我国工业集聚与环境质量的互动关系——基于280个地级市面板数据的分析

纪玉俊，邵泓增

（1．3．中国海洋大学经济学院，山东青岛，266100；2．教育部人文社会科学重点研究基地中国海洋大学海洋发展研究院，山东青岛，266100）

一、研究背景与文献综述

中共十九大报告指出，要“加快生态文明体制改革，建设美丽中国”，对环境质量提出了更高的要求。作为产业空间布局的一种重要经济现象，产业集聚指具有经济技术联系的相关企业在某个区域内的高度集中，是各种资源要素在某个空间范围内的集聚过程，是区域产业竞争力提高和经济增长的重要途径，有助于推动市场化和工业化的进程。然而，集聚除了对经济产生影响以外，也会带来不可忽视的环境效应。从经济学角度来看，这是集聚的环境外部性。工业集聚是集聚经济中重要和突出的表现形式，工业污染物则是影响环境质量状况的主要原因。21世纪以来，我国多种污染物的排放量呈现出不同的态势，如工业废气和废水排放总量基本一直呈现上升趋势，工业二氧化硫排放总量大体经历了先上升后下降的“倒U”型趋势，工业固体废弃物排放量则一直呈现下降的趋势。①信息来源于《中国统计年鉴》和《中国环境统计年鉴》。国内外学者已对产业集聚和环境质量之间的关系进行了长期研究，并取得许多成果。

一方面，集聚对环境的单向影响。部分学者认为产业集聚会加剧环境污染。Frank、张可、尚海洋等学者从不同视角实证检验了产业集聚对环境具有负向影响。[1-3]Walter和Ugelow提出“污染避难所”假说，认为发达经济体为适应产业升级的要求，将高耗能、高排放、高污染的产业转移到环境规制较低的发展中经济体，会大量消耗当地资源，引起当地环境质量恶化。[4]Chichilnisky、郭建万、Matthew、高宏霞等学者都在各自的相关研究中论证了该理论假说的合理性。[5-8]然而，Porter、刘习平、李顺毅、徐梦雨等学者则持相反观点，认为产业集聚能通过提高资源利用率、促进技术进步等改善环境质量。还有一部分学者认为产业集聚对环境质量的影响不是简单的正负向线性关系，而是动态变化发展的。[9-12]许和连、李筱乐、张可、郭然等学者认为，集聚与污染呈现“倒U”型的非线性关系，即集聚先污染环境，后改善环境状况。[13-16]而李勇刚的研究表明，集聚与污染呈现“正U”型的非线性关系，即集聚先改善环境质量，后破坏环境。[17]李伟娜、刘小铁等则认为产业集聚和环境污染之间呈现“N”型关系，并提出要保持合理的产业集聚度。[18,19]林云、余昀霞等学者则提出两者之间具有“倒N”型关系。[20,21]此外还存在一种观点，闫逢柱、谭嘉殷等学者运用面板误差修正模型和向量误差修正模型（VEC）来研究产业集聚对环境的影响，发现两者在长期内没有必然的因果关系。[22,23]

另一方面，集聚与环境的交互影响。随着研究的不断深入，部分学者认识到产业集聚与环境之间的关系不是单向的，两者相互影响，相互制约。张可分析集聚和环境之间的双向作用机制，发现集聚加剧了对环境的污染，而环境污染对经济集聚存在反向的抑制作用，且两者间的影响作用机制均与劳动生产率有密切的联系。[24]Cheng利用空间联立方程模型（SEE）分析制造业集聚与环境质量之间的相互作用，发现两者处于相互制约状态。[25]付京燕、赵宵伟等学者认为环境规制限制了工业企业的转移，进而抑制了地区的工业集聚水平提高，然而环境的改善可以优化投资环境，吸引更多要素的集聚，从而有利于提高集聚水平。[26,27]

综上所述，产业集聚的环境外部效应有正有负，环境质量状况对工业集聚的发展的影响也未呈现出收敛现象，这些使得工业集聚与环境质量之间的互动关系呈现出复杂性和不确定性。因此，本文在借鉴以往研究成果的基础上，利用相关数据，构建计量模型来实证检验我国及各区域工业集聚与环境质量之间的互动关系，以期为实现经济增长和环境保护的协调提供参考。

二、计量模型的构建

数据主要来源于2004—2016年的《中国城市统计年鉴》。由于个别地级市的相关数据缺失比较严重，为了保证数据的完整性、连续性，最终选取280个地级市的相关面板数据进行实证分析。

（一）指标构建

1.工业集聚的指标

产业集聚的测度指标有空间基尼系数、赫芬达尔指数、区位商、Ellison-Glaser指数等。区位商通常用于表示制造业的集聚程度，可以消除区域规模差异的影响，真实反映地理因素的空间分布。因此，在保证数据可获得性的前提下，使用区位商来衡量工业集聚。由于工业集聚与工业产值有很密切的联系，据此可用工业产值来测度区位商，具体计算公式为：

2.环境质量指标

自然环境质量是个复杂综合的系统，仅使用单一污染物来衡量环境质量是不准确的。熵值法作为一种客观赋权法，比主观赋值法更具可信度和精确度，因此利用极差熵值法构建环境质量综合指数（eq）来衡量环境状况。环境质量主要由污染物的产生量及其治理情况综合决定，而污染物的排放量是两者综合的结果，因此选取工业废水排放量、工业二氧化硫（SO2）排放量和工业烟（粉）尘排放量这3种有代表性、对环境有重大影响的污染物作为构建环境质量指数的基础。计算过程如下：

（1）进行数据标准化处理：通过极值处理法将相关数据转换为无纲量的数据。为了能够实现不同年份的比较，加入时间变量，使分析的结果更加合理化：

其中，i代表地级市，t代表年份，j代表指标，代表i地级市的j指标在t年份的数据，的最大值，的最小值，经过标准化处理后的结果。地级市的样本个数n=280，年份的样本个数m=13，指标的个数r=3。式（2）为正向指标，数值越大越好。式（3）为负向指标，数值越小越好。本文所用的指标全都为污染物排放量，为负向指标，因此选用式（3）进行数据标准化的计算。

（2）确定t年i城市j指标的指标比重：

其中，1为指标的平移幅度，是为了防止在信息熵的计算中出现无意义的情况。

（3）计算指标的的信息熵值：

其中，k为玻尔兹曼常数，一个信息完全无序的系统有序度为0，信息熵值e为1。

（4）计算指标j的信息效用值、指标权重和系统综合得分：

3.控制变量的指标

其他变量的遗漏可能造成统计结果的偏差。为了避免此现象的发生，增加影响环境方程和集聚方程的其他控制变量。

（1）环境方程的控制变量：

对外开放水平（op）：随着经济全球化的发展以及各国之间贸易的不断加强，大量资本和跨国公司的进入，对我国经济和环境造成不可忽视的影响。对外开放程度越高，外资越容易进入。一方面，根据“污染天堂假说”，其可能带来更多的资源消耗和环境破坏。另一方面，国外企业的进入带来先进的管理经验和科学技术，从而改善环境。因此，使用各地级市的当年实际使用外资金额来衡量对外开放水平。

地区经济发展水平（el）：一个地区的经济发展水平越高，往往意味着该地有更多的企业和人口数量，也意味着更高的生产能力和消费水平，从而造成更多的环境问题。然而，这些地区的基础设施通常比较完善，有更多的税收、人才资源和优惠政策，这些都是改善环境质量不可缺少的因素。因此，以各地区的人均GDP作为衡量该地经济发展水平的指标。

环境规制（rei）：环境规制水平越高，通常意味着企业面临的环境成本越大。他们或者会进行技术创新，提高能源利用效率；或者将污染严重的生产流程外包给其他企业甚至停产以减轻环境污染。目前，通常从政策、污染排放量变化和治污设施等方面度量环境规制。考虑到数据的完善性和可利用性，借鉴刘习平和盛三化测度环境规制的方法[28]，构建工业废水、工业二氧化硫和工业烟（粉）尘的相对排放指标来衡量环境规制水平。

定义i城市在t年份的各种污染物的相对排放水平为：

（2）集聚方程的控制变量：

对外开放水平（op）：除了对环境状况造成影响外，一个地区的对外开放水平将影响着外资进入的规模、速度和结构，进而影响该地的集聚水平。对外开放水平的提高有利于为产业集聚提供所需的资金、技术、生产设备和生产经验，促使企业扩大生产规模和市场规模，增强与周围其他企业和产业的经济联系，吸引更多企业的进入，促进该地的集聚发展。因此，仍然使用各地级市的当年实际使用外资金额来衡量该地对外开放水平。

资本投入（fi）：资本要素是工业集聚的一个重要影响因素。固定资产投资是企业生产经营的主要资产，包括与生产经营有关的设备、工具等，通常能够反映投入资金的力度。投资规模越大，往往越有利于集聚的形成。因此，采用地级市的固定资产投资来衡量地级市的资本投入水平。

交通情况（ar）：便利的交通有利于降低企业的运输成本，促进区域内的经济信息交流和资源要素的流通，吸引更多的投资，有利于集聚的形成和发展。因此，利用各地级市的人均道路面积来衡量交通状况。

（二）计量模型设定

现有研究多采用单一方程探究工业集聚对环境的影响，忽视了环境问题对集聚的反馈作用。苏振东和周炜庆的研究表明，上一年工业污染排放与当期的工业污染排放具有正相关性，即当期的环境质量状况会受到上一年环境状况的影响。[29]徐骏也指出，产业集聚的动态发展过程中也有正向反馈效应。[30]因此，在建立环境方程和集聚方程时，引入这2个变量的滞后一期项。通过构建工业集聚与环境质量的动态面板联立方程模型来消除内生性和模型误设等问题，保证计量结果的有效性。对数据进行对数化处理，最终的计量模型如下：

三、工业集聚与环境质量互动关系的实证分析

（一）模型估计方法与实证结果

联立方程计量模型的估计方法有单方程估计方法和系统估计方法两种。由于计量模型引入了内生变量的滞后项而可能引发内生性问题，如果采用单一方程估计法，会使估计结果有偏或无效。相对于单一方程估计法，系统估计方法考虑到方程之间的相关性对参数估计的影响，且将所有方程作为一个整体更有效率。因此，采用系统估计法中的三阶段最小二乘法（3SLS）对方程进行整体估计，该法既考虑了内生变量的潜在相关性，同时还考虑了各方程随机误差项之间可能存在的相关性，能克服模型可能存在的异方差性，估计结果比较准确。利用EViews 8.0软件对计量模型进行估计，结果如表1所示：

表1 全国地级市面板数据回归结果

由表中可知，调整的可决系数接近于1，说明模型拟合效果好；D-W统计量接近于2，说明不存在自相关性问题。因此，从整体来看联立方程模型的回归质量较好，可以较为准确地说明我国工业集聚与环境质量之间的互动影响和作用。

从环境方程计量结果来看，目前我国整体的工业集聚对环境质量的影响方向显著为负，说明我国处于工业集聚加剧环境污染的阶段。随着改革开放和综合国力的不断提高，我国的工业化进程也不断加快。《中国工业统计年鉴》的相关资料显示：我国工业企业的数量从2003年的19.62万个增长到2015年的38.31万个，工业总资产由2003年的168807.70亿元上升到2015年的1023398.12亿元，工业平均用工人数从2003年5748.57万人增加到2015的9775.02万人。这表明我国的工业生产力不断增强的同时也对环境造成了沉重的压力，工业集聚不利于环境质量的提升。可能的原因主要有：第一，不合理的能源结构。如图1所示，我国的能源消费总量一直呈上升趋势，虽然煤炭能源消费占比有所下降，但仍然占据主导地位，加剧了我国经济发展与环境之间的矛盾。能源结构的不合理性一定程度上说明我国工业科技生产水平较低，工业结构有待进一步优化。随着工业生产规模的扩大，单位产品或产出的污染程度加剧，对环境质量造成的负面影响也就越大。第二，我国工业集聚经济效益不明显，规模经济不显著。一方面，投资和出口长期是我国经济增长的重要动因。市场规模的扩大和投资的增长，虽然有利于工业集聚度的提升，但是由于我国许多地区缺乏相关经验，难免出现投资不经济、不合理以及重复建设等问题，严重降低资源要素配置的效率。工业在空间布局上的不合理，阻碍了企业之间的协作，不利于完整产业链条的形成。另一方面，我国工业技术自主研发和创新能力还不够。现阶段，我国的技术与国外相比，还有一定差距，工业创新体系的不足阻碍了工业环保技术和产品的研发与创新。第三，粗放的工业发展模式。在过去“先污染，后治理”的发展理念下，各地政府以牺牲环境为代价追求经济增长和政绩，盲目追求经济规模和总量，而忽视环境质量的改善。

图1 我国能源消费走势及煤炭能源占比

从环境方程的其他控制变量来看，对外开放水平的提高对环境质量的影响作用是负向的，说明我国工业集聚的发展对国外企业和资本具有一定的依赖性，且对环境的管制标准比较低，“污染天堂假说”现阶段在我国得到一定程度的印证。经济发展水平对环境质量的改善具有显著的正向作用，主要原因在于：一方面，随着收入水平的提高，人们更加注重环境质量，对环保产品的需求增加，推动了环保技术方面的创新；同时，经济高涨时期的企业也有相应的资金实力进行技术研发与创新。另一方面，政府的财政收入随着经济的发展增加，有更多资金进行环境治理。环境规制对环境质量状况的影响系数为负且显著。由于所选用的环境规制指标代表相反方向，说明环境规制的强度越低，环境质量水平越低，这与预期相符合。上一年的环境质量水平对本年的环境质量状况具有显著的正向作用，充分说明环境治理是个长期的系统工程，不能忽视前期的环境治理工作。

从集聚方程计量结果来看，目前我国环境状况对工业集聚的作用方向为负。可能的原因主要有：首先，我国已开始认识到环境保护的重要性，政府不断提高环境规制强度。排污费用的上升提高了工业企业的生产成本，一些无法达到排污标准或无法通过技术革新提高效率的企业迫于压力只能重新选址，导致集聚区内原有的产业链条断裂。企业无法像以前一样容易获得相关的要素投入资源，集聚的关联效应开始下降，不利于工业集聚水平的提升。其次，为优化工业产业结构，国家开始注重发展高端智能制造、信息技术以及新材料、新能源等新兴工业产业。一些工业载体和土地资源需要承接新兴产业，同时对一些传统的资源型或劳动型产业进行转移。在新旧动能转换期间，旧产业不断迁出，新产业的配套设施却无法立刻完善投入生产。此外，新产业的集聚发展模式需要较长时间的摸索，在营商环境未完善的情况下，通常很难迅速完成信息、资金等投入要素的重新集聚和积累，无法实现工业集聚的可持续发展，导致在这期间该地区的集聚程度可能出现下降。最后，劳动力作为重要的生产要素资源，是技术和知识创新的源泉，对工业的发展起到至关重要的作用，因此人才的流动对工业集聚有不可忽视的影响。随着环保意识的增强，人们逐渐注重周围生活环境的质量。工业集聚区由于前期忽视环境治理与保护，导致环境恶化，由此流失大量优秀劳动力，使得劳动生产率下降。当劳动力要素无法满足生产需求时，一些企业不得不进行外迁，最终制约工业集聚的进一步发展。

从集聚方程的其他控制变量来看，对外开放水平对工业集聚的影响显著为正，推动市场规模扩大，促进我国工业集聚度的提高。资本投入对工业集聚的影响方向为负，这与预期不符，但没有通过显著性检验。可能的原因是我国工业发展大多为粗放方式，缺乏先进的管理经验和生产模式，且存在产业链条尚不完善、重复建设和过度竞争等问题，集聚水平没有得到有效提高。交通便利性对集聚的影响系数为正，说明越发达的交通网络，越有利于经济的联系和交流，促进资源要素的流通，从而推动集聚的发生和发展。上一期的工业集聚发展状况对本期的集聚发展具有显著的正向作用，这是因为工业集聚发展是个长期过程，前期的工业基础设施建设、发展模式的探索经验无疑对后来的工业集聚起到巨大的推动作用。

（二）稳健性检验

广义矩估计法（GMM）是将准则函数定义为工具变量与扰动项的相关函数，并使其最小化得到的参数估计值。该方法无需知道随机误差项的准确分布信息，且允许随机误差项存在异方差性，所得参数估计量比较稳健。因此，用GMM方法来对我国工业集聚与环境质量之间的互动关系进行稳健性检验。结果如表2所示：

表2 稳健性检验回归结果

续表：

表1和表2中工业集聚与环境质量相互作用的方向一致，只在系数大小和显著性方面略有所变化，说明实证结果是有效和稳健的。

四、结论与建议

由于我国粗放式的工业发展模式以及能源结构问题，工业集聚与环境质量之间整体上呈现相互制约的关系，处于失调的发展状态，且工业集聚对环境质量的影响显著性大于环境质量对工业集聚的影响。从其他影响因素看，对外开发水平和外资的进入虽然一定程度上加剧了我国的环境问题的恶化，但有利于提高我国工业集聚水平；经济水平的提高有助于改善环境质量；资本投入对工业集聚的影响没有达到预期效果；上期的工业集聚水平与环境质量状况都对各自本期的水平和状况有明显的正向作用。

因此，要实现工业集聚与环境保护的协调发展需要从以下两个方面做出努力：

一方面，要实现工业集聚对环境的改善作用。总体上，依靠工业结构的优化升级来实现经济发展方式的转变，逐步建设附加值高、环境污染少、资源能耗少的新兴工业。对传统工业进行升级改造，实现以技术吸引为主的工业集聚扩张，在促进工业集聚发展的同时，降低单位产出对环境带来的负面影响。同时，重视人才培养和引进，推动环保生产技术创新。政府要加强对创新企业财税方面的支持激励政策，对环保技术有重大突破的个体或企业进行表彰和奖励，并提供良好的制度保障；支持创新平台的建设，降低企业进行创业的门槛和风险，制定合适的人才引进机制。企业要增强与相关企业和研究机构的合作交流，促进产学研结合；培养环保技术研发人员，提高人力资本水平；推进创新成果的转化，降低生产工艺流程对环境资源的依赖；多渠道创新开拓融资方式，为技术研发提供资金保障。

另一方面，增强环境对工业集聚的促进作用。政府要提高环境规制标准，增强环境治理力度，将环境优势转变为经济优势，实现环境对工业集聚的促进作用。首先，建立严格的环保标准，完善环保法律体系建设，针对不同类型的工业企业，出台不同的环保政策。其次，健全相关的环保机构，明确职责，强化政府在环境保护中的作用。最后，发挥市场的配置资源作用，实行排污收费制和累进环境税率制，遏制企业的粗放生产方式，拓宽企业治理环境的筹资渠道。