高速鐵路與城市環(huán)境污染

張帆 姚樹潔 汪鋒

摘要：

在中國(guó)城市化和工業(yè)化進(jìn)程中，環(huán)境污染一直是最受關(guān)注的問(wèn)題之一。習(xí)近平總書記在黨的十九大報(bào)告中強(qiáng)調(diào)要聚焦藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)等重點(diǎn)任務(wù)，持續(xù)推進(jìn)污染防治，加強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)修復(fù)，壯大綠色環(huán)保產(chǎn)業(yè)，大力推動(dòng)綠色發(fā)展，使生態(tài)環(huán)境質(zhì)量繼續(xù)得到改善。相比中國(guó)城市內(nèi)部交通污染物帶來(lái)嚴(yán)重的“城市病”問(wèn)題，以電力驅(qū)動(dòng)的高速鐵路列車是最符合可持續(xù)性發(fā)展的綠色交通基礎(chǔ)設(shè)施之一。文章通過(guò)構(gòu)建新的高鐵與環(huán)境污染關(guān)系的理論分析框架，利用廣義空間二段最小二乘法及2010—2018年全國(guó)285個(gè)城市的面板數(shù)據(jù)對(duì)兩者之間的關(guān)系進(jìn)行實(shí)證分析。不僅系統(tǒng)地分析了高鐵是否對(duì)空氣污染、單位GDP工業(yè)氮氧化物排放量及單位GDP工業(yè)廢水排放量產(chǎn)生重大影響，還分析了這種影響發(fā)生的傳導(dǎo)機(jī)制。實(shí)證結(jié)果顯示：我國(guó)城市環(huán)境污染存在顯著的空間溢出效應(yīng)，意味著環(huán)境污染治理要遵循區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控的策略；高鐵對(duì)環(huán)境污染有明顯的抑制作用，相對(duì)于沒(méi)有高鐵的城市，高鐵連通城市PM2.5年均濃度、單位GDP工業(yè)氮氧化物排放量及單位GDP工業(yè)廢水排放量分別降低1.5%、11.4%和12%；東部和西部地區(qū)高鐵對(duì)環(huán)境污染的抑制作用顯著，非中心城市高鐵對(duì)環(huán)境污染的影響大于中心城市，表明高鐵網(wǎng)絡(luò)能夠在一定程度上縮小城市生態(tài)效率不平衡，有助于環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展；高鐵通過(guò)顯著提高中國(guó)城市全要素生產(chǎn)率，進(jìn)而抑制環(huán)境污染。文章的研究為實(shí)現(xiàn)高鐵發(fā)展對(duì)城市環(huán)境污染的抑制作用提供了理論借鑒，為建設(shè)和發(fā)展高鐵經(jīng)濟(jì)提供了以下政策參考：中國(guó)高鐵是改變城市空間地理格局的重要基礎(chǔ)設(shè)施，環(huán)境污染存在顯著的空間溢出效應(yīng)，因此從城市的空間地理視角思考環(huán)境污染的區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控策略，特別是考慮在學(xué)術(shù)探討和政策實(shí)踐中均較少討論的高鐵網(wǎng)絡(luò)布局對(duì)環(huán)境污染的作用具有重要的理論和實(shí)踐價(jià)值；高鐵開通對(duì)抑制城市環(huán)境污染的作用具有異質(zhì)性，進(jìn)一步在中西部地區(qū)和非中心城市推進(jìn)新型交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，促進(jìn)城際運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)代化和效率提升，不僅有助于當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展，同時(shí)也有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

關(guān)鍵詞：高速鐵路；環(huán)境污染；綠色全要素生產(chǎn)率；空間二段最小二乘法

中圖分類號(hào)：F061.5; F124.3; X196? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? 文章編號(hào)：1008-5831（2023）01-0024-14

黨和政府高度關(guān)注環(huán)境污染治理問(wèn)題。黨的二十大報(bào)告提出，我們要推進(jìn)美麗中國(guó)建設(shè)，堅(jiān)持山水林田湖草沙一體化保護(hù)和系統(tǒng)治理，統(tǒng)籌

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、污染治理、生態(tài)保護(hù)、應(yīng)對(duì)氣候變化，協(xié)同推進(jìn)降碳、減污、擴(kuò)綠、增長(zhǎng)，推進(jìn)生態(tài)

優(yōu)先、節(jié)約集約、綠色低碳發(fā)展……加快推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)、交通運(yùn)輸結(jié)構(gòu)等調(diào)整優(yōu)化。習(xí)近平總書記在黨的十九大報(bào)告中強(qiáng)調(diào)要聚焦藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)等重點(diǎn)任務(wù)，持續(xù)推進(jìn)污染防治，加強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)修復(fù)，壯大綠色環(huán)保產(chǎn)業(yè)，大力推動(dòng)綠色發(fā)展，使生態(tài)環(huán)境質(zhì)量繼續(xù)得到改善。國(guó)務(wù)院分別于2021年、2018年和2013年發(fā)布了《關(guān)于深入打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的意見》《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃》和《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，推動(dòng)污染防治的措施之實(shí)、力度之大、成效之顯著前所未有。交通污染物排放是中國(guó)各大城市污染的關(guān)鍵影響因素之一，帶來(lái)嚴(yán)重的“城市病”問(wèn)題［1］。相較于高速公路、航空運(yùn)輸?shù)瘸鞘型獠拷煌ɑA(chǔ)設(shè)施，高鐵更加適合中國(guó)幅員遼闊、人口眾多的國(guó)情［2］。以電力驅(qū)動(dòng)的高鐵列車具有低污染特征，被公認(rèn)為是最符合可持續(xù)性發(fā)展的綠色交通基礎(chǔ)設(shè)施［3］。更為重要的是高鐵通過(guò)改寫城市之間的時(shí)空關(guān)系，提高城市間可達(dá)性，加速資本、勞動(dòng)力、技術(shù)生產(chǎn)要素流通速度［4］，極大地促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率提高，進(jìn)而能夠有效抑制環(huán)境污染。我們利用最新的城市統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)初步發(fā)現(xiàn)，最近幾年中國(guó)城市的高鐵發(fā)展與環(huán)境污染存在相關(guān)關(guān)系。目前，關(guān)于中國(guó)高鐵對(duì)環(huán)境的影響研究大多使用雙重差分法，而且對(duì)高鐵的環(huán)境污染異質(zhì)性產(chǎn)生的機(jī)制討論不夠深入。本文通過(guò)構(gòu)建新的高鐵與環(huán)境污染關(guān)系的理論分析框架，利用空間計(jì)量模型對(duì)兩者之間的關(guān)系以及影響機(jī)制進(jìn)行實(shí)證分析，為我國(guó)通過(guò)城市外部交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)治理環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)綠色發(fā)展提供新的思路。

一、文獻(xiàn)回顧

（一）交通基礎(chǔ)設(shè)施與環(huán)境污染

交通問(wèn)題已成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)改善環(huán)境質(zhì)量的重要障礙，汽車尾氣是中國(guó)重點(diǎn)城市空氣污染的主要來(lái)源之一［5］。尤其在大都市地區(qū)，機(jī)動(dòng)車尾氣排放與其城市空氣污染問(wèn)題密切相關(guān)［6］。對(duì)于人口規(guī)模較大的城市，路面交通資源因需求過(guò)大而較易出現(xiàn)供不應(yīng)求，進(jìn)而引發(fā)交通擁堵并惡化空氣污染。機(jī)動(dòng)車尾氣排放導(dǎo)致公路系統(tǒng)環(huán)境效率低下［7］。

相比機(jī)動(dòng)車，軌道交通具有顯著的規(guī)模效應(yīng)，無(wú)論在降低路面交通擁堵程度，還是改善城市空氣質(zhì)量方面都具有較大優(yōu)勢(shì)［8］。Li等的研究表明，地鐵密度提高1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差，可以使空氣質(zhì)量提高2%［9］。梁若冰和席鵬輝基于RDID方法估計(jì)中國(guó)14個(gè)城市新開通45條線路對(duì)空氣污染的影響，發(fā)現(xiàn)軌道交通具有顯著的污染治理效應(yīng)［10］。鐵路運(yùn)輸對(duì)環(huán)境效率具有顯著的積極影響［11］，在鐵路運(yùn)輸使用率較高的地區(qū)，這種影響還在增強(qiáng)［12］。

高鐵和其他傳統(tǒng)運(yùn)輸方式相比，能耗量和溫室氣體排放量均為最低，是符合可持續(xù)性發(fā)展的綠色基礎(chǔ)設(shè)施［13-14］。在中短途路線上盡可能用高鐵代替航空服務(wù)能夠有效減少空氣污染，對(duì)環(huán)境改善具有顯著的正向作用［15-16］。通過(guò)構(gòu)建雙重差分模型，祝樹金等［17］、范小敏和徐盈之［18］證明高鐵對(duì)西部地區(qū)環(huán)境污染的抑制效應(yīng)比東中部更明顯。而張華和馮烽則發(fā)現(xiàn)高鐵的減霾效應(yīng)在東中部、沿海、非資源型及創(chuàng)新水平高的城市更顯著［19］。張永慶和張金月運(yùn)用傾向得分匹配倍差法發(fā)現(xiàn)，高鐵開通后，長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶流域環(huán)境污染下降了4.2%［20］。而孫學(xué)濤、張廣勝的研究則認(rèn)為，高鐵開通減少富裕城市的污染排放，但加重了貧困城市的環(huán)境污染［21］。

（二）交通基礎(chǔ)設(shè)施、全要素生產(chǎn)率與環(huán)境污染

交通基礎(chǔ)設(shè)施改善加快人員流動(dòng)、帶動(dòng)固定資產(chǎn)投資，從而引致更為充分的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，促使資源流向更具效率的地方，有利于細(xì)分市場(chǎng)，提高分工和專業(yè)化水平及經(jīng)營(yíng)規(guī)模，從而提高全要素生產(chǎn)率［22］。鐵路提速縮短地區(qū)之間人員交流時(shí)間，減少技術(shù)傳輸過(guò)程中不必要的損耗，降低傳播過(guò)程中的內(nèi)容失真和漏損［23］，對(duì)沿途企業(yè)技術(shù)進(jìn)步和效率改進(jìn)發(fā)揮積極作用，促進(jìn)全要素生產(chǎn)率增長(zhǎng)。劉秉鐮等指出2001—2007年鐵路基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)全要素生產(chǎn)率有著持續(xù)顯著的正向影響，鐵路和公路基礎(chǔ)設(shè)施存量的增加共帶動(dòng)中國(guó)全要素生產(chǎn)率增長(zhǎng)了11%，占全要素生產(chǎn)率整體增幅的59%［24］。施震凱等發(fā)現(xiàn)鐵路提速對(duì)沿途企業(yè)技術(shù)進(jìn)步和效率改進(jìn)發(fā)揮了積極作用， 對(duì)非國(guó)有控股、沿海地區(qū)、出口型企業(yè)具有更為顯著的生產(chǎn)率促進(jìn)效應(yīng)［25］。孫廣召和黃凱南的研究表明高鐵開通對(duì)不同地區(qū)全要素生產(chǎn)率增長(zhǎng)率影響存在差異，對(duì)區(qū)域中心城市地區(qū)和非中心城市地區(qū)有正向作用，對(duì)全國(guó)性中心城市地區(qū)為負(fù)向作用［26］。而張夢(mèng)婷等則認(rèn)為，高鐵開通產(chǎn)生了明顯的虹吸效應(yīng)，對(duì)外圍城市企業(yè)生產(chǎn)率有負(fù)向影響［27］。生產(chǎn)率提高對(duì)改善環(huán)境污染有顯著正向影響［28］。李國(guó)璋等利用1978—2007年相關(guān)數(shù)據(jù)，從全要素能源效率、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)角度，通過(guò)逐步回歸法探討這些因素對(duì)環(huán)境污染的影響，研究結(jié)果表明要降低環(huán)境污染必須提高能源效率［29］。于峰等發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)率提高、環(huán)保技術(shù)創(chuàng)新與推廣降低了我國(guó)環(huán)境污染［30］。

（三）邊際貢獻(xiàn)

總結(jié)已有文獻(xiàn)我們發(fā)現(xiàn)，高鐵對(duì)環(huán)境污染的影響研究尚存在可補(bǔ)充的空間。第一，對(duì)高鐵及霧霾污染問(wèn)題的探討大多使用雙重差分法?？紤]到空氣及水資源是流動(dòng)的，如果不考慮其空間相關(guān)性，對(duì)環(huán)境污染的研究可能會(huì)有偏誤，因此本文采用空間二段最小二乘法（Generalized Spatial Two-stage Least Square， GS2SLS），能夠控制環(huán)境污染的空間溢出效應(yīng)，并解決可能存在的遺漏變量、測(cè)量誤差及雙向因果問(wèn)題。第二，本文不僅系統(tǒng)地分析了高鐵是否對(duì)空氣污染、單位GDP工業(yè)氮氧化物排放量及單位GDP工業(yè)廢水排放量產(chǎn)生重大影響，還分析了這種影響發(fā)生的傳導(dǎo)機(jī)制。

二、高鐵對(duì)環(huán)境污染影響的理論分析

高鐵對(duì)環(huán)境污染的主要影響為其環(huán)境外部性。一方面，它使勞動(dòng)力、資源和技術(shù)等生產(chǎn)要素的市場(chǎng)與企業(yè)之間更加容易接近，擴(kuò)大人力資本、物質(zhì)資本和技術(shù)的選擇范圍，有利于獲得各種優(yōu)質(zhì)廉價(jià)的生產(chǎn)要素，優(yōu)化投資，提高資源配置效率，減少污染排放。另一方面，高鐵使企業(yè)能夠更快、更方便地接近銷售市場(chǎng)，了解市場(chǎng)需求并生產(chǎn)適銷產(chǎn)品，有利于提高資源利用和分配效率，減少資源浪費(fèi)，從而減少污染物排放。

考察環(huán)境污染與經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出之間的關(guān)系存在兩種思路：其一是將環(huán)境污染的治理費(fèi)用作為要素投入，直接將環(huán)境污染作為生產(chǎn)函數(shù)的投入要素納入生產(chǎn)函數(shù)，但這種方法不利于厘清資本、勞動(dòng)、技術(shù)等其他要素投入對(duì)環(huán)境污染和污染治理的作用，因此與現(xiàn)實(shí)社會(huì)生產(chǎn)過(guò)程存在脫節(jié)；另一種思路是將環(huán)境污染作為一種負(fù)效用產(chǎn)出，如果希望減少環(huán)境污染，就需要相應(yīng)地減少期望產(chǎn)出，或者將一部分經(jīng)濟(jì)資源用于污染治理［31］。本文構(gòu)造要素資源投入與產(chǎn)出、污染之間的技術(shù)結(jié)構(gòu)關(guān)系，并考察高鐵是如何通過(guò)提高資源配置效率來(lái)減少環(huán)境污染的。用產(chǎn)出集合模擬環(huán)境技術(shù)：

P（x）={（y，b ） ∶xcan produce（y， b）}，RN+（1）

集合P（x）是指N種要素投入x所能生產(chǎn)的“好”產(chǎn)品與“壞”產(chǎn)品產(chǎn)量的所有組合。投入向量x=（x1+，…，xN）∈RN+；“好”產(chǎn)品向量y=（y1+，…，yM）∈RM+；“壞”產(chǎn)品b=（b1+，…，bJ）∈RJ+，指生產(chǎn)過(guò)程中排放的污染物。假定投入產(chǎn)出向量為：（xt（K×N），yt（K×M），bt（K×J）），可以構(gòu)造滿足上述條件的環(huán)境技術(shù)：

P（xt）=Kk=1Zkytim≥ytk，m，m=1，…，M;Kk=1zkbtk，j，j=1，…，J;

Kk=1zkxtk，n≥xtk，l，n=1，…，N;zk≥0，k=1，…，K

（2）

高鐵運(yùn)行加快人員和信息流動(dòng)速度，使沿線城市更加容易吸引人才，獲得先進(jìn)的管理方法和環(huán)境技術(shù)，從而體現(xiàn)在高鐵開通前后資源配置效率的提高上，即：

yt1（K×M）＜yt2（K×M）

bt1（K×J）＜bt2（K×J）

其中，t1代表開通高鐵之前，t2代表開通高鐵之后。

因此，開通高鐵通過(guò)提高資源配置效率對(duì)環(huán)境影響包含兩方面的含義：一是在產(chǎn)出不變情況下，開通高鐵通過(guò)提高資源配置效率減少污染物排放量；二是當(dāng)經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)時(shí)，即使污染物排放總量仍然在增加，開通高鐵通過(guò)提高資源配置效率，仍然可以降低單位產(chǎn)出污染物排放。

也有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)高鐵對(duì)環(huán)境質(zhì)量具有負(fù)向效應(yīng)。比如，高鐵的原材料，包括混凝土、鋼鐵等均產(chǎn)自高能耗生產(chǎn)部門，其生產(chǎn)過(guò)程會(huì)排放大量廢水、廢氣和固體污染物。另外，高鐵在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)對(duì)沿途居民區(qū)造成一定的噪聲污染［32］。但是，這些研究在很大程度上忽略了高鐵在減少其他運(yùn)輸方式（如汽車、飛機(jī)和傳統(tǒng)鐵路系統(tǒng)）污染方面的替代作用。準(zhǔn)確研究高鐵對(duì)環(huán)境的影響必須考慮其對(duì)環(huán)境污染的直接效應(yīng)和替代效應(yīng)。如果替代效應(yīng)大于直接效應(yīng)，那么高鐵將有利于改善環(huán)境質(zhì)量，這正是本研究的重點(diǎn)。根據(jù)以上的理論分析，我們可以提出以下兩個(gè)理論假設(shè)。

假設(shè)1：高鐵對(duì)環(huán)境污染具有顯著的負(fù)向作用，能夠顯著減低單位GDP環(huán)境污染量。

假設(shè)2：高鐵能夠提高綠色全要素生產(chǎn)率（GTFP），進(jìn)而抑制環(huán)境污染。

三、實(shí)證模型

本文運(yùn)用空間計(jì)量技術(shù)構(gòu)造基于全國(guó)285個(gè)城市的地理距離空間權(quán)重矩陣，使用GS2SLS考察2010—2018年間高鐵開通對(duì)環(huán)境污染的影響。我們采用以下基礎(chǔ)模型：

lnPolit=β0+ρW·（lnPolit）′+β1HSRit+β2Xit+αi+γt+εit（3）

其中：下標(biāo)i和t分別代表城市和年份，Pol表示環(huán)境污染，在實(shí)證中分別由PM2.5年均濃度值（PM2.5）、單位GDP工業(yè)氮氧化物排放量（NOx）、單位GDP工業(yè)廢水排放量（waw）表示。W為基于全國(guó)285個(gè)城市的地理與經(jīng)濟(jì)距離嵌套空間權(quán)重矩陣。HSR為是否開通高鐵的啞元變量。若某城市某年開通了高鐵，HSRit=1， 否則HSRit=0。如HSR的估計(jì)系數(shù)β1顯著為負(fù)，說(shuō)明高鐵城市比非高鐵城市環(huán)境污染減小。αi為與第i個(gè)城市特征相關(guān)的誤差項(xiàng)，γi為時(shí)間誤差項(xiàng)，εi為隨機(jī)誤差項(xiàng)。

X為本文考慮的其他與高鐵及環(huán)境污染相關(guān)的控制變量。參考孫傳旺等［1］、Yang等［13］以及張明志等［16］，選擇：（1）人均GDP（pgdp）及其二次項(xiàng)（pgdp2），采用2010年不變價(jià)格處理。（2）綠化水平（gcr）——城市建成區(qū)綠化覆蓋率。（3）城鎮(zhèn)化率（urb），用城鎮(zhèn)人口占總?cè)丝诘谋戎貋?lái)衡量。（4）就業(yè)人員密度（emp），用單位面積就業(yè)人員數(shù)來(lái)衡量。（5）機(jī)場(chǎng)（airport），某城市是否擁有民用機(jī)場(chǎng)啞元變量。（6）汽車保有量（car），用每百人汽車保有量來(lái)衡量。

考慮到環(huán)境污染問(wèn)題具有明顯的空間溢出效應(yīng)，我們運(yùn)用空間計(jì)量技術(shù)進(jìn)行模型估計(jì)以克服空間自相關(guān)問(wèn)題。構(gòu)造基于全國(guó)285個(gè)城市地理與經(jīng)濟(jì)距離嵌套權(quán)重矩陣（W）。W的計(jì)算公式為W=λW1+（1-λ）W2，其中W1為地理距離空間權(quán)重矩陣，W1元素wij表示城市i與城市j距離的倒數(shù)。λ為地理距離空間權(quán)重矩陣的權(quán)重，令其取值為0.5。W2為經(jīng)濟(jì)距離空間權(quán)重矩陣，其矩陣的構(gòu)成元素w′ij計(jì)算公式為：

w′ij=1/e，i≠j

0，i=j（4）

其中，e為城市i與城市j之間人均GDP之差，以此表示經(jīng)濟(jì)距離。

首先進(jìn)行初步的空間效應(yīng)檢驗(yàn)，判斷地區(qū)變量間是否存在空間相關(guān)性，即計(jì)算莫蘭I指數(shù)（Morans I）。莫蘭I指數(shù)本質(zhì)上為空間自相關(guān)指數(shù)，可視為觀測(cè)值與其空間滯后的相關(guān)系數(shù)。其取值一般介于-1到1之間，大于0表示正相關(guān)，小于0表示負(fù)相關(guān)。如果莫蘭I指數(shù)顯著不為0，則說(shuō)明存在空間效應(yīng)，需進(jìn)一步進(jìn)行空間計(jì)量分析。

估計(jì)方法使用GS2SLS，該方法選取各解釋變量及其空間滯后項(xiàng)作為工具變量，并基于2SLS方法估計(jì)空間面板模型，能夠?qū)Ω哞F或環(huán)境污染的空間溢出效應(yīng)及內(nèi)生性予以控制。即使在異方差與正態(tài)分布的情況下，依然是一致估計(jì)。本文在對(duì)基準(zhǔn)回歸估計(jì)時(shí)選擇了最高三階空間滯后項(xiàng)作為工具變量。

在樣本量選擇和時(shí)間跨度選擇中，考慮到2009年12月26日全國(guó)第二條高速列車，也是第一條由字母G開頭的高速列車武廣高鐵開通運(yùn)營(yíng)，結(jié)合可獲得的數(shù)據(jù)，本文研究的時(shí)間區(qū)間定為2010—2018年。在樣本篩選過(guò)程中，剔除了在研究區(qū)間內(nèi)新設(shè)立的地級(jí)市（如海南省三沙市、貴州省銅仁市等），在研究區(qū)間內(nèi)撤銷的地級(jí)市（如安徽省巢湖市等），或是在研究區(qū)間內(nèi)存在嚴(yán)重?cái)?shù)據(jù)缺失情況的地級(jí)市（如西藏自治區(qū)各個(gè)城市），最終樣本為包括四個(gè)直轄市在內(nèi)的共285個(gè)地級(jí)及以上城市。

PM2.5年均濃度數(shù)據(jù)來(lái)源于哥倫比亞大學(xué)社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)和應(yīng)用中心（SEDAC，http：//sedac.ciesin.columbia.edu/）發(fā)布的基于光學(xué)衛(wèi)星空間遙感獲得的年全球PM2.5濃度年均值柵格地圖，利用arcGIS軟件將其解析為中國(guó)所有城市的年均PM2.5濃度數(shù)據(jù)。此數(shù)據(jù)更新至2016年，因此考察全國(guó)285個(gè)城市高鐵對(duì)霧霾污染的影響時(shí)，時(shí)間區(qū)間定為2010—2016年，但后文穩(wěn)健性檢驗(yàn)中將根據(jù)可得數(shù)據(jù)補(bǔ)充2014—2018年全國(guó)112個(gè)環(huán)保重點(diǎn)城市中高鐵對(duì)霧霾污染的影響。中國(guó)城市單位GDP工業(yè)氮氧化物排放量（NOx）及單位GDP工業(yè)廢水排放量（waw）數(shù)據(jù)通過(guò)《中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒》2011—2019年獲取并計(jì)算整理。實(shí)證中的其他控制變量，pgdp，gcr，urb，emp數(shù)據(jù)來(lái)源于《中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒》2011—2019年，以及各省統(tǒng)計(jì)年鑒。airport數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)民航總局（CAAC）網(wǎng)站發(fā)布的“官方民用航空業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)（2010—2018）”。car數(shù)據(jù)來(lái)源于CEIC數(shù)據(jù)庫(kù)。

在前文理論和實(shí)證研究基礎(chǔ)上，還將深入討論高鐵對(duì)環(huán)境影響的作用機(jī)制，即高鐵是否通過(guò)提高GTFP來(lái)減輕環(huán)境污染。借助中介效應(yīng)模型［33］，構(gòu)建如下三個(gè)回歸方程來(lái)識(shí)別檢驗(yàn)高鐵對(duì)環(huán)境影響的作用機(jī)制：

lnPolit=θ0+τW·（lnPolit）′+θ1HSRit+θ2Xit+αi+ γt+εit（5）

lnGTFPit=β0+β1HSRit+β2X′it+α′i+ γ′t+ε′it（6）

lnPolit=δ0+ξW·（lnPolit）′+δ1HSRit+δ2GTFPit+δ3Xit+α″i+ γ″t+ε″it（7）

Pol與HSR定義同前文，GTFP為綠色全要素生產(chǎn)率，X為其他控制變量。αi為與第i個(gè)城市特征相關(guān)的誤差項(xiàng)，γt為時(shí)間誤差項(xiàng)，αit為隨機(jī)誤差項(xiàng)。依然使用基于空間權(quán)重矩陣W的GS2SLS法進(jìn)行回歸。式（6）中，β1的期望估計(jì)系數(shù)為正。式（7）中，δ1和δ2的期望估計(jì)系數(shù)為負(fù)。根據(jù)中介效應(yīng)模型原理，若系數(shù)θ1、β1、δ2均顯著，且δ1較θ1的顯著性或絕對(duì)值有所下降，則表明存在中介效應(yīng)，即高鐵通過(guò)提高GTFP，進(jìn)而抑制環(huán)境污染。

在計(jì)算GTFP時(shí)，考慮到投入產(chǎn)出的松弛問(wèn)題，Tone［34］提出SBM（Slack Based Measure）模型測(cè)量被評(píng)價(jià)決策單元（DMU， Decision Making Unit）的效率值。相較經(jīng)典的徑向DEA模型，SBM模型中非有效DMU不必沿到原點(diǎn)的射線方向進(jìn)行改進(jìn)，即不需要同比例縮減投入或擴(kuò)大產(chǎn)出，可以用于非期望產(chǎn)出存在下的經(jīng)濟(jì)效率測(cè)算。本文將每個(gè)城市都視為一個(gè)生產(chǎn)決策單元來(lái)構(gòu)建生產(chǎn)性前沿，采用考慮非期望產(chǎn)出和松弛問(wèn)題的非徑向、非角度SBM模型來(lái)測(cè)算2010—2018年中國(guó)285個(gè)地級(jí)及以上城市的綠色全要素生產(chǎn)率。產(chǎn)出指標(biāo)包括期望產(chǎn)出和非期望產(chǎn)出。投入要素包括資本K、勞動(dòng)力L、表征資源消耗的工業(yè)用電量EC和表征環(huán)境污染的二氧化硫排放量SO2四種要素。由于統(tǒng)計(jì)年鑒中并未直接公布各地的資本存量數(shù)據(jù)，因此需要進(jìn)行估算。在計(jì)算中以永續(xù)盤存法為基礎(chǔ)，參考張軍等［35］的方法，以2010年為基期，對(duì)我國(guó)285個(gè)城市資本存量進(jìn)行估算。表1給出了2010—2018年全國(guó)285個(gè)城市面板數(shù)據(jù)的描述性統(tǒng)計(jì)。

四、高鐵對(duì)城市環(huán)境污染影響的估計(jì)結(jié)果

（一）基準(zhǔn)回歸結(jié)果

空間計(jì)量模型首先需要計(jì)算莫蘭I指數(shù)，以檢驗(yàn)空間計(jì)量分析是否適用于該模型。由表2各個(gè)年份中國(guó)城市霧霾污染的莫蘭I檢驗(yàn)結(jié)果可見，各個(gè)年份莫蘭I值均通過(guò)1%水平下的顯著性檢驗(yàn)，且均為正值，證明我國(guó)城市霧霾污染在空間上存在明顯的正自相關(guān)關(guān)系。而且莫蘭I值的整體趨勢(shì)是隨著時(shí)間推移不斷增加，這表明地區(qū)間霧霾污染的空間相關(guān)性在不斷上升。2010—2018年單位GDP氮氧化物排放量以及工業(yè)廢水排放量變量的莫蘭I檢驗(yàn)結(jié)果，也顯示出明顯的空間相關(guān)性，由于篇幅原因不再列出?？梢耘袛啵疚倪\(yùn)用空間計(jì)量模型檢驗(yàn)我國(guó)高鐵開通與環(huán)境污染關(guān)系較之傳統(tǒng)計(jì)量方法更為合適。

表3報(bào)告了全國(guó)285個(gè)城市基于空間權(quán)重矩陣W模型（3）的GS2SLS估計(jì)結(jié)果，由表中W×lnPol的估計(jì)系數(shù)可以看到，被解釋變量空間滯后項(xiàng)的系數(shù)始終在1%的水平上顯著，驗(yàn)證了環(huán)境污染存在顯著的空間溢出效應(yīng)，意味著環(huán)境污染治理要遵循區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控的策略。

其中第2列HSR的估計(jì)系數(shù)（-0.015）在5%的水平上顯著為負(fù)，表明高鐵能改善城市環(huán)境質(zhì)量。相對(duì)沒(méi)有高鐵的城市，全國(guó)高鐵城市的PM2.5年均值降低了1.5%。第3列和第4列HSR的估計(jì)系數(shù)顯著為負(fù)，同樣表明高鐵有利于減少工業(yè)氮氧化物及工業(yè)廢水排放量。相對(duì)非高鐵城市，高鐵城市單位GDP工業(yè)氮氧化物及單位GDP工業(yè)廢水排放量分別減少11.4%和12%。城市綠化和城市化水平對(duì)抑制環(huán)境污染也有積極作用，但其作用沒(méi)有高鐵那么明顯。汽車擁有量增加一定程度上會(huì)加劇環(huán)境污染，但對(duì)不同污染物的影響程度有明顯差異。

（二）異質(zhì)性分析結(jié)果

表4報(bào)告了東、中、西部地區(qū)基于空間權(quán)重矩陣W模型（3）的GS2SLS估計(jì)結(jié)果。表中結(jié)果表明，各地區(qū)被解釋變量空間滯后項(xiàng)的系數(shù)顯著為正，驗(yàn)證了環(huán)境污染在各地區(qū)存在空間溢出效應(yīng)。

第2—第4列中HSR的估計(jì)系數(shù)都顯著為負(fù)，表明我國(guó)東部地區(qū)高鐵能夠有效抑制霧霾污染、減少工業(yè)氮氧化物及工業(yè)廢水排放量。東部地區(qū)開通高鐵的城市相對(duì)于沒(méi)有開通高鐵的城市，PM2.5年均濃度、單位GDP工業(yè)氮氧化物排放量和單位GDP工業(yè)廢水排放量分別降低了1.5%，47.8%和32.1%。中部地區(qū)高鐵使單位GDP工業(yè)廢水排放量明顯降低7.3%，而對(duì)霧霾污染及工業(yè)氮氧化物排放量的影響不明顯。西部地區(qū)開通高鐵的城市，PM2.5年均濃度和單位GDP工業(yè)氮氧化物排放量分別降低了1.5%和43.2%。

此外，我們將所有城市分為中心城市（33個(gè)）和非中心城市（249個(gè)）［將《國(guó)家城市系統(tǒng)規(guī)劃（2010—2020年）》（由住建部、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、衛(wèi)生健康委員會(huì)以及教育部等19個(gè)中央部委共同制定）中確定的9個(gè)國(guó)家中心城市，包括北京、天津、上海、廣州、重慶、成都、武漢、鄭州和西安，以及《國(guó)家社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展計(jì)劃》中規(guī)定的27個(gè)具有獨(dú)立規(guī)劃地位的城市以及省會(huì)城市，包括石家莊、沈陽(yáng)、大連、長(zhǎng)春、太原、呼和浩特、哈爾濱、濟(jì)南、青島、南京、杭州、廈門、深圳、蘇州、寧波、合肥、福州、南昌、長(zhǎng)沙、南寧、海口、貴陽(yáng)、昆明、蘭州、西寧、銀川和烏魯木齊，共同定義為中心城市。其余249個(gè)城市定義為非中心城市。］，基于模型（3）進(jìn)行回歸。結(jié)果表明對(duì)于非中心城市，高鐵顯著抑制了環(huán)境污染。而對(duì)于36個(gè)國(guó)家及地區(qū)中心城市子樣本，高鐵能夠抑制霧霾污染，但對(duì)工業(yè)氮氧化物及工業(yè)廢水排放的影響不顯著。非中心城市高鐵帶來(lái)的污染減輕表明高鐵網(wǎng)絡(luò)能夠在一定程度上縮小城市生態(tài)效率不平衡，有助于環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。在中心城市，高鐵未能對(duì)污染產(chǎn)生顯著影響可以這樣解釋：因?yàn)橹行某鞘幸话愣际侨珖?guó)性或區(qū)域性經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和人口集聚中心，其內(nèi)部污染很難受到外部交通基礎(chǔ)設(shè)施變化的影響。然而，高鐵的出現(xiàn)一般來(lái)說(shuō)會(huì)增加外部人口流入中心城市的數(shù)量，在這樣的情況下并沒(méi)有增加中心城市的污染，說(shuō)明高鐵發(fā)展對(duì)這些城市的污染排放作用是中性的?？紤]到大多數(shù)城市（非中心城市比中心城市多得多）污染下降顯著得利于高鐵的發(fā)展，說(shuō)明高鐵不僅有利于全國(guó)環(huán)境的改善，也有利于從中心城市分流人口及環(huán)境壓力［由于文章篇幅原因，此部分回歸結(jié)果未列出，可以發(fā)郵件索要。］。

（三）機(jī)制檢驗(yàn)結(jié)果

表5報(bào)告了全國(guó)層面基于中介效應(yīng)模型（5）—（7）的估計(jì)結(jié)果。第2列HSR的回歸系數(shù)顯著為正，表明高鐵能夠促進(jìn)GTFP增長(zhǎng)。第3、5、7列HSR對(duì)霧霾污染、工業(yè)氮氧化物排放量及工業(yè)廢水排放量影響的估計(jì)系數(shù)即表3中對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)估計(jì)系數(shù)。第4、6、8列的結(jié)果為公式（7），同時(shí)加入HSR及GTFP變量后，考察其對(duì)霧霾污染、工業(yè)氮氧化物排放量及工業(yè)廢水排放量影響的估計(jì)系數(shù)。其中，HSR估計(jì)系數(shù)的絕對(duì)值及顯著性大幅度下降，GTFP的估計(jì)系數(shù)均顯著為負(fù)，符合中介變量的判斷標(biāo)準(zhǔn)。因此可以得出如下結(jié)論，高鐵促進(jìn)了GTFP提高，進(jìn)而有效抑制環(huán)境污染，即GTFP是高鐵抑制環(huán)境污染的作用機(jī)制。

表6上半部分報(bào)告了東部地區(qū)高鐵影響環(huán)境污染的作用機(jī)制檢驗(yàn)結(jié)果。第2列HSR的估計(jì)系數(shù)在1%的水平上顯著為正，表明高鐵對(duì)GTFP有顯著的正向影響。第4、6、8列為同時(shí)加入HSR及GTFP變量后的估計(jì)結(jié)果，HSR估計(jì)系數(shù)的絕對(duì)值及顯著性大幅度下降，GTFP的估計(jì)系數(shù)均顯著為負(fù)。東部地區(qū)高鐵通過(guò)促進(jìn)GTFP提高，進(jìn)而有效抑制環(huán)境污染。表6下半部分的回歸結(jié)果也表明，西部地區(qū)高鐵通過(guò)促進(jìn)GTFP提高，有效抑制了環(huán)境污染。

（四）穩(wěn)健性檢驗(yàn)結(jié)果

為進(jìn)一步確保研究結(jié)論的可靠性，我們進(jìn)行了一系列穩(wěn)健性檢驗(yàn)。首先，利用系統(tǒng)GMM方法，修正遺漏變量偏差并進(jìn)一步避免潛在的內(nèi)生性問(wèn)題。模型設(shè)定如下：

lnPolit=β0+β1（lnPoli，t-1）+φ1HSRit+φ2Xit+αi+γt+εit（8）

其中，Poli，t-1表示環(huán)境污染滯后一期，其他變量如上文定義。

由表7結(jié)果可知，各模型中被解釋變量的一階滯后項(xiàng)系數(shù)在1%水平上顯著，表明前期環(huán)境污染對(duì)當(dāng)期環(huán)境污染有顯著的影響。由HSR的回歸系數(shù)顯著為負(fù)可得，高鐵對(duì)霧霾污染、工業(yè)氮氧化物排放量以及工業(yè)廢水排放量均有顯著的抑制作用。AR（2）的估計(jì)系數(shù)不顯著，表明不存在二階序列相關(guān)。Sargan檢驗(yàn)的估計(jì)系數(shù)不顯著，因此，系統(tǒng)GMM估計(jì)中的工具變量不存在過(guò)度識(shí)別問(wèn)題，模型設(shè)定是合理的。

其次，基于模型（3），將地理與經(jīng)濟(jì)距離嵌套空間權(quán)重矩陣W替換為地理距離權(quán)重矩陣W1進(jìn)行第二項(xiàng)穩(wěn)健性檢驗(yàn)。最后，利用《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》2015—2019年公布的全國(guó)112個(gè)環(huán)保重點(diǎn)城市［包括51個(gè)東部城市、34個(gè)中部城市和27個(gè)西部城市。］的PM2.5年平均濃度數(shù)據(jù)，考察最近5年高鐵對(duì)霧霾污染的影響及其作用機(jī)制。同樣考察了這112個(gè)城市高鐵對(duì)工業(yè)氮氧化物排放量及工業(yè)廢水排放量的影響及其作用機(jī)制。各項(xiàng)檢驗(yàn)結(jié)果依然是穩(wěn)健的［由于文章篇幅原因，此部分回歸結(jié)果未列出，可以發(fā)郵件索要。］。

五、結(jié)論

在中國(guó)城市化和工業(yè)化進(jìn)程中，環(huán)境污染一直是備受關(guān)注的問(wèn)題之一。本文選擇近年來(lái)中國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的亮點(diǎn)高速鐵路作為研究對(duì)象，研究了城際交通基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)城市環(huán)境質(zhì)量的影響及其背后的作用機(jī)制。本文的理論探索和實(shí)證分析發(fā)現(xiàn)高鐵開通能夠有效改善城市環(huán)境質(zhì)量，相對(duì)沒(méi)有高鐵的城市，高鐵連通城市PM2.5年均濃度、單位GDP工業(yè)氮氧化物排放量及單位GDP工業(yè)廢水排放量分別降低1.5%、11.4%和12%。但高鐵對(duì)環(huán)境污染的影響具有明顯的區(qū)域異質(zhì)性，東、中、西部地區(qū)和中心城市、非中心城市高鐵帶來(lái)的環(huán)境改善各不相同，東部地區(qū)非中心城市在前期的城際交通基礎(chǔ)設(shè)施投資中獲得的環(huán)境改善回報(bào)最大。進(jìn)一步基于中介效應(yīng)模型的實(shí)證探索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)高鐵主要通過(guò)新技術(shù)的引入和資源配置效率的提高，促進(jìn)城市GTFP提高，進(jìn)而有效抑制城市環(huán)境污染。

本文的研究結(jié)論為通過(guò)進(jìn)一步加強(qiáng)高鐵網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，促進(jìn)高質(zhì)量發(fā)展和有效抑制環(huán)境污染提供了理論支撐：（1）中國(guó)高鐵是改變城市空間地理格局的重要基礎(chǔ)設(shè)施，環(huán)境污染存在顯著的空間溢出效應(yīng)，因此從城市的空間地理視角思考環(huán)境污染的區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控策略，特別是考慮在學(xué)術(shù)探討和政策實(shí)踐中均較少討論的高鐵網(wǎng)絡(luò)布局對(duì)環(huán)境污染的作用具有重要的理論和實(shí)踐價(jià)值；（2）高鐵開通對(duì)抑制城市環(huán)境污染的作用具有異質(zhì)性，進(jìn)一步在中西部地區(qū)和非中心城市推進(jìn)新型交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，促進(jìn)城際運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)代化和效率提升，不僅有助于當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展，同時(shí)也有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

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High-speed rail and urban environmental pollution：

Analysis based on the panel data of 285 cities in China

ZHANG Fan1，2， YAO Shujie2， WANG Feng2

（1.School of Economics， Shanxi University of Finance and Economics， Taiyuan 030006，

P. R. China; 2. School of Economics and Business Administration， Chongqing University， Chongqing 400044， P. R. China）

Abstract：

In the process of urbanization and industrialization in China， environmental pollution has always been one of the most concerned issues. In the report of the 19th National Congress of the Communist Party of China， General Secretary Xi Jinping emphasized that we should focus on key tasks such as the defense of the blue sky， continue to promote pollution prevention and control， strengthen the protection and restoration of ecosystems， expand green environmental protection industries， vigorously promote green development， and continue to improve the quality of the ecological environment. Compared with the serious “urban disease” caused by traffic pollutants in Chinese cities， high-speed rail （HSR） is one of the most sustainable green transportation infrastructures. This paper studies the impact of HSR on the environmental pollution and its mechanism by employing a spatial econometric model and an intermediary effect model with the panel data of 285 cities in 2010-2018. The empirical results show that： 1） The urban environmental pollution in China has significant spatial spillover effects， which means that environmental pollution control should follow the strategy of regional joint prevention and control. 2） HSR can reduce environmental pollution. Compared with cities without HSR， the annual average PM2.5 concentration， nitrogen oxide emissions per unit of GDP， and industrial wastewater discharge per unit of GDP in HSR cities are reduced by 1.5%， 11.4%， and 12%， respectively. 3） HSRs reduction effect on the environmental pollution is significant in the eastern and western regions， while that in non-central cities is greater than in central cities， indicating that HSR network can reduce the imbalance of urban ecological efficiency to a certain extent and contribute to the coordinated development of the environment. 4） HSR reduce the environmental pollution by increasing the total factor productivity. This paper provides a theoretical reference for realizing the inhibitory effect of HSR on urban environmental pollution， and provides the following policy references for the construction and development of HSR： 1） Chinas high-speed rail is an important infrastructure that changes the spatial and geographical pattern of cities， and environmental pollution has significant spatial spillover effects. Therefore， the regional joint prevention and control strategies for environmental pollution should be considered from the perspective of urban spatial geography， especially considering academic discussions and policies. The effect of HSR network layout on environmental pollution， which is rarely discussed in practice， has important theoretical and practical value. 2） The opening of high-speed rail has a heterogeneous effect on restraining urban environmental pollution. Further promoting the construction of new transportation infrastructure in the central and western regions and non-central cities， and promoting the modernization and efficiency improvement of the intercity transportation network， will not only help the local economic development， but also be conducive to the protection of the ecological environment.

Key words：

high-speed rail; environmental pollution; green total factor productivity;generalized spatial two-stage least square（責(zé)任編輯 傅旭東）

作者簡(jiǎn)介：

張帆，山西財(cái)經(jīng)大學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)院，Email：zhangfan514@hotmail.com；汪鋒，重慶大學(xué)經(jīng)濟(jì)與工商管理學(xué)院教授，Email：wangfeng2008@cqu.edu.com。

通信作者：姚樹潔，重慶大學(xué)經(jīng)濟(jì)與工商管理學(xué)院教授，長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授，遼寧大學(xué)李安民經(jīng)濟(jì)研究院院長(zhǎng)，城市化與區(qū)域創(chuàng)新極發(fā)展研究中心秘書長(zhǎng)，Email：yaoshujie@cqu.edu.com。