山東省地區創新能力與經濟質量的耦合協調及影響因素

姚振飛，張學波

（曲阜師范大學a.管理學院；b.地理與旅游學院，山東 日照 276800）

科技創新能夠提升勞動生產率，且是保持國家和地區經濟持續發展的根本動力［1］。當前，發達國家紛紛試圖通過科技創新進一步鞏固在全球競爭中的優勢地位，我國也確立了新發展理念，通過創新驅動經濟高質量發展。長期以來，山東省經濟大而不強，2018年山東獲批為中國第一個新舊動能轉換綜合試驗區，也是落實黃河流域生態保護和高質量發展戰略的重要區域，經濟發展質量亟待提升。因此，探究山東省地區創新能力與經濟發展質量的耦合協調規律具有實踐意義。

20世紀90年代以來，區域創新與經濟發展的關系得到持續關注［1，2］。國外研究大多以國家為基本單元，學緣多為經濟管理專業，通常基于經濟增長和創新投入產出的少量指標開展研究，證實了創新對地區經濟增長的促進作用［2－3］。近年來，相關研究表現出新的特征和趨勢。首先，研究尺度微觀化，學者們開始關注城市甚至更小尺度地區創新與經濟增長的關系。Devins、Lodorfos、Kostopoulos等研究發現，創新活動顯著地促進了英國利茲城地區的經濟增長［4］。其次，研究對象多樣化，中小企業［4］、國家創新體系［5］、企業家網絡［6］等成為研究對象。第三，研究內容持續深化，由研究創新與經濟增長的單向關系向研究二者的雙向關系轉變。Aristizabal－Ramirez、Canavire－Bacarreza、Rios－Avila研究發現創新與 經 濟 增 長 并 非 存 在 線 性 關 系［7］；Maradana、Pradhan、Dash等的研究表明，創新與經濟存在著雙向因果關系［8］。然而，當前全球經濟競爭更多地訴諸于技術創新對經濟結構甚至是經濟質量的驅動作用，小尺度地區創新能力與經濟質量間的關系仍不明確，影響地區創新能力與經濟質量協調發展的因素也有待探討。

經濟學視角的研究側重于從整體上檢驗創新與經濟發展的關系，對其空間異質性關注不足［9］。基于此，國內地理學者開展了相關研究。牛方曲、劉衛東研究了中國省區科技資源與經濟水平的協同性及空間異質性［10］，其他研究也多從全國視角，以省區為尺度單元開展研究［11，12］；李二玲、崔之珍以地級市為單元，探討了中國地區創新能力與經濟水平的耦合協調性和空間異質性［13］；許曄暉、李百歲研究了內蒙古盟市尺度的科技創新和經濟發展的耦合協調性［14］。總體上，對其演變規律的探究還有待深入。此外，在我國推進實施經濟高質量發展的新時代背景下，地區創新能力與經濟質量間的關聯性研究更具有理論和現實意義。相關研究探討了創新能力對經濟增長質量的單向效應，驗證了二者間的相關性［11，15］，但對于二者間的耦合協調規律及影響因素的研究仍有待深化。

本文以極具典型性的山東省為案例地，結合地區實際，構建評價地區創新能力和經濟質量的指標體系，分析地區創新能力與經濟質量的時空耦合協調演變規律，進而探究主要影響因素，試圖深化既有相關研究，以期為該省經濟結構轉型和新舊動能轉換提供參考。

1 研究方法與數據來源

1.1 指標體系構建

既有評價區域創新能力的指標體系大體可分為兩類：一是從區域創新體系要素的視角構建指標體系［16－18］，另 一 類 則 是 從 創 新 活 動 發 生 過 程，即 投入—產出的視角構建指標體系［12，13，19］。本文采用投入—環境—產出的邏輯思路，結合山東省國有企業經濟貢獻較大這一實際情況，同時吸收區域創新主體多元化的觀點，在既有研究的基礎上，增加人均規模以上企業R＆D經費支出、規模以上企業科技人員占地區科技人員比、R＆D經費政府/企業支出比值等反映企業創新的指標。

經濟高質量發展理念自提出以來，經濟質量評價就成為了國內研究的熱點，但當前國家層面尚未發布權威的評價方案，也缺乏公認度較高的研究成果。如，宋明順、張霞、易榮華等提出從競爭質量、民生質量和生態質量3個維度評價宏觀經濟質量［20］；李胭胭、魯豐先從增長穩定性、增長結構、科技創新、社會福利和生態環境等方面構建了我國省域經濟增長質量的評價指標體系［21］；師博、任保平從經濟增長的強度、穩定性、合理化、外向性和社會成果的人力資本與社會資本等兩個維度評價了我國省區經濟發展質量［22］；李博、田闖、史源釗等從經濟規模、產業結構、社會福利和生態環境等4個方面構建了我國省域海洋經濟評價的指標體系［23］。本文借鑒以上成果，并依據“創新、協調、綠色、開放、共享”的發展理念，從著重反映經濟增長的穩定性、投入—產出的質量、城鄉協調和綠色發展等方面選取指標反映地區經濟質量。

除遵循科學性原則以外，指標體系要體現地區實際。雖然山東省經濟總量長期穩居全國省區前三位，但是人均GDP僅排在第八名至十名左右，經濟大而不強。同時，山東傳統產業比重大，國有企業貢獻大、創新能力不強、質量效益不高，地區創新能力和經濟規模差距明顯［24］，經濟發展與資源環境矛盾十分突出。針對以上實際情況，盡量選取比值和人均、地均等指標，保證地區間數據的可比性，構建包含35個觀測指標的評價指標體系（表1）。

表1 地區創新能力與經濟質量評價指標體系

1.2 研究方法

熵權法：指標體系評價的關鍵是權重賦值。鑒于層次分析法、特爾菲法等方法可能帶來一定的主觀性，本文使用基于指標數據特征自動確定權重的熵權法。評價步驟是：首先，使用極差標準化方法對指標數據進行無量綱化處理；其次，計算指標信息熵，確定指標權重；最后，計算各地區創新能力和經濟質量指數。

耦合度評價模型：耦合度評價模型用來測度兩個或多個系統間相互作用和影響的強度。本文構建了地區創新能力與經濟質量的耦合度評價模型，測度研究年份二者間的相互關聯度。計算公式為：

式中，U1為創新能力指數；U2為經濟質量指數；C為創新能力與經濟質量的耦合度，其大小介于0—1之間。C越大，表明二者間的共振耦合性越好。借鑒既有研究［13］，本文將耦合度劃分為5個階段：0.0—0.2為高度不耦合階段，0.2—0.4為低度不耦合階段，0.4—0.6為低度耦合階段，0.6—0.8為中度耦合階段，0.8—1.0為高度耦合階段。

協調度評價模型：協調度模型用來測度系統或系統內部要素間和諧一致的程度，側重表達系統間的緊密配合情況。本文應用該模型測度地區創新能力與經濟質量交互耦合的協調發展水平。模型表達式為：

式中，D為地區創新能力和經濟質量的協調度；T為二者間的綜合協調指數，由創新能力指數U1和經濟質量指數U2決定；α、β為待定系數，α＋β＝1。本文認為，創新能力和經濟質量同等重要，二者不可偏廢，故α＝β＝0.5。結合本文實際，并參考既有研究［13］，將其劃分為以下10個等級：0＜D≤0.1，極度失調；0.1＜D≤0.2，嚴重失調；0.2＜D≤0.3，中度失調；0.3＜D≤0.4，輕度失調；0.4＜D≤0.5，瀕臨失調；0.5＜D≤0.6，勉強協調；0.6＜D≤0.7，初級協調；0.7＜D≤0.8，中級協調；0.8＜D≤0.9，良好協調；0.9＜D≤1.0，優質協調。

空間計量模型：各地市在省區統一的行政管理和近距離作用下形成密切的經濟聯系，地區創新與經濟發展存在相互作用和空間關聯性。一般的回歸分析方法不能體現這一空間效應，從而導致估計偏差。空間滯后模型（SLM）、空間誤差模型（SEM）、空間杜賓模型（SDM）等模型通過空間權重矩陣將空間效應體現在空間滯后項或空間誤差項中，估計結果更為可靠［26］。雖然空間杜賓模型是其他兩種模型的綜合，能夠進一步表征空間溢出效益，但是本文僅需探討地區創新能力和經濟質量協調發展的影響因素，因此本文采用空間滯后模型和空間誤差模型，同時報告普通最小二乘法回歸（OLS）的結果，以作檢驗和對比。

1.3 數據來源

本文以地級市為基本單元，研究時段為2001—2016年，選取2001年、2006年、2011年、2016年等國家“十五”到“十三五”的4個“五年計劃”的起始年為代表性年份開展研究。借鑒相關研究［25］，指標“中文期刊論文發表數量”通過中國期刊全文數據庫，以地市名稱為單位關鍵詞進行高級檢索獲得。其他指標數據來源于各年份《山東統計年鑒》《中國區域經濟統計年鑒》《中國城市統計年鑒》，以及各地市統計年鑒和官方發布的統計數據。

2 創新能力與經濟質量的分析

2.1 省域尺度的測度與分析

首先從整體上（即省域層面）分析山東省的創新能力和經濟質量狀況。如圖1、2所示，山東省創新能力和經濟質量均呈不斷提升的態勢，2001—2016年，山東省創新能力從2001年的4.537增長至2016年的5.518，經濟質量則從5.481增長至7.101。但4個年份的經濟質量指數均高于創新能力指數，表明山東省的創新能力仍有待進一步提升。

相比創新投入，創新產出對創新能力的貢獻較低。從圖1可見，2001—2016年山東省創新投入穩步增加，且在創新能力評價中占據了較大份額；創新環境自2006年以來也不斷改善，促進了創新能力的提升；而創新產出自2006年以來呈下降的趨勢。由此表明，山東省創新投入產出效率不高，如何將增加的創新投入轉化為更多的產出，并推動經濟高質量增長需要下一步深入研究。

圖1 2001—2016年山東省創新能力及其構成

山東省經濟發展呈現協調綠色化的趨勢。從圖2可見，研究期內山東省經濟質量顯著提升，但各時點的構成存在著較大的差異。2001—2006年主要來源于投入與產出的增加，2006—2011年則是協調與共享，2011—2016年表現為協調與共享、投入與產出、綠色化發展三大力量的共同推動。由此說明，山東經濟發展已經初現協調綠色化的態勢。但總體來看，研究時段內山東省經濟質量指數提升的幅度不大，這與該省實施新舊動能轉換工程的事實相符。

圖2 2001—2016年山東省經濟質量及其構成

2.2 地區尺度的比較分析

本文計算了各年份各地區的創新能力和經濟質量，并制圖（圖3）。如圖3所示，地區創新能力和經濟質量存在顯著差距，各地區4個年份創新能力和經濟質量的均值中濟南創新能力指數（0.763）最大，是最小值菏澤（0.090）的8倍多，青島的經濟質量指數最大（0.694），接近菏澤（0.238）的3倍。在各年份的差異上，2016年地區間創新能力極差值最大（0.767），該差值大于除濟南、青島以外其他地區的創新能力指數；2006年的經濟質量指數極差最大，威海（0.750）與菏澤（0.203）的差值僅小于威海、青島和煙臺3個地區的數值。

圖3 2001—2016年山東省各地區的創新能力和經濟質量水平

地區的創新能力和經濟質量及其演變呈現顯著的同步性特征，且大部分地區的創新能力滯后于經濟質量。創新能力強的地區經濟質量水平一般也較高，地區創新能力和經濟質量的變化在年際上也表現出較強的一致性。對比各地區的創新能力與經濟質量，濟南各年份的創新能力均高于經濟質量，東營、萊蕪、濱州等地區個別年份創新能力高于經濟質量，其他地區的創新能力均滯后于經濟質量。總體來看，相比經濟質量，大部分地區的創新能力仍有待進一步提升。

山東省地區間創新能力和經濟質量呈現分化的趨勢。濟南和青島穩居創新能力和經濟質量水平的第一梯隊；威海、東營、煙臺、淄博等地市稍低，處于第二梯隊；濰坊、泰安、濟寧、萊蕪、日照、濱州等6個地市經濟質量水平較高，創新能力稍弱，為第三梯隊；棗莊、臨沂、德州、聊城、菏澤等5個地區創新能力和經濟質量均較低，為第四梯隊。另外，山東省地區創新能力和經濟質量的多年份變化表現出馬太效應趨勢，尤其創新能力方面，如菏澤的創新能力持續下降，2016年達到最低點，而濟南和青島的創新能力穩步增長。

3 創新能力與經濟質量的耦合協調

本文計算了各年份各地區耦合度和協調度指數（表2），耦合度數值在0.4—0.5之間，均處于低度耦合階段。本文基于ArcGIS軟件自然斷裂法，并結合地區創新能力和經濟質量的結構特征，進一步劃分為3類：0.40—0.44為極弱耦合，0.44—0.48為較弱耦合，0.48—0.50為低度耦合。

3.1 耦合度分析

地區耦合水平總體不高，但呈上升趨勢。從耦合度數值和類型上看，2001—2016年各地區耦合度數值在0.4—0.5之間，數據分布較為集中。參考既有研究［13］，各地區處于耦合水平的提升階段，耦合水平不高。從各地區的平均耦合水平來看，4個年份的耦合度指數均值分別為0.469、0.482、0.484、0.474，呈上升的趨勢；在各類型的占比方面，4個年份低度耦合類型地區的占比分別為41.2%、58.8%、76.5%、58.8%，也表現為不斷提升的態勢。

地區耦合度與經濟水平的空間分布呈現出一致性的特征。如圖4所示，青島、濰坊、淄博、萊蕪和東營等地區均處于低度耦合階段，濟南雖然在2006年和2011年處于較弱耦合類型，但是耦合指數也接近低度耦合閾值，這些地區主要分布在膠濟沿線。另外，耦合度指數較高的煙臺、泰安、濟寧、德州、威海等地區也處于或緊鄰膠濟鐵路線鐵路線和京滬鐵路線。膠濟鐵路線和京滬鐵路線是山東省經濟發展和空間分布的重要軸線。

地區耦合水平的演變表現出空間擴散的趨勢。結合分析各地區各年份耦合度指數（表2）和耦合度空間格局圖（圖4）發現，2001年低度耦合類型的地區集中分布在膠濟沿線，2006年則以魯中地區為中心，向西北和西南兩個方向擴展，2011年進一步向魯南和魯東兩個方向延伸，2016年低度耦合類型地區雖然又回歸至膠濟和京滬鐵路沿線，但外圍地區耦合度指數仍表現出增長的態勢。由此，耦合水平表現出由中心地區向外圍地區擴散的特征。

表2 2001—2016年山東省各地區創新能力與經濟質量的耦合和協調水平

圖4 2001—2016年山東省地區創新能力與經濟質量耦合水平空間格局

3.2 協調度分析

協調度水平總體不高，且地區差距大。從表2可見，各地區創新能力和經濟質量的協調度指數處于0.2—0.6之間，進一步劃分為中度失調、輕度失調、瀕臨失調和勉強協調等4個類型，沒有地區達到初級協調（D＞0.6）以上水平。各類型地區的數量上，4個年份達到勉強協調水平地區的數量為3—4個，屬于輕度失調和中度失調程度較高類型的地區數量為10—11個，表明地區創新能力和經濟質量的協調發展程度不高。另外，4個年份協調度最大的地區和最小的地區的差值均在0.26以上，地區協調度差距較大。

地區協調度的空間分布呈顯著的中心—外圍結構。表2和圖5顯示，4個年份穩定處于勉強協調狀態的地區僅有濟南、青島和威海3個地區，且青島和濟南的協調度數值遠高于威海，說明青島和濟南是山東省創新能力和經濟質量協調發展的雙核心。協調水平僅次于勉強協調的地區有煙臺、淄博、東營等地市，這些地區處于濟南和青島兩個核心城市連線即膠濟鐵路沿線附近，鐵路沿線以西和以南的魯西、魯南各地區協調水平總體偏低。另外，2001—2016年地區協調度水平以濟南和青島為核心向外逐步降低，距離越遠，協調度越弱。

圖5 2001—2016年山東省地區創新能力與經濟質量協調水平空間格局

地區間協調度的差距表現出擴張的趨勢。計算4個年份地區創新能力和經濟質量協調度的極差值，分別為0.265、0.284、0.308、0.337，數值不斷增大，表明地區創新能力和經濟質量協調度的差距具有不斷擴大的趨勢。濟南和青島的協調度水平持續穩定增長，而處于中度和輕度失調狀態且位于外圍的菏澤、德州、聊城、臨沂、日照等地區的協調水平不斷下降。

4 影響因素分析

4.1 模型構建

當前，關于地區創新能力與經濟質量協調發展影響因素的研究尚不多見，缺乏有效地理論借鑒和參考。因此，本文首先對創新能力和經濟發展質量各要素層進行回歸分析，對影響因素進行初選，進而構建創新能力與經濟質量協調發展影響因素的空間計量模型，以避免指標冗余可能帶來的統計學意義缺失和無效估計的問題。

以創能能力和經濟質量評價指標體系中的每個要素為因變量，各要素層下的觀測指標為自變量，構建多元線性回歸模型，采用逐步回歸方法，篩選得到的顯著性較高的指標及其含義分別為：①R＆D經費投入強度（RD）和每萬人高校教師數（UT）分別表征創新投入的經費和人才；②每萬人專利申請授權數（PQ）表征創新產出；③R＆D經費政府/企業支出比（GE）表征創新環境；④人均GDP（GDP）表征經濟水平；⑤人均利用外資額（FDI）表明經濟投入質量；⑥第三產業產值占GDP比重（TER）表征經濟結構狀況；⑦財政收入支出比（FRE）代表財政收支平衡狀況；⑧城鄉居民人均收入比（UR）表征城鄉協調情況；⑨單位產值二氧化硫排放量（SO2）表征綠色發展水平。

由于在協調度的計算過程中包含了耦合度水平，因此本文以地區創新能力與經濟質量協調度水平的常對數為因變量，對篩選指標取常對數并作為釋變量，構建創新能力與經濟質量協調發展影響因素的空間滯后模型：

式中，i為年份；j為地區；Dij為各地區協調度水平矩陣；Xij為篩選觀測指標數據矩陣；ρ為空間滯后回歸系數；W為以相鄰與否構建的空間權重矩陣；t為釋變量的數量；β為待估系數；εij為服從獨立分布的隨機擾動項。

當地區因變量受其他地區回歸擾動項影響時，則使用空間誤差模型，以期得到更為準確的估計，模型表達式為：

式中，u為誤差項；λ空間誤差回歸系數。

4.2 回歸結果分析

首先，依據空間滯后和空間誤差參數確定空間計量模型。結果顯示，LM－lag為4.435，通過了5%顯著性檢驗，R－LM－lag為3.481，達到了10%顯著性水平；LM－err和R－LM－err分別為1.432和0.478，均未通過顯著性檢驗。由此，空間計量模型上應選用空間滯后模型。其次，進行Hausman檢驗。得到的統計值為68.300，顯著性水平達到了1%，說明應選用固定效應模型進行系數估計。采用極大似然估法完成系數估計，整理數據發現，考慮空間效應時的空間滯后模型和空間誤差模型擬合水平（R2）比傳統OLS模型明顯提高，釋變量系數及t值均有所提升，且空間滯后系數（ρ）通過了顯著性檢驗，表明存在地區間的空間效應，運用空間計量模型的參數估計更為可靠。

空間滯后系數（ρ）為0.290，且顯著性水平達到1%，表明相鄰地區間的創新能力與經濟質量協調發展存在正向影響。這一方面驗證了前文分析得出的地區創新能力與經濟質量耦合協調的空間擴散特征；另一方面表明山東省人才、技術等創新資源跨地區流動較為顯著，各地區間經濟聯系較為密切。雖然山東省經濟社會發展依然表現為濟南—青島的雙核模式，但煙臺、濰坊、淄博、威海等地區經濟實力強，發展勢頭較好，地區間產業協作性較強。

創新能力層面的主要影響因素為R＆D經費投入強度、高校教師人數和專利申請授權數，3個因素對地區創新能力與經濟質量協調發展呈正向積極效應。其中，高校教師人數顯著性水平最高、影響最強，表明山東省各地區提升創新能力首先應加大人才方面的投入。其次為專利申請授權數，說明相比經濟增長，山東各地區的科技產出較少且效率不高。R＆D經費投入的顯著性正向效應與近年山東省整體上教育和科技研發經費投入不足的現實吻合。

經濟質量層面影響因素為人均利用外資水平和第三產業產值比重。其中，利用外資水平對促進地區創新能力和經濟質量協調發展表現為顯著的正向作用。外資除具有資本的屬性外，也含有技術的內涵。因此，提高外資利用水平不但保證了資本供給，而且能夠促進技術革新，提升產品的競爭力，進而提高經濟質量水平。

從表3可見，第三產業產值比重對地區創新能力與經濟質量協調發展具有負向影響。結合前文分析，其原因可能是：山東省各地區經濟質量水平普遍高于創新能力，而第三產業發展能夠提升經濟質量，因此第三產業水平的提升不利于二者數值上的協調。此外，雖然經濟規模、財政收支比和城鄉協調等因素沒有通過顯著性檢驗，但是作用方向也表現為負向影響，其影響機理與第三產業產值比重具有相似性。另外，二氧化硫排放強度對地區創新能力與經濟質量協調發展具有正向影響，結合全省傳統產業比重高、資源環境壓力大的實際情況，表明空氣污染仍是山東提升經濟質量的重要障礙性因素，限制了綠色發展的轉型。

表3 地區創新能力與經濟質量協調發展影響因素模型估計結果

5 結論與討論

本文構建了體現山東省經濟社會發展特點的地區創新能力和經濟質量評價指標體系，采用熵權評價方法、耦合協調度評價模型和空間計量模型分析了該省地區創新能力、經濟質量及其耦合協調的時空演變和影響因素，得到以下主要結論：①省域層面上，山東省創新能力和經濟質量不斷提升。創新能力的提升更多地依靠創新投入的增加，投入—產出效率仍較低；經濟質量初現協調、綠色發展的趨勢，但發展動力仍顯不足。地區層面上，地區間創新能力與經濟質量均存在較大差距且呈分化的趨勢，地區創新能力與經濟質量的強度及其演變表現出明顯的同步性和耦合性特征。大部分地區的創新能力滯后于經濟質量水平，創新能力有待提高。②山東省地區創新能力與經濟質量的耦合水平總體不高，以低度耦合為主，但耦合水平呈上升態勢。耦合度高值區主要分布于膠濟鐵路沿線，地區耦合水平在空間上呈現出擴散趨勢。地區創新能力與經濟質量的協調度以中輕度失調為主，協調發展水平較低且地區差距明顯，空間分布上呈現以濟南和青島為雙核的中心—外圍結構，膠濟和京滬鐵路線以南以西的魯南和魯西地區協調度較低。③地區創新能力與經濟質量的協調發展表現出顯著的空間相關性。空間計量模型顯示，研發經費投入、高校教師數量、專利申請數量和利用外資水平對地區創新能力與經濟質量的協調發展具有顯著的正向促進作用，而經濟水平、產業結構水平和城鄉協調對其有負向影響，這與山東省各地區創新能力低于經濟質量有關。

本文立足于山東省經濟發展實際，構建了地區創新能力和經濟質量的評價指標體系，以地級市為空間尺度證明了二者間的耦合協調關系。研究發現，耦合協調關系在省域內部存在空間異質性和分化的趨勢，經濟質量高的地區其耦合協調水平呈上升趨勢，相反，低經濟質量地區耦合協調度下降。這一特征應引起空間開發和發展戰略制定者的高度重視。長期以來，山東省經濟發展資源環境依賴性強、傳統產業比重高、地區創新能力弱、經濟發展質量不高的問題十分突出。當前，山東省正在實施新舊動能轉換重大工程，各地區應進一步堅定創新能夠推動經濟高質量發展的基本立場，以新舊功能轉換綜合試驗區建設為契機，大力培育并引進促進產業轉型發展的關鍵人才，實現關鍵技術新突破，推進創新能力和經濟質量的聯動提升。