京津冀產業集聚對城市碳排放強度的影響研究

孫一丹

（首都經濟貿易大學 經濟學院，北京 100070）

全球氣候變暖現象日益嚴重，已有研究證實，溫室氣體的大規模釋放導致溫室效應的加劇，是造成全球變暖的主要原因。二氧化碳（CO2）是溫室氣體的最主要成分，因此如何降低碳排放量和碳排放強度就成為人們關注和研究的焦點。作為有擔當的大國，中國主動承擔起減排責任。在當前限制碳排放總量的背景下，想要達到促進產業集聚發展和實現控制碳排放的目標，就需要充分發揮生產規模效益、整合生產要素以及推進協調技術創新。通過規劃產業集聚的發展來發揮其長期減排優勢，應是實現產業集聚發展與節能減排雙重目標的重要途徑。

基于上述背景，本文著眼于京津冀地區，就產業集聚對碳排放強度的影響展開研究。京津冀地區不僅是我國北方經濟規模最大、最具活力的地區，更是具有代表性的協同發展地區，因此將研究重點放在京津冀地區，對產業集聚與碳排放強度空間效應的研究以及地區協同發展和節能減排都有重要意義。

一、研究現狀

目前，在產業集聚對碳排放的影響研究中主要有三方面觀點。其一，許多學者認為產業集聚對抑制碳排放有顯著影響。Zheng Yanting 等通過對1998—2013 年中國268 個城市的工廠分散指數（FSI）與碳排放之間的關系進行研究發現，增加FSI 會導致碳排放總量和碳排放強度的增加[1]。易艷春等利用中國108 個地級市2003—2015 年間的面板數據，對產業集聚、城市人口規模和二氧化碳排放量進行研究，結果表明：盡管工業集聚明顯降低了城鎮的碳排放量，但是產業集聚對于降低城市二氧化碳排放量的效果還存在著區域差異，具體表現為其對于一般人口城市，包括人口規模不足500 萬的大城市的減排作用比較顯著，產業集聚帶來的減排效應也隨著城市人口規模的擴大而遞減[2]。王桂新、武俊奎利用全國283 個城市的市轄區相關統計數據對產業集聚和碳排放的關系展開了研究，發現產業集聚對碳排放具有“反彈效應”和“節能效應”，且在規模不同的城市中產業集聚影響碳排放量的程度也不同[3]。

其二，有些學者認為產業集聚會增加碳排放。Wu Jianxin 等在地級市層面上考察了產業集聚影響城市二氧化碳排放的機制，發現產業集聚通過規模效應加大了二氧化碳排放，并且集聚產生的規模效應對二氧化碳排放的影響以中西部城市為主[4]。肖爽爽等就制造業產業集聚對碳排放強度的空間效應影響展開了研究，結果表明我國制造業產業集聚水平會增加當地的制造業碳排放強度，而對周邊地區的碳排放強度有抑制作用，即產業集聚與碳排放強度存在顯著空間負相關[5]。路正南、朱新朗從政府干預的角度考慮，發現政府對產業集聚過度干預容易造成企業追逐“政策租”而引發“企業扎堆”等問題，從而對碳排放強度的改善產生不利影響[6]。

其三，還有一些學者認為產業集聚對碳排放的影響是非線性的，隨著產業集聚的發展，兩者呈倒“U”型或“N”型的線性關系。毛小明、鐘誠構建了碳排放與產業集聚的空間誤差模型。他們通過分析中國2007—2019 年省域面板數據，認為碳排放確實存在空間溢出效應，碳排放強度的“高－高”聚集區主要出現在我國西部省份，“低－低”聚集區則主要出現在我國東部發達省份；產業集聚對于碳排放的影響呈動態的“N”型趨勢[7]。李小帆、張洪潮則關注到與生產性服務業和制造業相關的產業集聚均對碳排放存在影響，發現隨著城鎮化水平的提升，生產性服務業對碳排放的負相關關系表現為強—弱—強的特征，而制造業產業集聚與碳排放呈現倒“U”型的非線性關系[8]。趙凡、羅良文以2003—2019 年長江經濟帶108 個城市為研究對象，基于產業集聚類型異質性視角構建計量模型，實證檢驗制造業集聚和制造業與生產性服務業協同集聚對城市碳排放強度的異質性影響，發現制造業集聚和產業協同集聚均與城市碳排放強度之間存在明顯的倒“U”型曲線關系[9]。

二、理論機制分析

新經濟地理理論認為產業集聚的形成主要取決于兩種作用力，一種為集聚力，另一種為市場擁擠效應所形成的分散力。產業是否集聚取決于這兩種力的相對大小，如果集聚力大于分散力，產業將呈現集聚狀態；反之，產業將呈現分散狀態[10]。由于產業集聚在不同發展階段的特點并不一致，所以產業集聚發展對碳排放強度的影響也可能隨著產業集聚階段的發展變化而波動。

在產業集聚發展初期，一些企業選擇在某個地區或城市建設基地，通常是出于某種市場因素的考慮或是某種特殊資源的存在。這些企業在某個區域內建立起合作關系，共享資源，但這種最初的集合可能比較零散，無法形成完整產業鏈，也無法體現資源利用率的提升，因此規模報酬遞增和技術溢出等效應并不明顯。但產業集聚所帶來的特定區域內制造業企業的聚集、人口的增加會加重對資源的消耗。由于還在發展起步階段，企業對環境保護的不重視和監管的不到位，以及企業創新能力和對資源利用技術水平還不高，無法有效地控制碳排放，因此在這個階段，產業集聚程度的加大會對碳排放的控制產生負效應，造成碳排放強度的增加。

產業集聚發展到一定階段后，企業間產業鏈逐漸成型，公共設施基本完善，產業的集聚力不斷增強。此時產業集聚可以讓企業共享基礎設施和資源，例如通過物質和能源的循環利用，減少資源的消耗和廢棄物的排放。企業之間更容易進行技術交流和合作，促進技術創新?；A設施的共享和技術創新能夠提高生產效率和資源利用率，從而減少能源和資源的浪費，降低碳排放強度。此外，隨著對環保的重視程度加深，產業集聚的形式也更方便進行資源的合理規劃以及接受政府的特殊政策和監管，由政府根據實際情況進行產業規劃，制定環境標準和減排政策，達到減少碳排放的目的。故而在這個階段產業集聚會降低碳排放強度。

當產業集聚超出了某個區域對該產業的承載能力時，擁擠效應帶來的分散力就會超過集聚力，產業的集聚效應減弱。即產業在某個地區或區域內集聚時，企業之間可能會面對臨時資源和市場的競爭，導致成本上升和效率下降。隨著越來越多的企業進入集聚區，資源（如土地、勞動力、原材料等）供應有可能變得有限，導致這些資源的價格上漲，增大企業的競爭壓力。此時的產業集聚反而會降低資源的利用效率，且由于企業間的競爭關系，技術外溢效應也不再明顯，不能再通過企業間的資源共享和技術進步降低碳排放，從而造成碳排放強度的上升。

三、研究方法

（一）模型構建

本文引入STIRPAT 模型為基礎進行京津冀地區產業集聚對碳排放影響的研究，STIRPAT 模型是Dietz 和Rosa[11]提出的一種可拓展的隨機性的環境影響評估模型，目前被廣泛用來研究環境壓力的影響因素。該模型的面板數據形式為，其中 I、P、A、T 分別表示環境影響、人口規模、富裕水平以及技術水平，e 為誤差項，下標t 和i 表示不同年份和地區，在此基礎上本研究引入興趣變量產業集聚對模型進行擴展得到

將公式兩邊取自然對數可以得到：

考慮到產業集聚對碳排放強度的影響可能是非線性的以及其他影響因素，所以進一步在模型中引入了產業集聚的平方項、三次項和其他控制變量，給出具體計量模型如下所示：

由于產業集聚存在較強的空間相關性，因此本文將在實證中考慮空間相關性，運用空間面板回歸模型分析產業集聚對于碳排放的影響。對模型中空間效應的考慮是通過引入權重矩陣來實現的。本文采用鄰接矩陣，其公式如下：

公式（5）為空間計量模型的普遍表達公式：

Yit代表被解釋變量；Xit代表所有的解釋變量；W 代表變量的空間權重矩陣；β 代表Xit的相關系數；ρ 和 δ 代表空間相關系數；εit代表隨機誤差。當 λ＝0，模型簡化為空間杜賓模型（SDM）；當 λ＝0 且δ＝0，模型簡化為空間自回歸模型（SAR）；當 δ＝0 且 ρ＝0，模型簡化為空間誤差模型（SEM）。后續會通過一系列檢驗確定最為合適的空間計量模型進行實證。

（二）變量選擇與數據處理

碳排放強度（ln cg）：本文的被解釋變量為碳排放強度，碳排放強度是指單位地區生產總值（GDP）的二氧化碳排放量，文章中以碳排放量與城市地區生產總值的比值來表示碳排放強度。碳排放量的測算參照吳建新和郭智勇[12]的思路，從直接和間接兩方面考慮產生碳排放的原因，碳排放的直接來源包括液化石油氣、天然氣等的燃燒，間接來源有電能、熱能等的消耗，將上述幾部分產生的二氧化碳排放量相加即為各個城市碳排放量，詳細計算方法可參照相關文獻。

產業集聚度（ln agg）：產業集聚度為本文的主要解釋變量，文中選用各個地區就業人口的區位熵來表示產業集聚水平，具體計算公式為，其中分子為城市i 與全國在t 年的工業就業人數的比值，分母為城市i 與全國在t 年的就業總人數的比值。

人口規模（ln pop）：由于不同城市間的行政區劃面積可能存在較大差異，為了消除城市面積對人口規模的影響，本文選取城市人口數量與行政區劃面積之比，即人口密度來表示人口規模。一方面，人口聚集在一起的日常生活和生產活動通常會產生大量二氧化碳排放；另一方面，人口聚集也會造成環境治理成本的降低，進而對碳排放有抑制作用，因此該項預期系數不能確定。

財富水平（ln gdp）：本文選取城市人均GDP 水平用來衡量該城市的財富水平，根據庫茲涅茲理論假說，人均財富水平的提高可能會通過規模效應、技術效應和結構效應對碳排放有一定影響，因為隨著經濟水平和財富水平提高，這些效應可能會從不同方面對碳排放水平產生影響，因此該項預期系數符號不能確定。

技術水平（ln tech）：技術水平的發展是影響碳排放強度的重要因素之一，本文用各城市政府公共財政支出中科學技術支出所占比重來表示技術水平。碳排放主要來源于各種能源開發和利用過程，技術水平的提高會使能源利用方式多樣化，也會使能源利用效率大幅提升，進而減少碳排放，因此其預期符號為負。

教育投入（ln edu）：本文用政府教育支出占地方財政支出比重來表示政府的教育投入，一方面居民受教育水平提高會使居民環保意識增強，可能對碳排放有抑制作用，另一方面教育投入可能會導致各類紙質用品和木質用品的大量使用，進而造成碳排放量的增加，因此其系數符號不能確定。

本文共選取了京津冀13 個城市2006—2021 年的數據進行測算，原始數據大部分來自《中國統計年鑒》、各省統計年鑒、各城市統計年鑒、eps 數據庫、中國城市數據庫，少數缺失值通過各城市國民經濟和社會發展統計公報進行補充，少量沒有公布統計數據則采用插值法補齊。

為了保持數據的平穩性，本研究對各個變量的數據都進行了對數化處理，表1 和表2 分別表示描述性統計和相關性檢驗的結果。從中可以看出各變量沒有異常值，也沒有完全不相關的變量，數據總體標準差的值較小，數據集整體比較平穩，同時各個變量之間的相關系數均小于0.8，因此在后續的回歸分析中可以忽略多重共線性問題。

表1 描述性統計

表2 相關系數

四、實證分析和相關檢驗

（一）莫蘭指數

本研究用莫蘭指數來判斷被解釋變量碳排放強度的空間相關性，其全局莫蘭指數在表3 中給出，從中可以發現，碳排放強度在每個年份都有相關性，且大部分都在不同的置信水平上顯著關聯，即可以證明各城市的碳排放強度是存在空間相關性和空間集聚特征的。

表3 碳排放強度全局莫蘭指數

全局莫蘭指數可以反映碳排放強度的整體空間特點，而局部莫蘭指數則能反映局部地區的非典型特征，進一步計算出碳排放強度的局部莫蘭指數，并繪制莫蘭散點圖，見圖1。從圖1 可以看出，京津冀地區各城市碳排放強度主要分布在第一象限和第三象限之中，呈現出“高-高”聚集和“低-低”聚集的特征。例如北京、天津、唐山等規模較大、更為發達的城市就處在第一象限“高-高”分布中，而滄州、廊坊等規模較小的城市則處在第三象限的“低-低”聚集中。

圖1 2006 年、2012 年莫蘭散點圖①各地區編號為：1 北京、2 天津、3 石家莊、4 唐山、5 秦皇島、6 邯鄲、7 邢臺、8 保定、9 張家口、10 承德、11 滄州、12 廊坊、13 衡水。

（二）空間面板模型的相關檢驗

通過莫蘭指數的計算結果可以發現京津冀各城市間的碳排放強度具有明顯的正向空間關系，表明同一個區域的碳排放強度變動可能導致周邊地區的碳排放強度出現同方向變動，因此可以通過空間計量模型來開展分析。進行LM 檢驗后發現LM lag 試驗與LM error 試驗的結果均可以通過顯著性的檢驗，因此進一步試驗確定選取比較恰當的空間模型。根據豪斯曼檢驗的結果，可以證明采用固定效應模型能更有效地探究產業集聚對碳排放強度的影響作用，并且通過LR 檢驗明確了可利用個體和時間雙固定效應開展研究。本文同樣也用LR 檢驗對空間誤差模型（SEM）、空間滯后模型（SAR）以及空間杜賓模型（SDM）進行了判斷，由于結果表明SDM 模型并沒有退化成SEM 或SAR 模型，所以最后選取雙固定效應的空間杜賓模型為本文的主要研究模型。

表4 空間面板模型的相關檢驗

（三）回歸結果

根據空間面板模型的相關檢驗結果，本文在原STIRPAT 模型的基礎上進一步考慮了空間要素的影響，構建了雙固定效應的空間杜賓模型，具體如公式（6），其中W 為權重矩陣，Xkit為核心解釋變量和控制變量，其中k（k∈［1，7］）與公式中系數β 的下標對應，用于區分各個解釋變量：

表5 為三個空間計量模型的回歸結果，從中我們可以看出，三個模型中主要解釋變量產業集聚度與被解釋變量碳排放強度都顯著相關。從SDM 模型的回歸結果中，我們可以得到產業集聚的一次項、平方項和三次項均在1%和5%的水平上與碳排放強度顯著相關，且系數符號分別為正、負、正，這表明不同程度的產業集聚對碳排放強度有非線性的影響，也就是說隨著產業集聚的發展，其對碳排放強度產生先促進—后抑制—再促進的影響。即在“N”型曲線第一個拐點前，產業集聚度的增加會造成碳排放強度的增加，在第一個拐點和第二個拐點之間，產業集聚度的增加會減少碳排放強度，在第二個拐點右側，產業集聚的發展則繼續促進碳排放強度的上升。此外，產業集聚的空間滯后項也在不同水平上顯著，說明一個地區的產業集聚會對周邊城市的碳排放強度造成影響，其一次項和三次項的空間滯后項為正，二次項的空間滯后項為負，與先前一致，即在第一個拐點左側和第二個拐點右側，一個地區產業集聚程度的增加會提高周圍地區的碳排放強度，在兩個拐點之間時，產業集聚度的增加會對周圍的碳排放強度有抑制作用。

表5 SEM、SAR、SDM 模型檢驗結果

人口規模（ln pop）在10%的水平上與碳排放強度負相關，表明隨著人口規模的擴大，碳排放強度會有所下降，這說明人口集聚會在一定程度上降低環境治理的成本，提高資源利用效率進而減少碳排放；另一方面人口集聚通常與城鎮化進程息息相關，隨著城鎮化水平的上升，綠色出行工具越來越便利，人們也會更多地選擇綠色出行方式，進而在一定程度上減少碳排放強度。財富水平（ln gdp）的系數為負，這說明隨著人均財富水平的提升，碳排放強度也會下降，這是因為人均財富水平的提升通常伴隨著消費模式的變化，隨著收入的增加，人們更傾向于購買商品質量高、耐用性強且對環境友善的產品。同時，人們也更加關注節能減排的生活方式，例如購買節能家電、電動汽車等，從而減少個人和家庭的碳排放。技術水平（ln tech）的系數為負，與預期一致。一方面，可能是由于技術進步會提高資源的利用率，進而減少化石能源的消耗，有利于綠色節能產業的發展，最終抑制碳排放強度的增加；另一方面，技術水平的提高可能會促進對其他清潔能源的開發和利用，也可以減少碳排放強度的增加。教育投入（ln edu）的系數也為正，這說明政府增加在教育方面的投入會導致碳排放強度的增加，這可能是由于教育投入帶來的紙質用品、木質用品等使用需求增加，不利于碳排放的減少，因此會對碳排放強度的增加有正向效應，但這種效應并不明顯。

（四）穩健性檢驗

本文通過更換被解釋變量碳排放強度的方法對上述模型的結果和得出的結論來檢驗其穩健性，將各城市的人均碳排放量（ln aco2）作為模型的被解釋變量，以各城市的碳排放量與該城市常住人口的比值來表示，為了保證數據的平穩性，進行回歸時同樣對人均碳排放數據進行對數化處理，其檢驗結果如表6所示。

表6 穩健性檢驗結果

表6 是被解釋變量為人均碳排放（ln aco2）的三個空間計量模型的檢驗結果，從回歸結果可以看出，產業集聚的一次項、三次項系數為正，二次項系數為負，表明京津冀地區產業集聚度對人均碳排放量的影響也是呈“N”型的非線性關系。產業集聚三個變量的空間滯后項同樣為“正”“負”“正”，并在不同水平上顯著，表明一個地區的產業集聚會對周圍地區的碳排放強度有影響，具有空間溢出效應。除了產業集聚度外，各個解釋變量和控制變量的系數符號與之前的假設和結果一致，且大部分在不同的水平下顯著。上述結果尤其是核心解釋變量的結果與原先的檢驗結果均一致，因此證明本研究的核心結論是穩健的。

五、結論與對策建議

（一）結論

本文基于京津冀地區的面板數據，不僅分析了鄰近地區碳排放強度的空間溢出效應，還運用空間杜賓模型檢驗了產業集聚對碳排放強度的影響。另外，本文還采用了代替被解釋變量的方式，以京津冀區域人均碳排放代替了碳排放強度，進行并通過了穩健性檢驗，最終得到如下結論：

1）碳排放強度在我國京津冀地區的各個城市間基本都存在正向的空間溢出效應，“高－高”聚集區主要存在于規模較大、經濟較為發達的城市之間，例如北京、唐山等；“低－低”聚集區主要出現在規模體量較小，經濟發展較為緩慢的地區，例如滄州、廊坊等。這樣的現象表明，一個地區的碳排放強度會對周圍地區的碳排放強度產生一定影響，即某地區碳排放強度較高，則周圍地區的碳排放強度可能會因為受到影響也處在較高的程度。

2）在京津冀地區產業集聚對于城市間碳排放的影響是非線性的，其一次項和三次項系數為正，二次項系數為負，呈“N”型，即：在一定范圍內（小于“N”型曲線的第一個拐點時）隨著產業集聚程度的增加，碳排放強度會隨之上升；當產業集聚程度處于兩個拐點之間時，碳排放強度會隨著產業集聚的上升而下降；當超過第二個拐點時，碳排放強度則會隨著產業集聚的增加而增加。

3）一個城市的產業集聚會對周邊地區的碳排放強度產生影響，在空間杜賓模型的檢驗結果中，產業集聚的空間滯后項的系數均顯著，且符號也分別為正、負、正，就是說如果一個地區產業集聚程度的增加對當地的碳排放強度有促進作用，則它對周圍地區的碳排放強度也會有正向影響，反之如果一個地區產業集聚程度上升會抑制當地的碳排放強度增加，則它對周圍地區的碳排放強度也會有負向影響。

（二）對策建議

根據上述結論，本文提出以下對策建議：

第一，由于本研究結果顯示碳排放強度在京津冀地區間存在顯著的空間溢出效應，因此想要達到全面的碳減排的效果，需要加強地區間的聯系。也就是說各個城市在擴大經濟規模和提升自身發展的同時更要全面考慮。北京是京津冀地區規模最大也是經濟發展最好的城市，要加強環境治理，其余各城市也應當積極提出有效的減排措施，努力構建經濟、綠色、低碳的發展模式，追求京津冀協同發展和共同利益最大化。

第二，本研究發現產業集聚對于京津冀地區碳排放強度的影響呈“N”型，因此在產業集聚度還沒有達到“N”型曲線第一個拐點前，各地區要積極推動高質量產業集聚的發展，使其集聚程度達到第一個拐點右側，充分發揮產業集聚在減少碳排放強度關系中的優化作用，例如完善基礎設施建設，幫助相關產業之間構成產業鏈，提高資源利用效率，最終減少碳排放強度的增加。而當產業集聚度達到兩個拐點之間時，則要注意產業過度集聚所帶來的擁擠效應，可以一方面將一部分勞動密集型產業轉移到還未達到第一個拐點、經濟發展較為緩慢的地區，另一方面吸引更多的技術人才，引進先進的生產技術和綠色環保技術，解決當前產業過度集聚所造成的規模報酬遞減的問題，這樣不僅能幫助發展水平還不夠高的城市進行快速發展，也能幫助發展到一定程度而受到產業集聚局限的地區將產業集聚程度控制在可以抑制碳排放強度的范圍內，減輕過度產業集聚所帶來的不良影響。

第三，研究結果顯示一個城市的產業集聚會對周邊地區的碳排放強度產生影響，因此各城市在制定相關政策時要充分考慮其所展示的空間特征，增加各類要素在地區間的合理流動，盡量實現成本最小化，優化產業布局，縮小區域間發展的差距。