最严格生态红线视角下我国工业废水排放影响效应研究

庞庆华， 向敏， 蔡钟瑶

（河海大学企业管理学院，江苏 常州213022）

一、引 言

随着资源短缺、环境污染、生态系统退化等问题的日益突出，生态文明建设成为广泛关注的焦点[1]。建设生态文明是我国实现可持续发展战略的必然要求，是建设美丽中国的必经之路，而执行生态保护红线制度是推进生态文明制度建设最重要、最优先的任务。2017年中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《关于划定并严守生态保护红线的若干意见》，2018年习近平总书记在全国生态环境保护大会上也再次强调要严守生态保护红线、严守环境质量底线、严守资源利用上线。

工业是生态文明建设的重要产业，是一个国家现代化程度的标志。近年来，我国工业化进程大大加快，工业总产值屡创新高，但工业化在取得显著成绩的同时却给资源消耗和环境污染带来了巨大的挑战。据统计，环境污染中70%来源于工业污染[2]，且工业废水排放中只有70%经过了处理，其余污水未经处理直接排放到了周边水体中，污水中所含的重金属、砷、氰化物等有害物质导致水质严重恶化，全国有86%的城市河流受到不同程度的污染。工业废水排放作为工业用水的附属消耗产品，是废水排放的重要来源。工业废水造成的环境污染已经成为制约当下工业转型的重要瓶颈[3]。十九大报告中指出要“像对待生命一样对待生态环境”，在最严格生态红线下，减少工业废水排放、加强环境保护、实现生态与经济的可持续协调发展是当下亟须解决的问题。但现有研究大多是以工业废水直接排放量或者资源消耗量作为度量指标分析工业废水排放效应，不能全面反映工业行业的投入产出效应，也缺乏对行业间经济联系的深入研究。

二、文献综述

目前国内外学者对于工业废水的研究成果丰硕。不少学者研究工业废水处理系统与开发具体处理方法和技术，如Bin等[4]从监管理论研究的角度对管理政策进行细致地分析，设计了基于契约的工业水环境调节机制。我国工业发展的空间格局呈东高西低的局面，相应的工业废水排放量也呈东高西低的格局特征，进一步探究影响工业废水排放空间格局演化的驱动因素，结论各异。周笑等[5]认为资源利用水平、技术进步水平、经济发展规模和城镇人口规模是影响废水排放的驱动因素，与齐漫等[6]的研究结论一致。庄汝龙等[7]认为环境规制、工业开放水平、工业生产效益、工业化水平等是影响工业环境压力格局的主要因素。研究工业废水排放空间格局演变规律的方法也多种多样，比如重心模型[8]、计量经济模型[9]、空间形态差异指数[10]等。在工业废水排放量现状分析的基础上，很多学者致力于研究废水排放与经济的联系，如章渊等[3]利用LMDI方法，分析1998—2012年我国工业废水排放变化的驱动因素，研究表明工业经济增长和人口流动会增大工业废水排放量，技术进步则能有效抑制工业废水排放量。Liu等[11]通过分析工业污染源的现状，发现不同规模的经济发展对工业废物回收的影响显著。刘铁鹰等[12]等则通过加入环境容量的环境库兹涅茨曲线分析了沿海地区工业废水中化学需氧量入海排放量与经济增长的关系。章恒全等[13]研究发现工业废水排放和经济增长间存在长期稳定的均衡关系，二者间的相互影响存在较为明显的区域异质性。马海良等[14]基于2009—2014年我国31省区的数据，首次尝试构建工业废水排放与经济增长的脱钩模型，通过对比分析后得到工业废水与经济增长脱钩的主导因素。

以上研究都各具价值，但梳理文献发现，尚未有学者从最严格生态红线的视角下去考虑工业废水的排放效应。最严格生态红线提出时间较短，当前，生态红线的研究主要集中在生态红线的划分方法与技术、格局与制度模式、工作推进情况三大方面[15-17]。生态红线作为生态环境安全的底线，建立并执行最严格的生态保护制度，有助于促进资源环境与经济社会生态效应的统一。另外需要指出的是，各生产部门之间存在诸多的经济联系，因为生产最终产品除了该行业的直接投入原料和直接消耗，还需要其他相关生产部门提供辅助材料，因此在测算工业废水排放强度时，用废水直接排放量或者单位GDP资源的消耗量不能全面反映工业行业的投入产出效应，还需要对行业间经济联系进行深入研究。

因此，从最严格生态红线的视角出发，根据投入产出表，将最终产品的直接原料与耗能产生的污染物排放称为直接排放，将其他生产部门的辅助材料产生的污染物排放称为间接排放，生产最终产品的污染物排放等于直接排放与间接排放之和，利用2007—2017年全国工业各行业废水排放的面板数据，计算工业各行业废水直接排放强度和间接排放强度，构建投入产出模型，再测算工业各行业废水的完全排放强度，然后运用LMDI加法模型将工业废水排放总量分解为规模效应、技术效应和结构效应，定量分析工业废水排放的影响效应，为政府相关部门在全面划定生态红线、执行最为严格生态保护制度的背景下制定工业废水排放减排措施，改善水生态环境提供理论支持。

三、研究方法与数据来源

（一）研究方法

指数分解方法（Index Decomposition Analysis，IDA）是一种能够分析能源消耗与污染物排放变化的影响因素的方法。IDA因操作容易、数学方法严密，且对数据要求较小而受到广泛地应用。IDA又分为拉氏因素分解法和迪氏因素分解法，Ang[18]研究表明迪式指数分解（LMDI）加法模型是最优方法。因此这里采用LMDI加法模型，将工业废水排放总量分解为规模效应、技术效应和结构效应，定量分析工业废水排放的影响效应。

首先计算工业各行业废水的直接排放强度：

其中，SEi表示i行业废水直接排放量；Gi表示i行业的行业产值；SIi表示工业各行业的行业废水直接排放强度矩阵。

然后计算工业各行业废水的完全排放强度。利用投入产出表计算工业各行业废水的间接排放强度。因为某产品的生产不仅包括生产该产品时所直接排放的废水，还有生产该产品原料时所产生的废水，即间接排放废水，则废水的完全排放量等于直接排放量与间接排放量的和。完全排放强度的计算公式为：

其中，（I-A）-1为列昂惕夫逆矩阵，I是单位矩阵，A是投入产出表中的直接消耗系数矩阵；C Ii为工业各行业废水的完全排放强度矩阵；S Ii与上述意义相同。

工业废水排放总量为：

其中，Ei表示行业废水排放总量；CIi和Gi与上述意义相同。

由式（1）～式（3）可知工业废水排放与三个因素有关：①工业产值，反映工业经济规模对环境的负荷大小；②废水排放强度，表示每单位产品生产对环境的压力；③产业结构，投入产出模型体现出行业之间的联系，也反映出每个行业对整个工业产值的贡献。因此根据LMDI加法模型将工业废水总量分解为规模效应、技术效应和结构效应，如下所示：

其中，E0为基期工业废水总量；Et为报告期工业废水总量；ΔES、ΔET、ΔEC分别表示规模效应、技术效应和结构效应；G0、Gt分别表示基期和报告期的工业产值；CT0i、CTti分别为i行业废水完全排放强度；P0i、Pti分别是i行业基期和报告期的行业产值占整个工业产值的比例；SEi与上述意义相同。

（二）数据来源与预处理

原始数据中工业各行业废水直接排放量来源于2007—2017年《中国环境统计年鉴》，各工业行业经济效益指标来源于2007—2017年《中国统计年鉴》。全国投入产出表及其直接消耗系数和完全消耗系数表来自人大经济论坛。

在数据处理过程中，由于《中国环境统计年鉴》《中国统计年鉴》中的行业分类与投入产出表中的行业分类不相同，因此根据相似性原则，以投入产出表中的行业划分为准，对《中国环境统计年鉴》《中国统计年鉴》中的行业进行了行业归整，比如将年鉴中的汽车制造业与铁路、船舶、航空航天和其他运输设备制造业归整为交通运输设备制造业；木材加工及木、竹、藤、草制品业与家具制造业归整为木材加工品和家具制造业，最终将工业划分为了23个行业。计算行业废水直接排放强度时，由于没有各行业的产值的直接数据，根据Lei等[19]和吴凤平等[20]的观点，本文采用行业的主营业务收入进行替代。

四、实证分析

根据各行业直接排放数据和行业产值，基于数据的可获得性和数据分析的完整性，结合公式（1）算出2007—2017年全国工业各行业废水直接排放强度，如表1所示。

根据表1的运算结果，利用投入产出表计算出工业各行业废水的完全排放强度，如表2所示。

表1 2007—2017年全国工业各行业废水直接排放强度单位：吨/万元

续表1 2007—2017年全国工业各行业废水直接排放强度单位：吨/万元

表2 2007—2017年全国工业各行业废水完全排放强度单位：吨/万元

续表2 2007—2017年全国工业各行业废水完全排放强度单位：吨/万元

对比表1、表2可以发现，在考虑行业间关系的基础上，相同行业废水的完全排放强度远大于直接排放强度。例如2011年和2012年煤炭采选业的直接排放强度分别为4.437吨/万元、4.568吨/万元，相应的完全排放强度则为80.496吨/万元、70.209吨/万元，两者分别相差18.14倍，15.37倍。这充分表明在计算行业的投入产出经济效益时非常有必要考虑行业间的经济联系。

结合表1、表2分析，发现纺织业、造纸印刷和文教体育用品业、化学产品业是废水排放强度最大的三个行业。其中造纸印刷和文教体育用品业的直接排放强度在2007年高达45.353吨/万元，纺织业和化学产品业紧随其后。值得一提的是，2007年造纸印刷和文教体育用品业的直接排放强度最大，同年的完全排放强度最大的却是化学产品业，这再次说明了直接排放强度数据与实际有一定的误差，计算完全排放强度非常有必要。纺织业在我国起源较早，现如今已经有成熟的工艺技术和产业集群；化工产品业虽起步较晚，但在我国社会主义建设、改革开放、现代化推进的过程中起了巨大的作用，是国民经济的支柱产业。两个行业对我国的国内生产总值都有很大贡献，但其较高的废水排放强度说明它们在经济增长、规模扩大的同时并没有协调好经济发展与环境污染的关系，仍然是高投入、高排放、高污染的“三高”行业。经济的迅速增长和大量的废水排放给生态环境带来了巨大的压力。

研究期内，工业各行业废水的完全排放强度都有不同程度的降幅。以造纸印刷和文教体育用品业、化学产品业两个行业为例，两行业的废水直接排放量和完全排放强度都呈下降趋势（如图1、图2所示），造纸印刷和文教体育用品业的完全排放强度更是下降了75.4%。这表明在2007—2017年这十一年间，全国都在大力整治环境污染，相关部门不断出台新的环保政策，工业各行业开始追求绿色经济，不断调整产业结构，利用创新科技进行清洁化、绿色化生产，环保监督部门也加大监管力度，共同推进节能减排和生态文明的建设。

图1 废水直接排放量

图2 废水完全排放强度

为了进一步比较两种排放强度的差异，用完全排放强度比直接排放强度，得到各行业废水排放强度差异系数，结果如表3所示。

从表3中可以看出，不同行业废水排放强度差异显著。其中专用设备制造业、电气机械和器材制造业的废水排放强度差异最大，十一年差异系数均值分别为314.486和238.772，说明这两个行业的行业间经济关联度最大。同期的电力、热力的生产和供应业、金属矿采选业的仅为4.756和10.868，表明其行业间经济关联度小，行业相对独立。

表3 2007—2017年全国工业各行业废水排放强度差异系数

将工业各行业的废水排放效应运用LMDI模型分解为规模效应、结构效应、技术效应，分解结果如表4所示。分解结果为正即表示废水排放量增加，对环境有胁迫作用；分解结果为负则说明废水排放量减少，对环境有缓解作用；分解结果的绝对值越大则作用力越强。

从表4可以看出：

第一，规模效应呈稳定的正值。研究期内，各行业经济均有不同程度的增长，工业总产值共上涨了26.84%，平均年增长率达到12.59%，这说明经济的快速增长会促进工业废水排放量的增加。其中化学产品业、造纸印刷和文教体育用品业、食品和烟草业、纺织业、金属冶炼和压延加工品业五个行业因经济规模扩大增加的废水排放量均在20万吨以上，仅化学产品业的废水排放量就占了工业排放总量的21.15%，这表明个别突出的行业情况对工业整体的废水排放有较大影响。

表4 工业各行业废水排放效应分解单位：万吨

第二，技术效应均表现为负值。这表明技术进步和技术创新是减少工业废水排放的关键因素，这里的技术包括清洁生产、治污减排等。近年来，国家大力推进节能减排工作，加强科技创新投入，2007—2017年技术效应共减少工业废水排放2 558 137万吨，极大地减少了因规模效应和结构效应对环境的压力。由于行业的生产方式、产业集群成熟度、生产技术进步性等不同，技术效应的贡献值差异显著。例如化学产品业、造纸印刷和文教体育用品业、食品和烟草业三个行业技术效应减排贡献值最大，合计占总减排效应的49.6%，因其行业本身废水排放量大，有很大的减排空间，技术效应显著。相反地，某些行业因行业本身技术要求不高或者生产技术已经相对成熟，技术进步对经济增长或结构调整带来的废水排放量增加的抵制作用并不明显。如废品废料业、仪器仪表制造业、其他制造业三个行业的技术减排仅为废水总减排量的0.56%。整体来说技术效应对各行业都有不同程度的减排效果，在工业废水减排中发挥了重要作用。

第三，结构效应与规模效应和技术效应相比显得并没有规律性。一部分行业的结构效应表现为负，另一部分行业的结构效应表现为正，这说明结构效应对废水减排有一定的贡献作用，也表明目前某些行业的经济结构并不合理，粗犷式的经济发展模式并未完全改变。仍以纺织业和化学产品业为例，研究期内，纺织业结构效应对废水减排贡献是最大的，共减少废水排放564 387万吨；而化学产品业因结构不合理增加了废水排放124 277万吨，对整个工业废水排放量的影响都十分明显。我国纺织行业发展时间长，已经有较成熟的产业集群，加上高标准的配套设备和技术、先进的管理理念，不断调整行业结构，使得结构效应减排显著。相比之下，化学产品业是一个新兴行业，粗犷型的经济发展模式使得其生产过程中产生了大量的废水，所以化工产品行业需要调整和完善产业结构，减少因产业结构不合理带来的环境压力。

五、结论和建议

通过研究，得出如下结论：

第一，研究期内，各行业的直接排放强度和完全排放强度从时间序列上来看均呈稳定下降状态。工业直接排放总强度下降74.2%，工业完全排放总强度下降74.3%，表明这段时间内，工业各行业都在国家大力推动节能减排的政策下提升自己处理污水的技术和清洁化生产，并取得显著效果。

第二，直接排放强度和完全排放强度数据差异较大。在考虑行业间经济联系的基础上，行业废水的完全排放强度远超其直接排放强度，电气机械和器材制造业的差异系数都在200倍以上，直接排放强度的行业间差异比完全排放强度的行业间差异更显著。

第三，规模效应是工业废水排放量增加的主要因素，技术效应对工业废水减排有重要作用，结构效应对工业废水减排的贡献不大，不少行业的结构效应仍表现出对环境的消极影响，例如食品和烟草业的不合理产业结构增加了废水排放657 717万吨。行业废水排放总效应的方向业并不一致，虽大多数行业在技术创新和结构调整的作用下抵消了因经济增长所致的废水排放增量，但仍有小部分行业经济增长过快没有相应的技术支持和清洁的生产模式导致其总效应贡献值为正，即废水排放量仍处于增加的状态，给生态环境带来了巨大的负荷。

工业发展的速度、规模和水平决定着国民经济现代化的速度、规模和水平，是现代化建设的助推器。但工业也是一个高排放、重污染的产业，其粗犷式发展给生态环境造成了极大的迫害。减少工业废水排放对建设生态文明和环境友好型社会都有重要意义，因此根据文中分析结果，提出以下几点建议：

第一，加大科技创新的投入。科技是第一生产力。工业废水排放总效应分解结果也显示技术效应可以有效地减少废水排放量，缓解因规模效应和结构效应带来的废水排放增量对环境的负荷。各行业要积极引进行业界先进的绿色管理理念并配套相应的节能减排设备，或自主研发节能减排技术，做到清洁化、绿色化生产，从源头上减少废水的产生。同时利用科技实现技术化、规模化生产，提高生产效率，降低生产成本。政府可以设置专门的科技创新扶持资金和出台相应政策，鼓励企业创新，提高行业创新率，共同推动工业行业走低成本、高治理、清洁化的绿色发展道路。

第二，适当调整产业结构。分解结果中结构效应对废水减排的作用有正有负，表明合理的产业结构是可以减少废水排放量的，且目前结构效应对减排的贡献值较低，说明结构调整还有很大的上升空间。因此行业要利用科技不断升级优化产业结构，促进工业转型升级，减少废水的产生和排放。由于调整产业结构是一个长远目标，政府要从宏观上对整个工业进行行业指导，逐步优化，实现对工业减排的整体把控。

第三，加强环境监督力度，完善监督体制。减少废水的产生是一方面，另一方面也要加强监管力度，完善废水排放许可证制度，落实《水污染防治法》，督促各行业加强技术创新、调整产业结构、推进节能减排工作，特别是化学产品业、造纸印刷和文教体育用品业、纺织业等高排放高污染的行业。共同保护生态环境，建设生态文明。