新一线城市经济发展与环境污染脱钩关系及驱动因素分析

庞博，李晓星，张耀宗，傅尧，宋晓聪

（1.中国环境科学研究院 环境基准与风险评估国家重点实验室，北京 100012；2.华北理工大学 建筑工程学院，河北 唐山 063210）

随着我国城镇化、工业化以及区域经济一体化的不断推进，城市人口聚集、空间扩张加速，导致城市经济发展与环境污染问题矛盾越发尖锐，生态环境恶化，秋冬雾霾增多等现象频繁发生[1]。近年来，新一线城市经济发展势头强劲，2020 年重庆GDP 为25 003 亿元，已无限逼近一线城市最后一名广州25 019 亿。“抢人大战”也越演越烈，多市发布一系列人才引进政策，吸引年轻人，以持续推动城市迅速发展，新一线城市经济发展和城市扩容是必然趋势，因此，探究新一线城市是否实现城市经济与环境协调发展、实现二者之间“脱钩”（即环境污染不随经济增长而增加）以及影响污染产生的驱动因素是关键问题。

1 文献综述

经济发展和环境污染之间的关系一直是国内外学者关注的重点问题。现常用的研究方法主要是环境库兹涅茨曲线（EKC）和脱钩模型。Yang[2]利用Tapio 脱钩模型和EKC 模型相互印证了我国GDP 与二氧化硫和氮氧化物均呈现倒“U”型关系。郭翰林[3]基于2000—2015 年山西省面板数据拟合EKC 曲线。蒋惠凤[4]利用OECD脱钩模型，研究了江苏省废污水排放与经济发展的驱动因素及脱钩效应。脱钩一词最早来源于物理界，即表示两者或多者之间不具有关联性，与耦合相对。脱钩理论最初被OECD 引进环境经济学领域[5]。2005 年Tapio[6]研究了欧洲交通行业经济发展与碳排放关系，首次提出弹性脱钩概念和完整的弹性脱钩评价体系。随后学者们相继利用脱钩模型研究了经济发展与资源能源消耗[7]、碳排放[8]、水环境压力[9]、固体废物产生量[10]等之间的关系。

纵贯现有研究，多是以国家、省份、特定区域、某一城市、行业等为范围，研究环境与经济发展之间的关系。邹凯波[11]对中美两国的大气污染与经济发展进行脱钩分析，结果表明我国和美国SO2分别在2006 年和1975 年后呈现强脱钩状态，NOx分别在2011 年和1991 年后整体呈现强脱钩状态。韩燕[12]对1992—2018 年甘肃省经济发展与资源环境承载力进行脱钩分析，发现指数总体介于0～1 之间，呈现弱负脱钩状态，且经济结构是重要的驱动因素。白彩全等[13]对长三角地区16 个城市经济发展与环境污染两个子系统分析后发现，地区环境污染压力逐渐减轻，未来持绝对脱钩态势。赵正[14]通过构建EPI 分析北京经济与环境压力脱钩程度及驱动因素，认为北京呈现强脱钩状态。胡怡文和杨晓华[15]研究了1987—2016 年制造业经济增长与生态压力脱钩关系，主要呈现出强负脱钩、扩张负脱钩和增长连结三种状态。

基于此，本文运用结构熵权法构建城市环境污染评价体系，通过Tapio 模型，对2010—2019 年新一线城市经济发展与环境污染之间的关系进行实证分析，并利用LMDI 模型探究影响环境污染的驱动因素，以期为新一线城市绿色发展提供理论指导和科学建议。

2 研究方法与数据来源

OECD 脱钩指数法与Tapio 弹性是应用最广泛的两种脱钩方法，但OECD 可能因基期选择而使结果产生偏差[16]。Tapio 方法克服了OECD 基期选择的困境，还可以直观经济增长和环境污染的动态变化，具有一定的预警作用。因此本研究选择Tapio 进行脱钩研究，公式如下：

式中：e表示脱钩弹性系数，Et、Et-1表示在t、t-1 年份该城市的环境污染，Dt、Dt-1表示在t、t-1 年份城市的GDP，脱钩弹性系数其实就是环境污染增长率与GDP增长率的比值。

Tapio 依据ΔE和ΔD值的正负，以及弹性系数e以0、0.8、1.2 为节点，分为8 种脱钩状态（表1）。强脱钩是最佳状态，意味着该城市经济增长，但环境污染程度下降。强负脱钩状态最差，表示经济衰退时，污染依旧快速增多。

表1 脱钩状态分类表

2.1 构建城市环境污染评价体系

在环境污染评价指标中，多数研究指标都是三废的排放量、COD 排放量、氨氮排放量等[17-18]。负向指标多，生态指标较少被提及。一个城市的环境污染仅仅靠污染物排放量评价过于片面。因此本文构建了具有14 个指标的环境污染评价体系（表2）。其中，工业废水排放量、COD 排放量等9 个指标为负向指标，即值越小，表示该城市环境污染程度越小，污水处理厂集中处理率、全年优良天数等正向指标5 个，即值越大越好，表示该城市环境污染程度越小。

表2 城市环境污染评价体系

2.2 指标赋权

目前指标赋权方法可以分为三类，主观赋权法、客观赋权法以及组合赋权法[19]。主观赋权法，人为干扰因素过强，客观赋值法虽然避免了主观因素干扰，但容易忽略指标本身重要程度。因此本文选择主客观赋权法相结合的结构熵权法对指标赋权[20]。

（1）采集专家意见，形成“典型排序”。设计城市环境污染评价体系的德尔菲专家意见表，采集专家意见，整理后形成指标的典型排序。

（2）“盲度”分析“典型排序”。对形成k名专家的“典型排序”矩阵记为Q，[Q=(qij)k×n，i=1,2,3,…,k；j=1,2,3,…,n]，其中qij为第i个专家对第j个指标的评价。隶属函数为，隶属度矩阵为：B=(bij)k×n(i=1,2,3,…,k;j=1,2,3,…,n)，其中，bij为第i名专家对第j个指标的评价隶属度。专家在评价过程中由于认知产生的不确定性为“认识盲度”，记为Qj：

将k名专家关于指标j的总体认识度记作xj，则xj=bj(1-Qj)，由此可以得出评价向量X=(x1,x2,…xn)。

（3）将评价向量归一化处理。进行归一化处理：

可得权重W=(W1,W2,…,Wn)。

2.3 LMDI模型

LMDI（对数平均迪氏指数法）可以用来分析驱动因素或决定性因素，在分解后残差为0，不具有不可解释的残差[21]。本研究选择LMDI 加法分解人口效应、经济效应、技术效应、产业结构效应，以探究环境污染的驱动因素。

式中：W表示环境污染程度，V表示该城市工业生产总值，G表示该城市GDP，P表示人口数量。为环境污染程度与工业生产总值的比值用A代表，反映了技术水平。为城市工业生产总值与GDP 的比值用B代表，反映了产业结构效应为GDP 与人口数量的比值用C代表，反映了经济效应。D反映了人口效应。进一步整理公式得到出：

式中：0、t分别代表期初与期末。以上四个驱动因素的值，大于0 意味产生增量效应，等于0 意味对环境污染影响不明显，小于0 意味产生减量效应。

2.4 数据来源

以2016—2019 年均进入新一线城市排名的11 个城市为研究对象，包括成都、重庆、杭州、武汉、西安、天津、苏州、南京、长沙、沈阳、青岛。研究数据来源于2010—2019 年的《中国环境统计年鉴》《中国城市统计年鉴》、各城市的《统计年鉴》《国民经济和社会发展统计公报》以及《环境状况公报》。

3 结果与讨论

3.1 脱钩分析

本研究利用Tapio 模型对新一线城市2010—2019年，经济发展与环境污染脱钩关系进行了计算，脱钩弹性系数e如表3 所示。

表3 2010—2019年新一线城市与环境污染的脱钩弹性系数

Tapio 模型以ΔE和ΔD值的正负，以及弹性系数e的大小，划分了8 种脱钩状态。本文计算后的2010—2019 年新一线城市与环境污染的脱钩状态如表4 所示。其中：强脱钩指经济增长时，环境污染下降，为最佳状态；弱脱钩指环境污染增加幅度小于经济增长幅度；扩张连接指环境污染增加幅度与经济增长幅度相当；扩张负脱钩指环境污染增加幅度大于经济增长幅度。

结合表3、表4 可知，在研究初期2010 年，多数城市呈现扩张连接或扩张负脱钩状态，而到末期2019年，呈现弱脱钩或强脱钩状态，整体来看新一线城市脱钩系数不断减小，逐步趋向强脱钩状态，虽然伴随着经济周期的变化，会出现扩张连接转扩张负脱钩或强脱钩转弱脱钩状态，系数大小反复，但变化脱钩关系转变基本符合“扩张负脱钩—扩张连接—弱脱钩—强脱钩”的过程，充分说明十年间城市经济快速增长的同时，环境污染程度不断减少，经济增长由粗放型向集约型转变。2015 年后弹性系数变化幅度增强，处于强脱钩状态的城市增加，体现污染控制力度加强，2015 年正是新修订的《中华人民共和国环境保护法》开始实施，随后党中央、国务院、各部委以及各省市发布一系列控制环境污染的法规制度，脱钩系数的变化印证了政策力度的落实，切实践行了绿色发展理念，但各市脱钩状态存在较大差异。

表4 2010—2019年新一线城市与环境污染的脱钩状态

在基期初2010 年，11 个城市经济增长和环境污染呈现扩张负脱钩、扩张连接、弱脱钩三类状态，分别占比36.4%、45.5%、18.1%，未有一个城市处于强脱钩状态。表明在2010 年时，新一线城市经济增长均带来环境污染程度的加剧。最早实现强脱钩状态的是青岛，2012年开始青岛经济增长的同时环境污染下降。在2015 年杭州、长沙紧随其后进入强脱钩状态，此时城市处于扩张连接、弱脱钩、强脱钩状态，分别占27.3%、45.4%、27.3%，未呈现扩张负脱钩状态。到2019 年时，多数城市已先后处于强脱钩状态，西安、长沙、青岛脱钩力度最大，脱钩系数分别是-2.21、-2.80、-3.23，而重庆、苏州、沈阳处于弱脱钩状态，即环境污染增加幅度略低于经济增长幅度。

3.2 环境污染驱动因素分析

为了进一步剖析环境污染的驱动因素，本文利用了LMDI 加法模型对驱动因素进行分解分析（图1）。各因素的效应值为环境污染的贡献值，效应值的绝对值大小，代表其对城市环境污染的影响程度。效应值的正负代表影响方向，即效应值为负，该因素对环境污染具有抑制作用，效应值为正，该因素对环境污染具有促进作用。相对贡献率为各效应与各效应绝对值总和之比。

图1 不同年份驱动因素的相对贡献率变化情况

（1）人口效应。人口效应对环境污染的贡献随着时间变化而增多，但相对贡献率相比其他因素最小。2010 年新一线城市人口效应相对贡献率仅维持在2.42%～8.1%之间，随着时间的推移影响程度不断增加，到2019 年相对贡献率为5.21%～16.45%。其中重庆相对贡献率最大为16.45%，在新一线城市中重庆常住人口最多，达3 124 万人。新一线城市中除南京、长沙、沈阳、青岛外，均已成为千万人口以上的城市。新一线城市近年来由于经济发展，吸引了大量外来人口，人口规模的扩大加剧了环境污染程度。城市的发展离不开人口，最近各地人才政策密集出台，多个新一线城市降低了落户条件，预计新一线城市的人口效应对环境污染的影响还会加剧，各城市应顶层设计合理控制人口规模，避免人口饱和后形成“大城市病”。

（2）产业结构效应。产业结构效应抑制环境污染的产生，随着时间的推移贡献增多。2010 年，产业结构效应相对贡献率在7.13%～29.25%，截至2019 年时，相对贡献率在25.90%～43.53%，抑制污染效果显著。这是由于10 年以来，我国加快调整产业结构，扎实推进供给侧结构性改革，积极构建绿色制造体系，淘汰落后和过剩产能，引导相关产业向适宜开发区域集聚等措施对降低环境污染作用明显。在我国产业结构调整的促进下，新一线城市的产业结构逐步由第一、第二产业向第三产业转变，第三产业生产总值占比均超过50%，第三产业成为经济发展主要引擎。

（3）技术效应。技术改善对环境污染的减量效应最为显著。2010 年，技术效应对各市的相对贡献率均小于15%，2013 年相比2010 年小幅度增多，2016 年增长幅度加大，至2019 年维持在25%～45%之间。研究初期，技术水平相对较低，单位生产总值所承担的环境污染压力大，生产效率低。随后我国加大对环境友好型技术和污染治理技术的投资与要求，比如淘汰燃煤小锅炉、煤电机组脱硫设施增容改造、燃煤机组实施脱硝与除尘改造，围绕重点行业实施清洁生产技术改造等措施。各城市落实相关要求的效果显著，技术改善对降低环境污染起重要作用。但仍需进一步加强力度和提高工艺水平，重庆、苏州、沈阳的污染物排放量较高，工业二氧化硫排放量分别是青岛的37.60 倍、14.5 倍、3.58 倍，这是本文脱钩分析中三个城市现处于弱脱钩状态的主要原因。

（4）经济效应。经济增长需要消耗资源，从而会产生环境污染。在各驱动因素中经济效应占主导作用，2010 年各城市经济效应相对贡献率占50%以上，2013年虽有所下降但总体变化不大，2016 年时下降趋势显著，到研究末期2019 年时，新一线城市经济效应相对贡献率仅在11.61%～46.75%之间。说明经济效应对于环境污染影响大，早期是以污染大，技术水平低的方式发展经济，随后在不断改善技术水平和调整产业结构等方式，降低经济发展带来的污染程度。

根据四个驱动因素的贡献率大于70%，将环境污染和经济发展的脱钩类型分为经济+技术+人口效应影响型、经济+技术+产业结构效应影响型以及技术+产业结构效应影响型。结果如表5 所示。

表5 新一线城市环境污染影响类型

4 结论与建议

4.1 结论

本文基于11 个新一线城市2010—2019 年的面板数据，通过结构熵权法对环境污染模型的各项指标赋予权重，利用Tapio 计算新一线城市经济发展与环境污染的脱钩关系，并对驱动因素进行分析。研究结果表明：

（1）2010 年，11 个城市呈现扩张负脱钩、扩张连接、弱脱钩三类状态，随着时间推移，截至2019 年多数城市已先后处于强脱钩状态，其中西安、长沙、青岛脱钩力度最大，而重庆、苏州、沈阳处于弱脱钩状态。

（2）人口效应和经济效应对环境污染具有增量效应，而技术效应和产业结构效应抑制环境污染。随着时间的推移，人口效应增加幅度较小，技术水平的提高对抑制污染作用最为显著，产业结构的相对贡献率不断提高，经济效应占污染的主导因素，但在减量效应的影响下，经济与环境污染可以实现脱钩。

（3）按驱动因素贡献率划分新一线城市，显示重庆为经济+技术+人口效应驱动型；成都、杭州、武汉、西安、天津、苏州、沈阳为经济+技术+产业结构效应驱动型；南京、长沙、青岛为技术+产业结构效应驱动型。

4.2 建议

（1）加快建立城市绿色循环经济发展体系。上述研究发现，新一线城市现有经济发展仍带来一定程度的环境污染，到研究末期2019 年时，新一线城市经济效应相对贡献率在11.61%～46.75%之间。各城市应因地制宜地进行顶层设计城市绿色发展规划，推动投资、流通、生活、消费绿色化转型，使发展建立在高效利用资源、严格保护生态环境的基础上，统筹推进城市高质量发展和高水平保护。

（2）推进城市产业结构绿色化转型。在研究新一线城市产业结构对环境污染的影响发现，合理调整产业结构可以大幅度降低城市环境污染程度，抑制污染效果显著。各市应加大落后产能淘汰和过剩产能压减力度，扎实推进供给侧结构性改革，加强绿色环保产业发展，带动一二三产业绿色升级，尤其是钢铁、造纸等工业产业绿色化改造，建设新一线城市绿色制造体系。

（3）提高绿色技术水平。改善技术水平对抑制环境污染作用最为显著，技术水平相对较低时，单位生产总值所承担的环境污染压力大，上述研究发现新一线城市在减少污染物排放量中，仍有较大技术进步空间。应提高资源利用效率，持续提高清洁生产水平，从末端治理转向源头管控，推动绿色技术创新，构建以市场为导向的绿色技术创新体系。