中美贸易模式变化对中国大气汞排放的影响

梁赛，常玮岑，游思琪，吴晓慧，钟秋萌，王书肖

（1.广东工业大学生态环境与资源学院大湾区城市环境安全与绿色发展教育部重点实验室，广东广州 510006；2.北京师范大学环境学院，北京 100875；3.清华大学环境学院，北京 100084）

引言

汞是一种重要的重金属污染物，具有长距离迁移能力和强毒性，严重威胁生态环境安全和人体健康，受到全球各国高度重视[1,2]。为在全球范围管控汞污染，128 个国家和地区于2013 年正式签署了《关于汞的水俣公约》（以下简称《水俣公约》），对人为汞使用和排放进行限制。中国是全球第一大能源消耗国，具有大量的水泥生产、有色金属冶炼、炼钢锻造等产业，其生产过程具有较高的汞排放特征。大量的能源消耗和高汞排放产业的生产活动使中国成为全球最大的人为源大气汞排放国。联合国环境规划署最新发布的《全球汞评估报告2018》显示，中国大气汞排放量超过全球总量的25%[3]，是全球汞减排的主战场。中国一直以来积极参与《水俣公约》的建设与实施，2016 年第十二届全国人民代表大会批准《水俣公约》，2017 年8 月16 日起《水俣公约》在中国正式生效[4]。

为推动《水俣公约》的实施，学者针对中国大气汞排放开展了大量研究工作。已有研究建立了中国人为源大气汞排放清单，量化中国的直接汞排放（即生产端汞排放）[5,6]。随着经济全球化，世界各国在全球供应链各环节（生产、投入和消费等）的分工进一步细化和专业化，本地生产的商品和服务可通过全球供应链直接或间接传递到外部区域的消费者。从消费驱动的角度，外部区域消费是本地生产活动的驱动力之一[7]，会导致本地大气汞排放[8]。因此，仅基于生产端的核算结果无法分析外部区域消费对本地大气汞排放的驱动作用，可能会导致减排责任分配不公和核算遗漏问题[9,10]。基于此，许多学者开展了研究工作以揭示国际贸易对全球尤其是中国大气汞排放及其健康风险的驱动作用。例如，Chen 等人探究了全球燃料贸易对各国大气汞排放的影响，研究发现，受贸易影响，大多数国家消耗的燃料中的汞排放与生产的燃料中的汞排放之间存在较大差异[11]。Liang 等人计算了2005 年和2010 年各国的汞足迹，结果表明，2010 年中国26%的汞排放由外部消费驱动，其中，中国—美国是全球第一大生产—消费驱动关系[12]。Qi 等人在对2015 年全球大气汞排放的研究中同样识别了中国—美国的重要生产—消费驱动关系，2015 年美国最终消费驱动了26 t 的中国大气汞排放，占当年全球其他国家最终消费驱动中国大气汞排放的23%[13]。Li等人评估了全球供应链驱动的汞排放相关的健康风险，发现美国是驱动中国汞相关健康风险的最大国外消费者，2010 年美国消费导致中国胎儿智商平均下降3.2×10-3，171 人死于致命心脏病发作[14]。

这些结果显示，作为中国最重要的国际贸易关系之一，中美贸易对中国大气汞排放有重要影响，有必要深入分析中美贸易模式变化对中国大气汞排放的影响，这对中国大气汞减排工作具有重要意义。但是，目前关于国际贸易对中国大气汞排放驱动作用的研究，大多是基于逐个时间点的大气汞排放核算，或是面向全球贸易系统的关键社会经济影响因素识别，缺乏长时间序列下、聚焦中美贸易模式变化对中国大气汞排放影响的分析，无法充分支撑基于中美贸易模式变化的大气汞减排决策。

鉴于此，本研究通过结构分解分析量化贸易相关的社会经济因素变化对中国大气汞排放变化的相对贡献，分析1997—2017 年中美贸易模式变化对中国大气汞排放变化的影响，旨在为减少中美贸易驱动的中国大气汞排放提供建议，为我国通过国际合作实施《水俣公约》提供科学参考。

1 方法和数据

1.1 环境扩展型投入产出模型

投入产出分析是一种用来刻画经济系统各部门间投入与产出的经济数学关系的方法，由著名经济学家Wassily Leontief 提出[15]。将环境压力指标作为投入产出模型的卫星账户，构建环境扩展型投入产出模型，可以分析投入、产出、环境足迹之间的关系：

式中：x为总产出向量；y为最终需求向量；I为单位矩阵；A为直接需求系数矩阵；(I-)A-1为列昂惕夫（Leontief）逆矩阵；e为排放强度向量；w为环境足迹。

为了消除进口对产业关联的影响，本研究基于非竞争型投入产出表构建方法，得到反映非竞争型投入产出数据的Leontief 逆矩阵L[16,17]。首先计算部门i的进口系数：

式中：mi为部门i的进口额；为部门i的中间使用；fi为部门i的国内最终需求（不包括出口额）。

利用式（3）计算得出的进口系数构建矩阵M，其对角线上的元素为各部门的进口系数，其余元素为0。算出非竞争型Leontief 逆矩阵L：

剔除进口的影响后，采用环境投入产出模型计算得到中美贸易驱动的中国大气汞排放量：

式中：向量w代表各行业产品的中美贸易所驱动的中国大气汞排放量；向量e为排放强度向量，代表中国各行业单位经济产出的直接大气汞排放量；向量y为由各行业中美贸易额组成的最终需求；符号“^”表示将向量对角化。

1.2 结构分解分析

结构分解分析法可以用于定量分析各种相对独立的因素变化对某一指标变化的相对贡献[18]。本研究将环境投入产出模型与结构分解分析法结合，量化中美贸易模式中各种因素变化对中国大气汞排放变化的贡献。

在本研究中，将中国对美国的贸易额y拆分为贸易结构ys（即各行业贸易额在总贸易额中的占比）和贸易规模yv（即总贸易额），则中美贸易驱动的中国大气汞排放量可以表示为

本研究以非竞争型列昂惕夫逆矩阵L表征生产技术水平，用结构分解分析法分解得到排放强度e、生产技术水平L、贸易结构ys和贸易规模yv变化对中美贸易驱动的中国大气汞排放变化的相对贡献：

结构分解分析法存在非唯一性问题[19,20]，本研究存在24 种分解方式。为解决这一问题，本文将所有分解方式的结果求均值[21-23]得到各分解因素的相对贡献。

由于价值量会受到价格水平变动的影响，结构分解分析法中所有涉及当年价值量的因素需要将当年的名义价格转化为基于某一年的可比价格[24]。本研究以1997 年的名义价格为基准，使用生产者价格指数将其余年份的名义价格转化为可比价格。

1.3 数据来源

本研究涉及的数据包括4 部分：①中国1997—2017 年各行业大气汞排放量来自相关文献[6,25]。②中国1997—2017 年国家投入产出表来自中国国家统计局[26]，并根据国民经济行业分类（GB/T 4754—2017）[27]整理为包含92 个部门的国家投入产出表。③中国对美国的出口贸易数据来自联合国产品贸易数据库（UN Comtrade）[28]。本研究选用国际海关理事会制定的HS 编码下的中国离岸价格作为中国对美国的出口贸易额。依据国民经济行业分类标准（GB/T 4754—2017），构建贸易数据中的大类商品与投入产出表中各行业的一致性矩阵。依据国家投入产出表中各行业出口额的权重[29]，将从UN Comtrade 中获得的1997 年、2002 年、2007 年、2012 年、2017 年 对 美国的大类商品出口贸易额划分至对应行业，最终获得92 个行业对美国的出口贸易数据。此外，2017 年各服务业的贸易数据没有更新，本研究根据之前各年份数据，算出各服务业三年内的平均年增长率，估算出2017 年各服务业的出口贸易额并计算行业权重，并以2017 年服务业的出口贸易总额为约束，以各服务业的贸易权重为标准，得到各服务业的出口贸易额。贸易总额数据来自《中国商务年鉴》[30]。④生产者价格指数来自《中国统计年鉴》[31]。

2 结果与讨论

2.1 中美贸易驱动的中国大气汞排放变化

1997—2017 年中美贸易驱动的中国大气汞排放量和中美贸易规模的变化趋势如图1 所示。中美贸易驱动的大气汞排放量呈现先增加后减少的变化趋势。1997—2007 年，中美贸易驱动的中国大气汞排放从13.5 t 增至32.8 t。2007 年后开始回落，2017 年中美贸易驱动的中国大气汞排放量回落至13.6 t，与1997年的水平相近。改革开放后，中国经济快速发展，中美贸易规模也逐年扩大。然而，中国经济增长方式表现出粗放的特点[32]，导致较大的环境压力。随着贸易规模扩大，贸易驱动的汞排放也逐渐增多。2007 年之后，越来越多的汞排放治理试点政策实施，中国汞排放治理逐渐走向规范化道路[33]，排放强度降低对中国大气汞排放的贡献抵消了贸易规模扩大对中国大气汞排放的贡献（见2.3 节）。在中美贸易规模逐年扩大的背景下，所驱动的大气汞排放量在2007 年后回落，表明汞污染治理相关的政策措施有效推动了中国大气汞排放的减少。

图1 1997—2017年中美贸易驱动的中国大气汞排放量和中美贸易规模变化趋势

2.2 各行业中美贸易驱动的大气汞排放

图2 展示了1997—2017 年由中国各行业与美国贸易驱动的中国大气汞排放的占比。为了使图中重点行业的大气汞排放占比更清晰，本研究对投入产出表中的92 个行业进行了分类、合并①除文教体育用品制造业、金属制品业、其他通用设备制造业、其他专用设备制造业、其他电气机械及器材制造业、其他电子及通信设备制造业单独分类外，其他制造业包括粮油及饲料加工业，制糖业，屠宰及肉类加工业，水产品加工业，其他食品加工和食品制造业，酒精和酒、饮料制造业，烟草制品业，棉、化纤纺织及印染精加工业，毛纺织和染整精加工业，麻纺织、丝绢纺织及精加工业，纺织制成品制造业，针织品、编织品及其制品制造业，纺织服装、鞋、帽制造业，皮革、毛皮、羽毛（绒）及其制品业，木材加工及木、竹、藤、棕、草制品业，家具制造业，造纸及纸制品业，印刷业和记录媒介的复制业，石油及核燃料加工业，炼焦业，基础化学原料制造业，肥料制造业，农药制造业，有机化学产品制造业，日用化学产品制造业，其他化学产品制造业，医药制造业，化学纤维制造业，橡胶制品业，塑料制品业，水泥、石灰和石膏制造业，玻璃及玻璃制品制造业，陶瓷制品制造业，耐火材料制品制造业，石墨及其他非金属矿物制品制造业，黑色金属冶炼及压延加工业，有色金属冶炼及压延加工业，锅炉及原动机制造业，金属加工机械制造业，农林牧渔专用机械制造业，铁路运输设备制造业，汽车制造业，船舶及浮动装置制造业，其他交通运输设备制造业，电机制造业，日用电器制造业，电子计算机制造业，日用电子器具制造业，仪器仪表及其他计量器具制造业，其他制造业。服务业包括农、林、牧、渔服务业，废品废料，铁路运输业，道路运输业，水上运输业，航空运输业，管道运输业，装卸搬运和其他运输服务业、仓储业，邮电通信业，贸易，餐饮业，金融业，保险业，房地产业，公用事业，科学研究事业和综合技术服务事业，居民服务和其他服务业，教育，卫生，社会福利业，文化艺术和广播电视事业，体育，行政机关。其他包括农业，林业，畜牧业，渔业，煤炭开采和洗选业，石油和天然气开采业，黑色金属矿采选业，有色金属矿采选业，非金属矿及其他矿采选业，电力、热力的生产和供应业，燃气生产和供应业，水的生产和供应业，建筑业。。从行业类型上看，制造业驱动的大气汞排放量占比超过90%，是大气汞排放的主要驱动因素。其中，其他电气机械及器材制造业、其他专用设备制造业、其他通用设备制造业等是驱动大气汞排放的主要行业。其他通用设备制造业一直占有较大的份额，并在2007 年以后成为最主要的驱动行业。2017 年，其他通用设备制造业对美国的出口贸易驱动的中国大气汞排放量占中美贸易驱动中国大气汞排放量的15.6%。中国于2001 年加入世界贸易组织（WTO）后与美国的贸易合作日益密切，贸易规模不断扩大，其中主要以劳动或资源密集型的中低端制造业出口为主，出口产品类型较为单一[34]。而中国高端制造业尚处于产业创新升级过程中，贸易份额较小[35,36]，不是驱动大气汞排放的主要行业。

图2 各行业中美贸易驱动的中国大气汞排放量占比

本研究综合以上各年份驱动大气汞排放占比较大的行业，选取了6 个重点行业（即其他通用设备制造业、其他电气机械及器材制造业、金属制品业、其他专用设备制造业、其他电子及通信设备制造业、文教体育用品制造业）分析其驱动的大气汞排放变化趋势，如图3 所示。

图3 各重点行业中美贸易驱动的中国大气汞排放量趋势

1997 年，中美贸易规模相对较小，重点行业间驱动的大气汞排放量差距不大，驱动水平相对较低。1997—2007 年，除其他电气机械及器材制造业以外，各重点行业中美贸易驱动的大气汞排放大体呈上升趋势。其中，其他通用设备制造业驱动的大气汞排放量上升最大，从0.9 t 上升 至4.8 t。2001 年中国加入WTO 后，国际合作加深，中国大量进口中间产品，加工组装完成后出口[37]，成为“世界工厂”，中美贸易规模迅速扩大（图1）。从行业类型上看，大部分中间产品零部件涉及电子信息、设备制造等机电制造部门，占中国对美国商品出口的一半左右[34]。然而，大部分机电制造行业出口的商品类型单一，并且整体依赖进口上游生产的中间产品，国内产业创新力、资源利用率较低。在经济高速发展阶段，中国主要是粗放型经济，导致这些机电制造业（如其他电气机械及器材制造业、其他电子及通信设备制造业）驱动的大气汞排放量快速增多。2007 年以后，随着产业升级，不断深化改革，中国经济从高速发展阶段转入高质量发展阶段，逐渐加强、落实可持续发展、绿色经济相关政策。同时开始重视并制定、试行相关汞治理政策措施[38]。2007 年以后这些政策措施明显促进了大部分重点行业中美贸易驱动的大气汞排放下降。到2017 年，除了其他通用设备制造业和其他电子及通信设备制造业，大部分重点行业驱动的大气汞排放量与1997 年的排放量相近，文教体育用品制造业、金属制品业，以及其他电气机械及器材制造业驱动的大气汞排放量低于1997 年的排放量。

2.3 中美贸易驱动中国大气汞排放变化的社会经济影响因素

本研究采用结构分解分析方法将1997—2002 年、2003—2007 年、2008—2012 年、2013—2017 年中美贸易驱动的中国大气汞排放变化分解为排放强度变化、生产技术水平变化、贸易结构变化和贸易规模变化的相对贡献，结果如图4 所示。

图4 社会经济因素变化对中美贸易驱动的中国大气汞排放量变化的相对贡献

贸易规模扩大是推动大气汞排放增加的最大因素。1997—2017 年，中美贸易规模显著增加，中国对美国的出口贸易从1997 年的2928 亿元扩大到2017年的35 117 亿元，主要以纺织服装、鞋、帽制造业和其他通用设备制造业等行业出口贸易为主[28]。自2001年中国加入WTO 后，在2003—2007 年，中美贸易规模增幅最大，对中国大气汞排放增加的贡献也最大。在其他因素不变的情况下，1997—2002 年贸易规模扩大将推动大气汞排放增加15.9 t，是2002—2007 年贡献的50%左右。2008—2012 年、2013—2017 年贸易规模扩大的贡献为4.6 t、5.9 t，依旧是推动大气汞排放增加的主要驱动力。

与贸易规模变化的贡献相反，排放强度变化一直是促进中美贸易驱动中国大气汞排放减少的主要因素。1997—2002 年排放强度变化对大气汞排放减少的贡献最小。之后随着生产工艺升级、减排技术提高，中国一些主要汞排放行业（如水泥、石灰和石膏制造业，有色金属矿采选业，有色金属冶炼及压延加工业，以及电力、热力的生产和供应业）的排放强度均有所降低。2003—2007 年排放强度变化对大气汞减排的贡献最大（-33.3 t）。2008—2012 年和2013—2017年排放强度变化的贡献水平相近，分别促进大气汞排放减少了13.8 t 和13.0 t，并且其促进大气汞排放减少的贡献超过了同时期贸易规模扩大推动大气汞排放增加的贡献，是中美贸易驱动的中国大气汞排放减少的主要原因。

生产技术水平变化在不同时期对大气汞排放变化的贡献作用不同。1997—2002 年，生产技术水平变化起到减少中国大气汞排放的作用。然而，2003—2007 年，中国产业结构不合理，一些行业出现产能过剩的情况[39]，部分行业之间的完全需求系数增加，资源利用率降低，生产技术水平变化在此期间起到推动汞排放增加的作用，并且与其他时期相比贡献最大。2008—2012 年，随着产业结构升级，经济发展方式转变，相关行业的生产技术水平提高，资源利用率提升，生产技术水平变化转变为起到减少大气汞排放的作用。2012 年以后，生产技术水平变化再次转变为推动大气汞排放增加的作用。2012—2017 年，一些新兴行业（如电子计算机制造业、卫生、公用事业）对关联行业的完全需求系数增大[26]，生产技术水平有待提高。但是，这些新兴产业的发展有利于中国产业结构升级，同时其未来进行大气汞减排的潜力很大。

中美贸易结构变化在不同时期对中国大气汞排放变化的贡献也不同。1997—2007 年，中美贸易结构变化推动了大气汞排放增加。其中，其他通用设备制造业、其他电子及通信设备制造业等机电制造和重工业相关行业[40]的贸易占比上升，纺织服装、鞋、帽制造业，文教体育用品制造业等轻工业贸易占比下降[28]。占比增加的这些行业在生产过程中通常消耗较多能源，导致了大气汞排放增加。2008—2012 年中美贸易结构变化有助于减少大气汞排放，但贡献相对较小（-0.6 t），其中，金属制品业的贸易占比下降了1.8 个百分点，是贸易占比下降最大的行业。2013—2017 年，其他电子及通信设备制造业的贸易占比增加最大，服务业也逐渐显现出贸易优势，居民服务和其他服务业是贸易占比增加排第二位的行业。在此期间，中美贸易结构变化在较小程度上推动了大气汞排放增加。由此可见，近年来中国处于产业结构升级过程中，中美贸易结构变化对中国大气汞排放的影响不稳定。此外，2008 年金融危机之后，中美贸易不平衡越来越明显，贸易摩擦升级，美国试图将中国在全球化中边缘化。一些高新技术行业、铝制品业等行业受到关注和限制[41]，部分重点行业（如电子计算机制造业、金属制品业）的贸易占比有一定程度的波动，导致贸易结构变化对大气汞排放的影响不稳定。

3 研究结论

1997—2007 年，中美贸易驱动的中国大气汞排放量从13.5 t 上升至32.8 t，之后逐渐下降，并且在2017 年回落到与1997 年相近的水平。2017 年，制造业驱动的大气汞排放量超过总量的95%，是中美贸易驱动中国大气汞排放中最主要的行业类型。其中，金属制品业、其他专用设备制造业、其他电气机械及器材制造业等是中美贸易驱动中国大气汞排放的主要行业，且这些行业的中美贸易所驱动的中国大气汞排放变化趋势与整体大气汞排放变化趋势相近。

在各种社会经济因素中，贸易规模扩大是中美贸易驱动中国大气汞排放增加的主要因素。在其他因素不变的情况下，贸易规模扩大将推动中国大气汞排放增加62.6 t。其中，主要以纺织服装、鞋、帽制造业和其他通用设备制造业等行业的贸易规模扩大为主。大气汞排放强度降低是所驱动大气汞排放减少的主要影响因素，在其他因素不变的情况下，排放强度降低将有助于大气汞排放减少67.0 t。1997—2017 年，水泥、石灰和石膏制造业，有色金属矿采选业，有色金属冶炼及压延加工业，以及电力、热力的生产和供应业始终是大气汞排放强度较高的行业。但是，大部分行业的大气汞排放强度均有所降低。尤其是《水俣公约》出台后，我国相继出台相关政策，汞排放的管理防治逐渐走上规范化道路，2012—2017 年，除科学研究事业和综合技术服务事业外，其余行业的大气汞排放强度均有所降低。生产技术水平变化在2002—2007 年和2012—2017 年推动了大气汞排放增加，在1997—2002 年和2007—2012 年促进了大气汞排放减少。其中，电子计算机制造业等行业的生产技术水平有待提高。贸易结构变化除了在2007—2012 年促进了大气汞减排，其余时间均推动了大气汞排放增加。在推动大气汞排放增加期间，皮革、毛皮、羽毛（绒）及其制品业等轻工制造业的贸易占比呈现下降趋势，其他电子及通信设备制造业、其他电气机械及器材制造业等机电制造业的贸易占比呈现上升趋势。总体来看，生产技术水平变化和贸易结构变化在不同时期对大气汞排放变化起到不同贡献作用，但贡献相对较小且不稳定。

4 政策建议

4.1 控制汞排放强度，提升生产技术水平

近年来，大气汞排放强度下降对中美贸易所导致中国汞排放的减排贡献逐渐减弱，说明通过降低大气汞排放强度来实现汞减排的潜力空间不断缩小。但研究结果表明，汞排放强度降低仍然是促进大气汞排放减少的主要因素。在降低汞排放强度方面，我国仍然具有很大的汞减排空间。对于水泥、石灰和石膏制造业，电力、热力的生产和供应业，有色金属矿采选业，有色金属冶炼及压延加工业等汞排放强度较高的行业，要加大汞排放控制力度，优化改造生产设施，普及废气净化装置。目前，我国汞排放控制大多依赖大气污染控制装置的协同效益[42]；改造生产设施、普及高效汞去除技术具有很高的经济成本[43]，在经济欠发达地区推行起来难度较大。这是降低大气汞排放强度的一个严重阻碍，同时也反映出我国仍然有较大的通过降低汞排放强度来促进大气汞减排的潜力。因此，未来需持续关注低成本汞减排技术的开发，并通过政府资助来协助欠发达地区汞排放量较大的企业改造其生产设施并普及脱汞技术。

除了针对末端大气汞排放的控制措施，也要关注中美贸易中在产业链上驱动大气汞排放较多的行业。中美贸易中驱动大气汞排放较多的行业主要与制造业有关，例如其他电气机械及设备制造业、其他通用设备制造业等。对于这些行业，要鼓励其不断完善生产工艺，提高生产效率，从而降低关联行业间的直接和间接物料投入，减少对上游大气汞排放的直接和间接驱动作用。

4.2 加快产业转型升级，优化稳定贸易结构

在中美贸易驱动大气汞排放的社会经济影响因素中，贸易规模扩大是推动大气汞排放增加的主要因素。以往我国在很大程度上依靠出口拉动经济增长，国内需求的驱动作用不够强劲。在经济“双循环”背景下，强化国内消费对经济发展的拉动作用是我国的一项重要举措。出口转内销将带动产业链的全面转型。在推进国内产业转型升级的过程中，建议将大气汞排放纳入产业结构调整的约束标准，避免一些大气汞排放较多的行业（如钢铁、水泥等）出现产能过剩现象，提高资源利用效率和生产效率。

在推进更高水平对外开放的过程中，优化并稳定贸易结构将有助于减少我国大气汞排放。研究结果表明，其他电子及通信设备制造业、其他电气机械及器材制造业等机电制造业产品的贸易占比增加，贸易结构变化推动了大气汞排放增加。目前我国注重贸易结构优化，可通过优化并稳定贸易结构来减少中美贸易所导致的中国汞排放。知识、技术密集型文化服务行业（如居民服务和其他服务业、科学研究事业和综合技术服务事业）驱动的大气汞排放相对较少，可采取经济激励措施来提高这类行业产品的出口比例。并通过调整出口税率等方式，适当降低驱动大气汞排放较多的中低端制造业产品的出口（如金属制品业、文教体育用品制造业的产品），降低对这些行业产品出口的依赖。