科技創新、產業結構、環境規制與碳排放強度的交互效應*
——基于省級面板協整和PECM模型的實證分析

徐慶娟,蒙 懿

(南寧師范大學 數學與統計學院，廣西 南寧 530100)

1 引言

2001年IPCC發布的第三次評估報告第三工作組報告，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，環境規制的力度不斷加大，產業結構也繼續調整優化.在企業層面，科技創新生產綠色、高效、節能產品，推動經濟發展的同時又保護了環境，不僅間接促進了產業結構的轉型，而且也影響了環境規制的支出[2].因此，科技創新、產業結構、環境規制和碳排放強度之間的交互影響關系，逐漸受到人們的關注和重視，相關研究成果也日益豐富.

2010年，王曾[3]采用時間序列分析方法，對碳排放與人力資本、技術進步、城鎮化率等因素關系進行實證分析，發現研發強度、技術進步、技術轉移等因素對減排有明顯的促進作用.2020年，孫振清等[4]基于我國30個省域面板數據，利用動態面板數據模型和固定效應模型，實證分析了產業結構調整、技術創新與碳減排間的影響關系，得出技術創新投入有助于碳減排，和產業結構的交互作用對促進碳減排存在區域差異性.龐慶華等[5]利用長江經濟帶11個省市面板數據，構建面板向量自回歸模型(PVAR)研究產業結構、環境規制對碳排放的影響關系.結果表明，它們之間存在長期的均衡關系，兩兩互動關系顯著.

上述研究采用不同的方法，探究了科技創新、產業結構、環境規制和碳排放之間的影響關系，但僅僅是單一或其中兩個因素與碳排放之間的影響關系，同時研究科技創新、產業結構和環境規制三個因素與碳排放間的影響關系的成果比較鮮見.

郭捷等[6]基于我國內地省級面板數據，采用面板協整檢驗和面板固定效應模型，探究了環境規制、政府研發資助對綠色技術創新的影響和交互效應.劉永旺等[7]基于我國省級面板數據，采用面板協整檢驗和面板誤差修正模型(PECM)，對人口集聚、經濟集聚與環境污染之間的交互影響關系進行了實證研究.所采用的面板協整檢驗和PECM模型可進一步驗證其長、短期的因果關系方向，對制定長、短期規劃十分有益.

鑒于此，本文嘗試基于我國省域面板數據，采用面板協整檢驗和PECM模型，探究科技創新、產業結構、環境規制對碳排放強度的影響及其交互效應，以期有效調節四者之間的交互影響，快速地促進經濟和環境保護協調發展，為制定長短期規劃提供理論參考.

2 研究變量與數據說明

2.1 研究變量

1) 科技創新(Tech)用地區研究與試驗發展(R&D)經費支出與生產總值(GDP)的比值[8]表示.科技研發所創造的新節能產品對我國降低碳排放量強度起著重要作用，符合我國加強創新發展的理念.2007年以來我國R&D經費投入與國內GDP的比值有了明顯提高，推進創新驅動引領高質量發展已是當代發展的要求，營造良好創新生態，能有效協調經濟與環境友好發展.

2) 產業結構(SD)，用地區第二產業產值占GDP的比值來近似[2],[4].第二產業是能源的主要消耗者，其所占GDP比重降低、第三產業所占比重增加有利于降低碳排放量，促進低碳經濟的發展.調整產業結構，構建節能降耗型產業體系，是我國今后長期穩步發展的趨勢.

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

4) 碳排放強度(CG)數值上為地區碳排放量與GDP的比值[9]，其本質是單位GDP增長所帶來的碳排放量.本文地區碳排放量數據源自中國碳核算數據庫，借鑒了文獻中的計算公式[10]

(1)

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

2.2 數據說明

本文以2003—2017年為計算期，選取我國內地30省(市、區，不包括西藏)級面板數據.數據來源于《中國統計年鑒》《中國科技統計年鑒》《中國環境統計年鑒》《中國能源統計年鑒》《中國碳核算數據庫》以及中經網數據庫等.各變量的符號說明和描述性統計結果見表1和表2.

表1 變量的符號及說明

表2 變量的描述性統計結果

3 研究方法與模型構建

3.1 面板單位根檢驗

面板數據的平穩性常用面板單位根檢驗.常見的面板單位根檢驗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.這些單位根檢驗方法均基于如下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，含固定影響和時間趨勢；N為截面樣本個數；Ti為時間跨度；ρi為自回歸系數；μi,t滿足獨立同分布假設.式(2)中，如果|ρi|<1，則序列yi平穩，若|ρi|=1，則序列yi非平穩.為使結果更有說服力，本文采用幾種經典的方法檢驗，如針對同質面板數據的LLC檢驗和針對異質面板數據的IPS、Fisher檢驗[19].

3.2 面板協整檢驗

常用的面板協整檢驗有Pedroni(1999)、Kao(1999)和Fisher(1999)檢驗.前兩者以E-G兩步法的回歸殘差為基礎，后者Fisher檢驗以最大似然比為基礎，建立在Johansen基礎上的方法.為了檢驗碳排放強度(CG)、科技創新(Tech)、產業結構(SD)、環境規制(ER)兩兩之間是否存在協整關系，本文采用上述三種協整檢驗方法，并比較其結果.

3.3 格蘭杰因果關系檢驗和面板誤差修正模型(PECM)

明確了變量間的協整關系之后，就開始確定變量間的因果關系方向(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，科技創新、產業結構、環境規制與碳排放強度四者之間的因果關系.構建分析模型如下：

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

其中，i=1,2,…,N，表示不同的省(直轄市、自治區)；t=1,2,…,T，表示樣本年度.上標A、B、C、D分別代表碳排放強度、科技創新、產業結構、環境規制；箭頭→表示方向，如B→A表示科技創新對碳排放量的影響方向.αi為各面板單位協整關系中存在的不同的固定效應，βi為其協整系數，μi,t為殘差項.

基于上述方程組可得到動態的面板誤差修正模型(PECM)，運用廣義最小二乘(GLS)進行估計，同時檢驗變量間的因果關系和方向.采用PECM模型不僅能更好地理解動態調整過程，還可以提供長期關系和短期調節的解釋.所構建的動態PECM模型如下：

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

4 實證分析

4.1 面板單位根檢驗結果

采用3.1節介紹的幾種方法，對碳排放強度(CG)、科技創新(Tech)、產業結構(SD)、環境規制(ER)四個變量及其一階差分進行面板單位根檢驗，詳細結果如表3所示：

表3 變量的單位根檢驗結果

由表3的結果可知，當用LIC、IPS、ADF-Fisher和PP-Fisher四種面板單位根檢驗方法對碳排放強度(CG)、科技創新(Tech)、產業結構(SD)、環境規制(ER)進行檢驗時，檢驗結果表明均不能拒絕“存在單位根”的原假設，即四個變量均是非平穩的.對其一階差分進行檢驗時，檢驗結果均在1%顯著性水平下拒絕了“存在單位根”的原假設，即各變量的一階差分平穩.因此，碳排放強度、科技創新、產業結構、環境規制四個變量均是一階單整的，即I(1).

4.2 面板協整檢驗結果

上述面板單位根檢驗可知，該面板數據存在一階單整，可進一步進行面板協整檢驗，其結果見表4.

表4 面板協整檢驗結果

由表4結果可知，在四個變量的兩兩協整檢驗中，除個別情形外，Pedroni檢驗中至少有4個統計量顯著，Kao檢驗和Fisher檢驗均在5%顯著性水平下拒絕了“不存在協整關系”的原假設.綜合判斷，變量碳排放強度(CG)、科技創新(Tech)、產業結構(SD)、環境規制(ER)四者之間存在協整關系.下面基于所構建的面板誤差修正模型(PECM)對四個變量之間的因果關系進行深入討論.

4.3 格蘭杰因果關系檢驗和PECM模型結果

上一節已得到碳排放強度(CG)、科技創新(Tech)、產業結構(SD)、環境規制(ER)之間存在協整關系，本節將采用PECM模型對其長、短期因果關系及其因果關系方向進行探討.首先利用模型(3)～(8)得到長期檢驗結果的殘差項，然后運用動態PECM模型(9)～(14)來估計格蘭杰因果關系，結果如表5所示.

表5 面板誤差修正模型回歸結果

4.4 結果分析

(1) 短期因果關系分析

為了更直觀地展現碳排放強度(CG)、科技創新(Tech)、產業結構(SD)、環境規制(ER)之間的短期因果關系及影響結構，表6列出了它們的短期因果關系方向表.

表6 短期因果方向表

(2) 長期因果關系分析

通過模型(9)～(14)結合表5發現，誤差修正項ecm系數即長期調整系數λ在1%顯著性水平下顯著，這說明了碳排放強度、科技創新、產業結構、環境規制兩兩之間存在長期的雙向因果關系.當人類的行為活動產生的碳排放量增長時，人們通過環境規制的方式進行制約；為了長期均衡發展，需要調整產業結構、發展科技創新，一定程度上可降低制約的成本，也可控制碳排放強度，另一方面也會促進經濟的發展，而經濟的發展在一定程度上又促使碳排放量增長.因此，在長期發展中，碳排放強度的增長、環境規制的制約、產業結構的轉型，科技創新的發展相互影響協調著我國經濟的均衡發展.它們之間的長期因果關系方向見表7.

表7 長期因果關系方向表

(3) 基于四者交互效應進一步分析

基于前面短期變量間的因果關系及方向，可歸納出：短期內碳排放強度對科技創新和產業結構都產生影響，而科技創新可同時影響環境規制和產業結構，產業結構又反過來對碳排放強度和環境規制有影響.最終形成產業結構與碳排放強度雙向影響，環境規制在短期內并沒有對其它三個變量產生影響.四者之間的短期因果關系接近環狀結構，如圖1所示.

圖1 短期影響關系

對于四者間的長期因果關系，碳排放強度(CG)、科技創新(Tech)、產業結構(SD)、環境規制(ER)之間兩兩形成交互影響，蘊含著多個雙向環形因果關系.若以科技創新發起，通過科技創新研發生產綠色節能新產品，不僅能減少環境規制的支出，還可以提高生產力，加快產業結構的轉變，降低碳排放強度，而碳排放的降低，也會促進科技創新.結構如圖2所示.

圖2 長期影響關系

5 結論與建議

本文基于2003—2017年我國內地30個省(市、區)面板數據，對碳排放強度(CG)、科技創新(Tech)、產業結構(SD)、環境規制(ER)之間的交互影響進行了實證分析，發現：短期內碳排放強度與環境規制不存在因果關系；碳排放強度與科技創新、科技創新與產業結構、產業結構與環境規制、科技創新與環境規制分別存在單向的短期因果關系；產業結構與碳排放強度存在雙向的短期因果關系.長期來看，碳排放強度、科技創新、產業結構、環境規制兩兩之間相互影響，呈多個雙向環形因果關系.

根據上述結論，提出以下建議：(1) 在科技創新方面，健全完善創新補貼機制，加強對企業創新研發投入.激勵研發更多的綠色、節能、環保型產品，催生新技術、新產品、新模式，在發展潛力大、帶動性強的數字經濟、清潔能源、智慧城市等高科技、高效益和低排放領域培育出新的增長動能，有效提高碳生產力.(2) 產業結構方面，以綠色低碳生產推動經濟轉型.大力發展綠色低碳循環的戰略新興產業和服務業，加快推進能源清潔低碳轉型發展，大力推進綠色能源開發，優化工業空間布局，完善重點行業單位產品溫室氣體排放標準，實現產業結構的優化升級.(3) 在環境規制方面，當地環保部門應提高經濟型環境規制的有效性及其投入的準確性，確保經濟型環境規制通過刺激綠色創新技術的更新而起到降低碳排放的作用.