湖南工业集聚对绿色创新效率影响研究——基于环境规制视角

曾庆瑞，侯茂章

（中南林业科技大学 a.经济学院；b.班戈学院，湖南 长沙 410004）

随着中国经济进入高质量发展新阶段，工业集聚现象日益明显，其通过规模经济、知识溢出等正外部效应，成为推动国民经济增长的重要引擎[1]。同时工业的快速扩张也带来了一系列环境问题。根据《2019年中国生态环境公报》显示，全国337 个地级市就有180 个城市的环境空气质量严重超标，“工业三废”是污染物排放的主要来源。因此，推进“创新驱动、绿色发展”战略显得尤为重要。“十四五”规划中明确指出，要加快发展方式绿色转型，协同推进经济高质量发展和生态环境高水平保护。提升绿色创新效率是实现绿色发展的关键，而绿色创新效率的提升与工业发展密切相关。

为实现工业绿色有效转型，各级政府出台了一系列环境规制政策。然而，规制政策下部分企业的绿色创新技术并未得到提高，反而产生“约束效应”不利于经济高质量发展[2]，更有学者提出环境规制对绿色创新效率作用呈波动影响[3]。由于湖南省不同地区资源、环境水平存在较大差异，且工业集聚内部同时存在专业化集聚和多样化集聚现象，其对工业集聚和绿色创新效率关系可能带来非线性影响。因此，在湖南省各地环境规制差异情况下，不同市、州工业集聚与绿色创新效率关系如何？专业化集聚和多样化集聚作用是否有效促进绿色创新效率提升？这些问题值得深入探讨。

一、文献综述

绿色创新效率是指在原始投入产出效率基础上，增加环境发展和能源消耗所衡量的绿色创新投入产出的比值[4]。这种方法综合考虑经济增长、资源利用和生态环境保护，改善了传统经济效率视角下对要素利用评价单一的问题[5]。产业集聚是指相互关联的企业在空间范围内集聚的经济现象。众多研究表明，产业集聚是影响绿色创新效率的重要因素。在集聚过程中，企业与周边环境产生互动，进而改变区域绿色创新效率。作为最主要的产业配置形式，产业集聚能否推动绿色技术创新，学者们对此持不同意见。目前关于产业集聚和绿色创新效率关系的研究主要集中在以下两方面。第一，产业集聚正向促进绿色创新效率提升。杨浩昌发现高技术产业集聚会通过推进绿色技术创新和提高绿色生产效率，进而提升绿色技术创新绩效[6]。第二，产业集聚与绿色创新效率的关系不确定，部分学者认为二者存在“U”型或倒“U”关系。谢露露研究表明制造业集聚存在显著的溢出效应，相邻地区制造业集聚对创新效率作用呈倒“U”型，而本地制造业集聚始终抑制创新效率提升[7]。

根据集聚外部性是否来源于同一产业，产业集聚可划分为专业化集聚和多样化集聚两类[8]。Speldekamp 指出集聚对企业创新的影响同时来源于企业内部资源和集聚区外部资源两方面[9]。张素庸发现生产性服务业专业化集聚有利于本地区绿色全要素生产率提升，对邻近地区产生抑制作用；多样化集聚对本地和相邻地区绿色全要素生产率都产生积极影响[10]。

环境规制作为一种解决污染外部性的重要手段，会显著影响绿色创新效率提升。覃伟芳[5]证实环境规制对高能耗、污染密集型的行业影响较大且对产业集聚强度有正向促进作用。张峰[11]也指出环境规制引导产业集聚水平的提升是其正向促进产业集聚对高端制造业绿色创新作用的关键。从已有文献看，目前关于环境规制在产业集聚和绿色创新效率关系中起到的作用不明确，仍未得到充分研究。因此，本研究将剖析专业化集聚和多样化集聚影响绿色创新效率的内在机制与路径，并探讨环境规制在影响工业集聚和绿色创新效率关系中发挥的作用。

综上所述，现有研究从不同角度探讨了工业集聚与绿色创新效率的关系，但从产业专业化和多样化集聚以及环境规制视角展开的研究较少。因此，本研究可能的边际贡献有两点。第一，基于Marshall 外部性和Jacobs 外部性理论区分专业化集聚和多样化集聚，研究工业专业化集聚、多样化集聚对绿色创新效率的作用机制与路径。第二，构建面板门槛模型，分析湖南工业集聚对绿色创新效率的影响，以期为提高湖南省各市、州绿色创新效率提供一定的依据。

二、理论基础

（一）专业化集聚与绿色创新效率

专业化集聚是指那些具有同质化投入产出及共享知识技术的企业在特定地理空间上的集 中[12]。Marshall 认为单一类型的工业企业集聚于同一地区，使得同类企业间相互学习，通过专业化分工协作和行业内的知识溢出效应促进绿色技术提升，进而提高行业创新水平。

专业化集聚特性决定了集聚区内容易产生单一结构的“知识蓄水池”，创新溢出局限于行业内部信息技术的交流与扩散，导致专业化集聚区内的产业结构形成路径依赖和技术锁定。虽然大量企业聚集在同一区域内，一定程度上节约了交易成本，但专业化集聚区内的企业均处在产业链的同一位置，缺乏不同行业间的技术扩散和信息交流，导致创新动力被弱化。此外，专业化集聚不利于形成开放型竞争环境，企业科技创新和自主研发活力降低，一旦单一的专业化集聚区缺乏有效的管理与引导，同质化集聚现象将更趋明显，反而抑制了绿色创新效率的提升[13]。基于此，本研究提出第一个假设：

H1：工业专业化集聚对绿色经济效率存在一定抑制作用。

（二）多样化集聚与绿色创新效率

多样化集聚包括存在技术关联的不同行业间的集聚和在产业链上下游企业间形成的垂直多样化集聚。Jacobs 认为多样化集聚有助于企业间的资源互补与协作，提高企业的竞争活力，借助产业间的良性竞争与溢出效应促进企业绿色创新发展。首先，多样化集聚区开放性强，更易于形成竞争型的市场结构，更有利于激发企业开展绿色技术革新；其次，多样化集聚有利于资本、技术的多元共享，促进不同类型企业向“知识蓄水池”中加入新技术，进而提高集聚区的期望产出，降低非期望产出；最后，多样化集聚能降低企业运输和交易成本，减少污染排放，进而提高企业绿色创新效率[14]。基于此，本研究提出第二个假设：

H2：工业多样化集聚能促进绿色创新效率 提升。

近年来政府部门相继出台了多种产业政策和环境政策，逆向提高企业的绿色研发效率和环境治理能力。政府若采取合理、有效的环境政策，将对促进工业绿色创新效率提升产生积极影响。一方面，在产业集聚规模较小时，企业的清洁化生产技术相对较低，对应的绿色生产配套设施不完善，其环境治理的边际成本也高于治理的边际收益。此时若实施高强度的环境规制政策，不仅不会促进绿色创新，反而会对企业绿色生产带来显著制约效果[15]。当企业无法承担相对应的环境约束时，高强度的环境规制会使其选择转移或退出市场，不利于行业的整体发展。另一方面，随着产业集聚规模不断扩张，适度的环境规制能够诱发企业间的知识竞争效应和技术扩散效应[16]，促使企业间环保水平“齐头并进”，提高绿色创新能力。可以看出，产业集聚对绿色创新效率的影响存在着多种作用路径，而以往关于工业集聚的研究大多围绕工业集聚与绿色创新效率二者间展开，忽略了环境规制等变量的影响。基于此，本研究提出第三个假设：

H3：环境规制在工业集聚作用绿色创新效率中起到门槛作用。

三、模型设定、变量测度与数据说明

（一）基于非期望产出的SBM-DEA 模型 设定

借鉴Tone[17]提出的非径向、非角度的SBMDEA 效率评价模型测度湖南14 个市、州绿色创新效率。传统DEA 模型单纯追求经济效益，不考虑实际污染等非期望产出。SBM-DEA 模型将松弛变量和非期望产出变量纳入目标函数，是在综合考虑资源利用与环境污染后对绿色创新效率的评价。但SBM-DEA 模型测算结果会存在多个效率前沿决策单元，不能区分出最优效率。效率值ρ*∈[0,1]。当ρ*＜1 时说明评价单元无效，需要调整投入产出要素以改进效率，当ρ*=1 认为评价单元有效。

假设有n个决策单元，m个投入变量，s1+s2个产出变量；s-、sg+、sb+分别表示投入、期望产出和非期望产出的松弛量，λ为权重向量。考虑非期望产出的SBM-DEA 模型设定为：

式中：λ≥0、s-≥0、gs+≥0、bs+≥0。综合考虑绿色创新效率的内涵以及数据可得性等，选取如下投入产出指标计算工业绿色创新效率。

1.投入要素

投入要素选取规模以上工业企业R&D 投入资本存量、R&D 人员全时当量和能源投入量。工业企业的创新主要来自R&D 研发部门和生产部门。选取2011—2019年湖南省R&D 经费内部支出、R&D 人员全时当量以及主要能源消耗量作为绿色创新效率的资本、人力和能源投入要素。

以2011年为基期对R&D 内部支出进行平减，计算当期R&D 现值Eit。参照李向东等[18]的方法根据R&D 经费支出中人员劳务费和仪器设备费用的比例构造湖南省R&D 支出价格指数PR=0.753×CPI+0.246×PL，其中CPI 为消费价格指数，PL 为固定资产投资价格指数。

R&D 内部支出代表企业该年度创新活动投入，但企业当年创新不仅受当期R&D 现值影响，还受过去R&D 存量影响。因此采用永续盘存法核算R&D 当年资本存量Kit=Kit-1(1-δ-g)+Eit-1，折旧率δ取15%，g取湖南省2011—2019年R&D研究经费平均增长率28.33%。

2.期望产出

期望产出选取新产品产值和发明专利申请受理数。绿色创新不仅考虑了环境改善的创新效率，还考虑到经济效益。创新专利代表了企业核心科技资产，能反映绿色创新的真实水平。新产品产值能综合衡量绿色创新成果转化效益，因此综合这两个指标更能反映工业期望产出的效率。

3.非期望产出

非期望产出选取工业废水排放量、工业二氧化硫排放量以及工业烟粉尘排放量。本研究参照钱丽等[19]的方法，运用熵权法将三者按照0.801、0.124 和0.074 的比例进行加权，衡量企业污染排放。

（二）门槛模型构建

为检验不同规制水平下两种集聚模式对绿色创新效率影响，借鉴Hansen[20]的做法，以环境规制（reg）为门槛变量，绿色创新效率（green）为被解释变量，专业化集聚（MAR）和多样化集聚（JAC）为解释变量，并加入外资发展水平（fdi）、政府支持（gov）、产业结构（industry）、财政分权（fiscal）、工资水平（pwage）和教育年限（edu）6 个控制变量，考察在不同地区环境规制水平差异下工业专业化集聚和多样化集聚对绿色创新效率的作用。门槛模型设定如下：

式中：α为截距项，β为变量的影响系数，ε为随机扰动项，γ为门槛值，θ为门槛区间变量的影响系数。

（三）变量说明与数据来源

1.被解释变量

绿色创新效率。选取上文基于非期望产出的SBM-DEA 模型测度的绿色创新效率。

2.解释变量

1）专业化集聚。通常测度专业化集聚水平的方法有区位熵、赫芬达尔指数等。本研究采用区位熵衡量工业专业化集聚。区位熵指数越大，说明该地区工业发展相对于湖南省其他市、州而言更成熟、集聚能力更强，更具规模优势和比较优势[20]。具体测算方法如下：

式中：MARi(t)表示t时期i地区工业专业化指数，Sij(t)表示t时期工业中j行业就业人数占i地区总就业人数的比重，Sj(t)表示t时期工业中j行业就业人数占全省总就业人数的比重。MARi(t)值越大，表明该区域专业化集聚水平越高。

2）多样化集聚。国外学者多采用赫芬达尔-希格曼指数的倒数或者E-G 指数衡量产业多样化集聚。本研究借鉴国内吴振华[21]等人的研究，采用多样化指数衡量，测算方法如下：

式中：JACi(t)表示t时期i地区工业多样化指数，Sij(t)和Sj(t)含义同上。JACi(t)的值越大，表示该地区工业多样化集聚度越高。

3.控制变量

某地区的绿色创新效率不仅受产业集聚影响，还可能受所处区域环境以及政府部门相关政策等多方面影响。借鉴现有研究成果，同时考虑数据可得性，选取以下6 个控制变量：外商直接投资（fdi），以各地区使用外资占GDP 比值表示；政府支持（gov）以各地区政府科技财政支出占当地财政支出比值表示；产业结构（industry），以各地区第三产业与第二产业比值表示；财政分权（fiscal），以各地区财政支出占GDP 比值表示；工资水平（pwage），用各地区平均工资水平表示；教育年限（edu），用各地区平均教育年限表示。

4.门槛变量

衡量环境规制的方法主要有三种：一是用污染排放物的单位产出衡量，污染排放强度越高，环境规制强度越高；二是用污染治理投资额占GDP 的比重衡量，治理投资支出占比越大，环境规制强度越高；三是用环境规制法规政策数等衡量。本研究选取污染排放强度这一指标，参照余东华等[22]的研究，将各地区工业企业废水、废气和废物的排放单位产值化和标准化处理，综合反映环境规制水平。

由于2011年统计口径发生较大调整，为保证数据可比性，本研究以2011年为基期，采用湖南省14 个市、州2011—2019年面板数据进行研究。原始数据来源于《湖南统计年鉴》《湘西统计年鉴》《中国城市统计年鉴》和《中国环境统计年鉴》等。

四、实证分析

（一）湖南省绿色创新效率值时空特征分析

运用SBM-DEA 模型测度2011—2019年湖南省14 个市、州工业绿色技术创新效率值，结果如图1 所示。

图1 湖南省区域工业绿色创新效率均值时间趋势

1.时间特征分析

从时间变化特征上看，湖南省整体绿色创新效率维持在0.7 左右，绿色创新水平有待提升。可能的原因是，近年来受国家政策导向的影响，湖南省经济结构逐渐调整并将创新及绿色纳入发展整体战略布局中，但仅有长株潭城市群绿色创新效率逐年上升，其余地区绿色发展后劲不足，导致湖南整体绿色创新效率并未显著上升[23]。

从地区差异上看，长株潭城市群绿色创新效率遥遥领先，原因在于该区域主要从供给侧入手推进产业转型升级，大力发展绿色经济和中高端产业，使得区域绿色创新效率维持在较高水平。环洞庭湖城市群绿色创新效率均值近年来呈先升后降趋势，主要因为前期岳阳市科教创新资源高度集中以及其具备较好的工业基础，使得岳阳市绿色创新效率在2011—2014年逐渐上升。但近几年开始下降，可能因为环洞庭湖区粗放的鱼米经济模式未彻底改变，存在对鱼虾的灭绝性捕捞和河沙盗挖等资源过度掠夺现象，使得环洞庭湖区环境超过生态承载力，区域绿色创新效率下降。湘南地区绿色创新效率波动较大，可能原因在于作为国家承接产业转移示范区，湘南地区既承接了农产品精深加工、装备制造和先进制造等绿色附加值高的产业，又受制于传统制造业产业链条短、产业融合度不高等缺点，绿色创新效率低下问题。大湘西地区绿色创新效率均值远低于湖南省平均水平，主要原因在于怀化、娄底和湘西三个地级市、州的产业基础较为薄弱、R&D 人员及经费投入较少，当地传统产业经济附加值低，综合能耗产出率较低。

2.空间特征分析

从空间位置特征上看，除长沙市每年基本达到绿色创新效率前沿面外，湖南省其他市、州工业绿色创新效率均值都在[0.4,0.8]上下波动。为更直观分析湖南省工业绿色创新效率时空格局演进特征，结合ArcGIS 绘制地图，对2011年、2015年和2019年三期绿色创新效率时空格局特征进行对比分析。

由图2 可以看出，湖南省2011年、2015年和2019年绿色创新效率时空格局具有不同演进特征，工业绿色创新效率空间分布不均衡。从有效绿色创新来看，2011年工业绿色创新效率达到前沿面的地区有长沙市、常德市、张家界市、怀化市和邵阳市。2015年工业绿色创新效率有效的地区从5 个减少到4 个，长沙市、株洲市、衡阳市和常德市均达到绿色创新有效前沿面，湖南省区域绿色有效创新自西南逐步向东北移动。长株潭城市群绿色创新效率显著提升，说明国家自主创新示范区和两型社会试验区建设取得了一定成效[24]。2019年工业绿色创新效率有效地区仍保有4 个。长株潭城市群工业绿色创新水平仍保持领先，但北部环洞庭湖城市群及大湘西地区工业绿色创新效率明显降低，湘南地区绿色创新取得显著成效，近年来湖南省工业绿色创新效率发展及其不平衡，区域绿色创新发展差异巨大，整体绿色创新效率有待加强。

图2 2011、2015 和2019年湖南省区域绿色创新效率时空格局演化图

（二）门槛检验和结果分析

使用Stata15.0 检验模型的单门槛和双门槛效应。利用Hansen 提出的Bootstrap 自举法检验门槛个数，检验结果如表1 所示。

表1 显示，无论专业化集聚还是多样化集聚，环境规制的双门槛模型都无法通过检验，而单门槛都在1%的显著性水平上通过检验，存在显著的环境规制门槛效应。因此，采用单一门槛模型估计专业化集聚和多样化集聚的绿色创新效应。

表1 门槛显著性检验结果†

1.专业化集聚对绿色创新效率影响的门槛估计结果

以环境规制为门槛变量时，工业专业化集聚对绿色创新效率存在单门槛效应。当环境规制强度低于0.076 8 时，由表2 可知专业化集聚的估计系数在1%显著性水平下为-0.365 1，专业化集聚对绿色创新效率表现出抑制作用；当规制强度高于门槛值时，专业化集聚对绿色创新效率作用并不显著，可能的原因是经过结构性突变，影响绿色创新效率的主要因素不再是专业化集聚而是其他因素，如产业结构等，因而总体表现为不显著。

表2 2011—2019年湖南专业化集聚对绿色创新效率影响的门槛估计结果

湖南工业专业化集聚抑制绿色创新效率提升的原因可能有以下三点。

一是湖南整体专业化集聚产业多为传统高污染制造业，难以发挥专业化集聚的协同效应，且产业集聚扩张容易带来环境负效应，不利于工业绿色创新效率提升。二是湖南地方市场分割和地方保护主义的存在，使得工业专业化集聚与其他关联行业发展脱节，且地方政府竞争使得区域内同类工业行业出现较强的同质化现象，导致绿色创新后劲不足。三是当环境规制强度较低时，知识、技术溢出的正面效应也较低，专业化集聚的负面效应更显著，总体表现出抑制的效应；当环境规制强度较高时，各企业更倾向开展绿色技术革新，技术溢出效果更加明显，可能会抵消专业化集聚带来的负面效应，进而表现出不显著。

2.多样化集聚对绿色创新效率影响的门槛估计结果

以环境规制为门槛变量时，工业多样化集聚对绿色创新效率存在单门槛效应。当环境规制强度低于0.076 8 时，由表3 可知多样化集聚的估计系数在1%显著性水平下为-0.009 9，专业化集聚对绿色创新效率表现出抑制作用；当规制强度高于门槛值时，多样化集聚对绿色创新效率作用的估计系数在1%显著性水平下为0.008 1，表现出正向促进作用，说明多样化集聚对绿色创新效率在环境规制门槛作用下呈现显著的“U”型。出现这种情况可能的原因是：

表3 2011—2019年湖南多样化集聚对绿色创新效率影响的门槛估计结果

一方面，当环境规制程度较低时，各工业企业为了追求短期利益仍然会将资源集中投入在传统高污染、高排放的产出上[16]，多样化产业集聚无法通过绿色创新补偿达到经济增长与环境治理的双赢效果。在此情况下，集聚区内企业不仅无法发挥绿色创新能力，还会继续加深生态环境压力，反而抑制绿色创新效率。另一方面，随着多样化集聚水平提升，企业间产生的竞争效应和技术扩散效应使其绿色生产技术和治理水平明显提高，集聚开始发挥正向促进作用。且随着环保惩罚措施逐步深入，高耗能、低效率的企业会不断退出市场，使得要素资源逐渐往高效率、能耗低的企业聚集。幸存企业会更加注重绿色技术创新，环境规制的正向激励效益愈加显著，使得工业集聚对绿色创新效率的作用显著为正。

五、结论及政策启示

工业集聚促进绿色创新效率提升的作用路径较为复杂。在创新驱动与绿色发展背景下，湖南工业绿色创新效率提升迫在眉睫。不同环境规制作用下有效利用产业集聚推动绿色创新效率提升是湖南实现工业绿色低碳与经济双赢发展的关键。首先分析专业化集聚和多样化集聚作用绿色创新效率的路径，并测度湖南各市、州工业绿色创新效率。在构建面板门槛模型基础上，从环境规制角度分析湖南不同地区工业集聚对绿色创新效率的作用效果，得到以下结论。

第一，湖南工业绿色创新效率发展不平衡，粗放与集约发展并存。近年湖南省区域有效绿色创新自西向北后向湘南移动。长株潭城市群绿色创新效率值遥遥领先，大湘西地区绿色创新效率均值远低于湖南省平均水平。

第二，不同集聚模式对绿色创新效率作用结果不同。无论各地环境规制处于何水平，专业化集聚始终抑制绿色创新效率提升。多样化集聚在环境规制水平较低时不利于绿色创新效率提升，当环境规制强度增加并超过临界值，多样化集聚开始发挥正向促进作用。

第三，针对多样化集聚，外商直接投资和财政分权对对绿色创新效率提升具有显著促进作用，政府支持和产业结构对绿色创新效率呈现抑制效果，没有充足证据表明地方平均工资和教育年限在促进工业绿色创新效率提升上发挥作用。

据此，提出3 项政策建议。

首先，政府应不断完善湖南工业发展政策导向，引导工业向高端化、绿色化发展。在全球绿色经济竞争发展背景下，通过多样化集聚促进绿色创新效率提升是实现工业转向集约发展的重要一步。在经济发展进入新常态背景下，进一步深化供给侧结构性改革，将政府官员的政绩考核与长期可持续发展和短期效益相结合，同时培养企业的绿色环保意识，提高企业积极性和社会责任感，依靠多样化集聚及其绿色创新潜力不断促进湖南工业绿色发展[25]。

其次，依托区域禀赋，持续发挥工业集聚优势。对于绿色创新发展较好的长株潭城市群、湘南城市群等，应继续增强生产要素配置与绿色技术进步的协同：一方面深化产业要素结构调整，最大限度释放绿色产业能量；另一方面提升工业内部要素配置效率，优化资本、劳动及技术之间的配比关系，提升工业绿色创新，实现能源效率变革[26]。另外，对于绿色创新发展较弱的大湘西地区，提升绿色技术研发能力是改变绿色创新效率低下的关键。应加大其科技资金投入、建立企业知识创新管理体系。针对湘南产业承接转移示范区，应积极利用外资，继续整合湘南三市的科研技术力量与资源，依托优势产业沉淀，搭建产业深度服务平台，加大对园区绿色产业融合服务。湖南省应注重资源整合，促进资源优化配置和产业融合集聚，以实现湖南工业高质量、均衡可持续发展。

再次，充分考虑各地区环境规制的门槛效应，防止异质性阈值效应的不利影响。针对前期工业绿色创新效率较低的地区（如邵阳、衡阳），政府应适度提高环境规制强度，防止工业集聚对绿色创新效率的反作用，并鼓励企业将更多生产和研发投入到绿色生产上来，提高企业绿色转型速度。对于绿色发展逐步“向好”的地区（如永州、郴州），除将环境规制继续保持在较稳定的水平外，还应构建以市场主导的产业融合型集聚模式，使多样化集聚区内的各部门、不同组织、上中下游之间形成高效的利益共同体，保证最大限度实现企业持续绿色转型。