上下游产业关联视角下长江流域制造业集聚对水污染的影响

宋 敏，刘 彬，邹声瑞

(1.河海大学沿海开发与保护协同创新中心，江苏 南京 210098； 2.河海大学商学院，江苏 南京 211100)

经济增长离不开产业政策的支持，“十四五”规划提出推进产业基础高级化、产业链现代化，提高经济质量效益和核心竞争力的要求，制造业的发展有了相对成熟的模式[1-2]。当前，国内制造业已形成以资源禀赋为核心的专业化集聚模式和以产业链为连接的上下游多样化集聚模式[3]。制造业集聚促进经济增长的同时，对生态环境也产生难以预估的负效应，地方政府和企业逐渐意识到环保对于自身发展的重要性。20世纪90年代以来，我国陆续制定了重点流域、重点湖泊、城市水体和近岸海域的“十五”“十一五”“十四五”等水污染防治规划，“长江大保护”成为贯彻落实长江经济带高质量发展的核心理念[4-5]。流域贯穿不同城市，凭借资源与地理优势成为各地经济和产业发展的核心，而近年来水污染密集型产业呈现“逆流而上”的态势，上游地区经济发展过程中不可避免地对下游地区造成水污染[6]。据近几年长江流域水资源公报数据显示，长江流域面积占我国国土面积的18.8%，人口占总人口的30%，平均每年有272亿t废水排放入长江，占全国废水排放总量的43.6%。长江沿岸分布着40多万家制化工企业，包括高耗能、高污染和高排放行业，是全国污染重灾区[7]。长江流域上游地区在满足自身发展的同时，对环境产生的负效应会加重下游地区水污染问题[8]。由于流域具有不可分割的整体性，行政区划却人为切分出不同区域，导致上下游水污染冲突不断。因此，如何平衡不同制造业集聚模式和上下游水污染问题值得各界研究和关注。

1 文献综述

产业集聚过程中产生规模经济带来的正负效应，这一问题始终是国内外经济学界研究的热点话题[9-10]。制造业集聚对环境污染的影响研究主要从两方面展开，一是研究制造业集聚与水污染之间的相互作用和非线性关系[11-12]。胡求光等[13]采用倾向得分匹配双重差分模型研究国家级经济技术开发区产业集聚对环境的影响，研究发现开发区产业集聚初期污染物的集中排放加剧了环境污染，但后期所产生的技术溢出和示范效应则能有效提升环境治理水平。周锐波等[14]考虑到产业集聚与环境污染的内生性，研究发现产业集聚的技术溢出效应有助于降低企业产出能耗，改善生态环境，但同时环境污染提高了企业生产成本，抑制了产业集聚。二是不同制造业集聚模式对环境影响程度不同[15]。寇冬雪[16]将产业集聚分为专业化、多样化、相关多样化和无关多样化4种模式，从全国东、中、西3个地区层面研究产业集聚与环境污染的关系，研究发现专业化集聚对环境污染的改善效果呈现西部最大、中部次之、东部最小的特征。石敏俊等[17]研究发现东南沿海地区产业结构向技术密集化发展，对本地污染排放起到减缓作用，而中部和西部地区产业结构偏向重化工业和劳动密集型，会加剧地区污染物排放。陆凤芝等[18]研究发现生产性服务业多样化与专业化集聚对雾霾污染具有显著的促降效应，生产性服务业集聚对雾霾污染的改善作用在不同区域中存在显著差异。

关于制造业集聚和水污染的文献相对较少，主要包含以下两方面，一是研究区位选择的不同[19]。于慧等[20]通过核密度分析等方法研究张家口地区排污工业企业与水污染的空间耦合特征发现，污染密集型企业主要分布在洋河沿岸地区。高爽等[21]研究发现无锡市区的污染密集型制造业呈现向郊区和对生态环境敏感性较弱的地区集聚的趋势，污染强度以京杭运河为轴线向两翼地区逐渐衰减。张珊珊等[22]研究分行业污染密集型制造业与水污染之间的空间耦合关系发现，无锡临近太湖地区有大量污染企业布局，对太湖水环境存在负面影响。二是水污染的衡量方法不同。邓宗豪等[23]用工业废水排放量衡量水污染，研究发现西部地区制造业集聚与水污染呈现非线性的N型关系。胡志强等[24]以工业废水和工业SO2表征污染排放强度，研究发现工业集聚对不同地区减排作用不同，作用由大到小依次为西部、中部和东部。

综上所述，关于制造业集聚和环境污染的相互作用和非线性关系已经有了初步研究，但仍然存在拓展空间：一是研究视角的选择。现有研究多局限于不同产业集聚模式与环境污染的影响关系，即考虑同产业下产业集聚对环境污染的影响，较少关注到上下游产业链关联的视角。本文进一步考虑上、下游产业的集聚状况，分别讨论专业化集聚与上下游多样化集聚对水污染的影响。二是研究区位的选择。现有关于制造业集聚与水污染的研究大多停留在省域、城市等层面，较少从流域视角出发以及考虑流域上下游关系在制造业集聚与水污染之间的作用。三是具体研究指标的选择。水污染仅用废水排放量来衡量针对性不够，环境问题不仅仅是社会问题，从政府监管角度出发，水环境监测指标更适合这类问题的讨论。因此，本文以长江流域为研究对象，采用氨氮、生化需氧量等水质指标衡量水污染状况，从上下游产业关联视角出发，同时将流域上下游关系纳入模型中，研究制造业专业化集聚和上下游多样化集聚对长江流域水污染的影响。

2 机理分析

通过上述文献梳理，笔者发现制造业集聚与水污染的关系存在不确定性。一方面，产业集聚初期随着企业规模扩张，会使得资源过度消费以及污染物大量排放，对环境造成负面影响；另一方面，产业集聚的发展使得产业内专业化分工明确，降低环境治理成本，减少对水污染的负面影响。同时加强上下游产业关联企业间交流，促进绿色工业技术革新。此外，随着制造业集聚内部企业不断增加，产业结构不断调整，资源型、劳动密集型制造业向中上游地区转移过程中，也会对水污染产生影响。具体影响机理如图1所示。

图1 制造业集聚对水污染的影响机理

3 变量选取、数据说明与模型设计

3.1 变量选取与数据说明

3.1.1被解释变量

以水污染程度(P)为被解释变量。现有研究主要采用废水排放量来衡量水污染，但水污染物来源不仅包括生活、农业和工业废水，还包括水土流失、工业废弃物和生活垃圾等，水质监测指标可以较为全面地涵盖水污染物排放来源。长江流域氨氮和生化需氧量超过受纳水体的环境容量，污染承载压力大，“十二五”规划更是将氨氮纳入全国主要水污染物排放约束性控制指标。根据生态环境部发布的GB 3838—2002《地表水环境质量标准》要求，选取地表水氨氮(NH3)和生化需氧量(BOD)这两项指标作为水污染程度衡量指标，氨氮和生化需氧量数值越大则水污染程度越严重[25]。该指标数据来源于《中国环境年鉴》长江流域103个国控断面的年均监测值，由于自2011年后不再公布该项统计数据，最终选取2004—2010年数据。本文主要研究对象为长江流域地级市，根据同地级市内“省界断面数据>干流断面数据>支流断面数据”的筛选原则以及“两地区必须相邻且贯穿两地的河流在两地均有监测断面”的上游城市筛选原则，最终确定26个地级市为研究对象。以宜昌、九江为上下游分界线，上游城市包括昭通市、宜宾市、泸州市、重庆市、荆州市、遂宁市、南充市、乐山市和遵义市；中游城市包括岳阳市、黄石市、九江市、襄阳市、长沙市、株洲市、益阳市和常德市；下游城市包括安庆市、铜陵市、马鞍山市、南京市、镇江市、上海市、池州市、芜湖市和常州市。

3.1.2解释变量

a.专业化集聚(Q)。专业化集聚的衡量方式主要有市场集中度、洛伦兹曲线、基尼系数、赫芬达尔—赫希曼指数与区位熵等。其中，区位熵的优势在于能够直观比较各行业专门化率，故采用该方法来具体测算。

(1)

参考卢丽文等[26]提出的方法，本文通过构建制造业污染密集指数W来筛选细分制造业产业。G1表示细分制造业行业的氨氮排放物与制造业行业该排放物总量的比重；G2表示细分制造业行业的生化需氧量排放物与制造业行业该排放物总量的比重，W值越大表明该产业对水污染的影响越大。

W=(G1G2)1/2

(2)

通过计算排序，最终确定化学原料和化学制品制造业(C26)、农副食品加工业(C13)、纺织业(C17)、造纸及纸制品业(C22)、食品加工业(C14)、饮料制造业(C15)、医药制造业(C27)、石油加工业(C25)、计算机、通信和电子设备制造业(C39)、有色金属冶炼和压延加工业(C32)、化学纤维制造业(C28)、黑色金属冶炼与压延加工业(C31)和皮革、毛皮及其制造业(C19)13个细分制造业行业作为研究对象，这13大产业的氨氮排放量和生化需氧量排放量均占全部行业排放量的90%以上。

b.上、下游多样化集聚(Qu、Qd)。参照Acemoglu等[27]的方法采用2017年全国投入产出表以规避制造业集聚对水污染的关联性影响。将上下游多样化集聚细分为上游多样化集聚和下游多样化集聚，借鉴Javorcik[28]的方法将区位熵结合全国投入产出表计算出上下游多样化集聚度。通过结合投入产出表的横向反映该细分制造业行业中间产品投入在制造业产业链中的位置，用γjk表示j行业使用k行业的产品产值在j行业中间投入所占比重，以此衡量制造业产业链上游多样化集聚，地区i的j行业上游多样化集聚度Qu可表示为

(3)

通过结合投入产出表的纵向反映该细分制造业行业生产资料的价值在制造业产业链中的地位，用μjk表示j行业使用k行业的产品产值在j行业中间产出所占比重，以此衡量制造业产业链下游多样化集聚，地区i的j行业下游多样化集聚度Qd可表示为

(4)

3.1.3控制变量

上游水污染程度(Pu)。基于河流单向流动的属性，处在流域的所有城市其水质都会受到上游地区水质的影响，上游地区水污染排放物会随着河流流动影响下游地区水质状况[29]，因此有必要将上游地区水污染程度纳入模型中。

其他控制变量包括人口密度、人均GDP、外商直接投资、单位播种面积化肥施用量、地方政府竞争和产业结构。具体来讲，人口密度(M)用年末常住人口与土地面积之比来衡量，人口密度高的地区生活污水排放量会相对较多，如果不及时进行处理，会加重水污染问题[30]；人均GDP用该地区国内生产总值与人口数量之比来衡量，人均GDP体现了地区经济发展水平，经济发展在获取自然资源以及生产产品的过程中会造成大量污染物的排放，不可避免对水质产生负面影响；外商直接投资(F)用外商直接投资额平减后取对数的数值来衡量，外商直接投资带来先进的技术与科学的管理手段，引导产业由低效率、高污染向高端研发、节能环保转型，降低污染物的排放，减少对水环境的负面影响[31]；单位播种面积化肥施用量(A)用化肥施用折纯量与农作物播种面积之比来衡量；地方政府竞争(L)用地方政府一般预算内支出与地方政府一般预算内收入的比重来衡量，在没有奖惩措施情况下，上游地区倾向于通过地方政府竞争的手段获取资源，同时迫使下游地区承担更多的规制职能[32]；产业结构(S)用二产占比来衡量，工业化生产带来的高污染和高排放使得水环境承载着巨大的污染压力[33]。

3.2 模型设计

本文主要研究制造业集聚对水污染的影响，因此构建以下关于制造业集聚与水污染的基础模型：

Pi,t=α0+β1Qi,t+β2X+ξ

(5)

式中：i、t分别为长江流域各筛选地级市、年份；X为控制变量；ξ为随机误差项。

上游地区的水污染排放物随着河道顺流而下，必然会对下游地区的水质产生影响。为此，本文参考Chaiprasithkul[34]的做法，在基础模型中加入上游水质指标作为控制变量[35]，同时进一步实证研究不同集聚方式对水污染的影响。模型公式如下：

Pi,t=α0+β1Qi,t+β2Pui,t+β3X+ξ

(6)

Pi,t=α0+β1Qui,t+β2Pui,t+β3X+ξ

(7)

Pi,t=α0+β1Qdi,t+β2Pui,t+β3X+ξ

(8)

式(6)是将上游水污染指标作为控制变量，构建制造业专业化集聚对流域水污染影响模型；式(7)和式(8)是将上游水污染指标作为控制变量，分别构建上游多样化集聚、下游多样化集聚对流域水污染影响模型

4 实证分析

4.1 基准分析

4.1.1Hausman检验

进行面板回归前首先通过Hausman检验确定采用何种模型。由表1可知，模型6、模型7在1%显著性水平上拒绝原假设，模型8在5%的显著性水平上拒绝原假设，即3种模型均采用固定效应模型，具体结果见表1。

表1 Hausman检验结果

4.1.2平稳性检验

为避免实证分析中存在伪回归现象，本文采用单位根检验的方式(HT法)对各变量进行平稳性检验，从表2可以看出，所有的变量都通过了1%的显著性水平，说明本文所用的数据是平稳的。

表2 稳健性检验结果

4.1.3实证结果分析

本文以筛选出的26个长江流域地级市为研究对象，根据数据可得性以及测算结果，最后选取地表水的氨氮和生化需氧量含量作为被解释变量，将专业化集聚、上游多样化集聚和下游多样化集聚作为解释变量，将上游地区的地表水的氨氮(NH3)和生化需氧量(BOD)质量浓度作为控制变量进行实证分析，具体结果如表3所示。

表3 全样本回归结果

从表3中可以看出，制造业专业化集聚和上下游多样化集聚对长江流域水污染的影响呈现显著负相关关系，说明制造业专业化集聚与上下游多样化集聚程度越高会导致长江流域地表水中氨氮和生化需氧量的含量下降，从而改善长江流域水污染状况。这主要是因为专业化集聚达到一定程度时，制造业企业专业化分工更加明确，形成的规模收益会降低污染治理成本，控制水污染资金会增多，最终对水污染的改善起到促进作用。而上下游多样化集聚的提高，会促进上下游产业链形成，制造业企业间不断加强交流与技术革新，提高水污染治理效率。上游地区地表水氨氮和生化需氧量含量对下游地区水污染的影响显著为正，即上游地区水污染物的排放会加重下游地区水环境的恶化。这主要是因为河流单向流动的属性，水污染物会随着河流顺流而下导致下游地区水污染程度加深。

控制变量中，人均GDP、单位播种面积化肥施用量和地方政府竞争对长江流域水污染的影响显著正相关。以生化需氧量为例，人均GDP每提升1%，长江流域地表水生化需氧量含量会上升近0.01%。人均GDP的提升代表该地区经济发展水平的提高，在城市飞速发展的过程中制造业企业不可避免地排放大量水污染物；单位播种面积化肥施用量的提高导致水体富营养化问题，引起藻类过度繁殖破坏鱼类生存环境，导致水环境问题的恶化；地方政府为了竞争流动性要素，可能会降低当地环境规制水平，导致制造业企业对水污染治理的积极性不高、地区水污染加重。

4.2 异质性分析

4.2.1分行业分析

实证分析13个细分制造业产业集聚程度与水污染的关系，以地表水生化需氧量含量作为被解释变量，得出表4结果。由于篇幅原因，考虑到长江流域聚集大量重化工企业，干流中约60%的水体受到不同程度污染，多种重金属如汞、镉等严重超标，本文列出化学原料和化学制品制造业(C26)、化学纤维制造业(C28)实证结果。同时考虑到对水体污染的长期性影响，来自化工厂及航运的矿物油是一类难分解、易扩散物质，更含有对河流中的鱼类有毒的水溶性成分，因此将石油加工业(C25)作为代表性行业分析其对长江流域水污染的影响。

从表4可以看出，以石油加工业、化学原料及化学制品制造业和化学纤维制造业为例，制造业细分行业专业化集聚对长江流域水污染的影响显著负相关，主要是因为这些细分制造业行业的集聚更方便监管部门采取统一的管理标准与严格的奖惩措施，形成系统化和专业化治理，最终达到改善长江流域水污染的目标。而上下游多样化集聚对长江流域水污染的影响在化学原料和化学制品制造业行业呈现显著负相关关系，石油加工业与化学纤维制造业，虽然呈现一定的负相关关系，但并不显著。这可能是因为我国是全球基础化学原料制造大国，化学原料制造业结构性与环境矛盾日益突出，因此政府加大化学原料和化学制品制造业结构调整，引导其结构优化升级，使得该产业的上下游多样化集聚能降低对水污染的负面影响。而其他上下游多样化集聚的制造业之间更多的是合作关系而不是竞争关系，不同制造业企业之间的技术要求并不相同，虽可以通过交流形成互补，但效果并没有专业化集聚制造业企业之间的技术交流明显，另外以产业链为连接的上下游多样化集聚在长江流域的分布较为复杂，对流域水污染的影响还受到地形、河流等诸多因素干扰，对水污染的影响效果低于专业化集聚。外商直接投资对长江流域水污染的影响显著为负，这说明提高外商直接投资能够改善水污染问题。引入外商直接投资的同时，通过技术溢出效应和知识溢出效应等获得先进的技术手段和科学的管理方法，能够有效控制水污染物排放量，减少对水环境的破坏。

表4 分行业回归结果

4.2.2分上中下游城市分析

将长江流域26个地级市数据划分为上、中和下游城市3组样本数据，由于篇幅原因，仅以长江流域地表水生化需氧量含量为被解释变量，具体回归结果如表5所示。

表5 分上中下游城市回归结果

由表5可以看出，制造业专业化集聚有利于改善长江流域水污染问题，且呈现出下游城市最强、上游城市次之、中游城市最弱的现象。下游城市随着经济水平的提高更为看重环境效益在产业发展中的作用，会投入更多资金用于研发绿色环保技术，减少有害水环境的污染物排放；同时下游城市产业结构转型升级，重化工等制造业逐渐向中上游地区转移，保留低能耗、绿色环保的制造业和服务业，进一步降低对水污染的负面影响。中上游城市为了本地区的经济发展而扩大制造业规模，不可避免造成对水污染的影响。从上游地区生化需氧量指标可以看出，河流的单向流动属性使得下游城市的水质受到上游地区水污染的负面影响，因此，中游城市的制造业集聚对水环境的降污能力弱于上游城市。从地方政府竞争视角可知，长江流域中下游城市地方政府竞争对其水污染的影响呈现显著正相关关系，上游城市地方政府竞争对其水污染影响呈现显著负相关关系。不同于分行业样本，分上中下游城市样本分析时地方政府竞争对水污染的影响更为显著，可能是因为不同地区政府都有其独特的竞争政策，以城市为样本更能凸显地方政府竞争对水污染影响。中上游城市地方政府为了竞争流动性要素，可能会降低自身环境规制水平来吸引更多产业的流入，产业规模的集聚扩张会排放大量污染物造成水污染，但相比于中游城市，上游城市由于其所处的地理位置，能够对水污染进行源头治理，较好地控制地方政府竞争对水污染造成的影响，而中游城市还要受到上游地区水质的影响，因此地方政府竞争对水污染造成的影响较为严重。

制造业产业链上游多样化集聚对长江流域水污染的改善作用大于下游多样化集聚，主要是因为制造业下游行业主要从事成品制造和生产服务等活动，而制造业中上游行业从事原材料的采掘和供应等，产业链上游集聚度的提高不仅使得资源的利用效率提升，还通过技术溢出效应促使企业提升环境治理研发效率，实现水污染源头治理。另外，制造业产业链上下游关联的多样化集聚对水污染的改善效果下游城市优于中上游城市。相比于中上游城市，下游城市的经济发展程度较高、基础设施完善以及人才聚集程度高，产业之间的联系更为密切，有利于提高资源利用率和先进清洁技术水平，提高污染治理能力。同时，下游城市临近海洋，海洋自净能力更强，下游城市环境承载力比中上游城市高，能保持经济发展与环境承载力的平衡。

5 结论与建议

5.1 结论

a.总体而言，制造业专业化集聚与上下游多样化集聚对长江流域水污染指标产生负向效应，即制造业集聚长度加深能够改善长江流域水污染状况。人均GDP、单位播种面积化肥施用量和地方政府竞争对长江流域水污染的影响显著正相关。

b.在分行业样本中，制造业专业化集聚能降低对长江流域水污染的负面影响。上下游多样化集聚对长江流域水污染的影响在化学原料和化学制品制造业行业呈现显著负相关关系。引入外商直接投资能够对水污染问题起到改善作用。

c.分上中下游城市样本中，制造业专业化集聚有利于改善长江流域水污染问题，且呈现出下游城市影响力最强，上游城市次之，中游城市最弱的现象。制造业上游多样化集聚对长江流域水污染的改善作用大于下游多样化集聚。制造业产业链上下游关联的多样化集聚对水污染的改善效果下游城市优于中上游城市。

5.2 建议

a.合理引导制造业专业化集聚与上下游多样化集聚。制造业专业化集聚与上下游多样化集聚具有强烈的路径依赖，应当注重流域上游地区的产业布局与污染治理。积极引导制造业上下游多样化集聚，形成合作互补的产业链上下游关系，加强制造业企业间的交流。提高制造业专业化集聚度，通过规模效应明确专业化分工，降低生产成本，将更多资金用于研发绿色高效技术，减少水污染。

b.制定有效约束地方政府竞争的体制。各地方政府应注重改革当地政府绩效考核方式，将环保纳入考核标准之中，同时明确地方政府环境责任制度，加强地方官员环保意识，监督地方企业控制污染物的排放规模，尽量减少因污染排放带来的上下游冲突，共同提高环境治理效率。