产业集聚与知识溢出的交互作用：基于联立方程的实证检验

陶爱萍，李青钊（合肥工业大学 a.经济学院；b.工业信息研究院，安徽 合肥 230601）



产业集聚与知识溢出的交互作用：基于联立方程的实证检验

陶爱萍a，b，李青钊a，b
（合肥工业大学 a.经济学院；b.工业信息研究院，安徽 合肥 230601）

摘要：产业集聚和知识溢出是经济生活中的两种重要现象，两者是否存在互动关系？纵观现有的国内外文献，单独研究产业集聚和知识溢出的文献较多，关注两者互动关系的文献却并不多见。文章基于产业经济学和技术经济学中的相关理论，在深入剖析知识溢出促进产业集聚、产业集聚推进知识溢出以及两者互动机制的基础上，分别通过单方程模型、联立方程模型实证检验了产业集聚与知识溢出之间的单向关系和互动关系。最后根据理论分析和实证结果，提出促进产业集聚和知识溢出良性互动的对策建议，以期充分发挥产业集聚和知识溢出对区域经济发展的促进作用。

关键词：产业集聚；知识溢出；互动机制；联立方程

［DOI］10.3969/j.issn.1007-5097.2016.03.012

一、引　言

当今世界，各个经济体之间的竞争日趋激烈，产业集聚成为国家和地区综合竞争力的源泉，几乎所有富有活力的经济体都表现为产业集聚的较为发达的地区。传统观点认为，产业集聚的形成源于自然资源禀赋的差异，然而Krugman（1991）认为地区间自然资源禀赋的差异只能解释很少一部分的产业集聚现象，其余大部分无法解释的现象都可以归结于外部经济［1］。关于外部经济与集聚关系的讨论可以追溯到一百多年前Marshall的论述，在其著作《经济学原理》中，Marshall首次阐述了产业集聚现象，并总结了集聚形成的三个原因：共享的劳动力市场，专业化的中间投入产品以及知识技术的外溢［2］。

一方面，知识溢出会影响企业的定位策略，使产业内的企业倾向定位于可以从临近企业获得先进知识技术的地区，从而使得大量企业在空间上形成聚集。另一方面，各企业为了寻求新的知识聚集在一起，它们通常会应用最新的技术，同时通过技术扩散的方式创建起当地的创新网络，这个过程可以更加迅速地促使技术进步，再次吸引更多企业来到这个地方，最终使得该地区的集聚规模不断扩大。因此，知识溢出和产业集聚之间的关系并非是单向的，两者之间存在着累积因果循环关系［3］。

虽然知识溢出的存在性及其对于产业集聚的推动作用毋庸置疑，但由于知识溢出本身的抽象性、难以准确测度和难以模型化等特性，在传统的产业集聚研究中，知识溢出常常是以外生变量的形式含蓄地包含在模型中，有的研究甚至忽略其影响。传统经验研究习惯将产业集聚和知识溢出分开进行研究，很少将两者进行综合考虑，忽略了两者之间的内生关系，导致在模型的估计中产生了较大的偏差。毫无疑问，如果产业集聚与知识溢出相关关系没有得到适当的评估，任何旨在通过两者的交互影响以促进地区经济发展的政策都将可能会失效（Jun，2005a）［4］。

梁琦（2007）认为当前有关技术外溢与集聚的研究至少存在两个方面的不足：理论上，缺少一个一般均衡框架以解决集聚与技术外溢之间的内生互动；关于集聚与技术外溢互动关系的经验研究也不多见［5］。本文试图在一个联立的框架中来探究产业集聚与知识溢出效应之间的互动关系，并通过实证检验来明确两者之间的这种关系，尝试去探寻集聚的内在动力，使得集聚和知识溢出之间的重要关系得到适当的评估。最终的目的是利用所得出的结论提出相关的对策建议；同时也希望通过本文的研究能对促进产业集聚，推动产业升级以及改善产业结构有着一定的现实作用。

二、产业集聚与知识溢出的交互作用分析

（一）知识溢出驱动产业集聚

基于知识的两种不同形态，知识溢出可以划分为显性知识溢出和隐性知识溢出，这两种知识的溢出和扩散的程度与速度是不尽相同的。显性知识是可以用书面的形式或者以具体的科学表达方法编码化的知识，它易于被整理、存储和交流，能够通过直接或间接的方式在大的空间范围内传播。由于编码化所使用的语言和符号是公共的、社会的，每一个人都能够理解，因此，通过知识的溢出，显性知识最终将成为公共知识。而隐性知识则难以用一个具体的实物作为载体，没有具体的科学语言能够表述，难以编码和存储。其根植于具体个人或组织的实践中，具有私有性质，领悟和实践、面对面的模仿和互动学习是获取隐性知识的主要途径，所以在隐性知识交流与溢出的过程中存在着很大的阻力。隐性知识占据整个知识的绝大部分，而显性知识只是冰山一角［6］。对于企业来说，相较于显性知识，企业更青睐具有较强非公共性质的隐性知识，以保证自身知识技术的异质性与产品的差异性，对企业的竞争力发展更有价值。

知识溢出是具有区域局限性的，特别是对于隐性知识来说，在一定的时间内，知识只会在有限的空间内传播。Jaffe等（1993）利用专利引用的地理位置来研究知识的溢出，他们发现美国的专利引用更多的是来自美国本土而不是其他国家［7］。梁琦（2004）利用OECD的经验证据证明技术的扩散和R&D的溢出具有很强的空间局限性，外国R&D对本国生产力的影响效果随着输出国与输入国的地理距离的增大而衰减［8］。尹宗成和陈玉淮（2013）发现邻省的研发投入对本地区的经济增长存在显著的溢出效应。Singh和Marx以1975-2009年美国专利数据为基础，发现国境与省界对知识扩散的约束效应明显强于以城市边界为表现形式的地理邻近性［9］。

正是由于知识溢出的局限性，知识的溢出、获取和使用所需要花费的成本随着溢出的距离增加而增加，那么知识交流与传播的难度也会因空间距离的长短而增减。而且在知识溢出过程中难免会发生扭曲与失真现象，溢出的路径越长，知识的扭曲与失真现象越多。知识源就像一个强大的磁场，越靠近知识源磁力越强、知识溢出的效应越大、对相关企业的吸引力越大，企业会极力靠近知识源，以便获得更大的知识溢出。因此，由于知识的溢出效应，吸引相关产业的企业不断地向知识源和知识的波及区域集中，分布在知识源的附近或知识的波及圈中，从而驱动产业集聚的形成。同时在集聚中，各创新主体可以和供应商、竞争对手及客户直接联系，通过不断地交流与合作，更容易使得知识转化为应用的技术，负担的成本较少；而远距离的交流则使得企业相互接触的成本很大。知识溢出效应随着地理范围的扩大而减弱，产业中的企业通过聚集来共享彼此之间知识交流的好处，创新也往往发生在地理上集中的产业中。

（二）产业集聚强化知识溢出

产业集聚中，聚集在一起的企业往往是有关联性的，主要表现为创新主体即知识源与供应商、承销商、代理商以及其他中介机构之间的合作和联系。对关联性企业来说，由于地理位置上的临近，企业可以很快学习消化知识源研发出的新技术，在边干边学过程中提高生产效率、降低生产成本；通过模仿和技术改进，能够快速生产出新产品投入市场而获得高额利润。对于技术创新企业来说，在产业集聚内，有更多的关联企业为其提供相关配套服务或中间产品投入，得到更多上、下游企业的创新支持。由于产业集聚中企业之间关联性较强，通过相互之间正式和非正式的交流，知识溢出的前后关联作用以及知识溢出的深度得到了强化。

知识溢出在产业集聚区内更容易发生，集聚区外的产业将难以获得知识的溢出。产业集聚的优势就在于其拥有更多、更加强大的知识源，集聚企业有比独立企业拥有更好的知识溢出环境与渠道。同时产业集聚能使原本分散的知识集中在某个区域进行交流与互动，原本可能没有被充分利用的一部分知识得以更好地在集聚内部发生作用，即知识溢出的内部化。产业集聚会提高溢出知识的经济效应，有利于溢出知识得到更好的利用。Wallsten（2001）利用公司水平上的数据库，通过知识溢出与公司集聚的实证分析结果，认为公司越是紧密相连，其知识溢出的效果越好［10］。

三、模型设定与变量说明

关于产业集聚与知识溢出互动关系的经验研究甚是缺乏，再加上知识溢出的抽象性、难以准确测度和难以模型化等特殊性，以往大多数经验研究是将集聚与知识溢出分开研究。对于两者的关系常利用单方程OLS模型进行估计，这样忽视了两者之间的内生关系，使得估计结果存在缺陷。有的理论或者实证研究中，知识溢出往往被当作“黑箱”进行简化处理，甚至在模型中被视为外生变量。本文采用Jun （2005a）使用的联立方程模型对集聚与知识溢出的内生关系进行3SLS估计。这种方法的优点就是克服了传统单方程模型所存在估计缺陷，提高了模型的估计精度。

（一）产业集聚方程

考虑到Marshall提到的影响产业集聚的三要素：即知识技术的外溢、共享的劳动力市场的存在以及共享的中间产品的投入；再加上比较优势理论中关于资源禀赋促进产业集聚的论述，设定产业集聚方程如下：

式（1）中i和j分别代表的是产业i以及地区j；α0为常数项；IAij代表产业集聚程度；KSij衡量知识溢出；LPij代表共享的劳动力市场；INPij代表的是中间投入产品；NGj则代表某个地区的自然资源禀赋；μij为随机干扰项。各变量衡量指标如下：

KSij：知识溢出区域局限性的存在，使得追求先进知识技术的企业有着强烈的靠近彼此的倾向，知识溢出对于产业集聚有着明显的驱动作用。然而由于知识溢出的抽象性和难以把握的特性，测度地区知识溢出是一个艰难的任务。在实证研究中，一般仅用专利存量作为知识溢出的代理变量，但其并不能很好地表达知识溢出的传播机制［11］。而Jun（2005b）归纳了四种测度知识溢出的方法：技术流量法、成本函数法、生产函数法以及文献追踪法［12］。

本文使用技术流量法来衡量地区某产业的知识溢出，计算方法如下：

式（2）中KSij代表地区j中产业i的知识溢出程度；Wik表示的是产业i的R&D投入中用于产业k的数量；OPkj代表地区j中产业k的产值；OPcn代表的是全国各产业总产值；wik表示的是产业i的R&D的直接投入中用于产业k的比例。wik的计算是采用潘文卿等（2011）所使用的方法，其表示的是通过投入产出表直接消耗系数计算出来的产业相似程度，若两个产业的相似程度越高，可以认为二者之间更容易产生知识的溢出［13］。知识溢出是产业集聚产生与发展的根本动力，所以某地区知识溢出对其产业集聚的影响应该是正向的。为了消除或减轻数据的异方差性，对于知识溢出KSij的值取自然对数。

LPij：在Marshall的区位选择理论中，特别强调了劳动力市场对于产业集聚的促进作用。共享的劳动力市场不仅有利于企业减少搜寻成本，而且有助于劳动者获得更好的工作机会和更高的报酬。本文借鉴胡健（2011）计算产业劳动力集聚度的方法来计算共享劳动力市场的强度［14］：

式（3）中Lij代表地区j中产业i的从业人数；Li代表的是产业i从业总人数。

INPij：中间投入产品市场为生产企业提供原料及其他投入品；中间投入产品的集中程度关系到生产企业中间投入的可得性和获取的便利性，以及最终产品的生产效率，从而对产业集聚的形成产生助推作用，所以预计该变量的回归系数应为正值。本文采用Jun（2005a）使用的方法来计算中间投入产品市场的集中强度，方法如下：

式（4）中INPij表示的是地区j内产业i中间投入产品的集中度；ωki表示的是产业k对产业i的投入产出直接消耗系数；而lqkj则表示的是区域j中产业i的关联产业k的Hoover区位熵，其衡量输入行业的存在强度［15］：

OPj表示的是地区j中制产业总产值，OPk表示的是产业k总产值。

NGj：任何一个地区都拥有自身独特的地理环境、资源禀赋，如我国西部地区油气资源丰富，使得我国大部分石油和天然气开采企业都在此地扎堆，又如我国云南省烟草制造业的集聚，是因为云南气候适合烟草作物的生长，烟草加工企业为了节省成本而纷纷来此扎根，这些都证明了自然资源作为产业在一个地理区域上集聚的理由。方程中NGj代表的是地区j的自然资源禀赋，本文采用某地区采掘业产值占地区总产值的比例来衡量该地区的自然资源禀赋。

（二）知识溢出方程

利用联立方程模型来探究集聚与溢出的互动关系，还需要建立一个知识溢出方程。在以往研究知识溢出的文献中，关于地区知识溢出存在的原因有两种争论。一个争论在于究竟是地区产业专业化还是地区产业多样性更有利于知识溢出。以Marshall （1890），Arrow（1962）和Romer（1986）为代表的学者认为地区产业专业化可以增进知识溢出的的程度（即MAR外部性），换句话说就是地区更具专业化的产业结构倾向于产生更多的外部性［16-17］。而Jacobs （1969）认为重要的知识转移和传播存在于产业更具多样化的地区（即Jacobs外部性）。他们认为一个地区产业的多样化为知识和创新的产生提供了温床，促进了知识溢出的产生［18］。另一个关于促进知识溢出的因素争论在于，究竟是垄断还是竞争更有利于知识的溢出。竞争对于创新和知识溢出的影响可以追溯到Schumpeter（1942），他认为成功的创新需要相当的资源和回报，在完全竞争市场中，由于知识溢出的存在，直接模仿一个新的创新的可能性会阻碍地区内的创新活动［19］。因此，在Schumpeter看来，在不完全竞争市场中的大型垄断企业对创新的推动作用更大。也就是说，他认为垄断的市场结构对知识溢出更有推动作用。而Jacobs（1969）和Porter（1990）则认为地区竞争水平越高，越能刺激知识技术的模仿和传播，从而促进该地区的知识溢出和创新活动（即Porter外部性）［20］。根据Marshall与Jacobs等人的思想，设定的知识溢出方程如下：

其（6）中SPij表示的是地区j中产业i的专业化程度；DVj表示的是地区j的产业多样性程度；CPij表示的是地区产业竞争水平；νij表示的是随机干扰项。

IAij：产业集聚对知识溢出存在着强化作用，故预计其回归系数为正。本文采用地区j中产业i的产值占全国产业i总产值的比来衡量该地区产业集聚程度：

SPij：本文采用区位熵指数来计算各地区的产业专业化水平，以此来衡量MAR外部性对知识溢出的作用。若指数回归系数为正，则说明地区产业专业化程度越高，对知识溢出的促进作用越强；反之，则认为专业化阻碍了知识溢出。

DVj：根据Krugman（1991）多样性指数来计算地区j的多样性程度，用来衡量Jacobs外部性［1］，若地区多样性对知识溢出促进作用更为明显，回归参数符号应该为正：

自古以来官修史书所形成的史传“树型楷范”，以教化民众的传统，这一意识在清代的方志编纂实践和理论中，得到了前所未有的加强，这便是章学诚在《文史通义·答甄秀才论修志第一书》所说的：“史志之书，有裨风教，原因传述，忠孝节义，凛凛冽冽，有声有色，使百世而下，怯者勇生，贪者廉立。……况天地间，大节大义，纲常赖以扶持，世教赖以撑柱者乎！”［1］821因而，旧时的史书、方志在人物传记的写作和编纂处理中，多采用以类相从的体例。一部史书或方志，以道德评判为主要依据，将传主分别归入《名宦传》《名贤传》《儒林传》《文苑传》《孝友传》《忠义传》《隐逸传》《耆德传》《方技传》《列女传》。

CPij：对乔彬（2008）提出的衡量地区竞争力的指标进行修改，得出衡量Porter外部性的方法如下［21］：

式（9）中NUMij和NUMi分别表示地区j和全国内产业i的企业个数；每个从业人员拥有更多的企业意味着更大的竞争程度。当CP>1时，地区j中产业i相对于平均水平具有更大的竞争性。若地区j存在着Porter外部性，则回归系数应为正。

（三）联立方程

本文主要目的是讨论并检验产业集聚与知识溢出之间的相关关系，因此为了避免单方程模型的不足，我们再建立一个联立方程模型，以此来评价集聚与溢出两者之间的互动关系，模型如下：

由上式可以得出联立方程的如下结构式：

在估计联立方程之前，应该先对其进行识别，联立模型的结构参数矩阵为：

分别对联立模型中的两个结构方程进行识别，对于这两个方程，有：

四、实证检验与分析

（一）数据描述性分析

在数据可获得性和有效性的前提下，本文选取2002-2013年中国30个省级行政区域（除港澳台和西藏）20个制造业的相关数据。数据来源于各年《中国工业经济统计年鉴》（2013年更名《中国工业统计年鉴》）、《中国统计年鉴》、《中国科技统计年鉴》和《2002-2010年投入产出表》。变量的基本统计量见表1所列，各变量之间的相关系数见表2所列。

表1　数据描述性统计

表2　各变量相关系数

（二）实证分析与结果

为了更清楚地通过模型说明产业集聚与知识溢出之间的相互促进作用，本文首先分别对产业集聚和知识溢出进行单方程OLS分析，检验两者之间单方面的影响；然后用两个方程构建联立方程模型，通过3SLS方法，检验产业集聚与知识溢出内生互动关系。另外由于是采用面板数据进行实证分析，本文首先分别使用混合回归方法、固定效应方法以及随机效应方法进行估计，并通过F检验和Hausman检验来确定模型的设定形式。估计结果见表3所列。

表3　估计结果

从固定效应检验（F检验）以及Hausman检验的结果来看，单方程OLS应使用固定效应模型进行估计。从单方程OLS回归结果来看：在产业集聚方程中，知识溢出和劳动力对产业集聚的影响是正向的，且至少在1%的显著性水平上显著，这表明当某地区存在知识溢出与共享的劳动力市场时，制造业更容易发生集聚。而地区中间投入品与地区自然资源禀赋对产业集聚的影响并不显著。在知识溢出方程中，产业集聚和地区产业多样性对知识溢出有较为显著的正向影响，两者分别在5%和1%的显著性水平上显著；同时地区专业化程度对知识溢出有着显著的负向影响，而地区竞争水平对知识溢出的影响并不显著。

从联立方程模型的3SLS的回归结果来看，知识溢出对产业集聚仍然有着显著的正向影响，且影响系数从0.001上升到0.008；同时产业集聚对知识溢出在1%的显著性水平上也有着正向促进作用，其影响系数从10.59上升至36.41。根据结果，我们可以认为，对于我国各省区制造业来说，知识溢出与产业集聚之间确实存在着自强化效应，两者相互促进。

产业集聚方程中，劳动力对产业集聚的影响依然显著为正，不过其影响系数从0.406减少至0.257，说明共享劳动力对产业集聚的解释力有所下降。在单方程OLS估计中，中间投入品的回归系数并不显著；而在联立方程模型中，中间投入品对产业集聚有着显著的促进作用，说明联立方程模型能在一定程度上弥补单方程模型的估计缺陷，能够较为准确地估计变量系数。无论是OLS估计还是3SLS估计，自然资源禀赋对于产业集聚的影响都是不显著的；这说明在科技高度发展的今天，自然资源对某一地区产业布局的影响似乎不大，某一地区高度发展的集聚经济并不一定是以自然资源为导向的，比如说我国长三角、珠三角等地区，恰恰是自然资源比较稀缺的地方。

知识溢出方程中，地区专业化对知识溢出有着显著的反向影响，而地区多样化对知识溢出有着正向影响。说明对我国制造业来说，Jacobs外部性显著存在，地区的产业多样化为知识技术的创新创造了良好的条件，促进知识的溢出；而地区专业化即MAR外部性在一定程度上阻碍了知识的溢出；同时地区竞争水平对于知识溢出的影响仍然不显著，说明Por⁃ter外部性可能并不存在。

综合单方程模型以及联立方程模型的估计结果可以看出，单方程OLS估计虽然可以产生较高的拟合优度，但有些理论上的系数在统计中并不显著，与期望不符。而联立方程的3SLS将产业集聚与知识溢出同时估计，结果更接近理论预期，表明两者之间存在内生互动关系的合理性。

五、结论与启示

通过上述理论分析和实证检验，我们发现相对于单方程的OLS估计来说，联立方程的3SLS估计结果更加接近相关理论的讨论。这说明知识溢出与产业集聚应当在一个统一的框架中得到恰当的评估，避免可能存在的内生性的问题，从而令相关政策制定摒弃偏见。实证检验的估计结果与之前的理论基本上相符合。知识溢出、共享劳动力市场以及中间投入产品对集聚有着显著的促进作用，一定程度上支持了Marshall的集聚理论。而对于知识溢出来说，产业集聚依然扮演着重要的正面角色，实证结果亦说明在中国制造业中，存在着Jacobs外部性，地区产业的多样性对知识溢出的影响显著为正。

鉴于产业集聚与知识溢出之间的互动关系，得到以下启示：

（1）在产业集聚发展较为成熟的地区，应当注重发展多样化的差异性产业集聚，引进及培育关联性大、带动力强的产业，引导它们与知识创新主体进行深入合作，促进知识溢出、提高集聚功能与层次。

（2）在产业集聚尚未形成或者发展不成熟的地区，可以通过激励性策略如补贴、利润共享等推动知识源的创新活动。通过行业规制策略建立各企业之间的信任合作关系，保障各种交流与联系的渠道畅通无阻，形成有序竞争与开放学习的机制，构建产业知识交流网络。利用知识溢出推动产业集聚的形成与发展。

（3）一个地区产业集聚水平的提高能够有效促进相邻地区产业集聚的发展。因此，对于产业集聚发展尚不成熟的地区，应该积极与相邻地区沟通与协调，推动人才、资本、信息等要素自由流动，利用知识溢出效应，达到区域间产业集聚协同发展。

（4）产业生命周期的缩短、产品更新换代频率的加快，决定了产业的发展离不开知识的溢出，而在产业集聚发展中，知识溢出效应也得到了强化，所以应当注重两者间的良性互动关系，提高集聚地区整体的发展水平。

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［责任编辑：程靖］

中图分类号：F263

文献标志码：A

文章编号：1007-5097（2016）03-0077-06

收稿日期：2015-05-03

基金项目：国家社会科学基金项目（11BJY027）

作者简介：陶爱萍（1970-），女，安徽枞阳人，教授，经济学博士，研究方向：产业组织，产业规制，技术标准，技术创新；李青钊（1992-），男，湖南辰溪人，硕士研究生，研究方向：产业组织与企业发展。

Interaction of Industrial Agglomeration and Knowledge Spillovers：An Empirical Test Based on Simultaneous Equation

TAO Ai-pinga，b，LI Qing-zhaoa，b
（a.School of Economics；b.Institute of Industrial Information，Hefei University of Technology，Hefei 230601，China）

Abstract：Industrial agglomeration and knowledge spillovers are two important phenomena in the economic filed.Is there any interactive relationship between them？According to the existing domestic and foreign literatures，there are many literatures about either industrial agglomeration or knowledge spillovers，but few literatures about the interactive relationship between them.This paper is based on the related theories of industrial economics and technical economics.The paper，by deeply ana⁃lyzing knowledge spillovers to promote industrial agglomeration and industrial agglomeration to promote knowledge spillovers as well as the interaction mechanism between them，empirically tests unidirectional relationship and interaction relationship between industrial agglomeration and knowledge spillovers by using single equation model and simultaneous equation model respectively.Finally，the paper，on the basis of theoretical analysis and empirical results，proposes countermeasures and sug⁃gestions to promote the positive interaction between industrial agglomeration and knowledge spillovers in order to give full play to the role of industrial agglomeration and knowledge spillovers in improvingregional economic development。

Keywords：industrial agglomeration；knowledge spillovers；interaction mechanism；simultaneous equation