土地科技创新的合作网络及热点演化研究——以国土资源科学技术奖为例

王 歌， 张安录， 杨 帆， 李景旺， 黄俊添

（华中农业大学公共管理学院，湖北 武汉 430070）

1 引言

科技是第一生产力，而土地科技创新是土地资源利用和保护的现实生产力[1]。“十三五”国家科技创新规划强调构建具有国际竞争力的现代产业技术体系，开发耕地质量提升与土地综合整治技术，从源头上保障国家粮食安全，土地科技的战略高度愈加凸显[2]。面对人地矛盾突出、空间差异巨大、资源错配等严峻问题及土地资源退化、损毁、废弃、污染、低效利用等持续恶化现象[3]，响应“三深一土”科技创新战略的倡议亟需土地科技机构、研究单位及相关学科和部门的有效协作[4]。《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》指出：国家科技创新体系是以政府为主导、充分发挥市场配置资源的基础性作用、各类科技创新主体紧密联系和有效互动的社会系统[5]。2017年12月，原国土资源部土地科技创新中心的成立正是在探索大协同、大融合科技创新格局的形成路径。2018年10月，自然资源部发布《自然资源科技创新发展规划纲要》，提出打通基础研究、工程技术征，NIETO和SANTAMARIA[10]提出集群性、链接性和密度等指标。喻科[11]认为创新合作网络具有自组织特征，创新主体之间包括“强弱”两类链接。王朋等[12]发现校企合作网络具有显著的无标度网络特征，维持“超级”节点的稳定性是保证合作网络健康发展的关键。在发展过程方面，袁剑锋和许治[13]指出产学研合研发、成果转化的全链条，构建产学研结合、高效协同的科技创新平台体系。土地科技的产学研合作创新成为了理论界和实践界共同关注的重要问题。已有文献通过定性的研究方法，从土地科技创新的体系建设[6]、土地科技创新的管理制度[7]、土地科技创新的发展战略[8]、土地整治科技创新[9]等方面展开分析，对于土地科技创新的政策发展和协同平台的构建具有重要的理论与实践意义，但鲜有研究基于定量的视角探讨土地科技创新的合作网络。

创新合作网络能够量化反映特定行业领域的创新能力与合作方式，是优化科技发展结构布局的重要决策参考。国内外研究主要从创新合作网络的特征和发展过程两个方面展开。针对创新合作网络的特作网络主体的关系异质性和创新资源集聚效应随着时间推移逐渐增强，造成合作主体之间的路径依赖和发展不平衡等问题日益突出。DOZ等[14]将创新合作网络的发展路径概括为自生过程和构建过程两类。上述研究往往基于专利合作数据展开，聚焦于生物医药、装备制造、卫星应用等传统高新技术领域，尚缺乏对土地科技领域的系统分析。

国土资源科学技术奖是为鼓励国土资源调查、规划、管理、保护与合理利用等方面的重大经济社会贡献和技术创新所专门设立的奖项，能够集中反映中国土地科技的产学研创新格局。产学研创新脱胎于“三螺旋”理论，经历了“产学研联合”“产学研结合”“产学研用结合”三个发展阶段[15]。产学研的合作创新网络分析是推动协同创新政策发展的重要依据。国家级的科技进步奖[16]或相关部委设置的行业科技奖励[17]是构建创新合作网络的重要数据来源。因此，本文运用社会网络分析法，以国土资源科学技术奖为例，对土地科技创新合作网络的特征及发展过程进行了系统梳理，并进一步探讨了土地科技创新的热点演化，旨在为土地资源领域的产学研协同创新提供启示。

2 土地科技创新的数据来源与研究方法

2.1 土地科技创新的数据搜集

国土资源科学技术奖是国土资源领域的最高科学技术奖，汇集了各省（自治区、直辖市）的优秀成果，总体分为土地和地矿两大类[18]。部分重大获奖项目进一步被提名国家科技奖。本文是以公开渠道（原国土资源部和自然资源部网站等）搜集的国土资源科学技术奖项目（2004—2018年）为数据来源，聚焦于土地领域，重点涉及“土地调查与评价”“土地开发整理与保护”及“土地信息化建设”等内容，排除“地质调查与评价”“矿产资源勘探”“地质灾害防治”等地矿类奖项，共筛选得到213项成果。为保证数据来源的一致性和稳定性，并避免获奖项目的重复统计，本文并未将各省或国家科技进步奖纳入到搜集范围中。

2.2 土地科技创新的数据处理过程与分析方法

产学研创新合作网络是连接异质性创新主体的复杂系统。社会网络分析（Social Network Analysis,SNA）是对复杂系统进行可视化研究的有效方法，能够定量刻画创新主体的合作关系与模式，已成为公共政策研究的新范式[19]。本文的土地科技创新合作网络是以获奖单位为节点，以单位之间的合作获奖关系为边的无向网络，如图1所示。当在研究周期内单位名称发生改变时，将所有节点统一为最新名称，如“国土资源部土地整理中心”在2012年3月更名为“国土资源部土地整治中心”。为保证网络分析的准确性，将原国土资源部土地整理中心代表的12个节点与原国土资源部土地整治中心代表的13个节点进行合并。中国科学院附属机构的名称保留至二级研究单位，与原始的获奖申报情况保持一致。

Python是一种高级编程语言，具有可读性强、类库丰富等特点，广泛应用于数据挖掘。本文运用Python的Network X分析库构建土地科技创新合作网络，并对其相关指标进行量化分析，包括网络整体指标和节点指标两个层面，涉及网络密度、平均度和度分布等，计算公式如式（1）-式（2）。此外，运用Python对各获奖项目的题目进行中文分词操作。判断分词的属性，去除数词、状词和连接词，保留名词和名动词等。通过对保留的词汇进行年份统计和频次分析，反映土地科技创新的热点演化。

（1）网络密度。网络密度是指网络中实际存在的连接关系数量与理论上可能存在的最大连接关系数量之比，具体公式为[20]：

式（1）中：l为实际存在的关系数量；n为节点数。网络的密度越大，表明合作关系越密切；反之则合作关系越趋于松散。

（2）平均度。网络的平均度与其密度关联紧密，平均度的具体计算公式为[20]：

式（2）中：e代表网络的边数；n代表节点数。网络的平均度越大，表明合作效率更强，合作范围更大；反之则合作范围越局限。

（3）度分布。deg（v）为节点v的度数，即网络中与节点v直接相连的其他节点数。度分布反映的是各节点与其他节点连接数的整体分布情况[20]。

3 土地科技创新的合作网络结构特征

3.1 土地科技创新的政策梳理

土地科技创新体系是深化土地科学研究、土地管理创新和土地科技进步的重要基础[5]。21世纪初，土地科技发展的主要矛盾是土地科技服务水平与经济、社会和土地管理事业的发展需求不相适应[6]。2000年7月，国土资源科技创新计划启动，旨在推动科技成果的转化和推广。早期的土地科技创新合作重参与，关注国家和地方的联合，强调利用国土资源系统外的力量。2006年，随着国土资源中长期规划的出台，土地科技创新更加关注自主创新，强调创新主体的独立性。在国土资源“十二五”和“十三五”科技发展规划相继颁布后，创新战略联盟和协同创新平台不断涌现。2018年10月出台的《自然资源科技创新发展规划纲要》强调促进创新链、资金链、产业链有机融合，建立产学研用协同创新联合体。图2是对土地科技创新相关政策发展脉络的梳理。

图2 土地科技创新政策的发展脉络Fig.2 The development process of land resource innovation policies

3.2 土地科技创新的合作网络结构特征

在此基础上，为揭示土地科技创新合作的总体情况，首先构建2004—2018年的总网络。随后，以5年为周期，将整个时间轴切分为3个阶段，分别构建2004—2008年、2009—2013年及2014—2018年的子网络，探讨创新合作关系的演化过程。网络的拓扑结构指标如表1所示。

3.2.1 2004—2008年：网络形成期——单中心的伞形创新结构

2004年，隶属于中国土地勘测规划院的土地利用重点实验室正式以国土资源部重点实验室名义运行，成为土地科技创新的重要平台。基于技术创新合作网络的拓扑结构，发现2004—2008年是创新网络规模最大的阶段，其中有12项奖励是由5家及以上单位共同申报的，主要呈现以“中国土地勘测规划院”为核心的伞形合作结构（图3（a）），共包括132个创新主体，涉及277条合作关系，创新合作网络的密度为0.032，网络的平均度为4.197，网络整体结构较为稀疏，产学研合作程度偏低，网络合作的整体效率并不高，存在显著的核心和边缘体系，创新合作体现区域性，跨地区、跨行政层级的主体合作匮乏。

表1 土地科技创新合作网络的拓扑结构指标Tab.1 The structure indicator of land resource innovation collaboration networks

图3 土地科技创新合作网络的拓扑结构演化Fig.3 The structure evolution of land resource innovation collaboration networks

3.2.2 2009—2013年：网络转型期——分散独立的环形创新结构

《国土资源部中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020）》鼓励营造自主创新的政策和文化环境。各类土地科技创新主体的独立研究能力有所提升。2009—2013年创新合作网络的密度仅为0.022，出现显著下降，涌现出更多的网络小团体，呈现派系分异的扁平化特征，仅有2011年的“耕地资源安全评价及耕地保护决策支持系统建设”和2013年的“中国农村空废及未利用土地整治与优化配置研究”两项奖励是由5家及以上单位共同申报的。其他项目更多是由独立主体实施的，或者采取“一政+一校”的合作形式。创新合作关系萎缩，不同政府部门（及其隶属的事业单位）或不同高校之间缺乏有效的合作，网络呈现断裂的环形（图3（b）），仅有68个创新主体和61条合作关系，进入合作零散的转型低谷期。

3.2.3 2014—2018年：网络发展期——多中心并存的集群创新结构

2014—2018年，创新合作得到了显著恢复，合作网络的密度为0.043。在“三深一土”国土资源科技创新战略的驱动下，“多政+多校”和“多企+多校”的合作模式更为突出，跨部门和跨高校的协作趋于常态化，与2009—2013年阶段相比，2014—2018年的网络节点数增长了142.59%，网络边数增加了147.78%（图3（c））。

在上述3个周期之中，网络的最大节点主要包括中国土地勘测规划院、国土资源部土地整治中心、国土资源部信息中心3家单位（图3（d））。2017年，在国土资源部土地科技创新中心及跨单位的联合土地工程技术中心成立后，大协同、大融合的科技创新格局逐步形成。

图4刻画地是网络节点的度分布。土地科技创新合作网络（2004—2018年）整体服从幂率分布，具有较为显著的无标度特征，即网络中的少数核心节点主导着科技创新合作网络。比较2004—2018年3个阶段内的网络节点度分布情况，发现2004—2008年土地科技创新网络的度分布与幂律分布差异最大，即网络节点的度分布最为平均，次之是2014—2018年的网络，度分布最不均匀的是2009—2013年的网络。因此，在2009—2013年，极少数的节点主导着整个网络的资源，其他节点则处于相对孤立的地位。在2004—2018年期间，188家单位仅获奖1次，占比71.76%，因此需要加强对首次获奖单位的支持。此外，共有39家企业获奖，但仅有2家企业获得两次及以上奖励，故尤其需要加强对首次获奖企业的支持。

4 土地科技创新的热点演化

对213项土地领域获奖项目的题目进行分词处理，用于标识创新热点的总体特征，如图5所示。在分词过程中，需要进行数据清洗，将“的”“及”“与”等虚词排除，以保证分析结果的准确性。国土资源科学技术奖旨在鼓励面向国家或地区重大战略需求的创新研究，获奖项目的出发点是研究，“研究”出现的频次最高，累计达到115次。“土地”和“国土”是获奖项目分析的对象，累计出现频次分别达到102次和58次。“技术”是获奖项目的具体支撑，累计出现60次。由于土地科技创新是以实践需求为导向，因此“应用”的出现频次达到了46次。

图4 土地科技创新合作网络的节点度分布Fig.4 The node degrees distribution of land resource innovation collaboration networks

通过对题目包含“技术”的60个获奖项目深入挖掘，能够反映土地领域的技术发展脉络。图6柱形图中的两个系列分别表示各词在获奖项目中首次出现和最后出现的时间。“智慧”首次出现于2015年，即“面向智慧城市的土地监察数字表达和预警关键技术及示范”；“智慧”最后出现于2017年，即“北京智慧国土顶层设计与平台关键技术支撑体系构建”。国土资源大数据与智慧国土的构建成为近年来土地领域的创新热点。“整治”首次出现于2016年，即“节地节水生态型土地整治规划设计技术与应用研究”；“整治”最后出现于2017年，即“低碳型土地整治技术与示范应用研究”。如图5所示，“整理”和“整治”均是国土资源科学技术奖的高频词，频次分别为13和8。从土地开发整理到土地整治再到国土综合整治，上述概念的内涵不断发展和丰富。获奖项目从关注土地数量、质量到强调生态并重。土地生态整治发展成为土地领域的创新热点。“城市”首次出现于2013年，最后出现于2018年。城市问题亦是土地科技创新发展中的热点，包括能源型城市的土地利用、智慧城市的土地监测、城市化产业用地及超大型城市土地保护等。

图5 土地科技创新获奖项目的词频分布Fig.5 The word frequency distribution of science and technology award of land resource

图6 土地科技创新获奖项目的技术发展时间分布Fig.6 The temporal distribution of technology themes of science and technology award of land resource

通过对包含“应用”的46个获奖项目进行多阶段的词云分析（图7），能够反映土地科技的实践应用趋势，具体包括：土地质量数量的调查、土地整治与修复、土地状态的监测。2004—2008年，“应用”聚焦于土地利用评价与监测。题目包含“应用”的获奖项目共有8项，主要涉及耕地资源的调查与退化监测、土地变更调查等。2009—2013年，“应用”不仅局限于评价和监测，而更多地围绕地面沉降、耕地生态环境等方面展开，对资源合理开发与环境保护提出建议。题目包含“应用”的获奖项目共有11项，主要涉及地面沉降监测、农用地分等更新、农田保护等。2014—2018年，“应用”的视角更多关注于城镇化进程中的土地利用和整治问题，涉及征地拆迁评估、盐碱地修复、固沙造田技术、大都市建设用地减量、新型城镇化精明土地利用等。

图7 土地科技创新获奖项目的应用热点词云分析Fig.7 The word cloud of application themes of science and technology award of land resource

5 结论和建议

本文基于国土资源科学技术奖的项目数据探讨政府部门、事业单位、科研院所、高校、企业等主体所形成的土地科技创新合作网络。本文运用文本挖掘的方法，对获奖项目的题目信息进行分析，揭示高频关键词的分布情况，梳理技术领域的发展方向和应用实践的动态趋势，结论和建议如图8所示。

图8 土地科技创新的未来展望框架Fig.8 The prospective framework of land resource innovation

5.1 土地科技创新的产学研合作网络

（1）创新格局。基于2004—2018年土地科技创新合作网络的结构特征，发现网络的整体运作效率偏低，网络主要依赖于少数创新主体，多数主体之间的合作交流较少，网络存在显著的无标度特征，即网络具有显著的异质性。观察3个阶段的合作网络发展过程，发现网络的规模呈现U型变化趋势，节点度分布图的“长尾效应”不断减弱，网络的无标度特征趋于淡化。具体而言，整个创新合作网络是由原国土资源部的隶属单位主导。随着时间推移，高校、企业和地方国土资源系统单位的影响力逐渐增强，网络增长向多极化发展，多中心的创新合作结构是潜在趋势。跨区域的“地方单位+高校”合作形式不断增多，表明地方企业和事业单位愈加重视与高校的技术合作，呈现多联盟合作的态势。因此，产学研创新合作网络的效率需要进一步的提升，突破单中心的伞形或分散独立的环形格局，形成多中心或多联盟驱动的土地创新大格局。培育多层次的产学研联盟体系，从独立中心的合作结构向多中心结构转变，进而提升企业、高校、科研院所等机构的参与深度和广度，培育国土资源系统外的骨干创新主体，促进创新成果的转化应用；鼓励跨部门、跨专业重点实验室或工程技术中心的建立，进一步拓展国际合作，吸纳国际土地领域的顶尖研究机构或企业加入，从国土资源系统的封闭式创新向跨领域的开放式创新转型，形成大协同、大融合、大开放的创新合作格局。

（2）创新路径。根据合作网络的节点分布，发现中国国土勘测规划院、国土资源部信息中心、国土资源部土地整治中心等单位是最核心的创新主体，承担土地资源创新合作的桥梁和平台作用，并将其他创新主体凝聚在一起。由于环境、农业、水利等国土资源系统外的部门或科研院所在水土环境治理、植被保护与恢复等方面具有丰富的积累，因此需要构建土地工程技术创新平台的培育基地，充分发挥国土资源系统单位“中间人”的作用，将系统外要素与成果引入网络，进一步理顺土地科技创新合作网络的“三大角色”（协调组织者、方向引领者、技术服务者），设立土地科技创新基金等激励机制，对于首次获奖的创新主体给予政策补贴，推动新兴创新主体的快速成长，防止网络出现“技术锁定”“创新惰性”等现象，形成“土地中心”“创新中心”“技术中心”三位一体的融合发展路径。

5.2 土地科技创新的热点演化

（1）技术层面。通过对题目包含“技术”的60个获奖项目进行分析，发现与“智慧”相关的技术成为土地科技创新的前沿热点，呈现与智慧城市等领域技术跨界融合的趋势，通过国土与林业、农业、水利、环保等领域的数据交换，实现土地资源的全景式管理。从整理到整治，土地整治趋向于综合化。节地节水生态型土地整治技术、低碳型土地整治技术不断涌现。通过构建土地监测服务产品体系和智慧共享平台，推动开放式的合作创新。

（2）应用层面。通过对题目包含“应用”的46个获奖项目进行词云分析，发现土地资源的技术应用初期聚焦于土地调查与监测方面，而近期则与土地整治、生态修复和城镇化等主题的关系更加密切。“智慧”“综合整治”等主题成为近年来土地资源领域的技术应用热点。在建设智慧城市、实施“多规合一”的契机下，进一步完善土地科技创新的顶层设计，将土地科技创新与新型城镇化进程中的“数字中国”“智慧社会”等战略相融合，完善大数据驱动的国土资源管理决策服务，发展“互联网+智慧国土”技术创新合作联盟，提升企业在技术创新合作网络中的地位，推动土地数量、质量、生态“三位一体”保护，为构建山水林田湖草生命共同体提供支撑。