城市化进程、环境规制与大气污染——基于STIRPAT模型的实证分析

高　明　吴雪萍　郭施宏

1(福州大学，福州　350116)　2(清华大学，北京　100084)

城市化进程、环境规制与大气污染——基于STIRPAT模型的实证分析

高明1吴雪萍1郭施宏2

1(福州大学，福州350116)2(清华大学，北京100084)

〔摘要〕本文基于STIRPAT模型，利用中国2001～2013年的省际面板数据实证分析了城市化进程、环境管制对大气污染的影响。结果表明，城市化是大气污染的重要影响因素，其中，人口城市化对空气污染的影响比土地城市化更为直接；环境规制对工业污染减排的总体刺激效果不佳；不同地区的大气污染受城市化、环境规制的影响存在差异性，东部地区表现的最为敏感，其城市化和环境规制对大气污染均有显著的冲击作用，中部地区只有城市化与大气污染联系紧密，而西部地区无论城市化还是环境规制对大气污染的反应都极不敏感。

〔关键词〕城市化进程环境规制大气污染STIRPAT模型

引言

中国经济的快速发展带动了城市化的进程，1949～2014年，我国城镇化率由10.64%上升至54.77%，城镇人口由0.5765亿增加到7.4916亿。联合国发布的《2013中国人类发展报告》指出，到2030年，中国城市居民将增加3.1亿，届时，中国城市人口总数将突破10亿，人口城市化率将达70%。此外，全国的建成区面积在2000～2010年间增长了60%，远高于城镇人口增长速率。城市是人类、材料和活动的聚集地，是国家经济发展的动力源，因此，他们也是遭受最高水平污染和影响的最大目标。城市化的发展可以带动消费需求和投资增长，但城市化扩张带来的城镇人口增长、持续的工业污染、土地及地域空间扩大等引发了一系列环境问题，其中空气污染问题尤为严重。2014年的环境公报中对161个地级及以上城市空气质量检测结果显示，161个城市中，仅有16个城市空气质量达标，占9.9%；145个城市空气质量超标，占90.1%。2015年中国气象局发布的《2015中国气候公报》显示，2015年共出现11次大范围雾霾过程，其中华北、黄淮等地最为严重。大气污染物严重影响人类正常的生存、生活和工作环境，对人体的健康和经济的可持续发展造成不利影响。中国社会科学院、中国气象局联合发布的《气候变化绿皮书》指出，雾霾天气现象会给健康造成显著的负面影响，例如改变肺功能及结构、影响生殖能力、改变人体的免疫结构等。城市的大气污染问题已严重影响人们的生产生活。

党和政府高度重视大气污染问题，党的十八大报告首次提出把建设“美丽中国”作为生态文明建设的宏伟目标，十八届五中全会亦提出必须切实贯彻“创新、协调、绿色、开放、共享”的五大发展理念。近几年，我国环保投入逐年增长，政府相继出台一系列大气污染防治相关政策以规制空气污染，并取得一些成效。但总体而言，空气污染治理效果不佳，人们往往认为越多的环保投入与良好的污染治理效果之间存在着明显的正相关，其实不然，空气污染问题已不再是投入不足的问题，其背后的症结使人们不得不重新思考中国的环境政策和国家的经济发展战略。在这种背景下，本文从城市化进程和环境规制的视角出发，探究中国30个省的城市化进程、环境规制与大气污染的关联，探寻中国城市经济发展的空气污染特征以及大气污染防治措施的效果，不仅关系到大气污染治理，并且对制定合理有效的经济政策和环境政策，实施科学的城市化发展规划具有重要的参考价值。

1　文献回顾

有关城市化与空气污染的关系研究已成为国内外学者关注的热点。Crossman和Krueger[1](1995)研究了GEMS(Global Environmental Monitoring System)城市大气质量数据，结果发现人均收入与二氧化硫排放量存在“倒U型”的环境库兹涅茨曲线(Environmental Kuznets Curve，缩写EKC)关系。Fenger J[2](1999)对世界多个国家的城市化与空气污染的关系进行研究，得出由城市化进程引起的人口增长、交通污染、工业化发展与能源消耗是造成空气质量恶化的重要原因。Mayer H[3](1999)认为城市化导致空气污染的主要原因有两个：(1)城市化带来的人口增长；(2)城市化造成的土地扩张。国内学者李姝[4](2011)通过2004～2008年的省际面板数据，运用GMM方法对城市化、产业结构与环境污染的关系进行定量研究，发现城市化与废气污染呈正相关关系，城市化进程越快，中国环境面临的压力越大。江笑云[5]等(2013)运用联立方程组对环境、城市化与经济发展之间的关系进行考察，证实城市化是造成EKC的原因之一，城市化带来的工业化和城市扩张使经济增长形成增速效应，进而引起环境污染排放，但人口城镇化水平却没有促进EKC的形成。王瑞鹏[6]等(2013)通过协整检验和脉冲响应函数分析得出，短期内，城市化是导致环境污染的主要因素，长期内，城市化对改善环境状况有益。郭施宏[7]等(2015)定量研究了福州市大气污染与城市化水平的演化规律，结果表明，福州市大气污染与城市化的关系并不完全符合EKC，不同污染物演化规律不同，PM10、SO2与城市化成“倒N型”关系，NO2与城市化水平的关系呈“倒U型”。吴癑[8]等(2015)通过对西安城市化进程、产业结构与大气污染的关系做实证分析，认为西安大气污染的成因很大一部分是城市人口与面积扩张和城市建设带来的建筑性扬尘引起的。STIRPAT模型是有效定量分析人文驱动力对环境压力影响的方法之一，目前已于能源消费碳足迹领域等得到广泛应用。王亚菲[9]等(2011)基于STIRPAT模型，利用不同区域的面板数据测算了城市化对碳排放的影响，发现城市化与碳排放之间存在正相关关系。张勇[10]等(2014)运用STIRPAT模型分析了安徽省2000～2011年城市化进程中碳排放的影响因子，发现安徽省的城市化进程中，工业化水平与城镇建成区面积扩张是驱动碳排放的主要因素。卫平[11]等(2014)基于STIRPAT模型，利用1986～2010年亚太经合组织中17个国家的数据，分析了城市化、能源消费对碳排放的影响，发现城市化对碳排放的影响仅次于能源强度，城市人口比重和工业增加值占GDP比重均对碳排放有正向作用，说明推进城市化进程和二氧化碳减排可实现统一。

国家进行环境规制的手段最主要的是以环境政策的形式规制环境污染，有关环境规制与大气污染的关系研究。夏永久[12]等(2006)借助“环境库兹涅茨曲线”，利用三次曲线方法分析兰州市环境规制，结果表明兰州市虽在经济上存在诸多劣势，但通过结合自身优势再施以一定的环境政策，既使经济保持快速增长，又显著提升了环境质量，阻止了环境质量恶化的趋势。张红凤[13]等(2009)以计量模型与统计测度验证了环境规制的绩效，发现山东人均污染排放量要低于全国人均污染排放量，他们指出环境质量不会自动进行改善，严格的环境规制是必要的，且可通过有效的环境规制改变EKC拐点以取得环境规制效率。傅京燕[14](2009)通过对广东省制造业的实证研究，得出正式环境规制越严格，污染排放越小，而非正式规制对污染排放强度有影响但作用不是很明显。钟娟[15]等(2011)基于“污染的供给——需求”模型，分析环境管制、工业发展与空气污染的关系，结果表明，正式和非正式的环境管制对污染减排有显著的抑制作用。王怡[16]等(2013)利用脉冲响应函数和方差分解法测算了1994～2009年中国环境规制、技术创新和碳排放的动态响应态势，研究表明，环境规制与碳排放量在对方冲击下的反应曲线为“N型”，且环境规制对碳排放量的预测方差起较大作用。贺灿飞[17]等(2013)通过空气污染指数数据探讨了环境规制执行动力因素与执行效果的关系，结果表明环境规制的执行阻力和执行能力均对其执行效果具有显著作用，进而影响城市空气质量。冯贵霞[18](2014)梳理了1973～2014年中国大气污染防治政策，认为大气污染防治政策会受政策权力主体地位及话语、政策响应、公众认知及行为、政策工具选择等因素的影响。何为[19]等(2015)基于天津市2006～2013年面板数据定量分析了环境规制、技术进步与大气环境质量之间的关系，研究发现，政府环境政策对降低了污染物排放有显著作用。黄清煌[20]等(2015)运用广义矩估计法分析了环境规制、环保投资和工业污染减排的关系，发现环境规制对工业污染有负向影响，环境规制每提高1%，工业污染强度加重0.3788%。

从现有的文献来看，国内外的学者们已经在城市化发展对环境污染的影响、环境规制与改善环境质量的关系方面做了许多描述性分析和实证研究，本文在学者们研究的基础上进一步研究了城市化进程、环境规制对大气污染的影响研究。此外，本文认为，由于区域经济发展方式、资源要素禀赋、地理位置等方面的差异，城市化进程、环境规制与环境污染之间的关系会因地而异。因此，本文基于STIRPAT模型，在控制经济、能源消耗因素下，以人口城市化和土地城市化作为城市化进程的体现，以工业污染源治理强度体现环境规制，对全国30个主要省份以及东、中、西部的空气质量与城市化进程、环境规制做回归分析。

2　模型设定与数据描述

2.1模型设定与变量说明

Erlich和Holdren于1971年提出了环境影响决定因素的IPAT方程，该方程用人口规模(P)、富裕程度(A)和技术水平(T)来描述环境影响(I)[21]。Dietz和Rosa在此基础上建立了STIRPAT(Stochastic Impacts by Regression on Population，Affluence and Technology)模型[22]。该模型的优点在于克服了IPAT模型的单位弹性假设限制的缺点，通过加入随机性允许将各系数作为参数进行估计，以及允许对各影响因素进行适当分解，以便于根据各自研究的特点开展实证分析[23]。STIRPAT模型的形式为：

I=δ0Pδ1Aδ2Tδ3ε

(1)

式中，I、P、A、T的含义与IPAT模型中的含义相同，δ为估计参数，ε为随机误差。为将模型转化为线性模型和降低异方差，将模型(1)两边取对数，得到：

ln(I)=δ0+δ1ln(P)+δ2ln(A)+δ3ln(T)+lnε

(2)

本文在STIRPAT模型基础上，参考相关研究[24，25]，以及结合本研究特点，以工业废气排放量反映大气环境影响，选取人口城市化和土地城市化反映城市化进程，将富裕程度分解为人均GDP，将技术水平分解为经济能耗和环境规制水平，最终模型为：

lnWit=δ0+δ1lnUit+δ2lnP+δ3lnEit+δ4lnGit+lnεit

式中，W是被解释变量，表示工业废气排放量，U为城市化率，P为环境规制，G为人均GDP，E为经济能耗。本文选取人口城市化率(UUP)和土地城市化进程(UUG)2个指标代表城市化进程作为模型中的一个解释变量。其中，人口城市化率为城镇人口占总人口的比重，土地城市化则以建成区面积数据为指标，城镇人口的聚集可以反映一个城市经济活动的频繁程度，建成区面积所占比例可以反映城市土地利用与扩张情况，两者都是代表城市化进程的重要指标。对于环境规制的度量，学者们采用的代理指标不尽相同，如工业污染治理投资额、污染排放量、三废达标排放量以及能源强度等，但这些代理指标均存在一定程度的缺陷。本文采用的是工业污染源治理投资额占地区生产总值比重的滞后一期来设计环境规制评价指数，该指标除了考虑了各地区的实际工业污染治理投资额，消除地区差异，还考虑了环境规制可能产生的滞后效应。为了尽可能避免遗漏其他变量对估计结果产生偏误的影响，在模型中增加了经济水平和经济能耗这两个控制变量，经济能耗为实现单位GDP的煤炭消耗量。it表示第i地区第t年的相关指标数值。为比较不同变量对大气污染的影响，本文对城市化进程、环境规制、经济水平和经济能耗进行回归，δ1～δ6则表示每个变量回归的系数；εit为随机干扰项。

2.2数据来源与描述

本文中计算中国各个省份全省的工业废气排放量和人均GDP的原始数据均来源于2001～2012年的《中国统计年鉴》。城市化进程中的人口城市化指标和土地城市化指标数据均来源于2001～2012年的《中国城市统计年鉴》，其中各地区的人口城市化为各地区所有城市的年末城镇人口数占年末总人口数的比重；各地区的土地城市化为各地区所有城市的建成区面积比上城区总面积。各地区的环境规制强度的数据来源于2001～2012年的《中国环境统计年鉴》，为工业污染源投资额比上各地区的GDP。各地区的经济能耗数据来源于2001～2012年的《中国能源统计年鉴》，为实现单位GDP的煤炭消耗量。西藏因数据的不可得性，研究对象为除西藏以外的其余30个省份。主要变量的基本统计量、计算方法和数据来源如表1所示。

表1　各变量的统计性描述

数据来源：《中国统计年鉴》，《中国城市统计年鉴》，《中国环境统计年鉴》，《中国能源统计年鉴》。

3　城市化进程、环境规制对大气污染影响的实证分析

基于STIRPAT扩展模型，本文利用Stata11.0软件，采用面板数据分析方法，分别将人口城市化率和土地城市化率作为城市化进程变量以避免多重共线性，单位生产总值的工业污染源治理投资额作为环境规制变量与被解释变量进行回归估计。由于我国的东部沿海地区、中部地区与西部地区的区域经济差异明显，因而本文首先对全国样本进行估计，再分别估计东中西部地区城市化进程和环境规制对大气污染的影响，检验城市化进程、环境规制与大气污染的相关关系是否也存在区域性差异，从而得到8个模型。首先用F检验判断应建立混合模型还是个体固定效应模型，因为F检验的P值均为0.00，建立个体固定效应模型更合理。再进行Hausman检验来选择随机效应模型还是固定效应模型，由于P值为0.0000，故拒绝原假设“H0∶μi与xit，zi不相关”，所以选择了固定效应模型。全国整体样本和区域样本的计量回归结果如表2所示。

表2　模型回归结果

注：括号内的数值为T值；***表示在1%水平下显著，**表示在5%水平下显著，*表示在10%水平下显著。

从表2的总体回归结果看，8个模型的F检验值均能在1%水平下显著，而8个模型中模型5调整后的R2最高，达到0.9273，说明模型5的拟合效果最好。从具体解释变量看，整体样本估计结果显示，在主要解释变量中，土地城市化在10%的水平下显著为正，表明土地城市化是影响大气污染的一个重要因素。随着土地城市化的推进，城市的基础设施和公共服务设施逐渐增多，城市土地的扩张、城市建设会带来粉尘和扬尘不断增加，严重威胁着城市的空气质量；人口城市化对工业废气排放量的影响在1%的水平下显著，对工业废气的排放具有正向作用，即人口城市化越快，大气污染越严重。人口城市化对大气污染的影响一般是随着人口不断向城市迁移，慢慢形成人口规模和聚集效应，使得城市的经济活动更加频繁，带来资源能源供应不足、能源消费结构不合理、生产生活污染排放增加等问题，导致城市空气质量持续恶化。从t检验值看，其显著水平优于土地城市化，说明人口城市化比土地城市化对工业废气排放的影响更直接；人口城市化率每提高1个百分点，大气污染相应增加0.5091个百分点。环境规制对工业废气排放量具有正向影响，但效果不显著，说明环境规制对大气污染减排没有起到促进作用。这和John[26]等(2003)、Testa[27]等(2011)认为的环境规制对污染减排具有倒逼作用的观点不一致。这可能是由于空气质量不会自发改善，需要严格有效的环境规制对大气污染加以治理，但环境规制的减排效果有一定的滞后性，受滞后效应的影响，环境规制对工业污染减排的冲击作用不显著，今后仍需大力加强环境规制力度和不断努力维护。贺灿飞[17]等(2013)认为中国环境规制效果可能受到三方面因素的影响：(1)被规制对象对环境规制的阻力，这里主要指企业；(2)环境规制受益方的压力；(3)环境规制执行主体的能力。这3个因素会通过影响污染源治理与污染途径治理进而影响环境规制效果，最终影响城市空气质量。此外，仇冬芳[28]等(2013)认为环境规制方式单一也是导致环境规制效果受限的因素。

人口城市化的区域样本估计结果与整体样本相似。除了西部地区，东中部地区的人口城市化对大气污染的影响分别在1%和10%水平下显著为正，人口城市化每增加1个百分点，东部地区的大气污染强度将增加0.6540个百分点，中部地区大气污染强度提高0.4526个百分点；这与各地区的人口城市化发展水平有很大的关系，2010年的六普数据显示，城市化的加速发展使得人口不断向东部发达地区聚集，3个地区中，东部地区城市化程度最高。到2010年，东部和中部省份的人口城市化已处于加速发展阶段，而西部地区部分省份刚跨入处于城市化发展的第二阶段，尽管随着国家扶持力度的增加和生态环境的不断改善，其人口密度有小幅增长，但与其他地区的差距仍很大[29]。因此，东中部地区人口城市化对大气污染的影响较为显著，大气污染也相对严重，西部地区人口城市化与大气污染虽是正相关关系，但并不显著。土地城市化对工业废气排放量影响具有明显的地区差异，东部地区的土地城市化没有使大气污染恶化，反而对工业废气排放具有反向作用，中部地区的土地城市化在5%的水平下显著为正，西部地区也有促进作用，但并不显著。东部地区的土地城市化对大气污染的负向作用可能是由于东部地区在扩大城市面积的同时，还重视城市绿地的建设。据相关数据统计，我国东部地区的城市绿化覆盖率高于中西部地区，50个城市建成区绿化覆盖率大于40%的城市中，东部地区就有24个，占48%；中部地区有20个，占40%；西部地区最少，只有6个，仅占12%，其绿地数量和质量均不符合城市化要求[30]。环境规制对东部地区工业废气排放量的影响是负向的，环境规制每增加1个百分点，会加重大气污染强度的0.0725个百分点，这说明东部地区由于快速增长的工业污染源投资并未有效控制工业废气的排放，环境规制效率低下，工业污染源治理投资失效问题严重，其中的原因可能是由于东部地区城市化发展过程中带动经济、工业的发展，生态环境受破坏程度相对比较严重，大气污染影响因素较为复杂，从而使得大气污染治理难度相对较高，环境规制执行起来困难重重；而中西部地区的环境规制相对东部而言，虽未通过显著性检验，但却反映了环境规制对大气污染减排正向冲击作用。在模型5和模型7中，从弹性系数看，环境规制强度每增加1个百分点，中部地区工业污染减排0.0069个百分点，西部地区工业污染减排0.0114个百分点，表明中西部地区经过多年对大气污染的高度重视和严格管制，从某种程度上说，工业污染减排有所成效，空气质量有所改善。

控制变量的检验结果显示，对全国范围与东部地区而言，经济能耗的降低能够减少工业废气的排放，改善大气环境，检验结果均在1%水平下显著；西部地区的经济能耗降低虽对大气污染减排有正向作用，但效果不显著；而减少中部地区的经济能耗并不能起到减排的作用，检验结果也不显著。总体而言，经济能耗是影响大气污染的重要因素，而不同地区的经济能耗对大气污染影响的差异性可能是由于各区域经济发展水平与能源消费习惯各异造成的，东部地区随着城市化进程的推进，使得经济发展水平和居民生活水平不断上升，能源消费量也就随之增加，因此，对于城市化水平较高的地区，降低经济能耗是缓解大气污染的有效措施之一。人均GDP对工业废气排放的影响无论在全国范围还是其他地区均存在显著的正向作用，检验结果均在1%水平下显著，说明经济发展水平或人均GDP的增加是加剧大气污染的主导因素。我国还处于工业化的中期阶段，能源消费仍处在快速上升时期，工业废气排放量在未来一段时期内仍会随着经济的增长而增多[31]。

4　结论与建议

本文采用STIRPAT模型分析了城市化进程和环境规制对大气环境的影响，并且从全国范围与东中西部地区对影响大气污染的因素进行计量分析，得到以下结论：

(1)城市化是大气污染的重要影响因素，其中，人口城市化对空气污染的影响比土地城市化更为直接。从全国范围来看，人口城市化与土地城市化和工业污染之间都呈现正相关，但人口城市化对工业污染的影响更为显著。从区域范围看，东部地区的人口城市化是影响空气质量的重要因素，而伴随生态城市的推进，土地城市化的发展在一定程度上缓和了工业污染程度，并没有使空气质量恶化；西部地区人口城市化对空气污染的弹性大于土地城市化。(2)中国环境规制对工业废气减排的总体刺激效果不佳。不同地区工业废气排放强度对环境规制的反应不同，东部地区的环境规制对大气污染减排有显著的负向影响，即大气污染物排放量在东部地区并不因环境规制的实施而有所下降；而中西部地区，环境规制对工业废气减排起促进作用，但效果不显著。(3)东中西部的空气污染对城市化和环境规制反应存在较大差异。东部地区表现的最为敏感，其城市化和环境规制对大气污染均有显著的冲击作用；中部地区只有城市化与大气污染联系紧密，而西部地区无论城市化还是环境规制对大气污染的反应都极不敏感。鉴于上述分析，本文提出以下建议：

(1)推进城市化的健康发展。城市化发展应着重体现可持续发展的思路，走资源节约、环境友好的新型城镇化道路。首先，应建立有序竞争、开放统一的劳动力市场，合理引导城乡之间的人口流动，促进人口城市化的均衡发展。其次，应加强城市扬尘粉尘治理、扩大城市绿地面积、提高城市土地利用率、优化土地生态系统，最终实现土地城市化的健康发展。

(2)根据区域特征实施严格有效的环境规制措施。东部地区的环境规制未能发挥应有的减排效果，今后应优化环境规制手段，进一步提高环境规制强度。中部地区的环境规制对大气污染的制约效果在慢慢地起作用，这时应继续执行环境规制措施，争取进一步发挥环境规制的减排效果。西部地区在承接其他地区的污染型产业时，仍不可放松环境规制，应在经济发展的基础上，提升环境规制水平，减少大气污染物的排放，改善生态环境质量。

(3)创新环境规制手段，减轻环境规制滞后效应的影响。环境规制应采取行政手段、经济手段和法律手段相结合、激励性方式与惩罚性方式的环境规制方法相结合的方式，以获得最佳污染减排效果。同时，通过提升政府环境规制的执行能力，减轻企业对环境规制执行的阻力以及增强社会对环境规制的理解与支持来缓解环境规制滞后性的影响，使环境规制对大气污染治理的效果尽快显现。

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(责任编辑：史琳)

Urbanization，Environmental Regulation and Air Pollution——An Empirical Analysis Based on STIRPAT Model

Gao Ming1Wu Xueping1Guo Shihong2

(1．Fuzhou University，Fuzhou 350108，China；2．Tsinghua University，Beijing 100084，China)

〔Abstract〕Based on STIRPAT model,this paper conducts an empirical study on the influences of urbanization and environmental regulation on air pollution by using China’s provincial panel data from 2001 to 2013.Results show that urbanization is one of the important factors affecting air pollution,among them,the population urbanization impact on air pollution is more direct than land urbanization.Furthermore,the stimulating effect of environmental regulations on air pollution reduction is not very good.Besides that,air pollution in different regions is affected by urbanization and environmental regulation differently.In the Eastern region,both urbanization and environmental regulation have a significant impact on air pollution.In the Central region,air pollution is greatly affected by urbanization only.However,there is not significant linkages between urbanization,environmental regulations and air pollution in the Western region.

〔Key words〕urbanization;environmental regulation;air pollution;STIRPAT model

〔中图分类号〕F205

〔文献标识码〕A

DOI：10．3969/j．issn．1004-910X．2016．09．015

作者简介：高明，福州大学经济与管理学院教授，博士生导师。研究方向：资源环境管理、区域经济。吴雪萍，福州大学经济与管理学院博士研究生。研究方向：资源环境管理、区域经济。郭施宏，清华大学公共管理学院博士研究生。研究方向：环境管理。

基金项目：福建省软科学研究项目“福建省大气污染防治产业技术路线图制定与升级路径研究”(项目编号：2015R047)，福建省科学技术协会科技思想库研究项目“新常态下发展福建省大气污染防治产业路径与对策研究”(项目编号：2015ZD02)。

收稿日期：2016—04—06