产业集聚影响环境污染：加剧抑或抑制？——基于我国城市面板数据的实证检验

纪玉俊，邵泓增

（中国海洋大学 经济学院，山东 青岛 266100）

一、引言

产业集聚是区域经济发展中的重要现象，其正的外部效应称为“集聚效应”，如外部规模经济效应、技术溢出效应以及竞争创新效应。集聚效应有利于经济的发展，同时也有利于资源利用率的提高以及环境质量的改善。然而，产业集聚也会有负的外部效应，称为“拥挤效应”，因为当大量企业或劳动力在某一区域集中时，可能造成资源过度消耗、各类污染物排放量增加等问题，这便使得环境治理难度增大，环境承载能力下降，进而加剧环境污染。经济发展与环境污染之间的关系一直是经济学研究中的重要课题，“绿色”发展是我国“十三五”规划中提出的五大发展理念之一。因此，研究产业集聚与环境污染的关系有着重要的意义。关于上述两者之间的关系，其研究成果可以总结如下。

1.产业集聚会加剧环境污染。Virkanen（1998）发现，产业集聚加剧了芬兰南部的水污染和空气污染[1]。Frank（2001）证明了产业集聚是环境污染物排放的重要原因，产业集聚和环境污染之间存在正向关系[2]。张可 等（2013）构建了一个集聚的污染外部性作用机制理论框架，并通过结构方程模型（SEM）进行验证，发现集聚所引起的产出效率和成本的提高反而加重了环境污染[3]。尚海洋 等（2016）为了实证分析产业集聚对环境污染的影响，以IPAT模型为基础，并选取我国省级面板数据为分析样本，结果发现就全国而言，产业集聚水平的提高会造成和加剧环境污染[4]。

2.产业集聚会抑制环境污染。具体来说，产业集聚就是通过一些作用机制或中间变量，如科技创新等，来间接地抑制环境污染。李筱乐（2014）和杨仁发（2015）在借鉴Copeland-Taylor模型的基础上，分别利用市级和省级的面板数据，采用门槛面板回归的方法来实证分析产业集聚与环境污染之间的关系，发现两者呈现“倒U”型的非线性关系，即随着产业集聚水平的提高，产业集聚最终会抑制环境污染；且外商直接投资（FDI）和市场化水平在产业集聚跨越门槛值时发挥着重要作用，因此要根据不同情况制定差异化政策来解决环境污染问题[5-6]。类似的，原毅军 等（2015）利用中国1999—2012年的省级面板数据，实证分析了产业集聚与技术创新的交叉项对环境污染的影响，实证结果表明产业集聚与环境污染也呈现“倒U”型关系，且技术创新在“拐点”位置上发挥关键的作用[7]。李勇刚 等（2013）则运用联立方程模型，从不同区域层次来实证分析产业集聚与环境污染的关系，在进行稳健性检验时，发现产业集聚对环境污染存在“U”型影响，且我国正处于左侧部分，即产业集聚抑制了环境污染[8]。苏芳（2015）利用2012年的相关数据，证明了在产业集聚水平较低的中西部地区，环境污染有上升趋势；而产业集聚水平较高的东部地区已经几乎实现经济、环境双赢的发展局面；同时指出固定资产投资规模的扩大将有利于降低产业集聚对环境造成的影响[9]。

3.由于受到环保标准和收入水平等其他多种因素的影响，产业集聚和环境污染之间并没有明确的关系。闫逢柱 等（2011）运用2003—2008年中国制造业行业分类数据和面板误差修正模型，发现产业集聚与环境污染两者在长期内没有必然的因果关系[10]。

基于上述分析，产业集聚既有正的环境外部性，也有负的环境外部性，但产业集聚水平达到何种程度时，正的外部效应才会大于负的外部效应，即集聚效应大于拥挤效应，研究学者们并没有一致的看法或结论。这是因为产业集聚与环境污染之间的作用机制比较复杂，而且受到如技术水平、环境规制等多种因素的影响；加上经济运行环境日益繁杂，不稳定性因素增多，各地区经济状况差异明显，想要得到产业集聚对环境污染影响的确定性影响是比较困难的。以往研究的空间尺度多是以省份为单元，考虑到中国区域特征的巨大差异，即使是同一省份内，不同城市间的异质性特征也非常明显，由此会影响到由集聚效应和拥挤效应所决定的“拐点”位置，因此本文采用了地级市为空间单元。具体而言，利用2003—2013年中国281个地级市的面板数据，来检验产业集聚与环境污染之间的关系；同时，本文也将其他一些重要影响因素纳入到研究产业集聚与环境污染的计量模型里，以便作出相对科学的评价，从而为优化产业集聚发展模式提供对策建议。

二、计量模型设定

（一）变量选取

1.被解释变量：环境污染程度（pol）。环境污染程度主要由污染物的排放量来衡量。近几年来，由于大气污染造成的雾霾问题在我国非常严重，得到相关部门的高度关注。而二氧化硫（SO2）是重要的环境污染物之一，在大气污染排放量中所占的比例非常高；同时，二氧化硫的统计数据也较容易获得，且对二氧化硫的检测技术也相对成熟，这就保证了数据的准确性。因此，本文使用各地级市每年的二氧化硫排放量来衡量环境污染程度。

2.核心解释变量：产业集聚水平（ia）。在目前的文献中，空间基尼系数、赫芬达尔指数、Ellison-Glaser指数等指标，都是衡量产业集聚水平的可能选择。鉴于数据的可获得性，本文借鉴韩峰 等（2013）的方法[11]，采用了区位商这一指标来衡量产业集聚水平，而这一指标在相关文献中也经常被采用。由于环境污染物大部分来自于第二产业，所以本文采用了第二产业的区位商，i城市第二产业的区位商（iai，p）计算公式为：

其中，Ei，p代表i地级城市第二产业的产值，Ei表示i城市全部产业的产值；Ep代表所有281个地级市第二产业的产值，E代表所有281个地级市的全部产业的产值。

3.控制变量：对外开放水平（op）。随着经济全球化进程的不断发展，我国经济与其他国家的联系日益密切。根据Walter et al.（1979）提出的“污染天堂”假说和Dua et al.（1997）提出的“竞次理论”，外资企业的进入会加剧某地区的环境污染[12-13]。但是，外资企业在投资过程中也会带来先进的技术资源和管理经验，从而促进环境质量的改善。一般来说，一地区的对外开放水平越高，外资对该地区的环境影响也越大。本文采用规模以上港、澳、台商投资企业的工业产值加上外商投资企业的工业产值来衡量某地级市的对外开放水平。

产业规模（fi）。产业规模，一般指产业的产出规模或业务收入。产业规模的扩大，一方面，会增加对能源的需求，当资源消耗速度过快，超过资源再生速度时，会造成严重的资源短缺、生态环境恶化等问题；另一方面，也会带来规模经济优势，可以促进能源利用效率的提高，进而改善环境质量。固定资产投资是企业赖以生产经营的主要资产，包括与生产经营有关的设备、工具等，也往往反映了投入资金的力度，而这些与产业规模的大小是紧密联系的，因此本文采用地级市的固定资产投资来衡量地级市的产业规模水平。

技术创新支持力度（ti）。科技是第一生产力，技术创新在社会发展和环境治理中的地位和作用越来越突出。技术水平的提高，往往会改善资源的利用效率，节约成本；同时，环保技术的提高会抑制污染物的排放，改善环境质量。而充足的资金是技术创新与发展的必要条件，本文采用某地级市财政的科学技术支出水平，来衡量该地区的技术创新支持力度。

教育支持力度（ei）。一般来说，一地区的教育水平越高，该地区的高素质劳动力数量也越多，从而为科学技术创新提供了人才储备资源；同时，教育水平越高的地区，人们的环保意识也越强烈，更注重提高环境质量，且更愿意消费环保产品，从而倒逼企业进行环保技术的创新，进而有利于环境条件的改善。本文采用地级市的教育支出水平，来衡量该地区的教育支持力度。

地区经济发展水平（el）。一个地区经济发展水平越高，往往意味着有更多的人口，消耗更多的资源，从而加剧环境污染。但经济水平越高的地区，会吸引更多的人才在该地方集聚，有明显的知识溢出效应；同时经济发达的地区拥有更多的公共设施资源或资金，这就为改善环境质量提供了便利条件。本文采用地级市的人均GDP作为衡量该地级市经济发展水平的指标。

（二）计量模型设定

为了研究不同产业集聚水平对环境污染的影响是否存在差异，根据前文相关的理论分析，本文在线性模型的基础上，又引入了产业集聚的平方项以及立方项；同时，为了避免异方差问题，本文对相关数据进行了对数化处理。具体的面板数据回归模型设定如下：

其中，i代表地级市，t代表年份。

（三）数据来源

本文的数据主要来自于2003—2013年《中国城市统计年鉴》，由于个别地级市相关数据缺失严重，本文最终以281个地级市的面板数据为基础来进行实证分析。需要说明的是，这281个地级市的相关数据有个别年份或地方仍存在数据缺失现象，本文利用插值法对缺失的数据进行了完善和补充。

三、实证结果分析

（一）面板数据模型的选择与实证结果

在对面板数据模型进行估计时，必须选择合适的模型设定形式，否则模型估计的回归结果将与现实经济相差甚远。从表1的F检验和Hausman检验的结果可知，上述（1）、（2）、（3）三个模型都选择个体固定效应模型。

本文利用STATA14.0对相关数据进行统计并对模型进行回归，得到的具体结果见表1。

表1 全国地级市面板数据回归结果

（二）核心变量的实证结果分析

1.模型（1）检验了产业集聚和环境污染的线性关系。从表1中模型（1）的回归结果来看，就全国范围和沿海地区来说，产业集聚加剧了环境污染，且沿海地区产业集聚对环境污染的影响系数比内陆地区和全国的大得多；而内陆地区产业集聚对环境污染的影响是负向的。可见，产业集聚早期阶段，其带来的拥挤效应往往大于集聚效应，但也不是绝对的。比如我国内陆地区的产业集聚现象发生在沿海地区之后，且集聚水平不高，许多污染环境的影响因素都在可以控制的范围内；且有了沿海地区的经验教训，内陆地区的产业集聚发展模式，往往会更加注重保护环境，更加符合可持续发展的要求。

2.模型（2）引入了产业集聚水平的平方项，来检验产业集聚与环境污染之间的非线性关系。表1中模型（2）的回归结果表明，无论在哪个地区范围内，随着产业集聚水平的进一步发展，产业集聚会抑制环境污染，两者存在“倒U”型的非线性关系，一定程度上证明了“环境库兹涅茨”曲线的合理性：产业集聚水平往往存在一个“拐点”，只有当产业集聚水平跨过这个拐点时，产业集聚所带来的“集聚效应”才会大于“拥挤效应”，从而改善环境状况。在其他因素不变的情况下，我们在模型（2）的基础上，采用全国范围内的相关数据，推测出在产业集聚水平到达1.104之前，产业集聚与环境污染存在正向性关系，即产业集聚会促进环境污染；只有当产业集聚水平进一步提高并跨过这个“门槛”时，产业集聚才会发挥出抑制环境污染的效果。2003—2013年，我国281个地级市的第二产业的平均集聚水平为0.979，说明我国大部分地级市的产业集聚水平还没有达到抑制环境污染的“门槛值”，即处于“倒U”型曲线的左侧。本文认为，这主要是因为：我国过去许多地方走的是“先污染、后治理”的粗放经济发展模式，政府过于追求集聚的经济增长效应，却忽视了集聚的环境效应。

与此同时，本文试图通过利用模型（2）来比较沿海和内陆地区地级市的产业集聚水平给环境带来的影响，来验证不同水平的产业集聚对环境产生的影响。一般来说，经济发展水平越高的地方，政策、地理以及技术等优势条件也越明显，产业集聚水平往往也越高，集聚效应大于拥挤效应的现象会出现得越早、越明显，进而抑制环境污染的现象出现得越早，也越显著。我国沿海地区，比内陆地区经济发达，产业集聚水平高，其所带来的集聚效应大于拥挤效应的现象理应更加明显，即对环境污染的抑制水平更高或更明显。表1中沿海和内陆的模型（2）的数据中，产业集聚对环境污染的影响系数明显大于内陆地区，就很好地证明了这一点。

3.模型（3）引入了产业集聚水平的立方项，进一步探讨产业集聚与环境污染之间的关系。产业集聚所带来的集聚效应大于拥挤效应以后，两者之间的力量权衡对比会发生变化吗？首先，由于边际效用递减规律的存在，集聚效应可能会逐渐减弱，最后甚至会低于拥挤效应，而资源枯竭等问题不会因为集聚效应的减弱而得到缓解。其次，人口大量集中，会导致各种“城市病”问题，当产业集聚程度过高而超过环境承载能力时，会破坏生态环境。再次，产业集聚所带来的集聚效应不一定会带来环保节能技术的进一步改进，而由于产业规模较大，集聚水平高的地区造成的污染越严重。这些都使得拥挤效应有大于集聚效应的趋势。因此，本文认为：随着产业集聚水平的进一步发展，由于技术瓶颈以及社会需求变化等因素的影响，拥挤效应可能会大于集聚效应，再次加剧环境污染。

表1模型（3）的实证结果表明，无论就全国水平而言，还是分地区来说，随着产业集聚水平的进一步提高，产业的集聚效应不断减弱，最后会再次小于其拥挤效应，从而加剧环境污染，于是产业集聚与环境污染最终呈现出“N”型曲线的关系，这与预期的结论相一致。但模型的回归结果除了东部地区以外，中西部和全国范围内的回归结果并不显著。本文认为，其可能存在的原因在于：产业集聚对环境污染的影响关系是个动态变化发展的过程，两者受到许多复杂因素的影响，这将导致在未来较长时间内，两者的关系仍具有很大的不确定性。

（三）控制变量的回归结果

对外开放水平方面：其回归系数是正的，即外商投资加剧了环境污染，进一步印证了“污染天堂假说”或“竞次理论”在我国的存在性，反映出我国目前一些城市的地方政府可能为了当地的经济发展而实行比较宽松的环境规制政策，引入了一些污染比较高的外资企业。产业规模方面：其回归系数是负的，但并没有通过显著性检验。当产业规模扩大到一定程度时，产业之间或企业之间的互补性、协作性增强，产业链较为完善，会通过规模经济优势来改善环境质量。但由于存在产业结构不合理、重复建设、资源浪费等现象，难免会使得产业规模扩大所带来的正的外部效应不明显。技术创新水平方面：从表1的回归结果中我们发现，科学技术创新对环境污染的抑制作用是比较明显的。技术创新是节约成本、提高效率和提升企业竞争力的关键手段和途径，其有利于改善环境质量。教育水平方面：其回归系数在所有模型中都没有通过显著性检验，且在沿海地区，其对环境污染的影响是正向的，与预测的完全相反。本文认为这是因为受到社会制度、环境以及“技术瓶颈”等复杂的客观因素的影响，且沿海地区社会经济环境状况更为复杂，使得教育或知识因素对环境的影响不明显，或存在一定的时滞性。地区经济发展水平方面：其回归系数在不同地区有很大的差异，在沿海地区起到抑制环境污染的作用，而在内陆起到加剧环境污染的作用，一定程度上说明我国目前沿海和内陆在环保投入和环保意识方面存在较大的差异。

四、结论与启示

根据本文的实证结果，得出以下主要结论：

首先，当某地产业集聚处于较低水平时，往往会加剧环境污染。这是由于在集聚初期，各类经济资源缺乏或没有达到资源的最优配置状态，大量的中小企业逐渐增多会导致对资源的集中消耗，造成效率低下、资源错配等情况，从而加剧环境污染；同时也导致优质的大企业不会在此投资建厂或留驻，而且此时的中小型企业往往缺少科技创新动力，知识溢出效应并不明显。

其次，随着某一地区产业集聚水平的不断提高，产业规模不断扩大，该地区的规模经济效应或集聚效应不断显现出来，会改善环境状况。原因主要来自于以下几个方面：第一，人才是推动环保技术产生与升级、提高技术创新效率的重要资源和前提条件，当产业集聚水平较高时，各类社会公共资源、基础设施日渐完善，较高的工资水平、福利待遇和优惠政策便会吸引大量优秀人才在该地区集聚，人才流动性和互动性增强，加强了知识溢出效应，为环保科技创新提供了必要的条件。第二，技术的创新带来工艺的创新，工艺的改善实现生产过程的集约化，能源利用效率提高，污染物排放减少，这些使产业集聚的正环境外部性大于负环境外部性，从而抑制环境污染。当产业集聚水平提高时，规模较大的优质企业往往逐渐增多，这些企业具有资金力量雄厚、承担市场风险能力强、资源整合效率高等特点，往往更有可能进行科技创新，研发出更高效的节能或环保技术。同时，为了竞争与发展，企业和科研院所之间能够进行优势互补、交流与合作，增强了技术溢出效应。第三，产业集聚有利于专业化分工、加强协作关系，这使整个产业生产链条更加完善，从而使得资源利用效率得到提高，节约大量成本，进而使企业有更多的资金投入到环保技术的创新和研发当中；企业集聚在一起，也利于废弃物的综合利用和集中处理。

最后，随着产业集聚水平的进一步提高，我们应该警惕集聚效应递减的趋势。由于社会环境因素的不断变化以及集聚效应递减规律的存在，拥挤效应可能再次超过集聚效应，从而使得产业集聚再次加剧环境污染。

根据相关的研究结论，可以得出以下启示：

（1）走科学的产业集聚发展模式。在扩大产业规模、提高自身产业集聚水平时，要依据自身的比较优势。陈建军 等（2008）指出，产业集聚的发生源于某一区域的比较优势[14]。因此，政府应在尊重市场规律的基础上，加强产业布局方面的指导工作，根据各地自身的竞争优势和实际情况，科学规划，防止重复建设和资源滥用的现象，促进产业规模合理扩大和产业结构升级，孕育和发展有自身特色的产业集聚模式，发挥其正的环境外部性以提高环境质量水平。

（2）加大对科技创新的支持力度，提高教育投入，增加人才资源储备。各地政府必须尊重知识和人才，加强高等教育投资力度，引导企业与高校建立产学研基地，注重实用型科研人才的培养，进而促使企业进行环保技术创新，增强产业集聚的知识、技术溢出效应。在加强环境治理投入的同时，要加强环境规制以及对外资引入的监管。积极探索实现产业发展与环境保护良性互动的途径，改变过去“重规模、轻质量”的引资思路，在发展经济的同时注重提高环境效益。

参考文献：

［1］VIRKANEN J.Effect of urbanization on metal deposition in the bay of Toolonlahti，southern of Finland［J］.Marine pollution bulletin，1998，36（9）：729-738.

［2］FRANK A.Urban air quality in larger conurbations in the European Union［J］.Environmental modeling and software，2001，16（4）：399-414.

［3］张可，豆建民.集聚对环境污染的作用机制研究［J］.中国人口科学，2013（5）：105-116，128.

［4］尚海洋，毛必文.基于IPAT模型的产业集聚与环境污染的实证研究［J］.生态经济，2016（6）：77-81，87.

［5］李筱乐.市场化、工业集聚和环境污染的实证分析［J］.统计研究，2014（8）：39-45.

［6］杨仁发.产业集聚、外商直接投资与环境污染［J］.经济管理，2015（2）：11-19.

［7］原毅军，谢荣辉.产业集聚、技术创新与环境污染的内在联系［J］.科学学研究，2015（9）：1340-1347.

［8］李勇刚，张鹏.产业集聚加剧了中国的环境污染吗——来自中国省级层面的经验证据［J］.华中科技大学学报（社会科学版），2013（5）：97-106.

［9］苏芳.产业集聚与环境影响关系的库兹涅茨曲线检验［J］.生态经济，2015（2）：20-23，162.

［10］闫逢柱，苏李，乔娟.产业集聚发展与环境污染关系的考察——来自中国制造业的证据［J］.科学学研究，2011（1）：79-83，120.

［11］韩峰，柯善咨.空间外部性、比较优势与制造业集聚——基于中国地级市面板数据的实证分析［J］.数量经济技术经济研究，2013（1）：22-38，116.

［12］WALTER I，UGELOW JL.Environmentalpoliciesin developing countries［J］.Ambio，1979，8（2/3）：102-109.

［13］DUA A ，ESTY D C.Sustaining the Asia Pacific miracle：environmentalprotection and economic integration［M］.Washington D C：InstituteforInternationalEconomics，1997.

［14］陈建军，胡晨光.产业集聚的集聚效应——以长江三角洲次区域为例的理论和实证分析［J］.管理世界，2008（6）：68-83.