价值链生产长度与中国制造业的碳排放

（华东师范大学 经济学院，上海 200062）

随着全球价值链的不断发展，多个国家开始流转生产、共同完成某种产品的最终制造，使得产品生产愈发变得碎片化，其生产长度也逐渐延长。这不但引起了中间产品贸易的繁荣发展，也反过来对碳排放产生影响。在全球价值链嵌入程度不断加深的过程中，我国获得经济飞速发展的同时，付出了沉重的环境代价，成为碳排放大国。近年来，全球价值链与碳排放相结合的研究不但能够清晰划分碳排放的来源及去向，更是为我国在全球价值链中找寻低碳发展路径提供了有利条件。但现有研究大多以垂直专业化、全球价值链参与程度等为基础进行分析，尚未涉及生产长度与碳排放的关联性研究。

全球价值链生产长度是对国家或部门在国际分工中参与情况进行测度的新型指标，从产品垂直生产结构角度，定量描述其在全球分工中的具体位置，相较以前的垂直专业化程度等更为准确。在全球价值链中，一方面，生产长度反映了各国各行业在价值链条中的所处位置，本质是各行业生产技术水平的映射，产品生产长度的延长，说明这一行业的技术水平有所提升，在碳减排技术上可能有新的突破，进而在这一延长过程中减少碳排放。例如，从传统机械设备到新一代低碳装备的转变，将会在日后使用这类清洁型设备生产时减少CO2排放；但另一方面，在大量生产清洁型设备的过程中也会增加CO2排放［1-2］，而且，产品生产长度的延长直接体现了生产阶段的增加，必然会涉及货物的流转，这就离不开交通运输，而95%以上的交通运输工具均使用化石能源，很可能在这一过程中显著增加碳排放程度［3］。基于以上生产长度对碳排放影响的不确定性，对价值链延长与碳排放间关系的考察显得尤为必要。

一、文献综述

本文的研究问题主要包含价值链生产长度和碳排放两方面，其中，全球价值链生产长度的研究最早始于Fally［4］，将生产分割的长度定义成自生产至消费所经历的生产阶段个数，用参与产品生产序列工厂的加权平均来表示，同时利用美国1949—2002 年的投入产出表对其生产阶段数量进行测度，发现美国生产分割长度具有向下发展的趋势。沿着Fally 的思路，Antras 等［5］在开放的经济环境下对其研究方法进行了扩展，通过定义上游度的概念，即某一行业中间产品成为最终产品前经历的生产阶段总数，构建上游度指标，展现全球价值链中各行业的所在位置。由于价值链生产长度对目前广为应用的全球价值链分工地位指标进行了很好的补充，国内外学者们对生产长度做出了一定研究，大致分两个方向：一类是关于国家全球价值链生产长度的具体测算，如部分学者通过对我国整体及制造业价值链长度测算发现，我国生产阶段数明显增加，全球价值链长度得到延长［6-10］。另一类则主要关注生产长度的产业效应，郭沛和秦晋霞［11］从国际分工角度考察价值链生产长度对我国熟练与非熟练劳动力间工资差异的影响，发现生产长度与工资差距成正比；吕越和包雅楠［12］通过对中国工业企业和世界投入产出数据库的合并，研究了我国制造行业国内价值链长度对企业创新的影响，得出价值链延长能够促进企业创新的结论。然而上述研究大多聚焦于生产长度的经济效应，尚未涉及全球价值链生产长度的环境效应研究，这给本文提供了进一步的研究空间。

关于全球价值链背景下的碳排放研究，尚处于起步阶段，国内外学者在对全球价值链和碳排放结合分析时发现，不仅仅是参与价值链的过程会对碳排放产生影响，国家在全球价值链中的参与水平和分工地位也是影响碳排放的重要原因。因此，最近几年，在全球价值链实证分析方面，出现了大量以全球价值链分工地位、参与度衡量全球价值链嵌入程度，并进一步分析价值链嵌入程度和碳排放关系的文献。比如Meng 等［13］将贸易增加值和贸易隐含碳两条研究支线置于同一框架下进行研究，结果发现一个国家碳排放的水平与方式在很大程度上受到其全球价值链嵌入程度的影响。Sun 等［14］通过定义碳排放效率，对世界上60 个国家2000—2011 年的数据进行分析，发现碳排放效率和全球价值链地位指数正相关。陶长琪和徐志琴［15］探讨了国际分工地位与贸易隐含碳的影响机制，得出分工地位、参与程度对贸易隐含碳排放存在完全相反作用方向的结论。吕延方等［16］在加入中间投入和污染排放系数的基础上，再次测度了我国的贸易隐含碳排放，揭示了全球价值链参与程度与贸易隐含碳的非线性关系。虽然上述研究在全球价值链背景下找到了与碳排放新的结合点，但是大多数学者的研究主要基于1995—2011 年的2013 版世界投入产表，具有一定的时滞性，并将研究内容聚焦于全球价值链参与程度、分工地位和碳排放的非线性关系上，对碳排放的研究尚未关联至生产长度视角。

由于2016 版世界投入产出表是目前可以得到的最新投入产出表，为研究中国制造业在全球价值链发展新趋势下的排放特点，以及便于进行国际比较，故本文以此为基础，从全球价值链生产长度角度，探究我国制造业的发展状况及其环境效应，对国内外相关文献进行补充。与以往文献相比，本文创新之处在于：一是将全球价值链生产长度与制造业碳排放相结合，从生产长度视角对其环境效应进行审视；二是分别考察制造业价值链生产长度中的国内、国际生产长度部分是否对碳排放存在差异化影响，并进行原因分析。

二、价值链生产长度环境效应的机制分析

与价值链生产长度最为相关的文献是关于国际生产分割的研究，部分学者发现国际生产分割的参与对各国生产率［17-18］、技术进步［19-20］等具有促进作用。在价值链生产长度与碳排放的关系方面，吕越和包雅楠［12］通过对2000—2009 年中国工业企业数据库和世界投入产出数据库的合并，研究发现提高国内价值链长度对我国制造业企业创新具有积极影响，并初步认为价值链生产长度的延长对制造业碳减排具有促进作用。

本文参考Antweiler 等［21］的环境污染及供给模型与彭星和李斌［22］国际分工背景下的碳排放效应分解模型，希望通过引入价值链生产长度指标，构建国际生产分割视角下的价值链生产长度环境效应理论模型，对上述问题进行验证。

假设在开放经济体中，市场是完全竞争、规模报酬不变的，在这种情况下仅需投入资本K和劳动L即可生产X、Y两种最终品（X为碳排放密集型产品，Y为环保型），其中，X的生产在国际分工下完成，ε代表其价值链生产长度，ε越大则生产长度越长。

用如下函数表示X 在生产过程中排放的碳：

其中：f(KX，LX)是X的潜在产量；KX为生产X所需的资本；LX指代所需劳动；φ(s)衡量X生产过程中产生的碳排放，若将环境规制考虑在内，则s代表潜在产出中进行碳减排部分的比例，通常来看，环境规制强度与单位碳排放量成反比，所以φ(s)是s的减函数，且φ(s)的二阶导数大于0；t是生产X的技术水平，0＜β＜1。

用x=(1-s)f(KX，LX)来表示X的实际生产函数，将式（1）代入后，X的实际生产函数为

tC是将技术条件纳入考虑范围内的有效碳排放水平。

模型假定X产品在全球价值链分工中生产，现将ε加入到X生产的碳排放决定函数中得：

其中：g(ε)代表X价值链生产长度给碳排放强度带来的影响，如果g(ε)的一阶导小于0，说明X的价值链生产长度与碳排放水平成反比。

考虑X在国际分工中生产的情况，X的实际产量表达式可扩展成：

现依据企业成本最小化原则，构造以下函数：

其中：Cf(w，r)代表产品X每单位潜在产出的生产成本；w和r各代表资本K及劳动L的单位成本。对C一阶求导后，整理可得企业进行产品X生产时的成本最小化条件：

又因为市场是完全竞争的，那么生产X的净利润Π=Pxx-Cf f-tC必定等于0，即有：

将以上两式结合可得x=，所以实际单位产出的碳排放量，也就是碳排放水平有：

对潜在产量f(Kx，Lx)进行分解，则式（3）的碳排放决定函数可改写成：C=SQX φ(s)g(ε)，式中S是X与Y两种产品的总产量；Qx是经济总规模中X产量所占的份额，QX=。把式（8）代入后，就得到了X生产的碳排放效应分解模型：

两边同时取对数得：

①由于g（ε）是价值链生产长度ε 的减函数，所以lng为正，恰恰说明价值链生产长度和碳排放呈负相关关系。

其中：lnγ=ln(βPx)是常数项。

由式（10）可知，经济体的碳排放水平是由规模效应lnS、结构效应lnQ=、技术效应lnt以及价值链长度效应lng共同决定的，与前文假设相符。具体影响程度及方向则在下文通过实证分析检验。

三、模型设计与数据

（一）模型设计

根据上文的影响机制理论分析，设定如下计量模型：

其中：i、t分别对应行业、年份；Cit代表i行业第t年的碳排放水平，用行业单位产值隐含碳排放量来表示；Lengthit是核心解释变量——价值链生产长度，为检测国内、外生产长度我国对制造业碳排放的影响差异，在后文中分别对国内生产长度和国际生产长度的碳排放效应进行了考察；Contit代表控制变量，具体包括：

（1）行业工业总产值，以控制i行业的规模效应。

（2）资本劳动比，控制结构效应，用行业固定资产总值和全部就业人数的比来表示。

（3）单位产值的R&D 项目经费支出，代表i行业的技术效应。

最后还加入了价值链生产长度和控制变量的交互项lengthit×Contit，用来表示价值链生产长度和其他因素互相作用给制造业碳排放带来的影响。Ui代表行业异质效应，ηit是随机扰动项，其余为待估参数。

（二）核心解释变量

本文的核心解释变量是价值链生产长度，参考Wang 等［10］对生产长度的定义，通过计算增加值作为总产出时被计算的次数，对制造业各行业的生产长度进行测度。若以G国N部门模型为例，依据全球投入产出表，各国各行业增加值为

其中：v是GN行1 列的向量，代表最终产品中包含的直接、间接增加值；V为直接增加值系数；是V的对角矩阵；A为直接消耗系数矩阵；B则是著名的里昂惕夫逆矩阵；Y为最终需求列向量。

至此各国各行业增加值由国际分工所推动的总产出为

由生产长度（PL）的定义，可得：

上式计算了单位增加值带来的总产出，也正是各国各行业增加值在全球链条中的移动轨迹——全球价值链生产长度，生产链条越长，表明此行业的增加值作为总产出时被计算的次数越多。

进一步地，由Wang 等［10］对各国各行业在全球价值链中的生产活动依照增加值流向分解可得：

其中：L代表国内里昂惕夫逆矩阵；AF是进口直接消耗系数矩阵；V_D表示最终产品所包含的国内增加值，涵盖国内消费、出口的最终产品，由于这些最终产品的生产均在国内发生，所以V_D不包含跨国生产行为；V_I则代表出口的中间产品中所包含的国内增加值，这一部分包括了跨国生产活动，主要是因为出口到其他国家的中间产品还会作为投入要素去参与第三国的生产活动。

由此，根据生产行为跨国与否，可以将全球价值链生产长度划分成两部分：

其中：θD和θI分别代表公式（15）中的V_D与V_I在国内增加值中所占份额；PL_D和PL_I则分别代表国内、国际生产长度，也正是后文将要分类考察的部分。

（三）数据来源

制造业各行业的价值链生产长度原始数据来自世界投入产出数据库，其2016 年最新发布版本的数据涵盖了2000—2014 年全球44 个国家的56 个行业，数据来源可靠，且该表是目前国际上可得到的最新的世界投入产出表；工业总产值、全部就业人数、固定资产总值以及研发项目支出等原始数据源自《中国统计年鉴》《中国科技统计年鉴》和《中国工业统计年鉴》②由于《中国工业统计年鉴》在1998 年以后发布的是规模以上工业企业数据，为了避免在实证分析时出现偏差，本文参考陈诗一［24］的方法将规模以上工业企业的相关指标统一调整至全部企业。；碳排放的核算数据：出口总量、碳排放系数及完全消耗系数，均来自WIOD 和《中国能源统计年鉴》。由于世界投入产出数据库是依据《国际标准行业分类》（ISIC Rev.4）对行业进行的划分，因此，本文将《国民经济标准行业分类》（GB/4757—2002）中的28 个制造业归并到ISIC Rev.4 的18 个制造业中③对农副食品加工工业及食品制造业进行合并，得到食品加工制造业；对废弃资源和废旧材料回收加工业和工艺制品及其他制造业合并，得到其他制造业。。所有和货币有关的数据均进行平减处理，得到不变价数据。为减轻异方差，全部数据均取对数。

（四）实证检验

本文使用Stata15 软件，参考王向进和杨来科［23］的方法，对上文所建面板模型进行实证分析。首先，仅考察规模、结构以及技术这三大效应，并利用不含个体、时间效应的OLS（普通最小二乘法）模型进行估计。表1中的模型（1）显示，OLS 估计的可决系数R2较小，只有0.3424，模型拟合较差，同时参数的显著性也不好，这说明三大效应只能对碳排放变化进行部分解释，该面板模型很可能存在个体及时间效应。所以，接下来应用固定效应、随机效应模型分别对模型中的个体效应、时间效应进行检验。将反映行业个体效应的17 个虚拟变量加入模型（2）后，大部分个体虚拟变量都变得显著，此时，在固定效应模型中R2提至0.8769，说明53.45%的碳排放水平变化是由不随时间改变的个体差异导致的。在模型（4）中进一步加入年度虚拟变量后，变量继续变得显著，R2的提升也意味着制造业碳排放水平变化中的6.9%可以由随时间变化但不随行业变化的遗漏变量进行解释。而从模型（2）和模型（3）的对比来看，Hausman 检验显示固定效应模型对参数的估测要优于随机效应模型。

因为制造业的价值链生产长度是既随时间变化，又可以对行业个体差异进行反映的变量，所以，接下来以模型（4）为基础，分别加入反映制造业价值链生产长度的变量lnlength和价值链生产长度与规模效应、结构效应以及技术效应的交乘项lnscaleLnlength、lnstructureLnlength及lnrdLnlength，用来检验价值链生产长度及其与三大效应的交互作用对制造业碳排放的影响，检验结果见表2。从表2 可以看出，本文的核心解释变量——制造业价值链生产长度，及其带来的结构效应对碳排放的减少具有极大促进作用。表2 中模型（5）显示，lnlength的系数是-1.4356，且在1%的显著性水平下通过了检验，这意味着我国制造业价值链生产长度每延长1 个百分点，碳排放的水平将下降1.4 个百分点左右，制造业价值链生产长度延长的碳减排效果明显，进一步佐证了前文假设。表2中lnrdLnlength、lnscaleLnlength和lnstructure、lnlength的系数均为负，说明在参与国际分工的过程中，由我国制造业价值链生产长度变化所引起的技术进步、规模扩大及产业结构变化均对碳减排具有积极作用。

进一步地，本文对生产长度进行了国内、国际部分的划分，在详细区分全球价值链生产长度构成的基础上，研究制造业生产长度对碳排放的影响（表3）。从模型（9）可以看出，当以国内生产长度（lnlength_d）作为全球价值链生产长度的代替变量时，其系数估计值为-1.8416，且通过了1%显著水平下的统计检验，这说明国内生产长度的提高，对制造业碳减排较为有利，国内生产长度每提高1 百分点，制造业碳排放水平将下降1.84 个百分点左右。对比模型（5）和模型（9）后发现，国内生产长度延长的碳减排效果要优于全球价值链生产长度这一整体指标。与模型（5）、模型（9）完全相反，模型（10）显示，当用国际生产长度（lnlength_g）进行替代时，其系数符号为正，估计值在0.24 左右，意味着国际生产长度每提高1 个百分点，将使得制造业碳排放水平增加0.24 个百分点。这也进一步解释了国内生产长度延长的碳减排效果要高于全球价值链生产长度的原因，当价值链生产长度的延长主要是依托于国际生产长度时，其对制造业碳减排将会产生负向作用。这是因为我国在全球价值链中承接的大多是能源消耗较高的加工制造环节［16］，进口国外高附加值的中间投入品，却在加工组装时将大量的碳排放留在了国内。

表1 规模效应、结构效应和技术效应对碳排放水平的影响

表2 价值链生产长度相关指标对碳排放水平的影响

表3 国内、国际生产长度对碳排放水平的影响

从其他控制变量来看，仅考虑规模效应、结构效应和技术效应对碳排放的影响时，结构效应和技术效应对我国制造业碳排放均有积极影响，而规模效应则具有消极影响，这是因为规模效应带来的厂房兴建等增多，将进一步提升对建材、钢铁等高能耗产品的需求，势必会引起制造业碳排放的增加。而产业结构的转变升级将直接带动能源消费结构升级，进而减少碳排放；同理，技术进步带来的能源利用效率提高，也将减低制造业的碳排放水平。

（五）结果分析

（1）通过对比表2 中的4 个模型可以发现，全球价值链生产长度的延长，及其带来的结构效应对于碳排放具有显著的影响。价值链生产长度与制造业碳排放水平成反比关系；生产长度与三大效应的交互作用均有利于碳减排，其中，价值链生产长度引起的结构效应效果最为显著。在我国制造业参与国际分工的过程中，价值链生产长度延长所带来的产业结构升级，对于降低制造业碳排放具有积极意义。这主要在于生产长度延长过程中发生的企业创新、技术进步和生产率提升等，能够极大程度地促生国内相关产业结构转型升级，当由生产碳排放密集程度较大的产品向低碳型产品转变时，出口商品结构也会逐渐由重污染型产品向轻污染型转变，并进一步在此背景下减少碳排放。

（2）从表3 的模型对比中可以发现，国内、国际生产长度对碳排放的影响方向截然相反，国内生产长度的提升有利于制造业碳减排，而国际生产长度的延长将增加碳排放。这一结果与吕延方等［16］的研究结果近似。国际生产长度的延长，出口规模的扩张，在没有合适的清洁生产技术广泛应用之前，加工贸易规模越大，经济的碳排放也越大。

（3）表1 中模型显示，产业结构升级、技术进步均对制造业碳减排具有促进作用，而经济规模扩张却对碳排放存在提升作用；加入生产长度与三大效应交互项的检验结果则显示，三大效应与生产长度的交互作用均有利于碳减排，但包含规模效应的交互项减排作用不明显。

四、结论及政策启示

本文的研究结果显示，全球价值链生产长度对于制造业碳减排具有积极影响，但影响程度因国内、国际生产长度的不同而变化。具体来看，如若制造业全球价值链生产长度的提升是以国内生产长度的延长为基础，那么将对制造业碳排放的减少具有促进作用；如若价值链生产长度的提升以国际生产长度为主，那么将会增加制造业碳排放。

据此，本文的研究观点是：依托价值链生产长度的延长确实可以实现碳减排，以价值链生产长度延长为基础的产业结构调整在碳减排上也具有广阔的操作空间。但是应当注意不能陷入过去为了出口而出口的误区，不可以为了追求价值链生产长度的延长而笼统地谈延长，在这一过程中必须区分清楚生产长度的国内、国际部分和其中包含的技术含量及产业结构变化，即如何有效推进本国国内生产长度的延长，如何有效提升制造业在此过程中的技术水平及产业升级，才是发挥价值链生产长度延长对碳减排积极作用的关键所在。

为了有效实现全球价值链生产长度延长的碳减排效应，本文提出如下建议：

（1）国内制造业各部门应当加强彼此间的联系，积极延长产品的国内生产长度部分，通过提高生产的精细度来提高资源利用效率和清洁生产水平，最终实现碳减排。

（2）鉴于价值链生产长度和技术进步的交互作用对制造业碳减排效果显著，我国应鼓励、拉动国内制造业各相关部门通过提升技术水平而实现碳减排。这不但能直接对碳减排产生积极作用，更可以通过自身国内技术升级，达到国内生产长度延长的效果，间接缩短国际生产长度部分，促使制造业碳排放进一步减少。

（3）虽然价值链生产长度的延长能带来制造业碳排放的减少，但是不能为了延长生产长度而延长，应注意有效区分国内、国际生产长度。本文的实证检验已经表明，国际生产长度的延长并不利于制造业碳减排，应该有效引导制造企业通过国内生产长度的延长，逐渐相对缩短国际生产部分，并最终实现国际生产长度的国内平行替代。