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图片来源:视觉中国

原文信息:Fieldhouse, Andrew and Mertens, Karel, The Returns to Government R&D: Evidence from U.S. Appropriations Shocks (May, 2023). FRB of Dallas Working Paper No. 2305(R&R American Economic Review).

原文链接略

01

引言

政府是否应该资助研发(R&D)以及资助的效果如何,一直都是经济学家和政策制定者关注的问题和争论的焦点。自20世纪60年代末以来,美国总体生产率增长放缓,这与国内公共研发投资额的下降几乎同步发生,但两者间的因果关系暂未明确。一方面,政府研发投入可能通过促进创新和知识溢出推动生产率提升;另一方面,生产率变化将影响政府的研发拨款决策,即存在反向因果关系。此外,私人研发投入增加和公共基础设施完善也可能是驱动生产率变化的潜在因素。因此,基于上述现象和问题,德州农工大学梅斯商学院助理教授Andrew J. Fieldhouse和欧洲政策研究中心(CEPR)研究员Karel Mertens构建了全新的研发拨款数据集,同时区分国防与非国防研发拨款,利用“叙事分析法(Narrative Approach)”识别外生冲击,结合战后季度数据,估算政府研发拨款冲击对全要素生产率(TFP)及其他创新活动指标的动态因果效应。

研究发现,战后时期非国防研发拨款的隐含回报率高达140%-210%,增加非国防研发拨款将在长期内促进生产率增长,提升专利授予量、STEM博士数量等各类创新指标。此外,国防与非国防研发拨款的知识溢出效应存在显著差异,后者能够通过公共研发与私人研发投入的互补性、完善区域内公共基础设施建设等途径,产生间接促进效应。值得注意的是,非国防研发拨款对商业部门TFP增长的贡献占比达到20%,超过公共基础设施的同期贡献。然而,当前非国防研发的资金投入严重不足,公共资本配置失衡问题亟需解决。这不仅回答了美国生产率放缓的原因,也为优化公共资本配置、提高创新效率提供了重要的政策启示。

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研发相关分类与定义

2.1 公共资本分类(基于美国经济分析局BEA)

作者将公共资本划分为:(1)国防非研发资本;(2)公共基础设施;(3)政府研发资本:国防研发资本+非国防研发资本。

2.2 研发活动分类(基于国家科学与工程统计中心NCSES)

(1)基础研究政府部门占比更高):为获取关于现象基本原理而开展的实验或理论工作;(2)应用研究私人部门占比更高):针对特定实际目标并获取新知识而开展的原创性调查;(3)实验开发:利用研究成果改进或生产新产品和工艺。

2.3 联邦研发支出组成(按机构细分)

(1)国防部(DOD)、NASA:因早期战时需要登月计划和核开发领域占研发资金比重较大,1960年后资金缩减;(2)能源部(DOE):覆盖国防与非国防领域;(3)国立卫生研究院(NIH):覆盖基础与应用健康研究;(4)国家科学基金会(NSF):主要资助大学基础研究。后续将基于这5个机构的研发拨款数据展开分析。

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数据来源与外生冲击界定

作者通过已颁布的未来联邦研发拨款时间序列确定政策落地的实际时间,并基于历史资料仅保留非短期宏观经济驱动的拨款变动,同时在实证模型中纳入季度滞后变量,剔除未来生产率的可预测部分,缓解因果识别中存在的挑战。

3.1 研发拨款数据

基于1947-2019年《美国政府预算》及其附录中包含的“预算授权”及账户调整、补充拨款等板块,收集了联邦层面上覆盖国防部(DOD)、能源部(DOE)、NASA、国立卫生研究院(NIH)、国家科学基金会(NSF)5大机构的研发拨款数据。若同一财年多法案分季度生效,则取首次显著改变实际研发资金的季度。

3.2 叙事分类法:界定政策“内生”或“外生”

首先,为排除其他微小变动带来的干扰,作者仅分析实际金额年增≥5% 或年减≥2.5%的257项拨款政策变动(约2/3为拨款增加)。

其次,根据历史资料,从行政端(总统预算优先事项、国情咨文、签署声明)、立法端(参众两院拨款委员会报告、听证会记录)、第三方(CQ年鉴、《华盛顿邮报》等媒体报道)出发,判断拨款的政策目标(为了应对经济衰退或长期产业战略发展?)。

最后,根据目标给政策变化归类,发现外生变动占主导:(1)与经济周期紧密相连的46项政策,划分为“内生”;(2)剩下大部分是为了某些战略目标而颁布的政策,划分为“外生”(如登月计划、建立国际空间站等)。

04

研发拨款变动的动态效应

为量化国防(D)和非国防(ND)研发拨款的“外生冲击”对生产率和政府研发资本的动态影响,作者按国防与非国防分类(i=D,ND),构建关键冲击指标。其中,为当期外生拨款的实际变动额(研发资本增量 ),为滞后1年的研发资本存量。将资本存量标准化后,衡量的是相对于现有资本基础的冲击强度,使国防与非国防冲击横向可比。参照Jordà(2005)的局部投影法(Local Projections),利用1948Q1-2021Q4共74年的季度拨款数据,构建如下模型:

其中,被解释变量为未来h期至h+3期的变量均值(如生产率),并通过4季度移动平均平滑短期波动。核心解释变量为当期外生冲击。控制变量为滞后4期的拨款累积对数、滞后4期的因变量及其他控制变量,从多层面缓解内生性问题。

图6展示了局部投影模型下,政府研发资本和TFP对拨款冲击的动态反应。上半部分显示,国防与非国防拨款冲击均导致政府研发资本呈“驼峰形”增长,峰值出现在冲击发生后的8-10年,从拨款到实际投入存在长期滞后现象。左下部分显示,非国防研发冲击在长期内会显著促进TFP增长,15年后TFP提升约0.2%~0.27%,对商业部门有着明显的知识溢出和共享效应。右下部分显示,国防研发冲击2-8年内虽然能轻微地促进TFP,但长期可能因军事技术保密导致民用转化缓慢,抑制TFP趋势。上述结果经过一系列稳健性检验后均成立。

图7展示了其他生产率和创新指标对非国防研发拨款冲击的动态反应:(a)非国防研发冲击对劳动生产率的促进作用在长期内显著,15年后生产率提高约0.25%。(b)冲击后短期内对潜在产出无影响,8-15年内逐渐增长约0.2%。(c)冲击后7-13年,专利创新指数最高上升2%,且专利价值增长早于TFP增加。(d)冲击后7-8年,STEM博士数量显著增加,10年后峰值超1%。(e)冲击后3-8年,研究人员数量逐步增长0.5%,长期内先回落至先前水平,15年末下降,资金回调可能导致研究岗位缩减。(f)冲击后3-8年内技术书籍出版量显著增加,早于TFP增长。

传播路径:非国防研发拨款→人才(博士、研究人员)增加→专利、技术书籍等创新产出增加→TFP与劳动生产率提升【符合研发投入→知识创造→生产应用路径】。


进一步地,作者还从研发类型、执行主体、资助机构三方面分别分析两种拨款冲击如何影响政府研发支出。

(1)研发类型。非国防拨款冲击更显著推动基础研究和应用研究的支出增加。国防冲击更倾向于短期的实验开发。

(2)执行主体。两类冲击下,70%-74%的政府研发资金将流向私营企业或大学,仅30%左右用于联邦内部。长期内的研发支出回落现象几乎完全由企业和研发中心的资金减少所驱动,而大学和政府机构的研究支出增加时间更久。

(3)资助机构。非国防拨款冲击导致NASA、NIH、NSF和其他非国防机构的资金持续增加。正向国防研发冲击主要导致DOD支出增加,健康研究和NASA的资金增幅较小。国防冲击对非国防机构的研发资金不存在挤出效应。

前述证据表明,非国防研发拨款对创新有着显著的直接影响,并对生产率产生溢出效应,但其中还可能受到其他间接效应的作用:

(1)公共与私人部门研发资本的互补性。非国防拨款冲击对国防研发的挤出效应较小,国防拨款冲击反而带动非国防研发资本增加,这表明政府研发与私人部门研发更可能是互补而非替代关系。

(2)公共基础设施的溢出效应。非国防公共基础设施的完善可能促进生产率,是长期TFP增长的重要间接渠道。

(3)创新活动的主体分布。尽管非国防拨款冲击下私人研发资本增幅有限,但政府研发资金增加后,大部分创新活动发生在私营企业、大学等政府部门之外。

05

政府研发的直接溢出效应

为剥离间接影响,作者通过结构性估计构建宏观生产函数弹性分析框架,量化政府研发资本对企业生产率的直接溢出效应

企业部门季度产出增长的动态生产函数为:

其中,为实际产出对数,包含企业资本与劳动力投入,为公共基础设施资本,为政府研发资本,为扣除公共资本影响后的技术进步项。

TFP增长为:


假设公共资本弹性恒定,将动态生产函数代入TFP增长模型中,可以将模型简化为:

其中,包含技术进步残差与测量误差。此外,作者基于文献将公共基础设施弹性设为已知常数来剥离间接效应、采用工具变量法(SP-IV)利用外生冲击识别因果效应,解决间的内生性关联。

考虑到国防与非国防研发存在异质性,进一步将模型扩展为:


 

其中,为非国防研发占比,分别衡量两类研发对TFP的弹性。通过权重缩放,该模型可与简化模型的弹性估计直接对比,且实证表明非国防冲击对国防研发资本影响微弱,故简化模型能有效识别

 

表1报告了不同模型下政府研发资本生产函数弹性的估计系数及95%弱工具变量的稳健置信区间。当公共基础设施弹性为0.08时:

(1)非国防研发的生产函数弹性

第1行结果显示,采用非国防拨款叙事指标时,政府研发资本弹性为0.11且显著。即非国防研发资本每增加1%,经基础设施调整后的TFP直接提升0.11%。第2行排除NASA拨款后,弹性仍为0.11但置信区间变宽,估计具有稳健性;第3行纳入所有非国防拨款后弹性仍为0.11,叙事分类对结果影响微弱。

(2)国防研发的生产函数弹性

第4-9行结果显示,在不同模型间基于国防研发变化的估计值存在很大差异,政府研发资本弹性为-0.13到0.20,且置信区间较宽,所得结果不稳健、不显著。
 

(3)敏感性测试:当上升时,政府研发资本弹性始终落在Ramey(2021)界定的合理区间内,结果对基础设施弹性假设不敏感。

06

政府研发对TFP增长的历史贡献与回报率

6.1 历史贡献

作者从增长核算的角度,评估公共资本积累对战后企业部门TFP增长的贡献。

(1)高速增长:1947-1969年间,美国政府研发与基础设施共同推动TFP年均增长0.77-0.94个百分点,增速达到1.98%。当=0.065时,非国防研发贡献(0.50%)约为基础设施(0.27%)的2倍;当=0.12时,两者贡献接近(0.44%与0.50%)。
 

(2)增速放缓:1979-1989年间,TFP年均增速下降1个百分点,其中0.22-0.25个百分点能被政府研发增速放缓所解释,与基础设施投资放缓的影响相当。
 

(3)长期:二战后政府研发对TFP增长的贡献率达到20%,与公共基础设施相当甚至更高。


6.2 回报率

(1)非国防研发回报率极高。毛回报率估计范围为140%-210%,净回报率为124%-194%,能以16%的年折旧成本(BEA计算)换取140%-210%的回报率,远超私人研发和基础设施投资。这可能是因为政府研发侧重基础研究,且产出的新专利更易开拓新领域、被小企业引用,知识溢出效应更强。

(2)国防研发回报率不确定。国防研发回报率估计值介于-0.07至0.20之间,统计上不显著,对TFP无显著直接溢出效应。

07

总结

本论文通过研究美国5大联邦机构研发拨款冲击对生产率和创新指标的影响,发现了非国防研发对生产率的直接溢出效应和对创新的促进作用,为公共部门是否应该资助、长期资助的效果及回报率如何、资助在公共基础设施和知识资本之间的最优配置是什么,提供了全新的回答和经验证据。在笔者看来,该论文既在理论层面上明确了政府研发资本的异质性溢出机制,又在实践层面上为政府“如何投资更有效”提供了量化标准——非国防研发是兼具高回报率与财政可持续性的长期增长引擎,而国防研发的经济价值需结合安全战略目标重新评估。

最后,作者提出了4点未来可以继续深入的方向:(1)细化非国防研发的类型与投入机构的差异,量化不同领域研发投入对生产率溢出效应的相对大小,可以帮助政府优化预算分配,聚焦高回报领域。(2)利用企业或行业层面的细分数据,研究研发拨款冲击的微观异质性效应,深化政策指向性。(3)根据Bloom et al.(2020)提出的“研发生产率递减”现象,分析政府研发能否缓解私人研发效率下滑,探索提升整体创新效率的路径。(4)当前研究未考虑政府研发的跨国知识溢出效应,以及各国公共研发投资的协同效应,未来可拓展至开放经济模型。

 Abstract 

Based on a narrative classification of all significant postwar changes in R&D appropriations for five major federal agencies, we find that an increase in nondefense R&D appropriations leads to increases in various measures of innovative activity and higher business-sector productivity in the long run. We structurally estimate the production function elasticity of nondefense government R&D capital using the SP-IV methodology of Lewis and Mertens (2023) and obtain implied returns of 140 to 210 percent over the postwar period. The estimates indicate that government-funded R&D accounts for one-fifth of business-sector TFP growth since WWII, and imply substantial underfunding of nondefense R&D.

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