中國區(qū)域原始創(chuàng)新產出的空間集聚研究

當今世界，科學技術正成為經濟社會發(fā)展的決定性力量，科技自主創(chuàng)新能力正成為國家或地區(qū)競爭力的核心。專利產出尤其是以發(fā)明為標志的原始創(chuàng)新能力，是一個國家或地區(qū)實現(xiàn)自主創(chuàng)新和經濟可持續(xù)發(fā)展的重要標志，這在主要發(fā)達國家和一些新興工業(yè)化國家得到了證實。然而在國家實施自主創(chuàng)新戰(zhàn)略的宏觀大背景下，如何制定和采取切實可行的科技創(chuàng)新政策措施，來提高區(qū)域原始創(chuàng)新績效及能力，是學術界和決策層所關注的核心和焦點。大量研究表明，空間和地理鄰近性是獲取知識、提高區(qū)域創(chuàng)新能力的重要因素。區(qū)域原始創(chuàng)新不僅依賴于當?shù)氐膭?chuàng)新網絡和創(chuàng)新環(huán)境，還與其他相鄰或性質相近地區(qū)的原始創(chuàng)新活動關聯(lián)互動。經濟地理學者認為，一個地區(qū)的原始創(chuàng)新產出必然受到當?shù)貏?chuàng)新投入、經濟水平、科技水平、制度條件、社會文化等環(huán)境因素的綜合影響。因此，原始創(chuàng)新產出應具有在特定地區(qū)聚集的空間分布特征，這就是所謂的空間依賴(spatialdependence)或空間相關性。在我國，區(qū)域原始創(chuàng)新產出的空間分布如何？原始創(chuàng)新聚集的空間相關性如何？認清這些問題對創(chuàng)新政策制定者制定區(qū)域原始創(chuàng)新政策具有重要的實踐意義。關于區(qū)域創(chuàng)新，國內外學者做過相關研究。Maskell&Malmberg(1999)認為，空間因素和地理鄰近性強化了區(qū)域在創(chuàng)新活動中的作用，有利于知識尤其是隱性知識的增長和學習能力的提高[1]。Baptista&Swanm(1998)建立了企業(yè)創(chuàng)新地理集中和技術擴散速度的關系模型，對模型的經驗表明，在企業(yè)技術吸收過程中，同一地區(qū)存在著顯著的學習效應，其技術擴散的強度要比區(qū)外更強[2]。劉鳳朝等(2005)發(fā)現(xiàn)我國發(fā)明專利結構的優(yōu)化呈現(xiàn)區(qū)域不平衡[3]。李志剛等(2006)以省際專利數(shù)據(jù)作為衡量創(chuàng)新產出的指標，研究了我國創(chuàng)新產出的空間分布特征[4]。吳玉鳴(2006)運用空間計量經濟學的空間常系數(shù)滯后模型、空間誤差模型等對中國省域整體研發(fā)與創(chuàng)新進行了計量分析[5]。國外學者研究創(chuàng)新缺乏結合中國實際，國內學者多數(shù)從3種專利產出之和研究一般的區(qū)域創(chuàng)新，缺乏針對性，專門研究區(qū)域原始創(chuàng)新及空間相關性的很少。由于發(fā)明專利是對產品、方法或者其改進所提出的新的技術方案，可以形成具有自主知識產品，發(fā)明專利授權統(tǒng)計數(shù)據(jù)反映了一個時期人們從事科學技術發(fā)展和創(chuàng)新活動的數(shù)量和質量，能綜合反映原始創(chuàng)新能力的大小。為此，本文收集1998-2007年的發(fā)明授權專利數(shù)據(jù)，利用空間計量分析方法，研究我國省際區(qū)域原始創(chuàng)新產出的空間分布及其不均衡性和空間聚集特征，以及造成這種現(xiàn)象的空間相關性。1省際區(qū)域原始創(chuàng)新產出的空間分布1.1原始創(chuàng)新產出的可視化描述及總的概況下面分析1998年和2007年中國省際區(qū)域中以發(fā)明專利授權表示原始創(chuàng)新的空間分布概況。圖1省際區(qū)域1998年發(fā)明的空間分布圖2省際區(qū)域2007年發(fā)明的空間分布圖1和圖2分別地提供了1998年和2007年以發(fā)明專利為基礎的中國省際區(qū)域原始創(chuàng)新產出的空間分布的可視化描述。一個特別醒目的特征是：1998年大部份的原始創(chuàng)新活動發(fā)生在環(huán)渤海灣的遼寧、北京、山東以及內地的湖北、湖南、沿海的廣東、西部的四川等區(qū)域；而2007年大部份的原始創(chuàng)新活動發(fā)生在中國的環(huán)渤海灣區(qū)域的遼寧、北京、天津、山東和沿海長三角區(qū)域的江蘇、上海、浙江及珠三角區(qū)域的廣東。圖中的顏色反映了創(chuàng)新活動的活躍程度，而對兩個圖進行比較，不同區(qū)域的顏色深淺變化說明了考察期10年間原始創(chuàng)新活動強弱的變化。表1提供了中國省際區(qū)域原始創(chuàng)新產出10年總的概況。由表1可以看出1998-2007年的10年間，原始創(chuàng)新產出的地理分布高度地集中在少數(shù)環(huán)渤海灣、東南部沿海省際區(qū)域。以北京為核心的環(huán)渤海灣地區(qū)、以廣東為核心的珠三角地區(qū)和以上海為核心的長三角地區(qū)3個創(chuàng)新圈。原始創(chuàng)新產出的前10名的省份就已經占到了全國發(fā)明專利總數(shù)的69.20％。此外，創(chuàng)新產出前6名的省際區(qū)域創(chuàng)造的發(fā)明專利占發(fā)明專利總數(shù)的53.68％，而其他省份，特別是后10名的省份主要集中在中西部地區(qū)，原始創(chuàng)新產出只占到6.18％。這顯示創(chuàng)新產出強烈集中在沿海等少數(shù)省際區(qū)域之中，創(chuàng)新活動呈現(xiàn)強弱的極化現(xiàn)象，中西部地區(qū)部分地區(qū)的原始創(chuàng)新有不同程度增強。1.2原始創(chuàng)新產出的空間集中度對省際區(qū)域創(chuàng)新產出的集中度的測量可以證實原始創(chuàng)新產出集聚的初始判斷。為了測量原始創(chuàng)新產出地理集中度，本文遵循Krugman的方法計算省際區(qū)域原始創(chuàng)新產出的地理集中的區(qū)位Gini系數(shù)。Gini系數(shù)被定義如下：=其中N是區(qū)域的總數(shù)量，X是變量的平均值。當所有的省際區(qū)域變量相等時，區(qū)位Gini系數(shù)最小，且G=0；當除去一個省際區(qū)域的變量以外其余區(qū)域變量均為0時，區(qū)位Gini系數(shù)最大，且G=1。Gini系數(shù)越接近于I，變量就越地理集中。本文計算了1998-2007年間的發(fā)明專利的區(qū)位Gini系數(shù)。圖3提供1998-2007年的10年間原始創(chuàng)新活動的區(qū)位Gini系數(shù)。圖3表明了每一年的原始創(chuàng)新活動有非常高的空間集中度。值得注意的是在考察期的10年內創(chuàng)新產出的空間集中度基本上呈現(xiàn)出逐漸增加趨勢(從1998年的G=0.449到2007年的G=0.596)。這表明過去的10年中省際區(qū)域的原始創(chuàng)新產出沒有空間收斂的態(tài)勢?？臻g集中度的差異意味著報酬遞增有空間限制，地理的局域知識溢出對原始創(chuàng)新活動更重要。圖31998-2007年發(fā)明專利的Gini系數(shù)2原始創(chuàng)新聚集的空間相關性：MoranI指數(shù)的計量結果2.1基于MoranI指數(shù)的原始創(chuàng)新產出全局空間相關性檢驗前面的計量結果反映出我國原始創(chuàng)新產出在空間分布上都呈現(xiàn)出明顯的地理聚集特征。為了檢驗我國原始創(chuàng)新產出的空間聚集是隨機發(fā)生的，還是存在特定的分布規(guī)律，就要對發(fā)明專利數(shù)據(jù)進行空間相關性檢驗。下面使用空間統(tǒng)計學中最常用的指標，即MoranI指數(shù)來檢驗原始創(chuàng)新產出的空間相關性。檢驗區(qū)域發(fā)明專利創(chuàng)新的空間相關性存在與否，空間統(tǒng)計學較常使用空間自相關指數(shù)Moran'I，定義如下：Moran'I可看作各地區(qū)觀測值的乘積和，其取值范圍為-1≤Moran'I≤1。若各地區(qū)間創(chuàng)新行為為空間正相關，Moran'I的數(shù)值應當較大。負相關則較小。零空間自相關性出現(xiàn)在當屬性值的分布與區(qū)位數(shù)據(jù)的分布相互獨立時。表2給出1998-2007年的10年間原始創(chuàng)新的空間相關性的結果。對省際區(qū)域發(fā)明專利的MoranI指數(shù)分析(每一年P＜0.001)，提供了1998-2007年各年間正的空間相關的證據(jù)。說明創(chuàng)新活動的地域分化現(xiàn)象并不是隨機產生的，是由正向空間相關造成的，原始創(chuàng)新產出的空間聚集在全局上表現(xiàn)出強烈的空間依賴特征。各省的原始創(chuàng)新產出能力受到周邊省份的影響，創(chuàng)新知識的傳播和擴散在地理臨近的省份發(fā)揮了作用。這一結果否定了創(chuàng)新產出空間隨機分布的傳統(tǒng)假設。因此，原始創(chuàng)新的空間分布在整個考察期內是自然集群的。具有相對高原始創(chuàng)新的省際區(qū)域傾向于接近其他具有高原始創(chuàng)新的省際區(qū)域，反之亦然。這意味著省際區(qū)域的原始創(chuàng)新是空間相關的，空間依賴的存在打破了大多數(shù)古典統(tǒng)計分析中所有地理單元相互獨立的傳統(tǒng)基本假設。2.2基于Moran散點圖的局域空間相關模式分析為進一步識別各省際區(qū)域屬于原始創(chuàng)新產出的高水平區(qū)域還是低水平區(qū)域，就要進行局部空間相關性分析。Moran散點圖法是局部空間相關性分析的主要方法之一?？臻g聯(lián)系局域指標是衡量觀測單元屬性和其周邊單元的相近(正相關)或差異(負相關)程度的指標。Moran散點圖以(x，Wx)為坐標點，對x和空間滯后因子Wx數(shù)據(jù)的線性聯(lián)系進行了可視化的二維圖示。因為是經過行標準化的，所以表示了對鄰近省際區(qū)域觀測值的加權平均。Moran散點圖把整個空間聯(lián)系分解為4個象限，分別對應于省際區(qū)域與其鄰近區(qū)域之間的4種類型的局部空間聯(lián)系模式：HH：高高的相關，與第一象限對應，代表了高觀測值的區(qū)域單元被同是高觀測值的區(qū)域單元所包圍的空間相關模式；LH：低高的相關，與第二象限對應，代表了低觀測值的區(qū)域單元被高觀測值的區(qū)域單元所包圍的空間相關模式；LL：低低的相關，與第三象限對應，代表了低觀測值的區(qū)域單元被同是低觀測值的區(qū)域單元所包圍的空間相關模式；HL：高低的相關，與第四象限對應，代表了高觀測值的區(qū)域單元被低觀測值的區(qū)域單元所包圍的空間相關模式。象限Ⅰ和象限Ⅲ表示正的空間相關，揭示區(qū)域的集聚和相似性；象限Ⅱ和象限Ⅳ則表示存在較強的空間負相關，區(qū)域具有異質性。因此，Moran散點圖識別了區(qū)域單元所屬局部空間的聚集類型。圖4和圖5展示了1998年和2007年的Moran散點圖。在1998年，所有省際區(qū)域的58.1％顯示出正的空間相關性(即，41.9％位于第一象限中(HH：高的創(chuàng)新強度——高的空間滯后)和16.1％在Ⅲ象限中(LL：低的創(chuàng)新強度——低的空間滯后)，在2007年，所有省際區(qū)域的51.6％顯示出正的空間相關性(即，35.5％在Ⅰ象限中(HH)和16.1％在Ⅲ象限中(LL)。圖41998年發(fā)明專利的Moran散點圖圖52007年發(fā)明專利的Moran散點圖此外，Moran散點圖能幫助識別空間的不穩(wěn)定性和非典型區(qū)域，即區(qū)域有悖于正的空間相關性的普遍模式。在1998年，13個省際區(qū)域(41.9％)顯示負的空間相關性；8個省際區(qū)域在象限Ⅱ中(LH：低的創(chuàng)新強度——高的空間滯后)，5個省際區(qū)域在象限Ⅳ(HL：高的創(chuàng)新強度——低的空間滯后)。在2007年，有15個非典型省際區(qū)域(48.4％)：9個省際區(qū)域在象限Ⅱ中(LH)；6個省際區(qū)域在象限Ⅳ中(HL)。表3給出了31個省際區(qū)域的空間相關模式。從表3可看出，1998年和2007年，東部的北京、天津、河北、遼寧、上海、江蘇、浙江、山東和中部的黑龍江、河南處在原始創(chuàng)新能力高—高的聚集區(qū)，它們本身原始創(chuàng)新產出水平高，而且鄰近省區(qū)原始創(chuàng)新的加權平均也較高；東部的福建、海南，中部的安徽、江西和西部的寧夏處在低——高聚集區(qū)，它們自身原始創(chuàng)新產出能力不足，與周邊的高產出區(qū)相比有一定差距，但卻有受到原始創(chuàng)新能力強的省區(qū)輻射帶動的潛力；東部的廣東，中部的湖南，西部的四川、云南、陜西位于高——低分布區(qū)，它們發(fā)明專利數(shù)高，但周邊環(huán)境原始創(chuàng)新能力并不高；西部的西藏、甘肅、青海、新疆處在原始創(chuàng)新產出低——低的聚集區(qū)，它們自身的原始創(chuàng)新能力較低，同時周邊省份的原始創(chuàng)新能力也很低。總體看，如果將東部地區(qū)比喻為我國的原始創(chuàng)新產出高地，那么西部大部分地區(qū)處在原始創(chuàng)新“洼地”，形勢不容樂觀。東部地區(qū)，特別是東南沿海成為全國領先的區(qū)域，而廣大西部地區(qū)除了陜西、四川、云南外，則在整體上處于落后位置，且東西部差距有越拉越大的趨勢。中部地區(qū)因與東部地區(qū)鄰近，受到空間相關性的正向影響，有望首先獲得東部地區(qū)的輻射和帶動。3結語本文研究了1998-2007年之間省際區(qū)域創(chuàng)新產出的空間分布。空間計量統(tǒng)計分析表明，省際區(qū)域原始創(chuàng)新產出的集聚與相鄰省際區(qū)域的原始創(chuàng)新產出的集聚是空間相關的。這個結果提供了對省際區(qū)域原始創(chuàng)新產出的空間維度的新認識。空間數(shù)據(jù)探索分析得到以下主要結論：(1)原始創(chuàng)新產出的空間分布高度集中在少數(shù)東部沿海省際區(qū)域。大部份的創(chuàng)新活動發(fā)生在環(huán)渤海灣、東南部沿海省際區(qū)域，尤其在長三角和珠三角等東南部沿海區(qū)域。(2)在考察期的10年中，原始創(chuàng)新在領先的省際區(qū)域之中有相對的變化。最明顯的變化是新高技術中心的省際區(qū)域創(chuàng)新潛力的提高(如，天津、浙江等區(qū)域)。相比來看，在屬于傳統(tǒng)占優(yōu)勢的內地區(qū)域集群中的湖北、湖南和西部的四川等省際區(qū)域向下變動。(3)1998-2007年間的創(chuàng)新活動區(qū)位Gini系數(shù)表明每一年創(chuàng)新活動顯示出非常高的空間集中度。除此之外，在考察期的10年內原始創(chuàng)新活動的空間集中度有波動式增加的趨勢，這表明在考察期內省際區(qū)域的原始創(chuàng)新有極化的態(tài)勢。(4)對省際區(qū)域的發(fā)明專利的MoranI統(tǒng)計分析，提供了1998-2007年間正的空間相關的證據(jù)。相對高的原始創(chuàng)新的省際區(qū)域傾向于接近其他的有高的原始創(chuàng)新的省際區(qū)域，反之亦然。這意味著省際區(qū)域的原始創(chuàng)新有空間相互關系?？臻g獨立的假設在區(qū)域原始創(chuàng)新的研究過程中是無效的。(5)對于1998-2007年間的發(fā)明專利水平，傳統(tǒng)占優(yōu)勢的高技術集群在北京、天津、上海和浙江等省際區(qū)域，表現(xiàn)出高原始創(chuàng)新的區(qū)域被與之相鄰的高原始創(chuàng)新的區(qū)域所圍繞的特點。另一方面，高技術集群，如廣東、湖南、四川、云南、陜西等省際區(qū)域，表現(xiàn)出高原始創(chuàng)新區(qū)域被較低原始創(chuàng)新的鄰近區(qū)