中國工業(yè)碳排放與經(jīng)濟(jì)增長的關(guān)系研究——基于STIRPAT模型

吳英姿，都紅雯，聞岳春

（1.杭州電子科技大學(xué) 經(jīng)濟(jì)學(xué)院，浙江 杭州 310018；2.同濟(jì)大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，上海 200092）

一、引言

近年來，伴隨著快速工業(yè)化和城市化發(fā)展進(jìn)程，我國化石能源消耗產(chǎn)生的二氧化碳排放量呈現(xiàn)出大幅增長趨勢。工業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱，是耗能最大的行業(yè)，也是我國碳排放的主要來源，以2010年為例，我國碳排放總量為72.38億噸，工業(yè)行業(yè)總排放量為62.01億噸，是全國排放總量的85.66%。以犧牲環(huán)境為代價(jià)的粗放式經(jīng)濟(jì)增長必然難以持續(xù)，強(qiáng)調(diào)工業(yè)的污染減排和環(huán)境保護(hù)的重要性和必要性不言而喻，如何實(shí)現(xiàn)工業(yè)增長與環(huán)境保護(hù)的協(xié)調(diào)至關(guān)重要。

碳排放與經(jīng)濟(jì)增長存在怎樣的關(guān)系？長久以來，一直存在兩種截然不同的觀點(diǎn)。有的認(rèn)為，經(jīng)濟(jì)發(fā)展必然導(dǎo)致環(huán)境惡化，如：Meadows等（1972）［1］提出“增長極限說”，即經(jīng)濟(jì)增長受到可利用資源的約束而不可能長期持續(xù)，因而為了達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的，必須人為地降低經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度。也有學(xué)者認(rèn)為，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長本身就是保護(hù)環(huán)境資源的有效手段［2］。自Grossman和Krueger（1995）［3］首次提出環(huán)境庫茨涅茨假說以來，許多學(xué)者對全球氣候變化問題的進(jìn)行了深入研究，尤其是經(jīng)濟(jì)增長對碳排放影響，研究結(jié)果表明二者之間存在顯著的關(guān)系，但結(jié)論并不一致，有的證明是單調(diào)遞增關(guān)系［4］，有的認(rèn)為存在倒U 型環(huán)境庫茨涅茨曲線關(guān)系［5-6］。許廣月、宋德勇（2010）［7］的研究表明，中國地區(qū)人均GDP與人均碳排放的關(guān)系因地而異，東部和中部地區(qū)存在的倒U型關(guān)系，西部地區(qū)為正U型關(guān)系。

在現(xiàn)有文獻(xiàn)中，對于碳排放與經(jīng)濟(jì)增長的關(guān)系研究主要集中在省際或城市等區(qū)域?qū)用嫜芯?，針對工業(yè)行業(yè)層面的研究較少，沒有對排放特征不同的行業(yè)展開相應(yīng)的研究。中國工業(yè)碳排放與經(jīng)濟(jì)增長之間是否存在長期均衡關(guān)系，經(jīng)濟(jì)增長是造成工業(yè)碳排放急劇增長的基礎(chǔ)性原因嗎？工業(yè)碳排放的影響因素有哪些？這些因素是如何影響工業(yè)碳排放的？這些影響因素在不同的工業(yè)行業(yè)中對碳排放的影響相同嗎？這些問題事關(guān)我國工業(yè)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，也是我國經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。

本文依據(jù)工業(yè)碳排放特征，將中國工業(yè)36個(gè)行業(yè)劃分為高、低排放強(qiáng)度行業(yè)組，基于改進(jìn)的STIRPAT 模型，利用1995-2010年的工業(yè)面板數(shù)據(jù)，考察中國工業(yè)碳排放與經(jīng)濟(jì)增長的關(guān)系，并就工業(yè)碳排放的影響因素和行業(yè)差異進(jìn)行實(shí)證分析和識(shí)別，為促進(jìn)工業(yè)低碳發(fā)展提供理論支撐和經(jīng)驗(yàn)證據(jù)。

二、模型、變量與數(shù)據(jù)說明

（一）模型與變量定義

Erlich 和Holdren（1971）［8］提出了環(huán)境影響決定因素的IPAT 分析框架，即：I=PAT，I指環(huán)境影響，P代表人口因素，A代表富裕程度，T代表技術(shù)水平，IPAT 模型被廣泛地作為分析環(huán)境變化驅(qū)動(dòng)因素的模型框架。Dietz和Rosa（1994）［9］發(fā)展了IPAT，建立了STIRPAT 模型，保留了IPAT模型中環(huán)境影響和人口、富裕度、技術(shù)的關(guān)系的主要思想，還克服了它的單位彈性的假設(shè)限制的缺點(diǎn)，加入了隨機(jī)性，既允許將各系數(shù)作為參數(shù)來估計(jì)，也允許對各影響因素進(jìn)行適當(dāng)分解，便于根據(jù)各自研究的特點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)來開展實(shí)證分析［10］。STIRPAT模型通常具有如下的形式：

Ii、Pi、Ai、Ti的含義與IPAT模型中的含義相同，δ為估計(jì)參數(shù)，εi為隨機(jī)誤差。為便于研究和分析，STIRPAT模型轉(zhuǎn)換成對數(shù)形式：

本研究對STIRPAT模型進(jìn)行相應(yīng)的拓展與改進(jìn)，實(shí)證分析經(jīng)濟(jì)增長對碳排放的影響作用，除此之外，綜合已有研究，考慮碳排放的主要影響因素，選取科研投入強(qiáng)度［11］、能源結(jié)構(gòu)［12］、行業(yè)規(guī)模［13］、勞動(dòng)力規(guī)模［14］、資本規(guī)模［15］、資本深化［14］、市場因素［16］和政府政 策支持指標(biāo)［17］，基于1995-2010年中國工業(yè)數(shù)據(jù)，構(gòu)建中國工業(yè)碳排放影響因素的研究面板數(shù)據(jù)模型，即：

其中，C 為工業(yè)碳排放，代表STIRPAT 模型中的環(huán)境影響I，表示碳排放越大，對環(huán)境影響越大；Y 為工業(yè)總產(chǎn)出，SIZE 為行業(yè)資產(chǎn)規(guī)模，代表STIRPAT 模型中的富裕程度A，結(jié)合已有研究，將Y的一次項(xiàng)和平方項(xiàng)引入模型［7］；RD為工業(yè)科技活動(dòng)經(jīng)費(fèi)占產(chǎn)品銷售收入比重，即科研投入強(qiáng)度，代表STIRPAT模型中技術(shù)水平變量T；L、K分別為行業(yè)勞動(dòng)力和資本存量規(guī)模，LK為行業(yè)資本-勞動(dòng)比率，代表行業(yè)資本深化程度；EM 為煤炭在能源消耗中的比重，代表能源結(jié)構(gòu)；PI為行業(yè)出廠價(jià)格指數(shù)，代表市場因素影響；TAX為行業(yè)主營業(yè)務(wù)稅收及附加占產(chǎn)品銷售收入比重，代表政府政策支持指標(biāo)；β為工業(yè)碳排放影響系數(shù)；i和t分別代表行業(yè)和年度；ui和εit分別是不可觀測的個(gè)體效應(yīng)和隨機(jī)誤差。這里忽略人口因素的影響。

（二）數(shù)據(jù)來源與處理

基于歷年《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國科技統(tǒng)計(jì)年鑒》，構(gòu)建中國工業(yè)36 個(gè)行業(yè)1995-2010年投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)，所有與價(jià)格相關(guān)的數(shù)據(jù)都以1990年為基年按歷年的價(jià)格平減指數(shù)平減，資本存量按固定資產(chǎn)凈值年平均余額序列進(jìn)行價(jià)格平減后進(jìn)行估算［18-19］。

以碳排放強(qiáng)度最大和最小的5 個(gè)行業(yè)為例，繪制1995-2010年行業(yè)排放強(qiáng)度走勢，如圖1所示。

圖1 1995-2010年中國工業(yè)碳排放強(qiáng)度走勢

由圖1 可以看出，不同行業(yè)的碳排放特征存在較大的差異：一是高排放強(qiáng)度的行業(yè)的碳排放強(qiáng)度遠(yuǎn)大于低排放強(qiáng)度行業(yè)，如2010年石油加工行業(yè)碳排放強(qiáng)度（9.381kg/元）是計(jì)算機(jī)通訊設(shè)備制造行業(yè)（0.001kg/元）的將近萬倍；二是低排放強(qiáng)度行業(yè)碳排放強(qiáng)度下降趨勢明顯大于高排放強(qiáng)度行業(yè)，且碳排放強(qiáng)度在高排放強(qiáng)度行業(yè)表現(xiàn)出更為頻繁的波動(dòng)，如石油加工業(yè)在1998年小幅上升后，在2002-2004、2006、2009年出現(xiàn)了波動(dòng)，這與中國重化工業(yè)重新啟動(dòng)有關(guān)，說明我國重工業(yè)的擴(kuò)張還是以高能耗型的擴(kuò)張為主。

依據(jù)2010年各行業(yè)碳排放強(qiáng)度由低到高，將36個(gè)工業(yè)行業(yè)分成低排放強(qiáng)度組和高排放強(qiáng)度組，每組18個(gè)行業(yè)，各組行業(yè)主要變量統(tǒng)計(jì)性描述見表1。由表1可以看出，高、低碳排放強(qiáng)度行業(yè)的生產(chǎn)特征存在明顯差異：雖然兩組吸納的勞動(dòng)力數(shù)量相當(dāng)，但高排放強(qiáng)度組行業(yè)的資本存量、能源消耗和碳排放量高于低排放強(qiáng)度組行業(yè)，而平均總產(chǎn)出比低排放強(qiáng)度組行業(yè)小，說明高排放強(qiáng)度組高資本投入、高耗能、高排放并未帶來較高的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出。低排放強(qiáng)度組行業(yè)科研投入強(qiáng)度高于高排放強(qiáng)度行業(yè)，煤炭消耗比重和行業(yè)市場價(jià)格增長小于高排放強(qiáng)度行業(yè)。低排放強(qiáng)度行業(yè)的稅負(fù)高于高排放強(qiáng)度行業(yè)，說明政府在稅收政策扶持上有高排放強(qiáng)度行業(yè)傾向。

表1 按CO2排放強(qiáng)度分組的主要變量統(tǒng)計(jì)性描述

三、實(shí)證檢驗(yàn)結(jié)果

（一）模型估計(jì)

采用面板數(shù)據(jù)分析方法，對中國工業(yè)碳排放與經(jīng)濟(jì)增長的關(guān)系及其影響因素進(jìn)行實(shí)證分析。通過F統(tǒng)計(jì)量分析和豪斯曼檢驗(yàn)，可以確定，對于（3）式，高、低碳排放強(qiáng)度行業(yè)應(yīng)建立個(gè)體固定效應(yīng)模型，計(jì)量結(jié)果如表2所示。

表2 我國工業(yè)行業(yè)CO2 排放與經(jīng)濟(jì)增長關(guān)系的估計(jì)結(jié)果

（二）計(jì)量結(jié)果及分析

高、低碳排放強(qiáng)度行業(yè)總產(chǎn)出的一次項(xiàng)系數(shù)為負(fù)，二次項(xiàng)系數(shù)為正，說明中國工業(yè)碳排放與經(jīng)濟(jì)增長關(guān)系具有U型曲線特征，這個(gè)結(jié)論與吳英姿和聞岳春（2013）［20］的結(jié)論相似，說明碳排放與經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展需要更多的人為干預(yù)與矯正，如果政府的減排規(guī)制政策及低碳投資策略得當(dāng)，非常有可能改變碳排放與經(jīng)濟(jì)關(guān)系的曲線的弧度和走勢，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的綠色轉(zhuǎn)型。根據(jù)二氧化碳排放與經(jīng)濟(jì)關(guān)系曲線拐點(diǎn)計(jì)算公式：ξ=exp(-β1/2β2)，可以分別得到中國高、低碳排放強(qiáng)度行業(yè)的碳排放庫茲涅茨曲線拐點(diǎn)分別為：505.62億元人民幣和40 906.64億元人民幣，可見拐點(diǎn)處高排放強(qiáng)度行業(yè)的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出遠(yuǎn)低于低排放強(qiáng)度行業(yè)，表明繼續(xù)推行重化工業(yè)的擴(kuò)張必然帶來較高的碳排放增長，而促進(jìn)低排放強(qiáng)度行業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不會(huì)加劇碳排放增長。

勞動(dòng)力投入對工業(yè)碳排放的影響系數(shù)為正，且系數(shù)通過顯著性水平檢驗(yàn)，表明勞動(dòng)投入與工業(yè)碳排放呈顯著正相關(guān)關(guān)系，勞動(dòng)投入每上升一個(gè)單位，分別引起高、低排放強(qiáng)度行業(yè)的碳排放總量增加0.129和0.356個(gè)單位，可見，勞動(dòng)力推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，加劇了碳排放總量增長。資本存量對工業(yè)碳排放的影響系數(shù)為正，低排放強(qiáng)度行業(yè)通過顯著性水平檢驗(yàn)，高排放強(qiáng)度行業(yè)沒有通過顯著性水平檢驗(yàn)，但從影響系數(shù)可以看出，資本存量對碳排放的正向影響作用高于勞動(dòng)力。資本深化程度對工業(yè)碳排放的正向影響沒有通過顯著性檢驗(yàn)。

科研投入強(qiáng)度對高排放強(qiáng)度行業(yè)碳排放有顯著的負(fù)向影響，對低排放強(qiáng)度行業(yè)負(fù)向影響不顯著，表明科研投入對工業(yè)低碳發(fā)展的作用在高排放強(qiáng)度行業(yè)更為顯著，說明高排放強(qiáng)度行業(yè)高排放強(qiáng)度行業(yè)在促進(jìn)產(chǎn)值增長的同時(shí)，注重了節(jié)能減排技術(shù)上的研發(fā)投入，主要原因可能是國家的節(jié)能減排政策主要關(guān)注高排放強(qiáng)度行業(yè)，忽視了對低排放強(qiáng)度行業(yè)綠色技術(shù)和管理創(chuàng)新約束和激勵(lì)。

能源結(jié)構(gòu)與工業(yè)碳排放呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，表明工業(yè)減排中僅引導(dǎo)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化，不能有效降低工業(yè)排放，主要原因在于雖然工業(yè)行業(yè)的煤炭消費(fèi)比重均有下降，但不能抵消能源消費(fèi)總量迅猛增加而導(dǎo)致碳排放急劇增加，具體來說，1995-2010年間，高、低排放強(qiáng)度行業(yè)煤炭的消費(fèi)比重分別下降-0.09%和15.44%，能源消費(fèi)總量分別增長143.58%和132.04%，說明僅僅優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)并不能降低碳排放，還需要結(jié)合新能源的開發(fā)利用、提高節(jié)能技術(shù)和能源效率等其他減排手段。

從回歸結(jié)果來看，行業(yè)規(guī)模、市場價(jià)格變動(dòng)和稅收政策對工業(yè)碳排放有不顯著的負(fù)向影響作用，說明行業(yè)整合升級(jí)、政府的稅收政策對工業(yè)減排有一定的正向作用，且市場價(jià)格上漲并不會(huì)加劇行業(yè)碳排放增長。

四、結(jié)論和政策建議

本文基于改進(jìn)的STIRPAT模型和工業(yè)碳排放特征，實(shí)證分析了中國工業(yè)碳排放與經(jīng)濟(jì)增長的關(guān)系及其主要影響因素，主要結(jié)論為：①中國工業(yè)的二氧化碳排放與經(jīng)濟(jì)增長的關(guān)系具有U型曲線特征，拐點(diǎn)處高排放強(qiáng)度行業(yè)的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出低于低排放強(qiáng)度行業(yè)；②資本存量對工業(yè)碳排放的正向影響作用大于勞動(dòng)力總量，化石能源結(jié)構(gòu)調(diào)整不能促進(jìn)工業(yè)減排，科研投入有利于高排放強(qiáng)度行業(yè)減排。

由上述研究結(jié)論得到如下政策啟示：①繼續(xù)推進(jìn)高排放強(qiáng)度行業(yè)增長方式由粗放型向集約型轉(zhuǎn)變，大力促進(jìn)低碳排放強(qiáng)度行業(yè)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的低碳轉(zhuǎn)型；②在促進(jìn)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中適當(dāng)引導(dǎo)就業(yè)，防止資本過度深化，促進(jìn)綠色技術(shù)發(fā)展，繼續(xù)鼓勵(lì)高排放強(qiáng)度行業(yè)綠色創(chuàng)新技術(shù)的投入，同時(shí)重視低排放強(qiáng)度行業(yè)環(huán)境規(guī)制和減排技術(shù)發(fā)展；③優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，一方面提高能源效率，控制能耗總量過快增長，另一方面積極開發(fā)低碳能源，加快清潔能源的開發(fā)和使用。

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