辽宁省制造业集聚对工业能源效率的门槛效应

许淑婷， 李丹阳

(辽宁师范大学 地理科学学院，辽宁 大连116029)

能源是国民经济和社会发展的重要物质基础.中国能源发展的主要目标是推进能源革命，树立节约集约循环利用的资源理念，促进资源利用方式转变，加强利用全过程节约管理，大幅提高资源利用率[1].调整经济结构和能源结构，有助于提高工业能源效率，同时有助于巩固能源效率在经济社会发展战略中的重要地位.产业集聚尤其是制造业集聚作为能源消耗的重要组成部分，直接影响着工业能源效率的提高[2].研究制造业集聚与工业能源效率之间的关系，有利于推动制造业转型升级，提高经济效益；有利于制定专业化环境保护政策、节能减排、创建优美的生态环境；有利于创新经济发展方式，推动区域经济稳步发展.

能源效率是指单位能源能够带来多大的经济利益，即能源利用率的问题，而工业能源效率则是指工业产业每单位能源消耗所获得的工业产出总量.国内对能源效率的研究内容主要有能源效率的评价研究[3]、空间格局与空间效应[4]、影响因素[5]等.在产业集聚测度方面，已有研究主要利用区位熵指数[6]、区位基尼系数[7]、Moran’sI指数[8]、行业集中度[9]、密度指标[10]和EG指数[11]等指标或方法对不同产业的集聚水平进行识别与测度.国内在产业集聚对能源效率影响研究方面成果较多：纪玉俊等[12]运用门槛回归方法研究产业集聚与能源效率关系；姚小剑等[2]运用门限回归模型，研究中国制造业集聚与能源强度之间的关系.此外，还有众多产业集聚与能源效率关系的相关研究：生产性服务业集聚与能源效率关系[13]、政府行为选择视角下产业集聚对能源效率的影响[14]等.现有文献很少考虑产业集聚与工业能源效率的非线性关系，以及产业集聚作用于工业能源效率的外在因素变化对两者关系的影响.基于此，本文借助门槛面板模型，研究制造业集聚与工业能源效率之间呈现的复杂的非线性关系.

辽宁省作为中国重要的老工业基地，工业实力强劲，制造业集聚化程度高，对制造业集聚水平和工业能源效率的测度具有科学性和可行性.本文首先通过区位熵指数的方法测算辽宁省地级市的制造业集聚度，采用超效率SBM模型测度辽宁省的工业能源效率；其次，基于汉森面板门槛模型[15]，利用辽宁省的面板数据进行实证分析，检验制造业集聚对工业能源效率是否存在非线性门槛效应，进一步剖析产业集聚是通过哪些因素对工业能源效率产生影响的；最后提出提高工业能源效率的可行性建议，优化辽宁省制造业产业结构，改善辽宁省生态环境，推动辽宁省经济稳步发展.

1 研究方法、变量选择与数据来源

1.1 研究方法

1.1.1 区位熵指数

本研究基于辽宁省及其14个地级市制造业就业人数、产业总就业人数数据，采用区位熵指数的方法衡量辽宁省制造业的产业集聚度及专业化程度.区位熵指数是反映某一部门的专业化程度的指标，具体计算公式如下：

(1)

其中，LQij是指j区域i行业的区位熵指数,Lij是辽宁省某一地级市的制造业就业人数,Lj是辽宁省某一地级市工业总就业人数,Li是辽宁省制造业总就业人数,L是辽宁省工业总就业人数.当辽宁省内某一地级市制造业的区位熵指数>1 时，说明在辽宁省范围内，该地区制造业专业化程度高，集聚能力较强，具有比较优势；当区位熵指数<1时，说明该地区制造业集聚水平相对较低，缺乏集聚优势.

1.1.2 超效率SBM模型

数据包络分析(Data envelopment analysis,DEA)模型是目前评价全要素能源效率的主要方法.DEA模型是根据区域实际产出和投入水平与相对有效生产前沿之间的偏离程度[16]，预估相对效率的统计分析方法.Tone[17]提出的基于非期望产出的SBM模型是考虑到全部松弛变量的较为完善的DEA拓展模型，它显著的优点是非径向、非角度特征可以更精确地衡量能源效率水平.该模型的详细介绍见文献[18].

1.1.3 门槛模型

门槛模型能够挖掘变量之间跳跃性或者突变性的变化规律，准确拟合不同分组中解释变量与被解释变量之间的非线性发展关系[19-21]. 本文根据汉森的面板门槛模型探讨辽宁省制造业集聚对工业能源效率的影响，模型设定如下：

lnIEEit=α1+β1ln GOVit×I(ln GOVit≤γ)+
β2ln GOVit×I(ln GOVit>γ)+C+εit.

(2)

其中，IEEit表示工业能源效率即被解释变量，i表示城市，t表示时间，GOVit表示政府干预程度，在该式中也指门槛变量，β表示门槛变量对被解释变量的影响系数，I()表示定性函数，γ表示门槛值，C表示常系数，εit表示随机扰动项.上述模型只针对单门槛情况，双门槛或多门槛可由此扩展得出.

1.2 变量选择

制造业集聚方面，选择辽宁省14个地级市的就业人数作为集聚测度的数据指标.工业能源效率方面，根据全要素效率框架选取测评要素指标，将能源、资本、劳动力与技术作为投入要素的4部分，分别用能源消费量、全社会固定资产投资、年末从业人员数和科学技术预算支出进行测度[22].考虑到能源的功能和属性，期望产出指标有地区生产总值所代表的经济效益指数和社会消费品零售总额、地方财政收入所代表的社会效益指数.能源的不合理利用，会带来严重的生态问题，故而非期望产出指标是环境影响和运用熵值法计算出的环境综合污染指数.

门槛面板模型中，被解释变量是工业能源效率，核心解释变量是制造业集聚指数，门槛变量则是政府干预程度.除此之外，经济发展水平的不同引起制造业生产资料投入量的不同、外商投资的双向性、产业结构的变动、行业规模的大小等均是影响工业能源效率的重要因素，所以选其作为此次门槛模型的控制变量(表1).对模型中的变量数据取自然对数，以此来减小数据的异方差性以及原始属性数值造成的计量误差，增强面板数据的平稳性[20].

表1 门槛模型变量说明

1.3 数据来源

考虑到数据的可行性，本文选取2007—2017年辽宁省14个地级市作为研究对象.数据来自2008—2018年的《辽宁省统计年鉴》和各地级市统计公报，对于部分缺失数据，采用插值法进行补充.

2 辽宁省制造业集聚分析

通过原始数据的收集和整理，对2007—2017年辽宁省制造业区位熵指数进行计算，基于辽宁省制造业就业人数的区位熵指数(表2)分析辽宁省14个地级市的制造业集聚水平.

表2 辽宁省制造业就业人数的区位熵指数

辽宁省制造业区位熵指数在2007—2017年整体上呈缓慢下降趋势，说明辽宁省制造业在推进供给侧结构性改革和推动产业优化升级的经济政策引导下，得到高质量发展.测度数据具体分析可以得到，大连、鞍山、本溪、辽阳区位熵指数一直稳定在1以上，这些城市在辽宁省境内制造业专业化程度最具比较优势.凭借良好的地理位置和强大的经济实力，大连制造业就业人数集中且稳定，总体发展态势良好.作为中国重要钢铁工业基地的鞍山，工业基础雄厚，制造业集聚化程度高，空间集聚强.葫芦岛、营口、沈阳、抚顺区位熵指数均比较高，与辽宁省整体水平相比，具有一定的空间集聚态势与专业化水平.丹东、锦州、朝阳区位熵指数低于辽宁省平均水平，制造业集聚不明显，专业化程度有待提高.位于辽西北地区的阜新、铁岭两市经济基础薄弱、制造业发展落后，专业化程度处于较低水平.当地应鼓励科技创新，加大技术投入，延长制造业产业链，推动经济飞速发展.盘锦市受石油资源枯竭的影响，制造业集聚水平低，应寻找新的经济发展模式，推动当地经济稳步发展.

3 辽宁省工业能源效率分析

基于SBM模型，利用MAXDEA软件，测算出2007—2017年辽宁省工业能源效率，从时间、空间两个角度，深入分析辽宁省工业能源效率的变化趋势.如图1、图2所示.

图1 2007—2017年辽宁省工业能源效率平均值和标准差Fig.1 Average and standard deviation of energy efficiency in Liaoning province from 2007 to 2017

图1显示辽宁省2007—2017年工业能源效率均值呈现出先下降后上升的趋势，阶段性特征显著.2007—2014年辽宁省工业能源效率均值降低至0.381.一方面是因为辽宁作为全国重要的重工业基地，粗放式的经济发展方式资源能源消耗量大，不利于工业能源效率的提高；另一方面,受2008年国际金融危机的影响，辽宁省经济整体下滑，企业以牺牲生态环境为代价竭力挽救经济发展.2014—2017年辽宁省工业能源效率均值又提升至0.611，这主要是因为辽宁省进一步深入实施突破辽西北战略，经济环境得到改善，对工业能源效率的贡献显著且稳定.“十三五”发展规划提出之后，辽宁省转变了经济发展方式，促进传统制造业绿色改造，加强高能耗行业低能耗管控，从而推动工业能源效率的提高.

2007—2017年辽宁省工业能源效率标准差呈现出 3个“倒V”形循环式波动的特征.第一个“倒V”形是2007—2010年,辽宁省各地区应对2008年国际金融危机的能力不同，工业能源效率提高幅度不同，高能效地区和低能效地区差距逐渐增大.之后辽宁省为保持经济稳定高速发展，积极推进产业结构调整，加大对工业能源效率的技术投入，使其标准差逐步降低.第二个“倒V”形是2010—2014年,其中,2011年为节点，推测可能是辽宁省工业化和城镇化得到快速发展，能源消耗加剧，但各地区发展速度不一致，导致各地区工业能源效率差距拉大.之后，随着“十二五”规划的贯彻执行，辽宁省各地区工业能源效率差距逐渐缩小.第三个“倒V”形是2014—2017年，2016年标准差达到最大值为0.209，说明低能效地区环境污染、技术滞后、经济发展缓慢等问题严重，与高能效地区差距增大.自2016年实施“十三五”发展规划以来，辽宁省加大环保力度，降低能源消耗，推动工业能源效率的提高，各地区差距逐渐缩小.总体来看，2007—2017年辽宁省工业能源效率区域差异明显，但近年来有缩小趋势.

图2显示出辽宁省工业能源效率地区差异明显.沈阳、丹东、锦州、大连、鞍山、盘锦这6市高于全省工业能源效率的平均水平值0.573，属于高能效地区.这些地区经济发展水平高，相较其他地区而言，为提高工业能源效率提供更多的经济支持.阜新、辽阳、本溪、葫芦岛、抚顺属于中能效地区.朝阳、营口、铁岭3市的工业能源效率在0.5以下，属于低能效地区.朝阳市经济增长幅度小，研发投入少.营口市作为港口城市，对外贸易、港口经济发达，制造业发展速度缓慢，两市工业能源效率均处于低水准阶段.作为煤城的阜新和煤炭资源丰富的铁岭、抚顺，工业能源效率反而不高，与史丹的研究结果相一致[26].这是因为这些城市能源供应充足，为刺激能源产业发展，盲目开展高耗能项目，从而忽视工业能源效率的提高.

图2 辽宁省14地级市工业能源效率平均值、标准差和变异系数Fig.2 Average value, standard deviation and coefficient of variation of energy efficiency of 14 prefecture level cities in Liaoning province

标准差和变异系数的起伏变化基本一致.其中，表现较为稳定的有三类地区：沈阳、丹东、锦州为稳定的高能效地区；辽阳为稳定的中能效地区；朝阳、铁岭为稳定的低能效地区.本溪、葫芦岛、抚顺由于技术投入、研发资金的不稳定性导致波动幅度较大.营口市在各城市中波动幅度最大，说明该城市工业能源效率极不稳定且具有较大上升空间，应受到当地政府重视，提供相应的技术、资金等支持.

4 制造业集聚对工业能源效率的门槛分析

根据Hausman检验结果显示，卡方统计量值为106.76，对应的P值为0，说明拒绝使用随机效应模型，应使用固定效应模型.在固定效应模型的基础上，对门槛模型进行检验和分析.

4.1 门槛效应检验

辽宁省作为中国重要的重工业基地，制造业发展受到政府的大力支持，故将政府干预作为门槛变量，拟合辽宁省制造业集聚与工业能源效率之间的内在关系，并对门槛值是否存在，以及存在的个数进行检验.如表3所示的门槛效应检验结果表明，辽宁省制造业集聚与工业能源效率之间存在非线性关系，在5%的显著性水平通过双门槛检验，门槛估计值和95%置信区间如表3所示.

表3 门槛效应检验

似然比函数图直观地展示出门槛值和置信区间的分布，门槛变量似然比函数图如图3和图4所示.横坐标GOV表示政府干预程度，纵坐标LR表示似然比检验统计量，门槛参数的估计值是指LR为0时GOV的取值[27].图形中的虚线是在5%显著性水平下的临界值7.350，95%置信区间是所有LR值小于临界值所构成的区间.

图3 第1个门槛值和置信区间Fig.3 The 1st threshold and confidence interval

图4 第2个门槛值和置信区间Fig.4 The 2nd threshold and confidence interval

门槛效应检验结果和似然比函数图表明，在政府干预下，辽宁省制造业集聚存在双门槛效应，说明制造业集聚对工业能源效率的作用是有约束的，两者之间的关系表现出一定的复杂性.在合理的政府财政支持下，制造业集聚水平稳定在一定范围内，工业能源效率将得到有效提高.

4.2 门槛回归模型分析

4.2.1 门槛回归结果分析

经过门槛效应检验，以政府干预为门槛变量的门槛模型结果如表4所示，制造业集聚对工业能源效率具有双门槛特征.

表4 门槛模型结果

在政府干预下，制造业集聚对工业能源效率的影响由双门槛值划分为3个阶段:低于低门槛值13.586阶段，制造业集聚的影响系数为0.234，制造业集聚对工业能源效率起显著的正向作用；跨过低门槛值阶段，影响系数降低至0.004，制造业集聚的正向作用减弱；高于高门槛值14.667阶段，制造业集聚的影响系数骤降至-0.237，表明制造业集聚对工业能源效率的正向效应逐渐降低，甚至产生了负向作用.

低于低门槛值阶段，政府干预水平较低，产业集聚更多依赖于自身发展，集聚效应大于拥挤效应，制造业集聚对提高工业能源效率起到了一定的推动作用.首先，政府的合理财政投入加之辽宁省境内制造业基础设施、生产设施及配套设施的集聚，带来的经济效益有助于降低区域内制造业企业的生产成本，为提高工业能源效率提供更多的可能.2018年，辽宁省财政预算支出为4 560亿元，第二产业贡献率为51.3%，规模以上的制造业企业为5 880家，总产值达22 873.2亿元.制造业集聚区的高效分工协作是企业获得经济效益的重要保障，为此企业才有更多的资源、劳动力、资本用于工业能源效率的提高，才能推动经济利润获得最大化.其次，政府干预程度有限，集聚区内企业为获得高额利润，更加重视自主创新能力.地理空间和产业链的集中，加强了区域内制造业企业科技、人才等的交流，培养创新思维，增加创新灵感，为提高工业能源效率提供技术支持.辽宁省制造业集聚将优质R&D资源集中利用，推动技术升级、打破创新瓶颈，解决辽宁省制造业科技动力不足的问题.再次，政府干预水平低意味着市场更为灵活，企业有更多的自主选择权，制造业企业为提升竞争优势，争夺市场资源，抢占市场份额，主动或被动提高工业能源效率，推动技术变革.最后，政府的财政支持推动制造业优势资源集聚，将资源优势转变为经济优势，促使制造业产业结构发生调整.为迎合工业发展总趋势，制造业行业内部转变生产方式，加快转型升级，促进工业能源效率的提高.辽宁省在政府财政支持下利用集聚效益优势，采用高效节能技术，优化产业结构，加快建设节能低耗制造业集聚区，降低自身能耗同时也为其他产业提供节能减排设备.

跨过低门槛值阶段，政府干预水平提高，为集聚区规模扩大提供物力财力支持，同时集聚区内企业开始依赖政府投资建设.政府的大量财政投入易使企业降低自主能动性，造成集聚区内资源浪费、发展动力不足等问题.加之产业集聚发展到一定规模，拥挤效应逐渐超过集聚效应，不利于工业能源效率的提高.

高于高门槛值阶段，制造业集聚对工业能源效率的正向作用逐渐减弱，甚至产生负向影响.首先，政府的过度财政干预，会吸引大批企业进入园区，导致同一区域聚集过多相同行业.企业过度集聚，会带来不利于企业自主发展的模仿意识，盲目追求经济利润，降低企业创新意识，限制工业能源效率的提高.其次，随着政府干预力度的加大，制造业集聚规模的扩大，集聚区内资源浪费现象严重，工业污染物产量增多，给提高工业能源效率带来严重的环境压力.最后，集聚区内企业过度依赖政府投资，丧失发展积极性，无法发挥集聚优势，导致企业生产模式日益僵化，企业内部良性运转受限.过度的政府干预和集聚无法满足企业发展需求，更无法满足工业能源效率提高的条件.

总而言之，合理控制政府投资，提高辽宁省制造业生产效率，加快产业结构升级，带动工业能源效率的提高已刻不容缓.

4.2.2 控制变量的影响

在控制变量中，利用外资水平、产业结构、行业规模的回归系数为负，对工业能源效率起负向作用，符合常识和预期.经济发展水平系数为-0.253，与预期相反.一般认为经济发展水平高，意味着该地区相对富裕，有足够的资金投入工业能源效率的项目.但在本研究中，经济发展水平的提高反而不利于工业能源效率的提高，原因可能是辽宁省经济高速发展阶段忽视生态效益的发展，人均生产总值的提高增加了资源消费量，导致污染物和能耗产出增多，无法完成工业能源效率的提高.利用外资水平的系数为-20.368，表示在辽宁省境内外商直接投资对工业能源效率产生显著的负向作用.辽宁省吸引外商投资的产业多为高污染的装备制造业，2018年辽宁省实际使用外资金额达328.5亿元，外商投资项目为548个.外商通过“搭污染便车”获得高额利润，不再考虑能源效率，忽视生态效益，导致FDI与工业能源效率呈负相关关系.产业结构的回归系数为-23.012，说明其对工业能源效率的提高造成了较强的负向影响.结合辽宁省产业发展现状来看，第二产业比重过高，工业能源消耗量大，污染物排放量多，不合理的产业结构致使工业能源效率的提高受限，政府应加大力度推动产业结构内部优化.行业规模的回归系数为-0.015，表明行业规模的影响较为微弱.这是因为企业规模经济的发展和大企业的社会责任感，改善了由行业规模扩大带来的环境问题.总的来说，利用外资水平、产业结构的影响大于经济发展水平和行业规模，对工业能源效率的影响较大.企业应增强自主创新意识、节约能源意识，调整生产模式，促进工业能源效率提升.

5 结论与讨论

本文运用非期望产出的SBM模型对辽宁省14个地级市2007—2017年工业能源效率进行测度研究，并借助STAT软件应用门槛模型探讨制造业集聚对工业能源效率的门槛效应.研究发现：

在推进供给侧结构性改革和推动产业优化升级的经济政策引导下，辽宁省制造业发展总体趋势良好，集聚优势明显.制造业集聚最集中的地区主要分布在沿海工业发达城市和钢铁煤炭资源丰富的地区.辽西北地区受经济和科技因素制约，制造业发展缓慢.

辽宁省工业能源效率时间阶段性特征显著，2007—2017年间表现出先下降后上升的趋势.另外，辽宁省工业能源效率区域差异性明显，工业能源效率均值高的地区主要集中在经济相对发达的城市，受多重因素的影响，均值低的地区主要为朝阳、营口、铁岭3市.近年来，工业能源效率的地区差异有缩小趋势.

辽宁省制造业集聚对工业能源效率具有双门槛效应.由双门槛值划分为3个阶段，制造业集聚与工业能源效率之间存在着复杂的非线性关系.合理控制制造业集聚水平、提升工业集聚质量是提高工业能源效率的有效手段.另外，选取经济发展水平、利用外资水平、产业结构、行业规模作为控制变量探讨制造业集聚与工业能源效率之间的门槛效应.门槛效应结果表明，控制变量的回归系数均为负值，对工业能源效率产生负向影响.

综上所述，为提高工业能源效率，推进辽宁省可持续发展，提出以下建议：推进传统制造业升级改造，探索发展制造业新模式、新结构，促进辽宁省经济稳步发展；降低外资引入的环境污染，着重于提高外资引入的质量，将引进的先进技术、高素质人才与资金相结合，完善外资引入的市场环境；注重培养企业的自主性与积极性，政府与市场相协调，营造良好的发展环境；调整产业结构优化升级，合理分配产业资源，加快辽宁省经济可持续发展进程；重视生态环境保护，加快产业与能源的优化整合，推进经济效益与生态效益的和谐统一.