长江经济带高铁开通对环境污染的影响研究

张永庆 张金月

[摘 要]（中）摘要将长江经济带沿线主要的39个城市作为研究对象，运用倾向得分匹配倍差法（PSM DID），定量分析了2007—2017年间长江经济带开通高铁后对环境污染的影响。研究发现：高铁开通后，长江经济带流域的环境污染显著下降了4.2%;长江经济带中受到“两控区”政策影响的城市，其在高铁开通后环境污染相比于未受政策影响的城市改善更明显;存在明显的地区异质性，长江经济带上游城市相比于中游和下游城市，高铁建成抑制环境污染的作用更明显;加大教育投入、技术进步和促进产业结构高级化，均有利于降低环境污染。基于以上结论，从合理配置高铁资源与环境保护，加大教育资源投入，促进第三产业发展，实现高铁经济与防治环境污染的协调可持续发展等几个方面提出建议。

[关键词]（中）关键词长江经济带;高速铁路;环境污染;PSM DID

[中图分类号]（中）中图分类号F53; F205[文献标识码]文献标志码[文章编号]1673-0461（2019）10-0054-08

一、引 言

中国经济正在由高速增长转向高质量增长，由此造成的环境污染也变得不容忽视。党的十九大精神明确指出要打好污染防治的攻坚战，促进我国经济持续健康绿色发展。如何有效地治理环境污染，不可不考虑交通基础设施带来的影响。一种高效可持续的绿色交通工具——高速铁路的出现和发展，深刻地改变了人们的出行方式和交通运输方式。截止到2018年12月，我国高速铁路的总里程数已经达到2.9万公里，居世界第一位，我国已经建成了现代化的铁路网和发达的高铁网。

学者们从多方面论证了我国存在的环境污染问题，可能是受到外商直接投资（FDI）、经济增长、贸易运输、财政分权等多种不同因素的影响。高纹等通过构建经济增长与大气污染相互作用的联立方程组，运用三阶段最小二乘法检验了倒U型的环境库兹涅茨曲线的合理性[1]。李强利用长江经济带包括的104个地级市的面板数据，实证分析了财政分权和FDI对环境污染的影响[2]。随着交通基础设施的日益完善，更多学者开始探究不同的交通基础设施会如何影响环境变化。马丽梅等构建了空间杜宾模型（SDM）研究了能源结构、交通模式和雾霾污染的关系，发现从短期考虑，缓解交通拥堵和减少劣质能源的使用是保护环境的有效途径[3]。吴开亚等利用LMDI分解方法对上海市交通运输领域的能源消费碳排放变化进行了实证分析，发现交通碳排放量不断增加[4]。Fu和Gu利用我国98个城市的日污染和天气数据，运用不连续回归和倍差法发现，取消高速公路的通行费会使污染增加20%，能见度降低1公里[5]。随着轨道交通的升级，学者们开始探究新兴轨道交通对环境的影响。梁若冰等利用了准自然实验方法估计了我国14个城市新开通的45条线路对空气污染的影响，发现新兴轨道交通具有显著且稳健的污染治理效应[6]。

对现有的研究进行梳理发现，少有学者讨论高速铁路对区域环境污染的影响。Yue和Wang等学者利用生命周期评价方法（LCA）以京沪高铁为例对高铁的环境进行了研究，通过中文核心生命周期数据库（CLCD）探索高铁规划和建设变化带来的影响[7]。祝树金等基于我国270个地级市构建了双重差分模型，发现高铁开通有效地降低了环境污染程度，并且西部地区的抑制效应比中部和东部地区更强[8]。基于此，本文的主要贡献在于：①在DID方法的基础上，首次利用倾向得分匹配法（PSM）筛选出性质相近的城市组探究高铁建成对环境污染的影响，有效地减少了样本偏差，优化了实证检验结果;

②本文以长江经济带的部分城市作为样本城市，分别从两控区政策和划分上中下游的角度探究了长江经济带高铁建成对环境污染的影响，丰富了从不同城市和地区视角探究高铁对环境污染的内容，在一定程度上弥补了该领域的空白。

二、研究方法与数据来源

（一）研究区域概况

长江经济带覆蓋了我国包括上海、重庆、武汉、江苏、成都、云南等在内的九省二市，人口和经济总量已经超过了全国的40%。依托长江这条黄金水道，长江经济带形成了以河源—宜昌为上游、宜昌—湖口为中游、江西湖口为下游的上中下游一体化全面发展的格局。长江经济带具备的明显资源优势除了包括丰沛的淡水资源以外，还有大量种类丰富的矿产资源以及农业生物资源。得天独厚的环境也孕育着各种产业的发展，我国的钢铁、电子、汽车、石化等现代工业大都集中于此，一批高耗能、高科技的工业企业也都选择在这里立足。长江经济带作为我国未来经济增长潜力最大的地区之一，高速发展造成的环境污染也不可忽视。高速铁路作为近年来一种可持续发展的绿色交通工具成为人们高频的出行选择，但其建成开通对环境污染的影响究竟是正向还是负向，不同学者对其说法不一，因此，基于数据的完整性和准确性，本文选择以长江经济带中主要的39个地级市为例定量分析探究高铁建成对环境污染的影响效应。

（二）研究方法与模型（PSM DID模型）

1. 倍差法（DID，DifferencesinDifferences）

双重差分模型又称倍差法，通常用于大范围的公共政策研究。在本文中选择双重差分法意在将高铁建成看作一项已执行的公共政策，把其随着时间流逝而引起的空间效应的影响和高铁建成这一政策效应的影响有效地区分开。DID主要通过构建处理组（高铁城市）和对照组（非高铁城市），并假定其均具有相同或相似的发展趋势，比较两者差异来探究高铁建成这一政策带来的变化。DID很好地解决了模型的内生性问题而将高铁效应有效地分离出来，是目前学者们研究高铁作用效果普遍使用的方法之一。

2.倾向得分匹配法（PSM）

与之前研究不同的是，实际上，倍差法在使用前有一些前提条件，例如对照组与实验组的选取要保持相同或相似的发展趋势，对照组城市与实验组城市的选择要具有随机性的同时样本时间段也需要保证随机性。一方面，高铁城市和非高铁城市的选择本身不具有随机性;另一方面，对环境污染产生影响的除了高铁城市组还有可能来自于非高铁城市组，这样对照组和实验组的双重差分结果就已经受到影响，产生结果偏误，基于此，本文选择倾向得分匹配法（PSM）对全部城市进行重新匹配得分，在统计过程中要保持对照组与实验组的匹配趋势必须满足平衡性，一方面，两者的得分要尽可能的接近;另一方面，各个变量在处理组和对照组之间不能有显著的差异。由此筛选出的两组城市再次进行DID估计，便能够更加准确的描述高铁建成对环境污染的影响效果。PSM方法的优势在于基于研究目标选取的控制变量匹配出来的城市组不仅具有相似的发展趋势，而且有效地解决了选择样本偏差的问题。由此建立的评价高铁的基准模型为：

YPSMit=β0+β1dwt+β2dt+β3dwt×dt+μ+εt（1）

其中，

Y表示i城市在t时期的环境污染综合指数变量;

dw和dt分别表示城市虚拟变量和时间虚拟变量，而其交互项dw×dt即是描述高铁对环境污染的重要因素;μ是描述高铁影响环境污染的一组控制变量;εt表示随机干扰项。

（三）数据来源与指标选取

环境污染综合指数（Environment）作为被解释变量，通过选择长江经济带中样本城市的工业废水排放量（Water）、工业废气排放量（Gas）和工业烟尘排放量（Dust）三类环境污染衡量指标，采用因子分析法合成计算环境污染综合指数。具体做法是采用SPSS软件中的降维和主成分分析计算得到综合指数，再将这一综合指数作为表示环境污染的被解释变量代入PSM DID模型中进行进一步实证检验。构建综合指数的优势在于提高了单一变量描述环境污染这一被解释变量的准确性，进而优化了实证结果。通过计算得到的成分矩阵改写成的新型主成分分析公式为：

Environment=0.778×Gas+0.703×Water+0.346×Dust（2）

解释变量主要分为城市虚拟变量（dw）、时间虚拟变量（dt）和它们之间的交互项（dw×dt）。城市虚拟变量描述了高铁城市组与非高铁城市组之间的作用关系，开通高铁的城市取1，未开通取0;时间虚拟变量描述了样本时间段内已经开通高铁的年份取1，未开通高铁的年份取0;交互项是本文的重要核心解释变量，主要描述了高铁开通后对环境污染的作用情况。样本中已经开通高铁的城市和具体高铁通车时间通过百度查找获得。

控制变量主要包括人均GDP、第二产业生产值占国民生产总值的比重（SecIndustry）、第三产业生产值占国民生产总值的比重（TerIndustry）、外商直接投资（FDI）、科技支出占一般公共预算支出的比重（Science）、教育支出占一般公共预算支出的比重（Education）共6个指标。环境库兹涅茨曲线（EKC）描述了经济增长与环境质量之间存在着倒U型关系，但现实中因国际分工不同的发达国家和发展中国家人均收入水平也不同，收入水平提高后对环境的质量要求也会提高，我国作为典型的发展中国家基于人口压力、自然资源过度开发、低生产率等各方面因素的累积，人均GDP可能尚未达到转折点[9]，因此，经济快速发展是影响环境污染的重要因素。产业结构对环境污染的影响同样显著，产业结构高级化即第三产业与第二产业的比值越高对抑制环境污染有显著的正向影响[10]。因此，本文分别选取了第二产业和第三产业占地区生产总值的占比考查产业结构对环境污染的影响程度。另外，受教育程度越高或科技水平上升，人们的环保意识增强的同时，环境质量也会逐渐提高，因此，选取了教育支出和科技支出占一般公共预算支出的占比衡量城市科技和教育发展对环境污染的影响程度。发展外向型经济对环境污染有着重要的抑制作用[11]，因此选择外商直接投资作为衡量外向型经济对环境污染的影响分析指标。所有数据均来自于各个地级市的统计年鉴以及《中国环境统计年鉴》，表1是主要变量的描述性统计。

三、长江经济带的高铁开通对抑制环境污染的实证分析

（一）基于DID估计实证结果基准分析

本文选择了2007—2017年长江经济带沿线包含的39个主要地级市的面板数据，首先选择双重差分模型探究其对环境污染的影响，DID实证结果如表2所示。

從表2的实证结果能看出，随着控制变量的逐步加入，代表高铁对环境污染作用效果的交互项系数逐渐显著为负，从最终加入全部控制变量后的模型（7）可以看出高铁建成对长江经济带的环境污染效应为负值，并在5%的水平上显著，而且高铁开通后环境污染水平大概降低了8.6%，说明长江经济带区域的高铁开通确实能够抑制所在地级市的环境污染。从控制变量的角度看，人均GDP的系数均保持在1%的水平上显著为正，说明长江经济带的经济迅速发展并没有带来环境的改善。根据倒U型的环境库兹涅茨曲线（EKC），一方面，EKC更注重流量污染物的排放统计而非存量;另一方面，可能是长江经济带的人均GDP尚未达到EKC曲线的转折点，当人均收入水平提高加上有效的环境政策实施，经济增长与环境改善是可以并行的。另外，从模型（6）和（7）中外商直接投资和科技支出占比的系数可以发现其均在1%的水平上显著为正，说明增加外商投资和科技支出并不会改善环境污染状况。相反，提高第三产业的支出比重和增加教育支出能够显著地抑制环境污染。

（二）基于PSM DID实证结果分析

基于PSM DID方法的实证结果如表3所示，从表3的实证结果可以看出，加入全部控制变量的模型（14）中交互项的系数在5%的水平上显著为负，再次说明长江经济带的高铁建成的确能改善环境污染。相比于表2中仅使用DID方法的结果显著性虽有所减弱但系数值增加，说明PSM方法的确能起到优化作用，可信程度也更高。从控制变量的角度来看，人均GDP和外商直接投资的系数均在1%的水平上显著为正，说明经济增长和外商投资并不能改善环境污染，与DID结果相比，系数值均有所增加，侧面反映出PSM方法的优化作用。与仅使用DID方法不同的是第二产业的贡献程度是环境污染的重要来源之一。

（三）稳健性检验

1.改变时间窗宽对结果产生的影响

通过实证结果可以看出高铁开通总体上改善了环境污染情况，但本文选择的样本时间段是2007—2017年，由于给定的时间段并不能说明时间段选择的随机性，也许不同的样本时间窗宽造成的结果具有较大的差异，因此，可以选择改变时间窗宽进行稳健性检验。在已选择的2007—2017年的样本时间段内，长江经济带涵盖的主要城市先后从2007年到2015年几乎每年都有新的城市开通高铁，经过统计发现该区域开通较为密集的年份为2009—2015年，

因此，本文假设高铁建成时间2010年为时间节点，向前分别选择1年、2年、3年为窗宽对上文结果进行检验。

具体的实证结果如表4所示。

从表4的实证结果可以看出，改变时间窗宽并不会改变高铁建成对环境污染影响效应的方向，说明上文实证结果具有一定的稳健性。此外，当时间窗宽先后设置为1年、2年和3年时，交互项系数均显著为正，说明当2009年主要城市陆续开通高铁后对环境污染就起到了一定的改善作用，当窗宽为高铁建成前3年时，交互项系数的显著性水平也有所上升，说明高铁建成后对长江经济带环境污染的抑制作用具有渐强的持续性。从控制变量的角度来看，增加教育支出和增强第三产业的发展对抑制环境污染也有一定的促进作用。

2.反事实检验

鉴于DID方法要求对照组和实验组的选取要具有随机性，因此本文将长江经济带的主要39个城市进行随机分组构造反事实检验，在此情况下得到的检验结果如表5所示。依据随机分组后的实证结果可以看出，在逐步加入控制变量后交互项系数均为正且不显著，这说明上述结论并不是由于分组而产生的安慰剂效应的结果，由此进一步证明了结论的稳健性。

3.构建包含不同高铁建成时间节点的扩展模型

本文选择的是将样本时间段内所有高铁城市和非高铁城市分组，实际上，可以选择一个高铁建成的时间节点，利用此时间节点将对照组和实验组重新分配以达到检验目的。需要特别注意的是，这个高铁建成的时间节点选择具有随机性，而且高铁的影响效應具有1年的时滞性[12]。由于2009年到2013年是样本城市集中开通高铁的时间段，因此选取2009年到2013年的每一年作为高铁建成的时间节点，构造了5年高铁开通后对环境污染的影响效应且具有1年滞后期的PSM DID模型，具体的模型为：

YPSMit=β0+β1dwt-1+β2dtt-1+β3dwt-1×dtt-1+μ+εt-1（3）

其中，i表示城市类别，t表示时间，即从2009年到2013年共5年的时间，

Y仍表示为i城市在t时期的环境污染综合指数变量，

dt仍表示时间虚拟变量，dw仍表示城市虚拟变量，dw×dt仍表示为时间和城市的交互项，描述了高铁开通对环境污染的影响。表6显示了不同时间节点扩展模型的实证检验结果。

从表6的实证结果可以看出，若将高铁建成的时间节点设置为2009—2013年的任何一年，其交互项的系数均为负，只是从2012年开始显著，到2013年已经达到在1%的水平上持续显著，由此可见高铁建成对环境污染的总体影响方向是和上文的实证结果一致的。无论是交互项系数还是控制变量的系数值虽部分有所波动，但总体上还是呈现增长的趋势，这与上文改变时间窗检验的结果大致相同。从控制变量的角度来看，增加教育支出和第三产业的占比都会在一定程度上抑制环境污染。总体而言，实证结果具有一定的稳健性。

四、异质性分析

（一）基于“两控区”政策下城市异质性分析

“两控区”政策是我国在1998年提出的，目的是希望通过控制部分地区的酸雨和二氧化硫排放量而减少环境污染。其中，实施“两控区”政策的城市大都集中在工业经济较发达或污染产业进出口较密集的地区。在选取的长江经济带的样本城市中，有33个城市实施了“两控区”政策，6个城市未实施“两控区”政策，由此可以将全部的样本城市组划分为是否受到“两控区”政策的影响，在此基础上进行PSM DID检验。由上文得出的PSM DID模型的公式可以得知，若想探究高铁建成对环境污染的影响是否受到“两控区”政策的影响，只需在城市虚拟变量与时间虚拟变量交互项的基础上再增加一个代表“两控区”的政策虚拟变量（dp），建立三重差分模型，若样本城市被划分为“两控区”城市，则dp取值为1;反之，则取值为0。因此，具体是否受到“两控区”政策影响的PSM DID模型为：

YPSMt=β0+β1dwt+β2dt+β3dwt×dt×dpt+μ+εt（4）

具体的实证结果如表7所示。根据表7的实证结果可以看出，交互项的系数均为负且在1%或5%的水平上显著，说明长江经济带中的样本城市受到了“两控区”政策的影响，开通高铁以后，已经被规划为“两控区”的城市在环境规制的条件下对环境污染的改善效果更明显。

（二）基于上中下游的不同位置的城市异质性分析

根据长江经济带划分的上游成渝经济区、中游城市群和下游长三角地区，将样本城市划分为上、中、下游三组的情况如表8所示。具体的上、中、下游城市组的PSM DID实证结果如表9所示。

从表9的实证结果可以看出，上中下游城市的交互项系数均为负值，说明高铁开通对环境污染的改善是有一定的正向影响。其中，只有上游城市的交互项系数在1%的水平上显著，说明上游城市的高铁对环境污染的抑制作用表现十分显著。长江经济带上游的城市主要位于成渝经济区，而成渝经济区呈现的是典型的以成都和重庆为极核的空间布局。从控制变量的角度来看，可能的原因是科技创新水平的提升和第三产业的占比不断上升，对环境污染的有所改善。另外，产业结构影响着能源效率，一些产业结构高级的城市如成都、重庆已经完成产业转移，对周边地区能源效率的提高和环境污染的改善起到了积极的带动作用[13]。相较于长江上游城市，中游和下游城市的人均GDP均在5%的水平上显著为正，说明这两个地区的经济发展较好，同时也带来了环境污染;增加教育支出即人们的受教育水平提高后，其环保意识也会增强，环境污染会有所改善。

五、 结论与建议

当前我国已经迅速迈入了“高铁时代”，相邻省份成为一日生活圈变得触手可及。高铁的不断建设与发展在促进区域经济增长的同时，也在深刻地改变着人们的生产生活方式。虽然我国高铁的运营时间相较于发达国家更短暂，但它带来的经济效益已经十分明显，高铁的引入促进了跨城市经济一体化和二线城市的持续快速发展，“同城效应”日益凸现。作为新时代的新型可持续的绿色交通工具，高铁对环境污染的影响也不容忽视。本文选择2007—2017年间长江经济带的主要城市为样本，运用PSM DID方法实证分析发现长江经济带的高铁开通后，环境污染大概下降了4.2%。此外，高铁开通对环境污染的影响具有显著地区异质性，受到“两控区”政策影响的城市，环境污染的改善作用更大;位于长江经济带上游的城市相比于中下游，开通高铁后对环境污染的改善更为明显;另外，增加教育支出、促进技术进步或提高第三产业的占比将会更有效地抑制环境污染。

本文的研究也为长江经济带流域未来如何进一步兼顾高铁发展与环境污染防控提供了理论参考，由此本文提出几点建议：①在强可持续发展模型中，环保是经济发展的先决条件。合理建设高速铁路网络，充分发挥出其自身高效清洁绿色的优势是实现经济与环保协调发展的一个有效途径。

②从结论可以看出，“两控区”城市和上游城市更容易受到环境规制的影响，抑制环境污染的效果更明显。因此，在减少环境污染的前提下要因地制宜地发展高速铁路，注重高铁资源与环境规制有效地结合，实现高铁经济与环境保护的协调发展。③产业结构升级、技术进步或增加教育支出让更多人增强环保意识，都有利于环境质量的改善。长江经济带所在省域的相关政府可以发挥宏观调控作用，通过制定和实施产业政策，缩短产业升级所需要的时间。另外，政府也可以通过加强产业科技园区的建设，加大教育投入来促进社会公平和抑制环境污染。

[参考文献]

参考文献内容

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Study on the Impact of the Opening of High speed Railway

in the Yangtze River Economic Belt on the Environmental Pollution

Zhang Yongqing， Zhang Jinyue

（ School of Management， University of Shanghai for Science and Technology， Shanghai 200093， China）

Abstract： The 39 major cities along the Yangtze River Economic Belt were regarded as the research objects. The impact of the opening of high speed railway on environmental pollution in the Yangtze River Economic Belt from 2007 to 2017 was analyzed quantitatively using the PSM DID method. Research results show that： the environmental pollution in the Yangtze River Economic Belt has decreased by 4.2% after the opening of the high speed railway; cities in the Yangtze River Economic Belt that were affected by the "Two Controlled Zones" policy show more improvement in environment than the cities not affected by the policy; regional heterogeneity is obvious， which is， compared with cities in the middle and lower reaches，  the construction of high speed railway plays a more significant role in inhibiting urban environmental pollution in the cities in the upper reach of the Yangtze River Economic Belt; the increase of investment in education， technological progress and advanced industrial structure is conducive to reducing environmental pollution. Based on the above conclusions， suggestions are put forward from 4 aspects of rational allocation of high speed rail resources and environmental protection： increase of investment in education， promotion of the development of tertiary industry， and the coordinated and sustainable development of high speed rail economy and the prevention and control of environmental pollution.

Key words： the Yangtze River Economic Belt; high speed railway; environmental pollution; PSM DID.

责任编辑（责任编辑：张梦楠）