中國工業大氣污染的Ｌａｓｐｅｙｒｅｓ結構分解分析
2009-04-29 00:00:00尚紅云
財經問題研究 2009年3期
摘 要：本文基于投入產出分析方法，構建Laspeyres結構分解模型，將我國13個工業行業在1997—2002年間的三種大氣污染物排放量變動分解為技術進步效應、最終需求結構變動效應和最終需求總量變動效應，并實證研究技術因素和經濟因素對污染物排放變動影響的相對程度，研究結果表明，減少大氣污染物排放的最佳選擇是加快技術進步，從而為制定更具有針對性的減少污染物排放的策略提供了科學依據。
關鍵詞：工業大氣污染；投入產出分析；Laspeyres分解模型
中圖分類號：F223文獻標識碼：A文章編號：1000-176X（2009）03-0028-07
一、引 言
經濟增長與環境壓力之間的關系是復雜的。在環境污染問題的研究中，最常使用的方法包括因素分解法、描述性統計以及回歸分析。描述性統計主要是通過對行業產出及環境污染數據進行分析，總結經濟發展與環境污染的變化趨勢，得出污染物排放變化影響因素的定性結論。該方法方便直觀、易于理解，但分析相對簡單，而且不能得出定量的結論。回歸分析是分析環境質量變化的另一重要工具，該方法通過建立污染物排放量與其影響因素之間的回歸方程，利用數據回歸得出相應的結論。回歸分析不僅可以得出定量的結論，而且能將更多的因素納入到統一的框架中。但是，回歸分析往往只能得出各種因素對污染物排放的影響程度，而對污染物排放變化影響的說服力較弱，同時還存在數據處理、影響變量的甄別與提煉、回歸方程選擇等方面的問題。相比較而言，因素分解法更為直觀和簡捷，該方法直接將污染物排放變化量分解，能夠對影響污染物排放變化的因素進行定量分析，而且該方法數據處理也更為容易。
自20世紀70年代以來，基于投入產出（I-O）方法的結構分解分析（SDA）技術大量用于環境問題（尤其是CO2排放影響因素）分析。SDA方法是把一個綜合變量的變動分解為幾個影響因素，分析各個影響因素對此綜合變量變動的影響程度。同一變量的SDA形式有多種，就SDA的方法設計和改進方面，Shapely(1953)、Sun(1998)、Ang和Choi (1997)、Ang(1998)、Ang和Liu(2001)等學者做出了重要的貢獻。近年來，西班牙的兩位學者Jordi Roca和Mònica Serrano（2006）[1]利用SDA方法分析了西班牙1995—2000年9種（主要是N2O、CH4和NH3）大氣污染物排放變動的影響因素。結果表明：一方面，由于最終需求結構的變化，尤其是食品需求的相對遞減，收入增長伴隨著污染物排放強度的降低；另一方面，對于污染物SO2來說，技術進步的影響足以充分抵消本國經濟增長的影響，使污染物的排放大幅度減少。西班牙兩位學者的經驗分析充分說明了經濟增長和污染排放之間存在一種必然的聯系。目前在國外，因素分解法已成為分析污染物排放變化的常用工具。但迄今為止，利用結構分解分析法（SDA）研究我國環境與經濟增長關系的文獻還較為少見。
本文將基于投入產出分析原理，利用相關統計數據，構建污染物排放變動的一種SDA形式——Laspeyres分解模型，利用該模型對我國1997—2002年投入產出基準表每隔5年，即逢2、逢7年份編制一次，2002年投入產出表是現在可獲取的最新數據。期間的工業大氣污染物排放變動進行結構分解，剖析影響我國工業大氣污染物排放變動的技術、經濟因素，研究經濟增長對工業大氣污染物排放變動的影響程度。本文力圖為我國環境問題的研究提供一種方法框架，以便從宏觀上把握我國環境變化的影響因素和制定相關環境政策提供科學依據。
二、Laspeyres投入產出結構分解模型的構建及應用
（一）NAMEA體系下的投入產出分析
NAMEA（National Accounting Matrix including Environmental Accounts）是一個包括環境賬戶的國民經濟核算矩陣，在這個框架中，環境情況與經濟活動一起體現在國民經濟核算矩陣中。而NAMEA核算中最有成效的分析都是基于投入產出分析，投入產出分析不僅為經濟結構和經濟活動之間的關系問題提供理論框架，而且解釋生產和消費對自然環境的影響。早在20世紀70年代，列昂惕夫和其他學者就擴展了投入產出模型來研究經濟與環境的聯系，尤其是經濟增長所帶來的工業大氣污染問題（Leontief and Ford，1972）。
對于n個部門的標準的投入產出模型可以表達為：
q=(I-A)-1y（1）
q是n維列向量qn×1，是n個部門的總產出向量，y是n個部門的最終需求列向量yn×1，A是n×n的技術系數矩陣An×n，I是n×n的單位矩陣In×n，(I-A)-1稱為列昂惕夫逆矩陣，其元素反映外生最終需求向量任何變化對總產出的直接和間接影響。式（1）可以很容易地擴展為k種氣體污染物的核算。令Vk×n是k種工業大氣污染物的直接排放系數矩陣，其元素vlj(l=1，2，…，k;j=1，2，…，n)是j產業部門每單位產值產生污染物l的數量。對于給定的總產出向量q，工業大氣污染物排放水平可以表達為：
E=Vq （2）
將式（1）帶入式（2），整理得出工業大氣污染物排放量函數：
E=V（I-A）-1＝Fy（3）
Fk×n稱為總的污染物排放強度矩陣，依賴于Vk×n和列昂惕夫逆矩陣，這個矩陣在環境投入產出分析中非常重要，可以用來計算每個部門滿足一單位最終需求的總污染物排放量或排放乘數。擴展的環境投入產出模型（3）不僅可以識別導致污染產生的直接原因，還可以突出中間消耗的間接作用。需要說明的是在投入產出表中，每個產業的產品和服務都是同質的，技術系數矩陣An×n和直接排放系數矩陣Vk×n根據產業技術假設而計算，在這些假設下，一個產業的所有產品被假定為在相同的技術水平下生產。
（二）Laspeyres分解模型的推導
由公式（3）可得，在任何時期t污染物的排放量可以表達為：
Et=Vt(I-At)-1yt=［Vt(I-At)-1］［yt/(i′yt)］［i′yt］=Ftystyvt（4）
式（4）中的i′是n個1組成的行向量，以1997年為0期，2002年為t期，這兩個時期污染物排放量的變化可分解為：
式（5）中污染物排放總量的變化可以分解為三種影響因素的變化。第一種影響因素的變化稱為技術進步效應，包括V和列昂惕夫逆矩陣變動的聯合影響，稱為總排放強度或提供給不同貨物和服務的排放成本的變動，但也有些學者將這兩個與科技變化相關的因素分開考慮；第二種影響因素的變化Δyseffect是最終需求結構或成分的變化；第三種影響因素的變化Δyveffect是最終需求總量或水平的變化。
將污染物排放總量變動分解為不同因素變動的技巧有多個。最直接的分解方法是下面式（6）的分解法，即：
式（6）中，ΔFys0yv0表示最終需求結構、最終需求量不變的條件下，技術進步變動導致的污染物排放總量變動；F0Δysyv0表示技術不變、最終需求總量不變，最終需求結構變動所導致的污染物排放總量變動；F0ys0Δyv表示技術不變、最終需求結構不變，最終需求總量變動所導致的污染物排放總量變動。
式（6）的分解方法被稱為Laspeyres分解方法，分解結果被稱為Laspeyres分解模型。
（三）工業部門分類及價格調整
NAMEA體系的經濟和環境數據均來自不同統計口徑的產業部門，且經濟數據受價格的影響較大，所以需要重新進行工業部門分類和價格的調整。
1．工業部門分類處理
本文以SO2、煙塵和粉塵作為實證研究對象，利用投入產出表數據和經常性統計數據對影響這三種大氣污染物排放變動的各種因素進行測算。由于1997年投入產出表、2002年投入產出表、1997年大氣污染物排放年鑒統計表、2002年的大氣污染物排放年鑒統計表對應工業部門分類的統計口徑不同，為研究問題的需要，在此將四種統計口徑的工業分類經拆分與合并，最終分為采掘業等13個行業（如表1所示）。需要說明的是，其它工業行業包括木材加工及家具制造業、其它制造業、機械設備修理業和廢品廢料業。
2．價格調整
為消除價格的影響，以1997年工業價格指數為可比價格，將2002年各個工業部門的最終需求及總產出進行調整，所以，表1中2002年最終需求及總產出數據都是按照1997年工業品出廠價格指數調整之后得到的。
（四）工業大氣污染排放變動的影響因素分析
由式（6）的分解結果可以得出，我國工業大氣污染物排放變動的影響因素有產業結構調整效應、經濟增長效應和技術進步效應，這三種效應是影響我國工業大氣污染物排放變動的直接因素。將表1中經計算所得的13個工業部門三種影響因素相關數據帶入式（6），可以測算出技術進步效應、最終需求結構變動效應和最終需求總量變動效應分別為：
其中，Δe1、Δe2、Δe3分別為1997—2002年期間工業SO2、煙塵、粉塵的變化量（以噸為單位）。分解結果中第一部分技術進步效應ΔFeffect的符號顯示，技術進步效應導致2002年比1997年三種廢氣排放的減少，而最終需求結構變動效應、最終需求總量變動效應都導致三種廢氣排放的增加。在三種效應的綜合影響下，SO2多排放2 229 485．83噸，煙塵多排放1 026 471．81噸，粉塵減少1 021 173．14噸。但這種結構分解分析方法所得分解結果與三種廢氣的官方統計數據相差太大。原因在于方程（6）所示的Laspeyres分解方法并未給出完全的分解。當不同因素變化幅度較大時，“殘差”或更恰當地說三種影響因素“交互作用”的影響可能非常高。這就需要研究應用其它分解方法來盡量減少或消除這種“交互作用”的影響。
三、“精確”的Laspeyres分解模型及實證分析
為減少或消除上述交叉項的影響，可選擇的方法之一是計算Laspeyres方法（初始值）和Paasche方法（簡稱P氏方法，詳見Wier and Hasler，1999）（終值）的平均值，用這種方法計算，交叉效應仍然存在，但也許很小。另一種可選擇的方法是Dietzenbacher和Los(1998)的觀點：當考慮三種影響因素時，可能會有六種不同的精確分解形式，所有可能的形式都是等價的，也就是說沒有一種形式在理論上優于其它形式；不同的形式結果可能相差很大，所以，最好的選擇是計算所有六種精確分解形式的平均影響，這種平均精確地給出了如同Sun建議的相同結果（Hoekstra，2005）。第三種方法就是在Laspeyres方法計算基礎上，按照聯合創造、公平分配的原則在不同影響因素之間分配這種交互影響。Sun（1998）、Ang和Zhang(2000)稱這種選擇為“精確”的Laspeyres分解方法。本文采用這種“精確”的結構分解方法將式（6）重新表達為：
由表1中數據可以分別計算式（7）中技術進步效應、最終需求結構變動效應和最終需求總量變動效應，它們依次為：
進而，由技術進步效應、最終需求結構變動效應和最終需求總量變動效應的分解結果可以測算得出三種廢氣排放變動中三種效應的貢獻率，如表2所示。
由式（7）測算結果及表2中數據可見，技術進步效應減少了三種污染物的排放（這與包括庫茲涅茨假說在內的幾乎所有理論分析結論相同），最終需求結構效應增加了SO2和煙塵的排放，但減少了粉塵的排放，最終需求總量效應同時增加了三種大氣污染物的排放。
從數值大小上比較三種效應發現，技術進步效應的影響較其它兩種效應都大，同時減少了三種廢棄物的排放，其中二氧化硫排放減少40．4%，煙塵排放減少41．39％，粉塵排放減少53．45％；最終需求總量效應對三種氣體排放都產生了較大的正向影響，導致二氧化硫排放增加33．02％，煙塵排放增加33．33％，粉塵排放增加31．82％；而最終需求結構效應則對三種氣體排放變動的影響都較小。
就三種效應對三種氣體排放的貢獻來看，盡管技術效應對二氧化硫和煙塵排放減少的貢獻足夠大，但最終需求結構效應和最終需求總量效應的正向影響超過了技術效應的負向影響，導致二氧化硫和煙塵的排放都是增加的；對于粉塵來說，技術進步效應和最終需求結構效應之和超過了最終需求總量效應的影響，導致煙塵排放總量有所下降。三種效應的共同作用最終導致2002年比1997年二氧化硫排放增加4．71％，煙塵排放增加1．69％，粉塵排放減少23．86％。
四、結論與政策建議
（一）相關結論
由上述實證分析結果不難得出以下結論：技術進步效應可以緩解環境污染的壓力，最終需求結構變動效應對環境的影響比較復雜，最終需求總量效應加劇了環境的惡化。所以，減少大氣污染物排放的最佳選擇是加快科技創新，使技術進步效應足夠大，大到能夠抵消最終需求結構效應和最終需求總量效應的影響。
需要說明的是，上述“精確”的Laspeyres分解模型雖然極大地減少了三種廢氣排放變動的統計值和測算值之間的誤差，但誤差依然存在。本文僅是借助于這種方法來分析導致污染物排放變動的技術和經濟因素以及這些因素對污染物排放變動影響大小的相對程度，以便為提出更具有針對性的、減少污染物排放的策略服務。其他更精確的、更適合于中國環境問題的模型有待于進一步研究探討。
（二）加快技術創新、提倡節能減排的政策措施
能源燃燒后產生的煙塵和有害氣體，是造成大氣污染的主要原因之一。2007年6月國務院下發的《節能減排綜合性工作方案》要求采取一系列措施促進節能減排，其中最重要的一項就是依靠科技進步，加快技術開發和推廣。由此可見技術創新在污染減排中的重要作用。關于技術創新主體，英國經濟學家弗里曼（Chris Freeman）通過對日本案例的研究，認為在現代生活中，雖然企業是創新的主體，但由于創新所需要的要素日益增多，所需要的條件日益復雜，所以相當部分的創新僅僅依靠企業自身根本無法完成，還涉及到政府部門、科研機構和中介組織等，乃至有助于創新的政策體系、制度框架和決策機制。在此，充分結合我國國情和社會經濟發展特征，在大力實施科技振興環保戰略、加快建設環境科技創新工程方面，從政府、科技部門、企業和消費者角度重點提出如下政策建議，從而為污染減排提供全面和長期的科技支撐。
1．政府在節能減排、技術創新投入方面必須發揮主導作用
企業作為“理性經濟人”，其所從事的技術創新必須能夠給企業帶來經濟收益，即在客觀上要求該類技術的應用和商業化具有排他性、競爭性的特征。否則，對于具有非排他性或非競爭性的技術創新來說，創新的主體不是企業，而是政府。正是從外部效應角度考慮，污染減排的社會效益高于經濟效益，甚至會降低企業的經濟效益，沒有政府運用行政、法律和經濟手段的強力推進，難于取得實質性的進展。因此，政府可更多使用以價格和稅收為核心內容的經濟手段，激勵社會全體成員自覺減排；同時，也要注重運用法律手段規范各類主體行為[2]。此外，持續的科技支撐需要穩定的財政支持渠道和長效運行機制。在促進污染減排的科技創新投入方面，政府可以重點抓好以下幾點：建立減排科技投入的穩定增長機制，實施財稅優惠政策，支持國家實驗室和國家重點實驗室建設，推動產學研有機結合，保障重大科技專項順利實施；促進區域科技創新體系建設，積極開展減排投資試點，完善減排投資引導基金政策，拓展中小企業發展專項資金支持范圍；采取以獎代補等方式和強制政府采購政策，支持重點減排工程、中西部地區污水管網、污染減排監管體系等建設，加快建立促進減排新機制；而對于經濟欠發達但在減排科技投入方面做出突出貢獻的地區，中央財政可以給予適當的補助和獎勵。
2．科研部門應組織開展減排關鍵技術的研發、產業化示范和推廣
一是科研部門應加快開展典型行業污染控制技術研發，加強環境保護高科技領域創新團隊和研發基地建設，推進建立以企業為主體、產學研相結合的污染減排技術創新與成果轉化體系，攻克一批污染減排關鍵和共性技術。包括研究焦化廢水處理和無害化利用集成技術，以及焦化廢水回用技術；針對鋼鐵企業燒結機二氧化硫排放控制的技術難點，研究開發脫硫效率高、硫資源能夠得到充分回收利用的燒結機脫硫技術和副產品回收技術；研究循環流化床鍋爐二氧化硫及NOx污染治理關鍵技術，優化技術參數，研究循環流化床綜合脫硫、脫硝工藝方案等。二是針對火電、有色、鋼鐵等污染減排重點行業，科研部門要做好行業工藝、技術和污染治理技術的調查和評估工作，篩選其中對減排貢獻大、技術比較成熟、經濟可行的技術，進行典型示范，并在示范的基礎上進行推廣[3]。三是抓住當前知識經濟方興未艾和我國加入WTO的大好時機，加快產業結構調整，促進綠色產業發展。比如，通過技術創新生態化，積極推行生態農業、有機農業等可持續農業生產模式，使農業經濟與農業生態環境體系和諧、穩定、健康發展；開發與推廣清潔技術、無廢少廢工藝、污染預防技術等綠色技術，大力改造那些高度消耗能源、對環境造成嚴重壓力的傳統產業，利用國際發達國家的資金和先進技術，發展“環保＋效率”的新型工業經濟；大力支持發展高科技、無污染的新興產業，重點發展物質消耗低、附加值高的電子信息、生物工程、新材料等高新技術產業；加大環境保護投入，進行環保工程建設，擴大環境產品貿易，開展綠色技術的開發和產業化，提高21世紀的“朝陽產業”——環保產業的競爭力。對于新建和引進的開發項目，要嚴格環境要求標準，防止已淘汰的生產工藝、技術設備，甚至是危險廢物向我國轉移。
3．二氧化硫排放重點行業應積極設計減排方案
近些年來，雖然有些大氣污染物的排放量已逐步得到控制，但由此帶來的環境問題還是相當嚴重的，尤其是二氧化硫污染更是有增無減。由于煙塵和粉塵排放的控制技術較為成熟，控制目標較易實現，且資金投入相對較低，因此二氧化硫的減排問題是尤其值得關注的問題。
一些二氧化硫排放重點部門的過去和目前都為我國國民經濟做出了巨大貢獻，因此大幅度減少其產出規模不是最優選擇，要做的是加快技術創新，減少單位產出二氧化硫的排放量。以電力煤氣及水生產供應業為例（此行業二氧化硫排放量占13個行業二氧化硫排放總量的55％），短期來看，基于目前的經濟形勢，電力需求比較旺盛，所以直接減少發電量不現實。短期對產量的控制不可行的情況下，由于該部門的特殊性，需要考慮發電、供熱等的效率。我國目前的發電效率大概是35％左右，大部分的能源都浪費在鍋爐和汽輪發電機這些龐大的設備上，技術革新可以減少部分二氧化硫排放。另外，除硫技術進步也是解決途徑。長期來看，集中科技力量研究如何利用太陽能、風能、潮汐能和地熱等可循環能源，加快綠色能源創新與替代，可以有效減少二氧化硫排放。除電力煤氣及水生產供應業外，非金屬礦物制品業、金屬冶煉及壓延加工業、化學工業也都是二氧化硫排放大戶，也應重點采取相應的技術措施減少單位產出二氧化硫的排放量。
4．創新消費理念，倡導綠色消費
英國著名經濟學家馬歇爾曾指出：“一切需要的最終調節者是消費者的需要”。人類新的消費欲望誘導人們開發新產品，開辟社會生產新領域，因而消費引導技術創新的發展方向[4]。綠色消費作為一種健康、文明、科學的消費創新理念，是人類在取得巨大物質財富的同時，面臨環境污染、生存危機時所做出的理性選擇。綠色消費就是指消費者在決定是否購買某種商品或接受某種服務時，不僅要考慮商品的使用價值和消費需求的滿足，而且要考慮環保效應。綠色消費是學習后消費創新的典型。因此，我們必須做到充分利用各種新聞媒體，以群眾喜聞樂見的宣傳形式，大張旗鼓地宣傳綠色消費的意義，激發消費者的綠色消費意識，提高對再生產品的認可度，介紹綠色商品的識別和購買常識，培養綠色消費習慣，使消費者能正確處理好消費效益與綠色消費之間的辯證關系，做到寧愿多花一點錢也選擇綠色產品或接受綠色服務，即無公害、無污染、安全健康的產品和服務；運用經濟調節手段，調整社會收入分配結構，建立、健全社會福利保障制度，發展綠色消費信貸，或者政府投入一定財力，獎勵一定的綠色消費個人、社區和組織，引導人們購買消費綠色產品，或者改革財稅政策，對綠色產品實施財政補貼，對綠色產品生產企業實行減免稅支持，以增加綠色產品價格競爭優勢，培育綠色消費熱點。用消費者手中的貨幣選票淘汰那些不符合環保要求的產品，增加綠色產品的市場份額，引導生產者和創新者走技術生態化之路。
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Laspeyres Structure Decomposition Analysis
of Chinese Industry Atmosphere Pollution
Abstract：Based on I-O analysis method，the article adopts Laspeyres model to decompose the change of three atmosphere pollutions in thirteen industry departments to three effects between the year 1997 and 2002．The paper demonstrates the comparative influence of technological effect，final demand structure effect and final demand volume effect．The results indicate that the development of technology is the best selection to decrease pollutions，which will put forward scientific and pertinent evidence for making policy to decrease contamination emission．
Key Words：industry atmosphere pollution；I-O analysis；Laspeyres decomposition model
（責任編輯：韓淑麗）
注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。”
