山东省地区创新能力与经济质量的耦合协调及影响因素

姚振飞，张学波

（曲阜师范大学a.管理学院；b.地理与旅游学院，山东 日照 276800）

科技创新能够提升劳动生产率，且是保持国家和地区经济持续发展的根本动力［1］。当前，发达国家纷纷试图通过科技创新进一步巩固在全球竞争中的优势地位，我国也确立了新发展理念，通过创新驱动经济高质量发展。长期以来，山东省经济大而不强，2018年山东获批为中国第一个新旧动能转换综合试验区，也是落实黄河流域生态保护和高质量发展战略的重要区域，经济发展质量亟待提升。因此，探究山东省地区创新能力与经济发展质量的耦合协调规律具有实践意义。

20世纪90年代以来，区域创新与经济发展的关系得到持续关注［1，2］。国外研究大多以国家为基本单元，学缘多为经济管理专业，通常基于经济增长和创新投入产出的少量指标开展研究，证实了创新对地区经济增长的促进作用［2－3］。近年来，相关研究表现出新的特征和趋势。首先，研究尺度微观化，学者们开始关注城市甚至更小尺度地区创新与经济增长的关系。Devins、Lodorfos、Kostopoulos等研究发现，创新活动显著地促进了英国利兹城地区的经济增长［4］。其次，研究对象多样化，中小企业［4］、国家创新体系［5］、企业家网络［6］等成为研究对象。第三，研究内容持续深化，由研究创新与经济增长的单向关系向研究二者的双向关系转变。Aristizabal－Ramirez、Canavire－Bacarreza、Rios－Avila研究发现创新与 经 济 增 长 并 非 存 在 线 性 关 系［7］；Maradana、Pradhan、Dash等的研究表明，创新与经济存在着双向因果关系［8］。然而，当前全球经济竞争更多地诉诸于技术创新对经济结构甚至是经济质量的驱动作用，小尺度地区创新能力与经济质量间的关系仍不明确，影响地区创新能力与经济质量协调发展的因素也有待探讨。

经济学视角的研究侧重于从整体上检验创新与经济发展的关系，对其空间异质性关注不足［9］。基于此，国内地理学者开展了相关研究。牛方曲、刘卫东研究了中国省区科技资源与经济水平的协同性及空间异质性［10］，其他研究也多从全国视角，以省区为尺度单元开展研究［11，12］；李二玲、崔之珍以地级市为单元，探讨了中国地区创新能力与经济水平的耦合协调性和空间异质性［13］；许晔晖、李百岁研究了内蒙古盟市尺度的科技创新和经济发展的耦合协调性［14］。总体上，对其演变规律的探究还有待深入。此外，在我国推进实施经济高质量发展的新时代背景下，地区创新能力与经济质量间的关联性研究更具有理论和现实意义。相关研究探讨了创新能力对经济增长质量的单向效应，验证了二者间的相关性［11，15］，但对于二者间的耦合协调规律及影响因素的研究仍有待深化。

本文以极具典型性的山东省为案例地，结合地区实际，构建评价地区创新能力和经济质量的指标体系，分析地区创新能力与经济质量的时空耦合协调演变规律，进而探究主要影响因素，试图深化既有相关研究，以期为该省经济结构转型和新旧动能转换提供参考。

1 研究方法与数据来源

1.1 指标体系构建

既有评价区域创新能力的指标体系大体可分为两类：一是从区域创新体系要素的视角构建指标体系［16－18］，另 一 类 则 是 从 创 新 活 动 发 生 过 程，即 投入—产出的视角构建指标体系［12，13，19］。本文采用投入—环境—产出的逻辑思路，结合山东省国有企业经济贡献较大这一实际情况，同时吸收区域创新主体多元化的观点，在既有研究的基础上，增加人均规模以上企业R＆D经费支出、规模以上企业科技人员占地区科技人员比、R＆D经费政府/企业支出比值等反映企业创新的指标。

经济高质量发展理念自提出以来，经济质量评价就成为了国内研究的热点，但当前国家层面尚未发布权威的评价方案，也缺乏公认度较高的研究成果。如，宋明顺、张霞、易荣华等提出从竞争质量、民生质量和生态质量3个维度评价宏观经济质量［20］；李胭胭、鲁丰先从增长稳定性、增长结构、科技创新、社会福利和生态环境等方面构建了我国省域经济增长质量的评价指标体系［21］；师博、任保平从经济增长的强度、稳定性、合理化、外向性和社会成果的人力资本与社会资本等两个维度评价了我国省区经济发展质量［22］；李博、田闯、史源钊等从经济规模、产业结构、社会福利和生态环境等4个方面构建了我国省域海洋经济评价的指标体系［23］。本文借鉴以上成果，并依据“创新、协调、绿色、开放、共享”的发展理念，从着重反映经济增长的稳定性、投入—产出的质量、城乡协调和绿色发展等方面选取指标反映地区经济质量。

除遵循科学性原则以外，指标体系要体现地区实际。虽然山东省经济总量长期稳居全国省区前三位，但是人均GDP仅排在第八名至十名左右，经济大而不强。同时，山东传统产业比重大，国有企业贡献大、创新能力不强、质量效益不高，地区创新能力和经济规模差距明显［24］，经济发展与资源环境矛盾十分突出。针对以上实际情况，尽量选取比值和人均、地均等指标，保证地区间数据的可比性，构建包含35个观测指标的评价指标体系（表1）。

表1 地区创新能力与经济质量评价指标体系

1.2 研究方法

熵权法：指标体系评价的关键是权重赋值。鉴于层次分析法、特尔菲法等方法可能带来一定的主观性，本文使用基于指标数据特征自动确定权重的熵权法。评价步骤是：首先，使用极差标准化方法对指标数据进行无量纲化处理；其次，计算指标信息熵，确定指标权重；最后，计算各地区创新能力和经济质量指数。

耦合度评价模型：耦合度评价模型用来测度两个或多个系统间相互作用和影响的强度。本文构建了地区创新能力与经济质量的耦合度评价模型，测度研究年份二者间的相互关联度。计算公式为：

式中，U1为创新能力指数；U2为经济质量指数；C为创新能力与经济质量的耦合度，其大小介于0—1之间。C越大，表明二者间的共振耦合性越好。借鉴既有研究［13］，本文将耦合度划分为5个阶段：0.0—0.2为高度不耦合阶段，0.2—0.4为低度不耦合阶段，0.4—0.6为低度耦合阶段，0.6—0.8为中度耦合阶段，0.8—1.0为高度耦合阶段。

协调度评价模型：协调度模型用来测度系统或系统内部要素间和谐一致的程度，侧重表达系统间的紧密配合情况。本文应用该模型测度地区创新能力与经济质量交互耦合的协调发展水平。模型表达式为：

式中，D为地区创新能力和经济质量的协调度；T为二者间的综合协调指数，由创新能力指数U1和经济质量指数U2决定；α、β为待定系数，α＋β＝1。本文认为，创新能力和经济质量同等重要，二者不可偏废，故α＝β＝0.5。结合本文实际，并参考既有研究［13］，将其划分为以下10个等级：0＜D≤0.1，极度失调；0.1＜D≤0.2，严重失调；0.2＜D≤0.3，中度失调；0.3＜D≤0.4，轻度失调；0.4＜D≤0.5，濒临失调；0.5＜D≤0.6，勉强协调；0.6＜D≤0.7，初级协调；0.7＜D≤0.8，中级协调；0.8＜D≤0.9，良好协调；0.9＜D≤1.0，优质协调。

空间计量模型：各地市在省区统一的行政管理和近距离作用下形成密切的经济联系，地区创新与经济发展存在相互作用和空间关联性。一般的回归分析方法不能体现这一空间效应，从而导致估计偏差。空间滞后模型（SLM）、空间误差模型（SEM）、空间杜宾模型（SDM）等模型通过空间权重矩阵将空间效应体现在空间滞后项或空间误差项中，估计结果更为可靠［26］。虽然空间杜宾模型是其他两种模型的综合，能够进一步表征空间溢出效益，但是本文仅需探讨地区创新能力和经济质量协调发展的影响因素，因此本文采用空间滞后模型和空间误差模型，同时报告普通最小二乘法回归（OLS）的结果，以作检验和对比。

1.3 数据来源

本文以地级市为基本单元，研究时段为2001—2016年，选取2001年、2006年、2011年、2016年等国家“十五”到“十三五”的4个“五年计划”的起始年为代表性年份开展研究。借鉴相关研究［25］，指标“中文期刊论文发表数量”通过中国期刊全文数据库，以地市名称为单位关键词进行高级检索获得。其他指标数据来源于各年份《山东统计年鉴》《中国区域经济统计年鉴》《中国城市统计年鉴》，以及各地市统计年鉴和官方发布的统计数据。

2 创新能力与经济质量的分析

2.1 省域尺度的测度与分析

首先从整体上（即省域层面）分析山东省的创新能力和经济质量状况。如图1、2所示，山东省创新能力和经济质量均呈不断提升的态势，2001—2016年，山东省创新能力从2001年的4.537增长至2016年的5.518，经济质量则从5.481增长至7.101。但4个年份的经济质量指数均高于创新能力指数，表明山东省的创新能力仍有待进一步提升。

相比创新投入，创新产出对创新能力的贡献较低。从图1可见，2001—2016年山东省创新投入稳步增加，且在创新能力评价中占据了较大份额；创新环境自2006年以来也不断改善，促进了创新能力的提升；而创新产出自2006年以来呈下降的趋势。由此表明，山东省创新投入产出效率不高，如何将增加的创新投入转化为更多的产出，并推动经济高质量增长需要下一步深入研究。

图1 2001—2016年山东省创新能力及其构成

山东省经济发展呈现协调绿色化的趋势。从图2可见，研究期内山东省经济质量显著提升，但各时点的构成存在着较大的差异。2001—2006年主要来源于投入与产出的增加，2006—2011年则是协调与共享，2011—2016年表现为协调与共享、投入与产出、绿色化发展三大力量的共同推动。由此说明，山东经济发展已经初现协调绿色化的态势。但总体来看，研究时段内山东省经济质量指数提升的幅度不大，这与该省实施新旧动能转换工程的事实相符。

图2 2001—2016年山东省经济质量及其构成

2.2 地区尺度的比较分析

本文计算了各年份各地区的创新能力和经济质量，并制图（图3）。如图3所示，地区创新能力和经济质量存在显著差距，各地区4个年份创新能力和经济质量的均值中济南创新能力指数（0.763）最大，是最小值菏泽（0.090）的8倍多，青岛的经济质量指数最大（0.694），接近菏泽（0.238）的3倍。在各年份的差异上，2016年地区间创新能力极差值最大（0.767），该差值大于除济南、青岛以外其他地区的创新能力指数；2006年的经济质量指数极差最大，威海（0.750）与菏泽（0.203）的差值仅小于威海、青岛和烟台3个地区的数值。

图3 2001—2016年山东省各地区的创新能力和经济质量水平

地区的创新能力和经济质量及其演变呈现显著的同步性特征，且大部分地区的创新能力滞后于经济质量。创新能力强的地区经济质量水平一般也较高，地区创新能力和经济质量的变化在年际上也表现出较强的一致性。对比各地区的创新能力与经济质量，济南各年份的创新能力均高于经济质量，东营、莱芜、滨州等地区个别年份创新能力高于经济质量，其他地区的创新能力均滞后于经济质量。总体来看，相比经济质量，大部分地区的创新能力仍有待进一步提升。

山东省地区间创新能力和经济质量呈现分化的趋势。济南和青岛稳居创新能力和经济质量水平的第一梯队；威海、东营、烟台、淄博等地市稍低，处于第二梯队；潍坊、泰安、济宁、莱芜、日照、滨州等6个地市经济质量水平较高，创新能力稍弱，为第三梯队；枣庄、临沂、德州、聊城、菏泽等5个地区创新能力和经济质量均较低，为第四梯队。另外，山东省地区创新能力和经济质量的多年份变化表现出马太效应趋势，尤其创新能力方面，如菏泽的创新能力持续下降，2016年达到最低点，而济南和青岛的创新能力稳步增长。

3 创新能力与经济质量的耦合协调

本文计算了各年份各地区耦合度和协调度指数（表2），耦合度数值在0.4—0.5之间，均处于低度耦合阶段。本文基于ArcGIS软件自然断裂法，并结合地区创新能力和经济质量的结构特征，进一步划分为3类：0.40—0.44为极弱耦合，0.44—0.48为较弱耦合，0.48—0.50为低度耦合。

3.1 耦合度分析

地区耦合水平总体不高，但呈上升趋势。从耦合度数值和类型上看，2001—2016年各地区耦合度数值在0.4—0.5之间，数据分布较为集中。参考既有研究［13］，各地区处于耦合水平的提升阶段，耦合水平不高。从各地区的平均耦合水平来看，4个年份的耦合度指数均值分别为0.469、0.482、0.484、0.474，呈上升的趋势；在各类型的占比方面，4个年份低度耦合类型地区的占比分别为41.2%、58.8%、76.5%、58.8%，也表现为不断提升的态势。

地区耦合度与经济水平的空间分布呈现出一致性的特征。如图4所示，青岛、潍坊、淄博、莱芜和东营等地区均处于低度耦合阶段，济南虽然在2006年和2011年处于较弱耦合类型，但是耦合指数也接近低度耦合阈值，这些地区主要分布在胶济沿线。另外，耦合度指数较高的烟台、泰安、济宁、德州、威海等地区也处于或紧邻胶济铁路线铁路线和京沪铁路线。胶济铁路线和京沪铁路线是山东省经济发展和空间分布的重要轴线。

地区耦合水平的演变表现出空间扩散的趋势。结合分析各地区各年份耦合度指数（表2）和耦合度空间格局图（图4）发现，2001年低度耦合类型的地区集中分布在胶济沿线，2006年则以鲁中地区为中心，向西北和西南两个方向扩展，2011年进一步向鲁南和鲁东两个方向延伸，2016年低度耦合类型地区虽然又回归至胶济和京沪铁路沿线，但外围地区耦合度指数仍表现出增长的态势。由此，耦合水平表现出由中心地区向外围地区扩散的特征。

表2 2001—2016年山东省各地区创新能力与经济质量的耦合和协调水平

图4 2001—2016年山东省地区创新能力与经济质量耦合水平空间格局

3.2 协调度分析

协调度水平总体不高，且地区差距大。从表2可见，各地区创新能力和经济质量的协调度指数处于0.2—0.6之间，进一步划分为中度失调、轻度失调、濒临失调和勉强协调等4个类型，没有地区达到初级协调（D＞0.6）以上水平。各类型地区的数量上，4个年份达到勉强协调水平地区的数量为3—4个，属于轻度失调和中度失调程度较高类型的地区数量为10—11个，表明地区创新能力和经济质量的协调发展程度不高。另外，4个年份协调度最大的地区和最小的地区的差值均在0.26以上，地区协调度差距较大。

地区协调度的空间分布呈显著的中心—外围结构。表2和图5显示，4个年份稳定处于勉强协调状态的地区仅有济南、青岛和威海3个地区，且青岛和济南的协调度数值远高于威海，说明青岛和济南是山东省创新能力和经济质量协调发展的双核心。协调水平仅次于勉强协调的地区有烟台、淄博、东营等地市，这些地区处于济南和青岛两个核心城市连线即胶济铁路沿线附近，铁路沿线以西和以南的鲁西、鲁南各地区协调水平总体偏低。另外，2001—2016年地区协调度水平以济南和青岛为核心向外逐步降低，距离越远，协调度越弱。

图5 2001—2016年山东省地区创新能力与经济质量协调水平空间格局

地区间协调度的差距表现出扩张的趋势。计算4个年份地区创新能力和经济质量协调度的极差值，分别为0.265、0.284、0.308、0.337，数值不断增大，表明地区创新能力和经济质量协调度的差距具有不断扩大的趋势。济南和青岛的协调度水平持续稳定增长，而处于中度和轻度失调状态且位于外围的菏泽、德州、聊城、临沂、日照等地区的协调水平不断下降。

4 影响因素分析

4.1 模型构建

当前，关于地区创新能力与经济质量协调发展影响因素的研究尚不多见，缺乏有效地理论借鉴和参考。因此，本文首先对创新能力和经济发展质量各要素层进行回归分析，对影响因素进行初选，进而构建创新能力与经济质量协调发展影响因素的空间计量模型，以避免指标冗余可能带来的统计学意义缺失和无效估计的问题。

以创能能力和经济质量评价指标体系中的每个要素为因变量，各要素层下的观测指标为自变量，构建多元线性回归模型，采用逐步回归方法，筛选得到的显著性较高的指标及其含义分别为：①R＆D经费投入强度（RD）和每万人高校教师数（UT）分别表征创新投入的经费和人才；②每万人专利申请授权数（PQ）表征创新产出；③R＆D经费政府/企业支出比（GE）表征创新环境；④人均GDP（GDP）表征经济水平；⑤人均利用外资额（FDI）表明经济投入质量；⑥第三产业产值占GDP比重（TER）表征经济结构状况；⑦财政收入支出比（FRE）代表财政收支平衡状况；⑧城乡居民人均收入比（UR）表征城乡协调情况；⑨单位产值二氧化硫排放量（SO2）表征绿色发展水平。

由于在协调度的计算过程中包含了耦合度水平，因此本文以地区创新能力与经济质量协调度水平的常对数为因变量，对筛选指标取常对数并作为释变量，构建创新能力与经济质量协调发展影响因素的空间滞后模型：

式中，i为年份；j为地区；Dij为各地区协调度水平矩阵；Xij为筛选观测指标数据矩阵；ρ为空间滞后回归系数；W为以相邻与否构建的空间权重矩阵；t为释变量的数量；β为待估系数；εij为服从独立分布的随机扰动项。

当地区因变量受其他地区回归扰动项影响时，则使用空间误差模型，以期得到更为准确的估计，模型表达式为：

式中，u为误差项；λ空间误差回归系数。

4.2 回归结果分析

首先，依据空间滞后和空间误差参数确定空间计量模型。结果显示，LM－lag为4.435，通过了5%显著性检验，R－LM－lag为3.481，达到了10%显著性水平；LM－err和R－LM－err分别为1.432和0.478，均未通过显著性检验。由此，空间计量模型上应选用空间滞后模型。其次，进行Hausman检验。得到的统计值为68.300，显著性水平达到了1%，说明应选用固定效应模型进行系数估计。采用极大似然估法完成系数估计，整理数据发现，考虑空间效应时的空间滞后模型和空间误差模型拟合水平（R2）比传统OLS模型明显提高，释变量系数及t值均有所提升，且空间滞后系数（ρ）通过了显著性检验，表明存在地区间的空间效应，运用空间计量模型的参数估计更为可靠。

空间滞后系数（ρ）为0.290，且显著性水平达到1%，表明相邻地区间的创新能力与经济质量协调发展存在正向影响。这一方面验证了前文分析得出的地区创新能力与经济质量耦合协调的空间扩散特征；另一方面表明山东省人才、技术等创新资源跨地区流动较为显著，各地区间经济联系较为密切。虽然山东省经济社会发展依然表现为济南—青岛的双核模式，但烟台、潍坊、淄博、威海等地区经济实力强，发展势头较好，地区间产业协作性较强。

创新能力层面的主要影响因素为R＆D经费投入强度、高校教师人数和专利申请授权数，3个因素对地区创新能力与经济质量协调发展呈正向积极效应。其中，高校教师人数显著性水平最高、影响最强，表明山东省各地区提升创新能力首先应加大人才方面的投入。其次为专利申请授权数，说明相比经济增长，山东各地区的科技产出较少且效率不高。R＆D经费投入的显著性正向效应与近年山东省整体上教育和科技研发经费投入不足的现实吻合。

经济质量层面影响因素为人均利用外资水平和第三产业产值比重。其中，利用外资水平对促进地区创新能力和经济质量协调发展表现为显著的正向作用。外资除具有资本的属性外，也含有技术的内涵。因此，提高外资利用水平不但保证了资本供给，而且能够促进技术革新，提升产品的竞争力，进而提高经济质量水平。

从表3可见，第三产业产值比重对地区创新能力与经济质量协调发展具有负向影响。结合前文分析，其原因可能是：山东省各地区经济质量水平普遍高于创新能力，而第三产业发展能够提升经济质量，因此第三产业水平的提升不利于二者数值上的协调。此外，虽然经济规模、财政收支比和城乡协调等因素没有通过显著性检验，但是作用方向也表现为负向影响，其影响机理与第三产业产值比重具有相似性。另外，二氧化硫排放强度对地区创新能力与经济质量协调发展具有正向影响，结合全省传统产业比重高、资源环境压力大的实际情况，表明空气污染仍是山东提升经济质量的重要障碍性因素，限制了绿色发展的转型。

表3 地区创新能力与经济质量协调发展影响因素模型估计结果

5 结论与讨论

本文构建了体现山东省经济社会发展特点的地区创新能力和经济质量评价指标体系，采用熵权评价方法、耦合协调度评价模型和空间计量模型分析了该省地区创新能力、经济质量及其耦合协调的时空演变和影响因素，得到以下主要结论：①省域层面上，山东省创新能力和经济质量不断提升。创新能力的提升更多地依靠创新投入的增加，投入—产出效率仍较低；经济质量初现协调、绿色发展的趋势，但发展动力仍显不足。地区层面上，地区间创新能力与经济质量均存在较大差距且呈分化的趋势，地区创新能力与经济质量的强度及其演变表现出明显的同步性和耦合性特征。大部分地区的创新能力滞后于经济质量水平，创新能力有待提高。②山东省地区创新能力与经济质量的耦合水平总体不高，以低度耦合为主，但耦合水平呈上升态势。耦合度高值区主要分布于胶济铁路沿线，地区耦合水平在空间上呈现出扩散趋势。地区创新能力与经济质量的协调度以中轻度失调为主，协调发展水平较低且地区差距明显，空间分布上呈现以济南和青岛为双核的中心—外围结构，胶济和京沪铁路线以南以西的鲁南和鲁西地区协调度较低。③地区创新能力与经济质量的协调发展表现出显著的空间相关性。空间计量模型显示，研发经费投入、高校教师数量、专利申请数量和利用外资水平对地区创新能力与经济质量的协调发展具有显著的正向促进作用，而经济水平、产业结构水平和城乡协调对其有负向影响，这与山东省各地区创新能力低于经济质量有关。

本文立足于山东省经济发展实际，构建了地区创新能力和经济质量的评价指标体系，以地级市为空间尺度证明了二者间的耦合协调关系。研究发现，耦合协调关系在省域内部存在空间异质性和分化的趋势，经济质量高的地区其耦合协调水平呈上升趋势，相反，低经济质量地区耦合协调度下降。这一特征应引起空间开发和发展战略制定者的高度重视。长期以来，山东省经济发展资源环境依赖性强、传统产业比重高、地区创新能力弱、经济发展质量不高的问题十分突出。当前，山东省正在实施新旧动能转换重大工程，各地区应进一步坚定创新能够推动经济高质量发展的基本立场，以新旧功能转换综合试验区建设为契机，大力培育并引进促进产业转型发展的关键人才，实现关键技术新突破，推进创新能力和经济质量的联动提升。