产业集聚对制造业自主创新的影响分析
——基于GMM动态效应模型与面板门槛效应模型
2018-03-28戴贵宝任政亮
周 兵 戴贵宝 任政亮
一、 文献综述
产业集聚是经济发展的必然结果，创新尤其是自主创新能力的提高是经济发展的不竭动力。产业集聚与自主创新的关系较为复杂，但通过对国内外学者的相关研究进行梳理，主要是从不同的产业、区域和研究视角这三个方面对二者的关系进行了研究。在不同的产业方面， Roberto & Giulio(2012)利用意大利1998-2003年的制造业企业数据实证研究证明了专业化集聚对技术创新的作用较多样化集聚更为显著。沈能、赵增耀(2014)利用我国制造业企业普查数据实证研究了集聚动态外部性对企业创新能力的影响。宣烨、宣思源(2012)利用江苏高新技术企业的数据来揭示产业集聚、自主创新对高新技术企业出口的影响，二者都具有显著的正向促进作用。杜威剑、李梦洁(2015)利用1998-2007年中国工业企业数据，对产业集聚与产品创新进行了系统论证研究，研究结果表明产业集聚对产品创新的正向效应明显。Chyi等(2012)通过对新竹高新技术产业的实证研究，认为高新技术产业集聚与技术创新具有正相关性。吕承超、商圆月(2017)通过对高技术产业集聚模式与创新产出作用机制的研究，发现高技术产业多样化集聚会在短期内对创新产出产生显著的负向效应，区域内外呈现一致性，长期看区域内外差异显著，区域内无明显溢出效应，而区域外则呈现显著的正向效应。杨浩昌、李廉水等(2016)基于我国的2005-2012年的省级面板数据，对高新技术产业集聚与技术创新的关系及区域比较进行了探讨研究，发现高新技术产业集聚对技术创新的产生和扩散具有显著的正向促进作用。
在不同的区域研究方面，Storper & Venables(2004)、Carlino & Satyajit(2007)均认为产业集聚可以通过知识技术溢出效应来显著促进区域创新的发展。杨浩昌、李廉水等(2016)认为高新技术产业集聚对技术创新的影响存在明显的区域差异，即东部地区的促进作用要优胜于中西部。刘鹏、张运峰(2017)基于我国264个地级及以上城市2008-2013年的面板数据，利用杜宾模型对产业集聚作用于城市创新的溢出效应进行了实证研究，研究结果表明，产业集聚对城市创新能够产生显著的外部性，且专业化集聚的作用更为显著。张清华、郭淑芬等(2016)利用区位商法对工业行业的产业集聚进行了测度，并利用门槛模型对产业集聚对工业行业技术创新效率的区域差异性进行了分析，发现不同地区的产业集聚对创新效率的影响效果和影响程度是不同的。程中华(2015)利用2004-2013年省级面板数据从静态与动态两个角度实证分析了产业集聚对区域创新的影响，发现创新产出具有显著的空间正相关性。向丽(2016)利用2009-2013年的省级面板数据，实证分析了区域科技创新能力与产业集聚水平的影响关系及区域差异，发现区域产业集聚水平与区域科技创新能力并不能保持同步一致性，而是存在明显滞后性，其空间分布也呈现东部优胜于中西部的特征。
在不同的研究视角方面，Birikinshaw(2000)从生命周期理论的视角对产业集聚的技术溢出进行了研究，研究结果表明，成熟产业集聚区的技术溢出具有明显的正向效应，而成长中的产业集聚区需要从长期和短期来看，短期内与成熟的产业集聚区保持一致，其技术溢出效应具有正向促进作用，而长期内则不是那么的显著。基于专业化、多样化集聚视角来看，Rosenthal et al.(2003)认为专业化集聚对技术创新具有显著的促进作用，Feldman et al.(1999)则认为多样化集聚对技术创新的作用更为显著。杜威剑、李梦洁(2015)基于行业异质性和企业异质性的视角，发现高技术行业内企业受地方化经济集聚的促进作用更为明显，而中低技术行业内企业则受城市化经济集聚的影响更为显著。李政、邱雨晨(2016)基于面板VAR模型，对金融集聚与创新创业的耦合关系进行了实证研究，发现金融集聚对二者均有积极的促进作用。
二、 计量模型、研究样本和指标数据
1.模型的设定
为了考察地区间的差异性以及其他各个变量在产业集聚作用于制造业自主创新过程中的具体影响，本文建立以下基本模型：
(1)
模型中，下标i和t分别表示第i个省份和第t年，εit是随机误差项；j表示控制变量种类,ctrl表示控制变量(R&D人员投入、外商直接投资、市场化指数、开放度、人力资本水平、金融市场发展水平、经济发展水平、实物资本水平等)，λi表示不随时间改变的个体固定效应。考虑到变量可能存在的内生性，因此本文使用动态面板模型进行实证研究，因此在模型(1)的基础上建立动态面板模型：
(2)
由于各个地区间的产业集聚水平是存在差异的，因此产业集聚对制造业自主创新的影响可能存在门槛效应。本文采用Hansen(1999)提出的面板门槛模型进行分析，根据其模型思想，将产业集聚作为门槛变量构建面板门槛模型：
模型中，γ为未知门槛值；i(·) 为指示函数,当clusit≤λ时，i=1，反之，i=0。
2.研究样本与指标数据
为了分析不同省市与地区间产业集聚与制造业自主创新的影响效应与作用机制，本文样本囊括了2005-2014年中国大陆东、中、西地区的30个省市自治区(由于西藏数据缺失较多，故剔除)。其中样本数据来源于各省市自治区的历年统计年鉴、《中国统计年鉴》、《中国科技统计年鉴》、《中国工业统计年鉴》以及中经网统计数据库。并且对于缺失的数值，本文主要利用平均法、回归预测法对其进行插补。
在核心指标的选择上，本文主要是通过参考国内外的相关文献，并对其进行筛选后，选择以下核心变量用以分析产业集聚与制造业自主创新的影响效应和作用机制：
制造业自主创新能力(innoi)：对于自主创新的指标选取，不同的学者选取的衡量指标也存在差异，但大致上还是包括创新投入与创新产出两方面，前者用研发支出来衡量，后者则用专利数量来衡量(康志勇，2011)。如王文翌、安同良(2014)则选取了R&D投入来衡量企业的创新行为；而谭蓉娟、阮娴静(2009)在对FDI与珠三角装备制造业自主创新能力的实证研究中选取了当年的专利授权来对自主创新能力进行衡量。本文通过对相关自主创新指标的比对与筛选，将R&D经费内部支出/GDP作为衡量自主创新的代理变量。
在模型中本文也选择了以下的控制变量：① R&D 人员投入指标(rdm)。创新投入不仅包括研发资金的投入还包括研发人员的投入，产业集聚通过知识技术溢出效应带来的不仅是技术的吸收还有科研人员的增加，在二者的促进下有助于自主创新能力的提高，我们用各地区R&D人员全时当量的对数来表示。② 外商直接投资指标(fdi)。FDI投入不仅对产业集聚的形成起正向促进作用，也带来了技术溢出，有利于自主创新能力的提高，我们借鉴胡援成、肖德勇(2007)对FDI指标的定义，用年度实际外商投资额的对数来表示。③ 市场化指标(mkt)。市场化程度的高低在一定程度上也关系到该地区的创新能力，市场化程度提高能够缓解要素市场价格的扭曲，提高自主创新的配置效率；市场化程度越高，企业间的竞争力也就越强，企业成本上升，企业为避免被淘汰，不得不选择提高创新能力。我们借鉴樊纲等(2011)对于市场化指数的算法，从而得到市场化指标。④ 开放度指标。根据陈劲等(2013)可知开放度会对产业集聚对自主创新的作用产生影响，其主要表现在开放度在产业集聚的环境下会影响企业对于外部知识的利用效率和吸收能力，从而影响产业集聚对于创新绩效的作用。我们用进出口总额的对数来衡量。⑤ 人力资本指标。人力资本对自主创新具有溢出效应，劳动者受教育年限与自主创新有显著的正向效应，我们用劳动者平均受教育年限来衡量。⑥ 金融市场发展水平指标(fin)。我们借鉴King，Robert和Ross Levine(1993)所采用的金融深度指标，用金融机构贷款余额占GDP的比重来表示,与其度量方法相似，本文采用各地银行的贷款余额来替代当地金融资产的价值，并以其占GDP的比重来反映当地金融市场发展水平。⑦ 经济发展水平指标(agdp)。经济发展水平的高低影响产业集聚的进程，也影响用于自主创新的研发投入。我们在本文中用人均GDP来表示。⑧ 实物资本投入指标(pci)。实物资本投入反映的是一个地区的生产能力和经营能力，我们用全社会固定投资总额与GDP的比重来表示。变量的含义及指标详细解释见表1。
3.指标数据的统计描述
我们对指标数据进行整理和汇总后，分别从平均值、最小值、最大值、标准差、方差、偏度、峰度等七个方面对数据进行了统计描述，结果如表2所示。从偏度系数来看，无论是负偏还是正偏，数据都处于合理区间；而从峰度系数来看，大多数变量数据的峰度系数都大于3，表示变量数据多数呈尖峰状分布。
三、 GMM模型的实证检验结果
为解决动态面板模型(2)中所存在的内生性问题，包括随机项与被解释变量之间的内生性、各解释变量之间的内生性，以及OLS 估计严重偏差问题，本文决定采用GMM 分析方法对动态面板模型进行估计以消除上述问题，并在回归中交替加入控制变量,结果如表3所示。
表1 变量设置及其经济含义
表2 变量的统计描述
从表3的估计结果来看，制造业自主创新的一阶滞后期前的估计系数在1%的置信水平上均显著且为正数，表明制造业自主创新的一阶滞后期对当期的制造业自主创新有着积极的正向促进作用，存在较大的“惯性”。本文中是用R&D经费投入来作为制造业自主创新的代理变量，因此其原因可能是上一期的R&D经费投入的行业产出存在滞后性，不能立即反映出来，反而可能作用到当期的R&D经费投入中。产业集聚clus的估计系数在八个方程中普遍为负数，且大都在1%的置信水平上显著，个别在5%的置信水平上显著，表明产业集聚对制造业自主创新的影响在总体上呈现出负效应。本人认为造成这种结果的原因有以下几点：第一是拥挤效应的作用结果，产业集聚能够充分发挥其独特优势，从而吸引产业集聚外的企业争相加入，但是产业集聚的规模是一定的，随着企业的加入，逐渐超过产业集聚所能承载的最大规模，就会造成环境污染、成本上升、恶劣竞争等现象，而制造业自主创新的提高需要良好的创新环境作为载体。第二是产业集聚会带来技术依赖性，同时产业集聚区内的信息共享也会产生“搭便车”的现象，技术依赖和“搭便车”会使企业丧失活力，不利于技术创新。
其他控制变量方面，研发人员投入、外商直接投资、市场化水平、人力资本投入都在1%的置信水平上显著且估计系数均为正数，表明研发人员投入、外商直接投资、市场化水平、人力资本对制造业自主创新有着显著的正向影响。而对外开放水平、金融发展水平、经济发展水平以及实物资本的估计系数总体上显著为负，表明对外开放水平、金融发展水平、经济发展水平以及实物资本投入在一定程度上对制造业自主创新有着抑制作用。
表3 GMM回归结果
注：括号内为t统计值，*、**、***分别表示在10%、5%和1%的水平上显著。
四、 门槛回归模型的实证检验结果
考虑到区域间产业集聚的异质性，不同区域的产业集聚对制造业自主创新存在差异。因此，本文将全国分为东部、中部、西部三个区域，以此来探讨区域间产业集聚对制造业自主创新的影响。相关计量操作主要在Stata12.0软件中进行，首先就全国、东部、中部、西部的门槛效果进行检验。
1.全国门槛回归模型的实证检验结果
由表4可知，就全国总体而言，其单一门槛、双重门槛、三重门槛均在1%的显著性水平下是显著的。根据其显著性水平，本文选择三重门槛进行分析，其门槛值分别为0.4025、1.0818、1.5209，其门槛回归结果如表5所示。
从表5的门槛回归结果来看，在不同的产业集聚程度下，产业集聚对制造业自主创新的影响效果也是存在差异的。其二者之间的关系并不是线性的，当制造业的产业集聚水平低于0.4025时，产业集聚对制造业自主创新具有显著的正向作用，其系数为0.0163 且在5%的置信水平下是显著的；当制造业产业集聚水平大于0.4025但小于1.0818时，其系数为负但在10%的置信水平下是不显著的；当产业集聚水平处于1.0818-1.5209之间时，产业集聚对制造业自主创新具有显著的负向作用，即过高的产业集聚会对制造业自主创新产生抑制作用；而当产业集聚超过1.5209时，产业集聚依然负向作用于制造业自主创新，但此时是不显著的。全国产业集聚水平存在门槛值的原因可能是产业集聚过程的初期所产生的竞争效应、规模经济效应以及知识技术溢出效应具有显著的正外部性且占据主导地位，从而使产业集聚对制造业自主创新具有正向促进作用，但随着产业集聚水平的逐步提高，大量的企业注入，会产生拥挤效应，造成成本上升、环境污染、交通堵塞等一系列问题，从而不利于营造良好的创新环境，使得产业集聚负向作用于制造业自主创新。
表4 全国门槛效果检验
注：P值和临界值均采用bootstrap法反复抽样1000次所得到的结果；*、**、***分别表示在10%、5%和1%水平下显著。
表5 全国门槛回归结果
在其他控制变量中，研发人员投入对制造业自主创新具有显著的正向作用。23个制造业行业中大多是劳动密集型产业，劳动者的知识水平不高，技术人才较少，随着研发人员的大量投入，会改变其劳动力结构，从而有利于推动制造业自主创新的提高。外商直接投资对制造业自主创新产生显著的负向作用，过多的投资会使企业产生技术依赖，这也符合产业集聚的锁定效应。市场化程度对制造业自主创新产生了显著的正向促进作用，市场化水平越高意味着资源配置效率越高，其全要素生产率也越高，也就越有利于制造业自主创新的提升。对外开放水平对制造业自主创新具有正向的促进作用，但其未通过10%的显著性水平检验。人力资本是指知识和技能的积累，自主创新的提高关键还是靠人才的积累，因此随着人力资本的增加，制造业自主创新水平也会得以提高。金融发展水平正向作用于制造业自主创新且在10%的显著性水平下是显著的，众所周知企业的创新成本是很高的，发达的金融水平可以为其提供资金支持，降低创新成本。经济发展水平与实物资本都负向显著作用于制造业自主创新，其中经济发展水平前的系数无限接近于0，表明其对制造业自主创新的影响是可以忽略不计的；而实物资本则对制造业自主创新具有一定的抑制作用，实物资本的增加会促进劳动密集型产业的发展，但明显劳动密集型产业已经严重制约着制造业的自主创新，而创新亟需的是人才、技术和先进的管理，这与实物资本理论是相悖的。
2.东部地区门槛回归模型的实证检验结果
由表6可知，就东部地区而言，其单一门槛、双重门槛、三重门槛均在1%的显著性水平下是显著的。根据其显著性水平，本文选择三重门槛进行分析，其门槛值分别为0.6203、1.0324、1.5522，其门槛回归结果如表7所示。
表6 东部地区门槛效果检验
注：P值和临界值均采用bootstrap法反复抽样1000次所得到的结果；*、**、***分别表示在10%、5%和1%水平下显著。
表7 东部地区门槛回归结果
从表7的门槛回归结果来看，当东部地区的制造业产业集聚水平低于0.6203时，产业集聚对制造业自主创新具有显著的负向作用，其系数为-0.0244且在1%的置信水平下是显著的；当制造业产业集聚水平大于0.6203但小于1.0324时，其系数为-0.0085 且在10%的置信水平下是不显著的；当产业集聚水平处于1.0324-1.5522之间时，产业集聚对制造业自主创新具有显著的负向作用，其系数为-0.0223；而当产业集聚超过1.5522时，产业集聚依然负向作用于制造业自主创新，且在10%的置信水平下是显著的。东部地区制造业产业集聚均负向作用于制造业自主创新，也说明东部地区制造业产业集聚对自主创新具有抑制作用，其原因可能是东部地区的制造业产业集聚水平普遍高于全国平均水平，产业集聚所产生的“拥挤效应”和“技术锁定效应”较为明显。虽然都是呈现负向作用，但是其作用大小是不一样的，呈现出先降后升再降的趋势。
在控制变量方面，除对外开放水平、金融发展水平之外，其他控制变量的呈现结果与全国总体相一致，但外商直接投资与人力资本水平未通过显著性水平检验。就东部地区而言，对外开放水平正向作用于制造业自主创新，其系数为0.0135；金融发展水平对制造业自主创新的作用系数为负，但未通过10%的显著性检验。
3.中部地区门槛回归模型的实证检验结果
由表8可知，就中部地区而言，其单一门槛、双重门槛、三重门槛均在1%的显著性水平下是显著的。根据其显著性水平，本文选择三重门槛进行分析，其门槛值分别为0.4006、0.5301、0.7106，其门槛回归结果如表9所示。
表8 中部地区门槛效果检验
注：P值和临界值均采用bootstrap法反复抽样1000次所得到的结果；*、**、***分别表示在10%、5%和1%水平下显著。
表9 中部地区门槛回归结果
从表9的门槛回归结果来看，当中部地区的制造业产业集聚水平低于0.4006时，产业集聚对制造业自主创新具有显著的正向作用，其系数为0.0092且在5%的置信水平下是显著的；当制造业产业集聚水平大于0.4006但小于0.5301时，其作用系数为-0.0034，且在10%的置信水平下是不显著的；当产业集聚水平处于0.5301-0.7106之间时，产业集聚对制造业自主创新的作用系数为正，但不显著；而当产业集聚超过0.7106时，产业集聚对制造业自主创新的正向作用进一步降低，其不显著性也在逐步增强。大致来看，中部地区制造业产业集聚正向作用于制造业自主创新且随着产业集聚水平的不断上升，其作用系数也在降低，但其不显著性也在逐步增强。究其中部地区产业集聚水平存在门槛值的原因可能是产业集聚的过程也伴随着知识溢出效应向“拥挤效应”和“技术锁定效应”转变的过程，但总体来看，中部地区产业集聚的知识溢出的正向外部性要大于“拥挤效应”的负外部性，但随着产业集聚水平的不断提高，这种正向趋势也在逐渐消失。
在控制变量方面，就中部地区而言，外商直接投资对制造业自主创新具有显著的正向作用；市场化程度作用于制造业自主创新的系数为负且在1%的置信水平下是显著的，表明市场化程度对中部制造业自主创新有抑制作用；对外开放水平前的系数为-0.0035 且在10%的置信水平下是显著的，表明中部地区的对外开放水平负向作用于制造业自主创新，其原因可能是随着对外开放水平的提高，会有大量的外来资金、人才等生产要素注入，从而会使本地企业人力资本水平整体偏低，从而削弱其自主创新能力；人力资本水平前的系数为0.004，但不显著；金融发展水平对制造业自主创新的影响作用迥异于东部地区，其对制造业自主创新有正向的促进作用；经济发展水平对制造业自主创新作用系数为正，但其系数无限接近于0,因此可以忽略不计；其他变量与上述相一致。
4.西部地区门槛回归模型的实证检验结果
由表10可知，就西部地区而言，其单一门槛、双重门槛在1%的置信水平下是显著的，而三重门槛是在10%的置信水平下显著。根据其显著性水平，本文选择二重门槛进行分析，其门槛值分别为0.2808、0.3902，其门槛回归结果如表11所示。
表10 西部地区门槛效果检验
注：P值和临界值均采用bootstrap法反复抽样1000次所得到的结果；*、**、***分别表示在10%、5%和1%水平下显著。
表11 西部地区门槛回归结果
从表11的门槛回归结果来看，当西部地区的制造业产业集聚水平低于0.2808时，产业集聚对制造业自主创新具有显著的正向作用，其系数为0.0532；当制造业产业集聚水平大于0.2808但小于0.3902时，其作用系数为-0.0268，且在1%的置信水平下是显著的，表明此阶段的产业集聚水平对制造业自主创新有抑制作用；而当产业集聚超过0.3902时，产业集聚对制造业自主创新的抑制作用进一步降低，且在1%的置信水平下是显著的。西部地区的产业集聚水平出现门槛值的原因可能是前期随着产业集聚水平的提高，其规模经济效应、知识技术溢出效应和竞争效应较为显著，对制造业自主创新有着积极的推动作用；但西部地区因脆弱的生态条件和薄弱的基础设施，其承载值远远落后于东部和中部地区，因此其产业集聚水平一跨过0.2808，产业集聚就开始负向作用于制造业自主创新。随着产业集聚水平的进一步提高，其负向作用逐渐降低，其可能是国家政府对于西部地区的资金、人才以及政策支持。
在控制变量方面，就西部地区而言，外商直接投资对制造业自主创新作用系数为正但不显著；市场化程度作用于制造业自主创新的系数为正且在5%的置信水平下是显著的，表明市场化程度对中部制造业自主创新有积极的推动作用；对外开放水平前的系数为0.0113且在5%的置信水平下是显著的，表明西部地区的对外开放水平与制造业自主创新，呈现出正向促进的作用；人力资本水平前的系数为0.0012，但不显著；金融发展水平前的系数为0.0255且在1%的置信水平下是显著的，表明其对制造业自主创新有积极的正向促进作用；经济发展水平对制造业自主创新作用系数为负，但其系数无限接近于0,因此可以忽略不计；其他变量与上述相一致。
五、 结论及政策建议
1.相关结论
一是制造业自主创新的一阶滞后期对当期的制造业自主创新有着积极的正向促进作用，存在较大的“惯性”。
二是产业集聚对制造业自主创新的影响并非是线性的，其存在最优集聚度。当产业集聚水平低于最优值时，产业集聚的规模效应、知识技术溢出效应占主导地位，对制造业自主创新的提高有积极的推动作用；当产业集聚水平超出最优值时，产业集聚的“拥挤效应”、“技术锁定效应”开始占据主导地位，使得产业集聚区发生土地价格上涨、交通拥挤、环境污染、成本上升、恶劣竞争等现象，从而会抑制制造业的自主创新。
2.政策建议
因此根据上述结论，政府要将产业集聚控制在合理的范围之内，避免拥挤效应的出现；在制造业行业要大量吸引高科技人才进入，鼓励企业进行人才培养，促进产学研一体化发展；产业集聚内多吸引外资企业入驻，鼓励集聚区内本地企业多与外资企业交流，学习其管理经验和先进技术；当然，还需要充分发挥市场在资源配置中的决定性作用，适当提高市场准入门槛；政府也需要出台相关政策措施，加大对知识产权的保护，完善知识产权市场。
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