农业科研投资增收效应的空间溢出与阈值特征——以山西省市域面板数据为例

（山西农业大学 农业经济管理学院，山西 太谷 030801）

一、问题的提出

无论时代和社会如何进步，农业始终是面对风险挑战和推进经济发展的重中之重。科技是促进农业经济持续高质量发展的强大支撑，当前农业增产和农民增收面临土地资源和生态环境的诸多约束，中央因势利导提出“藏粮于技”的新战略新思路，农业经济增长向科技要答案和方法的前提是农业科研投资，农业科研投资是农业科技进步的重要物质保障，是农业投资的重要组成部分。在作用机理上，农业科研投资直接促进生产品种的创新和生产技术的进步，因农业知识和技术的公共物品属性和非排他性，所以较易通过政府示范、人力流动、市场竞争等方式进行扩展转移和空间溢出，进而推动农户增收和农业经济可持续增长。改革开放以来，农业科研投资增长明显，但由于科研基础、资源禀赋以及农业经济发展模式的不同，导致农业科研投资溢出效应在空间上存在较大差异，这种差异在一定程度上影响了农业科技和农业经济发展的格局演变。一般认为，当农业科研投资增加时，农业产出就会上升，即高投资的地区对应有高的经济增长水平，反之亦然。然而，有不少研究发现，部分农业科研投资增长较快的时段其农民收入增长水平却相对较低[1]。可见，学者们对农业科研投资与农民收入增长关系的认识并不一致。那么，是什么因素导致了一般认识与现实情况的矛盾呢？最可能的原因是未考虑技术的外溢。

由于科研投资产生的知识和技术成果具有较强公共物品特性，较易发生空间上的扩散和转移，忽视投资的间接效应会造成对农业科研投资作用效果的评价产生偏差。那么，农业科研投资对区域农民增收究竟产生了怎样的溢出效应？这个问题是农业现代化进程中必须回答的重要问题。空间溢出意指地理上彼此相近且要素上相互影响的资源流动形式，农业科研投资增收效应的空间溢出是指该活动不仅直接促进所在地农户收入增长，而且对空间邻近的周边地区农户增收产生间接效应。在扩散转移的过程中，农业科研投资增收效应的空间溢出呈现明显的异质性，溢出效应在空间分布上呈现强弱的不均匀性和影响关系的复杂性，这种差异性和复杂性影响农业科技或农业经济的发展格局，并决定农业科研投资效能的发挥并不取决于总量的增加，而是受制于空间结构的合理性。因此，从空间异质性假设出发，作为变量的农业科研投资与农民增收存在怎样的关系，农业科研投资增收效应的阈值特征如何，这些问题的解决有助于从科研投资非均衡分布和农户收入区域差异性两方面入手优化农业科研投资结构，提高农业科研投资的使用效率；有助于规避重复投资或不合理投资带来的边际收益递减等负面效应，提高农民增收的科技贡献；有助于减少政府作为主要投资方的信息不对称和有限理性，为农业科研投资政策的制定提供科学依据。

二、文献回顾与研究进展

学界针对农业科研投资影响关系和作用机制的研究聚焦在以下五个方面。

一是农业科研投资与粮食生产率的作用关系。农业科研投资是影响粮食全要素生产率增长的重要因素，但科研投资对粮食生产率积极效果的产生具有明显的滞后性，滞后期一般为3年左右，滞后期结束后，科研投资对粮食全要素生产率增长的正作用将持续较长时间，作者采用的测量方法是全要素生产率指数法和误差修正模型，测量的数据是中国主要粮食作物产量（1990—2012）[2]，也有学者基于省际面板数据（1997—2012）和固定效应模型研究二者关系，得出结论一致[3]，但近五年的研究也表明农业科研滞后期正随科研效率和技术推广能力的提高而缩短[4]。

二是农业科研投资对农业经济增长的作用。技术创新及创新成果产出依赖于农业科研投资[5]，同与粮食全要素生产率的关系一样，农业科研投资与农业经济增长是一种滞后且长期的正影响，基于脉冲响应函数和方差分解得出的科研投资的贡献率为50%（1993—2011）[6-7]，也有学者研究发现两者之间单向的作用关系，因农业科研投入的短期动态性和误差性，农业生产率增长对农业科研投资的驱动不足，需要政府介入构建长效机制[8]，但研究发现政府在科研投资中存在“非农偏好”和“有限理性”，出现“市场失灵”和“政府失灵”的双重困境[9]。

三是农业科研投资与农村贫困减缓的阈值特征和空间溢出。学者在研究中发现有时农业科研投资的增长速度与农业经济增长水平呈现负相关的特征，进而学者利用阈值特征和空间溢出解释这种不合理的现象[10]。有学者运用门限面板模型，选取市场化水平作为门限值，发现农业科研投资与农村贫困减缓之间存在两个阈值，拥有较低和较高的市场化水平的区域科研投资减贫反贫效果均表现不佳，科研投资减贫效应存在两个需要跨越的门限[11]。农业科研投资的空间外溢解释了投资强度与贫困发生率的非均衡分布，阈值特征解释了科研投资减贫效应随经济发展水平和投资强度升高而降低反向关系[12]。

四是农业科研投资的区域配置和时空分异特征。区域配置方面，按照一般均衡理论和资本边际收益均等原则，构建局部线性核回归模型测量省级区域农业科研投资的边际收益，发现我国科研投资的区域配置没有达到帕累托最优，需要改善农业科研投资结构[13]。时空分异方面，西北地区的政府农业科研投资效益低于东南沿海地区，科研投资的空间集聚性正在弱化，外溢效应不断上升强化，投资效益受区域资源禀赋特征影响明显[14-15]。

五是农业科研投资自身的结构性特征与空间溢出效应。投资结构方面，种植业科研投资效果明显突出，渔业和畜牧业投资较少，重视度较低，投资类型方面，政府涉及基础与应用类和实验与发展类等全类型的研究，不利于多元化投资格局形成[16]。空间溢出方面，省域间农业生产率的提高存在空间依赖和技术扩散，科研投资的外溢性和扩散性明显[17]。

当前，农业科研投资影响关系和作用机制的研究主要分为两部分，一是科学技术或知识在空间上的转移与扩散机制；二是以经济要素之间的空间关联、空间差异性为主要研究对象[18]。地理空间上的各项经济指标从来都不是孤立存在的，空间溢出效应给科研投资和经济发展所带来的影响不可忽视[19]。现有研究在内容维度上，考察了农业科研投资的生产率增长效应、减贫效应、空间关联效应、外溢效应、阈值效应和外部效应，但未能考察农业科研投资对农户的增收效应，虽然有学者探讨农业科研投资的减贫效应，但减贫效应并不直接等同于增收效应，二者的学理内涵和评价指标有质的区别。现有研究在地域维度上，往往以省域为地理界限，缺少以市域为研究对象的探讨分析，省内市域间同样存在较为强烈的空间异质性，研究市域面板数据有助于省级农业科研投资主体实施更为精准的投资策略。基于此，本研究拟以山西省市域面板数据为例，依据空间杜宾模型（SDM）分析农业科研投资增收效应的空间溢出性和面板阈值效应，在研究地域和内容上更加精准和具体，有助于实践过程中针对性地采取措施优化农业科研投资结构，提高农民增收的科技贡献。

三、理论分析与研究假设

在西方经济学发展的很长一段时间，增收一直裹附在经济增长中，经济学家认为经济发展可以通过涓滴机制，自动实现弱者增收和贫困消除，所以学界更多的探讨技术进步与经济增长的关系。早期的经济理论强调劳动和资本投资对经济增长的作用，诸如柯布——道格拉斯生产函数等，斯密在其经典著作中也指出劳动分工是经济增长的源泉。索洛为代表的新古典经济增长理论引入外生的技术因素，提出技术进步是经济增长的原动力。新经济增长理论进一步强调技术的内生作用，强调研发投资对经济增长的重要性。之后经济学界深化研究成果，提出知识溢出、人力资本投资、技术创新的超额利润等系列理论，但众多国家的实践表明，新自由主义政策并不能实现经济增长和弱者增收的双重目标，学界也开始反思技术进步、经济增长和收入增加的内在关系，提出增长利益的再分配、益贫式增长等相关理论。农业领域，已有研究也在围绕农业科研投资、技术进步和农户收入三者的关系展开分析，王益松提出技术进步通过增加农户的要素投资而提高农产品产量，但随着新技术的普适性和市场供需变化，增收空间随之变小直至为负[20]，刘进宝等的研究也发现农业技术进步与农民农业收入增长存在弱相关性，受制于农产品需求和价格供给弹性[21]。上述论点主要基于“农业踏车效应”解释技术进步条件下农户增收缓慢的问题，近几年的研究基本否定技术进步不利于增收的观点，比如陆文聪等基于三十年的数据，提出无论长期内还是短期内，技术进步不仅有利于农户的农业收入增收，也有利于非农收入增收[22]。邬德林等指出农业科研投资和农业技术推广对农户的收入水平和收入结构形成正向影响，农业科研投入的影响要大于农业技术推广[23]。郭华等的研究进一步发现农业科技对不同类型的农户形成不同影响，低收入农户增收效应明显，高收入农户增收效应并不显著[24]。学者们对二者关系认知不一致的原因最可能是忽视技术进步的空间外溢性和时间滞后性。基于此，可提出研究假设H1：农业科研投资对农民增收具有积极促进作用，但受时空特征影响明显。农业科研投资对农民增收阈值效应方面，现有研究形成了一致认识，农业科研投资增收效应存在阈值特征，影响阈值效应的因素有地区市场化水平、经济发展水平和农业科研投资强度[25]。基于此，可提出研究假设H2：农业科研投资增收效应的实现存在阈值特征，阈值特征受自身和农业基本建设支出影响。

四、模型建构

（一）空间自相关分析

通过空间自相关分析来检验是否选用空间计量模型，如果检验通过，则要进一步的检验确定空间计量的具体模型形式。研究选择全局Moran’sI指标（式（1））分析邻近空间资源的集成和趋同情况，Moran’sI的显著性用所展示的式2 检验。式（1）所示：x是边际收益的平均数，Wij是空间权重矩阵，xi和xj分别是农业科研投资边际收益x在相邻点的具体值，n为研究区域数量。式（2）所示：E(I)代表Moran’sI的期望值，VAR(I) 表示Moran’sI的方差。当|Z| 大于1.96时就可以判断研究对象存在显著相关性。

（二）空间杜宾模型

空间杜宾模型能够更加全面表现研究单元的经济行为在地理空间的关系。具体而言，该模型不仅考虑研究对象自身的变量，而且还可以将自身变量以外的相关因素，特别是邻近地区的关联变量纳入模型中，计算公式如式（3）所示，Y表示因变量向量，X为解释变量向量，W为空间权重矩阵，WY与WX分别表示因变量和自变量的空间滞后项，αit是常数项，ρ、β和θ是被估计系数，是随机扰动项，μn代表空间固定效应，μt代表时间固定效应，当μn与μt不存在时为随机效应，最优选择可由豪斯曼检验判定。

山西省农业科研投资增收效应的分析依托李普亮[26]等人的研究成果，引入支援农村生产支出（以下简称“支农支出”）和农业基本建设支出作为解释变量，并对数化所选变量序列，消除潜在异方差的影响。结合式（3）可得山西省农业科研投资增收效应的空间计量模型，如式4 所示：

模型中各自变量具体假设如下：农村居民人均可支配收入（PCDI）用山西省各市农村居民家庭人均全年总收入除以各市农村人口数。农业科研投资（ARE），该指标选取借鉴相关研究成果[27]，采用农业科技三项费用之和表示。支农支出（SAE）主要是支援农村生产以及农林水利气象部门事业费等方面的支出。农业基本建设支出（ACC）是指用于乡村及田间道路建设、小型沟渠、防洪堤坝、电网升级改造等方面的支出。本研究数据主要来自2016～2019年《山西统计年鉴》和其他农业科技统计资料，研究区间为2015～2018年，本研究中所有与价格相关的指标均已剔除物价影响。

（三）面板阈值模型

根据文章假设H2，农业科研投资的增收效应可能受到其本身和农业基本建设支出的影响，引入面板数据阈值模型和指示函数，采用xthreg命令，以农业科研投资ARE和农业基本建设支出ACC 作为阈值变量，以农业科研投资对数LnARE作为阈值效应变量，考虑到农业科研投资ARE 和农业基本建设支出ACC 可能存在多个阈值，本研究构建面板多阈值模型如式5 和式6 所示，式中，AREit和ACCit为阈值变量，q为待估阈值，I(…)为指示函数，满足括号中的条件则I=1，否则为0，其他变量同前文设定。当β11≠β12≠……≠β1n≠β1(n+1)时，说明存在阈值效应，通过Hansen的经验公式（α为显著性水平），可进一步检验阈值的置信区间。

五、结果与分析

（一）农业科研投资溢出效应的空间自相关分析

如表1所示，2015—2018年农村居民人均可支配收入和农业科研投资在空间上均表现出正向关联关系，并通过了显著性检验。可以看出农村居民人均可支配收入与农业科研投资间的空间联系：具有较高科研投资（农村居民人均可支配收入）的市相对地趋于与具有较高科研投资（农村居民人均可支配收入）的市相靠近，科研投资（农村居民人均可支配收入）较低的市相对地趋于与科研投资（农村居民人均可支配收入）较低的市相邻。两者的Moran’sI值从2015年到2018年逐年下降，表明研究期间内，山西省各市农村居民人均可支配收入差距逐渐扩大，空间差异进一步拉大。分析其原因，农业科研水平发达地区通过技术创新和经济集聚提升本地产值，不断拉大高值与低值地区间的差距，形成“马太效应”，但是农业科研投资带来的技术创新具有空间扩散的特征，经济集聚也能形成辐射范围和溢出效应，在这种空间效应下，农业科研投资溢出性分析尤为重要。

（二）农业科研投资的空间溢出性分析

如表1所示，农村居民人均可支配收入和农业科研投资在空间上具有强烈的相关性和聚集性，并随着时间推移，这种关系逐渐减弱，可见“空间”在农业科研投资促进农村居民人均可支配收入提高中有举足轻重的作用，空间计量分析是研究农业科研投资增收效应的前提。对式（4）的SDM 模型进行估计，首先需要对其估计的具体形式进行判断，经过Hausman 检验支持选择固定效应模型。

表1 全局空间自相关检验†

由表2中Wald 检验和LR 检验结果可知，Wald 值与LR 值分别在10%和1%水平下显著，SDM 模型拒绝θ=0 和θ+ρβ=0 假设，适用本研究。SDM 模型的ρ（rho）值为0.095 3，且在10%水平下显著，存在空间自回归效应。说明本地区的农业科研投资和周边地区的农业科研投资都对本地区的农村居民收入产生影响，具体表现为：本地区的农业科研投资对提高本地区农村居民收入有显著的促进作用；支农支出对提高本地区农村居民收入有显著的促进作用，但是周边地区支农支出对提高本地区农村居民收入则具有显著的抑制作用；本地区和周边地区的农业基本建设支出都对提高本地区农村居民收入有显著的促进作用。

表2 农业科研投资溢出效应空间计量模型估计结果†

将空间SDM 模型分解，消除空间滞后项的影响，结果如表3所示。由农业科研投资空间回归结果可知，农业科研投资的三种效应都显示对农村居民收入的提高产生促进作用，说明样本期间内农业科研投资增加对农村居民收入不仅直接存在促进作用，而且还存在空间溢出效应，即不仅有利于本地区农村居民收入的提高，对周边地区也产生促进作用。支农支出对提高本地区农村居民收入有促进作用，但对周边地区农村居民收入有抑制作用，说明支农支出的制度有待进一步优化，增收效率还有较大的提高空间，同时支农支出在总支出中占比较大，增收潜力急需挖掘。其总效应为正，说明扩大支农支出对于整体的农村居民收入提高有正向促进作用；农业基本建设支出的三种效应都显示对农村居民收入的提高产生促进作用，说明对本地、周边地区、全省的农村居民收入提高有正向促进作用，说明农业基本建设支出提高了本地区农业生产能力与产出水平，进而提高农村居民收入。因此，要进一步加大对乡村道路改造、节水灌溉工程特别是小型沟渠建设的投入力度，逐步增强农业综合生产能力，为有效促进农民增收奠定坚实的基础。从财政支农的三项支出回归系数上看农业科研投资的系数最小，表明农村居民收入对农业科研投资的弹性较小，有较小的促进作用，原因可能是农业科研投资额偏小，应用型科研投资的重视程度不足；成果转化较少，农业科研成果的推广度和应用度较低，这些都大大降低了农业科研成果投资转化为现实生产力的效率。

表3 各变量 SDM 模型估计分解结果†

综上所述，SDM 模型的回归结果与预期一致，即农业科研投资和农业基本建设支出的提高对本地区、周边地区以及整体农村居民收入的提高都有显著的促进作用。

（三）农业科研投资增收效应的阈值特征

从农业科研投资到农村居民收入提高，中间环节的复杂性和流程的多样性决定了农业科研投资与农民增收间并不是简单的线性关系，理论上增收效应具有门槛特征，实践中也可以发现达到一定规模是农业科研投资实现增收效应的前提。为了验证H2 是否成立，首先进行阈值效应检验，确定是否存在关键的一个点或几个点，检验其是否存在阈值效应，如果存在是单重阈值还是双重阈值。表4～5 的检验结果显示农业科研投资增收效应的单重阈值通过10%显著性水平，研究以单重阈值进行。

表4 ARE 的检验结果†

表5 ACC 的检验结果†

图1为用似然比函数图展示阈值变量ARE 和ACC 的阈值效应检验结果，当似然比统计量LR值为0 时q的取值为阈值参数，q（ARE）和q（ACC）为129.032 3 和8.679 7，图中虚线是LR 统计量在5%显著性水平时的临界值7.35，形成阈值估计值95%的置信区间。

图1 阈值参数估计值和置信区间

农业科研投资的增收效应受到其本身和农业基本建设支出的阈值效应影响，与H2 相符。以此对式（5）～（6）的单重阈值形式进行估计，结果如表6所示。当农业科研投资额在129.032 3万元内时，农业科研投资系数为0.357 9，而当农业科研投资额超过129.032 3 万元，农业科研投资系数减小到0.020 7，说明当农业科研投资超过129.032 3 万元这个规模时，农村居民收入提高对农业科研投资弹性减小，农业科研投资的增收效应减弱。而农业基本建设支出小于8.679 7 万元时，农业科研投资对农村居民收入增长具有抑制作用，不难理解，当农业基础设施建设不足时，会阻碍农业科研成果的推广，不利于农业产出水平的提高；当农业基本建设支出超过8.679 7 万元时，农业科研投资增收效应显著。综上表明农业科研投资的增收效应弹性随着农业科研投资额增加而减弱，随着农业基础设施建设支出的提高而增强。

六、结论与启示

农业科研投资在提高农村居民收入水平方面起到了积极作用，但农业科研投资强度与农村居民收入分布存在较大差异性，空间溢出和阈值效应是理解这种差异性的重要视角，引入空间面板回归模型和面板阈值回归模型检验和考察两者的非线性空间联系。研究表明，农业科研投资增收效应具有空间溢出性，科研活动的空间扩散和空间联系特征明显。这一结论启示我们既要发挥农业科研要素聚集的集成效应，又要注意科研力量的地理分布，优化科研投资的区域分配结构。一方面，农业科研投入具有外部性、长期性的特点，这决定了对于农业科研的投资不能仅仅依赖于技术使用者，政府是农业科研投资的一大主体，政府有必要增加对农业科研院所投资以发挥其集聚效应；同时要多元化投资渠道，建立农业发展专项资金，鼓励企业、社会等各方主体对农业科研领域的投资。另一方面，要优化农业科研院所投资的区域结构，要特别关注农业及技术薄弱地区科研院所的科研资金支持，在资金支持给予相应的倾斜，以发挥当地农业科学技术进步的空间效应。

表6 面板阈值模型回归结果†

面板阈值模型回归模型的结果表明，农业科研投资增收效应存在关键节点，亦即阈值特征。即农业科研投资的增收效应随农业科研投资额增加而减弱，随着农业基础设施建设支出的提高而增强。对我们主要有两点启示。一是对于农业基础设施较为完善和农业科研投资额较高的地区，农民收入的进一步增长并不与农业科研投入额度正相关，继续增加投资额度会因为效率的损失而难以取得预期效果。在农业投资额一定的情况下，可以通过优化投资结构，明确重点投资方向、优化空间布局来扩大其增收效应。因此不仅要因地制宜，根据不同区域的实际情况，如该地区的主导产业、技术市场容量需求，重点向边际效益大的部门发力；还要农业科研投资要以实效为基础，合理分配科研投资在基础学科和应用学科的比重，将有限的投资投入到与农业发展农民增收密切相关的应用研究和开发研究上。二是农业科研投资的增收效应受制于农业基础设施建设，只有充分提高地区农业基础设施建设，才能使农业科研成果顺利转化，成为促进农民增收的保障。故在增加农业科研投入的同时，加强农业基础设施的建设，为此需要注意农业基础设施建设与当地农业技术水平的适用性，以最大效应促进农民增收；同时要结合当地农业发展制约条件和农户需求因地制宜进行农业基础设施建设；此外出台优惠的信贷政策，鼓励个人或企业在当地改善基础设施状况，发挥市场和社会的能动性。总之，进一步发挥农业科研投资的增收效应，需要权衡公平与效率的关系，优化农业科研投资的区域空间布局，根据不同地区的农业经济和科研投资情况，做出不同的应对策略，更加注重科研成果的中间转换环节和农业基础设施的建设和效能发挥。