经济集聚与环境污染的交互影响及空间溢出

　　摘要：本文运用空间联立方程模型考察了经济集聚与环境污染的空间溢出和相互作用机制。从生产投入端和产出末端视角，将环境污染拓展到生产密度理论模型中，构建了经济集聚与环境污染的交互影响理论模型，并运用—年中国个地级及以上城市的数据对理论模型进行了验证。实证表明：经济集聚和环境污染之间存在双向作用机制，经济集聚加重了环境污染，环境污染对经济集聚存在反向抑制作用，且两者间的影响机制均与劳动生产率密切相关。经济集聚可以提高劳动生产率，环境污染对劳动生产率产生负面影响。经济集聚和环境污染均存在明显的空间溢出效应，城市的经济集聚和环境污染与周边地区密切相关，且相邻城市间的经济集聚和环境污染存在交叉影响，城市间的经济发展和环境质量具有“一荣倶荣，一损俱损”的特征。本文认为，区域间经济发展协同是污染联合治理的根本，经济发展和环境质量的空间溢出可视作污染联合治理、区域利益共同体、跨区污染补偿的理论基础。中国需要构建以经济协同为主、政策和管理协同为辅的污染联合治理格局。

　　关键词：集聚；污染；空间溢出；空间联立方程

　　一、问题提出

　　经济活动的集中会产生拥挤，污染就是这种负外部性之一。大城市的集聚度高，污染也更严重，集聚与环境污染似乎正相关不断恶化的城市环境又可能成为经济集聚的阻力。经济集聚较高的长三角、京津冀、珠三角地区也是环境污染相对严重的地区，经济集聚与环境污染的影响机制是怎样的？是否存在空间相关？这些问题均有待于论证。当前区域污染联合治理的呼声越来越高但由于地方利益分割环保合作仅停留在区域间的政策和管理联动上。如何从经济发展角度构建区域利益共同体，如何发挥市场化的经济联动在区域污染协调中的作用，形成市场与政府共同治理污染的整体格局，巳成为当前中国城市化过程中亟需解决的理论和现实问题。

　　一些学者研究了经济集聚与污染的单向因果关系和两者的空间溢出效应、等人证实了工业集聚是产生各类污染的重要原因。闫逢柱和李伟娜等研究了中国制造业集聚与污染的因果关系并得出了不同的结论。刘习平和宋德勇、张可和豆建民等认为产业集聚对城市的环境消耗具有规模效应，集聚在一定程度上节约了环境消耗。证实了国家间的环境污染存在空间溢出。吴玉鸣、马丽梅和张晓的研究均表明中国的环境污染存在空间溢出。高爽等、许和连和邓玉萍认为制造业集聚和集聚与污染密切相关且三者均存在空间溢出。

　　既有研究多关注集聚对污染的单向影响，少有研究污染对集聚的反向影响。多基于经验设定模型，缺少严密的理论推导过程，不同的研究目的和模型设定得出的结论不尽相同。忽略了集聚和污染的空间相关性，估计出来的结果可能是有偏的。多考虑单一污染物，而污染物的来源存在差异，对实证结果难免造成影响。多选取省级层面数据，而省域空间尺度较大且内部差异性较大，难以完全捕捉空间溢出。基于以上不足，本文在产出密度理论基础，采用中国个地级及以上城市的数据考虑多种污染物，运用空间联立方程模型探讨两者间的双向作用机制和空间溢出。既有研究多单独将污染作为外生变量产出端或内生变量生产投入端），本文分别从生产投人端和产出末端两种视角构建两者的内生机制并验证这种内生机制。空间联立方程既解决了内生性问题，又考虑了内生变量的空间溢出，国内罕有学者采用这一方法。

　　二、理论模型

　　本文在生产密度模型基础上将经济集聚的负外部性环境污染纳人这一理论模型。相关研究一般直接将污染作为外生变量引人生产函数，即认为污染是生产的副产品，或直接将环境视为单独的要素投人纳入生产函数，并将其内生化假设对环境要素的消耗表现为污染物对环境的损害。本文结合这两种视角，从产出末端和生产的投入端来构建污染强度和产出密度之间的理论模型。的产出密度基本模型如下：

　　其中冲表示第个城市的单位面积产出，为希克斯技术中性参数为就业密度单位面积的非农就业人数为单位面积物质资本投入为物质资本和劳动在单位面积上的回报率，且忘表示由于拥挤带来递减的边际生产率，冷表示劳动投入对单位面积产出的贡献率，且和次分别为非农产出和城市总面积仏表示产出密度。为产出密度系数表示集聚产生了正的外部性。

　　从产出末端来构建经济集聚与污染之间的理论模型考虑到集聚会产生环境负外部性从生产的末端看，污染是生产的附属产品，因此可将污染扩展到产出密度模型中。假设单位的产出将会带来单位的污染产出产出分为两类：正常产出和污染产出见。产出并未包含非期望产出，污染作为一种附属产品，可以认为满足产出密度模型的基本特征。可以表示产出过程中污染产出与正常产出之间的比例关系，即污染强度。

　　根据可知正常产出在单位面积上的产出与就业密度、物质资本投入等因素密切相关，非农部门的就业密度越高，意味着具有更高的劳动生产率有利于促进集聚经济的形成非农部门劳动生产率的提高会促进产出的扩张，促进污染排放总量的增加。当非农部门中污染型产业的比重增加时，污染产出增加的速度高于整个非农部门的产出增加速度，从而导致污染强度增加。当大量的经济活动集中在有限的空间时特别是诸如制造业等容易产生污染的产业集聚产出过程中的污染副产出总量和强度也随之增加。当物质资本和劳动的单位回报率一定时，根据产出密度理论模型可知经济集聚会通过地方化经济和城市化经济获得集聚的正外部性，未来获得集聚的溢出效应，微观企业个体受交通运输成本和临近中心市场的驱动不断向中心地区集聚，使得地区经济集聚不断提高。此时集聚的向心力大于分散力，实现了生产上的规模经济经济集聚主要表现为产出规模的扩张和污染产出的增加经济集聚会促进污染的排放此阶段的地区发展目标主要为追求经济快速增长。当经济活动过度度集中时随着集聚水平的继续增加集聚呈现出明显的负外部性，即当满足的条件此时集聚的负外性使得区域经济的分散力大于向心力，产生扩散效应，如由于土地价格、租金、生产运营成本、排污费用等成本的增加导致大量的企业外迁，形成“逆向城市化”。经济集聚会促进地区收入水平的提高，居民对环境质量的要求增加，过高的环境规制倒逼企业进行技术改进节能减排，或者污染型企业被通淘汰和重新选址，过高的经济集聚又会对污染排放产生一定的抑制作用。因此，经济集聚对环境污染的影响存在一个临界集聚水平该临界水平为产出密度系数为时所对应的经济集聚水平。

　　近年来中国城市化进程不断推进经济集聚水平不断提高。同时，中国的城镇化率相对发达国家偏低经济集聚水平未达到临界水平。中国的城市化高度依赖工业化，且城市集中了中国多数的工业产能，伴随着工业发展的是劳动生产率的不断提高。基于以上理论和现实分析，本文假设中国城市的经济集聚水平和非农部门劳动生产率的提高加重了城市环境污染。

　　从生产的投入端构建环境污染对经济集聚的反作用模型从生产投入的角度看，环境可以作为一种要素进入生产函数，生产的过程中需要消耗环境要素以获得产出。假设为第个城市单位面积上的污染排放量，朽为第个城市总的污染排放量。当经济集聚产生正的外部性时即当满足时，污染对经济集聚会产生抑制作用。虽然经济活动集中可实现规模经济和产出规模扩大，但是，当经济密度过高时，由于对环境要素的消耗集中表现为污染物对环境的损害增加，一方面，恶劣的环境会影响劳动者的健康和劳动供给，居民可能会重新选择居住地降低了劳动生产率和消费需求另一方面，经济过度集中时，环境要素的价格会变得更昂贵，如环境规制提髙，企业的环境成本增加，企业会重新选址或者选择其他要素对环境要素进行替代。因此单位面积上的经济活动可能会降低，即污染对产出密度产生抑制作用。

　　三、实证模型设定与变量选取实证模型设定

　　根据理论模型可构建经济集聚与环境污染的联立方裎模型以解决它们之间的内生性问题，本文分别用单位面积的产出和单位产出的污染排放量污染强度来衡量经济集聚和环境污染其中可以认为是包含了一组控制变量或解释变量引人到实证模型中。考虑到经济集聚和环境污染的空间溢出，将两者的空间滞后项纳人模型，构建污染方程和产出密度方程以考察两者间的作用机制：其中为单位产出污染排放量。为单位面积上的非农产出，表示经济集聚程度。为人均非农产出，代表劳动生产率水平。表示城市和城市之间的空间关系，城市地理相邻时取值为不相邻时取值为。和为其他解释变量，包括了对外开放度、产业结构、技术进步、环境规制、经济发展水平包括了交通便利度、对外开放度、环境规制、人口规模、市场潜力。叫和表艰地区个体效应和为随机扰动项。为了验证环境的库兹涅茨曲线是否存在，污染方程中加入了的二次项。

　　考虑到劳动生产率同时还内生于经济集聚和环境污染，即经济集聚和环境污染对劳动生产率会产生影响，忽略这种影响，估计结果是有偏的。杨俊和盛鹏飞等人认为环境污染对劳动生产率产生重要影响：

　　一方面，环境污染通过影响劳动者的身体健康，降低人力资本质量和劳动生产率；

　　另一方面环境污染通过影响劳动力市场供给来间接影响劳动生产率。马歇尔外部性认为经济活动在空间上的集中有利于知识的溢出，有利于形成劳动力蓄水池，促进劳动者之间的信息交流、共享和劳动力流动，从而提髙劳动生产率，。认为经济集聚的地方化经济和城市化经济有利于提高劳动生产率。因此，本文构建了劳动生产率方程：为一组影响劳动生产率的控制变量，包括了教育规模、教育质量医疗水平和劳均资本投资幻。和分别为地区个体效应和随机扰动项。

　　数据来源及变最说明本文数据来源于—年《中国城市统计年鉴》和《中国区域经济统计年鉴》，考虑到数据的完整性、连续性以及行政区域调整，最终选取了中国个地级及以上城市，产出指标均以实际产出来定义，根据平减指数调整为年不变价格。内生变量。环境污染强度：采用单位非农产出的污染排放量来测度史青。在污染物的选取上同时考虑了固体工业粉尘、液体工业废水、气体工业二氧化硫三种物理形态的污染物，既考虑了污染的多样性，还考虑到不同污染物对经济集聚可能存在的反应差异。

　　认为工业粉尘、工业废水、工业二氧化硫相比二氧化碳等全球性气体能更好地反映本地的污染现状。经济集聚采用单位面积的非农产出来测度。经济集聚反映的是经济活动在单位空间内的集中程度，传统的集聚指标有赫芬达尔指数、空间基尼系数、泰尔指数等但这些指标未考虑较小地理单元面积的差异所产生的空间偏倚刘修岩，单位面积上承载的经济活动量被认为是衡量一个地区经济集聚的良好指标。劳动生产率采用人均非农产出来测度。劳动生产率越高，在生产和环保技术一定的条件下产生的污染也越多。劳动生产率越高代表着较高的劳动者技能和工业化方式的融合，有利于生产的集中和促进经济集聚控制变量。对外开放度采用占的比重来测度。对外开放度越髙，越有利于吸引国外资本和产业。

　　一方面跨国公司具有相对高的环保理念和环保技术，可能会改善环境，许和连邓玉萍，另一方面，大量的国外资本和产业的进入有利于形成更髙的经济集聚度张可，豆建民。产业结构采用工业就业人口占总就业人口的比重来测度。工业是污染的产业大类，工业的占比越大，污染越严重。技术进步采用科学投人来间接测度。更环保、高效的生产和环保技术能有效降低污染物的排放。技术进步也有可能仅仅提高了生产效率和扩大了生产规模，而并未使生产过程更加环保，技术进步则会加重环境污染宋马林，王舒鸿。经济发展水平采用人均测度。污染排放强度与经济发展阶段密切相关经济发展水平较低时，追求经济增长和经济总量的目标会导致更多的污染排放经济发展水平较髙时，居民对环境质量的要求更高，污染治理资金更充裕，环境质量会得到一定的改善许和连，邓玉萍，吴玉鸣。交通便利度：采用人均道路面积测度。便利的交通有利于区域对外经济交流和要素的流通，吸引更多的投资提高经济集聚水平。环境规制采用环境治理的投人来测度。包群等、黄茂兴等认为环境规制会抑制企业的排污行为，同时过高的环境规制会影响企业的选址，从而影响经济集聚张可，豆建民。人口规模采用常住人口数量测度。人口的扩张和集中是导致经济集聚的原因之一。市场规模采用社会消费品零售总额测度。市场潜力是企业选址的重要因素，为了靠近中心市场，企业不断地集聚于中心市场的周围以节约交通运输成本和提高市场占有率。教育规模血采用教育总支出测度。认为劳动生产率与教育的水平密切相关，教育有利于人力资本的积累。教育质量借鉴陆铭和向宽虎的做法采用各类学校的师生比来测度。认为劳动生产率与教育质量密切相关优质教育有利于人力资本的积累。医疗水平采用万人床位数来间接测度。良好的医疗水平为劳动者的身体健康提供保障，从而提高劳动生产率。物质资本幻：采用固定资产投资来间接测度。认为劳动和物质资本的有效组合可有效提高劳动生产率，如劳动者与机器的组合生产会提髙劳动效率。

　　四、实证结果及分析