资源衰退型城市产业结构调整与环境污染的联动效应

李小帆， 卢丽文

(1.武汉工程大学法商学院, 武汉 430205； 2.信阳师范学院旅游学院， 河南 信阳 464000)

资源型城市是依托资源开发兴建与发展起来并形成以资源开采与加工为主导产业的城市.资源型城市作为我国能源与和重要原材料的供应地，为我国经济社会发展作出了重大贡献，但是以资源消耗为基础的产业结构体系对环境影响也较大[1].资源衰退型城市一般是指资源的开发已经进入到末期，开采的资源总量达到总可采储量的70%的城市[2].因此，资源衰退性城市往往面临着产业结构单一、资源枯竭、环境破坏等问题，产业转型升级成为资源衰退型城市摆脱瓶颈谋求再发展的重要路径.资源衰退型城市是我国转变经济发展方式的重点难点地区，鉴于此，本文研究资源衰退型城市研究产业结构调整与环境污染的互动效应，探究我国资源衰退型城市产业结构转型升级与污染减排的耦合协调关系如何，产业结构的转型升级是否具有减污减排的作用，对于资源衰退型城市可持续发展提出合理的政策建议具有重要的现实借鉴意义.

国内外学者围绕着产业结构调整与环境之间的关系进行了大量理论与实证探索.一部分学者认为产业结构的优化具有明显的减排效应，如Hu认为产业结构调整可以抵消经济增长带来的二氧化碳的近三分之一排放量[3].黄亮雄等使用动态空间面板模型研究了我国30个省级区域1999年—2007年制造业内部产业结构调整对节能减排的影响，认为我国产业结构调整存在“损人利己”效应[4].邱新国2000年—2012 年我国247 个地级及以上城市实证分析发现产业结构优化升级有利于节能减排[5].一部分学者认为由于发展阶段的差异，在工业化阶段，产业结构调整会加剧污染.如Stern利用非线性分解模型对64个国家1973年—1990年SO2排放变化的驱动因素进行研究发现产业结构的调整导致了SO2排放的增加[6].Llop分析了西班牙1995年—2000年产业结构调整引起主要污染物的变化，得出产业结构调整对污染物增加表现出正向作用[7].肖挺与李鹏分别对我国1998年—2012年及2004年—2012年省级面板数据进行实证研究得出我国产业结构的调整加剧了我国的环境污染问题[8-9].李子豪等基于中国2000年—2014 年的省际面板数据研究发现产业结构的工业化不利于本地绿色发展[10].一些学者则认为产业结构调整与环境污染存在非线性关系，Dinda从产业结构的视角论证了环境库兹涅茨曲线，认为产业结构调整与环境污染存在倒U型关系[11].还有学者认为产业结构对环境污染的影响存在污染物类别的差异，如邓祥征等分析了西部生态脆弱区产业结构调整的污染风险，认为产业结构的优化对不同产业污染物的排放也产生了不同的影响，发现2002年—2007年青海产业结构变化对废水、废气的排放产生了一定的抑制作用[12].

综上所述，产业结构调整与环境污染关系是学术界争论的热点问题，得出了很多有意义的结论，为本文研究资源衰退型城市产业结构调整与环境污染关系提供了有益借鉴，但是目前大多数文献主要研究产业结构调整对环境的影响，对两者之间动态互动效应研究并不多，忽视了当环境污染问题的严重时，政府可能会使用环境规制手段，引导污染产业的转型或者转移，使得环境污染可能也会对产业结构造成一定的影响.对于资源衰退型城市这样一个特殊区域类型产业结构调整与生态环境关系的研究鲜有涉及.其次，对于资源衰退型城市而言，产业转型升级是必然选择，那么产业结构调整与环境之间的耦合协调程度如何？资源衰退型城市产业结构的调整是绿色的吗？是否贯彻了中央产业结构调整方向？环境污染是否倒逼产业结构优化升级？基于此，本文拟采用耦合度模型测度各个城市产业结构调整和生态环境优化的耦合协调度，探究资源衰退型城市产业发展与环境污染的关系，并进一步采用面板VAR模型，揭示产业结构调整与环境污染排放之间的长期动态变化关系.以期探索资源衰退型城市在转型的过程中为加快资源衰退型城市可持续发展与生态环境的保护提供理论指导与决策依据.

1 研究方法与数据说明

1.1 研究方法

本文首先采用耦合协调度模型对资源衰退型城市产业结构调整与环境优化之间的耦合协调关系进行测度，对两者之间的相关性进行分析，再进一步建立产业结构调整与环境污染之间面板VAR模型，进行产业结构调整与环境污染之间关系的动态分析.

1.1.1 耦合协调度模型 耦合度反映的是不同系统之间相互影响、相互作用的紧密程度，协调度则是在耦合度的基础上，进一步反映两个系统之间的平衡状态和协调发展关系[13].本文构建耦合协调度模型，考察我国资源衰退型城市产业结构调整与污染减排的协调程度，模型如下：

(1)

(2)

式(1)中，IR为产业结构调整，E为污染减排，C表示耦合度.公式(2)中T为协调指数，D为耦合协调度，α与β为衡量系统重要程度的系数，本文设定α=β=0.5.借鉴已有文献的划分标准[14]，将0≤D<0.2的划分为严重失调，0.2≤D<0.4的划分为濒临失调，0.4≤D<0.6的划分为初级协调，0.6≤D<0.8划分为中度协调，0.8≤D<1的为高度协调.

1.1.2 面板VAR模型 VAR模型分析可以进一步测度变量之间的动态互动关系如何，面板VAR模型是面板数据与VAR的结合，使得研究过程中可以获得更多的样本观测数据，从而提高估计的信度和效度[15].面板VAR模型通常不需要假设变量之间的关系，可以在经济理论不足时分析变量之间的动态关系、估计模型，还可以解决可能遇到的内生解释变量问题造成的内生性偏误，从而使得实证分析更具科学性.因此，利用面板VAR模型可以很好的检验我国资源衰退型城市产业结构调整与环境污染之间的波动传导关系.面板VAR模型基本形式为：

Yit=Γ0+Γ1Yit-1+αi+βt+εit，

(3)

式中，i表示资源衰退型城市，t为时间，Yit为变量，Γ0为截距矩阵，Γ1为滞后效应矩阵，αi与βt分别为时间效应与个体固定效应，εit为随机扰动项.

本文通过以下步骤来检验产业结构调整与环境污染之间的动态关系：1) 进行变量单位根检验与协整检验以判断数据的平稳性与有无长期均衡关系；2) 滞后阶数的选择；3) 进行脉冲响应和方差分解.

1.2 指标选择

1.2.1 产业结构调整 学者一般使用产业结构合理化和产业结构高级化两个维度衡量产业结构的调整.对于产业结构的合理性测度，本文参照干春晖的方法[16]，使用泰尔系数的倒数来衡量.

(4)

式中，ISR为产业结构合理化指数，n表示产业部门数，i表示产业，Y为地区生产总值，L为城市的总就业人数.ISR越小，表明产业越偏离均衡状态，ISR越大，则表示产业间越均衡.

对于产业结构的高级化的衡量，考虑到本文研究的资源衰退型城市往往是以资源开采、加工为主导产业体系，第二产业比重高，期望加快第三产业的发展推动经济的持续发展，因此，产业结构的高级化指数(AIS)则借鉴干春晖等的做法[16]，利用第三产业占第二产业比重来衡量，反映产业结构服务化特征越明显，产业结构越高级.

1.2.2 环境指标 关于环境污染指标的选择，考虑到不同产业具有不同的污染特征，本文分别选择工业废水排放(W)、工业二氧化硫排放(S)及工业烟尘排放(M)三个指标，分别就不同污染物排放与产业结构调整的关系进行实证检验，以期进行更为细致的研究分析.在耦合协调度的测度中，需要对三废排放指标进行了负向处理来代表三废的减排.

1.3 数据说明

在样本选择方面，本文选择了国务院发布的《全国资源型城市可持续发展规划(2013-2020年)》划定的资源衰退型城市中的23个地级及以上城市(乌海市、阜新市、抚顺市、辽源市、白山市、伊春市、鹤岗市、双鸭山市、七台河市、淮北市、铜陵市、景德镇市、新余市、萍乡市、枣庄市、焦作市、濮阳市、黄石市、韶关市、泸州市、铜川市、白银市、石嘴山市)，并选取 2003 年到 2016 年为时间样本，组成了23个截面14年跨度的面板数据，数据来源于《中国城市统计年鉴2004-2017》.

2 实证检验

2.1 资源衰竭型城市产业结构调整演化历程

通过2003年—2016年产业结构合理化和产业结构高级化均值的变化趋势发现资源衰退型城市产业结构合理化整体呈现下降趋势，产业结构高级化整体呈现上升趋势，说明近年来大部分城市向第三产业转型成果明显.

由于城市资源禀赋、经济基础、政策措施、区位条件等存在不同，资源枯竭型城市产业结构存在一定的差异性.在此依据2003年、2008年、2013年和2016年的产业结构合理化和高级化的中位数把城市分为“高合理化—高高级化”“高合理化—低高级化”“低合理化—高高级化”“低合理化—低高级化”四组，分析每个城市的产业结构调整的方向趋势.根据表1结果所示，大部分城市都产生了产业结构调整的跃迁，也有少数城市例外.如2003年—2016年鹤岗市、伊春市、阜新市、韶关市、铜陵市、焦作市、淮北市均处于自己所处区间内未发生明显变化，产业结构调整不明显.枣庄、白银等市则实现了产业结构向高级化的跃迁，同样也有泸州市、黄石市等产业结果高级化转型较慢.由于各城市产业结构转型过程差异性较大，会导致产业结构调整对污染物排放的影响不确定性增加.

2.2 耦合协调度的测算

本文从产业结构调整的两个维度来分析其与三大污染物减排的耦合协调度，即分别对产业结构合理性及产业结构高级化两大视角分析其与工业废水减排、工业二氧化硫减排、工业烟尘减排之间的耦合协调关系.为增强结果的稳定性，本文对指标进行了无量纲化处理.运算得出2003年—2016年我国23个资源衰退型城市产业结构调整与环境污染减排的耦合协调度得分情况如表2所示：可以看出，2016年产业结构的高级化与工业废水减排的耦合协调度最高，仅为0.391，当前我国资源衰退型城市产业结构的合理化及产业结构的高级化与工业废水、工业二氧化硫、工业烟尘减排耦合协调度得分均较低，说明目前我国资源衰退型城市产业结构调整与环境污染减排仍处于濒临失调状态.但从时间变化趋势来看，2003年—2016年产业结构合理化及产业结构高级化与工业废水、工业二氧化硫减排耦合协调度基本呈现在波动中上升的态势，产业结构合理化及产业结构高级化与工业二氧化硫的耦合协调度由严重失调上升为濒临失调，说明产业结构调整与工业废水、工业二氧化硫减排具有一定的正相关性，但是整体协调水平有待进一步提升.而产业结构合理化与工业烟尘减排耦合协调度呈现先缓慢上升后逐步下降的趋势，产业结构高级化与工业烟尘减排呈现下降—上升—下降的波动态势.

2.3 面板VAR模型分析

2.3.1 单位根与协整检验 变量之间存在协整关系以及建立VAR模型的前提是数据是平稳的，本文通过LLC(相同根单位根)和Fisher-ADF(不同根单位根)两种检验方法完成单位根的检验，结果如表3所示.可以看出，在5%显著性水平下，所有变量均通过单位根检验，说明数据为平稳面板.

表3 各变量单位根检验Tab.3 Unitroot test of each variable

本文进一步进行了协整检验，检验结果如表4，

表4 各变量之间Westerlund协整检验结果Tab.4 Results of Westerlund cointegration test among variables

显示产业结构合理化及产业结构高级化与三废排放各变量之间均通过了5%的显著性检验，拒绝“不存在协整关系”的原假设，即变量之间存在协整关系，可见代表环境污染问题的各变量与产业结构的合理化及产业机构的高级化之间存在长期均衡关系.

2.3.2 脉冲响应 脉冲响应反映的是一个单位正标准差的扰动项的冲击对其他变量当期以及未来短期内的扰动轨迹，可以比较直观的表现出变量之间的动态互动关系[17].采用脉冲响应函数，分析产业结构的合理化及产业结构的高级化与污染排放变量之间的长期动态互动关系.

1) 产业结构优化对污染物排放的冲击

图2显示了产业结构合理化对工业三废排放的脉冲响应，图2中产业结构的合理化对工业废水、工业二氧化硫排放一个单位的标准差冲击为正值，即我国资源衰退型城市产业结构的合理化会加大工业废水、工业二氧化硫的排放.产业结构合理化对工业烟尘排放影响不显著.图3中，产业结构高级化对工业废水排放的一个单位标准差冲击始终为负值，在第4期达到最大，之后呈现缩小的趋势，即说明产业结构高级化具有促进工业废水的减排效应，随着时间的推移，影响逐步变弱.产业结构高级化对工业二氧化硫排放的一个单位标准差冲击始终为负值，在第4期最大，之后趋于稳定，说明产业结构的高级化产业结构高级化具有促进工业二氧化硫减排的效应.产业结构高级化对工业烟尘排放的一个单位标准差冲击初始为正值，在第4期达到最大，第5期以后转变为负值，说明产业结构的高级化在初期增加了工业烟尘的排放，随着时间的推移，产业结构的高级化转变为有利于工业烟尘的减排.

图2 产业结构合理化影响工业三废排放的脉冲响应函数图Fig.2 Impulse response function diagram of industrial structure rationalization affecting industrial three wastes emission

图3 产业结构高级化影响工业三废排放脉冲响应函数图Fig.3 Impulse response function diagram of industrial structure upgrading affecting industrial three wastes emission

以上结果说明了产业结构的优化升级对污染物排放的效果具有不确定性.在产业结构调整转化对污染减排的影响存在时滞，在初期可能会加重环境污染；随着产业结构中三产比重的增加，长期看对减少二氧化硫和工业废水排放具有促进作用.

2) 污染物排放对产业结构优化的冲击

图4中，工业废水排放对产业结构合理化的一个单位标准差冲击在初期为正值，在第2期为负值且趋于稳定，工业废水的减排在初期不利于产业结构的合理化，随着时间的推移，对倒逼产业结构合理化有一定效果.工业二氧化硫对产业结构合理化的一个单位标准差冲击始终为负值，即工业二氧化硫的减排可以一定程度上倒逼产业结构合理化.工业烟尘排放对产业结构合理化的一个单位标准差冲击在初始为负值，第2期以后为正值，且第2期达到最大，随后逐渐变小，说明工业烟尘的减排不利于产业结构的合理化，随着时间的推移，这一影响逐步减弱.图5中，工业废水排放对产业结构高级化一个单位标准差冲击始终为负值，在第3期达到最大，之后逐步降低并趋于平稳，即工业废水减排倒逼产业结构高级化发展，随着时间的推移，倒逼效应逐步减弱.工业二氧化硫排放对产业结构高级化一个单位标准差冲击为负值，但至第二期之后，二氧化硫减排对产业结构高级化发展的倒逼效应并不显著.工业烟尘排放对产业结构高级化一个单位标准差冲击始终为负值，即工业烟尘减排倒逼产业结构高级化发展，至第3期达到最大，从第 4 期开始逐步变小，至第9期工业烟尘减排对产业结构高级化倒逼效应已不显著.

图4 工业三废排放影响产业结构合理化的脉冲响应函数图Fig.4 Impulse response function diagram of industrial three wastes emission affecting the rationalization of industrial structure

图5 工业三废排放影响产业结构高级化脉冲响应函数图Fig.5 Impulse response function diagram of industrial three wastes emission affecting industrial structure upgrading

以上说明，长期看环境规制中污染减排目标对产业结构优化调整有促进作用，但具有一定的时滞，在短期内可能不利于产业结构均衡；但环境规制对三产占比提升的促进效应在当期就能体现，且随时间递减.

2.3.3 方差分解分析 方差预测分解是在脉冲响应的基础上，给出每一随机信息对VAR模型所产生影响的相对重要性，通过比较相对重要性信息依时间的变动，估计变量作用的时滞及相对效应的大小，是分析整个模型系统变化的工具[18].本文采用方差分解法分析产业结构调整(产业结构合理化与高级化)与环境污染对其波动的相对贡献率.基于篇幅有限，表5给出了30 期的预测方差分解结果，从产业结构合理化与工业废水排放的方差分解结果可以看出，产业结构合理化对自身冲击比较大，在第30期，对自身方差的贡献率96.4%，对工业废水排放方差的贡献率为3.6%，说明产业结构的合理化对工业废水排放的变动解释能力较弱.同时，产业结构合理化变动的0.2% 可由工业废水排放解释，说明工业废水排放对倒逼产业结构合理化的影响比较小.从产业结构合理化与工业二氧化硫排放的方差分解结果可以看出，产业结构合理化对工业二氧化硫排放的方差贡献为12.5%，二氧化硫排放对产业结构合理化的方差贡献率为0.5%，这表明，产业结构合理化会明显推动二氧化硫排放的增加，且工业二氧化硫的减排对倒逼产业结构合理化效果比较小.从产业结构合理化与工业烟尘排放的方差分解结果可以看出，产业结构合理化对工业烟尘排放的方差贡献率为0%，而工业烟尘排放对产业结构合理化的方差贡献为0.6%，说明产业结构合理化与工业烟尘排放之间无显著关系.从产业结构高级化与工业废水排放的方差分解结果可以看出，产业结构高级化对工业废水排放的方差贡献达到36.5%，工业废水排放对产业结构高级化的方差贡献达到32%，可见，工业废水排放的变动受产业结构调整的影响较大，产业结构的高级化对工业废水减排效果明显，工业废水减排倒逼产业结构高级化效果同样也较明显.从产业结构高级化与工业二氧化硫排放的方差分解结果可以看出，产业结构高级化对工业二氧化硫排放的方差贡献为97.1%，但是二氧化硫排放对产业结构高级化的方差贡献仅为0.5%，可见产业结构的高级化对推动二氧化硫减排效果显著，但二氧化硫减排对倒逼产业结构高级化影响不明显.从产业结构高级化与工业烟尘排放的方差分解结果可以看出，产业结构高级化对工业烟尘排放的方差贡献率为4.9%，工业烟尘对产业结构高级化的方差贡献率为0.3%，可见产业结构高级化与工业烟尘排放关系并不显著.整体而言，产业结构的调整与工业废水、工业二氧化互动效应更显著，工业烟尘与产业结构调整无显著关系，一个可能的原因是《全国资源型城市可持续发展规划(2013-2020年)》中明确设定了对主要污染物排放总量减少的约束指标，主要污染物包括化学需氧量、二氧化硫、氨氮及氮氧化物，主要涉及废水排放及二氧化硫排放，而对烟尘排放指标没有作明确要求，在政策的导向下，当地政府再推动产业结构转型升级过程中，倾向于产业的工业废水、工业二氧化硫减排效应.

表5 产业结构调整与环境污染的预测方差分解结果Tab.5 Variance decomposition results of industrial structure adjustment and environmental pollution prediction

3 结论与政策建议

虽然产业结构对环境的影响引起了广泛的关注，但是对产业结构调整与环境污染互动效应的相关研究还不足，对于资源衰退型城市这一特定区域类型的实证检验还属空白，本文首先利用耦合协调度模型对产业结构调整与污染减排之间的相关性进行定量分析，再进一步利用面板VAR模型对产业结构调整与环境污染之间的动态互动作用进行分析，实证分析了我国 23个资源衰退型城市2003年—2016 年的产业结构的合理化及产业结构的高级化与工业废水排放、工业二氧化硫排放及工业烟尘排放之间的影响和相互关系，得出如下结论与政策启示.

1) 研究发现我国资源衰退型城市产业结构调整与污染减排仍处于濒临失调状态，推动产业绿色转型是我国资源衰退型城市必须要解决的现实问题.从时间变化趋势来看，2003年—2016年产业结构合理化及产业结构高级化与工业废水、工业二氧化硫减排耦合协调度基本呈现在波动中上升的态势，应进一步推动我国资源衰退型城市的产业转型升级和生态环境优化协同发展.

2) 从长期来看，我国资源衰退型城市产业结构调整与环境污染之间存在协整关系，表现出长期均衡稳定的关系.产业结构的合理化对工业废水排放、工业烟尘排放的影响并不明显，产业结构的合理化具有增加工业二氧化硫排放的效果，三废排放倒逼产业结构合理化的效果也不明显.我国资源衰退型城市产业结构高级化对促进工业废水排放、工业二氧化硫减排具有长期效应，效果明显，也说明我国资源衰退型城市正在逐步改变以高排放、高污染的产业发展模式，随着我国资源衰退型城市产业结构调整，工业废水排放、工业二氧化硫排放得到有效的遏制，产业结构高级化是减排的主要原因.同时，工业废水的减排有助于倒逼产业结构高级化，资源衰退型城市转型发展，应进一步推动产业结构的调整，大力发展第三产业与高新技术产业，加快经济结构优化升级，以产业结构的高级化推动城市的绿色高质量发展.