地理集聚、城市規模與霧霾污染

摘要：文章基于城市經濟理論提出地理集聚、城市規模與霧霾污染之間的關系假說。隨后以地表PM2.5濃度反映霧霾污染程度，同時利用中國工業企業數據庫分別從產出、就業和資本這三大層面測度各城市制造業地理集聚水平，并運用城市面板數據實證檢驗和分析了地理集聚和城市規模對霧霾污染的動態影響。研究發現：地理集聚對霧霾濃度的影響呈現顯著的先揚后抑的倒U型特征，但目前中國大部分城市尚處于霧霾污染隨著地理集聚的提高而加劇的階段。同時，城市規模的擴張有助于緩解制造業集聚對霧霾污染產生的加劇作用。此外，地理集聚與城市規模對霧霾污染的影響在不同地區和不同規模的城市中表現出明顯的差異。

關鍵詞：地理集聚;城市規模;霧霾污染;倒U型關系

中圖分類號：F062;F299.2;X513

文獻標志碼：A

文章編號：1008-5831（2020）05-0030-13

隨著中國城鎮化和工業化水平的不斷提升，霧霾污染也逐漸呈現出影響范圍廣、治理難度大、發生頻率高等特點。數據顯示，2015年我國京津冀、長三角和珠三角等大型城市群出現霧霾的天數超過了100天，99.6%的中國城市PM2.5濃度超過了世界衛生組織的標準。日益嚴重的霧霾污染不僅嚴重威脅著居民的生活與健康，更是成為了阻礙吸引高端人才和經濟持續增長的重要因素。據日本媒體《產經新聞》報道，為了應對中國日益頻發的霧霾污染所導致生產成本的增加和勞動生產率的下降，在華日企正籌劃加快向東南亞遷移的進程。習近平總書記也多次強調，空氣質量關乎廣大人民群眾的生活質量和幸福感，治理霧霾是我國全社會刻不容緩的任務。

治理霧霾污染，首先需要我們了解引起霧霾的相關因素。眾所周知，盡管霧霾在一定程度上是由天氣所致，但根源上還是歸咎于我國長期不合理的能源結構和產業結構。從霧霾分布看，我國霧霾污染較為嚴重的地區往往是制造業規模較為龐大的東中部地區。根據環保部門的測算結果，在導致我國環境污染的排放物中，超過70%來自于制造業。不僅如此，近年來我國制造業企業的地理分布也呈現出非常明顯的向東部集中的特征和趨勢，并形成了較大規模的產業群和城市群。對于中國來說，霧霾與城市化和工業化的高速發展息息相關，大規模的制造業生產、持續不斷的建筑施工以及高密度的汽車尾氣排放，大大增加了當地空氣中細顆粒污染物。霧霾污染隨著城市化的不斷進行而日益嚴重。這不禁令人產生疑問，中國的制造業集聚和城市規模將會如何影響霧霾污染？

相比于以碳氧化合物排放為代表的空氣質量研究，由于霧霾測算數據的可獲得性等原因，經濟學領域關于導致霧霾污染的關鍵因素以及相應的政策研究近兩年來才逐漸得到部分學者的探討。在中國仍有相當長的工業化和城市化道路要走的經濟背景下，這就給我們提出了以下問題：在我國經濟集聚程度不斷提高和城市規模持續擴張的發展趨勢下，我國的霧霾污染是否將會隨著制造業企業地理集聚程度的持續增加而逐漸惡化？在地理集聚影響霧霾污染的過程中，城市規模的擴張又將扮演怎樣的角色？為此，本文將深入考察制造業地理集聚、城市規模與霧霾污染之間的關系，為更加準確和深入地了解我國城市結構對空氣質量的影響提供一定的經驗證據和政策啟示。

一、文獻述評

在導致霧霾污染的相關因素研究出現之前，以集聚為代表的城市結構與環境之間的關系已得到部分學者的探討，所得到的結論卻不盡一致。一種觀點認為，人口密度較高的地區由于通勤距離的減少以及公共交通運輸工具的有效利用使得空氣中碳氧化合物排放量相對較小，空氣污染壓力隨著人口密度和產業集聚的增加而減少。類似的，陸銘和馮皓的研究指出，隨著我國產業集聚由勞動密集型逐步向知識密集型和服務密集型轉型，經濟集聚有助于降低單位工業產出的污染強度。劉習平和宋德勇的證據表明，城市化過程中的產業集聚能夠顯著提高能源和資源的利用效率，環境污染現象也隨之得到緩解。然而，王興杰等以我國在第一階段實施新空氣質量標準的74個地級市為樣本的數據分析表明，人口密度提高導致城市在短時間內排放大量的大氣污染物是導致我國空氣質量快速下降的根本原因。Verhoef和Nijkamp的研究同樣顯示工業集中是產生包括空氣污染在內各類環境污染的重要因素。此外，還有一種聲音指出，經濟集聚對環境產生的影響呈現非線性特征。最具代表的是由Grossman和Krueger提出的“環境庫滋涅茨曲線”這一概念，即在經濟發展水平較低時，環境質量將隨著經濟增長而惡化;直至經濟水平達到一定程度之后，環境開始隨著經濟發展有所好轉。張可基于中國城市工業污染排放視角驗證了這一觀點。

近年來，隨著霧霾測度數據的可獲得性以及霧霾對我國經濟和居民生活的重大影響，從經濟學視角探討霧霾的影響因素及治理對策的研究也逐步豐富起來。在經濟發展層面，馬麗梅和張曉以及王敏和黃瀅分別基于省級和城市面板數據的實證研究發現我國霧霾濃度隨著地區經濟增長呈現顯著的先降后升的正U形發展趨勢。在能源結構方面，魏巍賢和馬喜立以及向堃和宋德勇的研究發現，煤炭消耗的增加將直接加劇當地霧霾污染，而電力能源的普及能夠有效地降低當地的霧霾濃度。在制度政策方面，李根生和韓民春認為，我國的財政分權制度能夠通過提高地方政府的治霾積極性改善地區霧霾污染。王書斌和徐盈之從企業投資偏好視角考察了環境規制治理霧霾的實現路徑。鑒于大量研究證實了經濟人口集聚對環境壓力的重要影響，加之我國霧霾形成的主要原因來自于制造業的過度排放，我們有理由相信制造業企業的地理集聚與當地霧霾污染之間存在密切聯系。而目前關于集聚與霧霾之間的直接研究則較為鮮見，即便涉及，也主要是從人口密度視角探討了霧霾與集聚之間的聯系，所得結論也不盡一致。比如邵帥等發現，人口的快速集聚加劇了地區的霧霾污染。與之相反的是，秦蒙等則認為，城市蔓延所導致的人口密度的減少增加了通勤距離，反而提高了當地PM2.5濃度。

人口密度與霧霾之間關系的研究結論之所以存在巨大差異，其原因可能在于經濟集聚在影響PM2.5濃度方面，同樣可能存在由規模經濟與市場擁擠之間此消彼長的動態關系形成的非線性特征。環境污染作為城市化和工業化初期的產物，往往是阻礙城市集聚的重要因素。但考慮到排污治理可能也存在著規模經濟現象，那么隨著城市化和工業化進程的持續深入，集聚也能夠成為緩解環境污染的有效途徑。從霧霾污染層面上看同樣如此，規模經濟表現為在集聚程度較高的地區治理氣體排放可能存在類似規模經濟的性質，帶來單位投入產出所排放的PM2.5的下降;與之對應的是，集聚引發的市場擁擠以及短期內企業之間的相互競爭和模仿，導致地區細顆粒排放量的急劇增加，引發了地區空氣中PM2.5含量的上升。因此，制造業企業的地理集聚對霧霾污染的影響可能存在非線性的影響特征和趨勢。

綜合來看，目前國內城市經濟集聚對霧霾污染的影響研究尚處于起步階段，特別是與霧霾污染息息相關的制造業集聚對PM2.5的影響研究更是鮮有。為此，本文通過構建考慮了行業關聯度的地理集聚指標，基于我國264個地級市數據探討制造業企業的地理集聚對地區PM2.5濃度的動態影響，以及城市規模在其中所發揮的協同作用。為我們準確理解地理集聚、城市規模與霧霾污染的關系以及制定相應的制度規章提供一定的經驗證據和政策啟示。

二、機制分析與模型設定

（一）機制分析

首先，對制造業企業集聚程度較低的多數城市來說，一方面，在制造業企業的地理集聚初期，規模效應占集聚外部效應中的主導地位，引致產能的快速擴張。在技術溢出和競爭篩選效應尚未充分發揮的情況下，這將直接導致資源和能源的消耗速度遠遠高于大氣承載能力，最終加劇了空氣中的PM2.5濃度。同時，經濟活動密集的區域往往伴隨著更高的房價和房租，從業者更傾向于居住在相對較遠的區域以減少支出，這無疑將大大增加通勤距離和私家車的使用力度，更多的能源消耗增加了空氣中細顆粒污染物的濃度。此外，制造業企業在集聚初期具有較高的建筑需求，在這期間建筑施工帶來的大量粉塵也加劇了區域霧霾污染。另一方面，當制造業企業集聚至一定程度，地理集聚的外部經濟效應愈發明顯并超過擁擠效應，企業的生產效率也隨之提升，特別是集聚后期帶來的明顯的技術溢出，有助于降低區域內單位投入產出所產生PM2.5的排放量。同時結合環境庫滋涅茨曲線，制造業企業的地理集聚對地區PM2.5濃度的影響可能呈現先揚后抑的倒U型特征。在此，本文提出第一個假設。

假設1：地區霧霾污染水平可能隨著制造業企業地理集聚程度的提高呈現先升后降的倒U型發展趨勢。

在制造業地理集聚持續加深的過程中，城市的人口規模也不可避免地隨之擴張。人口規模的擴張增加了能源的消耗和以PM2.5為代表的細顆粒污染物的排放量。如果城市生態環境的承載力未能與城市所產生的細顆粒排放量相匹配，那么城市人口規模的擴張很可能將導致霧霾污染的加劇。比如人口增加引致的房屋建筑工程的增加，以及對于以煤炭為主要供暖原料的北方城市，人口的增加必然帶來煤炭資源的大量消耗，空氣中的污染性顆粒物濃度也隨之增加。在此，本文提出第二個假設。

假設2：PM2.5濃度與城市規模之間存在正相關關系。

但與此同時，地理集聚和城市規模對霧霾的影響并非完全獨立，二者之間往往存在交互作用。部分研究指出，對于集聚外部經濟效應發揮較為充分的地區，較高的人口規模反而有助于通過提升經濟發展效率降低人均排放量。陸銘和馮皓也指出，大城市較為明顯的規模經濟和集聚經濟有助于減少單位工業產出所帶來的排放污染。不僅如此，較大規模的城市擁有相對完善的交通基礎設施、更為完善的環境治理政策以及更為明顯的集聚外部經濟效應，大城市的制造業集聚所造成的霧霾污染可能會相對輕微。因此，本文提出第三個研究假設。

假設3：較大的城市規模可能有助于緩解制造業集聚對霧霾污染產生的加劇影響。

（二）模型設定

根據以上分析，本文的計量模型設定如下：

模型（1）中，PM2.5_i，t表示城市i在t年的地表PM2.5濃度。density表示城市制造業企業的地理集聚水平。density²表示地理集聚指標的平方項，用以觀察地理集聚對霧霾污染的影響是否存在非線性特征。pop指代城市的常住人口規模。FDI表示各個城市每年實際利用的外商直接投資占地區GDP的比重。一方面，部分外資企業選擇在華投資的動機可能在于利用中國相對寬松的環境規制開展環境污染較為嚴重的生產活動，這無疑將加劇我國的環境污染;另一方面，外資企業能夠通過技術溢出和示范效應帶動本地企業的生產技術，進而改善企業的排污狀況。industry表示城市第二產業占GDP的比重，用來反映城市的產業結構。一般認為，一個地區的第二產業比重越高，意味著城市經濟在發展過程中消耗了更多的資源和能源，進而加劇了空氣中污染顆粒的數量和濃度。bus表示城市平均每萬人擁有的公共交通工具的數量，人均公共交通工具越多，意味著人均汽車尾氣排放就越少，這將在一定程度上緩解霧霾污染。pgdp表示城市的人均GDP，用以考察城市經濟發展水平與霧霾污染之間的關系。ε表示模型的殘差項。為了減少變量之間的異方差，模型中的PM2.5、density、bus、pop以及pgdp均以對數形式代入回歸方程中。

此外，為了考察城市規模與地理集聚對霧霾污染的交互影響，本文在模型（1）的基礎上設定如下實證模型：

三、指標構建與數據描述

（一）地理集聚測度

相比以往未考慮行業之間相關性的集聚指標。本文借鑒王永進和盛丹，在計算城市經濟活動密度的同時，重點考慮了各行業之間不同程度的關聯性，測度步驟如下。

第一步，基于中國工業企業數據庫，將制造業企業的就業、產出以及資本加總至城市×行業層面，并將該數據除以其所處城市的面積，得出城市c行業i的地理密度：

（二）霧霾污染測度和描述

本文選取地表PM2.5濃度來衡量霧霾污染。相比于PM10，PM2.5由于直徑更小，更容易被吸入肺部，對居民健康危害更大，這也是習近平總書記多次強調控制PM2.5污染是改善空氣質量的首要任務的原因。本研究的PM2.5數據來源于美國哥倫比亞大學社會經濟數據與應用中心提供的全球PM2.5地表年均濃度數據，本文運用Arcgis軟件將PM2.5地表濃度提取獲得我國地級市和直轄市的霧霾濃度，研究樣本覆蓋2001-2012年我國264個城市。樣本期內我國年均PM2.5濃度排名前10位的城市如表1所示。

同時，本文繪制了地理集聚與PM2.5濃度之間的散點圖和擬合曲線，如圖1和圖2所示。可以看出，擬合曲線呈現明顯的先升后降的倒U型特征，各個散點則較為緊密地分布在擬合曲線的周圍。這在某種程度上驗證了本文的假說1，即制造業地理集聚對霧霾污染的影響呈現先促進后抑制的特征和趨勢。

四、實證檢驗與分析

（一）全樣本檢驗與分析

為保證結果的穩健性，本文分別使用OLS、FGLS以及系統GMM對計量模型進行回歸和分析。同時，本文在系統GMM估計過程中所采用的工具變量為城市地表坡度、地表粗糙度以及地理集聚指標的滯后一期。模型（1）的全樣本估計結果如表2所示。列（1）至列（3）展示了基于就業集聚視角的估計結果，列（4）至列（6）則展示了基于產出集聚視角的估計結果。我們可以發現，集聚指標一次項的估計系數均為正數，相應的平方項的估計系數則為負數，且基本都通過了顯著性檢驗。以就業集聚為例，在列（1）至列（3）中，制造業地理集聚指標一次項的估計系數分別為0.002、0.066和0.079，同時相應的平方項的估計系數則分別為-0.001、-0.012和-0.01，以上系數均通過了顯著性檢驗。這表明我國制造業企業的地理集聚對霧霾污染的影響呈現先促進后抑制的倒U型特征和趨勢，假說1得到了驗證。同時，城市常住人口規模pop的回歸系數均顯著為正，這表明我國城市自身規模的擴張將會加劇霧霾污染，假說2得到了驗證。

在控制變量方面，外商直接投資FDI的估計系數均為正數，但僅在系統GMM估計中顯著，這意味著外商直接投資在一定程度上加劇了當地的霧霾污染。衡量工業占GDP比重的變量industry的估計系數均顯著為正，這表明工業生產比重越高的地區，其霧霾污染也越嚴重，此結果與主流觀點和現實感受相一致。人均擁有公共交通工具的變量bus的估計系數均為負數，但僅在系統GMM估計結果中顯著，這說明公共交通的普及可能在某種程度上改善PM2.5濃度，但作用不一定十分明顯。事實上，從北京、杭州在舉辦APEC和G20峰會期間周邊工廠停工所來帶的藍天白云可以看出，制造業的氣體排放可能才是引致霧霾污染的“元兇”。而人均產值pgdp的估計系數顯著為負，意味著目前我國PM2.5濃度隨著經濟發展而逐漸降低。雖然這一結果可能與我們平日里根深蒂固的“我國經濟增長導致環境污染”這一觀念大相徑庭，但事實上，總體看，近年來我國主要城市的霧霾污染并未隨著經濟的增長而出現惡化，反而表現出了不同程度的改善，這也意味著我國的經濟發展模式正在從集約粗放型向環境友好型逐漸轉變。

既然我國各城市的霧霾污染隨著制造業地理集聚程度的提高呈現出先升后降的趨勢，那么樣本中是否已經有城市的地理集聚超過了拐點，使得其PM2.5濃度開始隨著地理集聚的提高而下降呢？為此，本文根據歸回結果計算了拐點并與各城市的地理集聚指標相對比，發現2010至2012年間有部分城市的地理集聚超過了拐點，如表3所示。可以發現，我國已出現PM2.5濃度隨著制造業地理集聚加深而下降的城市，且數量也在逐年穩步增加。比如以就業集聚和資本集聚為例，2010年僅有4個城市超過地理集聚對霧霾污染由加劇轉為緩解的拐點，而到了2012年，已有7個城市超過了拐點，且以東部城市居多。但絕大部分城市仍處于霧霾污染隨著制造業地理集聚提高而加劇的階段。

（二）分區域檢驗與分析

考慮到我國不同區域之間制造業水平和氣候環境差異較大，本文接下來將樣本劃分為東部、中部和西部這三大區域進行分樣本檢驗，以觀察地理集聚對霧霾污染在不同區域之間的影響是否存在差異。表4從產出層面展示了地理集聚對PM2.5濃度的影響結果。我們可以看出，地理集聚對霧霾污染的倒U型影響主要存在于我國東部和中部地區。比如在列（1）至列（4）中，地理集聚指標的一次項估計系數均顯著為正，相應的平方項的估計系數則顯著為負，這意味著我國東部和中部地區的PM2.5濃度均表現出隨著制造業地理集聚程度的增加呈現先升后降的發展趨勢。而在西部地區樣本中，集聚指標的估計結果則不夠顯著。出現這種差異的原因可能在于，對于東部地區，受全球化的影響，工業制造業城市的分布集中于與外界聯系更為便利的東部沿海地區。同時我國中部地區是重要的煤炭產地，且由于歷史原因中部和西部地區存在著大量的工業城市，比如在1953-1957年的第一個五年計劃時期，中國建設了156個國家級大型工業項目，這些工業項目中超過半數分布在中部地區。這使得我國東、中部地區的制造業地理集聚與當地霧霾污染之間的關系密不可分。對于西部地區，由于其霧霾污染水平相對較低，且制造業企業的分布也較為分散，導致地理集聚與PM2.5之間的關系也相對較弱。

（三）分城市規模檢驗與分析

同時，本文考察了在不同規模的城市中，制造業地理集聚對霧霾污染的影響及差異，結果如表5所示。我們可以發現，二者之間的倒U型關系主要存在于中小型城市中，相比之下，大型城市的霧霾污染則隨著地理集聚的提高而得到改善。出現此結果的原因主要在于：一方面，當城市規模和集聚達到一定水平之后，規模經濟和知識溢出效應愈發明顯，加之集聚區域更為嚴格的環境規制和監督，使得在規模較大的城市中，制造業的集聚能夠有效地改善當地霧霾污染;另一方面，大型城市中往往存在非常明顯的選擇效應，即只有生產效率和技術水平較高的企業才能夠在本地生存，這無疑有助于降低區域內的污染排放。

（四）地理集聚與城市規模的協同效應檢驗

城市制造業集聚形成過程中往往伴隨著人口規模的擴張，為此，本文接下來探討城市規模與地理集聚對PM2.5濃度的協同影響，估計結果如表6所示。可以發現，不論是就業、產出還是資本層面的集聚，集聚指標一次項和平方項的回歸系數均分別顯著為正和顯著為負，同時集聚與人口規模交互項的回歸系數則顯著為負。以系統GMM為例，就業、產出和資本集聚一次項的回歸系數分別為0.115、0.162和0.076，交叉項的回歸系數分別為-0.001、-0.008和-0.007。這表明較大的城市規模有助于緩解制造業地理集聚帶來霧霾污染。假說3得到了驗證。城市規模和地理集聚之所以能夠共同緩解霧霾污染，其原因主要有二：一方面，人口眾多的大城市更容易通過本地市場效應促進制造業集聚產生規模經濟，同時，較大規模的城市往往擁有更為完善的基礎交通設施和更為嚴格的環境規制，這些因素均有助于降低制造業單位產出所導致的PM2.5排放量，進而緩解地區霧霾污染。另一方面，較大人口規模的城市往往呈現多中心聚集的特征和趨勢，城市內部多個制造業次級中心和生產性服務業的互動能夠在不增加通勤距離的情況下有效地促進集聚經濟效應的發揮和生產技術的提升，進而降低地區PM2.5的排放濃度。

接下來，本文進一步分地區和城市規模考察我國城市規模與地理集聚對霧霾污染的協同影響是否存在差異。為避免贅述，本文僅以產出集聚為例，展示了城市規模和地理集聚對霧霾污染的協同影響。根據表7可以看出，我國東部和中部地區的城市規模與地理集聚對PM2.5濃度產生了顯著為負的協同影響，相比之下，西部地區則截然相反，呈現不夠明顯的正向影響。這表明我國東部和中部地區城市規模的擴張有助于緩解制造業集聚初期帶來的霧霾污染，而西部地區城市規模的擴張在某種程度上加劇了地理集聚帶來的霧霾污染。此外，地理集聚與城市規模對小城市的霧霾污染產生了顯著的負向協同作用，相比之下，此協同效應在大中城市中并不明顯。這意味著小城市人口規模的擴張能夠顯著地緩解地理集聚帶來的霧霾污染。以上結果可能是由地區之間地理集聚和城市規模所處發展階段的不同所致。

五、結論與政策建議

對于中國來說，霧霾與城市化和制造業的高速發展息息相關。為此，本文基于我國地級市數據深入探討了制造業地理集聚、城市規模與霧霾污染的關系。本文首先量化了2001-2012年我國各城市的PM2.5濃度，同時勾勒出各城市制造業企業的地理集聚水平。然后，通過多種回歸方法檢驗了地理集聚與城市規模對霧霾污染的影響，結果發現：（1）地理集聚對PM2.5濃度的影響呈現先促進后抑制的倒U型影響特征，“環境庫滋涅茨曲線”在地理集聚與霧霾污染之間同樣成立，但目前我國絕大部分城市的霧霾污染處于隨著地理集聚的提高而加劇的階段。（2）地理集聚與城市規模對PM2.5濃度的協同影響顯著為負，即較大的城市規模有助于緩解制造業集聚對霧霾污染產生的加劇影響。（3）地理集聚對霧霾污染的倒U型影響主要存在于我國東部和中部地區以及中小城市中，西部地區的霧霾污染與地理集聚之間的關系尚不明顯，大城市的霧霾污染則隨著集聚的深化而得到緩解。（4）在東部和中部地區，城市規模的擴張有助于緩解地理集聚對霧霾污染的加劇影響，而在西部地區，地理集聚與城市規模對霧霾污染的協同作用并不顯著。

針對以上研究結論，本文提出如下政策啟示。

首先，動態看待和處理制造業集聚與霧霾污染之間的關系。盡管目前我國大部分城市尚處于霧霾污染隨著制造業地理集聚的提高而加劇這一發展階段，但從長期看，提高制造業地理集聚具有促發展和減污染的雙重紅利。對于地理集聚水平較低的城市，應當采取有效措施鼓勵和引進制造業企業（特別是技術密集型企業）投資生產，打造緊湊型的制造業空間布局，以促成更多的城市進入集聚減排區間。

其次，在地理集聚與霧霾治理過程中要重視區域和城市差異。比如，東、中部地區以及中小規模城市在加快制造業地理集聚的同時，通過合理有序地擴張城市規模進一步發揮其對霧霾污染的抑制作用;大城市則可以逐步發展次級中心區域或者產業園區，更高程度地發揮地理集聚的減排效應。相比之下，西部地區在霧霾污染對制造業集聚的敏感度較低的現狀下，應當大力支持本地發展戰略性新興產業、旅游服務業以及綠色農業等，降低對勞動密集型制造業的依賴程度。在此過程中，地方政府還需注意適當地控制城市規模的過度擴張。

最后，各地在城市化過程中需逐步消除對人口和經濟集聚的政策阻礙。消除市場分割，促進生產要素在城鄉之間乃至區域之間的自由流動，更多地通過市場力量改進要素的空間配置和使用效率，減少工業顆粒排放，達到借助地理集聚的外部經濟效應實現節能減排的目標。此外，要實現區域內制造業集聚與空氣質量的協調，地方政府還需借助環境規制和政策優惠的雙重激勵作用，鼓勵和推動制造業企業逐步摒棄傳統粗放式、高污染的生產模式，加快步入黨的十九大強調的新型工業化道路。

（責任編輯 傅旭東）