科技創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、環(huán)境規(guī)制與碳排放強(qiáng)度的交互效應(yīng)*
——基于省級面板協(xié)整和PECM模型的實(shí)證分析

徐慶娟,蒙 懿

(南寧師范大學(xué) 數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院，廣西 南寧 530100)

1 引言

2001年IPCC發(fā)布的第三次評估報(bào)告第三工作組報(bào)告，首次提出了減排的途徑，于是全球開始碳減排[1].在國家層面，環(huán)境規(guī)制的力度不斷加大，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也繼續(xù)調(diào)整優(yōu)化.在企業(yè)層面，科技創(chuàng)新生產(chǎn)綠色、高效、節(jié)能產(chǎn)品，推動經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)又保護(hù)了環(huán)境，不僅間接促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型，而且也影響了環(huán)境規(guī)制的支出[2].因此，科技創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、環(huán)境規(guī)制和碳排放強(qiáng)度之間的交互影響關(guān)系，逐漸受到人們的關(guān)注和重視，相關(guān)研究成果也日益豐富.

2010年，王曾[3]采用時(shí)間序列分析方法，對碳排放與人力資本、技術(shù)進(jìn)步、城鎮(zhèn)化率等因素關(guān)系進(jìn)行實(shí)證分析，發(fā)現(xiàn)研發(fā)強(qiáng)度、技術(shù)進(jìn)步、技術(shù)轉(zhuǎn)移等因素對減排有明顯的促進(jìn)作用.2020年，孫振清等[4]基于我國30個(gè)省域面板數(shù)據(jù)，利用動態(tài)面板數(shù)據(jù)模型和固定效應(yīng)模型，實(shí)證分析了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、技術(shù)創(chuàng)新與碳減排間的影響關(guān)系，得出技術(shù)創(chuàng)新投入有助于碳減排，和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的交互作用對促進(jìn)碳減排存在區(qū)域差異性.龐慶華等[5]利用長江經(jīng)濟(jì)帶11個(gè)省市面板數(shù)據(jù)，構(gòu)建面板向量自回歸模型(PVAR)研究產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、環(huán)境規(guī)制對碳排放的影響關(guān)系.結(jié)果表明，它們之間存在長期的均衡關(guān)系，兩兩互動關(guān)系顯著.

上述研究采用不同的方法，探究了科技創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、環(huán)境規(guī)制和碳排放之間的影響關(guān)系，但僅僅是單一或其中兩個(gè)因素與碳排放之間的影響關(guān)系，同時(shí)研究科技創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和環(huán)境規(guī)制三個(gè)因素與碳排放間的影響關(guān)系的成果比較鮮見.

郭捷等[6]基于我國內(nèi)地省級面板數(shù)據(jù)，采用面板協(xié)整檢驗(yàn)和面板固定效應(yīng)模型，探究了環(huán)境規(guī)制、政府研發(fā)資助對綠色技術(shù)創(chuàng)新的影響和交互效應(yīng).劉永旺等[7]基于我國省級面板數(shù)據(jù)，采用面板協(xié)整檢驗(yàn)和面板誤差修正模型(PECM)，對人口集聚、經(jīng)濟(jì)集聚與環(huán)境污染之間的交互影響關(guān)系進(jìn)行了實(shí)證研究.所采用的面板協(xié)整檢驗(yàn)和PECM模型可進(jìn)一步驗(yàn)證其長、短期的因果關(guān)系方向，對制定長、短期規(guī)劃十分有益.

鑒于此，本文嘗試基于我國省域面板數(shù)據(jù)，采用面板協(xié)整檢驗(yàn)和PECM模型，探究科技創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、環(huán)境規(guī)制對碳排放強(qiáng)度的影響及其交互效應(yīng)，以期有效調(diào)節(jié)四者之間的交互影響，快速地促進(jìn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展，為制定長短期規(guī)劃提供理論參考.

2 研究變量與數(shù)據(jù)說明

2.1 研究變量

1) 科技創(chuàng)新(Tech)用地區(qū)研究與試驗(yàn)發(fā)展(R&D)經(jīng)費(fèi)支出與生產(chǎn)總值(GDP)的比值[8]表示.科技研發(fā)所創(chuàng)造的新節(jié)能產(chǎn)品對我國降低碳排放量強(qiáng)度起著重要作用，符合我國加強(qiáng)創(chuàng)新發(fā)展的理念.2007年以來我國R&D經(jīng)費(fèi)投入與國內(nèi)GDP的比值有了明顯提高，推進(jìn)創(chuàng)新驅(qū)動引領(lǐng)高質(zhì)量發(fā)展已是當(dāng)代發(fā)展的要求，營造良好創(chuàng)新生態(tài)，能有效協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境友好發(fā)展.

2) 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)(SD)，用地區(qū)第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占GDP的比值來近似[2],[4].第二產(chǎn)業(yè)是能源的主要消耗者，其所占GDP比重降低、第三產(chǎn)業(yè)所占比重增加有利于降低碳排放量，促進(jìn)低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展.調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建節(jié)能降耗型產(chǎn)業(yè)體系，是我國今后長期穩(wěn)步發(fā)展的趨勢.

3) 環(huán)境規(guī)制(ER)，選取地區(qū)環(huán)境污染治理投資總額占GDP的比值來衡量[6].環(huán)境規(guī)制主要是為保護(hù)環(huán)境對污染公共環(huán)境的各種行為進(jìn)行規(guī)制，包括對大氣污染、水污染和有害物質(zhì)治理等.為了保護(hù)環(huán)境，國家不僅增加對環(huán)境污染治理投資額，而且不斷提高有害氣體、污水的排放標(biāo)準(zhǔn).

4) 碳排放強(qiáng)度(CG)數(shù)值上為地區(qū)碳排放量與GDP的比值[9]，其本質(zhì)是單位GDP增長所帶來的碳排放量.本文地區(qū)碳排放量數(shù)據(jù)源自中國碳核算數(shù)據(jù)庫，借鑒了文獻(xiàn)中的計(jì)算公式[10]

(1)

其中，co2為碳排放量，Ei代表第i種能源消費(fèi)量，αi表示第i種能源二氧化碳排放系數(shù)，參考IPCC2006年發(fā)布的國家溫室氣體清單指南和Shan. Y.提供的計(jì)算方法[11],i分別為原煤、煤炭、汽油、液化石油氣、天然氣等能源.

2.2 數(shù)據(jù)說明

本文以2003—2017年為計(jì)算期，選取我國內(nèi)地30省(市、區(qū)，不包括西藏)級面板數(shù)據(jù).數(shù)據(jù)來源于《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國科技統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國碳核算數(shù)據(jù)庫》以及中經(jīng)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫等.各變量的符號說明和描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1和表2.

表1 變量的符號及說明

表2 變量的描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果

3 研究方法與模型構(gòu)建

3.1 面板單位根檢驗(yàn)

面板數(shù)據(jù)的平穩(wěn)性常用面板單位根檢驗(yàn).常見的面板單位根檢驗(yàn)包含基于相同根下的LLC、Breintung、Hadri和不同根下的IPS、ADF-Fisher和PP-Fisher檢驗(yàn).這些單位根檢驗(yàn)方法均基于如下AR(1)過程開展：

yit=ρiyi,t-1+x'i,tδi+μi,t,i=1,2,…,N；t=1,2,…，Ti，

(2)

其中，xi,t為外生變量向量，含固定影響和時(shí)間趨勢；N為截面樣本個(gè)數(shù)；Ti為時(shí)間跨度；ρi為自回歸系數(shù)；μi,t滿足獨(dú)立同分布假設(shè).式(2)中，如果|ρi|<1，則序列yi平穩(wěn)，若|ρi|=1，則序列yi非平穩(wěn).為使結(jié)果更有說服力，本文采用幾種經(jīng)典的方法檢驗(yàn)，如針對同質(zhì)面板數(shù)據(jù)的LLC檢驗(yàn)和針對異質(zhì)面板數(shù)據(jù)的IPS、Fisher檢驗(yàn)[19].

3.2 面板協(xié)整檢驗(yàn)

常用的面板協(xié)整檢驗(yàn)有Pedroni(1999)、Kao(1999)和Fisher(1999)檢驗(yàn).前兩者以E-G兩步法的回歸殘差為基礎(chǔ)，后者Fisher檢驗(yàn)以最大似然比為基礎(chǔ)，建立在Johansen基礎(chǔ)上的方法.為了檢驗(yàn)碳排放強(qiáng)度(CG)、科技創(chuàng)新(Tech)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)(SD)、環(huán)境規(guī)制(ER)兩兩之間是否存在協(xié)整關(guān)系，本文采用上述三種協(xié)整檢驗(yàn)方法，并比較其結(jié)果.

3.3 格蘭杰因果關(guān)系檢驗(yàn)和面板誤差修正模型(PECM)

明確了變量間的協(xié)整關(guān)系之后，就開始確定變量間的因果關(guān)系方向(單向、雙向、無因果)和類型(長期、短期).本文主要探討不同類型下，科技創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、環(huán)境規(guī)制與碳排放強(qiáng)度四者之間的因果關(guān)系.構(gòu)建分析模型如下：

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

其中，i=1,2,…,N，表示不同的省(直轄市、自治區(qū))；t=1,2,…,T，表示樣本年度.上標(biāo)A、B、C、D分別代表碳排放強(qiáng)度、科技創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、環(huán)境規(guī)制；箭頭→表示方向，如B→A表示科技創(chuàng)新對碳排放量的影響方向.αi為各面板單位協(xié)整關(guān)系中存在的不同的固定效應(yīng)，βi為其協(xié)整系數(shù)，μi,t為殘差項(xiàng).

基于上述方程組可得到動態(tài)的面板誤差修正模型(PECM)，運(yùn)用廣義最小二乘(GLS)進(jìn)行估計(jì)，同時(shí)檢驗(yàn)變量間的因果關(guān)系和方向.采用PECM模型不僅能更好地理解動態(tài)調(diào)整過程，還可以提供長期關(guān)系和短期調(diào)節(jié)的解釋.所構(gòu)建的動態(tài)PECM模型如下：

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

4 實(shí)證分析

4.1 面板單位根檢驗(yàn)結(jié)果

采用3.1節(jié)介紹的幾種方法，對碳排放強(qiáng)度(CG)、科技創(chuàng)新(Tech)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)(SD)、環(huán)境規(guī)制(ER)四個(gè)變量及其一階差分進(jìn)行面板單位根檢驗(yàn)，詳細(xì)結(jié)果如表3所示：

表3 變量的單位根檢驗(yàn)結(jié)果

由表3的結(jié)果可知，當(dāng)用LIC、IPS、ADF-Fisher和PP-Fisher四種面板單位根檢驗(yàn)方法對碳排放強(qiáng)度(CG)、科技創(chuàng)新(Tech)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)(SD)、環(huán)境規(guī)制(ER)進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，檢驗(yàn)結(jié)果表明均不能拒絕“存在單位根”的原假設(shè)，即四個(gè)變量均是非平穩(wěn)的.對其一階差分進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，檢驗(yàn)結(jié)果均在1%顯著性水平下拒絕了“存在單位根”的原假設(shè)，即各變量的一階差分平穩(wěn).因此，碳排放強(qiáng)度、科技創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、環(huán)境規(guī)制四個(gè)變量均是一階單整的，即I(1).

4.2 面板協(xié)整檢驗(yàn)結(jié)果

上述面板單位根檢驗(yàn)可知，該面板數(shù)據(jù)存在一階單整，可進(jìn)一步進(jìn)行面板協(xié)整檢驗(yàn)，其結(jié)果見表4.

表4 面板協(xié)整檢驗(yàn)結(jié)果

由表4結(jié)果可知，在四個(gè)變量的兩兩協(xié)整檢驗(yàn)中，除個(gè)別情形外，Pedroni檢驗(yàn)中至少有4個(gè)統(tǒng)計(jì)量顯著，Kao檢驗(yàn)和Fisher檢驗(yàn)均在5%顯著性水平下拒絕了“不存在協(xié)整關(guān)系”的原假設(shè).綜合判斷，變量碳排放強(qiáng)度(CG)、科技創(chuàng)新(Tech)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)(SD)、環(huán)境規(guī)制(ER)四者之間存在協(xié)整關(guān)系.下面基于所構(gòu)建的面板誤差修正模型(PECM)對四個(gè)變量之間的因果關(guān)系進(jìn)行深入討論.

4.3 格蘭杰因果關(guān)系檢驗(yàn)和PECM模型結(jié)果

上一節(jié)已得到碳排放強(qiáng)度(CG)、科技創(chuàng)新(Tech)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)(SD)、環(huán)境規(guī)制(ER)之間存在協(xié)整關(guān)系，本節(jié)將采用PECM模型對其長、短期因果關(guān)系及其因果關(guān)系方向進(jìn)行探討.首先利用模型(3)～(8)得到長期檢驗(yàn)結(jié)果的殘差項(xiàng)，然后運(yùn)用動態(tài)PECM模型(9)～(14)來估計(jì)格蘭杰因果關(guān)系，結(jié)果如表5所示.

表5 面板誤差修正模型回歸結(jié)果

4.4 結(jié)果分析

(1) 短期因果關(guān)系分析

為了更直觀地展現(xiàn)碳排放強(qiáng)度(CG)、科技創(chuàng)新(Tech)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)(SD)、環(huán)境規(guī)制(ER)之間的短期因果關(guān)系及影響結(jié)構(gòu)，表6列出了它們的短期因果關(guān)系方向表.

表6 短期因果方向表

(2) 長期因果關(guān)系分析

通過模型(9)～(14)結(jié)合表5發(fā)現(xiàn)，誤差修正項(xiàng)ecm系數(shù)即長期調(diào)整系數(shù)λ在1%顯著性水平下顯著，這說明了碳排放強(qiáng)度、科技創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、環(huán)境規(guī)制兩兩之間存在長期的雙向因果關(guān)系.當(dāng)人類的行為活動產(chǎn)生的碳排放量增長時(shí)，人們通過環(huán)境規(guī)制的方式進(jìn)行制約；為了長期均衡發(fā)展，需要調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、發(fā)展科技創(chuàng)新，一定程度上可降低制約的成本，也可控制碳排放強(qiáng)度，另一方面也會促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，而經(jīng)濟(jì)的發(fā)展在一定程度上又促使碳排放量增長.因此，在長期發(fā)展中，碳排放強(qiáng)度的增長、環(huán)境規(guī)制的制約、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型，科技創(chuàng)新的發(fā)展相互影響協(xié)調(diào)著我國經(jīng)濟(jì)的均衡發(fā)展.它們之間的長期因果關(guān)系方向見表7.

表7 長期因果關(guān)系方向表

(3) 基于四者交互效應(yīng)進(jìn)一步分析

基于前面短期變量間的因果關(guān)系及方向，可歸納出：短期內(nèi)碳排放強(qiáng)度對科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)都產(chǎn)生影響，而科技創(chuàng)新可同時(shí)影響環(huán)境規(guī)制和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)又反過來對碳排放強(qiáng)度和環(huán)境規(guī)制有影響.最終形成產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與碳排放強(qiáng)度雙向影響，環(huán)境規(guī)制在短期內(nèi)并沒有對其它三個(gè)變量產(chǎn)生影響.四者之間的短期因果關(guān)系接近環(huán)狀結(jié)構(gòu)，如圖1所示.

圖1 短期影響關(guān)系

對于四者間的長期因果關(guān)系，碳排放強(qiáng)度(CG)、科技創(chuàng)新(Tech)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)(SD)、環(huán)境規(guī)制(ER)之間兩兩形成交互影響，蘊(yùn)含著多個(gè)雙向環(huán)形因果關(guān)系.若以科技創(chuàng)新發(fā)起，通過科技創(chuàng)新研發(fā)生產(chǎn)綠色節(jié)能新產(chǎn)品，不僅能減少環(huán)境規(guī)制的支出，還可以提高生產(chǎn)力，加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，降低碳排放強(qiáng)度，而碳排放的降低，也會促進(jìn)科技創(chuàng)新.結(jié)構(gòu)如圖2所示.

圖2 長期影響關(guān)系

5 結(jié)論與建議

本文基于2003—2017年我國內(nèi)地30個(gè)省(市、區(qū))面板數(shù)據(jù)，對碳排放強(qiáng)度(CG)、科技創(chuàng)新(Tech)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)(SD)、環(huán)境規(guī)制(ER)之間的交互影響進(jìn)行了實(shí)證分析，發(fā)現(xiàn)：短期內(nèi)碳排放強(qiáng)度與環(huán)境規(guī)制不存在因果關(guān)系；碳排放強(qiáng)度與科技創(chuàng)新、科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與環(huán)境規(guī)制、科技創(chuàng)新與環(huán)境規(guī)制分別存在單向的短期因果關(guān)系；產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與碳排放強(qiáng)度存在雙向的短期因果關(guān)系.長期來看，碳排放強(qiáng)度、科技創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、環(huán)境規(guī)制兩兩之間相互影響，呈多個(gè)雙向環(huán)形因果關(guān)系.

根據(jù)上述結(jié)論，提出以下建議：(1) 在科技創(chuàng)新方面，健全完善創(chuàng)新補(bǔ)貼機(jī)制，加強(qiáng)對企業(yè)創(chuàng)新研發(fā)投入.激勵研發(fā)更多的綠色、節(jié)能、環(huán)保型產(chǎn)品，催生新技術(shù)、新產(chǎn)品、新模式，在發(fā)展?jié)摿Υ?、帶動性?qiáng)的數(shù)字經(jīng)濟(jì)、清潔能源、智慧城市等高科技、高效益和低排放領(lǐng)域培育出新的增長動能，有效提高碳生產(chǎn)力.(2) 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)方面，以綠色低碳生產(chǎn)推動經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型.大力發(fā)展綠色低碳循環(huán)的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)和服務(wù)業(yè)，加快推進(jìn)能源清潔低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展，大力推進(jìn)綠色能源開發(fā)，優(yōu)化工業(yè)空間布局，完善重點(diǎn)行業(yè)單位產(chǎn)品溫室氣體排放標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級.(3) 在環(huán)境規(guī)制方面，當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門應(yīng)提高經(jīng)濟(jì)型環(huán)境規(guī)制的有效性及其投入的準(zhǔn)確性，確保經(jīng)濟(jì)型環(huán)境規(guī)制通過刺激綠色創(chuàng)新技術(shù)的更新而起到降低碳排放的作用.