高速铁路对山东省经济增长的空间溢出效应研究

Spatial Spillover Effect of High Speed Railway on Economic Growth in Shandong Province

摘要

以山东省地级市为研究对象，构建各城市的省内和省外高速铁路可达性模型，测算高速铁路建设引致的时空收敛效应，运用空间杜宾模型对2008—2019年山东省16个地级市的面板数据进行回归，探讨高速铁路建设对山东省经济增长及各产业发展的空间溢出效应。结果表明，山东省高速铁路建设对经济增长的影响主要是通过可达性提升引致的，并且具有明显的空间溢出效应，其中省内高速铁路可达性对经济增长具有正向影响，而省外高速铁路可达性提升可能会导致虹吸效应；高速铁路可达性提升对山东省第二产业的空间溢出效应最高，但对第三产业发展的作用仍不突出。研究结果可以为充分发挥高速铁路建设在推动经济持续和均衡增长中的支撑作用提供参考。

Abstract

This paper took prefecture-level cities in Shandong province as the research object and constructed the intra-provincial and inter-provincial accessibility models of each city to measure the spatial and temporal convergence effect caused by the construction of high speed railway (HSR). Then, using the spatial Durbin model, the spatial spillover effect of HSR on the economic growth and development of industries in Shandong Province was explored by means of the regressive analysis of panel data of 16 prefecture-level cities from 2008 to 2019. The results show that the impact of HSR on economic growth in Shandong Province is mainly caused by the improvement of accessibility, and has a significant spatial spillover effect. The intra-provincial accessibility has a positive impact on economic growth, while the improvement of inter-provincial accessibility may lead to the siphon effect. The spatial spillover effect brought by HSR accessibility improvement on the secondary industry in Shandong province is the highest, but the effect on the development of the tertiary industry is still not prominent. The related results may provide references for giving full play to the supporting role of HSR in promoting sustained and balanced economic growth.

Graphical abstract

关键词

高速铁路 / 经济增长 / 省内可达性 / 省外可达性 / 空间溢出

Key words

High Speed Railway / Economic Growth / Intra-Provincial Accessibility / Inter-Provincial Accessibility / Spatial Spillover

0　引言

山东省作为全国经济第三大省和人口第二大省在全国经济格局中占有重要地位。同时，山东省运营和规划的高速铁路里程在全国也位居前列。截至2022年底，山东省高速铁路运营里程达到2 446 km，根据《山东省“十四五”综合交通运输发展规划》(鲁政字〔2021〕127号)，到2025年，山东省高速铁路运营里程将达到4 400 km，实现“市市通高速铁路”。随着国家铁路体制改革，山东省高速铁路的投资主体由“以国家为主”向“以地方自筹为主”转变。在此背景下，探讨高速铁路的区域经济影响，可以为山东省未来高速铁路线路规划和建设提供指导。

交通基础设施互联互通是城市群一体化发展的先决条件，高速铁路作为新兴的交通运输方式，在区域间旅行和多式联运网络中发挥着重要作用^[1]，因此也被视为构建一体化网络的关键角色^[2]。山东省作为全国高速铁路起步较早和运营、规划规模较大的省份之一，到2022年底高速铁路运营里程达到2 446 km，位居全国第3位。同时，山东省陆域面积15.58万km²，高速铁路建设的经济和人口服务密度较高，具备较大的潜在经济效益，因此山东省也着重强调要建设轨道上的城市群，按照适度超前的原则推动高速铁路建设。在此背景下，探究如何通过高速铁路建设推动山东省经济高质量发展具有重要意义。

国内外学者关于高速铁路对经济增长和区域差异的研究成果较为丰富^[3]，但尚未形成统一结论。部分学者认为高速铁路建设缩短了城市间旅行时间，提高了沿线城市可达性^[4]，能够促使生产要素自由流动和优化配置，进而促进沿线经济增长^[5-8]，当然高速铁路发展与经济增长之间的因果关系值得进一步思考^[9]；而也有另一部分学者研究发现高速铁路建设对沿线部分地区的经济增长并没有显著影响^[10-11]。此外，有研究发现高速铁路建设改善了核心城市与中小城市间的可达性，从而促使优质生产要素从中小城市向核心城市集聚，增加沿线城市的区域差距^[12-13]；也有研究发现高速铁路建设会通过改善中小城市的区位优势，从而为生产要素和产业从核心城市梯度转移创造条件，缩小沿线城市区域差异^[14-15]，对空间公平和区域收敛有着积极作用^[16]，导致这一现象的重要原因就是多数研究忽视了空间因素在高速铁路发展和区域经济增长关系中的重要作用，且关注到的“空间”要素在交通外部性中的作用也主要集中在空间溢出效应，对“时空压缩”效应的关注不足。此外，随着国家“八纵八横”高速铁路网的逐步成形，以中国国家铁路集团有限公司主导的干线高速铁路建设已逐渐趋缓，地方政府主导的区域性高速铁路成为未来发展的重点，省内高速铁路建设在综合交通网络中的作用也将会得到进一步的凸显，但目前尚未有文献对省内高速铁路和省外高速铁路的经济效益进行对比评价。

因此，以山东省地级市为研究对象，构建省内和省外可达性模型，刻画高速铁路建设对省内城市间联系和对外联系便捷性特征的影响，采用空间杜宾模型分析和评价高速铁路省内和省外可达性对经济增长的直接影响和空间溢出效应。其中，引入可达性模型，能够定量刻画高速铁路所引致的时空距离变化，并探讨其在经济发展中的作用，弥补既有研究对于“空间”要素的刻画不足。研究结果表明，高速铁路所引致的“时空压缩”对经济增长有正向促进作用；区分高速铁路所引致的省内和省外可达性变化对经济增长的影响，在评价地方高速铁路经济效益的同时，能够区分体现干线高速铁路和区域高速铁路在国民经济中的角色差异，丰富运输经济学的研究内容和方法。

1　变量测度与模型构建

1.1　变量测度与数据来源

以山东省16个地级行政单元为研究对象，变量定义与描述性统计如表1所示。其中，社会经济统计数据来自于《中国城市统计年鉴》《山东省统计年鉴》及各地级市的统计年鉴等。交通数据中，城市间铁路最短旅行时间基于中国铁路12306的铁路时刻表进行测算；航空中心性测算依托官方航空指南公司(Official Aviation Guide)提供的航空时刻表；公路路网数据来自《中国城市统计年鉴》；城市内交通数据通过百度API采集获取。高速铁路可达性采用加权平均旅行时间刻画，具体的测算方法参考文献[17-19]，虽然也有研究将高速铁路价格纳入可达性的考量范畴，但有研究表明时间效应才是可达性的关键所在^[20]，同时速度对经济的影响一定程度上可以反映价格波动对经济增长的影响，为此，在测算可达性时未将价格因素考虑在内。

1.2　空间杜宾模型

已有研究表明中国经济增长、高速铁路网络特征通常具有较强的空间相关性，但传统的计量模型往往因忽略该特征而得到偏误的估计结果^[21-22]。为验证山东省经济增长存在的空间依赖性，计算得到山东省经济增长的全局Moran’s I指数如图1所示，由图1可知Moran’s I指数为正，且在1%的水平上显著，山东省经济增长具有明显的空间相关性，且呈现出集聚态势。因此，研究选用考虑空间自相关的空间计量模型分析高速铁路对山东省经济增长的空间溢出效应。

常见的空间计量模型包括空间误差模型、空间滞后模型和空间杜宾模型，研究通过拉格朗日乘子检验(LM)、沃尔德检验(Wald)和似然比检验(LR)选择合适的空间计量模型。空间计量模型的相关检验结果如表2所示。

其中，Wald检验和LR检验的结果均在1%的水平下显著，拒绝了将空间杜宾模型简化为空间滞后模型和空间误差模型的原假设，因此选择空间杜宾模型探究高速铁路对山东省经济增长的影响。同时，Hausman检验的结果表明双固定效应更适合本研究，最终模型设定如下。

\begin{array}{c}\mathrm{l}\mathrm{n}GRPP{C}_{it}=\rho {\displaystyle \sum _{j=\mathrm{1}}^n}{W}_{ij}\mathrm{l}\mathrm{n}GRPP{C}_{jt}+{\beta }_{\mathrm{0}}+{\beta }_{\mathrm{1}}HSR{D}_{it}+{\beta }_{\mathrm{2}}\mathrm{l}\mathrm{n}WAT{T}_{it}+{\beta }_k\mathrm{l}\mathrm{n}{X}_{itk}+{\theta }_{\mathrm{1}}{\displaystyle \sum _{j=\mathrm{1}}^n}{W}_{ij}HSR{D}_{jt}+\\ {\theta }_{\mathrm{2}}{\displaystyle \sum _{j=\mathrm{1}}^n}{W}_{ij}\mathrm{l}\mathrm{n}WAT{T}_{jt}+{\theta }_k{\displaystyle \sum _{j=\mathrm{1}}^n}{W}_{ij}\mathrm{l}\mathrm{n}{X}_{jtk}+{\alpha }_i+v_t+{\epsilon }_{it}\end{array}⑴

式中：i和j表示地级市；t表示年份；\mathrm{l}\mathrm{n}GRPP{C}_{it}表示地级市i在t年的人均地区生产总值的自然对数；HSR{D}_{it}表示城市i在t年是否开通高速铁路；\mathrm{l}\mathrm{n}WAT{T}_{it}表示城市i在t年的高速铁路可达性，可以进一步划分为省内可达性\mathrm{l}\mathrm{n}INWAT{T}_{it}和省外可达性\mathrm{l}\mathrm{n}OUTWAT{T}_{it}；\mathrm{l}\mathrm{n}{X}_{itk}表示选定的控制变量；\rho表示空间滞后项系数；{\beta }_{\mathrm{0}}，{\beta }_{\mathrm{1}}，{\beta }_{\mathrm{2}}，{\beta }_k，{\theta }_{\mathrm{1}}，{\theta }_{\mathrm{2}}和{\theta }_k表示模型的估计系数；W表示标准化后的空间权重矩阵，普遍采用的空间权重矩阵包括邻接矩阵、反距离矩阵和反距离平方矩阵，而既有研究表明，在山东省类似的尺度范围，采用反距离矩阵比采用邻接矩阵和反距离平方矩阵更优^[23-24]，因此，选用的空间权重矩阵W为反距离矩阵；{\alpha }_i和v_t分别表示个体与时间固定效应；{\epsilon }_{\mathrm{i}\mathrm{t}}表示残差。

空间杜宾模型的结果可以用来度量空间溢出效应的大小，并可通过“求偏微分法”分解直接效应、间接效应和总效应，更直观地阐明高速铁路及控制变量对经济增长的影响^[25]。具体而言，直接效应表示的是某地区自变量对该区域因变量的影响大小，同时包括本地区自变量给因变量带来的平均“内部影响”，也包括本地区自变量影响相邻地区因变量之后带来的“外部传导反馈效应”；间接效应，又称为空间溢出效应，用于度量“邻近”地区的某个解释变量对本地区的被解释变量的影响；总效应是直接效应和间接效应之和，其可以解释为某一地区的某个解释变量的变动对所有地区的被解释变量的平均影响。

2　结果分析

2.1　基准回归分析

为检验高速铁路对山东省各城市经济增长的影响，运用空间杜宾模型对2008—2019年山东省16个地级市的面板数据进行回归。空间杜宾模型的分解效应如表3所示。

（1）高速铁路建设对经济增长的影响主要是通过可达性提升引致，且省内可达性对经济增长的影响低于省外可达性的影响。总效应表示高速铁路建设对山东省经济增长的平均边际效应，结果显示有无高速铁路对经济增长的影响并不显著，表明仅有高速铁路站点并不能带来经济增长，而省内可达性和省外可达性才是重要的。其中，省内可达性每提升1%对应人均地区生产总值将增加0.921%，省内高速铁路的建设将会促进高速铁路沿线城市的经济增长；而省外可达性每提升1%将会导致人均地区生产总值减少1.086%，全国尺度的高速铁路建设对山东省经济增长产生了虹吸效应，更发达的外部高速铁路网络很可能导致省内资源要素的外流。

（2）高速铁路建设对经济增长具有明显的空间溢出效应。直接效应中，所有高速铁路变量均不显著，表明本地的高速铁路建设并不会直接促进城市的经济增长。结合间接效应的结果，邻近地区省内可达性每提升1%使本地区人均地区生产总值将增加0.905%，显著促进本地经济增长，这表明山东省内的高速铁路建设对经济增长主要发挥空间扩散而非虹吸效应。而邻近地区省外高速铁路可达性的提升产生了负面的空间影响，加剧了本地所受的虹吸效应。

（3）为探究高速铁路对山东省各城市经济增长的影响结构，进一步分析高速铁路对第二和第三产业人均产值的影响，结果表明，与对经济增长的影响相同，高速铁路可达性提升对山东省第二产业的直接效应不显著，但具有显著的空间溢出效应。通过对比总效应发现，高速铁路对第二产业的空间溢出效应高于对经济增长的空间溢出效应，可能是由于山东省是传统的制造业大省，高速铁路建设往往会优先考虑布局在制造业重镇和经济中心的城市，提升了第二产业生产要素和经济活动流动的便捷性。同时，高速铁路对山东省第三产业的影响仅省外可达性存在显著的直接效应，其他影响均不显著，这表明高速铁路在山东省第三产业发展中的作用仍不突出，且其开通和建设会加剧本地生产要素或经济活动向省外流动，不利于本地第三产业的发展。

2.2　稳健性检验

为排除其他因素对模型估计结果的影响，采用改变城市集和更换解释变量等方法对空间计量模型估计结果进行稳健性检验。

（1）考虑到影响省会城市济南和副省级城市青岛经济增长的因素复杂性，将济南和青岛从研究样本中剔除后重新回归。

（2）为检验省内和省外高速铁路可达性指标计算对模型估计结果的影响，采用2019年城市人口规模替代原公式中2008年的规模进行重新测算，并带入模型进行回归。

2.3　内生性检验

（1）由于静态空间杜宾模型可能导致解释变量与被解释变量互为因果，因此引入包含被解释变量时间和空间滞后项的时空双固定动态空间杜宾模型，解决被解释变量空间滞后项与遗漏变量导致的内生性问题。

（2）同时，考虑到双向因果所致的内生性非常复杂，采用更为传统的工具变量两阶段法做进一步的内生性检验。根据相关文献，选取3个变量作为高速铁路可达性的工具变量，变量的相关性和外生性不再赘述。一是选取1980年铁路开通的虚拟变量作为工具变量，并通过与时间趋势项的交叉项转化为面板数据；二是选取城市在明朝时期拥有的驿站数量作为工具变量，并以历年我国开通高速铁路的城市数量作为年份趋势项，交乘作面板化处理；三是城市距离最近的“四纵四横”铁路主干线的距离面板数据。

2.4　稳健性检验和内生性检验的分解效应分析

稳健性检验和内生性检验的分解效应如表4所示。检验结果表明基准回归结果是稳健可信的，同时也体现出对高速铁路正向影响可能存在轻微的高估。采用动态空间杜宾模型的结果中，省内高速铁路可达性和省外高速铁路可达性的总效应回归系数分别为-0.89和1.309，且均在1%的水平上显著，与基准回归结论一致。同时被解释变量人均地区生产总值滞后一期项及空间滞后项均不显著，表明基准回归并不存在静态空间杜宾模型所导致的内生性问题。采用工具变量检验的结果中，省内和省外高速铁路可达性的间接效应和总效应回归系数的符号和显著性均与基准回归结果一致，但直接效应回归系数由不显著变为显著，表明仍然可能存在内生性问题，使回归结果产生一定偏差，但主要解释变量的符号及显著性与前文基本一致。

3　结论及建议

3.1　结论

（1）山东省高速铁路建设对经济增长的影响主要是通过可达性提升引致，并且具有明显的空间溢出效应。此外，省内高速铁路可达性的提高会促进城市及周边地区的经济增长，而省外高速铁路可达性的提高反而导致虹吸效应，对经济增长产生负向影响，且影响程度更大。

（2）高速铁路可达性提升对山东省第二产业的空间溢出效应最高，可能是由于山东省是传统的制造业大省，高速铁路建设往往会优先考虑布局在制造业重镇和经济中心城市，提升了第二产业生产要素和经济活动流动的便捷性。而高速铁路对山东省第三产业的影响仅省外可达性存在显著的直接效应，其他影响均不显著，表明高速铁路在山东省第三产业发展中的作用仍不突出，且其开通和建设会加剧本地生产要素或经济活动外流，不利于本地第三产业的发展。

（3）研究对象并未聚焦到县级行政单位，对于区域特征的刻画不够细致，研究对象数量相对较少，采用空间异质性回归分析模型估计难度和不可靠性较大，未来可利用时空地理加权回归模型深化探讨高速铁路影响山东省经济增长的时空异质性问题。

3.2　建议

（1）山东省高速铁路对经济增长的支撑不足，高速铁路网络亟需完善。山东省应积极推动省内高速铁路建设，缩减省内高速铁路规模较全国其他省份的差距，并且需要意识到通过孤零零的高速铁路站点接入高速铁路网络并不能促进经济增长，而是要着力通过提升高速铁路的速度、频次来改善省内城市的可达性。同时，也要注重站城关系，通过优化高速铁路车站选址、提升高速铁路车站接驳便利度等方式，提高居民选择高速铁路出行的可能性，赋能经济增长。

（2）山东省高速铁路对产业间的协调性不足，高速铁路布局有待优化。山东省在填补省内高速铁路网络留白的同时，更要着重对点支持先进制造业和现代服务业的发展，充分发挥高速铁路在产业转型中的重要推动作用。

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基金资助

山东省交通运输厅科技计划项目(2020B76)