基于SDM 模型的产业升级对生态环境质量作用及溢出效应分析

□向栋良

（广东中地土地房地产评估与规划设计有限公司 广东 广州 510200）

1 研究背景

截至2019 年末，在全国统计的城市中，空气质量达标城市仅占46.6%，生态质量优良区域仅占44.7%，表明我国生态环境状况不容乐观。粗放型经济发展方式引发资源过度消耗、生态环境污染隐患突显、绿化设施不足和生态系统功能下降等问题，并演变为制约我国经济可持续发展和社会进步的瓶颈。

产业结构作为协调经济发展与生态环境保护之间的枢纽，反映各个产业在国民经济中的比重和关联变化，产业升级是其正向化特征的集中体现，实质是生产要素在不同产业间的有机流动、协调配置，并通过技术进步和改进管理模式等手段提升生产效率和产品质量的过程[1]，对资源配置[2-3]、能源消耗[4-5]、技术进步[6-7]和经济增长[8-9]等具有重要作用。产业升级会对生态环境质量产生怎样影响?是否存在区域差异和空间溢出效应?通过构建产业升级对生态环境作用的关系模型，分析产业升级对生态环境质量的影响，并进行多方面异质性考察，为我国更好制定产业发展政策以及优化生态环境质量提供理论借鉴和经验参考。

目前，关于产业升级对生态环境质量的影响研究主要存在以下3 种观点。第一种观点认为，产业升级对提升生态环境质量具有积极作用。Brock W 和郭子琪认为产业结构升级通过要素转移提高生产效率，并通过节能减排技术达到保护环境的效果[10-11]。Llop 认为产业升级和空间优化措施有助于实现环境保护与经济发展之间的互利平衡，对生态环境优化产生积极作用[12]。袁晓玲等人和Dong 通过实证分析表明产业转型升级和提升生态环境质量存在良性互动关系，在产业转型升级过程中往往伴随科学技术创新，提高能源使用率和生产效率，减少污染物排放，有助于提升生态环境质量，而在生态环境改善过程中，也倒逼企业进行转型，因此，有利于产业转型升级[13-14]。第二种观点认为，产业升级与生态环境质量存在非线性关系。李鹏支持产业升级与污染物排放存在“U”型曲线关系的观点，就我国当前形势而言，工业固体废弃物和废水排放仍处于“U”型曲线左侧，即产业升级对其起到抑制作用；而二氧化硫则处于“U”型曲线右侧，即产业升级会先抑制二氧化硫排放，达到一定阶段时，会增加二氧化硫排放，其作用会受到经济发展的影响[15]。范庆泉等人认为产业升级与生态环境质量的关系会因所处阶段不同而产生相异结果，当产业升级处于初级阶段时会对生态环境质量起到破坏作用；当产业升级处于高级阶段时会对生态环境质量起到优化作用[16]。Wei 通过PSTR 模型分析结果表明，我国产业升级与二氧化碳排放量存在非线性关系，并随着时间的变化而变化；在产业转型升级过程中，若是第二产业数量增加则会加剧环境污染，若是第三产业数量增加则会促进环境质量优化[17]。第三种观点认为，产业升级对生态环境质量优化没有起到积极作用。Cole 和Elliott认为产业升级对生态环境作用甚微且影响效应会因污染物选择不同而产生相异结论[18]。李姝运用广义矩估计分析发现，在产业升级过程中，由于大量污水未经过处理就进行排放，加剧了水污染程度，给生态环境造成压力[19]。龚梦琪和刘海云认为产业结构合理化会抑制生态环境优化，原因在于我国生产要素流动主要由农业转到制造业，排放大量污染物，不利于生态环境改善[20]。

国内外学者相关的研究成果较为丰富，但存在以下两点问题。第一，在研究范畴上，关于产业升级对生态环境质量影响的研究还处于比较缺乏、分散和粗浅状态，没有针对不同区域深入探讨产业升级对生态环境质量的影响，且研究单元多以省域或者某一地区为主，省域层面尺度大、内部差异高，准确度低。第二，在研究方法上，多数文献未考虑空间关联效应。在生产要素流动情况下，区域产业结构调整和生态环境质量改善都会对周边地区产生影响，如果利用传统估计方法，可能导致模型估计偏误，低估或高估某一因素对生态环境质量的作用。

鉴于此，文章从以下两个方面进行拓展。第一，在研究范畴上，相比以往关于产业升级水平对生态环境质量影响的文献多集中在省域层面，数据精度低，这对于全国范围内研究产业升级水平对生态环境质量的影响存在一定的不足。以2004—2018 年我国248 个地级市作为研究样本，进行更细化的研究，较以往研究，跨度更长、样本更多，更具有准确性。将中国分为东、中、西3 个部分进行分析，更加全面估计产业升级对生态环境质量的异质性影响效应，加强实证研究说服力，所得结论更具针对性和现实指导意义。第二，在研究方法上，运用空间计量方法考察产业升级对生态环境质量的影响。将空间要素纳入模型分析中，考虑生态环境质量的空间外溢性，从而能够更为准确评估产业升级对生态环境质量的影响。

此外，文章除了构建地理距离权重之外，进一步构建经济地理权重，更加真实反映距离衰减效应，弥补相关文献忽略地区经济差异对衰减速率影响的不足之处，提高结果稳健性。

2 评价方法与变量说明

2.1 数据来源

数据主要来源于历年的《中国城市统计年鉴》《中国统计年鉴》、各省市统计年鉴、EPS 数据库和CNRDS 数据库等。由于社会制度和统计口径的差异，研究对象不包含港澳台地区城市，最终选取248 个地级市作为考察对象，时间为2004—2018 年。

2.2 评价方法

熵值法是根据指标信息熵来确定各个指标权重，具有客观性强、准确度高的特点。其赋值原理主要根据各指标变异性大小确定权重，相对变化较大的指标权重较大，能够更为准确分析出指标差异性和重要程度。因此，采用熵值法作为指标赋值依据，其计算方法如参考文献[21]。

2.3 变量说明

2.3.1 被解释变量

生态环境是指影响人类活动的资源数量和质量总和，生态环境质量是指生态环境优劣程度，是根据人类生存发展具体要求对生态环境性质与状态的结果进行评定[22]。鉴于数据的权威性与可获取性，参考Rapport 等人[23]和李强等方法[24]，运用PSR 评价模型从生态环境压力（lnEnp）、生态环境状态（lnEnp）、生态环境响应（lnEnp）这3 个方面来构建生态环境质量综合指标（lnEn），具体如表1 所示。

表1 生态环境评价指标

2.3.2 核心解释变量

产业升级是指产业结构协调发展，生产要素有序流动，主导产业从低到高更替，并通过改进科学技术和创新水平提高生产要素和产品质量的过程。从产业合理化（lnIR）、产业高级化（lnIS）、产业智能化（lnIA）和产业创新化（lnIC）这4 个方面来构建产业升级综合评价指标（lnIU），具体如表2 所示。

表2 产业升级评价指标

产业合理化是指通过产业结构调整生产要素合理配置和有效利用程度。从静态上看，是产业结构和就业人员相协调；从动态上看，是产业间互补能力和转换能力。借鉴干春晖的研究方法[25]，用各产业产值占比与就业人数占比，构成产业结构偏离度来测度产业合理化水平，更能体现产业结构规模协调度和内部均衡度，其计算公式如下。

其中，yi和li分别表示第i产业的产值和劳动力人数，当IR为0 时，表明产业结构处于均衡状态。值越小，产业结构域均衡状态的偏离度越小，产业合理化水平越高，反之，则表示产业合理化程度越低。

产业高级化是指城市主导产业依次从低层次向高层次转移，从劳动密集型产业向技术和资金密集型转移。根据配第-克拉克定理可知，随着经济发展，所在地区产业重心会从第一产业向第二、第三产业有序更迭。因此，借鉴干春晖的研究方法，将各城市第三产业与第二产业的产值之比作为其测度指标。

产业智能化是指通过智能技术提高研发、管理以及服务等环节的效率，促进产业结构调整和升级。借鉴杨万里的研究方法[26]，将人均互联网用户数与信息传输、计算机服务和软件业从业人员数占比来衡量产业智能化水平。

产业创新化是指企业利用技术、知识等无形要素对生产要素进行重新整合，运用新技术，生产新产品，并在市场上进行销售，创造更多利润从而促进产业升级。技术创新是经济增长和产业发展的核心动力，因此，运用技术创新来衡量产业创新化水平。技术创新体系包括创新投入和创新产出，借鉴李兵等和徐皓等的研究方法[27-28]，用人均R&D 经费内部支出作为创新投入测度指标，用人均专利申请数作为创新产出测度指标。

2.3.3 控制变量

文章将城镇化水平（lnUrb）、人口素质（lnEdu）、地区富裕程度（lnPro）、政府干预强度（lnGov）、外商投资规模（lnFdi）等作为控制变量加入到模型中，以减少遗漏变量可能带来的估计偏误问题。其中，城镇化水平参考马孝先的做法[29]，采用非农人口与总人口之比作为测度指标，单位为%。借鉴赵志威等人的做法[30]，采用人均受教育年限作为人口素质衡量指标，单位为年。政府干预程度参考张广胜等人2019 的研究方法[31]，采用人均财政支出作为测度指标，单位为元/人。参考康书隆等人的研究方法[32]，以职工平均工资作为地区富裕程度测度指标，单位为元/人。利用人均实际利用外资金额作为衡量指标，并依据对应年份汇率，将美元折算成人民币。具体如表3 所示。

表3 各变量描述统计

3 空间计量模型的构建

Moran's I 指数的检验结果表明，应将传统计量模型拓展为包含空间关联效应的空间计量模型。文章通过建立普通形式的空间杜宾模型（SDM 模型）作为实证分析的基础模型，并对不同形式的空间计量模型进行关系梳理，SDM模型可表述如下。

式中：yi为被解释变量，w为空间权重，xi为解释变量，payi为被解释变量的空间滞后性，表示区域被解释变量对周边地区被解释变量的空间溢出效应，θwxi为解释变量的空间滞后项，表示区域解释变量对周边地区被解释变量的影响；α为常数项，In为单位矩阵，ε为随机误差项，p、θ和β为待估参数。当p=0 时，则SDM模型转化为空间滞后模型（SLM 模型）；当θ=0 时，则SDM模型转化为空间自回归模型（SAR模型）；当θ=-pβ时，则SDM 模型转化为空间误差模型（SEM模型）。

通过理论分析和实证检验表明用点估计空间计量模型可能会导致结果偏误问题。因此需运用偏导数将结果总效应分为直接效应和间接效应，以期进一步提高结果可信度，具体将公式（3）转为。

式中：矩阵对角线元素的平均值为直接效应，表示区域解释变量对被解释变量的作用，其余元素的平均值则为间接效应，反映区域解释变量对周边地区被解释变量的空间溢出效应。以上仅为SDM模型的一般形式，结合文章研究实际，将具体形式表述如下。

式中：lnEnit表示生态环境质量，lnIUit表示产业升级水平，lnUrbit表示城镇化水平，lnEduit表示人口素质，lnProit表示地区富裕程度，lnGovit表示政府干预强度，lnFdiit表示外商投资规模，wlnEnit、wlnIUit、wlnUrbit、wlnEduit、wlnProit、wlnGovit和wlnFdiit为对应解释变量的空间滞后项。

4 实证结果分析

4.1 全样本分析

为了便于比较，从表4 列示SDM模型随机效应实证回归结果可以看出，在地理距离权重和经济地理权重下，产业升级系数均为正，且在1%水平上显著，说明产业升级对生态环境质量提高有明显的正向促进作用；产业升级空间滞后项显著为正，说明区域产业升级对周边地区生态环境质量有正向溢出效应。表4 中基于点估计检验模型结果只能就产业升级对生态环境影响作出初步判断，为提高结果稳健性，运用偏微分将产业升级对生态环境质量影响结果分解为直接效应和间接效应，具体如表5 所示。

表4 SDM模型估计结果

表5 空间效应分解

产业升级的直接效应和间接效应均显著为正，进一步论证了产业升级对生态环境优化具有积极影响，且存在明显正向溢出效应。产业升级之所以能对生态环境起到优化作用的原因有以下两点。第一，产业升级通过减轻生态环境压力来促进生态环境优化。在产业升级过程中，注重绿色发展和循环发展模式，改善资源配置扭曲，引导劳动力和资源等从附加值向高附加值转变，通过改进生产要素提高资源的使用效率，即获得相同经济产出所需资源消耗量减少，降低人均能源消耗量和污染物的排放量，并通过淘汰高污染和高消耗等落后产业减轻生态环境压力，对生态环境质量起到修复和保护作用。第二，产业升级通过提高生态环境治理促进生态环境优化。产业升级有利于优化管理模式和提升技术水平，促进企业向着更加节能、环保的方向发展，通过结构效应和技术效应提高对污染物的处理水平，进而提高生态环境质量。

产业升级对生态环境质量具有正向溢出效应的原因有以下两点。第一，生产要素不仅在产业间转移，同时也在市际间转移，发达城市在产业升级过程中往往伴随着将生产要素向周边城市转移，而生产要素转移过程中又将挤出承接城市中高耗能和低效率资源要素，提高资源使用效率，进而促进临近城市的生态环境优化。第二，产业升级存在明显空间外溢效应，区域产业结构升级会带动临近地区产业结构升级，体现了经济学中“搭便车”效应，城市间产业升级存在竞争效应，当区域加大对产业结构调整和升级时，反而倒逼周边城市采取政策调整资源要素，可以提高资源配置效率。

4.2 区域异质性分析

我国幅员辽阔，各个地区环境规制、产业升级水平和生态环境质量存在差异，改革开放以来，区域经济非均衡战略实施加剧我国各区域间产业升级梯度的异化。为进一步探究产业升级对生态环境质量的区域异质性影响，文章将248 个城市按照所处的地理位置，划分为东部、中部、西部城市进行异质性考察，具体如表6 所示。

表6 区域异质性估计结果

产业升级的直接效应和间接效应在东部和中部地区均显著为正，但在西部地区却没有通过显著性检验。说明产业升级对生态环境质量的影响存在明显的区域异质性。在东部和中部地区，产业升级对生态环境质量优化具有明显的直接正向效应，而在西部地区作用却不明显，其原因有以下两点。第一，东部和中部地区得益于人才、资金和技术等方面的集聚优势，市场竞争更加激烈，传统高污染和高耗能产业逐渐被淘汰，取而代之是高新技术产业或服务业，减少污染物的排放量，提高废弃物的处理效率，因此对生态环境质量具有正向促进作用。而西部地区由于地理位置限制，对高素质人才和资金吸引力较低，难以吸引高新技术产业和清洁产业的流入，各类生产要素从农业部门转向工业部门，虽然会带来经济大幅度增长，但也导致资源耗竭和环境污染等问题。第二，近年来东部和中部城市的落后产能逐渐向西部城市转移。东部和中部发达城市经过长期发展，导致资源紧缺和生产成本提高，传统产业向西部转移，西部地区为了吸引企业投资往往会降低环境规制，在产业转移过程中需要以破坏生态环境为代价，难以发挥产业升级对生态环境质量的促进和溢出作用。

4.3 产业维度异质性分析

从更微观层面探究产业升级对生态环境质量的影响效应，文章以产业升级的4 个评价维度分别探讨其对生态环境质量的影响，具体如表7 所示。

产业升级主要通过产业高级化、产业创新化和产业智能化来促进生态环境的优化。在产业高级化的转变过程中，随着第三产业比重逐渐增加，信息技术、金融保险和现代服务业不断发展，因此落后产业被挤出，从而减少污染物排放，对生态环境质量有较大拉动作用。产业创新化通过技术创新，使得产业内部新旧技术替换，提高生产效率，并通过技术创新带来更环保的排污系统，有效处理污染物，降低污染治理成本，提高区域资源回收率和垃圾处理率等，实现节能减排，改善生态环境质量。产业智能化将生产技术和智能技术相互融合，以提高研发、管理及服务等环节的效率。产业智能化提高对上、下游企业产品要求更高，倒逼下游企业提高要素使用效率和产品附加值，加速规模生产和绿色生产，促进生态环境质量的优化。

产业合理化对生态环境质量并没有明显的作用，主要原因在于产业合理化是指产业内部的资本、技术和劳动力等生产要素合理配置和有效利用。目前，我国仍然普遍存在要素市场扭曲、要素流动不合理、产业调整慢和水平低等现象。因此，无法充分发挥对生态环境质量的优化作用。此外，产业结构合理化涉及要素资源在产业之间的配置，在调整过程中，可能导致生产要素和产业所需不能及时匹配，造成资源浪费，破坏生态环境。因此，产业合理化对生态环境质量并没有产生显著的影响。

5 结论与建议

在梳理和归纳相关研究基础上，以2004—2018 年248 个地级市面板数据为研究样本，运用SDM模型考察产业升级对生态环境质量的影响。结果显示：①产业升级水平和生态环境质量的高值区域多集中在东部城市。②产业升级和生态环境质量具有显著的空间依赖特征，产业升级会促进区域生态环境质量的上升，并通过空间溢出效应，促进周边地区生态环境质量提高。③产业升级对生态环境质量的优化作用存在明显区域异质性，产业转型升级对生态环境质量的正向促进作用仅出现在东部和中部城市，对于西部城市并没有产生显著影响。④产业高级化、产业智能化和产业创新化对提升生态环境质量具有积极作用，但产业合理化对生态环境质量的积极作用不明显。基于此，提出以下4 点建议。

第一，加快产业结构优化升级。传统高污染高耗能产业是导致能源消耗增大和生态环境污染的重要原因之一，因此传统产业的转型升级对提高生态环境质量起到至关重要作用。应采用合理化、高级化、智能化、创新化的产业转型升级发展模式。

第二，推进区域联动合作。城市间的生态环境质量存在外溢效应，政府在制定政策时要全面分析地区所处环境，考虑临近城市发展现状，需实现科学顶层设计，以一体化思维方式提高生态环境质量。通过建立跨区域生态环境管理小组和仲裁机构，明确各自责任与义务，强化区域之间共同承担生态环境治理责任意识。

第三，实施因地制宜发展策略。由于我国幅员辽阔，各个城市地理位置、自然资源禀赋和社会经济发展等方面存在差异，导致生态环境质量水平不同。因此，需根据各个城市自身实际发展情况制定相应的政策和措施，共同提升生态环境质量。

第四，完善交通基础设施。产业升级水平和生态环境质量均存在正向相关关系，交通基础设施完善是实现资源和要素跨区域流动的重要保障。完善交通基础设施，有利于推动区域间要素快速流动和融合发展，逐步引导东部沿海地区的高质量环保产业和科学创新技术向中西部地区转移和扩散，提高中西部城市的生态环境质量。