交通设施发展对集装箱内陆运输CO2排放的影响

袁雪莹 纪翔峰 郭孝菁

摘要：

为研究交通基础设施的发展是否会对CO2的排放强度造成影响，基于2012—2017年中国14个港口的相关数据，采用IPCC方法计算集装箱内陆运输的CO2排放强度，以产业结构高级化作为门槛变量，运用面板门槛模型实证分析了交通基础设施发展对集装箱内陆运输CO2排放强度的影响。检验结果表明，产业结构高级化程度较低时，交通基础设施发展会显著降低内陆运输CO2排放强度，但减排作用随着产业结构高级化程度的提升而降低；产业结构高级化达到一定程度时，交通基础设施发展显著提高内陆运输的CO2排放强度。即产业结构视角下交通基础设施发展对集装箱内陆运输CO2排放强度存在双门槛效应，在门槛模型下，经济发展水平、港口生产能力以及贸易水平对内陆运输CO2排放强度具有显著的提升作用。

关键词：

产业结构高级化；交通基础设施；集装箱内陆运输CO2排放强度；面板门槛模型

中图分类号：

U491

文献标志码：A

根据国际能源署（IEA）的最新数据［1］，中国是世界上CO2排放最高的国家。为了应对碳排放导致的气候问题，中国加入《巴黎气候变化协定》，随后，提出应对气候变化的新目标。中国是世界港口大国，集装箱运输是港口发展的重要形式，降低港口集装箱运输相关的CO2排放对中国实现碳中和具有重要意义。现有集装箱运输CO2排放的研究大致可分为两类，一类是探讨港口内集装箱作业产生的CO2排放，基于DPSIR框架建立了绿色港口发展定量评价模型［2］；另一类是探讨集装箱内陆运输产生的CO2排放，根据ASIF方程，建立内陆运输中铁路运输CO2排放的估计模型［3］。相较于第一类研究，第二类研究受到的关注较少。中国经济正经历由高速发展向高质量发展的转型，产业结构高级化是转型的关键，但在集装箱内陆运输CO2排放的研究中，涉及产业结构高级化的分析较少［4］，产业结构高级化和CO2排放间的关系也未形成统一的研究结论［5-7］。交通基础设施作为实体经济繁荣的基础，在降低集装箱内陆运输CO2排放方面发挥着关键作用［8-10］。定量分析表明了中国经济结构变化与交通运输业有着较强的相关性，说明了产业结构的变化［11］。考虑到产业结构高级化对CO2排放影响的不一致性，以及现实中不同城市产业结构高级化程度和交通基础建设情况的不同，本文采用IPCC（Intergovernmental Panel on Climate Change）方法计算集装箱内陆运输的CO2排放强度，以产业结构高级化作为门槛变量，基于面板门槛模型实證分析了交通基础设施发展对集装箱内陆运输CO2排放强度的影响。

1 数据来源及模型构建

1.1 指标选取及数据来源

考虑到数据的可得性和完整性，研究选取2012—2017年间中国14个港口（福州港，广西北部湾港，广州港，锦州港，南京港，宁波舟山港，泉州港，日照港，厦门港，上海港，深圳港，天津港，营口港和武汉港）的相关数据。被解释变量为集装箱内陆运输CO2排放强度（CCIT）；核心解释变量为交通基础设施：考虑到港口集装箱内陆运输较为依赖公路运输，采用路网密度表示交通基础设施发展［12］；门槛变量为产业结构（Industrial Structure，IS）；控制变量为经济发展水平（人均GDP）、港口生产能力（港口泊位数）、贸易水平（城市进出口总额）、人口规模（城市居民人口总数）、城镇化水平（城镇人口数占总人数的比重［13］）。变量的描述性统计见表1。

1.2 集装箱内陆运输CO2排放强度计算

集装箱运输各项作业活动均产生碳排放，且较难量化。本文采用IPCC方法，根据燃料消耗量计算集装箱内陆运输的CO2排放强度［14-15］

青岛大学学报（自然科学版）第36卷

第4期   袁雪莹等：交通设施发展对集装箱内陆运输CO2排放的影响

yki=m×Nki×CFk×EFj×Oj（1）

yi=∑3k-1yki（2）

其中，yki表示港口i通过方式k进行内陆运输的CO2排放强度。中国港口和腹地间集装箱运输的主要方式为公路运输、铁路运输和内河水路运输。式（1）中，k=1，2，3分别表示采用公路运输，铁路运输，内河水路运输；m表示20英尺集装箱的重量（吨）；Nki表示港口i采用方式k运输的集装箱数，CFk表示运输方式k的能源消耗因子；EFj表示能源j的碳排放系数；Oj表示能源j的氧化率。式（2）中，yi表示港口i集装箱内陆运输的CO2排放强度式。表2（数据来源：中华人民共和国交通运输部和《中国港口年鉴》）给出了中国集装箱不同运输方式的能源消耗因子（CF），表3给出了不同种类能源的碳排放系数（EF）和氧化率（O）（数据来源：《中国能源统计年鉴》和IPCC）。

1.3 计量经济学模型

本文中计量经济学模型分为3部分：面板基准模型（用于检验交通基础设施发展与内陆运输CO2排放强度间的线性影响关系）、带有交互项的面板模型（用于检验产业结构高级化产生的影响）、面板门槛模型（用于检验产业结构视角下交通基础设施发展与内陆运输CO2排放强度间的非线性关系以及稳健性检验）。

1.3.1 面板基准模型 为了检验交通基础设施发展对内陆运输CO2排放强度的影响，假设交通基础设施与内陆运输CO2排放强度间存在线性关系，建立面板基准回归模型

yit=α0+β0Trafit+β2Cantrolit+λl+εit（3）

其中，yit表示港口i在t年的内陆运输CO2排放强度；核心解释变量Trafit表示港口i所在城市t年的交通基础设施发展；控制变量Controlit用于排除其他因素的影响；λi与εit分别表示个体固定效应和随机误差项；α0为常数。

1.3.2 带有交互项的面板模型 通过添加交通基础设施与产业结构高级化交互项的方法进一步考察交通基础设施发展对内陆运输CO2排放强度的影响

yit=α0+β1Trafit+β2［Trafit×ISit］+β3Cantrolit+λl+εit（4）

其中，Trafit×ISit为交通基础设施与产业结构高级化的交互项。

1.3.3 面板门槛模型 带有交互项的面板模型能够揭示了产业结构视角下，交通基础设施发展对内陆运输CO2排放强度的异质性影响。为了进一步研究不同产业结构高级化程度下交通基础设施发展对内陆运输CO2排放强度的影响，本文基于相关的面板门槛模型［16］，以产业结构高级化作为门槛建立模型。假设仅存在单一门槛，即单门槛模型

yit=α0+β1TrafitI（qit≤γ）+β3Cantrolit+εit（5）

在实证过程中门槛个数由门槛存在性检验确定，实际情况中可能存在多个门槛值［17］，因此在式（5）的基础上构建多门槛模型

yit=α0+β1TrafitI（qit≤γ1）+β2TrafitI（γ1γn）+βn+2Controlit+εit（6）

其中，I（·）为示性函数，当括号内表达式为真时，其值取1，反之为0；qit是门槛变量；γ是门槛值。

2 实证结果分析

2.1 集装箱内陆运输CO2排放强度的计算

采用IPCC方法和中国14个港口集装箱内陆运输的相关数据，计算得到内陆运输CO2排放强度见表4，可知，内陆运输CO2排放强度整体处于逐年增加的趋势，并且公路运输产生的排放占比达94.44%，这与文献［18］的研究相符，即港口集装箱内陆运输较为依赖公路运输。

2.2 面板基准模型回归结果

表5为面板基准模型的回归结果，揭示了各个核心解释变量与内陆运输CO2排放强度之间的关系。核心解释变量交通基础设施系数在5%的显著水平下为负，表明交通基础设施的发展即使不降低CO2的排放量也会降低内陆运输的CO2排放强度。经济发展水平的系数显著为正，即经济发展水平对内陆运输CO2排放强度有显著的正向影响。港口生产能力对内陆运输CO2排放强度有显著的正向影响，因为港口泊位数代表着港口的生产能力，泊位越多其集装箱吞吐量越大，需内陆运输的集装箱数量也就越多，从而导致CO2排放强度的增加。贸易水平的系数显著为正，表示贸易量对内陆运输CO2排放强度具有显著的正向影响。贸易水平与港口集装箱运量密切相关，贸易量的增加带来集装箱内陆运输量的增加，导致内陆运输CO2排放强度的增加［19］。

2.3 带有交互项的面板模型回归结果

带有交互项的面板模型回归结果见表6。可知，交通基础设施系数为负，说明交通基础设施发展将显著降低内陆运输CO2排放强度，这与面板基准模型回归结果一致；交通基础设施与产业结构高级化的交互项系数为正表明当产业结构高级化程度较高时，交通基础设施发展将显著提高内陆运输的CO2排放强度，说明交通基础设施对集装箱内陆运输的CO2排放强度影响不是线性。

2.4 面板门槛模型检验及回归结果

2.4.1 门槛效应检验 面板门槛回归前，需对模型进行门槛效应检验，验证模型是否存在门槛效应及确定模型门槛数量。基于Hansen提出的面板门槛估计方法的检验结果见表7。可知，与单门槛相比，双门槛时F值在5%的显著水平下为正，即在产业结构高级化这一门槛变量的影响下，交通基础设施与内陆运输CO2排放强度间存在显著的双门槛效应。

面板门槛模型的检验结果表明在不同的产业结构高级化程度下，交通基础设施发展对内陆运输CO2排放強度具有不同影响，因此构建面板门槛模型来分析交通基础设施发展对集装箱内陆运输CO2排放强度的异质性影响具有现实意义。

2.4.2 面板门槛回归结果 为检验交通基础设施与集装箱内陆运输CO2排放强度间的非线性关系，基于产业结构高级化构建面板门槛模型，回归结果见表8。可知，当产业结构高级化程度小于第二门槛值时，交通基础设施发展显著降低内陆运输的CO2排放强度；反之，交通基础设施发展显著提高内陆运输的CO2排放强度。同时，当产业结构高级化程度小于第一门槛值时，交通基础设施发展对内陆运输CO2排放强度的抑制作用明显大于当产业结构高级化程度处于第一、二门槛之间时。

本文从规模经济视角下的交通基础设施发展探讨上述异质性影响的相关原因。当产业结构高级化程度较低时，即其值小于第一门槛值时，三种产业平均占比分别为11.15%、50.96%和37.86%，第二产业占比最高，第三产业占比相对较低，处于工业和建筑业发展时期，城市内交通基础设施发展处于起步规划阶段，此时交通相对不发达，集装箱的运输效率低，导致内陆运输的CO2排放强度相对较高，此时提高交通基础设施发展对集装箱内陆运输CO2的减排效果处于规模经济阶段。当产业结构高级化程度中等时，即值处于第一、二门槛之间时，三种产业平均占比分别为1.62%、46.69%和51.69%，第三产业占比明显提高，第一产业占比明显降低，第二产业占比降低但相较并不明显，较前一产业结构阶段更发达，集装箱的运输效率相对提高，但仍无法达到集装箱的高效运输，导致内陆运输CO2排放强度仍然较高，但相对少于前一产业结构阶段，此时提高交通基础设施发展对集装箱内陆运输仍处于规模经济阶段，但其效果随着产业结构的改变而降低。产业结构高级化程度较高时，即其值大于第二门槛时，三种产业平均占比分别为0.75%、33.54%和65.71%，第三产业占比最高，明显高于第一、二产业。中国的交通基础设施存在边际报酬递减［20］，此阶段城市内交通基础设施基本完善，集装箱的运输效率达到最优值，提高交通基础设施发展对集装箱内陆运输CO2排放强度的影响处于规模经济到规模不经济的转折点，即随着产业结构高级化程度的提升，交通基础设施的发展将导致CO2排放强度的提高。

由表8的回歸结果可知，交通基础设施与产业结构高级化的交互项的系数为1.027，表明产业结构高级化程度越高，交通基础设施发展会显著提高集装箱内陆运输的CO2排放强度，同时证实了面板门槛模型的稳健性。

3 结论与建议

2012—2017年间中国港口集装箱内陆运输的CO2排放强度呈逐年递增的趋势，集装箱内陆运输较为依赖公路运输；交通基础设施发展对集装箱内陆运输CO2排放强度的影响存在门槛效应，即非线性关系；从经济发展水平、港口生产能力以及贸易水平方面来看，三者均对集装箱内陆运输CO2排放强度存在显著的正向影响，而人口规模和城镇化水平的影响并不显著。港城因地制宜，加强经济水平建设，制定自身发展的政策，引导高CO2排放行业通过产业结构调整等方式，加快实现碳中和进度；深化港口及其腹地的多式联运发展，优化集装箱内陆运输方式，改善以公路运输为主导的集装箱内陆运输模式。港口应及时建设新型装卸设施，提高装卸效率，促进港口多式联运发展。处于低等或中等产业结构高级化水平的城市，应加强交通基础设施建设，充分利用自身产业结构水平下交通基础设施发展带来的内陆运输CO2减排的规模经济效应；处于相对较高产业结构高级化水平的城市，应控制自身交通基础设施的建设，以避免过高交通基础设施对内陆运输CO2排放的正向促进作用；港城合作，港口协同，破除行业壁垒，实现行业整体的低碳发展。由于数据可得性，本文仅采用了14个港口的相关数据，未来可将分析扩展到更多港口，受样本时间限制，并未考虑长期视角下的变化情况，并且港口空间特性的影响仍有待考虑。

参考文献

［1］Global energy review 2021［EB/OL］. ［2022-12-05］. https：//www.iea.org/reports/global-energy-review-2021.

［2］WAN C P， ZHANG D， YAN X P， et al. A novel model for the quantitative evaluation of green port development—A case study of major ports in China［J］. Transportation Research Part D-Transport and Environment， 2018， 61： 431-443.

［3］陶学宗， 吴琴， 尹传忠. 国际集装箱内陆段铁路运输链碳排放量估算［J］. 交通运输系统工程与信息， 2018， 18（2）： 20-26.

［4］WANG L K， PENG C， SHI W M， et al. Carbon dioxide emissions from port container distribution： Spatial characteristics and driving factors［J］. Transportation Research Part D-Transport and Environment， 2020， 82： 102318.

［5］TAO X Z， WU Q. Energy consumption and CO2 emissions in hinterland container transport［J］. Journal of Cleaner Production， 2021， 279： 123394.

［6］赵玉焕， 钱之凌， 徐鑫. 碳达峰和碳中和背景下中国产业结构升级对碳排放的影响研究［J］. 经济问题探索， 2022（3）： 87-105.

［7］余志伟， 樊亚平， 罗浩. 中国产业结构高级化对碳排放强度的影响研究［J］. 华东经济管理， 2022， 36（1）： 78-87.

［8］LIU P， LIU C， DU J B， et al. A system dynamics model for emissions projection of hinterland transportation［J］. Journal of Cleaner Production， 2019， 218： 591-600.

［9］LIU P， WANG C， XIE J C， et al. Towards green port-hinterland transportation： Coordinating railway and road infrastructure in Shandong Province， China［J］. Transportation Research Part D-Transport and Environment， 2021， 94： 102806.

［10］ 张景波. 交通基础设施建设对产业结构转型的影响研究［J］. 云南财经大学学报， 2018， 34（11）： 35-46.

［11］ 王岳平. 产业结构对交通运输业发展影响的定量分析［J］.管理世界，2004（6）：65-72.

［12］ 朱琳， 罗宏翔. 交通基础设施建设影响区域经济差距的特征、机理及其实证研究［J］. 云南财经大学学报， 2022，38（3）： 31-45.

［13］ 张腾飞， 杨俊， 盛鹏飞. 城镇化对中国碳排放的影响及作用渠道［J］. 中国人口·资源与环境， 2016， 26（2）： 47-57.

［14］ PAN S， BALLOT E， FONTANE F. The reduction of greenhouse gas emissions from freight transport by pooling supply chains［J］. International Journal of Production Economics， 2013， 143（1）： 86-94.

［15］ TIAN Y H， ZHU Q H， LAI K H， et al. Analysis of greenhouse gas emissions of freight transport sector in China［J］. Journal of Transport Geography， 2014， 40（SI）： 43-52.

［16］ HANSEN B E. Threshold effects in non-dynamic panels： Estimation， testing， and inference［J］. Journal of Econometrics， 1999， 93（2）： 345-368.

［17］ DU K R， YU Y， LI J. Does international trade promote CO2 emission performance？ An empirical analysis based on a partially linear functional-coefficient panel data model［J］. Energy Economics， 2020， 92： 104983.

［18］ TAO X Z， WU Q， ZHU L C. Mitigation potential of CO2 emissions from modal shift induced by subsidy in hinterland container transport［J］. Energy Policy， 2017， 101： 265-273.

［19］ 张志， 周浩.交通基础设施的溢出效应及其产业差异——基于空间计量的比较分析［J］. 财经研究， 2012， 38（3）， 124-134.

［20］ 董洪超， 蒋伏心. 交通基础设施对产业分工的异质性影响研究——理论关系与实证检验［J］. 经济问题探索， 2021， 43（12）， 49-57.

Impact of Transport Facilities on CO2 Emissions from Inland Container Transport

——Based on the Perspective of Industrial Structure

YUAN Xue-ying1，JI Xiang-feng1，GUO Xiao-jing2

（1.School of Business， Qingdao University， Qingdao 266071， China; 2. Shandong Guangxinda Land Real

Estate Asset Evaluation Project Management Co.， Ltd.， Qingdao 266109， China）

Abstract：

To research whether the development of transportation infrastructure affects the CO2 emission intensity， this paper was based on the data of 14 ports in China from 2012 to 2017 and used the IPCC method. The IPCC method was used to calculate the CO2 emission intensity of container inland transportation. Taking the upgrading of industrial structure as the threshold variable， the panel threshold model was used to empirically analyze the impact of transportation infrastructure development on the CO2 emission intensity of container inland transportation. The results show that when the industrial structure is low in sophistication， the development of transport infrastructure will significantly reduce the CO2 emission intensity of inland transport. However， its emission reduction effect will decrease with the upgrading of industrial structure. When the industrial structure is advanced to a certain extent， the development of transportation infrastructure will significantly improve the CO2 emission intensity of inland transportation. That is， from the perspective of industrial structure， the CO2 emission intensity of container inland transportation is influenced by the development of transportation infrastructure， resulting in a double threshold effect. Under the threshold model， the level of economic development， port production capacity and trade level can significantly enhance the CO2 emission intensity of inland transportation.

Keywords：

industrial structure supererogation; transportation infrastructure; CO2 emission intensity of container inland transport; threshold panel data model

收稿日期：2023-03-20

基金項目：

国家自然科学基金（批准号：71801138）资助。

通信作者：

纪翔峰，男，博士，副教授，主要研究方向为交通运输系统分析、环境经济。E-mail： jixiangfeng@qdu.edu.cn