河北省绿色创新效率时空演变研究

户艳领，刘燕灵，武海波

(河北大学 经济学院，河北 保定 071000)

随着我国经济由高速发展阶段转向高质量发展阶段，以高能耗、高污染为基础的传统经济增长模式已不适应如今的发展需求。在追求创新驱动经济发展的同时，也要考虑资源的可持续利用以及对生态环境的扰动，推动绿色与创新的融合。《欧盟环境行动计划》将绿色创新定义为旨在实现可持续发展，通过减少对环境产生的影响，提高环境的抗压能力或实现自然资源的更有效利用的任何一种创新形式。创新与绿色发展相融合不但可以实现创新带动经济的增长，还有助于在创新和绿色的双重驱动下推进可持续发展与高质量发展，这也是绿色创新的内涵所在。

河北省作为京津冀协同发展的重要组成部分，其绿色创新效率的提升对于缩小河北省与北京、天津两地的绿色创新差距，增强河北省综合竞争力具有重要意义。长期来看，绿色创新水平的提升还有利于实现经济高质量发展和生态系统的平衡。自京津冀协同战略实施以来，河北省的绿色创新发展取得了显著成绩，2019年专利申请授权数量总数达到57 811件，相比2010年10 061件增长了4.75倍；技术市场合同成交金额更是实现突破达到458.7亿元；环境污染排放有明显下降趋势，如2010年河北省工业废水排放量为111 185万吨，2019年下降为39 512万吨，下降了64.5%。但整体上河北省的绿色创新发展也存在很多亟需解决的问题，如创新效率相对不高、城市间创新效率差距较大，部分城市生态环境污染仍较为严重等已成为发展的桎梏。因此研究河北省的绿色创新效率时空分布特征，深入剖析现阶段绿色创新效率提升中的问题，对提高绿色创新效率和综合竞争力，缩小与北京、天津地区的发展差距，进一步推进京津冀创新协同发展具有重要意义。

通过包含非期望产出的SBM模型测算河北省11个地级市2010—2019年绿色创新效率，并进一步展开时间和空间分析，从而全面掌握河北省的绿色创新效率现状和时空变化规律，为提高河北省的绿色创新效率提供思路。在指标处理上，非期望产出方面采用了面板熵值法以确定不同指标权重，从而计算出非期望产出指数，解决了不同排放物的污染程度不同以及指标单位不一致的问题。在分析角度上，对效率测算结果进行了时间和空间双维度的对比分析，从而使得效率变化研究更为立体化。

一、文献综述

近年来，绿色创新作为促进经济增长的新模式引起了广大学者的关注。在对绿色创新的概念界定方面，目前学术界尚未统一。不同学者基于不同的研究需求对绿色创新有不同的理解。有学者从企业角度定义绿色创新，如易明、程晓曼认为绿色创新是通过降低企业的生产投入，增加产业的销售收入，从而提高经济效益和环境效益[1]。还有的学者认为绿色创新就是环境创新、生态创新，如Schiedering等认为绿色创新是以新的形式实现节约资源，减少环境污染为目的的一种创新行为[2]。周天凯认为绿色创新除了强调创新效益与经济效益外，还要注重节约资源、保护环境以促进资源的循环利用[3]。

在绿色创新效率测度方面，随机前沿分析法和数据包络分析法是主要的研究方法。随机前沿分析是在给定的生产函数下以固定的投入实现产出的最大化。如李成顺利用随机前沿模型(SFA)测算了中国省域工业企业的绿色创新效率，测算结果表明各省份工业企业绿色创新效率表现为显著的上升趋势[4]。相比于随机前沿法，数据包络法在效率评价中应用更为广泛，常见的数据包络分析法有广义DEA模型及其衍生法，如SBM、Malmquist指数等。田志强、张文娟通过构建含非期望产出的DEA模型测算了河南省地级市的绿色创新效率，结果发现河南省的绿色创新效率呈上升趋势但是城市间发展差距过大[5]。有学者采用引入松弛变量的SBM模型进行研究，如昝哲等采用超效率SBM模型测算中国绿色技术创新效率，得出了中国整体创新效率水平不高且各地区创新效率水平不均衡的结论[6]。向云波等利用含非期望产出的SBM模型探究长江经济带化工产业绿色发展效率的演变特征，发现了效率呈上升趋势但存在空间分异的特征[7]。赵路等利用含非期望产出的超效率SBM模型测算了中国省域的工业绿色创新效率，并分析了其动态演化趋势[8]。Malmquist指数法具有动态分析特点，分解Malmquist指数可以探究效率驱动机制，如张硕等首先通过DEA模型测算了河北省的绿色经济发展效率，然后通过分解Malmquist指数进一步探究全要素生产率的驱动模式，结果表明技术进步对全要素生产率的贡献较大，而规模效率以及技术效率的贡献相对不足[9]。

结合以往研究，从投入与产出的角度将绿色创新理解为以较小的资本、劳动要素投入，实现创新的技术产出和经济产出最大化和环境污染最小化。方法上依据各效率评价方法特征并结合自身研究实际，采用含非期望产出的SBM模型测算河北省各市的绿色创新效率值。

二、研究方法和数据来源

(一)模型介绍

1.含非期望产出的SBM模型。传统DEA模型在测算效率值时没有考虑到松弛变量的影响，从而导致效率测算结果有失准确。因此Tone(2001)提出了SBM模型，该模型考虑了松弛变量对测算结果的影响，比传统DEA模型中的CCR和BCC模型更能真实地反映效率水平[10]。SBM模型具体表达如下[11]：

(1)

考虑到在生产活动中一些产出并不是人们所期望的，这些产出的增加反而降低了整体的效率值，这类产出叫做非期望产出。在此基础上Tone将非期望产出引入SBM模型，提出了含非期望产出的SBM模型[11]：

(2)

2.面板熵值法。非期望产出指数由面板熵值法计算而来。面板熵值法的处理过程如下所示[12-14]：

(1)无量纲化处理。采用极差标准法进行无量纲化处理，分为正向指标和逆向指标：设有h年，m个城市，n项评价指标，xγij为第γ年第i个城市的第j项指标值。

(3)

(4)

其中，Zγij为第γ年第i个城市的第j项指标值无量纲化处理值；xγij为第γ年第i个城市的第j项指标值；xmin为该指标最小值，由于部分数据标准化后为零，无法取对数计算，故为了具有可比性，整体对标准化后的数据做0.001个单位的右平移处理。

(2)指标归一化。指标归一化处理公式为：

(5)

Pγij为第γ年第i个城市的第j项指标归一化计算结果。

(3)计算熵值。

(6)

其中，ej为第j项指标的熵值，k=1/ln(h×m)，本文研究的是11个城市，年度样本数为2010—2019年共10年的数据，则h取值为10，m取值为11。

(4)计算信息增益。

gj=1-ej

(7)

gj为第j项指标的信息增益，gj越大表示该指标在评价中的作用越大。

(5)计算权重。

(8)

Wj为第j项指标的权重。

(6)得到非期望产出指数。

(9)

Cγi为非期望产出指数。

(二)指标体系构建

评价指标体系分为投入要素指标和产出要素指标，其中产出指标为了符合绿色创新的研究主题又可以划分为期望产出指标和非期望产出指标。在生产的投入要素中，劳动和资本是影响生产力的最直接因素，因此借鉴已有文献对投入指标的构建，选择R&D人员全时当量作为劳动力投入要素，R&D内部经费支出作为资本投入。R&D代表的是科研与试验发展活动，因此R&D劳动和资本投入能较好地代表创新活动的投入情况。为了使投入要素指标更符合本文的绿色创新主题，又加入了能源要素投入指标，综合考虑数据的可获得性，本文采用单位GDP能耗来替代。期望产出指标包含了绿色创新的经济产出以及科技产出，其中经济产出指标采用人均GDP，技术产出采用专利授权数量。

非期望产出指标主要体现了创新活动对环境产生的污染和破坏等负面影响。目前很多研究直接将工业三废排放量设定为非期望产出指标，忽略了3个指标的单位不一致以及不同污染物对环境的影响程度差异等问题。为此，采用面板熵值法确定工业废水排放量、工业二氧化硫排放量、工业烟粉尘排放量3个指标的权重，并根据权重计算出非期望产出指数，以非期望产出指数作为非期望产出，是对绿色创新生产的非期望产出的综合衡量。整体评价指标体系如表1所示。

表1 河北省绿色创新效率指标体系

(三)数据来源

效率评价指标数据来源于2010—2019年《中国城市统计年鉴》《河北省经济年鉴》《河北省科技统计年鉴》以及各地市的统计年鉴。少量缺失数据根据年平均增长率计算得到或以相邻年份数据平均值填充。

三、实证结果及分析

通过Matlab软件用含非期望产出的SBM模型测算河北省11个地级市2010—2019年的绿色创新效率，计算结果如表2所示。

将绿色创新效率值按照0～0.5、0.5～0.7、0.7～1.0依次划分为绿色创新效率较低、中等、较高3个等级，以平均值衡量10年间创新效率的整体情况。由表2可以看出：10年间整体绿色创新效率较高的城市有唐山市和廊坊市；绿色创新效率中等的城市有石家庄市、秦皇岛市、沧州市；绿色创新效率较低的城市为邯郸市、邢台市、张家口市、保定市、承德市和衡水市。

表2 河北省各地级市2010—2019年绿色创新效率值

(一)绿色创新效率时间变化

1.绿色创新效率均值较高的城市变化趋势。图1为绿色创新效率较高的唐山市和廊坊市的绿色创新效率随时间的变化趋势。可以看出10年间唐山市的绿色创新效率整体上呈波动上升趋势，其中在2012年和2014年达到效率最高值，此时唐山市的绿色创新投入与产出达到最优配置。唐山市的经济发展水平在河北省位列前茅，综合创新的经济产出、知识产出相较于污染排放影响更大，整体而言其绿色创新在河北省仍处于较高水平。廊坊市的绿色创新效率在10年间呈小幅下降与较大幅度上升趋势并存的状态，到2017年达到效率最高，并保持稳定，廊坊市凭借其区位优势，易于接受京津地区的经济辐射、技术辐射，从而使得创新产出较高，较高的创新成果产出提升了其绿色创新效率。

图1 唐山市和廊坊市绿色创新效率变化趋势

2.绿色创新效率均值中等城市的绿色创新效率变化趋势。图2为绿色创新效率中等城市的绿色创新效率的变化趋势。可以看出3个城市的绿色创新效率整体上都呈波动上升趋势。其中石家庄市的绿色创新效率值在2018年达到最大值，并保持稳定。石家庄作为河北省的省会，创新研发成果实现突破，且生态环境进行了很好的保护，使得石家庄市的绿色创新效率水平增高。而沧州市的绿色创新效率值在2017年达到最高，后又有一定程度的下降，说明沧州市的绿色创新效率还存在一定的上升空间。秦皇岛市的绿色创新效率水平在2016年达到最大，后又有一定程度的下降。秦皇岛市因其滨海气候优势，生态环境质量良好，污染较轻，其经济发展的环境成本较低，因此其绿色创新效率处于中等水平，但还存在上升空间。

图2 沧州市、秦皇岛市和石家庄市绿色创新效率变化趋势

3.绿色创新效率均值较低城市的绿色创新效率变化趋势。图3和图4展示了较低绿色创新效率城市的绿色创新效率变化趋势。可以看出虽然这6个城市10年间的的绿色创新效率平均值较低，但都呈现出波动上升的趋势，绿色创新效率向好发展，并且邢台市、张家口市以及承德市在2019年都已实现绿色创新效率最优。根据经济发展情况和环境状况可以将这6个城市进一步划分为两组。其中邢台市、邯郸市和保定市为一组，这3个城市的发展形势相似，都是河北省内经济大市，其生产总值处于省内较高水平，但重工业所占比重较高，环境问题对创新产出成果影响较大，因此绿色创新效率值较低。张家口市、承德市和衡水市作为另一组，这3个城市的生态环境状态相对较好，但是城市整体经济发展在全省处于相对落后的位置，创新研发投入等亟需提升，因此其绿色创新效率值不高。

图3 邢台市、保定市和衡水市绿色创新效率变化趋势

图4 邯郸市、张家口市和承德市绿色创新效率变化趋势

4.河北省整体绿色创新效率变化特点。基于河北省历年11个地市的绿色创新效率值，计算其平均值得到河北省年平均绿色创新效率值变化趋势，如图5所示。可以看出，2010—2019年期间河北省年平均绿色创新效率值除2016年略有下降外，整体呈现逐年递增的趋势。其中，2010—2014年，河北省年平均绿色创新效率值处于较低等级，2015—2017年河北省年平均绿色创新效率值处于中等水平，其中2016—2017取得了较大增长，2017—2019年，河北省年平均绿色创新效率处于较高等级，说明河北省绿色创新效率水平处于较优状态，整体来看河北省的创新发展与生态保护实现了较高程度的融合。

图5 河北省整体绿色创新效率变化趋势

(二)绿色创新效率空间变化规律

为了研究河北省绿色创新效率的空间分布特征，选取2010年、2013年、2016年、2019年4个时间点的效率值进行分析。

由图6可以看出，2010年河北省绿色创新效率值都在0.5以下，绿色创新效率整体不高，属于较低等级。从绿色创新效率的空间分布角度来看，沧州市、廊坊市、唐山市、石家庄市、衡水市和秦皇岛市效率值较高，保定市、邢台市和承德市效率值较低，张家口市效率值最低。整体而言，效率较高水平地区集中分布在河北省东部和中部，呈局部连续状态。效率值较高的地区一般具有良好的区位优势，如廊坊市和唐山市，毗邻京津地区，易于接受京津两地的技术辐射，对提高本地的绿色创新效率有很大促进作用。石家庄市作为河北省的省会，凭借其严格的环境保护使得其绿色创新发展水平在省内也处于较高水平。

图6 2010年河北省绿色创新效率空间分布

由图7可以看出，河北省2013年绿色创新效率较2010年有明显上升，石家庄市和唐山市进入效率较高等级区，其他城市仍处于较低等级区，其中廊坊市、沧州市、秦皇岛市、衡水市属于效率值相对较高区域，张家口市、承德市、保定市、邢台市和邯郸市效率值最低，效率整体表现为东高西低，南北两端效率较低。效率较高等级区呈零星分散分布，效率较低等级地区呈连续片状分布。相较于2010年，廊坊市和沧州市的绿色创新效率值在省内相对有所下降，石家庄市的发展优势更加明显。

图7 2013年河北省绿色创新效率空间分布

由图8可以看出，2016年河北省绿色创新效率相较于2010和2013年取得进一步上升，廊坊市和秦皇岛市的绿色创新效率属于较高等级区，石家庄市、沧州市和唐山市属于效率中级等级区，其他属于效率较低等级区。从全省来看，东部地区的绿色创新效率值整体比西部地区高，且各等级的效率值均呈零星分散分布状态。相较于2013年，秦皇岛市和廊坊市的绿色创新发展优势在省内更为明显，秦皇岛市相对于其他城市具有沿海的区位优势，这为创新研发的新产品提供了更为广阔的销售路径，又因其滨海气候，当地生态环境良好，因此其绿色创新效率取得了较好的发展。而对于效率值较低的地区如张家口市、承德市，位于河北省的最北部，需要与其他城市加强联系，引进先进创新技术，从而提升绿色创新效率。

图8 2016年河北省绿色创新效率空间分布

由图9可以看出，2019年河北省的绿色创新效率值进一步升高，效率高的地区显著增多，其中张家口市、承德市、石家庄市、廊坊市和邢台市为效率较高等级地区，唐山市、沧州市、衡水市、保定市、秦皇岛市属于效率中等等级地区，邯郸市为效率较低等级地区。整体来看效率较高等级地区均呈局部连续分布模式，效率中等等级地区为分散分布状态。所有的城市创新效率值相较于2010年都有了较大程度的提升，并且效率值较低等级地区的范围在缩小，说明各地都在着力解决绿色创新的短板并在不断优化投入产出配置。相较于2016年，张家口市、承德市以及邢台市已经由效率较低等级区转变为效率较高等级区。借助冬奥会的发展契机，张承地区加强了创新投入力度，引入了更多的高新技术产业，同时京张高铁的开通加强了同其他城市的联系，绿色创新效率大幅提升。

图9 2019年河北省绿色创新效率空间分布

四、结论与对策

(一)主要结论

通过含非期望产出的SBM模型对河北省2010—2019年10年间的绿色创新效率进行测算，并在此基础上对效率值进行时间和空间双维度分析，研究主要结论如下。

1.整体来看各市的绿色创新效率水平呈波动上升趋势，各市的绿色创新发展趋势向好，但仍存在上升空间。根据2010—2019年各市的绿色创新效率变化趋势图的特点来看，所有地区的效率值都有所上升，2019年创新效率值较高等级地区的范围相较于2010年显著扩大，效率值较低等级地区的范围在缩小，各市的绿色创新发展实现突破，但部分城市还有很大的上升空间。

2.省内各市间的绿色创新效率还存在较大差距。省内东部城市的绿色创新效率值明显高于省内其他城市。虽然各城市的效率值实现了增长，但是从绿色创新效率空间分布特征可以看出不同城市之间仍然存在较大的差距，东部地区以及沿海城市的效率值明显高于其他城市。

3.多个经济强市因其产业污染问题影响到绿色创新效率。由效率空间分布图发现创新投入水平相对较高的经济强市其绿色创新效率值在省内处于相对落后水平，这可能由其产业过多依赖污染程度较高的工业导致，经济的环境成本较高，在追求经济发展的同时付出了较大的环境代价，非期望产出较多，从而降低了绿色创新效率。

4.个别环境良好城市因其创新驱动不足，创新投入产出比较大使其绿色创新效率值处于较低水平。张家口市、承德市等城市的生态环境良好，但是其绿色创新发展水平在省内仍处于较低水平。张承地区的经济不够发达，在省内处于相对落后水平，因此其创新的资本投入不够，加上地区发展落后不能吸引创新人才，从而导致了地区较低的绿色创新效率。

5.绿色创新效率由创新水平和生态水平共同决定。研究发现单一的高创新投入或者高质量生态环境并不能决定绿色创新效率的高低，创新投入与经济产出、环境产出达到最优配置是决定绿色创新效率的核心要素。

(二)对策建议

1.继续加大绿色创新要素投入，优化资源配置。由于部分城市的绿色创新效率仍存在一定的上升空间，投入产出存在冗余，因此要加大绿色创新要素的资本、劳动等投入，调整资源配置达到最优，使得河北省各个城市的绿色创新效率在原来的基础上继续增长。要高度重视创新发展和生态保护，由于绿色创新效率由创新水平和生态环境质量两个因素共同决定，两者单一的发展并不能使得整体的绿色创新水平提高，因此要把创新与生态保护放到同等重要位置，双管齐下实现绿色创新发展的突破。

2.各市间要加强协同，缩小城市间的绿色创新发展差距，实现绿色创新发展共赢。部分城市间的绿色创新效率水平虽然仍存在较大差距，但是各有绿色创新的发展优势，如有的城市具有创新优势，有的城市具有丰富的生态保护经验，有的城市整体绿色创新发展水平较高，因此通过加强城市间的交流合作实现优势互补，经验相互借鉴，实现绿色创新发展的共赢，有利于缩小各市绿色创新发展差距，从而增强河北省的整体绿色创新竞争力。

3.绿色创新效率水平低的经济强市要建立更为有效的生态环境保护机制，并进一步促进产业转型升级。只有建立在绿色可持续基础上的创新才能够持久，因此经济强市不但要积极鼓励创新发展，也要加强对生态环境的保护，建立起有效的生态保护机制，促使高能耗高污染的企业加速研发和引进高产出、低污染的生产技术，使得创新更有效、更绿色，实现生产过程创新与绿色的有效融合。

4.环境发展良好但创新驱动不足的城市要加快自身技术创新的发展并积极引进先进创新技术。进一步加大对企业和高校绿色创新研发资金和劳动要素的投入，完善人才引进政策，吸引创新型人才，继续为绿色创新的发展提供有力的资本、人力支撑。同时为了使得绿色创新发展在短期内有所见效，适当地直接引进研发周期长、投资金额大的先进技术也是十分必要的。

5.各市以自身实际为出发点，将自身有利条件与绿色创新发展相融合。不同城市有其绿色创新发展的独特优势，如廊坊市、唐山市、保定市具有毗邻京津的区位优势，积极利用此优势加强向北京天津地区的绿色创新企业交流学习，为自身积累经验；保定市、石家庄市、邢台市、邯郸市具有交通优势，这些城市是京广线的必经之路，为其加强交流合作提供了便捷的交通条件；张家口市和承德市要紧抓冬奥会带来的发展契机，努力实现产业的升级转型，为绿色创新的长期发展奠定基础。