基于自回归分布滞后（ARDL）模型的中国海洋科技创新与海洋产业结构转型升级、海洋经济发展协整分析

王春娟，王 琦，刘大海，王玺茜

（1.自然资源部第一海洋研究所，山东青岛 266061；2.中国海洋大学海洋发展研究院，山东青岛 266100；3.中国人民大学国际学院，江苏苏州 215123；4.中国人民大学农业与农村发展研究院，北京 100172）

进入21 世纪，海洋在我国经济发展格局和对外开放中的作用更加重要，建设海洋强国成为中国特色社会主义事业的重要组成部分。习近平总书记2018 年在山东省考察时强调，发展海洋经济、海洋科研是推动我们强国战略很重要的一个方面，一定要抓好［1］。国家发展改革委、自然资源部2018 年在第十三届全国人民代表大会常务委员会第七次会议上《关于发展海洋经济 加快建设海洋强国工作情况的报告》（以下简称《报告》）中提出，要着力改变我国海洋经济粗放发展的现状，走高质量发展之路，进一步提高海洋开发能力，优化海洋产业结构，构建现代海洋产业体系，牢牢掌握海洋科技发展主动权，着力推动海洋科技向创新引领型转变，强调海洋科技创新对于海洋产业结构优化、海洋经济快速健康发展要发挥驱动性和建设性作用。目前国内针对科技创新与产业结构、经济发展相关关系开展了相关研究。从研究范围上看，吴二娇［2］认为广东省科技创新转化效率与经济增长之间不具备长期稳定的均衡关系；周忠民［3］认为湖南省科技创新和产业结构之间存在长期协整关系，但科技创新对产业结构的影响具有时滞性；吴传清等［4］认为长江经济带科技创新可有效促进沿线城市绿色全要素生产率提升，科技创新、对外开放、经济高质量发展之间的关系表现出显著空间异质性。从研究方法上看，胡晓珍［5］提出海洋绿色Malmquist 指数可作为判断我国11 个沿海省份海洋全要素生产率增长率的重要标杆；韵楠楠等［6］提出海洋经济转型评价指标体系和空间杜宾模型可用来分析我国沿海省份海洋经济转型空间性和趋势发展；刘锋等［7］提出运用因子分析、协整检验和向量自回归（VAR）模型分析判断我国生产总值（GDP）与科技创新成果是否存在协整且互为因果；而吴梵等［8］提出三阶段数据包络分析（DEA）方法与空间面板模型能够有效测度我国沿海11 省份海洋科技创新对海洋经济增长的效率。可见，多方法、多角度探究海洋科技创新与海洋经济高质量发展之间的量化互动关系，深入分析海洋科技创新如何推进海洋产业结构转型、进而拉动海洋经济发展，对于壮大我国海洋经济实力、加快海洋强国建设进程具有突出的现实意义。以此为导向，本研究旨在将海洋科技创新、海洋产业结构转型升级与海洋经济发展结合，运用自回归分布滞后（ARDL）-误差修正（ECM）模型，探究三者之间的协整关系，从而为我国海洋经济可持续发展提供科技支撑。

1 数据来源与研究方法

1.1 变量建立与数据来源

鉴于数据的时效性与可获得性，本研究选取我国（未含港澳台地区，下同）2004—2018 年海洋有关数据为样本，分析我国海洋科技创新、海洋产业结构和海洋经济发展两两间的相互关系。海洋科技创新包含科技创新投入和科技创新产出两个变量，本研究里采用《国家海洋创新指数报告2020》中的指标方法，科技创新投入用R&D 经费投入强度和R&D 人力投入强度两个指标得分之和来表征，科技创新产出用万名R&D 人员的发明专利授权数和万名科研人员发表科技论文数两个指标得分之和来表征［9］3。

国内外学者衡量产业结构的方法是多样的，较为普遍使用的有3 种。第一种，根据克拉克定律，用第二三产业之和占全社会经济总量的比重衡量；第二种，使用三次产业各占全社会经济总量的比重来衡量；第三种，顺应当今世界经济发展的趋势，即服务化经济，用第三与第二产业产值之比来反映区域经济的服务化转型水平。由于第一种方法无法反映二三产业结构的变化对经济的影响，因此，本研究借鉴后两者的思想，用海洋第三产业与第二产业产值之比衡量海洋产业结构转型，表示传统的第二产业改变粗放生产方式、提高生产效率或转型为第三产业；用海洋第三产业产值增产率衡量海洋产业升级效果，表示海洋高科技产业、新兴产业的发展。海洋经济发展采用海洋生产总值衡量。各变量具体如表1 所示。

表1 变量名称与说明

数据主要来源于《国家海洋创新指数报告2020》［9］14-17，以及其他相关科技统计数据和历年《中国海洋统计年鉴》。

1.2 模型建立

本研究建立ARDL-ECM 模型，研究我国海洋科技创新与海洋经济发展、海洋产业结构转型升级与海洋经济规模3 组变量的长期均衡与短期动态关系。自回归分布滞后模型（auto-regressive distributed lag，ARDL）检验协整关系，适用于小样本数据的协整检验，能够增强模型的稳健性；模型更灵活，不再要求时序变量同为I（0）或同为I（1）过程；若存在解释变量为内生变量的情况，模型的协整关系估计不受影响。ARDL-ECM 模型建立步骤如下：

第一步，运用单位根检验法检验时序变量的平稳性，确定序列单整阶数，变量符合零阶单整I（0）或一阶单整I（1），则可以进一步建模。

第二步，构建ARDL 模型如下：

协整检验的原假设是“两变量之间不存在长期均衡关系”，即原假设；备择假设为。结合F统计量判断，当F统计量小于下临界值，则接受原假设，变量间不存在长期协整关系；若大于上临界值，则拒绝原假设，变量间存在长期协整关系；若介于两临界值之间，根据序列的单整阶数进一步判断。

确定变量间存在长期均衡关系后，得到长期均衡关系式，见方程（2）；进而进行模型建立的第三步，即建立短期误差修正模型，见方程（3）。需要说明的是，当变量间不存在长期均衡关系、无法构建长期均衡关系式时，短期动态关系以及误差修正模型也无法成立。

2 实证结果分析

2.1 平稳性检验

在协整检验之前，需要对变量进行平稳性检验。本研究采用单位根检验中常用的ADF 检验法，根据SIC 原则确定滞后阶数为3，检验结果见表2、表3，5 个变量序列的单整阶数均不大于1，满足ARDL 检验条件。

表2 变量平稳性检验结果（一）

表3 变量平稳性检验结果（二）

分析5 个变量两两间关系的时序（见图1），可粗略判断变量间的协整关系。其中，海洋科技创新投入、海洋科技创新产出与海洋生产总值之间的协同关系最为显著，可以初步判断具有正向协整关系；海洋第三产业增长率与海洋生产总值之间以及海洋科技创新投入、海洋科技创新产出与海洋第三产业增长率也具有协同关系；而海洋科技创新与海洋产业转型之间、海洋产业转型与海洋经济发展之间由于变量存在较大波动，无法直观判断其协整关系。

图1 我国海洋科技创新、海洋产业转型升级与海洋经济发展关系趋势

2.2 协整检验与分析

2.2.1 海洋科技创新与海洋经济发展的ARDL-ECM分析

将海洋科技创新投入（lnINP）与海洋生产总值（lnGOP）序列建立ARDL 模型，采用SIC 准则确定最优滞后阶数，得到最优模型为ARDL（1，2），回归结果的R-squared 为0.989，表明拟合度较好，估计二者的长期均衡关系结果如表4 所示，lnINP 系数显著为正，表明从长期来看，海洋科技创新投入的增加能够带来海洋生产总值的增加，INP 每增加1%，GOP 增加0.221%。基于长期协整关系的估计，建立短期误差修正模型，分析海洋科技创新投入与海洋生产总值的短期动态关系，可见当短期波动偏离长期均衡时，上期的实际产出值低于长期均衡值，因而在下期需要以正修正项2.60%的速度将实际值调整到均衡值，滞后1 期和滞后2 期的海洋科技创新投入有助于海洋生产总值的增加。海洋科技创新产出（lnOUP）与海洋生产总值（lnGOP）之间可以得到最优模型为ARDL（3，1），从长期来看，海洋科技创新产出的增加也能够带来海洋生产总值的增加，OUP 每增加1%，GOP 增加0.065%；当短期波动偏离长期均衡时，上期的实际产出值高于长期均衡值，在下期需要以33.3%的速度将实际值调整到均衡值。

表4 2004—2018 年我国海洋科技创新投入、海洋科技创新产出与海洋生产总值长期均衡与短期动态关系

2.2.2 海洋产业结构转型升级与海洋经济发展的ARDL-ECM 分析

海洋第三产业产值增长率（GRT）与海洋生产总值（lnGOP）协整分析的最优模型为ARDL（3，0），回归结果的R-squared 为0.999，拟合度良好，估计结果见表5。当海洋第三产业产值增长率增加一个单位时，会带来海洋生产总值0.347%的增长，反映出海洋产业结构优化对海洋经济发展的正向推动作用；当短期波动偏离高于长期均衡时，将会以0.110%的速度恢复到长期均衡水平。海洋第三产业与第二产业产值之比（RAT）与海洋生产总值（lnGOP）的时序数列不符合显著性检验标准，表明二者之间不存在长期均衡关系，产业结构调整与总产值增加不具有必然联系。

表5 2004—2018 年我国海洋第三产业产值增长率与海洋生产总值长期均衡与短期动态关系

2.2.3 海洋科技创新与海洋产业结构转型升级的ARDL-ECM 分析

海洋科技创新投入（lnINP）和海洋第三产业与第二产业产值之比（RAT）的协整最优模型为ARDL（2，1），回归结果的R-squared 为0.931，二者的长期均衡关系如表6 所示，可见海洋科技创新投入有利于海洋产业结构转型优化，短期冲击导致的偏离将以12.0%的较快速度恢复到长期均衡水平；海洋科技创新投入（lnINP）同样能够促进海洋第三产业产值增长率（GRT）的提高，其协整最优模型为ARDL（1，0），系数显著为正。海洋科技创新产出（lnOUP）与海洋第三产业产值增长率（GRT）的时序数列得到的最优模型为ARDL（2，3），回归结果的R 值为0.900，估计结果见表6，长期来看海洋科技创新产出对海洋第三产业产值增长率提高有正向促进作用，短期误差修正项小于-1，表明短期误差修正模型不成立。总体来看，海洋科技创新产出对海洋产业结构转型升级的作用要明显小于科技创新投入。

表6 2004—2018 年我国海洋科技创新投入与海洋第三产业占第二产业产值之比、海洋第三产业产值增长率以及海洋科技创新产出与海洋第三产业产值增长率的长期均衡与短期动态关系

2.3 格兰杰因果关系检验

采用格兰杰因果检验对三者间内在关系进行分析（见表7）。科技创新投入增加、海洋第三产业产值增长率均是海洋生产总值增长的格兰杰原因，海洋科技创新投入是海洋第三产业与第二产业产值之比的格兰杰原因，海洋科技创新是海洋第三产业产值增长率的格兰杰原因。总体来看，格兰杰因果关系检验的结果与ARDL 长期协整关系检验结果保持一致，能够相互印证，体现了协整关系和格兰杰原因实证相结合研究的科学性与可靠性。

表7 变量间格兰杰因果关系检验结果

3 讨论

3.1 海洋科技创新与海洋经济发展协整关系及其影响因素

综上研究，海洋科技创新与海洋经济规模均具有显著的长期均衡关系，短期内海洋科技创新投入对于海洋经济规模的作用发挥具有时滞性。总体来看，海洋科技创新长期能够显著拉动我国海洋经济发展。近些年，国家在海洋发展方面加大了重视和资源投入，2004—2018 年期间，我国涉海就业人员数量不断增加，人力资源供给加强，R&D 经费投入强度与R&D 人力投入强度两个指标年均增长率分别为10.62%和11.02%，为海洋科技创新提供坚实保障，创新平台环境逐渐改善；科技创新高投入也带来海洋科技创新高产出，2004—2018 年，我国万名科研人员发表的科技论文数年均增长率达到2.66%［9］14-17。创新资源的高投入和创新成果的高产出为海洋经济的高质量发展提供了充足的动力与支撑。

海洋科技创新对海洋经济发展的短期滞后性与海洋科技创新成果转化服务体系有密切关系。我国海洋科技创新效率偏低，存在海洋教育、科研与技术转化效率失衡现象［10］，海洋科技成果转化服务体系存在市场评估服务混乱、技术与市场兼顾的复合型人才缺乏、针对性法律法规保障缺失等问题，此外公共数据更新缓慢、市场激励性不足、资源的低效配置等都大大降低了科技成果转化服务效率［11］。

3.2 海洋产业转型升级与海洋经济发展协整关系及其影响因素

海洋第三产业增长对海洋经济增长具有推动作用，近5 年我国部分传统海洋产业产能过剩，缺乏高新技术支撑，创新缓慢甚至停滞［12］，但产业转型初露头角，产业升级随之加快，海洋第三产业迎来了新的发展，《报告》指出，我国以海洋渔业、海洋交通运输、海洋工程建筑、海洋油气、海洋船舶、海洋化工等为支柱的传统产业转型步伐加快，以滨海旅游等为主导的海洋服务业支撑带动作用不断提升。

总体来说，在21 世纪初期，国家基于海洋建设的初步需求对海洋传统第二产业发展给予了高度重视，产业转型缓慢；2015—2018 年，产业结构转型出现加快趋势，但由于新兴产业发展时间较短、规模小且基础不牢固，新兴海洋产业技术产业化程度不高，产品质量与国际相比有一定的差距［13］，未能显著拉动经济发展。但近5 年来，伴随着海洋建设初级需求的满足，海洋经济向第三产业倾斜，海洋产业结构加快调整升级，因此预期未来海洋产业转型升级与海洋经济增长将更为显著，即产业结构转型对国家海洋经济实力的贡献度将逐渐提升。

3.3 海洋科技创新与海洋产业转型升级协整关系及其影响因素

海洋科技创新对我国海洋产业结构转型升级具有拉动作用，但海洋科技创新产出的贡献逊于科技创新投入，且海洋科技创新对第二产业转型的促进作用强于第三产业壮大。主要有以下两方面原因：第一，我国近些年对海洋科技创新的重视程度有所提升，加大了海洋科技投入、提升了产出速度，为海洋产业转型、产业结构优化升级提供了动力，然而科技成果转化需要一定的时间周期，再加上我国本身科技成果转化体系不够完善，导致海洋科技创新产出对产业结构优化的贡献力度相对较低；第二，我国海洋科技创新研究主要集中于基础学科［14］，大部分科技成果作用于传统产业的转型升级，为传统产业转变发展方式提供技术支撑，而在为新兴产业的培育和产生提供新思路、新思维的动力上有所欠缺，导致当前阶段海洋科技创新对海洋第三产业增长的贡献度略低于第二产业转型。

3.4 格兰杰因果检验与协整检验综合分析

协整分析详细检验了我国海洋科技创新、海洋产业结构转型升级与海洋经济规模的相互关系，从格兰杰因果检验结果看，海洋生产总值增加对于海洋科技创新投入和产出都有正向推动作用，这是符合现实逻辑的：我国海洋科技创新正处于快速发展阶段，一定程度上属于海洋经济发展引导促进阶段［15］，海洋经济发展程度越高，对科技创新的需求越高，推动各种生产要素向科技方向流动，带动海洋科技创新投入与产出的增加。

海洋科技创新投入与产出均是海洋产业结构转型升级的格兰杰原因，这与ARDL 协整检验结构是相一致的，而从格兰杰因果检验结果来看，海洋产业转型升级不是海洋科技创新的格兰杰原因，这是因为目前我国海洋第三产业中高新技术和战略性新兴产业等并非发展主力，滨海旅游等产业对科技创新需求水平也相对较低。但结合实证结果与经济理论分析，未来随着海洋经济发展更加明朗，海洋经济发展对科学技术的要求将不断提高，对科学技术的应用水平也会随之增强。

4 结论与对策建议

本研究运用ARDL-ECM 模型和格兰杰因果关系检验方法探讨分析我国海洋科技创新与海洋经济发展、海洋产业结构转型升级之间的长期均衡与短期动态关系，选取2004—2018 年31 个省份海洋相关数据进行实证研究，结果表明海洋科技创新投入和产出的增加能够带来海洋生产总值的增加，海洋产业结构优化对海洋经济发展有正向推动作用，海洋经济发展也是海洋科技创新、海洋产业结构优化的格兰杰原因；而相比海洋科技创新投入，当前海洋科技创新产出对海洋产业结构转型升级以及海洋经济发展的作用相对较小。据此，提出以下对策建议：

（1）贯彻创新驱动发展战略，加大海洋科技创新投入力度、扩大科技创新产出。营造激励创新的公平环境，提高海洋科研产出水平，吸引和培养科技创新人才，建立产教融合模式［16］，刺激海洋科技创新的有效产出。此外，由于海洋技术开发具有成本高、难度大、周期长等风险［17］，应积极推进科研机构与海洋相关企业合作，加快“研学产”步伐，提高转化效率。同时开拓思维，形成海洋经济发展新思路，培育新兴产业，促进海洋经济结构优化和海洋经济高质量发展。

（2）在产业政策上，立足海洋第一产业、继续扶持海洋第二产业、重点发展海洋第三产业［18］。海洋第一产业是海洋经济的基础，通过政策优惠、财政补贴等方式稳固第一产业的根基；海洋第二产业拉动我国海洋建设起步成长，是海洋经济的支柱，但在环境约束、经济模式更新的要求下需要传统的海洋工业加快转型；同时，增大第三产业对海洋经济的贡献度，设计激励机制引导生产要素的流向［19］，鼓励新兴技术产业、高科技产业成长发展，使海洋产业结构更加优化。

（3）顶层设计与市场配置资源相结合。政府发挥政策引领作用，制定符合我国国情的海洋产业发展战略，鼓励技术创新、促进技术积累，引导市场行为［20］。完善要素市场和市场服务机制，健全相关法律，加快市场化建设［21］。重要的是，提高市场化水平，发挥市场资源配置作用，激发科技创新活力，引入竞争要素，用市场机制驱动第三产业和新兴产业的产生，从而达到海洋产业结构优化升级。

（4）构建海洋命运共同体，发展海洋经济的同时兼顾海洋生态文明建设［22］。海洋经济发展贯彻“海洋命运共同体”这一重要理念，改变海洋第二产业如石油炼化、水产加工等传统产业粗放的发展方式，科学合理地开发海洋资源，发挥环境规制对海洋经济转型的作用［23］，实现绿色发展。

（5）保障海洋经济发展安全，推进海洋科技创新的对外开放进程。当前我国海洋产业在高端科技利用规模与效率方面与发达国家仍有较大差距，应加强国际间沟通，为海洋运输贸易产业、海洋资源开发以及海洋经济稳定发展提供和平、安全的生态环境；同时促进信息流通［24］，加强国际间的科技交流学习，引进国外先进生产方式与科技成果，充分发挥科学技术在海洋经济高质量发展中的作用。