn)成功追趕甚至趕超。

第三，對于青海、新疆和西藏為代表的廣大西部地區(qū)而言，由于其自身經(jīng)濟基礎條件較差、科技資源貧乏的應該由中央政府加大基礎研究經(jīng)費投入，通過大力發(fā)展教育，加大投資力度，培育和吸引核心人力資源，擴大對外科技交流渠道，增強和構(gòu)建西部后進省域各具特色的集成創(chuàng)新能力和消化吸收再創(chuàng)新的能力。

[1]Jaffe A.Real Effects of Academic Research[J].American Economic Review,1989,79(5).

[2]Griliches Z.Productivity，R&D and Basic Research at the Firm Level in the 1970’s[J].American Economic Review,1986,76(1).

[3]Luc Anselin,Attila Varga，Zoltan Acs.Geographical Spillovers and University Research:A Spatial Econometric Perspective[J].Growth and Change,2000，31(3).

[4]Luc Anselin,Attila Varga,Zoltan J.Acs.Geographical and Sectoral Characteristics of Academic Knowledge Externalities[J].Regional Science,2000，79.

[5]吳玉鳴.研發(fā)溢出、區(qū)域創(chuàng)新集群的空間計量經(jīng)濟分析[J].管理科學學報，2008，8(4).

[6]Luc Anselin.Exploring Spatial Data with GeoDa:A Workbook[R].US:Center for Spatial Integrated Social Science，2005.