土地科技創新的合作網絡及熱點演化研究
——以國土資源科學技術獎為例

王 歌， 張安錄， 楊 帆， 李景旺， 黃俊添

（華中農業大學公共管理學院，湖北 武漢 430070）

1 引言

科技是第一生產力，而土地科技創新是土地資源利用和保護的現實生產力[1]。“十三五”國家科技創新規劃強調構建具有國際競爭力的現代產業技術體系，開發耕地質量提升與土地綜合整治技術，從源頭上保障國家糧食安全，土地科技的戰略高度愈加凸顯[2]。面對人地矛盾突出、空間差異巨大、資源錯配等嚴峻問題及土地資源退化、損毀、廢棄、污染、低效利用等持續惡化現象[3]，響應“三深一土”科技創新戰略的倡議亟需土地科技機構、研究單位及相關學科和部門的有效協作[4]。《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006—2020年）》指出：國家科技創新體系是以政府為主導、充分發揮市場配置資源的基礎性作用、各類科技創新主體緊密聯系和有效互動的社會系統[5]。2017年12月，原國土資源部土地科技創新中心的成立正是在探索大協同、大融合科技創新格局的形成路徑。2018年10月，自然資源部發布《自然資源科技創新發展規劃綱要》，提出打通基礎研究、工程技術征，NIETO和SANTAMARIA[10]提出集群性、鏈接性和密度等指標。喻科[11]認為創新合作網絡具有自組織特征，創新主體之間包括“強弱”兩類鏈接。王朋等[12]發現校企合作網絡具有顯著的無標度網絡特征，維持“超級”節點的穩定性是保證合作網絡健康發展的關鍵。在發展過程方面，袁劍鋒和許治[13]指出產學研合研發、成果轉化的全鏈條，構建產學研結合、高效協同的科技創新平臺體系。土地科技的產學研合作創新成為了理論界和實踐界共同關注的重要問題。已有文獻通過定性的研究方法，從土地科技創新的體系建設[6]、土地科技創新的管理制度[7]、土地科技創新的發展戰略[8]、土地整治科技創新[9]等方面展開分析，對于土地科技創新的政策發展和協同平臺的構建具有重要的理論與實踐意義，但鮮有研究基于定量的視角探討土地科技創新的合作網絡。

創新合作網絡能夠量化反映特定行業領域的創新能力與合作方式，是優化科技發展結構布局的重要決策參考。國內外研究主要從創新合作網絡的特征和發展過程兩個方面展開。針對創新合作網絡的特作網絡主體的關系異質性和創新資源集聚效應隨著時間推移逐漸增強，造成合作主體之間的路徑依賴和發展不平衡等問題日益突出。DOZ等[14]將創新合作網絡的發展路徑概括為自生過程和構建過程兩類。上述研究往往基于專利合作數據展開，聚焦于生物醫藥、裝備制造、衛星應用等傳統高新技術領域，尚缺乏對土地科技領域的系統分析。

國土資源科學技術獎是為鼓勵國土資源調查、規劃、管理、保護與合理利用等方面的重大經濟社會貢獻和技術創新所專門設立的獎項，能夠集中反映中國土地科技的產學研創新格局。產學研創新脫胎于“三螺旋”理論，經歷了“產學研聯合”“產學研結合”“產學研用結合”三個發展階段[15]。產學研的合作創新網絡分析是推動協同創新政策發展的重要依據。國家級的科技進步獎[16]或相關部委設置的行業科技獎勵[17]是構建創新合作網絡的重要數據來源。因此，本文運用社會網絡分析法，以國土資源科學技術獎為例，對土地科技創新合作網絡的特征及發展過程進行了系統梳理，并進一步探討了土地科技創新的熱點演化，旨在為土地資源領域的產學研協同創新提供啟示。

2 土地科技創新的數據來源與研究方法

2.1 土地科技創新的數據搜集

國土資源科學技術獎是國土資源領域的最高科學技術獎，匯集了各省（自治區、直轄市）的優秀成果，總體分為土地和地礦兩大類[18]。部分重大獲獎項目進一步被提名國家科技獎。本文是以公開渠道（原國土資源部和自然資源部網站等）搜集的國土資源科學技術獎項目（2004—2018年）為數據來源，聚焦于土地領域，重點涉及“土地調查與評價”“土地開發整理與保護”及“土地信息化建設”等內容，排除“地質調查與評價”“礦產資源勘探”“地質災害防治”等地礦類獎項，共篩選得到213項成果。為保證數據來源的一致性和穩定性，并避免獲獎項目的重復統計，本文并未將各省或國家科技進步獎納入到搜集范圍中。

2.2 土地科技創新的數據處理過程與分析方法

產學研創新合作網絡是連接異質性創新主體的復雜系統。社會網絡分析（Social Network Analysis,SNA）是對復雜系統進行可視化研究的有效方法，能夠定量刻畫創新主體的合作關系與模式，已成為公共政策研究的新范式[19]。本文的土地科技創新合作網絡是以獲獎單位為節點，以單位之間的合作獲獎關系為邊的無向網絡，如圖1所示。當在研究周期內單位名稱發生改變時，將所有節點統一為最新名稱，如“國土資源部土地整理中心”在2012年3月更名為“國土資源部土地整治中心”。為保證網絡分析的準確性，將原國土資源部土地整理中心代表的12個節點與原國土資源部土地整治中心代表的13個節點進行合并。中國科學院附屬機構的名稱保留至二級研究單位，與原始的獲獎申報情況保持一致。

Python是一種高級編程語言，具有可讀性強、類庫豐富等特點，廣泛應用于數據挖掘。本文運用Python的Network X分析庫構建土地科技創新合作網絡，并對其相關指標進行量化分析，包括網絡整體指標和節點指標兩個層面，涉及網絡密度、平均度和度分布等，計算公式如式（1）-式（2）。此外，運用Python對各獲獎項目的題目進行中文分詞操作。判斷分詞的屬性，去除數詞、狀詞和連接詞，保留名詞和名動詞等。通過對保留的詞匯進行年份統計和頻次分析，反映土地科技創新的熱點演化。

（1）網絡密度。網絡密度是指網絡中實際存在的連接關系數量與理論上可能存在的最大連接關系數量之比，具體公式為[20]：

式（1）中：l為實際存在的關系數量；n為節點數。網絡的密度越大，表明合作關系越密切；反之則合作關系越趨于松散。

（2）平均度。網絡的平均度與其密度關聯緊密，平均度的具體計算公式為[20]：

式（2）中：e代表網絡的邊數；n代表節點數。網絡的平均度越大，表明合作效率更強，合作范圍更大；反之則合作范圍越局限。

（3）度分布。deg（v）為節點v的度數，即網絡中與節點v直接相連的其他節點數。度分布反映的是各節點與其他節點連接數的整體分布情況[20]。

3 土地科技創新的合作網絡結構特征

3.1 土地科技創新的政策梳理

土地科技創新體系是深化土地科學研究、土地管理創新和土地科技進步的重要基礎[5]。21世紀初，土地科技發展的主要矛盾是土地科技服務水平與經濟、社會和土地管理事業的發展需求不相適應[6]。2000年7月，國土資源科技創新計劃啟動，旨在推動科技成果的轉化和推廣。早期的土地科技創新合作重參與，關注國家和地方的聯合，強調利用國土資源系統外的力量。2006年，隨著國土資源中長期規劃的出臺，土地科技創新更加關注自主創新，強調創新主體的獨立性。在國土資源“十二五”和“十三五”科技發展規劃相繼頒布后，創新戰略聯盟和協同創新平臺不斷涌現。2018年10月出臺的《自然資源科技創新發展規劃綱要》強調促進創新鏈、資金鏈、產業鏈有機融合，建立產學研用協同創新聯合體。圖2是對土地科技創新相關政策發展脈絡的梳理。

圖2 土地科技創新政策的發展脈絡Fig.2 The development process of land resource innovation policies

3.2 土地科技創新的合作網絡結構特征

在此基礎上，為揭示土地科技創新合作的總體情況，首先構建2004—2018年的總網絡。隨后，以5年為周期，將整個時間軸切分為3個階段，分別構建2004—2008年、2009—2013年及2014—2018年的子網絡，探討創新合作關系的演化過程。網絡的拓撲結構指標如表1所示。

3.2.1 2004—2008年：網絡形成期——單中心的傘形創新結構

2004年，隸屬于中國土地勘測規劃院的土地利用重點實驗室正式以國土資源部重點實驗室名義運行，成為土地科技創新的重要平臺。基于技術創新合作網絡的拓撲結構，發現2004—2008年是創新網絡規模最大的階段，其中有12項獎勵是由5家及以上單位共同申報的，主要呈現以“中國土地勘測規劃院”為核心的傘形合作結構（圖3（a）），共包括132個創新主體，涉及277條合作關系，創新合作網絡的密度為0.032，網絡的平均度為4.197，網絡整體結構較為稀疏，產學研合作程度偏低，網絡合作的整體效率并不高，存在顯著的核心和邊緣體系，創新合作體現區域性，跨地區、跨行政層級的主體合作匱乏。

表1 土地科技創新合作網絡的拓撲結構指標Tab.1 The structure indicator of land resource innovation collaboration networks

圖3 土地科技創新合作網絡的拓撲結構演化Fig.3 The structure evolution of land resource innovation collaboration networks

3.2.2 2009—2013年：網絡轉型期——分散獨立的環形創新結構

《國土資源部中長期科學和技術發展規劃綱要（2006—2020）》鼓勵營造自主創新的政策和文化環境。各類土地科技創新主體的獨立研究能力有所提升。2009—2013年創新合作網絡的密度僅為0.022，出現顯著下降，涌現出更多的網絡小團體，呈現派系分異的扁平化特征，僅有2011年的“耕地資源安全評價及耕地保護決策支持系統建設”和2013年的“中國農村空廢及未利用土地整治與優化配置研究”兩項獎勵是由5家及以上單位共同申報的。其他項目更多是由獨立主體實施的，或者采取“一政+一校”的合作形式。創新合作關系萎縮，不同政府部門（及其隸屬的事業單位）或不同高校之間缺乏有效的合作，網絡呈現斷裂的環形（圖3（b）），僅有68個創新主體和61條合作關系，進入合作零散的轉型低谷期。

3.2.3 2014—2018年：網絡發展期——多中心并存的集群創新結構

2014—2018年，創新合作得到了顯著恢復，合作網絡的密度為0.043。在“三深一土”國土資源科技創新戰略的驅動下，“多政+多校”和“多企+多校”的合作模式更為突出，跨部門和跨高校的協作趨于常態化，與2009—2013年階段相比，2014—2018年的網絡節點數增長了142.59%，網絡邊數增加了147.78%（圖3（c））。

在上述3個周期之中，網絡的最大節點主要包括中國土地勘測規劃院、國土資源部土地整治中心、國土資源部信息中心3家單位（圖3（d））。2017年，在國土資源部土地科技創新中心及跨單位的聯合土地工程技術中心成立后，大協同、大融合的科技創新格局逐步形成。

圖4刻畫地是網絡節點的度分布。土地科技創新合作網絡（2004—2018年）整體服從冪率分布，具有較為顯著的無標度特征，即網絡中的少數核心節點主導著科技創新合作網絡。比較2004—2018年3個階段內的網絡節點度分布情況，發現2004—2008年土地科技創新網絡的度分布與冪律分布差異最大，即網絡節點的度分布最為平均，次之是2014—2018年的網絡，度分布最不均勻的是2009—2013年的網絡。因此，在2009—2013年，極少數的節點主導著整個網絡的資源，其他節點則處于相對孤立的地位。在2004—2018年期間，188家單位僅獲獎1次，占比71.76%，因此需要加強對首次獲獎單位的支持。此外，共有39家企業獲獎，但僅有2家企業獲得兩次及以上獎勵，故尤其需要加強對首次獲獎企業的支持。

4 土地科技創新的熱點演化

對213項土地領域獲獎項目的題目進行分詞處理，用于標識創新熱點的總體特征，如圖5所示。在分詞過程中，需要進行數據清洗，將“的”“及”“與”等虛詞排除，以保證分析結果的準確性。國土資源科學技術獎旨在鼓勵面向國家或地區重大戰略需求的創新研究，獲獎項目的出發點是研究，“研究”出現的頻次最高，累計達到115次。“土地”和“國土”是獲獎項目分析的對象，累計出現頻次分別達到102次和58次。“技術”是獲獎項目的具體支撐，累計出現60次。由于土地科技創新是以實踐需求為導向，因此“應用”的出現頻次達到了46次。

圖4 土地科技創新合作網絡的節點度分布Fig.4 The node degrees distribution of land resource innovation collaboration networks

通過對題目包含“技術”的60個獲獎項目深入挖掘，能夠反映土地領域的技術發展脈絡。圖6柱形圖中的兩個系列分別表示各詞在獲獎項目中首次出現和最后出現的時間。“智慧”首次出現于2015年，即“面向智慧城市的土地監察數字表達和預警關鍵技術及示范”；“智慧”最后出現于2017年，即“北京智慧國土頂層設計與平臺關鍵技術支撐體系構建”。國土資源大數據與智慧國土的構建成為近年來土地領域的創新熱點。“整治”首次出現于2016年，即“節地節水生態型土地整治規劃設計技術與應用研究”；“整治”最后出現于2017年，即“低碳型土地整治技術與示范應用研究”。如圖5所示，“整理”和“整治”均是國土資源科學技術獎的高頻詞，頻次分別為13和8。從土地開發整理到土地整治再到國土綜合整治，上述概念的內涵不斷發展和豐富。獲獎項目從關注土地數量、質量到強調生態并重。土地生態整治發展成為土地領域的創新熱點。“城市”首次出現于2013年，最后出現于2018年。城市問題亦是土地科技創新發展中的熱點，包括能源型城市的土地利用、智慧城市的土地監測、城市化產業用地及超大型城市土地保護等。

圖5 土地科技創新獲獎項目的詞頻分布Fig.5 The word frequency distribution of science and technology award of land resource

圖6 土地科技創新獲獎項目的技術發展時間分布Fig.6 The temporal distribution of technology themes of science and technology award of land resource

通過對包含“應用”的46個獲獎項目進行多階段的詞云分析（圖7），能夠反映土地科技的實踐應用趨勢，具體包括：土地質量數量的調查、土地整治與修復、土地狀態的監測。2004—2008年，“應用”聚焦于土地利用評價與監測。題目包含“應用”的獲獎項目共有8項，主要涉及耕地資源的調查與退化監測、土地變更調查等。2009—2013年，“應用”不僅局限于評價和監測，而更多地圍繞地面沉降、耕地生態環境等方面展開，對資源合理開發與環境保護提出建議。題目包含“應用”的獲獎項目共有11項，主要涉及地面沉降監測、農用地分等更新、農田保護等。2014—2018年，“應用”的視角更多關注于城鎮化進程中的土地利用和整治問題，涉及征地拆遷評估、鹽堿地修復、固沙造田技術、大都市建設用地減量、新型城鎮化精明土地利用等。

圖7 土地科技創新獲獎項目的應用熱點詞云分析Fig.7 The word cloud of application themes of science and technology award of land resource

5 結論和建議

本文基于國土資源科學技術獎的項目數據探討政府部門、事業單位、科研院所、高校、企業等主體所形成的土地科技創新合作網絡。本文運用文本挖掘的方法，對獲獎項目的題目信息進行分析，揭示高頻關鍵詞的分布情況，梳理技術領域的發展方向和應用實踐的動態趨勢，結論和建議如圖8所示。

圖8 土地科技創新的未來展望框架Fig.8 The prospective framework of land resource innovation

5.1 土地科技創新的產學研合作網絡

（1）創新格局。基于2004—2018年土地科技創新合作網絡的結構特征，發現網絡的整體運作效率偏低，網絡主要依賴于少數創新主體，多數主體之間的合作交流較少，網絡存在顯著的無標度特征，即網絡具有顯著的異質性。觀察3個階段的合作網絡發展過程，發現網絡的規模呈現U型變化趨勢，節點度分布圖的“長尾效應”不斷減弱，網絡的無標度特征趨于淡化。具體而言，整個創新合作網絡是由原國土資源部的隸屬單位主導。隨著時間推移，高校、企業和地方國土資源系統單位的影響力逐漸增強，網絡增長向多極化發展，多中心的創新合作結構是潛在趨勢。跨區域的“地方單位+高校”合作形式不斷增多，表明地方企業和事業單位愈加重視與高校的技術合作，呈現多聯盟合作的態勢。因此，產學研創新合作網絡的效率需要進一步的提升，突破單中心的傘形或分散獨立的環形格局，形成多中心或多聯盟驅動的土地創新大格局。培育多層次的產學研聯盟體系，從獨立中心的合作結構向多中心結構轉變，進而提升企業、高校、科研院所等機構的參與深度和廣度，培育國土資源系統外的骨干創新主體，促進創新成果的轉化應用；鼓勵跨部門、跨專業重點實驗室或工程技術中心的建立，進一步拓展國際合作，吸納國際土地領域的頂尖研究機構或企業加入，從國土資源系統的封閉式創新向跨領域的開放式創新轉型，形成大協同、大融合、大開放的創新合作格局。

（2）創新路徑。根據合作網絡的節點分布，發現中國國土勘測規劃院、國土資源部信息中心、國土資源部土地整治中心等單位是最核心的創新主體，承擔土地資源創新合作的橋梁和平臺作用，并將其他創新主體凝聚在一起。由于環境、農業、水利等國土資源系統外的部門或科研院所在水土環境治理、植被保護與恢復等方面具有豐富的積累，因此需要構建土地工程技術創新平臺的培育基地，充分發揮國土資源系統單位“中間人”的作用，將系統外要素與成果引入網絡，進一步理順土地科技創新合作網絡的“三大角色”（協調組織者、方向引領者、技術服務者），設立土地科技創新基金等激勵機制，對于首次獲獎的創新主體給予政策補貼，推動新興創新主體的快速成長，防止網絡出現“技術鎖定”“創新惰性”等現象，形成“土地中心”“創新中心”“技術中心”三位一體的融合發展路徑。

5.2 土地科技創新的熱點演化

（1）技術層面。通過對題目包含“技術”的60個獲獎項目進行分析，發現與“智慧”相關的技術成為土地科技創新的前沿熱點，呈現與智慧城市等領域技術跨界融合的趨勢，通過國土與林業、農業、水利、環保等領域的數據交換，實現土地資源的全景式管理。從整理到整治，土地整治趨向于綜合化。節地節水生態型土地整治技術、低碳型土地整治技術不斷涌現。通過構建土地監測服務產品體系和智慧共享平臺，推動開放式的合作創新。

（2）應用層面。通過對題目包含“應用”的46個獲獎項目進行詞云分析，發現土地資源的技術應用初期聚焦于土地調查與監測方面，而近期則與土地整治、生態修復和城鎮化等主題的關系更加密切。“智慧”“綜合整治”等主題成為近年來土地資源領域的技術應用熱點。在建設智慧城市、實施“多規合一”的契機下，進一步完善土地科技創新的頂層設計，將土地科技創新與新型城鎮化進程中的“數字中國”“智慧社會”等戰略相融合，完善大數據驅動的國土資源管理決策服務，發展“互聯網+智慧國土”技術創新合作聯盟，提升企業在技術創新合作網絡中的地位，推動土地數量、質量、生態“三位一體”保護，為構建山水林田湖草生命共同體提供支撐。