城市规模、人力资本与中国城市创新能力

高翔

摘 要：从最大化创新能力的角度来探讨中国城市的最优规模，尝试用1997-2010年中国地级及以上城市面板数据，以发明专利授权量作为城市创新能力的代理变量，以实证检验城市规模、人力资本对中国城市创新能力的影响。结果表明城市规模和人力资本对城市创新能力提升具有贡献作用；并且，城市规模的扩大可以强化人力资本的作用，产生知识溢出效应，同时人力资本的提升也会使城市规模增大带来的聚集经济效应更明显，二者具有相互加强互为依托的关系。但城市聚集程度的另一个度量指标就业人口密度对人均创新产出没有明显影响。

关键词：城市规模；人力资本；创新

中图分类号：F061.5 文献标识码：A 文章编号：0257-5833（2015） 03-0049-10

一、引 言

城市化作为经济发展的一个重要伴生现象，无论在我国学术界还是在经济政策讨论一直都是一个热点问题。然而，中国应该走一条什么样的城市化道路，应该优先发展大城市还是促进小城镇发展这些问题始终没有在学术界形成共识。本文试图回答的问题是城市化产生的聚集经济和人力资本外部性是否能对中国城市的人均创新成果产生重要贡献。城市经济学理论在解释城市的作用时指出近距离（即人口在地理空间上的集聚）可以发挥聚集经济和人力资本外部性的优势从而促进创新。一些实证分析利用许多国家不同时期的数据都发现一个国家的创新产出大部分集巾在城市中，特别是主要的大城市中。如果城市化能够显著增加中国各城市的人均创新产出，那么也就意味着能够为提升整个国家的创新能力起到重要作用。

本文研究发现城市规模增大产生的聚集经济，人力资本自身及其通过城市规模扩大产生的外部性，都能够显著地提高人均创新产出。因此从提高创新能力看中国现有城市规模仍然偏小，这与之前研究者从最大化人均产业增加值和经济增长角度得到的结论是一致的，也为户籍制度限制人口流动产生的效率损失提供了一个新证据，本文的可能创新之处有3点：（1）以在城市水平研究聚集经济和人力资本外部性对创新能力的作用，区别之前的文献主要是在省和更大区域水平上的研究；（2）从最大化创新能力而不是短期经济效率角度探讨最优城市规模；（3）将城市就业人口密度纳入了分析范围。

二、文献综述

Marshall研究发现城市中更多的企业、劳动力及其密度能够提升生产效率和促进知识的传播，促进创新和产业增长。Duranton and Puga系统归纳了解释聚集经济发生机制的微观理论模型。Koopmans和Mills解释了企业聚集在一起可以共享大的不可分投入品；Becker and Murphy和Duranton认为人们聚集在城市中可以促进分工并且共享分工和专业化带来的高效率；另外一些理论模型解释了聚集如何增加企业与工人匹配的可能性和匹配质量。虽然这些理论模型主要针对的是企业和劳动力，但这些理论的思想和逻辑可以直接引申到创新发明活动中。从事发明创造需要购买或租赁试验器材、资料，需要寻找合作伙伴进行分工合作和信息交流，申请和交易专利需要相关法律和咨询服务，所有这一切在从业人数众多、服务业发达的大中城市都更容易实现而在小城市和农村却难以完成，另外Ciccone ancl Hall认为城市就业人口密度增加时既可以带来拥挤效应，义可以产生聚集效应促进生产的规模报酬递增，因此密度增加的净效应取决于边际拥挤效应和边际聚集效应哪个占优势。

在国内研究中，梁琦、钱学锋对城市和空间经济学中关于聚集经济的重要理论和实证文献进行了系统地梳理和总结，并且认为当前研究更加关注聚集产生的金融外部性（ PecuniaryExternalities）而相对忽视了由知识外部性和信息溢出产生的技术外部性。范剑勇、李方文综述了对中国制造业空间聚集的研究成果，学者们普遍认可货币外部性⑩对经济效率和经济增长的显著正向作用，但对技术外部性的作用未能达成共识。

另外在创新研究方面，早在20世纪90年代初我同学术界就已经关注提升自主创新能力和转变经济增长方式的问题，国内关于创新能力的研究主要关注了研发支出的效率和地区差别；外商直接投资对我国自主创新能力的影响；企业的创新能力、动机和市场力量对创新的影响等方面。这些研究的基本结论是我国不同地区的研发能力和研发资本的效率存在巨大差别；外商直接投资对我国企业创新能力和生产率的正向溢出效应有限；我国企业重在外国和应用领域创新，缺乏核心技术创新，企业创新能力提升受限于缺乏政府有力支持和高素质创新人才。

使用省级产业水平的数据，彭向、蒋传海研究了区域内知识溢出和企业竞争对地区产业创新的影响，发现知识溢出对产业创新具有促进作用。这些研究成果检验和解释了人力资本、聚集经济以及知识溢出对我国省级地区创新和产业增长的影响，但是没有将分析重点放在城市水平上，没有强调城市在国家整体创新能力中的作用。城市特别是主要大城市的创新能力体现了整个国家的创新能力，城市才是创新研究中最需要关注的单位，基于城市水平数据的研究结果更有利于制订提升自主创新能力的城市和区域发展政策。

三、模型设定

为了在城市水平上分析城市聚集程度和人力资本对城市创新能力的影响以及这些效应之间的关系，我们使用的基本计量模型是：变化，如果它们与城市规模和平均人力资本水平这些核心解释变量相关，仍会使估计结果产生偏误。为了进一步解决内生性问题并且观察系数估计值的一致性和稳健性，我们还使用了动态面板数据模型，即在自变量中加入因变量的滞后期（本文经检验后使用的是滞后一期）。为了克服滞后因变量与随机干扰项相关带来的估计偏误问题，我们采用了常用的GMM估计法。我们在分析结果部分同时报告OLS、城市固定效应和动态面板数据GMM估计的结果，以便比较各估计值和观察它们的稳健性。由于基本分析中不能完全解决核心解释变量的内生性问题，并且本文使用的人力资本的度量指标不是非常准确，稳健性分析中使用1990年横截面人口普查数据分析了城市规模和平均人力资本水平对人均创新成果增长率的影响。两方面的分析结果进行比较可以进一步检验分析结论的可信性。

四、数据分析

本文使用的专利数据来自于中国专利信息网按地址检索的结果，其他变量来自历年《中国城市统计年鉴》，另外稳健性分析部分使用的1990年人口普查数据来自中国国家统计局和美国明尼苏达大学人口研究中心IPUM数据系列。本文的研究对象是中国地级及以上城市，如未加特别说明，变量的统计口径是各市的市辖区.不包括下辖的县城和农村地区。

使用专利数量作为衡量创新成果的指标是创新研究中的常用方法之一，Griliches系统总结了使用专利来研究创新和其他相关问题的文献。依照创新水平从高到低的顺序，中国专利分为发明专利、实用新型专利和外观设计专利，并且每年每种专利都有申请量和授权量两个指标。在基本分析中，本文使用的是创新水平最高的发明专利授权量作为创新能力的衡量标准。在时间方面，考虑到创新发明的时间（假定为1年）和申请受理的时间（一般为1-2年），本文回归方程中控制变量均为滞后3期的数据。

本文将第二、三产业单位从业人数与个体及私营从业人数相加得到总就业人数，用来衡量城市的经济规模。而就业密度是就业人数与建成区面积之比。另外使用每万人在校大学生数来间接度量一个城市的人力资本水平。为了验证这种做法的可靠性以及检验可能的估计偏误，本文利用1990年人口普查数据计算了每个城市拥有大专以上文凭人员占总人口的比例来度量每个城市的人均人力资本水平并进行了稳健性分析，其结果与使用每万人在校大学生数的基本分析是一致的。

在其他控制变量中我们采用地方财政中的科学支出来反映一个城市的研发投入状况。电信业务量和互联网用户数反映了城市的现代通信技术发展状况。外商直接投资有可能对本土企业技术创新产生溢出效应，我们用外资和港澳台资企业工业总产值来反映这种溢出作用。城市文化娱乐生活设施和其他优越性（urban amenities）可以吸引更多的优秀人才或者直接促进创新，我们采用人均道路面积，绿地面积作为其代理变量。不同行业的人均创新产出有显著差别，各地区的主导产业也不同，但总体而言制造业仍是中国最重要、就业人数最多的行业，同时也是产生专利的重要行业。所以制造业从业人员占全部从业人员的比例可以部分控制城市产业结构不同对创新发明的影响。

需要说明的是，本文所使用的自变量不是全部都包含1994-2007年的观测值，部分控制变量是后续年份才陆续开始统计的，但所有变量的数据都包含了2001-2007年时间段。另外我国于2000年对《中华人民共和国专利法》进行了第二次修订，2001年加入WTO，这些事件都有可能对专利发明产生重要影响。基于以上原因，除了使用1997-2010年总样本外，我们还用2004-2010年子样本进行了相应的分析，以比较结果的变化和稳健性，各变量的描述统计结果见表l。

五、分析结果

（一）城市创新中的聚集经济效应

在理论上城市就业人数及其密度的增加可以共享大型公共设施，有利于劳动力市场工人和职位之间的匹配，促进“隐性”知识的传播和交流。但是过高的人口密度会使拥挤和其他负面效应凸显，不利于经济发展和创新发明。表2报告了基本模型回归结果，OLS回归结果中就业人口数对专利密度（每万人发明专利授权量）有显著的正向影响，并且就业人口的二次项也显著为正，说明在更大的城市，这种正面作用更明显。在控制变量中，每个城市的人均科学支出对人均创新产出有显著的促进作用，人均科学支出每增加10%可以提升人均创新产出0.3% -1%，而人均教育支出与人均创新产出之间的关系相对更小，只在GMM估计结果中存在显著的正相关关系.另外人均图书馆藏量增加10%可以使人均创新产出增加0.5%-0. 8%，这种正向关系也是符合预期的结果。2001年及之后的《中国城市统计年鉴》统计了更多指标，从而允许我们加入更多控制变量更好地解决遗漏变量问题，表2第四到第六列的结果显示制造业比重与人均创新产出的关系在不同模型中存在显著差异，可能的原因是不同行业之间创新能力的差异与城市规模没有必然关系。港澳台企业能够明显提高所在城市的创新能力，而外资企业的贡献较小。最后，我们还发现互联网、电信和道路铺装面积都对城市创新能力有一定的促进作用，人均绿地面积与城市人均创新产出不存在显著的关系。

如前文所说，因为有一些会对专利发现产生重要作用的变量因为数据的可得性没有加入到模型，OLS回归结果可能是偏误的。本文的模型没有控制个人、企业和科研院所的研发投入，也没有控制无法观测的就业人口内在能力的大小。一般而言，在大型城市特别是省会和直辖市，人均研发支出会比中小城市多、另一方面，对于学历和其他可观测能力相似的人，内在能力更强的人更会选择在大城市中工作生活寻求更好的发展机会。这些因素都会导致就业人口规模和随机十扰项正相关，从而使其系数估计值向上偏误，而面板数据固定效应和动态面板数据方法可以很好的解决或至少大大减少这种偏误问题。

与理论预期相一致，面板数据模型中就业人口二次项的系数估计值不再显著，说明就业人数所产生的正面聚集经济效应不存在递增的作用，而是在不同规模城市间都是线性的 就业人数增加10%，每万人发明专利授权量增加4.35%-14.11%，2004-2010年子样本中加入了更多的控制变量，就业人数的系数估计值有所下降，但依然是基本为正的。

除了就业人口规模，衡量城市聚集程度的另一个常用指标是就业人口密度，本文发现在中国城市中就业人口密度与每万人发明专利授权量基本上呈现出一个线性的关系。在1997-2010年样本巾就业人口密度的系数估计值是显著为负的，每平方公里就业人数增加1000人会使每万人发明专利授权量减少2.74%-3.17%。但是在2004-2010年样本中就业人门密度不再具有负面影响。在我们的数据中，1994-2000年所有地级及以上城市就业人口密度平均值是每平方公里7776人，而2001-2007年这个数值降为3992人。从促进创新发明角度看，现有中国城市人口密度总体处于较合适的水平，这一结果在不同估计方法下都是稳健和一致的。

（二）人力资本与城市创新能力

人力资本包括劳动力拥有的各种知识和技能，对创新发明具有重要的贡献作用，在理论上人均人力资本高的城市创新能力越强，人均创新成果越多。如前文所述，由于数据的可得性问题，在地级以上城市水平上我们使用每万人在校大学生数来测度一个城市的人力资本水平。本文的分析结果支持了人力资本促进创新发明的理论预期，从表2的OLS和GMM估计结果中可以看出每万人在校大学生数增加10%，每万人发明专利授权量增加2.24% -3.24%。但是在两个样本的固定效应模型结果中，人力资本的作用并不明显。对此我们认为，首先每万人在校大学生这个变量对人均创新至少不会有负面影响。另外为了验证正向结果的可靠性并且解决人力资本度量不准确的问题，后文的稳健性分析中我们使用1990年人口普查数据做相应的分析，其中使用拥有大专及以上文凭人员占总人口的比例这个变量来更准确的度量人力资本水平，结果显示人力资本对1990-2010年专利增长率具有明显的促进作用。

（三）聚集经济和人力资本的相互作用

为了检验人力资本外部性的发生途经，本文在基本模型基础上又加入了就业人口数和就业人口密度与每万人在校大学生数的交互项来观察聚集经济和人力资本的相互作用，结果表3和表4中报告，表3是1997-2010年总样本的结果而表4是2004-2010年子样本回归结果。首先从两个表的前三列我们可以发现在加入交互项后就业人口数和每万人在校大学生数的系数估计值都明显减少，并且除了1997 -2010年GMM估计结果中就业人数的系数估计值外，这两个变量的其他系数估计值都不显著或者显著为负。这些稳健的结果说明聚集经济和人力资本对创新能力的贡献作用是互为依托的，每个因素发挥作用都要以另一个因素为条件，缺一不可。如果城市的规模太小，即使拥有很高的人均人力资本水平也不能很好的发挥作用促进发明创新；另一方面如果不重视人力资本水平的提高而单纯在人口数量上扩大城市规模也不能产生良好的聚集经济效应。但在就业人口密度方面，两个表的后三列结果显示所有估计模型中都没有显示出就业人口密度与人力资本之间有明显的关系。这表明在我国城市中人力资本的外部性主要体现在更大的地理范围上，而不局限于近距离范围内。

（四）稳健性分析

为了进一步验证结果的稳健性以及解决人力资本度量不准确的问题，我们还使用1990年人口普查数据做了进一步的分析。普查数据包含常住人口数据和每个人的教育程度，从而允许我们更准确的测度每个城市的人口规模和人均人力资本水平，按照文献中常用的方法之一，我们使用拥有大专及以上文凭的人员占总人口的比例这个变量来度量每个城市的人均人力资本水平在这部分的分析中我们使用1990-2010年20年间各城市发明专利授权量的增长率作为因变量，主要自变量是1990年发明专利授权量、人口数和全部人口中拥有大专以上文凭人员所占比例，它们分别代表的是1990年起始创新能力，聚集程度和人力资本水平。与经济增长文献巾发现的收敛趋势类似，1990年初始的发明专利授权量的系数估计值显著为负，说明各城市发明专利授权量的增长也显示出收敛的趋势。在聚集经济和人力资本方面，在其他条件相似的情况下1990年人口每增加10%，发明专利授权量增长率提高0.13%；而人口中拥有大专以上文凭人员比例增加1个百分点可以使发明专利增长率提高0.34个百分点。在加人人口数和大专文凭比例的交互项后，其系数估计值也显著为正.表明人力资本可以产生明显的外部性即知识溢出作用。这些结果都与前文分析结果相符合，在一定程度上再次验证了所得结果的可靠性，限于篇幅也不再详细报告这部分稳健性分析的具体结果。

六、结论和政策讨论

国内创新研究已经越来越多地注意到空间聚集效应和知识溢出对创新发明的促进作用，但现有文献缺乏对于创新发明的最重要载体——城市的分析。本文以中国地级及以上城市为分析对象，实证检验了城市规模、人口密度和人力资本对人均创新产出的影响。本文的主要结论有以下几点：

（一）城市人口规模增大产生的聚集经济效应能够显著地提高城市的创新能力，具体表现在人均发明专利授权量的增加。在大城市更容易购买到专业的器械设备，更容易找到拥有不同专长的人员共同合作，更容易获得专利申请过程中的法律和咨询服务等，所有这一切都对创新发明起到重要的促进作用。城市特别是大城市之所以能够成为创新的中心，不但是因为人口规模大，更重要的原因是人均创新产出多，创新能力强，所以创新成果集中在大中城市中。

（二）每个城市的人力资本水平对创新能力的提高也具有重要的作用。人力资本泛指人们拥有的各种知识和能力，人力资本可以通过教育、培训等各种正式或非正式的方式来获取和提升，作为一项知识密集型活动，创新发明对人力资本的依赖性很高，拥有各种专业知识和技能并且具有创新意识的人才是提升城市创新能力的基础。

（三）城市人口规模增大产生的聚集经济效应与城市人力资本之间具有互相促进的关系 聚集经济能够增强知识溢出，也即人力资本外部性，从而提升人均创新产出，同时人力资本提高也可以放大聚集经济的效应。这些发现也支持了新经济增长理论中对经济增长过程人力资本外部性的强调。

（四）就业人口密度对创新发明没有显著影响，与人力资本也没有明显的交互作用。说明从最大化创新能力角度看现有中国城市人口密度水平适中。聚集经济的来源是城市人口的增加而不是人口密度的增加，更高的人口密度产生的边际聚集效应已经被边际拥挤效应抵消。

中国各级政府不断强调提升自主创新能力推动产业结构转型使经济增长方式由粗放型转变为集约型，同时无论在理论界还是政策实践中城镇化都被提升到前所未有的高度。本文的政策启示是城镇化所产生的聚集效应可以显著提升城市的人均创新产出.对于致力于提升本地创新能力的各级政府而言，关注城镇化建设，提升城镇化率，改善城镇基础设施能够更有效地发挥聚集经济效应的作用。同时政府应平衡研发投入、教育支出和吸引人才方面的投资，以期能够更有效地提升本地人力资本水平，使得人力资本与聚集经济相结合推动自主创新能力的提升。