中国金属制品业出口、经济增长与碳排放——基于空间杜宾模型的分析

詹　晶，王　亮

（南华大学经济管理学院，湖南衡阳421001）

中国金属制品业出口、经济增长与碳排放
——基于空间杜宾模型的分析

詹晶，王亮

（南华大学经济管理学院，湖南衡阳421001）

以2005～2013年我国29个省级经济单元为研究对象，将出口贸易和经济增长的空间外溢效应引入改进的国际贸易环境效应模型，运用空间和时间双固定效应的SDM进一步考察了我国金属制品业出口贸易和经济增长对碳排量的影响。研究结果表明：引起我国省域碳排放量增加的主要来源有三个：一是省份自身金属制品业出口量、经济增长、物质资本存量和交通条件；二是邻居省份的金属制品业的出口量和物质资本存量；三是邻居省份的碳排放量。同时，邻居省份的经济增长将会显著的抑制本省市区的碳排放量。基于研究结论，本文从贸易结构和区域经济协调发展等方面提出了相应的对策建议。

碳排放；出口贸易；经济增长；空间杜宾模型

一、引言

改革开放30多年来，中国经济高速增长的背后是我国能源的消费量不断增加，环境污染问题日益严重以及中国碳排放问题引起的国际社会广泛关注，碳排放问题也因此成为中国必须要正视的现实问题。中国政府明确表示支持低碳经济，并郑重承诺2020年单位GDP的排放量比2005年下降40%～50%［1］。在2020年结束之前能达到中国2009年在哥哈本会议上提出的2020年的碳排放强度目标吗？Liu等人采用粒子群优化法（PSO）对构建包含灰色模型［GM（1，1）］、自回归移动平均模型（ARIMA） 以及二次多项式回归模型（SOPR）的联合预测模型进行了预测［2］，认为2020年中国的火力发电量将会达到72555.3亿千瓦时，二氧化碳排放量将达到1737990万吨，二氧化碳排放强度将达到0.21千克/元，这将是40%～50%的两倍。由此可知，其认为中国2020年结束时中国无法完成目标。那么接下来的问题是，中国碳排放强度居高不下的原因是什么？何小钢和张耀辉指出［3］，我国正处于工业经济转型的关键时期，受工业结构、技术条件、资源禀赋等多种因素的影响，工业经济增长依旧具有高排放、高能耗特征，工业排放是人为碳排放的主要源泉。由于金属制品是钢铁生产的深加工产品，在国家大力限制钢铁初级制品出口，鼓励深加工产品出口的情况下，从金属制品业的角度探讨金属制品业出口对我国碳排放量的影响显得尤为重要。

二、文献综述

在国际社会倡导的“四位一体”低碳经济背景下，即低能耗、低物耗、低排放和高效率成为规制国际贸易的规则之后，国际贸易与碳排放的研究引起了众多学者的关注。从减少碳排放的思路看，一是减少碳排放的相对量，其主要研究内容是探讨增加二氧化碳的排放量的因素；二是改善碳排放的效率，其研究内容主要是探讨如何提高碳排放的效率。本文主要从第一个角度探讨金属工业制品的发展和出口对我国碳排放量的影响。从现有文献看，关于碳排放量的影响因素主要有两种：一类是研究出口贸易对碳排放量的影响，另一类是经济增长对碳排放量的影响。

出口贸易是引起我国二氧化碳排放量增加的重要原因。许广月和宋德勇采用因素分解法和协整检验证明了中国碳排放是经济增长的Granger原因，且第5期达到最大值［4］。王天凤和张珺采用同样的方法也得到了类似的结论［5］。通过对变系数的出口贸易碳排放效应的固定效应模型进行估计，李怀政和林杰认为工业出口贸易的碳排放效应比较显著，行业规模、贸易结构、出口依存度对二氧化碳的排放量具有积极作用［6］。不仅如此，出口总量增长是导致中国出口贸易隐含碳排量增长的主要因素［7］，出口规模对碳排量影响产生的正的规模效应远大于负的技术效应和结构效应之和［5］。不仅中国的出口贸易引起碳排放的增加，国外的出口贸易与碳排放之间也具有相同的结论。Kasman and Duman以EU国家为研究对象，证实了贸易自由化、经济增长与碳排放之间还存在着环境的库兹涅茨曲线［8］。

经济增长是引起我国二氧化碳排放量增加的另一个重要原因，甚至在过去的十几年里中国的经济增长是二氧化碳排放量增加的主要原因［9］。Saboori等人采用自回归滞后分布模型（ARDL）对马来西亚的经济增长与碳排量关系进行了研究［10］。其认为从长期看存在经济增长与二氧化碳排放量的环境库兹涅茨曲线，且两者的关系为倒U型，短期内两者之间的关系则具有不确定性。有意思的是，不同学者对中国经济增长与碳排放的关系给出了不同的答案。许广月和宋德勇（2010）认为经济增长不是二氧化碳排放的Granger原因［4］，而Govindaraju and Tang则认为经济增长是碳排放的Granger原因［11］。因此，中国的经济增长能否引起二氧化碳排放量的增加将是本文研究的主要任务之一。

以上研究得到了非常有意义的结论，也为进一步研究出口贸易、经济增长与碳排放增加之间的关系提供了清晰的研究思路。遗憾的是，上述研究忽略了区域之间碳排放之间具有相互依赖性，以及区域碳排放的空间外溢。随着新经济地理学（NEG） 的快速发展，其强调外溢的空间性并由Reyand Montouri明确将其定义为空间外溢（Spatial Spillover） 以来［12］，即被众多的学者广泛的接受和大量的引用。在研究中国出口贸易与碳排放的文献中，直至王惠等（2016）才将空间外溢效应引入到工业碳排放的效率研究中［13］。基于数据的可得性，本文的任务之一就是从空间外溢的角度研究中国的金属制品工业的出口贸易与碳排放之间的关系。

笔者根据现有文献对出口贸易对碳排放影响、经济增长对碳排放影响的基础上，针对二氧化碳排放较高的金属制品工业作为研究，引入影响出口贸易和经济增长的要素禀赋物质资本存量和交通条件同时考察出口贸易、经济增长对我国碳排放的综合影响。此外将空间外溢效应引入碳排放量的效应模型，同时考察出口贸易的空间外溢效应和经济增长的空间外溢效应对我国碳排放量的综合影响。

三、理论模型的构建及变量选取

1.模型构建

Grossman and Krueger（1991）在北美自由贸易区国际贸易环境的研究框架下，构建了对外贸易导致的二氧化碳排水平、出口贸易结构、技术进步以及出口贸易规模之间的关系，本文参考其做法并考察一种简化的情形。具体而言，在参考Grossman and Krueger（1991）做法的基础上本文将理论模型设定为［14］：

其中，Z表示由于出口引起的二氧化碳排放量或称为碳排放水平，si为第i个金属行业的产品出口额占该国家所有出口总额的比重或称为贸易结构，k为金属行业个数，X为国家的金属制品业总数量。对（1）式两边同时求一阶导数可得：

在此基础上，参考刘林奇（2009）对国际贸易环境效应改进模型的做法并引入碳排放的空间依赖性和空间外部性［15］，基于研究数据的可得性，本文以我国省域的二氧化碳排放量为被解释变量，以金属制品业出口的贸易条件、经济发展条件、物质资本存量和交通条件为解释变量，拟构建包含上述4个解释变量及其空间效应对我国金属制品业出口贸易的碳排放效应予以考察。同时，为了方便从弹性角度探讨各变量对碳排放量的影响，本文对所有变量均作了对数化处理，并在变量前加上以示区别。

具体的计量模型见（3）式：

（3） 式中，carbon、interpret、export、GDP growth、capital、traffic、u和W分别为省域的二氧化碳排放量、常数项、金属制品业出口、经济增长速度、固定资本存量、交通条件、误差项以及空间权重矩阵，α1、α2、α3、α4、β1、β2、β3、β4和γ均为待估参数。

2.变量说明

基于数据的可得性和需要使用语言软件生成二进制邻接空间权重矩阵的要求，即每个区域至少有一个邻居区域，因此本文研究的样本区域不包括不与任何省份有公共边界的海南省和缺乏数据的西藏自治区，仅包括其余的29个省市区，时间跨度为2005～2013共9年的面板数据，空间权重矩阵采用Rook型的二进制邻接矩阵。数据来源为《中国统计年鉴》和《中国工业统计年鉴》。

由于我国相关统计机构还没有公布碳排放的数据，本文参考王天凤和张珺方法［5］，根据我国省级能源消耗情况及碳排量系数来估算，进而获得我国省级碳排放的数据。金属制品业出口额数据通过《中国工业统计年鉴》直接获取，并采用当年的年平均汇率将金属制品业出口总额的美元折算为人民币元并用CPI消除价格因素，再除以当年的进出口总额即为金属制品业的贸易结构。经济增长速度是将各省域的GDP消除价格因素后算出的环比增长速度。交通条件用省域的公路里程数除以年平均人口数得到。

物质资本存量的计算参考Young［16］、张军［17］等的做法，即采用永续盘存法（PIM）进行估算，并通过（4）式计算每一年的物质资本存量：

（4）式中，Kt和Kt-1分别为第t期和t-1期的资本存量，t=2，3…9，δt为第t年的折旧率，It为第t年的投资额。此公式主要涉及四个变量：基期资本存量K0的确定、历年投资额It的确定、投资品价格指数的确定和效率模式的假定折旧率δt的确定。基期资本存量是将2005年的固定资产投资总额除以10%作为初始资本存量，折旧率采用通用做法即9.6%，历年投资额为省域的固定资产投资总额，投资品的价格指数采用CPI全部换算至2005年的基期水平。

四、经验分析

1.包含固定效应的OLS回归

Elhorst指出［18］，在对经验分析的模型（3）进行空间回归之前，首先需要进行OLS回归，并对OLS进行不包含固定效应的回归、仅包含空间固定效应的OLS回归、仅包含时间固定效应的OLS回归，以及同时包含空间固定效应和时间固定效应的OLS回归即双固定的OLS回归。同时，由于空间计量模型有多种：空间自回归模型SAR、空间误差模型SEM以及空间杜宾模型SDM。因此，需要对不同的空间计量模型进行检验，并与OLS回归结果作对比，以便选出最优的估计模型。鉴于此，在对（3） 式进行空间回归之前，本文首先对不同设定的OLS模型进行回归，并检验是否需要进行空间回归以及哪一种空间计量模型是最优的计量模型，其结果见表1。

表1中，第1列是不包含任何固定效应的OLS回归结果，第2列是仅包含空间固定效应的OLS回归结果，第3列是仅包含时间固定效应的OLS回归结果，第4列是同时包含空间固定效应和时间固定效应即双固定效应的OLS回归结果。由表1可知，不同OLS回归方法的回归结果存在较大差异，除了经济增长速度的指标GDP growth对碳排放的影响相对较小外，其余变量对碳排放的估计结果差异均较大。其原因是OLS的估计方法没有考虑到区域之间的以及变量之间的空间依赖性和空间相关性［19］。

从检验最优估计方法的参数看，反映模型估计的误差参数在空间和时间双固定的估计方法中最小且为0.130，因此四种估计方法中空间和时间双固定效应的估计方法是最优的。反映模型估计过程中的自相关参数Durbin-Watson在空间和时间双固定估计方法中为1.8607，是四种估计方法中最接近于2的，即空间和时间双固定方法中基本消除了自相关性。反映极大似然估计法的对数似然函数值参数Log Likelihood在空间和时间双固定效应的估计方法中达到最大值为198.2417，即空间和时间双固定效应的估计方法是最优的。同时，采用空间和时间双固定效应估计方法得到的参数估计系数也具有较好的显著性水平。因此，无论是模型估计的误差最小原则，最大限度的消除模型估计的自相关性原则，还是极大似然函数值原则，均一致的表明对模型进行估计时必须采用空间和时间双固定效应的估计方法。

表1　不考虑空间效应的金属制品业出口与碳排放OLS估计结果

从检验最优模型的参数估计看，检验空间自回归模型即SAR是否为最优空间计量模型的参数LMspatial lag在空间和时间双固定效应的估计方法中为 8.6232，稳健的 LM spatial lag估计值为11.1633，且均在1%的显著性水平上是显著的。因此，其在1%的显著性水平上拒绝了本文的最优估计模型为SAR的原假设。同理，LMspatial error检验的估计值为2.6712，在10%的显著性水平上拒绝了SEM为最优的空间计量模型的原假设，以及稳健的LM spatial error检验估计值为5.2113，在5%的显著性水平上拒绝了SEM为最优的空间计量模型的原假设。由此可知，采用空间和时间双固定效应的SDM模型是本文最优的空间计量模型。

2.包含固定或随机效应的SDM和SDEM的回归

如上所述，本节将采用最优的空间计量模型即包含空间和时间双固定效应的SDM模型对（3）式进行估计。出于稳健性的考虑，本文在采用空间和时间双固定效应估计模型的同时，给出采用空间和时间双固定效应的空间杜宾误差模型（SDEM）和包含空间随机效应和时间固定效应的SDM模型估计结果，具体见表2。

表2中，第1列为包含空间和时间双固定效应的SDM估计结果，第2列为包含空间和时间双固定效应的SDEM估计结果，第3列为包含空间随机效应和时间固定效应的SDM估计结果。检验SAR模型是否最优的参数Wald test spatial lag为34.1032，LR test spatial lag为32.1156，均在1%的显著性水平上拒绝了SAR为最优估计模型的原假设。检验SEM模型是否最优的参数 Wald test spatial error为 40.9426，LR test spatial error为38.5827，均在1%的显著性水平上拒绝了SEM为最优估计模型的原假设。再次说明了SDM为最优的参数估计模型。为了检验固定效应还是随机效应更适合参数的估计方法，本文同时给出了检验和spatial Hausman检验。检验值为0.0817接近于0，空间豪斯曼检验值为18.2504，均在1%的显著性水平上是显著的，拒绝了应该采用随机效应的原假设，即应该采用固定效应的估计方法。从反映参数估计的误差大小看，包含时间和空间双固定效应的SDM模型的估计结果略好于采用空间和时间双固定效应的SDEM和空间随机时间固定效应SDM的估计结果。从模型估计的最大似然值看，包含时间和空间双固定效应的SDM模型的估计结果同样略好于采用空间和时间双固定效应SDEM的估计结果，但是远好于采用空间随机时间固定效应SDM的估计结果。因此，采用空间和时间双固定效应的SDM模型的估计方法是所有模型中最优的。

表2　包含不同效应的SDM及SDEM模型的估计结果

根据空间和时间双固定效应的SDM估计结果即表2的第1列可知，引起我国省域二氧化碳排放量增加有三个来源：一是省市区自身金属制品业的出口量export、经济增长GDP growth、资本存量capital和交通条件traffic；二是邻居省市区金属制品业的出口量export、资本存量capital；三是邻居省市区二氧化碳排放量；而邻居区域的经济增长GDP growth将会抑制本省市区的碳排放，邻居区域的交通条件traffic对本省市区的碳排放无显著影响。

金属制品业出口对我国省域碳排放量的增加具有正向的促进作用，且在1%的显著性水平上是显著的。从其作用大小看，出口量每增加1%，二氧化碳的排放量将增加0.2728%。这就说明了金属制品业出口量的增加是引起我国碳排量的重要因素之一。同样，自身的经济增长对我国省域碳排放量的增加具有正向的促进作用，同样是在1%的显著性水平上是显著的。从作用大小看，经济增长每增加1%，二氧化碳的排放量将增加0.3591%。经济增长对碳排放增加的作用大小甚至超过了金属制品业出口对碳排量增加的影响。省域资本存量的增加和交通条件的改善同样是碳排量增加的重要因素之一，分别在1%和5%的显著性水平上是显著的，而且资本存量的增加对碳排量的促进作用远大于交通条件的改善对碳排放的促进作用，甚至超过了金属制品业出口对碳排量增长产生的影响。因此，本文从金属制品业出口的角度研究经济增长对碳排放的影响结果与Zhangand Da的结论较为一致［9］。

邻居省市区金属制品业出口量的增加、物质资本存量的增加对本省市区碳排量的增加同样具有重要影响，且在1%的显著性水平上是显著的。从作用大小看，邻居省市区的金属制品业出口每增加1%，碳排量将增加0.0582%。而邻居省市区的物质资本存量每增加1%，碳排放量将增加0.6243%，其碳排量的增加值大小为金属制品业出口的10.7倍。这就说明了在我们考虑如何减少碳排量时，一定不能忽视由邻居省市区金属制品业出口增加和物质资本存量增加引起碳排放量的增加对本省市区碳排量的重要影响。

邻居省市区的经济增长具有抑制本省市区碳排放的作用。邻居省市区经济增长对本省市区碳排放减少的弹性值为0.2591，且在5%的显著性水平上是显著的。众所周知，经济增长将会提升隐含的技术进步，而技术进步又将通过两条途径影响二氧化碳的排放量。一是技术的进步能够提升碳排放的效率从而减少碳排放［13］，二是技术进步直接减少碳排放数量和技术进步通过经济增长间接影响碳排放数量［20］。这也说明了实现邻居省市区的经济增长是抑制本省市区碳排放的途径之一。与此相反，邻居省市区碳排放数量的增加将会引起本省市区碳排量的增加，其弹性值为0.1221，且在10%的显著性水平上是显著的。

五、结论及对策建议

本文在Grossman and Krueger的自由贸易区国际贸易环境效应研究框架基础上［14］，引入我国省域的金属制品业出口贸易的外溢效应和经济增长的外溢效应，并采用空间和时间双固定效应的SDM模型对其进行了分析。笔者认为，引起我国省域碳排放量增加的主要来源有三个：一是省市区自身金属制品业出口量、经济增长、物质资本存量和交通条件；二是邻居省市区的金属制品业的出口量和物质资本存量；三是邻居省市区的碳排放量。同时，邻居省市区的经济增长将会显著的抑制本省市区的碳排放量，而邻居省市区交通条件的改善不并能显著的增加本省市区的碳排放量。

上述结论对我国减少碳排量具有重要的政策启示。一是在实现我国经济保持中高速发展和物质资本存量不断提高的同时，转变贸易增长方式和发展绿色的贸易模式，提升金属制品业出口商品的附加值，改变金属制品高能耗，低价格的出口贸易现状，并且进一步调整与金属制品业出口相关的资源密集型产品出口的贸易结构，从根源上消除“贸易减排”。二是加快实现区域经济协调发展，以市场为导向，大力发展金属制品产业集聚区建设，利用邻居省市区经济增长对本省市区碳排放减少的空间外溢效应，在实现我国区域经济协调发展的过程中减少碳排放量。三是加快技术创新和技术装备升级，在金属制品产量，生产效率提高以及相关设备增加的同时，实现环保节能，绿色生产。

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（责任编辑：杨粤芳）

The export of Chinese steel wire products industry Economic growth and carbon emissions—based on Durbin space model analysis

ZHAN Jing，WANG Liang

（College ofEconomics&Management，UniversityofSouth，Hengyang，Hunan 421001）

Choosing 29 provincial economic unit from 2005 to 2013 as the research object,and then putting the export and the spatial spillover effect of the economic growth into the modified international trade environment effect model,adopting the space and time fixed effects of SDM to implement the further researchof influence of carbon emissions which caused by the steel wire products export and economic growth.The result indicates there are three main source which caused the soaring of China's provincial carbon emissions；First,the export of the steel wire products,economic growth,the stock of material capital and traffic condition in each province；Second,the export of the steel wire products and stock of material capital in neighbor province；Third,the quantity of carbon emissions in neighbor province.Meanwhile,the carbon emission of each province is significant inhibition by the economic growth of its neighbor province.Based on the research,this thesis puts forwardthe corresponding countermeasures and suggestionsfrom the trade structure and the development regional economic coordinated.

carbon emissions；export；economic growth；Durbin space model

F752.62

A

1008-2107（2016）05-0016-07

2016－08－26

国家社科基金青年项目“中国低碳城市试点的政策绩效评价及优化研究”（项目编号：15CJY037），经济增长与碳减排双重约束下湖南省低碳潜力情景预测及路径优化研究（项目编号：16B233），湖南省教育厅优秀青年项目。

詹晶（1975—），女，湖南株洲人，经济学博士，南华大学经济管理学院教授，主要研究方向：贸易理论与政策；王亮（1982—），男，湖南衡阳人，南华大学经济管理学院硕士研究生。