黄土高原城市创新效率及影响因素

黄 寰， 李佳蔚， 肖 义， 王 珏， 王晓晨

(1.成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室， 成都 610059；2.成都理工大学商学院， 成都 610059； 3.成都理工大学管理科学学院， 成都 610059)

党的十九届五中全会提出，我国发展仍然处于重要的战略机遇期，但机遇和挑战都有新的发展变化.坚持创新驱动，有利于加快经济与产业转型，实现国家高质量发展.高质量发展与绿色发展紧密相关，绿色发展为创新能力和竞争力提供支撑和依托.在现代化建设全局中，环境资源将继续作为实现经济发展的内在驱动力，同时在生产生活中持续贯彻绿色要求，着力保护生态环境，促进人与自然和谐共生.习近平总书记倡导的“绿水青山就是金山银山”是我国实现绿色发展和经济绿色转型、人与自然和谐共生现代化的重要指导思想，坚持绿色、循环、环境为本的理念是推进生态脆弱区可持续发展的关键.同时，在具体的实践中，目前国际社会积极倡导的NBS理论(nature-based solution，基于自然的解决方案)提出顺应自然环境特点，以自身环境条件出发实现生态修复，寻求人与自然开发、保护、修复之间的平衡点.这深化了生态系统运行机理，有利于在实践中指导城市可持续发展和绿色创新发展.

生态脆弱区是指生态系统不稳定，受到外界干扰后易发生生态退化且恢复能力较差的区域[1]，位于生态脆弱区内的城市，整体而言受到来自环境的约束多于其他城市.科技创新能力是评估一个城市可持续发展的重要指标之一，创新效率的提高能帮助生态脆弱区城市找到更有效的发展方式，避免传统路径中可能发生的对生态环境造成进一步破坏、产出效率低下等问题.提倡创新发展有利于产业及产业结构优化升级，诞生适合生态脆弱区城市发展要求的创新成果，最终实现生态脆弱区城市的高质量发展.在我国经济开始进行增速换挡、积极推行绿色生产生活方式的背景下，需要以“两山论”为指导，并结合NBS理念，加快进行科技创新，并有效推进黄土高原生态环境修复工作.鼓励黄土高原工程技术如治沟造地、固沟保塬、平山造城等的创新和运用，有效保证黄土高原生态脆弱区的修复工作和当地居民的正常生活生产.科学地对黄土高原生态脆弱区创新效率进行评价，并客观地评估其影响因素，对实现高质量发展和生态脆弱区可持续发展具有十分重要的现实和理论意义.

创新效率的评价方法是通过投入产出之比，对比数值大小判断效率水平.魏守华等认为区域的创新能力不仅在于创新基础，创新效率对创新能力的影响十分显著[2]，有研究从产业集聚视角出发，以产业的集聚效应推动创新效率提高[3]，通过空间聚类分析和碎化度指数研究并利用专利申请量评价创新能力[4]，利用随机前沿模型(SFA)进行创新效率测算[5].目前对创新效率的评价以DEA为主[6-7].DEA模型不需要构建整体性的生产函数形式，不易出现因模型设置错误而导致结果误差，适合于评价多投入多产出的决策单元[8-9].常晓然等在利用SBM-NDEA模型进行创新效率评价时引入了创新过程，对我国城市创新效率进行了研究[10]，余泳泽等利用三阶段DEA模型，将创新过程分为三个阶段并评价了各阶段的创新效率[11]，葛腾飞等利用耦合协调度模型测度创新与经济发展的时空差异与特征[12]，在对创新效率的研究中，DEA-Tobit两阶段法是主要的评价手段[13-14].

生态脆弱区通常位于生态系统过渡交界处，其特征是有关生态环境问题较为严峻，也属于贫困问题多发地区[15].我国的生态脆弱区类型较多且大多集中于西部内陆地区，许多学者针对不同类型生态脆弱区并以具体地区、环境特征进行研究论述.于伯华等对青藏高原高寒区的生态脆弱性进行了评价[16]，蒙吉军等以鄂尔多斯市为研究对象，建立了区域生态脆弱性评价模型[17]，伍博炜等探究黄土高原生态脆弱区的土地利用变化对区域生态服务价值的影响[18]，马真臻等以甘肃省两个自然保护区为研究对象探究西部干旱区生态脆弱性[19].黄土高原是中华民族重要的文化起源地，自然资源丰富，蕴含大量矿产资源，黄土资源丰富.但在经历了长时间的过度开发、开垦后，导致这一地区成为水土流失最严重的区域之一[20]，李宗善等研究了黄土高原水土流失治理现状问题，提出对治理模式调整和优化的建议[21]，李相儒总结近60年黄土高原生态治理现状[22].为治理黄土高原，政府和学者都对问题进行了研究，随着黄土高原三大工程(平山造城、治沟造地、固沟保塬)的实施，且黄土高原的治理方式以工程手段和生态治理为主，学者在总结以往对黄土高原治理方式基础上，不断扩大对三大工程的研究.刘彦随等研究了黄土高原沟道整治工程，以创新方式构建现代化农村、民居安置[23]，王小帆则对黄土高原固沟保塬工程进行研究，运用遥感影像技术评估建设结果[24]，张茂省等以延安新区为例，对平山造城的环境效应进行研究[25].

本文以黄土高原生态脆弱区为主要研究对象，结合正在实施的三大工程，评价黄土高原生态脆弱区内城市创新效率、技术创新效率并探索其影响因素，试图提出有关提高黄土高原生态脆弱区内城市创新效率的意见建议.三大工程，特别是平山造城工程属世界首例，如何确保工程的实现，避免生态环境进一步破坏，增强水土保持能力，助力城市发展，需要技术创新、工程创新同时发力.本文以黄土高原生态脆弱区整体为出发点，结合工程实际研究城市创新效率.既有文献对生态脆弱区的研究主要集中在生态脆弱区的环境、地理因素或部分省市的发展情况[26-28]，关于创新效率及影响创新的因素也有相当多的文献，但大多数针对全国或部分省域、发达城市群范围内进行创新效率研究[29-31]，结合三大工程建设现状，对黄土高原生态脆弱区内城市创新效率及其影响因素的评估分析文献较少.本文以黄土高原生态脆弱区24个城市为研究对象(因为洛阳市管辖部分县域属于黄土高原地区，故将洛阳市纳入黄土高原生态脆弱区城市)，通过DEA-Tobit模型对黄土高原地区城市创新效率进行评价，并进一步探究其影响因素，根据实证分析结果并结合发展实际，有针对性地提出黄土高原城市可持续发展政策建议.

1 指标选取与数据处理

1.1 数据处理方法

DEA(data envelopment analysis)即数据包络分析，是一种运用多学科交叉创造出的效率评价方法[32]，提出者是美国运筹学家Charnes A和Cooper W W.DEA是评价同一类型的多投入、多产出的检测单元是否技术有效的一种评价方法，常被用于制造业、工业的效率分析，当前更多地应用在区域或产业的创新效率评价，结果介于0～1之间.本文选择随机固定效应的投入产出进行效率评估，所使用的软件为Deap 2.1.

本文在估计创新效率影响上采用Tobit模型.DEA模型进行创新效率评估得到效率值，在评估过程中可能会忽略对投入产出造成影响的因素，且DEA模型结果介于0到1，单纯地使用最小二乘法(OLS)可能出现参数真实值的偏差[33]，而与Tobit模型结合可以很好地解决效率指数区间范围限制.本文借鉴王俊能[7]、吴贤荣[34]的研究中有关DEA-Tobit两阶段法的模型设置，得到如下模型.

DEA模型对黄土高原生态脆弱区24个城市创新效率评价，通过将24个城市作为检测单元(DMU)，将投入与产出作为输入和输出.假定有n个DMUj，对决策单元hj效率评价指数：

(1)

约束条件为：

(2)

建立可变规模报酬(BBC)模型如下：

(3)

(4)

(5)

其中，i=1，2，…，m；r=1，2，…，s；j=1，2，…，n.U0为判断决策单元规模报酬的指标.若U0<0则表示规模报酬递增，若U0>0则表示规模报酬递增，若U0=0则表示规模报酬不变.

建立Tobit影响因素判断模型，其基本形式为：

(6)

1.2 指标选取

本文进行创新效率评价的城市集中在黄土高原生态脆弱区，从投入、产出角度对环境、资源及创新能力分别选取指标，投入类选取能体现区域内对创新投入的指标：一般公共预算在教育中的支出、科学研究、技术服务、地质勘查业从业人员、信息传输、计算机服务与软件业从业人员数、互联网宽带接入/国际互联网用户数等4项指标.产出类包括专利授权量、地区生产总值、第三产业增加值占GDP比重(表1)等指标.

表1 创新效率指标选取Tab.1 Selection of innovation efficiency indicators

选取的指标时间跨度为2012年—2018年共7年，包含陕西、山西、河南、内蒙古、甘肃、宁夏、青海等7个省(自治区)共计24个城市.由于2012年以前部分指标数据不完整，且2018年以后的数据部分未更新，故选择2012年至2018年这7年作为研究的时间跨度.

基于Tobit模型进行影响因素分析，分别从城市发展、创新、环境以及社会等4个方面选取5个指标，分别为专利授权量/专利申请量、第三产业占GDP比重、第二产业占GDP比重、人口密度、建成区绿化覆盖率(表2)，利用Stata 13进行随机效应的Tobit回归.

表2 创新效率影响因素指标Tab.2 Factors affecting innovation efficiency

1.3数据来源及处理

在选取影响因素指标时，为避免数据单位、数值差异而导致的在回归分析中出现模型估计误差，有关影响因素的数据全部做标准化处理.为保证数据的完整性和准确性，本文采用的研究数据来源于2012年-2018年《中国城市统计年鉴》、各市公布的统计年鉴及国民经济与社会发展统计公报.

2 DEA检验结果分析

基于黄土高原生态脆弱区2012年至2018年7省(自治区)共24个城市的面板数据，利用Deap 2.1软件，进行以产出为导向的随机效应模型对创新效率进行评价，效率结果如表3所示.

表3 2012年—2018年生态脆弱区创新效率测度结果Tab.3 Evaluation results of innovation efficiency in ecologically fragile areas from 2012 to 2018

1) 创新效率时间变化特征.分析结果显示黄土高原生态脆弱区24个城市在2018年大多实现效率的基本有效，其中存在效率值发生大幅度波动的城市，效率值波动较大主要表现为效率的提升.在效率值波动较大的城市中，铜川自2012年起创新效率开始提升，与铜川类似，朔州自2012年起创新效率开始上升，两座城市的创新效率均在2017年达到有效.对比其他出现较大波动的城市，大部分在2014年左右出现创新效率的下降并在之后开始回升，如晋中、延安、榆林等城市.总体来看，黄土高原2012至2018年各个城市整体创新效率值均呈现出逐年提升的趋势.根据2012年、2015年和2018年创新效率值利用ArcGIS绘制24个城市创新效率值分布变化图(图1).

图1 2012年，2015年，2018年 城市创新效率空间变化特征Fig.1 Characteristics of spatial changes in urban innovation efficiency in 2012， 2015， and 2018

2) 创新效率空间变化特征.黄土高原生态脆弱区中24个城市的创新效率空间差异不显著，2012年、2015年、2018年三年创新效率大致呈现出由西向东降低的变化，说明靠近西部城市在创新效率方面的投入更大且进步更加显著.根据内蒙古、宁夏、青海等省(自治区)选取的样本，初步可得出这些省(自治区)创新效率达到较高水平.宁夏创新效率表现在黄土高原地区内相对最优(0.985)，样本城市大多实现较高创新效率.从黄河起源地青海省看，这类靠近西部高海拔地区城市的创新效率要明显高于黄土高原低纬度地区，在生态脆弱区内表现较差的是陕西(0.852)，陕西省内选取的3个样本城市的效率值呈现大致由北向南降低的变化，陕西位于黄土高原海拔较低地区，主要以平原河谷为主要地形，铜川分布多种地形，昼夜温差大且水资源可利用量少，自然气候等可能是限制铜川创新发展的因素.整体来看，陕西样本城市发展条件较青海、甘肃、内蒙古等地区有相对优势，创新技术和创新效率应当位于高水平.受到自然条件的限制，黄土高原内靠近西部省份在创新上的投入更多，更加追求高效率.

3) 创新效率变化结果.数据分析结果显示24个城市中大多数城市实现了创新效率和技术效率的正向增长，仅9个城市实现了技术效率和创新效率的同时增长.区域创新效率均值较优的宁夏，在创新效率上也实现了增长(表5).余下的城市中，仅定西的技术效率和创新效率均未实现增长.在24个城市中创新效率值和技术效率值变化表现较差的城市包括大同(0.938)和吕梁(0.875)，表现较优的为银川和白银两个城市，实现年均6.4%和12.1%的增长水平.城市间由于现有的经济规模、地理位置、对科研和创新的投入、形成的氛围等存在较大差异，可能是造成区域间创新效率值产生差异的原因.

表4 2012年—2018年黄土高原生态脆弱区创新效率均值Tab.4 Mean value of innovation efficiency in ecologically fragile areas of the Loess Plateau in 2012-2018

表5 2012年—2018年24个城市 创新效率及技术效率变化值Tab. 5 Innovation efficiency and technological efficiency change value of 24 cities in 2012-2018

3 影响因素分析

黄土高原生态脆弱区创新效率影响因素的指标分析结果如表6所示.研究影响因素选取了专利授权量/专利申请量(PAT)、第二产业占GDP比重(SEC)、第三产业占GDP的比重(THR)、人口密度(DEN)、建成区绿化覆盖率(GRE)等五项指标.

从估计结果(表6)看出，人口密度、第二产业占GDP比重、第三产业占GDP的比重、以及建成区绿化覆盖率这四个指标对创新效率会产生负效应，四个指标对创新效率的影响均显著，且第二产业占GDP比重这项指标通过1%的显著性检验.专利授权量与专利申请量比值对创新效率产生正效应，并通过1%的显著性检验.

表6 影响因素回归结果Tab.6 Regression results of influencing factors

以资源开采、消耗为主的行业以及不合理的产业结构可能会对创新效率造成影响.在2015年以前，研究区域内的大部分城市经济发展模式较为单一，以采矿业和制造业为主导产业，以服务业为主的第三产业占比相对较低，特别是拥有大量煤炭资源并以其作为主要经济来源的资源型城市.传统的经济发展模式容易对生态环境造成破坏，近些年政府加大对环境的整治，可能造成在其他项目上支出和投入不足，处于起步阶段的技术研发没有足够的人力、财力、资源的支撑，技术研发速度远不及其他地区.资源消耗型产业资源消耗多，占地面积大.由于矿产资源的非可再生性与可耗竭行性，以资源开采、资源低效利用的发展无法适应当前的大方向和未来的发展趋势，考虑当前和未来的城市发展，应当是以创新为导向，以清洁、高效率产业为主的技术创新才能实现可持续性发展.与此同时，当地也需要对产业结构进行换代升级，以带来更大效益的新型产业带动城市整体创新发展.生态脆弱区城市应当要以创新作为主要发展源，增加第三产业中更具有创新作用的产业，实现更低消耗更高收益.

专利技术产生不足是导致创新效率较低的原因.通过实证结果，专利授权与专利申请的比值提高能够在一定程度上提高创新效率，专利申请量可以衡量当地科技技术创新的活跃程度，而授权量则代表专利申请的质量，专利授权与专利申请比值则代表当地的专利质量.专利体现发明创造具有新颖性和独特性，有突出的创造性，专利授权量的不足则能体现出技术研发的不足.当地对知识产权的保护不够，知识产权保护法还不够完全，对自主创新的激励不足等等，都可能是导致专利质量低下、得到授权的专利数量少、技术研究不充分的原因.这需要提高对专利的重视程度，鼓励专利申请和严格审核专利授权，提高当地创新活力.

城市人口增长对技术研发和科技创新可能产生负效应.人口体现一个城市繁荣程度和吸引力，人口密度则能从侧面体现城市土地承载力，不合理的人口密度的增加会影响到城市人均GDP，也会对生态环境会造成负面影响.黄土高原地区自身生态系统较其他平原地区脆弱，遭受恶劣天气后难以在短时间内恢复，这就导致黄土高原生态承载力低，不合理的人口密度增加会进一步加重黄土高原生态系统的负担.人均收入增长才能吸引创新人才，对创新效率有正面效应.人均GDP水平提高能从侧面反映当地生活水平和幸福度，能吸引更多具有新技术知识的人才流入，增加当地创新潜能.不合理的人口密度增加，不仅对环境产生压力还会制约城市创新效率的提升.

4 结论及政策建议

本文以黄土高原生态脆弱区2012年-2018年24个城市有关创新效率的面板数据为研究对象，分别运用DEA和Tobit模型进行创新效率评级及影响因素分析，得到如下主要结论.

1) 从时空变化角度看，创新效率呈现自西向东递减的空间变化，效率值呈现逐年上升的趋势.创新效率水平整体较高的是青海、内蒙古等位于黄土高原西部的省(自治区)，陕北资源型城市出现下降态势，太原、鄂尔多斯、兰州等城市总体的创新效率处于高水平，这些城市更加重视创新，未来也有更大的创新和研发潜力.创新效率值提高能反映区域内城市对创新重视程度增加，西部高海拔山地地区较平原河谷地势地区，更早重视创新投入，但这类拥有自然优势的城市在技术创新层面还可继续提升.面对黄土高原普遍存在的恶劣生态环境和特殊的土壤结构，需要政府提高重视，利用创新技术以期降低人类活动和自然灾害对环境的影响，提升区域整体创新能力.

2) 从教育推进创新，产权保护提高创新效率角度看，政府增加一般预算在教育中的支出，重视专利数量能对创新效率水平提高有显著作用.增加对不同阶段的教育支出可能会对创新效率有积极促进作用，义务教育阶段有关创新科学知识培育的支出增加，鼓励学生构思发明创造，对未来该地区的创新效率提升有积极作用.由结果表明，在考虑教育预算计划时，需更多考虑预算投入利用效率、教育阶段，确保预算支出流入正确的领域，加强专利发明环境建设，以实现对创新效率、技术创新产生明显促进作用.

3) 经济发展水平和产业结构类型对创新效率会产生不同程度影响，人口密度增加对创新效率有负面影响，人均GDP水平提升、合理的产业结构有助于提高创新效率.减轻环境压力，需要从根本问题上解决，增加对生态环境的治理力度，在对生态脆弱区实行保护和修复的同时，加大对环境保护的技术创新，实现环境压力减轻和创新水平提升两手抓.不光要寻求经济平稳增长，还要求经济实现绿色增长，居民素质提高会增加对环境保护及环境友好型企业数量、环保型产业偏好性，有利于传统产业例如产生高能耗、高污染、低效率行业转型升级.传统低效率行业在经济中所占比重越大，越会抑制创新发展、创新效率的提高.

针对以上有关创新效率评价、创新效率影响因素结论，提出以下建议.

1) 政府要鼓励创造良好创新环境.创新是经济发展的动力，环境是支撑经济发展的基础，经济与环境保护持续性高水平绿色发展，尤其离不开政府的监管和政策落实.党的十九届五中全会明确提出，要坚持创新在我国现代化建设整体布局中的核心地位，这就需要黄土高原各城市在转型发展中重视培育科技创新的源头，增强战略科技力量，提高人才创新活力.

2) 生态环境与科技创新、技术创新实现共同发展.从城市发展以及生态环境保护角度看环境保护与经济发展并不矛盾，而是相得益彰、相互促进的关系.唯有在鼓励创新的同时进行有效城市发展和生态环境保护修复治理，才能以生态、创新推动城市健康持续发展.放眼全球，发达国家更加重视创新对生态环境的作用，加大对生态环境保护并没有让经济发展水平降低，反而推进了创新活动，城市的创新效率也快速提高，从而实现城市乃至国家的长远健康发展.同时，增加生态环境特别是生态脆弱区的保护力度也在一定程度上助力创新活动、新技术的诞生，有利于区域内低效率行业转型升级，为现有新兴创新技术行业带来强劲活力.

3) 建立长期有效环境修复保护机制，推进生态补偿工作.我国经济快速发展，有关环境修复和生态补偿政策在国家发展规划中的地位和作用日益突显.生态环境修复和补偿措施的出台，更有利于加强社会公众的环境保护意识，生态补偿措施的实行让环境保护受益者向受损者进行补偿，强调“谁受益谁补偿，谁损害谁补偿”原则，提高资源配置效率，推动环境修复保护、环境补偿朝着全民化、科学化、创新化、平等化方向加速演进，有助于将生态环境保护、修复工作创新性地贯穿于黄土高原经济与社会发展各个环节，实现更有效率的高质量发展.

4) 提升黄土高原三大工程质量.黄土高原生态脆弱区治理工作已初见成效，在平山造城、固沟保塬、治沟造地这三大工程的实施过程中，加大对工程技术的试验、研究创新.通过对黄土高原生态脆弱区城市的创新效率进行初步分析，当地政府、部门要鼓励各类科研机构、高校实地考察试验，提高样本检验、环境勘查精确度，及时发现问题并鼓励积极解决问题.有关生态脆弱区环境治理问题，需要努力解决建设中突出矛盾和问题.

5) 增强当地人才吸引力，提升创新创业活力.黄土高原各城市相关部门在提升人才就业服务和人才体系合规性、降低人才生活成本方面发挥了重要作用，吸引人才政策存在政策力度不够，宣传不到位等影响人才流入问题.针对不足之处，要求相关人才部门从实际角度出发，充分认识和落实人才引进政策，适应产业转型变化提供就业岗位，加大对环境友好型产业的人才支持力度，以缓解劳动力流失问题.