产业投资变动与边际碳生产力的作用关系及实证研究

张 伟，王韶华，初钊鹏，高 睿

（1．东北大学 秦皇岛分校，河北 秦皇岛066004；2．燕山大学 经济管理学院，河北 秦皇岛066004）

一、引 言

为兑现哥本哈根气候大会上的降低碳排放承诺，中国政府已将“到2020年单位GDP碳排放降低40%～45%”作为重要的约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划。从这一目标可以看出，中国的碳减排目标是以经济持续稳定增长为前提条件的低碳经济。碳生产力是单位CO2排放所产生的国内生产总值，其衡量了CO2排放的产出效益。碳生产力的提高意味着较低的碳排放和较快的经济增长，国务院发展研究中心资源与环境政策研究所副所长李佐军认为中国发展低碳经济的关键是提高碳生产力。为衡量碳生产力的变化速度，本文提出边际碳生产力的概念。边际碳生产力指的是在其他条件不变前提下，每增加1单位CO2排放量所增加的GDP，边际碳生产力越大，越有利于碳生产力的提高。目前中国经济面临较大下行压力，2013年下半年政府采取多方面措施发挥消费的基础性作用和投资的关键性作用。新一轮投资的启动必将改变中国的产业结构，影响碳生产力，因此研究产业投资所产生的边际碳生产力，对于当前经济下行与CO2排放量较高双重压力下产业投资政策的制定和实施具有重要的指导意义。

关于产业投资对于碳排放的作用，已有学者进行了初步的研究。在投资总量与碳排放方面，郭朝先认为在规模扩张诸因素中投资扩张效应对碳排放的影响越来越显著［1］。张乐勤等运用STIRPAT模型得出全社会固定资产投资对碳排放量有较大的影响，全社会固定资产投资增加1%，碳排放量将增加0．268 8%［2］。孙腾运用格兰杰因果检验对中国1980—2009年投资率和碳密度的数据进行分析，检验结果表明投资率是碳密度的格兰杰原因［3］。李园等指出，固定资产投资在中国未来节能减排中所起的作用不容忽视，应适当调整投资规模，改善投资结构［4］。在投资结构与碳排放关系方面，潘新华、仇伟指出，提高农业投资份额有助于减少碳排放，以工业为主的第二产业对碳排放的影响显著，而第三产业的碳增排效应较弱［5］。熊强、郭贯成通过灰色关联分析发现第二产业投资与能源消耗和碳排放量的相关性最大［6］。现有研究采用描述性统计、回归等统计分析方法揭示了产业投资与碳排放量之间存在必然的联系，但还没有阐明产业投资与碳排放的作用机理，也没有将经济增长与CO2排放纳入统一体系来研究产业投资对碳生产力的影响。产业投资的增加会拉动国内生产总值和CO2排放量同时增加，对不同产业进行投资，GDP和CO2排放增长的速度是不一样的。为此，本文定义边际碳生产力这一速度变量作为衡量经济增长与CO2排放协调状况的指标，分析17个部门产业投资对其的影响，探讨如何选择产业投资取向，提高碳生产力。

二、产业投资变动与边际碳生产力的作用关系与机理

里昂惕夫静态投入产出模型的基本形式为：X＝AX＋Y，其中X＝［x1，x2，…，xn］T为各产业部门总产出，A＝（αij）n×n为直接消耗系数矩阵，Y＝［y1，y2，…，yn］T为最终使用向量，由最终消费、资本形成额、存货、净出口四部分组成，n为产业部门总数。以ΔY表示各产业部门最终使用变化量，总产出变化量ΔX可以表示为：

定义C＝diag［c1，c2，…，cn］为 CO2排放系数矩阵，其中ci表示i产业部门单位产出所产生的CO2排放量，E＝［1，1，…，1］，则CO2排放总量的变化量Δc可以表示为：

由里昂惕夫静态投入产出模型的基本含义，可得国内生产总值变化量ΔGDP的表达式为：

将式（1）代入式（3）得：

碳生产力为单位CO2排放量所产业的GDP，为GDP与CO2排放量总量的比值，则边际碳生产力MCP的表达式为：

表1 投资消耗系数矩阵表

考察产业投资变动ΔI对边际碳生产力的影响，假定最终消费、存货和净出口不发生变化，即ΔY＝ΔYI，由此可得产业投资变化与边际碳生产力的表达式为：

根据投资消耗系数矩阵G的含义可知＝1，E·G＝E。令ΔI＝ei，ei为第i行数值，其值为1，其余数值为0的列向量，由此可知E·GΔI＝1，式（7）可变形为：

利用公式（8）分别计算 ΔI取值为e1、e2、…、en时MCP的数值，即可得到各产业部门投资增加1个单位时边际生产力的数值。研究短期内产业投资变动与边际碳生产力的关系，假定技术水平不发生变化，A、G则可以看作常数，其中A可以利用投入产出表直接求解，G可通过规划问题gijIj）2为目标函数为约束条件求解［8］。

进一步分情况讨论CO2排放系数矩阵C在式（8）中的作用。

其一，能源消费结构不发生变化条件下，CO2排放系数矩阵C可看作常数，通过式（7）分析产业投资变动对边际生产力的影响；

第二，不同种类能源碳排放系数存在较大差异，能源消费结构的变动会影响C的变化。下面对这种情况进行分析。

前面已经假定了技术水平不发生变化，因而各产业部门单位产出的能源消耗系数矩阵EC＝diag［ec1，ec2，…，ecn］可以看作为常数。产出变化 ΔX所引起的能耗总量的增加值Δec可以表示为：Δec＝E·EC·ΔX，各类能源单位能耗（标准煤）的碳排放系数设为nm，m表示能源类型，则考虑能源消费结构变动，并且增加的能耗在m能源条件下，式（8）可以变形为：

三、中国17个部门产业投资变动所产生的边际碳生产力

首先利用2007年中国17个部门投入产出表中的直接消耗系数矩阵A，固定资产形成额数据及《中国统计年鉴》中相应年份行业固定资产投资额数据，计算投资消耗系数矩阵G；然后将2007年各产业部门煤炭、焦炭、原油等石化能源的消耗量与相应能源碳排放系数相乘，得到各产业CO2排放总量；最后将各产业总产出与CO2排放量相除，得到各产业单位产出的CO2排放量，组成矩阵C。由于统计局并没有对房地产租赁和商务服务业、金融保险业和其他服务业能源消耗状况进行统计，本文假定这三个产业部门的产出不消耗能源和不产生CO2。各产业部门能源消耗总量（标准煤）与相应产业产出相除，得到能源消耗系数矩阵EC。将各类能源的CO2排放系数与折标煤系数相除，得到单位标准煤的各类能源CO2排放量nm，其中m＝1，2，…，9分别表示煤炭、焦炭、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油、天然气和电力，即n1＝2．660 4，n2＝2．944 6，n3＝2．114 1，n4＝1．988 0，n5＝2．051 0，n6＝2．124 7，n7＝2．219 3，n8＝1．625 7，n9＝0．997，各系数单位为kg－CO2／kgce。将所得参数代入公式（8），计算能源结构不变条件下产业投资变动所产生的边际碳生产力。

边际碳生产力的数值越大，说明增加对该产业的投资更有助于提高碳生产力。从表2中可以看出，其他制造业增加1亿元投资所产生的边际碳生产力最大，为115．27亿元／万吨－CO2，其次为纺织缝纫及皮革产品制造业、食品制造业、其他服务业、化学工业。采掘业、电力热力及水的生产和供应业、炼焦煤气及石油加工业、建筑业、运输邮电业和金融保险业，增加1亿元投资所产生的边际碳生产力相同，均为80．15亿元／万吨－CO2；批发零售贸易和住宿餐饮业、金属产品制造业、农业增加投资所带来的边际碳生产力较小。

表2 各产业部门增加1亿元投资所产生的边际碳生产力表

实证结果还可看出，产业投资所产生的边际碳生产力与该产业能耗状况并没有直接的联系，而是产业投资关联效应和生产关联效应共同作用的结果。如电力热力及水的生产和供应业、炼焦煤气及石油加工业、其他制造业能源是消耗比较大，CO2排放量比较多的产业部门，但并不会因为对其增加投资而降低碳生产力，反而产生的边际碳生产力还比较大。产业投资必然会消耗掉投资品，产业单位投资所需要的高碳排放类产品所占比重较大，那么由投资所引发的CO2排放增量就越大，不考虑乘数作用条件下，1单位的投资需求均增加1单位的GDP，因而产业投资所产生的边际碳生产力越小。此外，由产业投资引发的对某产业投资品需求的扩张不仅会拉动该产业的产出增加，同时还会通过生产关联效应拉动关联产业的发展，导致这些产业部门的能耗量增加。与投资品来源产业关联系数比较大的若是高碳排放产业，则会进一步拉低碳生产力。因此碳减排目标下的产业投资取向不是简单的以高资本投入促进低碳产业发展，必须考虑产业之间的关联效应。

利用公式（9）计算产业投资变动所产生的总产出增量，计算不同种类能源生产所产生的边际碳生产力，结果如表3。从表3可以看出，不管采用何种能源，各产业1亿元投资所产生的边际碳生产力排序情况均不发生变化。其他制造业增加1亿元投资所产生的边际碳生产力最大，其次为批发零售贸易和住宿餐饮业、纺织缝纫及皮革制造业、农业、金属产品制造业、房地产租赁和商务服务业；采掘业、电力热力及水的生产和供应业、炼焦煤气及石油加工业、建筑业、运输邮电业和金融保险业投资所带来的边际碳生产力相同；食品制造业和机械设备制造业投资所产业的边际碳生产力均较小。该结果与表2比较发现，各产业部门投资所产生的边际碳生产力大小排序情况存在较大差异，这是因为各产业部门单位产出CO2排放量ci与单位产出能源消耗eci不是同比例变化关系。原因主要有两点：一是，相同数量的不同能源类型所产生的CO2排放量存在差异。以煤炭和焦炭为例，1标准煤的煤炭CO2排放量为2．660 4kg，焦炭CO2排放量2．944 6kg。产业消耗相同数量的能源，利用焦炭要比煤炭产生更多的CO2。各产业的能源消费结构是不一样的，即使是同样能耗水平的不同产业，其CO2排放量也存在差异；二是，不同能源的利用效率存在差异，对于同一产业而言，各种能源得到充分利用条件下，由产业投资变动产生的边际碳生产力水平：焦炭＞煤炭＞燃料油＞柴油＞原油＞煤油＞汽油＞天然气＞电力。需要说明的是，目前技术水平并不能够实现各种能源之间的相互替代，本部分的计算是假定能源之间能够进行替代，且得到充分利用条件下的预测值。

表3 考虑能源消费结构变动条件下产业投资变动与边际碳生产力之间的关系表

四、结论与对策

碳生产力反映的是能源利用效率。中国碳生产力虽然有了较大的提高，但相对发达国家来说，仍然具有较大的进步空间。在经济转型和结构调整时期，通过投资结构调整提高碳生产力是实现低碳经济的关键。本文从产业投资变动与边际碳生产力作用机理的视角，确定了各产业部门单位投资所产生的边际碳生产力，基本结论与对策建议如下：

第一，产业投资方向的改变不会影响经济增长速度，但会影响产业产出结构的变化。不同产业部门投资产生的边际碳生产力取决于投资消耗系数、生产消耗系数和CO2排放系数。对于i产业而言，若gij、cj较大，αij、αij较大的l产业ci也较大，其边际碳生产力就较小。因此，提高碳生产力目标下的产业投资取向选择过程中，不应该只注重对低碳产业的投入，要综合考虑产业部门之间的投资关联效应和生产关联效应。如农业，虽然直接碳排放比较小，但通过产业之间的关联作用后，其边际碳生产力并不小。

第二，能源消费结构不变与增加的产出全部消耗一种能源两种状况下，各产业部门的边际碳生产力排序状况发生变化，说明目前产业间的能源消费结构和能源产出效率存在很大差异，导致CO2排放系数与能源消耗系数之间不存在明确的数量关系，即目前能源消费结构的调整和优化还有很大的空间，可以尝试从能源消费结构优化视角提高碳生产力。

第三，当前条件下，表3所得各产业部门边际碳生产力排名状况具有一定的通用性，但各产业部门边际碳生产力数值是一种理想值。这部分假定了能源替代弹性为1，并且各能源得到充分利用，因此所得数据不能与表2数据直接比较，但是理想状态下利用焦炭更有助于提高碳生产力也是本文得到的通用性结论。

第四，不论是否考虑能源消费结构的变动，产业投资取向对碳生产力的影响都存在着明显的差异，因此可以通过产业投资政策提高碳生产力。提高碳生产力目标下的产业投资应重点投向边际碳生产力大的部门。能源消费结构不变条件下，主要投资部门包括其他制造业、纺织缝纫及皮革产品制造业、食品制造业；若能源消费结构变动，边际碳生产力最大的三个行业分别为其他制造业，批发零售贸易和住宿餐饮业、纺织缝纫及皮革产品制造业，这三个部门为能源消费结构变动条件下应重点投资的产业。

本文的研究对于从产业投资的角度制定低碳经济发展政策具有一定的启发意义，丰富了低碳经济相关理论，但存在一定的局限性。首先，在产业投资变动与边际碳生产力作用关系模型的推导过程中，只研究了一次投资对总产出的影响，而没有考虑投资与消费的交互作用，即没有考虑投资乘数和消费乘数作用的存在。其次，本文假定CO2排放系数矩阵C和能源消耗系数矩阵EC为常数，暗含能源消费结构、技术水平以及能源充分利用的假定。最后，没有考虑投资过剩问题。对于本文的研究局限，笔者在后续研究中将做进一步改进，以使所建模型更符合客观实际。

［1］ 郭朝先．中国二氧化碳排放增长因素分析——基于SDA分解技术［J］．中国工业经济，2010（12）．

［2］ 张乐勤，李荣富，陈素平，等．安徽省1995年－2009年能源消费碳排放驱动因子分析及趋势预测——基于STIRPAT模型［J］．资源科学，2012（2）．

［3］ 孙腾．碳密度与投资率的因果关系——对中国1980—2009年数据的实证研究［J］．前沿论坛，2012（5）．

［4］ 李园，张传平，谢晓慧．中国二氧化碳排放差异及影响因素分析——基于工业分行业的实证研究［J］．工业技术经济，2012（8）．

［5］ 潘新华，仇伟．中国固定资产投资对二氧化碳排放影响的实证分析［J］．广西社会科学，2012（12）．

［6］ 熊强，郭贯．中国能源消耗及利用效率、碳排放与产业投资结构的灰色关联分析［J］．科技与经济，2013（2）．

［7］ 范德成，刘希宋．投入产出模型的动态化［J］．中国管理科学，2002（5）．

［8］ 范德成，张伟．结构式乘数视角下产业投资对经济的影响［J］．中南财经政法大学学报，2011（3）．