快速交通流线建设背景下长三角城市群物质代谢动态模拟

张荣敏, 黄远林

(1.南京农业大学 经济管理学院， 南京 210095; 2.钦州学院 资源与环境学院， 广西 钦州 535099)



张荣敏1, 黄远林2*

(1.南京农业大学 经济管理学院， 南京 210095; 2.钦州学院 资源与环境学院， 广西 钦州 535099)

以长江三角洲城市群为研究对象，选取区域经济规模、发展速率、发展潜力3个维度共12组变量，以快速交通流线建成通车为虚拟变量，通过断点回归(Regression Discontinuity Method， RD)和双重差分(Difference-in-Difference Strategy， DID)模型分析高速铁路建成通车对城市群物质代谢的影响，在此基础上探讨区域产业空间演变特征.研究认为：(1)城镇密集区快速交通流线建设有效解决了运输成本与时间竞争的矛盾问题，改变了区域物质代谢特征，促进了部门间生产流量空间配置，快速增加了居民储蓄总额；(2)从区域产业空间演变看，随着快速交通流线建设，尤其是长三角一小时交通圈的建成和完善，区域产业集聚与空间分异进一步优化，其中上海市23个制造业部门向邻近地区转移和延伸潜力加快，空间延展性和连续性增强，与苏州、无锡之间形成了良性的分工与联动邻里关系；(3)从城市物质代谢的空间相互作用看，南京、镇江、扬州、常州四市同城化趋势明显，二、三产业逐渐由行业内竞争转变为产业集聚与合理分工；总之，通过本研究发现，快速交通流线建设背景下，长三角城市群二三产业增长速率显著加快，发展潜力增强，区域物质代谢和产业集聚不断优化.

快速交通流线； 双重差分模型； 运输成本； 物质代谢空间演化； 长三角城市群

城市群内部产业同构性、空间异质性及其相互作用机理一直是学术界和政府关注的焦点.在区域经济发展中，受经济利益驱动，人类社会热衷于构建城市体系，建立城市间快速通道，加强区域间的交流与联系，不断地改变着物质资源的配置方式，进而影响区域物质输入/输出规模、种类与配置，极大地改变了部门生产流量.作为社会经济发展的必然产物，城市间交通流线不仅仅是人类改变自然的结果，而且是区域经济发展中所必需的通道载体，是区域产业空间演变的外部引擎[1]，其发展速度、时空变化特征、流通密度、流通频次等都反映了区域内节点之间的联系强度，反应了人类活动在空间上的紧密程度[2].将社会经济系统特别是城市复合生态系统的物质代谢分析和城市间快速交通流线结合起来，可从一定程度上明晰城市物质代谢和城市间快速通道之间内在的联系.

新古典经济学派认为城市群的发展是规模经济和广义外部性的表现，是收益递增、运输成本减少和需求增加相互作用的结果，与区域经济发展及区域空间联系度正相关[3-7].在这一背景下，国内外学者从空间计量经济角度探讨产业集聚发展趋势以及测算产业集中度[8-11].然而这些研究多选取某一区域、某一时段来进行定量分析，强调空间异质性和产业同构性，关注不同产业部门物质流动的时空变化规律，但对于导致这些变化的原因关注不够，忽视了区域内重大交通设施尤其是快速交通流线建设对产业空间布局及生产部门物质流的作用和影响.

作为我国最大的城市群和最具活力的经济区，长三角核心区一直在我国经济发展中处于领先地位，尽管区域经济发展总体较好，但区域内部协调性不足，城市间物质代谢的联动性较弱，人力、财力、物力等资源的空间配置不合理，不利于长三角地区经济的整体发展以及资源高效利用，在一定程度上阻遏了成熟的城市网络构建以及产业的高效集聚.为进一步探讨城际快速交通流线建设对城市群物质代谢影响的微观机理，预测新型快速交通流线下城市物质代谢的重新整合趋势及城市物质流动空间动力，本研究通过构建双重差分模型(Difference-in-Differences Model， DID Model)，探讨高速交通流线下城市物质代谢重新整合趋势，模拟快速交通流线变化与城市物质代谢时空动态的耦合关系，识别区域内城市物质代谢变化的原因和机制，预测和调控物质代谢途径、去向及变化，定量评估沪宁城际高铁建设对区域经济的促进作用，探讨长三角地区各市经济发展的空间作用机理，促进区域整体发展、提高资源利用效率，为区域经济一体化发展战略的制定提供依据.

1 研究区域概况及数据来源

1.1 区域概况

长江三角洲城市群(Yangtze River Delta Megalopolis or Yangtze River Delta Urban Agglomerations)地处长江入海之前的冲积平原，行政区划上包括范围包括上海、江苏、浙江、安徽，区域面积35.44万km2，占国土面积的3.69%.2014年长三角地区总人口22 776.79万，其中核心区16市地区生产总值10.60万亿元，年均增长速度为9.0%；规模以上工业总产值19万亿元，年均增长5.4%；固定资产投资5.35万亿元，增长13.4%；社会消费品零售总额3.95万亿元，增长11.3%；进出口总额1.29万亿美元，其中出口总额7422亿美元，增长4.8%[12].是我国城镇体系最完备、经济增长最强劲、生产力最发达、发展最具活力的区域之一，也是国际公认的六大世界级城市群之一*泛长三角城市群包括安徽、上海、江苏、浙江等4个省市共41个市(其中上海市为直辖市，南京、杭州、合肥等为副省级城市)，本研究范围为2013年《长江三角洲发展规划》中设定的包括上海、南京、苏州、无锡、常州、镇江、扬州、泰州、南通、杭州、宁波、湖州、嘉兴、绍兴、舟山和台州16个城市的核心区..

1.2 数据来源

本研究数据主要来源于《长三角年鉴》及各省市统计年鉴.基于双重差分模型对时间序列的要求，选择高铁通车前年份和通车后年份作为t和t-1时段，考虑到高铁通车对经济的影响效应具有滞后性，为减少净效应评估的误差，选择通车后4 a作为修正后的t-1时段.根据数据可得性以及统计口径的一致性，研究中选取经济发展增量(增长率)、规模(人均值)、潜力(人力资本、技术投入与创新等)3个维度评估快速交通流线建设对区域经济发展的微观机理.所有变量均以2008年数据为基准值，2014年年末数据为t-1期数值，为减少通货膨胀的影响，本研究中以2008年为基准，扣除通货膨胀率，以实际值核算(表1).

2 研究方法及模型设定

2.1 双重差分模型

双重差分分析模型是一种专门用于分析政策效果的计量方法[12]，研究中将制度变迁和新政策视为一次外生于经济系统的“自然实验”， 研究政策实施前后对实施对象的影响，被西方学界广泛应用于诸多领域；其理论框架以非随机分配政策实施组和对照组的相对应的“自然实验”为基础[13]， “自然实验”是双重差分模型的根本，若研究对象即当前的政策实施不满足自然实验的基本条件，那么双重差分模型就等同于两个虚拟变量的简单相乘，会导致研究结果的较大误差.因此，双重差分模型需满足随机分组、随机事件、控制组不受实验变项的任何影响、实验组与控制组样本的同质性以及实验处理(政策实施)的唯一性等假设.为进一步保证双重差分模型变量选择的上述假设以及模拟结果的唯一性和科学性，当前学者做了较多探索[14-18].

2.2 双重差分模型优势及应用“陷阱”

双重差分模型最大优势表现在计量方法上操作简单，回归方法较为成熟，能够有效避免政策作为解释变量所存在的内生性问题.对于面板数据双重差分模型不仅可以有效利用解释变量的外生性，还可以控制不可观测的个体异质性对被解释变量的影响，得到对政策效果的无偏估计.

然而，如果实验分组不满足随机性假设，那么可能导致对被解释变量产生的影响是来自分组而非政策实施，解决分析数据的内生性、自然实验分组、控制组的随机选定以及控制样本异质性是该模型在应用中需要重点注意的地方.

2.3 本研究的模型设定与变量选取

2.3.1 模型设定 基于长三角地区社会经济发展基础及城镇结构同质性，本研究将沪宁城际高铁沿线城市(南京、镇江、常州、无锡、苏州、上海等6市)归为处理组(Treatment group)，其他长三角区城市(扬州、杭州、合肥等24市)归为控制组(Control group)，根据沪宁高速铁路通车时间再细分为：

表1 主要变量的统计描述

注：数据来源：《长三角统计年鉴》2009年及其他年份数据，2008年数据为基础数据，按当年价格核算，其余年份数据全部根据基准年份按照当年的价格指数扣除通货膨胀率获得.

2010年通车前处理组(Pass=1，Period=0)和控制组(Pass=0，Period=0)、通车后的处理组(Pass=1，Period=1)和控制组(Pass=0，Period=1).引入时间变量后，高速铁路建设与通车对沿线城市经济的影响为E(Pass=1|Period=1)-E(Pass=1|Period=0)；对其他城市的影响为E(Pass=0|Period=1)-E(Pass=0|Period=0)，因此高铁通车对沿线城市经济影响的净效应为：

{E(Pass=1|Period=1)-

E(Pass=1|Period=0)}-

{E(Pass=0|Period=1)-

E(Pass=0|Period=0)}.

(1)

这一净效应不仅衡量出高速铁路通车前后的效果，同时也衡量了控制组和对照组之间的差异.基于长江三角洲城市群经济互补性及异质性，本文设定双重差分模型为：

Yi，t=a0+a1Passi，t+a2Periodi，t+a3Passi，tPeriodi，t+Bi+ui，t.

(2)

式中，Yi，t分别表示长三角城市群各个城市规模、速度和潜力被解释变量，代表区域物质代谢的广度和深度；Passi，t为沪宁城际高速铁路通车的虚拟变量，若为沿线城市，其等于1，否则为0；Periodi，t为时间虚拟变量，若在2010年沪宁城际高铁通车后，即为1，否则为0；交互项Passi，tPeriodi，t的系数α3是双重差分统计量，其系数反映了高铁的通车对沿线各市经济的净影响；Bi为影响城市i经济发展却不随时间而变化的所有无法观测的因素；ui，t为随机扰动项.

2.3.2 变量选取 基于长三角城市群各市变量的同质性以及物质代谢相关数据收集难易程度，为保证回归结果的稳健性，剔除其他促进经济增长因素的影响来获得高速铁路建设与通车对区域物质代谢尤其是经济增长的净效应，为控制高速铁路沿线城市和对照组城市在高速铁路建设与通车过程中物质输入、输出而产生的内生性问题，在模型2中加入以下控制变量：1)人均城乡居民储蓄存款年末余额(URSi，t)，反映城乡居民的生活状况，代表一个时期城市居民家庭物质存量；2)人均邮电业务收入(RPTSi，t)，反映信息发展水平，也是一定时期内个体物质由流量变为存量的历程；3)人均政府教育经费支出(EDUi，t)，反映政府对教育的投资情况，对个体而言，是一个物质转化为存量的过程；4)人均政府科技支出(SCi，t)，反映政府对科学技术的投资情况；5)外商投资比重(FIi，t)，反映外国资本对我国经济的影响情况；6)工业固体废物综合利用率(ISWi，t)，反映工业企业除污能力情况；7)万元GDP工业用电量(IECi，t)，为第i个城市第t期的工业用电量除以每万元GDP值，反映工业企业电力资源利用效率情况；8)万元GDP水耗(WCi，t)，为第i个城市第t期的工业耗水量除以每万元GDP值，反映工业企业水资源利用效率情况；9)城镇化水平(URBi，t)，反映我国经济发展空间状况.对上述变量进行物质流量与存量细分，从而形成基于区域物质代谢的双重差分模型：

Yi，t=a0+a1Passi，t+a2Periodi，t+a3Passi，tPeriodi，t+a4URSi，t+a5RPTSi，t+a6EDUi，t+a7SCi，t+a8FIi，t+a9ISWi，t+a10IECi，t+a11WCi，t+a12URBi，t+Bi+ui，t.

(3)

进一步探讨城际快速交通流线对区域物质代谢时间效应的强弱，加入t3～t6时间虚拟变量及其与Pass的交互项，若上述模型中t3=t4=t5=t6=0、t2=1，则该研究时段为沪宁高速铁路通车前的2009年，此时高速铁路通车带来的物质代谢速率尚没有表现出来，可以看成是物质代谢基础年份；同理，若t3为1，其他为0，则表明该年份是2010年，城市间物质代谢随着高速铁路通车而发生改变，以此类推，可以看出不同年份物质代谢的广度和深度，因此基于上述模型，综合考虑不同城市物质代谢的规模、速度和潜力3大因素，模型为：

Yi，t=a0+a1Passi，t+a2t3+a3t4+a4t5+a5t6+a6t3Passi，t3+a7t4Passi，t4+a8t5Passi，t5+a9t6Passi，t6+a10URSi，t+a11RPTSi，t+a12EDUi，t+a13SCi，t+a14FIi，t+a15ISWi，t+a16IECi，t+a17WCi，t+a18URBi，t+Bi+ui，t.

(4)

3 模型估计与实证分析

3.1 Hausman检验

本研究所用数据为面板数据，为确定研究中使用固定效应(FE)还是随机效应(RE)，首先对研究模型进行Hausman检验.检验发现，区域物质代谢规模变量方面，当被解释变量分别为人均地区生产总值以及三产业人均值时，P值分别为0.062 0、0.917 6、0.171 8和0.664 0，说明模型存在内生性问题，因此在未来研究中选择随机效应来消除内生性影响；从物质代谢增长速度看，当被解释变量为人均地区生产总值增长率、三大产业人均值增长率，P值分别为0.000 0、0.000 1、0.000 0和0.000 0，表明各变量之间不存在内生性，因此选择固定效应；物质代谢发展潜力看，当被解释变量分别为固定资产投资产出率、人均高新技术产值、全社会劳动生产率和每万人专利授权量时，P值分别为0.038 0、0.008 9、0.062 0和0.002 1，故分别选择固定效应、固定效应、随机效应和固定效应；其中，当被解释变量为全社会劳动生产率时，模型(4)存在内生性问题，此时选择随机效应.

3.2 估计结果与分析

本研究选取数据为短面板数据，从物质代谢规模、速度和潜力3个方面所做稳健性回归估计结果如下.

3.2.1 物质代谢规模随着高速铁路建成而快速增加，但近年来增长速率趋缓 高铁通车后第1～4年，代表区域物质代谢规模的人均地区生产总值分别增加1 199.245、4 378.801、7519.261和6 789.474元，从一个角度说明高速铁路建成与通车有效促进了区域物质代谢规模，但增长速度从第4年开始有下降趋势，符合边际效应递减规律.从不同产业物质代谢看，高速铁路建成通车后，第一产业内部物质代谢减缓，产值减少，二三产业有了快速发展，尤其是第二产业，由于物质代谢规模加大，产业集聚明显，生产效率提高；另一方面，高速铁路建成通车有效促进了区域间人口流动，加快了第三产业的发展，且影响强度显著高于对第二产业的影响(表2).

表2 物质代谢增长规模多期双重差分回归估计结果

注：括号内为z统计量的绝对值；*、**和***分别表示在10%、5%和1%的水平下显著.

3.2.2 物质代谢增长速度趋缓， 区域物质结构优化显著 与经济增长规模不同，长三角快速交通流线建成通车后人均生产总值增长率减缓，以通车四年计，分别减少了0.623%、2.036%、11.25%和19.607%(表3)；从产业内部差异看，第一产业减缓幅度最大，第二产业增长明显，这说明随着区域快速交通流线建设，第二产业物质流动与配置更为有效，产业集聚明显，优化了区域资源配置效率.

表3 物质代谢增长速度多期双重差分回归估计结果

注：括号内为t统计量的绝对值；*、**和***分别表示在10%、5%和1%的水平下显著.

3.2.3物质代谢发展潜力明显 通过模型分析发现，长三角地区沪宁高速铁路建成通车后，区域内固定资产投资产出率、高新技术产值比重、全社会劳动生产率和每万人年度专利授权量等有了显著增长，说明快速交通流线建设有效提高了沿线城市投入产生率，加快了科研发展水平，促进了区域经济发展竞争力(表4).此外，随着快速交通流线建设，区域内人均城乡居民储蓄存款年末余额、人均政府科技支出、人均政府教育支出、城镇化水平等都有了显著增加，而工业发展中万元GDP水耗有了显著减少，区域内投资分配趋于合理.

表4 物质代谢增长潜力多期双重差分回归估计结果

注：若为固定效应，括号内为t统计量绝对值，否则为z统计量绝对值；*、**和***分别表示在10%、5%和1%的水平下显著.

4 主要结论与建议

本研究以长三角经济区2008年至2013年统计数据为研究对象，基于双重差分模型定量评估沪宁城际高速铁路建成通车对区域物质代谢规模、速度和潜力的影响，研究表明：从物质代谢增长速率看，沪宁城际高速铁路建设有效促进了沿线城市物质代谢频次和速率，区域人均生产总值、第二产业及第三产业人均值都有了快速增加，但增长速率递减；与二三产业物质代谢相比，高速铁路建设在一定程度上减弱了第一产业发展，尤其是第一产业中生产资料流通速率降低，第一产业发展趋缓.

从物质代谢潜力看，高速铁路通车快速促进了研究区的物质交换，区域内邮电业务、政府教育经费支出、万元GDP水耗、外商投资比重、城乡居民储蓄存款、政府科技经费支出等对物质代谢增长规模、速度和潜力等产生了有效的正向影响.

从上述实证分析可以看出，在我国当前经济形势下，经济密集区快速交通流线建设能有效提升区域物质代谢速率、规模和潜力，有利于人流、物流、资金流和信息流的交换频次和利用效率，对促进区域经济可持续化发展具有重要意义.此外，快速交通流线建设也是我国通过投资拉动经济发展的主要手段，但快速交通流线建设对物质代谢速率的影响边际效应递减，即随着快速交通流线建成通车年份的增加，这种外在的影响力度将不断缩减，区域物质代谢速率将逐步趋缓，由量的变化过度为质的提升，这也是我国经济密集区产业结构优化的理论支撑.

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Dynamic simulation of Yangtze River Delta cities material metabolism:based on the construction of high-speed rail way

ZHANG Rongmin1, HUANG Yuanlin2

(1.College of Economics and Management, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095;2. College of Resource and Environment, University of Qinzhou, Qinzhou, Guangxi 535099)

The construction of rapid traffic streamline provides an important basis and prerequisite for economic development in China， especially for the spatial configuration of resources， which effectively promotes the regional economic development and strengthens the spatial connection of regional economy. This paper took the Yangtze River Delta Economic Zone as an example and constructed difference-in-differences model for quantitative analysis of the microscopic mechanism of its economic growth. The outcomes show that: (1) Shanghai-Nanjing high-speed railway makes contribution to the economic growth year by year， which conforms to the law of diminishing marginal effect; (2) Through construction of high-speed railway， evolution and adjustment of industrial structure are promoted effectively， along with development of secondary and tertiary industries， which facilitated the establishment of post industrialization and changed the regional metabolic characteristics of substances. Besides， spatial allocation of inter-sectoral production flow are optimized， making a rapid increase in the total amount of household savings; (3) construction of high-speed traffic streamline， especially one-hour economic circle， is the precondition of structural optimization and functional promotion of the Yangtze River Delta metropolis circle. In a word， high-speed-railway enhanced regional metabolism and accelerated continuous optimization of industrial agglomeration， suggesting that further improvement on regional internal traffic’s accessibility and timeliness by the government would be necessary for rapid and efficient development of cities in the Yangtze River Area．

rapid traffic streamline; difference-in-differences model; economic growth; Shanghai-Nanjing high-speed railway; Yangtze River Delta Economic Zone

2015-03-01.

广西壮族自治区教育厅重点项目(2D2014138);教育部人文社会科学研究基金项目(13YJC630081).

1000-1190(2015)06-0945-07

U652.1+2

A

*通讯联系人. E-mail: 1732305940@qq.com.