中国工业用水强度下降的省际贡献差异与空间相关性

陈东景，冷伯阳

(青岛大学经济学院，山东 青岛 266061)

在水资源短缺对经济社会发展的刚性约束日益凸显，我国推进经济高质量发展的大背景下，不断降低工业用水强度，持续提高工业用水效率，是实现我国水资源利用“双控”工作的一个重要任务[1]。我国地域广阔，各地工业经济发展差异明显，工业用水强度具有较大差距。在全国工业用水强度持续下降的过程中，各地工业用水强度也在不断下降。深入分析进入新世纪以来我国工业用水强度下降的省际贡献差异及其时空变化特征，找到有效推进工业用水强度持续下降的差异化途径，对有效贯彻“节水优先”方针，全面落实最严格水资源管理制度具有重大意义。

工业用水强度在国内通常被表述为“万元工业增加值用水量”，是政策制定者和管理部门考察工业生产活动中水资源使用效率的重要指标[2]。自开展节水型社会建设以来，该指标在中央政府与各级地方政府制定的国民经济与社会发展规划纲要中，都被作为自然资源提质增效的一个重要约束性指标进行考核。研究者主要运用现代统计学方法、因素分解方法、计量经济学方法等对工业用水强度的时空变化、影响因素与空间相关性等进行定量研究，取得了较多成果。在工业用水强度的时空变化上，研究发现我国经济发展落后地区的工业用水强度下降速度比经济发达地区的工业用水强度下降速度更快，经济发展落后地区存在工业用水效率的追赶效应，各地工业用水强度具有一定程度的收敛性[3]；环境规制等因素对区域工业用水强度收敛性产生了非线性影响，存在门槛效应[4]。在工业用水强度的影响因素分析上，运用LMDI等模型分析的结果表明，部门结构调整和技术进步因素对降低中国大陆地区工业用水强度的驱动作用存在较大差别，其结构份额逐渐降低、效率份额逐渐提高[5]；进一步研究表明，规模结构效应、部门结构效应和行业结构效应对工业用水强度的下降起到正向促进作用，而技术进步效应阻碍了工业用水强度下降，这主要是由于规模以下工业用水强度太高，拉高了工业用水强度[6]；运用Tapio模型分析的结果表明，近年来环境规制强度或技术进步处于上升状态而工业用水强度呈现负增长，导致环境规制、技术进步与工业用水强度之间均存在显著的强脱钩状态[7]。空间相关性分析表明，2003—2013年我国省际工业用水强度具有显著的空间自相关关系，并且呈现南北分异特征[8]；2005—2016年间中国工业用水强度在省级范围内具有显著的空间正相关关系，工业用水强度和工业用能强度相互之间依赖性较强导致我国能-水消耗系数亦具有显著的空间正相关关系[9]

关于工业用水强度方面的已有研究成果，对了解我国工业用水效率的变化特点以及主要影响因素，采取有针对性的措施降低工业用水强度，推进我国工业节水进程具有重要参考价值。但是已有相关研究较少涉及以下问题：工业用水强度下降的区域贡献差异存在哪些特点，主要受到哪些因素的影响？技术创新能否通过提高工业用水重复率的中介效应，对工业用水强度下降的区域贡献产生显著影响？全国工业用水强度下降的省际贡献是否存在空间相关性？鉴于此，本文构建工业用水强度下降的贡献度指数，分析2001—2018年全国工业用水强度下降贡献度指数的省际差异，实证检验工业用水重复率中介效应的存在性与程度大小，考察工业用水强度下降省际贡献的空间关联程度，为促进工业用水强度持续下降提供政策参考。

1 研究方法、数据收集与处理

1.1 工业用水强度下降贡献度指数

全国工业用水强度是各省(自治区、直辖市)(以下简称为省份)工业用水强度经过权重系数调整后的加总：

E=∑eifi

(1)

式中：E为全国工业用水强度；ei为i地区的工业用水强度；fi为i地区工业增加值占全国工业增加值的比例。

考察期间各省份工业用水强度变化在全国工业用水强度下降中的贡献度指数为

(2)

式中：Ci为i地区考察期工业用水强度贡献度指数；ei0和ei1分别为i地区基期和考察期的工业用水强度；fi0和fi1分别为i地区基期和考察期的工业增加值占比；E0为基期的工业用水强度；E1为考察期的工业用水强度。若工业用水强度呈下降态势，则有E10，表明i地区的工业用水强度变化对全国工业用水强度下降起了正向作用，该值越大，正向作用越大，在全国工业用水强度下降中所作贡献越大；反之，若Ci<0，表明i地区的工业用水强度变化在全国工业用水强度下降中起了负向作用，值越小，负向作用越大，越不利于全国工业用水强度下降。本文提出的工业用水强度下降贡献度指数，不仅能够用来测度各省份的工业用水强度在全国工业用水强度变化中的份额，而且在一定程度上也反映了各省份在全国工业节水工作中的相对贡献大小。

1.2 中介效应检验模型

科技创新通过推广采用新技术、新材料、新工艺和新设备，增加循环用水次数，提高工业用水重复利用率，减少新鲜水取用量，进而促进工业用水强度下降。参考文献[10]，本文构建中介效应模型，检验科技创新是否通过提高工业用水重复率进而影响工业用水强度贡献度指数。中介效应模型由下列3个方程组成：

Cit=a0+a1Hit+∑θiXit+uit

(3)

Rit=β0+β1Hit+∑γiXit+δit

(4)

Cit=φ0+φ1Hit+φ2Rit+∑ηiXit+εit

(5)

式中：Cit为工业用水强度贡献度指数；Hit为科技创新指数；Rit为工业用水重复率；Xit为控制变量；uit、δit和εit为随机扰动项；α0、α1、β0、β1、φ0、φ1、φ2、θi、γi、和ηi为待估计参数。在回归过程中，首先，检验解释变量Hit对被解释变量Cit的影响系数a1的显著性。其次，在系数a1显著的前提下，检验解释变量Hit对中介变量Rit的影响系数β1的显著性以及中介变量对被解释变量Cit的影响系数φ2的显著性。如果二者均显著，则表明存在中介效应。最后，检验系数φ1的显著性。若φ1显著，则表明存在部分中介效应；若φ1不显著，则表明存在完全中介效应。

1.3 空间相关性分析

莫兰指数(Moran’sI)有全局莫兰指数和局部莫兰指数之分，常被用来进行空间相关性分析。全局莫兰指数能在不依赖模型具体形式的情况下，反映整个研究区域所有空间单元之间的平均关联程度和显著性[11]，计算公式为

(6)

局部莫兰指数用来检验事物或者现象是否存在局部空间子系统的空间相关性，用来识别随空间位置不同而可能存在的不同空间关联模式，弥补了全局莫兰指数无法表征整体内部各地区空间聚集特征的不足[12]，计算公式为

(7)

局部莫兰指数的取值范围为-1～1。若Ii为正，表明区域i与其临近区域均为高值区，属于高-高空间集聚区；或者区域i与其临近区域均为低值区，属于低-低空间集聚区，即区域i存在相似值的空间集聚。若Ii为负，则表明区域i与其临近区域呈相反的值，区域i为高值则其临近区域为低值；反之亦然，即区域i存在相异值的空间集聚。据此，可以分析研究对象的空间聚集状态及其变化特征。

1.4 数据收集与处理

原始数据来源于中国国家统计局历年出版的《中国统计年鉴》、中国水利部历年出版的《中国水资源公报》、中国住房和城乡建设部历年出版的《中国城市建设统计年鉴》以及各省份出版的统计年鉴。要说明的是，鉴于西藏自治区和港澳台地区的部分数据缺失，研究对象仅包含中国大陆地区的30个省份。为了保证数据的可比性，对有关数据进行了不变价处理，以2000年价格表示。

2 工业用水强度下降的总体特征与省际贡献差异分析

2.1 全国工业用水强度下降的总体分析

由图1可知，2001—2018年，全国工业用水强度持续下降，但是下降量总体上呈现阶梯式减少趋势。2002年工业用水强度下降量高达30.06 m3/万元，这与当年我国开始推行节水型社会建设关系密切。在我国决定大力推进资源节约型、环境友好型社会建设的前四年(2005—2008年)，全国工业用水强度减少量基本维持在16.32～18.21 m3/万元之间，工业用水强度下降率则保持持续上升势头，由2005年的9.98%增加到2008年的12.53%，这说明两型社会建设更加有效地降低了工业用水强度。2009—2012年，我国工业用水强度下降量又下降到一个新的水平，年平均下降量为10.99 m3/万元，下降率波动上升到研究期间的最高值12.55%。2013—2014年，我国经济发展逐渐进入新常态，供给侧结构性改革也逐渐展开，工业用水强度下降量减少到年均7.02 m3/万元。随着节水潜力的减弱，2015—2018年工业用水强度下降量进一步减少到年均3.70 m3/万元，下降率呈现波动下降态势，年均下降率为7.40%。工业用水强度的下降量和下降速度出现“双减少”现象，反映出工业节水压力持续增加，工业用水强度下降减速的新常态。

图1 全国工业用水强度下降量与下降率

2.2 工业用水强度下降的省际贡献度指数计算与分析

根据式(2)计算2001—2018年全国工业用水强度下降的省际贡献度指数，并按照“十五”“十一五”“十二五”和“十三五”前期4个阶段进行整理，结果见表1。由表1可知，在区域分布上，全国工业用水强度下降的省际贡献存在较大差距，东中部各省份的节水贡献普遍较大，西部各省份的节水贡献普遍较小。2001—2018年，工业大省江苏、黑龙江和广东在30个省份贡献度指数中居于前3位，对全国工业用水强度下降的贡献度指数分别达到11.22%、9.47%和9.22%；工业增加值在全国工业增加值中占比极低的海南、青海、宁夏3省(自治区)对全国工业用水强度下降的贡献居于最后3位，贡献度指数分别为0.34%、0.36%和0.43%。

表1 全国工业用水强度下降的省际贡献 单位：%

“十五”“十一五”“十二五”以及“十三五”前期，东、中部地区的贡献度指数有所下降，分别由“十五”期间的45.92%和36.31%下降到“十三五”前期的43.12%和32.56%；西部地区的贡献指数明显上升，由“十五”期间的17.77%上升到“十三五”前期的24.32%。这表明，虽然西部地区各省份对全国工业用水强度下降的贡献度指数普遍较小，但是它们的上升势头明显。

为了更全面地反映中国不同时期工业用水强度下降省际贡献的动态变化趋势，笔者绘制核密度分布曲线。由图2可知，不同时期工业用水强度下降的省际贡献曲线均呈现右拖尾分布；从峰值变化上看，核密度分布曲线的峰值处于下降态势，曲线由“瘦高型”向“矮胖型”变化，这说明全国工业用水强度下降的省际贡献差距不断缩小，特别是从“十一五”到“十二五”的省际贡献差距缩小更为明显；从“十五”到“十三五”前期，双峰或多峰趋势逐渐消失，反映出省际贡献度的极化现象逐渐弱化；曲线右拖尾现象出现明显的弱化特征，这说明在2001—2018年，30个省份在全国工业用水强度下降中的贡献率具有明显的收敛特征。全国工业用水强度下降省际贡献度指数的变异系数由2001年的1.48下降到2018年的1.22，即全国工业用水强度下降的省际贡献呈现σ收敛的基本事实也反映了这个变化趋势。

图2 工业用水强度下降省际贡献核密度分布曲线

2.3 影响全国工业用水强度下降省际贡献的因素分析

根据式(3)～(5)，对影响全国工业用水强度下降省际贡献(C)大小的主要因素以及是否存在中介效应进行分析。本文以科技创新为核心解释变量，工业用水重复率(R)为中介变量，经济发展水平、对外开放水平、水资源禀赋、政府支持水平等为控制变量。其中，以每千人专利申请受理数表示科技创新水平(H)，以人均GDP表示经济发展水平(G)，以外商直接投资(FDI)表示对外开放水平(O)，以人均水资源量表示水资源禀赋(P)，以排污费征收额表示政府干预程度(V)。

表2中的模型(1)～(3)是不考虑控制变量的回归结果，模型(4)～(6)是增加控制变量后的回归结果。这2类回归在一定程度上也验证了科技创新对省际贡献的影响以及工业用水重复率的中介效应是否具有稳健性。

表2 工业用水重复率的中介效应

由表2可知，2001—2018年全国工业用水强度下降省际贡献显著受到科技创新的正向影响，并且这种影响具有相当程度的稳健性。这说明，科技创新水平越高，工业用水强度下降越快，越有利于提高工业用水强度下降的省际贡献度。模型(2)和(5)的回归结果表明，工业用水重复率的确受到科技进步的正向影响。模型(3)和(6)的回归结果反映出科技创新通过工业用水重复率对工业用水强度下降省际贡献产生了积极作用，即工业用水重复率的中介效应的确存在，工业用水重复率每上升一个百分点，全国工业用水强度下降的省际贡献率上升约0.005～0.011个百分点。

4个控制变量中，经济发展水平(lnG)对工业用水强度下降省际贡献具有显著的抑制作用，外商直接投资(lnO)和政府干预(lnV)对工业用水强度下降省际贡献具有显著的促进作用，而水资源禀赋(lnP)对工业用水强度下降省际贡献的作用不显著。这意味着，各省份的经济发展水平越高，对工业产品的需求量越多，工业需要消耗更多的水资源，越不利于工业用水强度的下降；对外开放程度越高，伴随着外商直接投资而来的先进管理经验和较高生产效率，越能够加快工业用水强度的下降；政府通过征收排污费这一环境规制工具，能够倒逼工业企业加快采用新技术，改进工艺流程，降低工业用水强度；水资源禀赋弱于经济发展水平、对外开放程度和政府干预等经济社会因素对工业用水强度下降省际贡献的影响，这在一定程度上为制定有针对性的措施，加快降低工业用水强度指明了切入点。

3 工业用水强度下降省际贡献的空间相关性

为了反映全国工业用水强度下降省际贡献的空间分布特征，根据式(6)计算2001—2018年全局莫兰指数(表3)。由表3可知，研究期的全局莫兰指数为0.148，并且比较显著，这表明18年间全国工业用水强度下降省际贡献具有比较显著的空间正相关关系。不同年份的全国工业用水强度下降省际贡献的空间相关关系存在较大差别：2001—2005年我国各省份贡献度指数的空间相关性较差，说明在节水型社会建设之初，贡献程度较大省份更容易在技术、经济发展水平等优势之下促进自身工业用水强度的下降，而对周围省份的空间溢出效应较弱；2006年之后各省份贡献度指数的空间正相关明显增强，说明随着节水型社会建设的深入开展，技术先进省份的外溢效应不断增强，节水贡献较高省份与周围省份的空间正相关关系逐渐显现。“十五”“十一五”“十二五”和“十三五”前期的分段统计结果也反映出这种变化趋势：各省份的贡献度由“十五”期间不存在空间自相关关系，到“十一五”“十二五”和“十三五”前期存在空间正相关关系，并且空间正相关关系越来越显著。这在很大程度上也说明，随着节水型社会建设的持续推进与供给侧结构性改革的深化，全国工业用水强度下降省际贡献的空间集聚效应逐渐增强，具有较高工业节水贡献的省份对周边省份产生了越来越明显的空间溢出效应。

表3 工业用水强度下降省际贡献度的全局莫兰指数

根据式(7)，计算“十一五”“十二五”和“十三五”前期以及2001—2018年我国工业用水强度下降省际贡献的局部莫兰指数，并据此将这4个研究时段全国工业用水强度下降省际贡献率的空间集聚关系分为高-高、低-高、低-低、高-低4类(表4)。高-高空间集聚关系，表示工业用水强度下降贡献率高的区域被工业用水强度下降贡献率高的其他区域包围；低-高空间集聚关系，表示工业用水强度下降贡献率低的区域被工业用水强度下降贡献率高的其他区域包围；低-低空间集聚关系，表示工业用水强度下降贡献率低的区域被工业用水强度下降贡献率低的其他区域包围；高-低空间集聚关系，表示工业用水强度下降贡献率高的区域被工业用水强度下降贡献率低的其他区域包围。由表4可知：①全国工业用水强度下降省际贡献率在研究期间具有较明显的空间集聚特征，即全国工业用水强度下降的省际贡献随着空间位置不同而存在不同的空间关联模式；②18年间，全国工业用水强度下降省际贡献呈现比较明显的低-低空间集聚，高-高空间集聚次之，并且高-高集聚区主要位于东部省份，低-低集聚区主要位于西部省份；③在这4个时期，海南省始终处于低-高空间集聚状态，河南和四川两省始终处于高-低空间集聚状态。这反映出，对全国工业用水强度下降具有较高贡献的河南省和四川省，周边始终集聚着工业用水强度下降低贡献率区域；对全国工业用水强度下降具有较低贡献的海南省，周边始终集聚着工业用水强度下降高贡献率区域。这一现象可以从表1中的信息得到佐证。

表4 工业用水强度下降省际贡献率的空间集聚分类

4 结 论

a.2001—2018年，30个省份的工业用水强度变动对我国工业用水强度持续下降的贡献度存在较大差别，东中部省份的节水贡献普遍较大，西部省份的节水贡献普遍较小；东中部地区的贡献指数有所下降，分别由“十五”期间的45.92%和36.31%下降到“十三五”前期的43.12%和32.56%；西部地区的贡献指数明显上升，由“十五”期间的17.77%上升到“十三五”前期的24.32%。

b.“十五”“十一五”“十二五”以及“十三五”前期的核密度分布曲线变动表明，全国工业用水强度下降的省际贡献差距不断缩小，特别是从“十一五”到“十二五”的省际贡献差距缩小更为明显，省际贡献度的极化现象逐渐消失，省际贡献具有明显的收敛特征。

c.中介效应分析表明，科技创新对工业用水强度下降的省际贡献具有显著的正向影响，并且工业用水重复率产生了比较显著的中介效应。

d.“十五”期间，全国工业用水强度下降的省际贡献不存在显著的空间相关性，其后省际贡献的空间正相关关系越来越显现，以低-低和高-高两种空间集聚状态为主，且高-高集聚的省份数量有所增加，低-低聚集的省份数量有所减少。这表明全国工业用水强度下降的省际贡献的空间集聚性逐渐增强，具有较高工业节水贡献的省份对周边省份产生了越来越明显的空间溢出效应。

e.经济发达省份大多完成了工业化进程并转向后工业化时期，其工业用水强度小，下降潜力也越来越小；经济欠发达省份则正处于工业化阶段，工业用水强度相对较高，是未来全国工业用水强度下降的潜在主力省份。经济欠发达省份应该更加重视提高科技创新水平和工业用水重复率，实现工业用水强度的更快下降，增加其在全国工业用水强度下降中的贡献份额，推动全国工业节水向更高水平、更高质量的方向迈进。