低碳科技创新对生态环境质量的影响研究

谢思雨，张水平，宋雨飞

(安徽理工大学 经济与管理学院，安徽 淮南 232001)

随着“十四五”规划的到来，“减污降碳”成为生态环境保护领域的重点新词。“十四五”规划要求开展既减污、又降碳的污染防治攻坚战略，实现二者的协同效应。习近平总书记随后在中央财经委员会第九次会议再次提出力争“2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和”，直接关乎于构建“人类命运共同体”以及实现可持续发展。低碳转型势在必行，工业产业结构的优化升级迫在眉睫。而低碳科技创新相较于一般的科技创新更能满足低碳转型的需求，对改善生态环境，包括应对气候变化，乃至最终实现绿色低碳发展、实现高质量发展起着决定性作用。因此，探究低碳科技创新对生态环境的影响作用，掌握二者的演绎规律，对推动我国高质量发展与可持续发展有着重要的意义。

一、文献回顾

生态系统作为一个复杂的综合系统，包括经济、社会、自然三个子系统，其相辅相成，相生相克[1]。因此，科技成果的投入、研发、转化必然会对生态系统产生一定的影响。1996年，Fussler和James首次提出了“生态创新”的理念，认为科技创新对新技术、新办法有着正向作用，能够带来经济价值的同时减少环境污染[2]。陈明华等通过测算黄河流域的生态效率，验证了科技创新能够有效促进黄河流域低、中等水平城市生态效率的提高[3]。而刘玮、杨婉睿在此基础之上，通过测算中国各省环境治理效率，分析科技创新与环境治理效率之间的关系，结果发现科技创新对区域自身环境治理效率的提高却没起到积极的正向作用[4]。可见，科技创新对生态环境质量的推动作用必然受到了某些因素的制约。

生态环境对低碳科技发展的影响主要通过环境规制来实现，环境规制的强制要求会使企业投资于科技创新项目的资金转为环境治理，因而企业科技创新将可能会减缓[5]。黄明丽等测算出了各省环境规制下工业企业技术创新效率，验证了环境规制角度下，企业技术创新效率会呈现“U”型变化趋势，整体上得到了有效的提高[6]。魏东等认为环境的污染会强化环境规制，从而会提高企业成本，进而抑制产业的科技创新，但同时环境的污染会激励产业转型创新，进而促进科技创新[7]。可见，生态环境质量的高低对科技创新存在着两面性。因此，二者之间应该保持一定的协调度。郭爱君等基于中国省级面板数据研究了各省科技创新与生态环境水平的高低，认为二者之间的协调度不断提高，但各地区之间存在巨大的差异，并表现出明显的区域异质性特征[8]。李虹等基于低碳环保创新视角测算了科技创新与生态环境系统协同度，验证了二者之间协同程度目前处于较低状态，区域协同机制尚未建立[9]。

在当前的“双碳”目标背景下，低碳科技更能成为促进经济转型、实现低碳发展的重要抓手。而目前学者多从静态方面探讨技术创新与生态环境效率之间的作用关系，少有关于低碳科技创新与生态环境质量并从静态和动态两方面验证二者之间关系的研究。因此，本文基于2010—2019年全国省级面板数据，实证分析了生态环境与低碳科技创新水平之间的关系，并将全国按地域划分为东中西三大地区，从而检验各地区之间的差异，据此提出相关建议，对我国生态环境保护、可持续发展具有一定的现实意义。

二、低碳科技创新对生态环境影响的静态分析

1.模型设定、变量选取和数据来源

(1)模型设定

为研究低碳科技对生态环境质量发展的静态影响，构建基准回归模型，如式(1)所示。

Eco=α0+α1Tech+α2Control+δi+εt+μit

(1)

(2)变量选取

①被解释变量

生态环境质量，鉴于影响生态环境质量的因素众多，构建的评价指标体系需要涵盖环境特征以及影响环境质量的重要因素。马世骏和王如松[1,10]曾经提过生态系统包括自然、社会和经济三个子系统，并结合田艳芳等[11]的研究成果，本文从经济发展因子、社会发展因子以及自然环境因子三个角度构建指标体系，如表1所示。运用熵权法对生态环境质量进行测度，据此得到生态环境质量的综合指数。

表1 生态环境指标体系

②解释变量

低碳科技创新，专利情况能够较为真实地反映地区的技术创新水平，学术界普遍使用专利申请数或是专利授权数来衡量城市技术创新的成果，由于专利从申请到授权具有一定的延迟效应，本文在借鉴季宇等[12-15]的基础上，根据2013年EPO与USPTO联合发布的CPC-Y02缓解气候变化技术或应用专利的申请量作为衡量各地区的低碳技术水平。

③控制变量

外商直接投资(FDI)，以外商直接投资占GDP比重表示；政府治理(GOV)，以地方财政环境保护支出取自然对数表示；环境规制(ER)，以污染治理投资占GDP的比重表示；产业结构(INS)，以工业增加值占GDP比重表示。

(3)数据来源

本文以中国30个省份为研究对象，选取2010—2019年的数据进行研究。样本数据主要来源于《中国统计年鉴》《中国环境统计年鉴》及各省统计年鉴，低碳科技相关数据来源于IncoPat全球专利数据库。

2.基准回归结果分析

从描述性统计结果表2来看，指标之间差距比较大，表明各省份之间发展存在较大差距。为确定静态回归模型，运用stata15.0软件运行，通过F检验与Hausman检验，根据表3结果可以看出在1%的显著性水平上选择使用固定效应模型。

表2 描述性统计

由表3可见，低碳科技创新的系数为0.028，并且通过了1%的显著性检验，表明低碳科技创新能够显著推动生态环境质量的改善。生态环境质量的改善需要人力和物力的共同助推，如资源的整合利用、环境污染的治理投入等，而低碳科技的创新过程同样需要消耗大量的人力与物力，必然将一部分用于优化生态环境活动的成本转移到低碳科技的研发上，从而形成“挤占效应”。但低碳科技的创新也会逐渐呈现出优势，成果的转化会推动企业的缓慢转型，促进产业结构的优化升级，从根本上减少环境污染、提高资源利用率，促进生态环境质量的提高。控制变量中政府治理和环境规制对生态环境的改善产生了正向的影响，并在1%的水平下显著。而外商直接投资与产业结构对生态环境的质量产生了显著的负向作用。政府对环境保护的直接财政支出，体现了近些年政府部门对生态环境治理的重视程度，资金的直接投入可以有效改善生态环境的质量。在政府制定的强制的环境规制政策下，企业不得不在环境治理上投入更多的成本，迫使企业开始绿色转型，推动产业结构优化，实现可持续发展。外商直接投资抑制了生态环境质量的提高，并通过了10%的显著性检验，主要原因可能在于外商企业在中国的投资更多的是为获取最大化的投资收益，并不会考虑对生态环境造成的负面影响，同时国内相关机构对外商企业的投资政策规划、规定并不完善，致使一大批高利润高污染的企业进入中国，造成了大量的资源浪费与严重的环境污染。工业企业是目前造成环境污染最主要的行业之一，工业产值的增加可能导致企业过度的能源消耗与浪费，致使生态环境的污染量增加。

表3 低碳科技对我国生态环境质量的影响

由于不同的地区经济发展水平存在一定的差异，低碳科技创新的资本和资源投入力度不同，低碳科技的创新能力大小也不同，导致不同地区相关变量之间的影响关系也不同，因此为探究不同地区之间低碳科技对生态环境的影响，本文将30个省份按照东、中、西部划分，结果如表4所示。东部和中部地区低碳科技对生态环境产生正向的影响，影响系数分别为0.028和0.041，并分别通过了1%和5%的显著性检验，而西部地区低碳科技对生态环境质量产生的影响不显著，可能原因在于西部地区经济发展水平、人力资本投入等都不及东中部地区，低碳科技创新能力较低，资本的投入致使低碳成果的无效转换，导致低碳科技不能有效改善生态环境的质量，甚至会抑制环境质量的提高。政府治理的财政投入在各个地区都产生了显著的正向影响，且在中部的资金投入治理效果最好。产业结构在东中西部地区都有明显的负向影响，且东西部地区的抑制作用要明显高于中部地区。环境规制政策下，东部和中部地区对生态环境的改善有显著的促进作用，而西部地区二者之间无显著关系。东部、中部、西部地区外商直接投资与生态环境质量之间无明显联系。

表4 低碳科技对我国生态环境质量影响的区域差异

三、低碳科技创新对生态环境影响的动态分析

1.模型构建

为深入探讨低碳科技创新对生态环境质量的长期动态交互效应，构建如下PVAR模型，如式(2)所示。

(2)

2.平稳性检验与滞后阶数的选取

首先，检验面板数据的平稳性。利用LLC检验方法，运用stata15.0对生态环境质量和低碳科技创新变量进行面板单位根检验，结果如表5所示。全国地区与东部地区的变量均在1%水平下拒绝了不平稳的原假设，而中部地区和西部地区的各变量也均在1%、5%和10%水平下通过了检验，表明各地区样本数据平稳。

表5 单位根检验结果

其次，运用AIC、BIC和HQIC判断准则确定模型的最佳滞后阶数，得到表6所示的结果。表6结果表明，各地区样本数据的最优滞后阶数皆为1阶。

表6 信息准则检验结果

3.PVAR模型估计结果分析

表7给出了面板向量回归模型的结果，从全国整体来看，滞后1期的生态环境质量和低碳科技创新水平对其自身都具有正向的影响，且在1%的水平下显著，说明生态环境的改善依赖于自身前期的质量水平，而前期低碳科技水平的提高也有助于后期低碳科技水平的发展。同时，滞后1期的低碳科技创新水平对生态环境质量具有0.02的正向促进作用，且在10%的水平下通过显著性检验，说明低碳科技创新水平不仅能够改善当期生态环境的质量，同时对后期的生态环境质量也能够起到正向的促进作用。

从不同地区来看，东部、中部和西部地区滞后1期的生态环境质量都对当期的生态环境质量的提高具有一定的促进作用，且西部地区要大于中部地区和东部地区，分别在5%和1%的水平下显著，原因可能在于西部地区的生态环境质量要远低于中部地区和东部地区，因此西部地区对生态环境质量的改善需求更为迫切，前期的生态环境质量的改善效果更加能够推动后期的生态环境治理。而滞后1期的低碳科技创新水平能够显著提高当期的低碳科技创新水平，且三个地区的促进作用相近，表明后期的低碳科技创新能够有效激励当期低碳科技创新能力的提高。同时，中部地区滞后1期的低碳科技创新对生态环境质量在10%的水平下，具有0.02的促进作用，说明东部地区低碳科技创新水平虽然较高，但并不能完全有效提高生态环境质量，而西部地区低碳科技创新水平较低，还不足以推动生态环境质量的改善，仍需进一步提高低碳科技创新水平。

表7 PVAR估计结果

(1)脉冲响应

通过生态环境质量和低碳科技创新的脉冲响应图，进一步分析两者之间的动态关系，两者的脉冲响应结果如图1和图2所示。

(a)全国(b)东部(c)中部(d)西部图1 生态环境质量对自身的脉冲响应图

(a)全国(b)东部(c)中部(d)西部图2 生态环境质量对低碳科技创新的脉冲响应图

①生态环境质量对自身的冲击作用。从图1可见：首先，从全国整体来看，生态环境质量在受到自身冲击后，自身反应为在当期显著为正并达到最高峰，然后随着期数的增加而呈现减弱的趋势，表明全国生态环境质量提高会对后期生态环境的治理存在正向的推动作用，但这种推动作用会逐渐减弱。其次，从各地区来看，东部、中部和西部三个地区的生态环境质量在受到自身冲击后，他们的脉冲响应曲线与全国整体相似，自身响应在初期为正并达到最高响应度，随着预测期数的增加而逐渐减弱。由此可知，三大地区的生态环境质量也都会对自身产生持续的正向影响。

②生态环境质量对低碳科技创新的冲击作用。从图2可以看出：第一，全国整体与中部地区的脉冲响应图相似，低碳科技创新在受到生态环境质量的冲击后，在初期产生正向的响应，并持续上升，在1期时达到最高峰，但1期后开始略微削弱，2期后持续快速下降直至趋向于平稳。由此可见，生态环境的质量对低碳科技创新有显著的正向作用，而且这种作用呈现先增强后减弱的“倒U”型变化趋势。主要原因可能在于，低碳科技可以在推动经济持续发展的同时降低对环境的污染，从而实现可持续发展，因此生态环境的治理对低碳科技创新有着迫切的需求，且这种需求会随着时间的增加而增加。第二，东部地区与西部地区有着相似的脉冲响应图，初期为正，随着期数的增加而呈现减弱的趋势。不同的是东部地区要比西部地区下降的更为平缓，且影响期数更长。可能原因在于东部地区比西部地区更加注重低碳发展理念，追求绿色经济发展，对低碳科技的需求更大。

(2)方差分解

方差分解可以通过不同变量的结构冲击贡献度来评估各变量之间的相对重要性，生态环境质量和低碳科技创新模型的方差分解如表8所示。

表8 方差分解结果

由表8可知，就全国整体而言，生态环境对自身的影响程度在0.91～0.95之间，低碳科技对生态环境的影响程度在0.05～0.09之间。前5期，生态环境质量对自身的贡献度为95%，低碳科技对其的贡献程度为5%，到第20期，生态环境对自身的影响程度下降到93.4%，低碳科技的贡献度增加了1.6%，表明生态环境主要还是依赖于自身的发展，低碳科技影响程度较低；分地区可见，各地区生态环境对自身的贡献程度维持在0.89～0.97之间，但中部地区要略高于东部地区，西部地区最低，而低碳科技对生态环境的贡献程度各地区维持在0.03～0.11之间，但西部地区要高于东部地区，而中部地区最低，说明三大地区的生态环境也主要依赖于自身的发展，但西部地区的低碳科技对生态环境质量的改善起到的作用更为显著，西部地区的生态环境治理对低碳科技的需求更高。

四、研究结论与政策建议

1.研究结论

利用2010—2019年中国30个省、自治区、直辖市的面板数据，首先，利用基准回归模型，验证低碳科技创新与生态环境质量之间的静态关系。结果表明：从整体来看，低碳科技的创新能够显著改善生态环境，政府治理和环境规制对生态环境的改善有着积极的影响，外商直接投资与产业结构对生态环境的质量产生了显著的负向作用；从各地区来看，东部和中部地区低碳科技能够有效改善地区生态环境质量，而西部地区低碳科技与生态环境之间无明显联系，政府治理对各个地区都产生了显著的正向影响，产业结构在东中西部地区都有明显的负向影响。环境规制仅在东中部地区起到显著的促进作用。外商直接投资与生态环境质量之间无明显联系。其次，采用PVAR模型估计对全国整体与东部、中部以及西部地区验证低碳科技对生态环境的动态影响。研究结果表明：从全国整体来看，生态环境主要依靠自身发展，低碳科技在短期内有效的促进了生态环境质量的提高；从三大地区来看，东部、中部以及西部地区生态环境也都是主要依靠自身的发展，二者之间具有一定的促进作用，但也存在着一定的差异。西部地区的低碳科技对生态环境质量的促进作用要略高于东部地区和中部地区。

2.政策建议

基于以上研究结论，提出如下政策建议。

(1)加大低碳科技创新投入，有效提高低碳科技创新水平。通过低碳科技创新与生态环境质量的互动关系研究，低碳科技创新可以有效促进生态环境质量的提高，尤其是西部地区的低碳科技水平最低，可是对生态环境的贡献程度却最高，因此，各省市应增加对低碳科技创新的资金投入，以足够的资金去支撑各地区研发的开展，以促进低碳科技的创新；同时应该加大人才的投入，科技创新离不开人的智力推动，需要充裕的人力支撑，因此，要高度重视各地教育水平、加大人才培养力度，注重可持续发展理念，培养更多低碳创新人才，从而促进开发更多的低碳科技创新成果，以提高资源的有效使用、产品的更新改造以及产业结构的优化。

(2)推动低碳科技成果转化生态环境，完善科技-生态转化体系。东部地区低碳科技成果最多，但对生态环境的贡献程度远不如西部地区，可见低碳科技成果的转化率并不高，以致生态环境质量的提高程度有限，转化机制并不完善。首先，构建有效的技术供需对接平台，汇聚技术、专家、市场等要素，推动技术供需有效见面，实现精准匹配；其次，应以需求为导向，建立一套“政-企-学-研-用”协作工作体系，按照政府引导、市场为主的总体原则，加强政府、企业与科研院所之间的联动，衔接“科研-成果-应用”的协作机制，从而真正实现科研研发到成果转化到实际应用的良性转化。

(3)构建低碳科技与生态环境循环体系，强化生态-科技二者之间的联系。根据研究结论，低碳科技与生态环境质量二者之间具有相互促进作用，尤其是中部地区，生态环境质量的改善极大的促进了中部地区低碳科技的创新水平。低碳科技的成果转化推动了绿色产业的发展，相比于传统高污染、高耗能产业而言，绿色产业能够有效降低对生态环境的污染，进而提高生态环境质量；而生态环境的改善反作用于低碳科技的创新，加强了对低碳科技的需求。因此，要加快构建和完善有利于我国生态环境建设的低碳科技创新政策体系，加大对低碳科技创新的激励力度，从而推动低碳科技成果应用于生态环境治理，在此基础上生态环境治理所取得的社会和经济效益能够引导资本进入低碳科技的研发中来，以实现生态环境子系统和低碳科技创新子系统之间的良性循环。