时空效应下能源要素和经济增长的传导路径研究——基于半参数空间模型的经验分析

曾岚婷叶阿忠杨建辉

(1.福州大学经济与管理学院，福建福州350116；2.福建师范大学福清分校经济与管理学院，福建福清350300)

一、引言

高质量的经济增长阶段强调资源节约和高效利用，突出“创新、绿色、协调、开放、共享”的新理念①十八届五中全会提出的五大新发展理念。，推动全人类可持续发展。在自贸区建设和 “一带一路”背景下，优越的国内投资环境吸引了众多外资，外商直接投资（Foreign Direct Investment，以下简称FDI）带来了丰富的管理经验、资本和先进的技术知识，这无疑是中国经济发展的重要驱动因素之一，是开放和协调准则下的外资红利。截至2017年，外资同比增长3.97%，速度和规模相对放缓，但仍是国民经济发展的一部分，其缺陷在于各地外资利用率低。而与绿色、创新相背离的是：一方面，我国巨大的传统能源消耗量与经济增速相呼应，其不可再生性引致的环境污染和资源枯竭都成为绿色经济发展的阻力；另一方面，能源储备呈区域不均衡分布，能源消费在东西部的地理空间上也呈显著差异，这种区位差异带来的供需断层以及新能源开发不足都将阻碍高质量经济的发展。因此，综合外商投资和绿色经济，开拓外资驱动的国外能源节约技术的创新路径，有效降低能源消耗强度，提高新能源利用效率等，是当前极为重要的问题。

经典和新兴的经济学理论源于对经济增长内在机理的探索，能源是仅次于资本的第二生产要素,能源消费增长的冲击对经济增长有正向的影响作用［1］，因此，能源的可获得、可获取及优化结构都在驱动新兴经济体和工业化国家的经济增长方面扮演了很重要的角色［2］。许多研究使用国家样本，也有部分学者以特定省份为对象，考察能源、经济和外商投资相互关系的研究样本，得出了更加全面和细致的机理分析，揭示出能源是经济增长的主要因素,FDI对经济和能源消费有一定的影响，但是许多机制会削弱这种效应［3］。一些学者采用不同国家或者产业样本数据以单方程或联立方程、最小二乘估计、动态或静态面板数据估计法、面板协整、因果检验、三阶段最小二乘法等方法开展实证，研究表明，FDI净流入对经济增长有重要作用，对能源也有一定的影响，但是没有显著证明其对清洁能源使用的影响［4］。现有文献中，大多从外商投资及能源消费的视角探索经济增长，多局限于区域内样本，以面板模型模拟作用关系，突出线性的参数估计方式。随着高新技术的发展，以及交通运输成本的下降和跨界交流合作的频繁，区域溢出效应愈加凸显。任何一个地区空间单元上的某种经济地理现象或某一属性与邻近地区空间单元上同一经济地理现象或属性是相关的［5］。那么，在区域同质和异质交互作用下，经济活动会对临近区域产生空间溢出效应，在估算中将地理距离作为自变量和因变量的调节系数考虑空间滞后项的空间影响是十分必要的，只有加入空间和距离因素的增长模型才能完整理解增长背后的力量［6］。本文利用半参数空间模型构建FDI、能源消费的经济产出影响路径，勾勒经济增长、能源消费的全局和局部的空间分布特征及溢出效应，以非参数形式刻画FDI的曲线路径，为准确识别FDI效应路径提供有效参考。

二、能源消费和经济增长的空间实证模型分析

（一）基础模型、数据说明及来源

扩展的柯布-道格拉斯模型糅合了知识技术对于产出的贡献，强调在劳动和资本要素的基础上，知识技术成为推动产出的重要要素之一。Nerlove从生产函数中剥离出能源作为经济增长的投入要素［7］，能源消费作为影响经济可持续增长的重要因素，是经济增长不可或缺的动力之一，FDI引进资本、技术和管理经验，能够直接或间接地促进经济增长和产业结构优化，是资本存量、知识和技术的综合体［8］，将外资从总社会资本中剥离出来，符合经济活动的规律。基于扩展C-D生产函数基础上延伸式的产出一般模型如下：

其中α、β为资本和劳动力的弹性系数，δ、η为第三要素能源和外资资本的弹性系数，表示能源消费的和外资变化对产出的影响。L指劳动力，根据卢卡斯（Lucas）的概念，人力资本的质量取决于教育程度的有效劳动力，因此有效劳动力选取考虑教育回报的全社会就业人员数量指标，其中教育回报计算方式采用彭国华的平均受教育年限和教育回报率的估算数据［9］进行综合计算得出；K表示资本，参考魏后凯将资本划分为外商直接投资和国内投资以考察国内投资和国外投资对因变量影响的方式［10］，其中国内投资为全社会投资完成额减去外商直接投资得出，利用固定资产投资价格指数将其换算成国内投资的实际值；能源消费(EC)以能源消费总额除以全社会固定资本实际形成额，形成了资本的单位能源消耗；Y选取每资本的国内生产总值(GDP)作为指标代表经济发展，将各地区的GDP按照价格指数换算成实际GDP，以消除价格变化带来的差异，除以经过平减的实际固定资产形成额，代表国内和国外资本总额的经济产出；A（tech）指技术进步，选取各省份授予专利数；FDI以实际利用外商直接投资总额，按照当年的汇率换算成人民币；数据来源于wind、各省份统计年鉴及能源统计年鉴和科技统计年鉴。为了消除可能存在的异方差，将部分数据进行对数化处理。

（二）空间模型的构建及估计

1.线性空间杜宾模型

为了刻画FDI和能源消费对经济增长的影响，本文在扩展生产函数的基础上构建了具有空间滞后项或者时空滞后及时空交互滞后的空间杜宾模型，如下：

其中模型（2）是静态空间模型，体现了空间溢出效应的经济活动，（3）是动态空间杜宾模型，包含时空滞后和时空交互滞后项，体现了时间和空间的溢出效应。δ、τ、η指因变量的空间滞后、时间滞后和时空滞后项，β指自变量的影响系数，X是自变量（K,L,Tech,EC,FDI）矩阵，WX代表自变量空间滞后矩阵，γ是指自变量的空间影响系数，cn0表示个体固定效应，αt0tn表示时间固定效应，vnt代表独立同分布的扰动项（0，σ2），W是空间权重，设置空间权重矩阵的方法有二分位权重法、地理权重法、经济权重法和混合权重法［11］。本文借助邻近距离矩阵以更好地突出地理邻近效应对经济活动的影响。借助matlab，利用Elhorst和Jihai代码，使用兼顾时空效应的极大似然估计对参数进行有效估计。

2.半参数的空间杜宾模型

采用半参数时空固定的面板空间滞后模型对经济变量的活动路径进行描述，模型表述为：

其中，G(FDIit)为非参数部分，表示引进外资，其他系数的含义和上述一致，代表自变量对因变量的影响弹性。对本模型利用局部线性进行估计，估计过程如下：

首先，将模型简写成：

式中，若E[G(FDIit)]≠0,则此项可以归入固定效应项cn0，因此，假设E[G(FDIit)]=0，在此基础上进行模型参数部分δ、β、γ和分参数部分G（.）的估计。假设参数部分系数已知，可得非参数部分：

非参数部分G（.）的初步估计值：

（三）面板单位根、协整检验和空间相关性检验

1.面板单位根和协整检验

为消除异方差，对 K、L、tech、FDI取对数，采用ADF与Pesaran方法对面板数据进行单位根检验，结果如下表1所示,可知在10%的显著性水平下，大部分变量的原阶都不拒绝存在单位根的原假设，变量为非平稳数据，只有LNFDI的原阶通过1%的显著性水平下检验拒绝原假设，为平稳数据，那么外资与经济增长可能存在非线性关系。其他原阶存在单位根的变量，一阶差分项均通过1%的显著性水平检验，变量的一阶差分呈现同阶单整的现象，进行协整检验。

表1 单位根检验

对变量进行协整关系检验，利用面板协整的Pedronic检验变量之间是否存在长期的均衡关系，结果如表2所示，组间及组内协整检验大部分在1%置信水平上是显著的，表明存在明显的协整关系，利用kao的ADF检验 （-2.96691）P=0.0015也是显著的，证实了变量间存在均衡关系的理论假设，经济变量之间存在稳定的均衡关系。

表2 协整检验

2.空间相关性检验

普通面板回归模型忽视了地理邻近和组织邻近产生的邻近单元或者相关单元间的溢出效应。空间模型能够强调经济变量在区域地理空间的溢出影响及时间异质性特性的活动路径，而半参数的空间模型更能凸显出兼具时空效应的作用路径，准确刻画变量之间的非线性作用。

Moran's I指标可以实现检验残差是否存在空间相关性。为了进一步确定各主要经济变量的空间相关性，对经济产出、能源消费和外商直接投资进行Moran值检验。由结果表3可知，大部分变量的空间相关性检验在1～10%的置信度区间内是显著的，说明变量之间存在明显的地理空间效应，能源消费和FDI有较强的空间溢出效应，会对经济活动产生一定的影响，而GDP在样本期间大部分都表现出较强的相关性且通过了10%的显著性检验，说明存在相对稳定的空间溢出效应。

表3 Moran's I

为了刻画经济变量随着时间变化在不同区域的空间形态变动趋势，本文取能源消费、经济增长在2001、2010、2016年的Lisa集聚图，以显示局部空间相关特性。图1显示了中国30个省份经济增长与能源消费的空间分布特征。就经济增长而言，高高集聚热点区域略微增加，主要集中在东北部地区，说明近几年东北部地区区域协同度增强；而低低集聚冷点区集中在西北部地区，且逐渐减少，说明经济发展水平低区域主要集中在西北部。就能源消费而言，高高集聚热点主要集中在东北部省份，且逐年增加，说明东北部地区能源消费协同省份逐渐增多，协同性能增强；低低集聚冷点主要集中在东部沿海省份，低协同度的省份逐年减少。两个变量的Lisa集聚图均说明省域间的协同合作度逐渐增强，反映了新经济时期地理界限不断模糊、区域溢出效应显著、区域合作逐渐加深的总体趋势。因此，在探讨经济活动时更要注重空间溢出效应因素。

图1 Lisa集聚图

单个经济变量的Moran值和高低集聚图只能判断变量自身是否存在空间相关性，无法帮助识别出研究使用的空间模型，为了判断空间模型是否比普通面板模型更适用，Anselin等提出了LMERR和LMLAG等统计量进行再验证，以巩固空间模型构建的合理性。本文分别使用邻近和经济距离权重矩阵计算LM及RLM以检验普通面板模型空间效应的有效性，由表4结果可知，两种权重矩阵的LM和RLM空间滞后和误差模型均通过1%的显著性水平检验，由时间/空间固定的LR检验可知，时空固定效应的空间模型比一般面板回归模型更适于描述FDI与经济产出和能源消费效应等变量间的经济活动规律。

表4 LM、RLM检验及P值

由检验可知，与普通面板回归模型相比，空间模型进一步阐述了国内资本、劳动力、能源消费及外资的空间溢出效应，且都通过了有效性检验，结果是显著的。故此，经济变量的空间溢出效应不可忽视，单独考虑个体异质性而忽略空间溢出效应的一般模型会有偏误。由静态和动态空间模型的估计结果可知，外资的直接影响作用效应是显著且单向的，对经济增长有正向的影响效应，静态杜宾模型的FDI空间溢出效应是正向的，而动态空间模型下却显示出负向的溢出效应，因此，FDI对经济增长区域内的影响是正向的，但是空间视角的溢出效应是不稳定的，综合基础理论和检验结果，FDI与经济增长之间可能存在参数方程无法模拟的非线性影响关系，构建半参数空间杜宾模型以便更加真实地模拟出时空效应下FDI对经济增长的影响。

（四）结果分析

1.局域和空间溢出效应

本文利用Matlab、R软件等估计出一般面板回归、固定效应的空间杜宾参数及非参数模型的相关系数，具体结果见表5所示。不同模型中大部分自变量的弹性系数和空间滞后项弹性系数的趋势是一致的，且系数大部分都通过了5%的显著性检验，系数的估计结果较为有效。

从整体结果来看，省域间经济增长空间滞后项系数为正，SP-SDM的估计结果显示邻近省份的经济增长率每增加1个百分点，主体省份经济正向增长0.139个百分点，经济增长存在正向的空间溢出效应，这与马国霞等的研究［12］结论是一致的。人力资本、技术和能源消费的系数为正，相应空间滞后项的系数为负，SP-SDM结果中自身省份人力资本、技术变动1个百分点，会分别引起经济产出率变化1.682和0.976个百分点，按照教育回报率和专利衡量出的人才、技术对经济增长的影响是同步的，从业人员教育回报率与创新活动是相关的，高素质人才对新技术的应用能够提高劳动生产率，以减小资源要素总投入的结构，提升经济效益［13］。而空间滞后项的负值系数说明邻近省份的要素变化对主体省份的经济产出产生负向影响，邻近省份人力资本、技术变量每增加1个百分点，主体省份的经济产出就会分别减少0.313和0.115个百分点。邻近A省份人才流入与B省份人才流出联系紧密，区域间劳动力资本的流动表现为A省份劳动力相对增加，而B省份的劳动力相对流失，这种流失会对流出地产生负向的人力资本效应，进而对经济产生不利的影响。人力资本是引起技术进步的重要变量，也是实现内生经济增长的主要源泉［14］；能源消费率每变化1个百分点，将引起经济产出增长率增加0.163个百分点，能源作为一种生产要素，增加能源要素的投入数量必然带来经济的增长［15］，其空间滞后项系数为负，邻近省份能源消费增长率每提高1个百分点，则会使得邻近省份的经济产出增长率降低0.107个百分点，邻近省份的经济发展能够有效助力主体省份的能源节约，这有可能是能源消费结构特征和区域产业分布在空间视野的差异化分布导致的。资本要素的弹性系数为负，空间滞后项的系数为正，自身省份的国内投资资本每增加1个百分点，经济产出减少2.962个百分点，这意味着自身省份的国内投资资本存量抑制了经济产出，固定资产投资对经济增长产生负向作用，主要可能是因为资源错配导致经济增长质量下降，这与胡海洋的研究［16］结论是一致的，资源的产业错配等问题终归是当前抑制经济要素产出率的主要问题之一。而邻近省份的投资资本对主体省份的经济产出产生正向的溢出效应，邻近省份投资资本每变动1个百分点，就会引起主体省份经济增长0.461个百分点，自身省份的负向影响传递到邻近省份时却得到了缓解。

对于FDI的经济增长效应，一般回归模型肯定了其正向溢出效应，但是基于动态和静态空间的参数估计却给出了不稳定的结论，SP-SDM的偏导图模拟出了FDI经济增长效应的曲线路径，证实了FDI的双门槛作用机制。

表5 实证结果

2.非线性部分——偏导图

图2 偏导图

将全国按照东、中、西部三大地带进行划分，从东部地区的FDI变化率可以看出，东部所有省份都经历过FDI两阶段带来的经济发展红利，有些省份依然居于外资带动经济增长的模式，海南自FDI红利的第一个阶段历经一段时间的FDI驱动疲软，目前仍然表现出极强的FDI驱动的特征；江苏、辽宁、广东、天津已经从7的拐点进入到急剧负影响的阶段，散失了由外资带来的经济增长红利。从西部地区的FDI变化图可以看出，西部地区的新疆、宁夏、青海等省份正在享受FDI红利的第一波，重庆、陕西、内蒙等地的外资引入规模持续增长使其发挥出了第二个阶段的红利特征，四川外资驱动的经济增长效应在近几年表现出了疲软特征。从中部省份FDI历年变化图可知，中部地区大部分省份历经了FDI红利的第一阶段，江西、湖北、黑龙江进入到了红利第二阶段，享受外资引入带来的正向效应，河南、安徽、湖南逐渐开始迈入FDI驱动疲软阶段。不同省域FDI的经济效应呈现差异化驱动表现。

图3 东部地区FDI变化率

图4 西部地区FDI变化率

图5 中部地区FDI变化率

三、结论及建议

（一）结论

由各种检验可知，空间模型尤其是半参数空间模型比一般面板回归模型更能刻画出转型期各因素对经济发展的时空影响效应，又能将经济发展转型期FDI的经济效应的曲线路径拟合出来。基于上述模型的分析，可得出如下主要结论及建议：

第一，经济增长具有正向的空间溢出效应，且空间集聚效应明显。省域间经济增长彼此促进，强化了集聚效应，形成了全局共生优势，随着网络信息化渠道的加速发展，地理边界等区域异质性隔阂已逐渐消失，区域间的合作更加紧密，这种一体化协同发展的特点为区域政府制定经济发展政策提供了有力的参考依据。

第二，国内投资构成的资本存量抑制经济增长，资本要素驱动的经济增长阶段不复存在。当前国内资本市场的不规范及资本产业配置比例不当等资本错配现象，最终损害要素的产出效率，不利于经济增长；而人力资本和技术仍然是测度经济增长速率的重要指标，但是负向的空间溢出效应说明人力资本水平对本地区经济的发展起着重要的促进作用，但对相邻地区起阻碍作用。人才和技术为流入地带来先进的技术和知识经验，提高区域创新力和创造力，而流出地人才的流失不但造成整个社会福利和教育投资的损失，还会通过知识传授的渠道影响下一代年轻人的教育和培养，长期而言逐渐削弱了当地的经济发展动力。区域经济实力的竞争往往表现在人才较量上［19］，省域间人才抢夺战将愈演愈烈。

第三，区域能源消费对经济发展的影响在区域内和区域间的路径是不一致的。对区域内而言，能源消费仍然是经济增长的主要测量指标之一，是经济产出增长的第三要素；就区域间，主体省份能源消费的空间溢出效应抑制了邻近省份的经济发展，这一结论一方面说明能源消费结构、规模和性质在区间呈现出较强的异质性特征，这种异质性成为阻碍区域间能源消费空间溢出发挥正向经济效应作用的主要原因，因此为了消除区域间负向辐射作用，有必要考虑产业和企业空间布局的均衡性问题。

第四，FDI对经济发展的双门槛效应是存在的。FDI通过技术扩散、生产重组等方式能够强化接受国能源利用效率，但是也受到接受国吸收能力的影响［20］，与经济发展阶段不匹配的外资引入后出现的利用“断层”，是导致FDI对产出造成负向影响的主要原因，这也与当前普遍存在的“重引资、轻利用”现象是重叠的。因此，因时制宜、因地制宜的外资引入是必要的。

（二）建议

1.扩大有效人才规模，强化人力资本创新产出

省域间人才争夺战的原因在于有效人才总量小、高素质人才比例低，要提升人力资本和技术要素的产出效率，势必要扩大有效人才的规模，加强高素质人才的培育和引入，发挥高素养人力资本的创新优势。一方面，调动企业、机构的积极性，丰富人才引进专项资金来源，加强业界的教育投资力度，改善当前高素质人才紧缺现象，避免人才抢夺的恶性循环，建立人才可持续的有效引入机制，实现区域均衡分配；另一方面，强化垂直一体化产学研合作效应，基础研究和应用研究相携并进，减缓当前重应用、轻基础的倾向，激励各层次人才的创新产出，真正发挥人才红利优势。

2.优化国内资本存量配置比例，规范资本市场

引导投资资本流入新兴实体行业，实现投资资本的优化分配，近年来房地产行业的高收益吸引了诸多国内资本，弱化了实体产业的投资存量增长，优化资本在不同产业间的配比，能够发挥资本存量的经济带动效应，而同时增持新兴产业投资资本比例能解决沉淀资本产出无效的问题，缓解产业间“过度投资”和“投资不足”的现象，优化资本的投资载体的配置比率能够有效提高转型期资本效率；同时，建立资本市场有效的管理和监督体系，规范资本市场，保障资本的高效流通。

3.增加绿色能源供应，合理布局不同能耗型产业

能源要素投入对经济发展有重大的贡献，高质量的经济增长必须匹配高质量的能源投入。传统能源的不可再生性及污染性都与当前高质量标准相背离，追求经济发展的同时，优化消费能源的机构比例，加强风、水等可再生能源的开发和使用，代替不可再生能源，保障绿色能源的需求规模，避免能源短缺制约经济发展；注重引进国外高节能设备，提高能源的利用效率，同时注意均衡区域能源高消耗和低消耗产业的空间布局，发挥高低能耗产业组合优势和区位互补优势。

4.因地制宜引入外资，发挥高质量外资效用

各区域政府要结合经济发展情况，有选择性地引入适当规模外资，因时因地精准定位进入外资的节奏和步调，引导外资进入节能低能耗型产业部门，提高外资的资本利用效率。对于处于外资红利期的省份，应加强有效人才储备和培育有助于高效吸收外资带来的先进技术和经验，强化外资的正向促进效用；而处于短板期的省份，应建立支柱性产业投资导向，鼓励外资进入当地支柱和新兴产业，实现“重引进，高利用”的外资合理分流。