集聚外部性對城市環境庫茲涅茨曲線的影響研究*

張晉瑋

內容提要：文章通過擴展新型庫茲涅茨模型，運用空間計量模型,以中國270個地級市2003—2016年面板數據為研究對象，研究了城市環境庫茲涅茨曲線(EKC)是否存在以及集聚外部性對環境EKC曲線形狀和轉折點的影響。研究結果發現：全國、不同區域以及大城市、中等城市的環境EKC曲線形狀均為倒U型，且各樣本環境EKC曲線的轉折點存在顯著差異；Mar外部性的引入會使全國、東部地區、中部地區、大城市和中等城市的倒U型曲線右移，轉折點推遲到來，使西部倒U型曲線左移，轉折點提前到來，對小城市的影響不顯著；Jac外部性的引入會使全國、東部、中部、大城市和中等城市的倒U型曲線左移，轉折點提前到來，對西部地區和小城市的影響不顯著。同時產業結構、城鎮化水平、技術水平以及外商直接投資都對環境污染產生影響。因此，加強城市聯合治理，全面協調城市間的經濟和環境政策，促進資源在城市間的有效配置，增強技術和知識溢出效應，并以多樣化集聚方式為主，協調專業化集聚，是各城市提升環境質量、實現經濟與環境協同發展的有利選擇。

改革開放40多年來，中國經濟持續快速發展，而環境問題也日益凸顯，成為制約各地區經濟發展的瓶頸。而產業集聚作為城市經濟發展的動力之一，其規模經濟效應、競爭創新效應以及技術溢出效應等正外部性在推動城市經濟發展的同時，也有利于改善城市環境質量和提升資源利用效率，但是產業集聚的負外部性也導致環境污染排放增加、資源過度損耗、環境治理難度加大等問題，阻礙了城市經濟的綠色可持續發展。因而，重新審視節能減排約束下各城市產業集聚、經濟增長與環境污染的關系及區域差異，對于推進我國各城市向資源節約、環境友好型社會的轉變具有重要意義。

一、文獻綜述

目前，國內外學者對環境庫茲涅茨曲線存在性、形狀、轉折點以及影響因素的研究均存在不同的看法。早期，以Meadows等為代表的學者認為經濟增長與環境資源之間存在此消彼長的轉換關系。(1)Meadows,D.H.,Meadows,D.L.,and Randers,J.,et al.,The Limits to Growth,Universe Books,New York,1972.但很多學者對此觀點產生質疑，Goeller和Weinberg認為，隨著經濟發展方式、技術水平以及環境投入的增加，兩者可以實現相互促進。(2)Goeller,H.E.,and Weinberg,A.M.,The Age of Substitutability,The American Economic Review,1978,68(6),pp.1-11.由于監測技術的提高，諸多監測數據不斷完善和補充，國內外學者對不同環境污染物進行實證檢驗。最先由Grossman和Krueger研究發現，SO2等污染物與收入水平呈現倒U型，(3)Grossman,G.M.,and Krueger,A.B.,Environmental Impacts of a North American Free Trade Agreement,NBER Working Paper,No.3914,1991.而后Arrow等的研究發現經濟增長(收入)與環境污染之間的關系也呈現倒U型，與Kuznets的研究極為相似，所以被稱為環境庫茲涅茨曲線(EKC)。(4)Arrow,K.,Bolin,B.,and Costanza,R.,et al.,Economic Growth,Carrying Capacity,and the Environment,Ecological Economics,1995,15(2),pp.91-95.環境EKC曲線說明，在工業發展初期，人們較多地關注經濟增長和居民收入，很少關注環境問題，隨著經濟發展和人們收入水平的提高，居民更加關注健康，而環境污染的增加會導致很多疾病發生，所以居民對環境的關注程度也開始上升，促使政府加大對環境保護的投入力度和對環境污染排放行為的監管和懲罰，使得環境污染排放隨著經濟發展呈下降趨勢。很多學者基于環境EKC曲線開始對經濟和環境兩者的關系進行研究。Stem通過使用不同的污染物和方法對環境EKC曲線進行驗證，發現兩者關系并非僅僅是簡單的倒U型，也可能出現其他形狀。(5)Stern,D.I.,The Rise and Fall of the Environmental Kuznets Curve,World Development,2004,32(8),pp.1419-1439.很多學者選擇不同的樣本和檢驗方法對兩者的關系進行了驗證，結果出現了線性(6)Holtz-Eakin,D.,and Selden,T.M.,Stoking the Fires,CO2 Emissions and Economic Growth,Journal of Public Economics,1995,57(1),pp.85-101;曹光輝、汪鋒、張宗益等：《我國經濟增長與環境污染關系研究》，《中國人口·資源與環境》2006年第1期。、倒U型(7)Cole,M.A.,US Environmental Load Displacement:Examining Consumption,Regulations and the Role of NAFTA,Ecological Economics,2004,48(4),pp.439-450;包群、彭水軍：《經濟增長與環境污染: 基于面板數據的聯立方程估計》，《世界經濟》2006年第11期。、U型(8)Tsurumi,T.,and Managi,S.,Decomposition of the Environmental Kuznets Curve:Scale,Technique,and Composition Effects,Environmental Economics and Policy Studies,2010,11(1),pp.19-36;王敏、黃瀅：《中國的環境污染與經濟增長》，《經濟學》2015年第2期。以及N型(9)Friedl,B.,and Getzner,M.,Determinants of CO2 Emissions in a Small Open Economy,Ecological Economics,2003,45(1),pp.133-148;馬樹才、李國柱：《中國經濟增長與環境污染關系的Kuznets曲線》，《統計研究》2006年第8期。等不同的曲線關系。

在環境EKC曲線研究的基礎上，很多學者開始研究法律(10)Castiglione,C.,Infante,D.,and Smirnova,J.,Rule of Law and the Environmental Kuznets Curve:Evidence for Carbon Emissions,International Journal of Sustainable Economy,2012,4 (3),pp.254 -269.、腐敗(11)Cole,M.A.,Corruption,Income and the Environment:An Empirical Analysis,Ecological Economics,2007,62(3),pp.637-647.、市場化(12)李靜、馬瀟璨：《地區市場化進程對EKC轉折點的影響研究》，《工業技術經濟》2014年第11期。、環境規制(13)張華明、范映君、高文靜等：《環境規制促進環境質量與經濟協調發展實證研究》，《宏觀經濟研究》2017年第7期。等因素對環境EKC曲線形狀及轉折點的影響。從集聚外部性視角對環境EKC曲線影響的研究較少，目前學者的研究主要集中在產業集聚對環境污染的影響。一些學者認為，產業集聚會抑制環境污染。Zeng等研究發現，產業集聚規模的增加會降低污染治理成本，進而導致環境污染排放減少。(14)Zeng,D.Z.,and Zhao,L.,Pollution Havens and Industrial Agglomeration,Journal of Environmental Economics & Management,2009,58(2),pp.141-153.Dean等認為產業和要素的集聚可以有效改善城市環境。(15)Dean,J.M.,Lovely,M.E.,and Wang,H.,Are Foreign Investors Attracted to Weak Environmental Regulations?Evaluating the Evidence from China,Journal of Development Economics,2009,90(1),pp.1-13.李筱樂利用省際面板數據，運用門檻面板模型研究發現，產業集聚和環境污染呈現倒U型曲線關系，產業集聚達到一定水平會抑制環境污染。(16)李筱樂：《市場化、工業集聚和環境污染的實證分析》，《統計研究》2014年第8期。張可和豆建民認為產業集聚的規模效應在一定程度上可以節約環境消耗。(17)張可、豆建民：《集聚對環境污染的作用機制研究》，《中國人口科學》2013年第5期。李勇剛和張鵬利用聯立方程模型，實證分析了產業集聚與環境污染的關系，結果發現兩者之間呈現U型曲線關系，且目前我國正處于U型曲線的左邊，即產業集聚對環境污染產生了抑制作用。(18)李勇剛、張鵬：《產業集聚加劇了中國的環境污染嗎？》，《華中科技大學學報》2013年第5期。劉勝和顧乃華研究發現，產業集聚可以通過發揮技術溢出效應減少城市的工業污染排放。(19)劉勝、顧乃華：《行政壟斷、生產性服務業集聚與城市工業污染——來自260個地級及以上城市的經驗證據》，《財經研究》2015年第11期。也有學者認為產業集聚會加劇環境污染。Frank認為工業集聚與環境污染之間的關系為正。(20)Frank,A.,Moussiopoulos,N.,and Sahm,P.,et al.,Urban Air Quality in Larger Conurbations in the European Union,Environmental Modelling & Software,2001,16(4),pp.399-414.Hosoe和Naito認為由于產業集聚而帶來的規模增加和技術溢出會使得環境污染排放增加。(21)Hosoe,M.,and Naito,T.,Trans-boundary Pollution Transmission and Regional Agglomeration Effects,Papers in Regional Science,2010,85(1),pp.99-120.劉滿鳳和謝晗進通過研究發現，經濟集聚在一定程度上會使得環境污染的集聚加劇。(22)劉滿鳳、謝晗進：《中國省域經濟集聚性與污染集聚性趨同研究》，《經濟地理》2014年第4期。尚海洋和毛必文基于IPAT模型研究發現，隨著全國產業集聚水平的提高，環境污染會加劇。(23)尚海洋、毛必文：《基于IPAT模型的產業集聚與環境污染的實證研究》，《生態經濟》2016年第6期。而閆逢柱等則認為由于受經濟發展、收入水平以及環保標準等多種因素影響，環境污染和產業集聚之間并沒有明確關系。(24)閆逢柱、蘇李、喬娟：《產業集聚發展與環境污染關系的考察——來自中國制造業的證據》，《科學學研究》2011年第1期。

既有研究多關注經濟與環境之間存在何種曲線關系，峰值出現于何處，集聚是否導致環境污染這些議題，忽略了經濟和環境的空間溢出效應以及其他因素的影響，而很少有學者研究集聚外部性、FDI、制度安排等因素對環境EKC曲線的影響?；诖?，本文以全國270個地級市2003—2016年的數據為樣本，在擴展新型庫茲涅茨模型基礎上，利用空間面板模型分析了城市環境EKC曲線是否存在，轉折點有何差異，而后從專業化集聚和多樣化集聚兩個層面分析了集聚外部性對環境EKC曲線形狀及轉折點的影響及差異，為當前各城市發揮集聚的減排效應、跨越環境EKC曲線、實現經濟發展與生態環境的協同發展提供政策建議。

二、模型構建與指標選取

(一)空間相關性檢驗

本文運用Stata11.1軟件，選用Geary's C和Moran's I兩個指數來驗證空間相關性及其程度(見圖1)。

圖1 2003—2016年城市工業二氧化硫排放強度的Moran's I和Geary's C指數及其變動

結果表明，2003—2016年，全國各城市工業二氧化硫排放的Moran's I指數和Geary's C指數均大于0小于1，并且通過了顯著性檢驗，Moran's I指數顯著為正，說明我國270個城市的工業二氧化硫排放存在顯著的正相關，每個城市的工業二氧化硫排放不僅受其經濟發展水平、環境政策、技術水平等因素的影響，也會受到相鄰城市的影響，且這種影響會隨著空間距離的變化而發生變化，一些相鄰城市的工業二氧化硫排放還出現了集聚特征。

(二)實證模型

國內外很多學者大部分采用傳統EKC方程來研究環境EKC曲線，為了避免傳統方法出現的非線性轉換問題，本文基于Bradford等提出的新型EKC模型進行擴展分析：(25)Bradford,D.F.,Fender,R.A.,and Shore,S.H.,et al.,The Environmental Kuznets Curve:Exploring a Fresh Specification,Contributions in Economic Analysis & Policy,2005,4(1),pp.1-28.

(1)

式(1)中，P表示環境污染，t表示研究對象的時間區間，g表示人均GDP增長率，y表示各城市的人均GDP，y*表示EKC曲線轉折點處的人均GDP。如果滿足g>0，α<0，當y0，說明環境污染處于遞增階段，當y>y*時，?Ρ/?t<0，說明當經濟發展達到峰值y*后開始呈現逐漸下降的趨勢。綜上分析，如果α<0，且通過了顯著性檢驗，說明環境EKC曲線為倒U型，否則為U型。為了用實證方法進行分析，對式(1)積分可得：

P=α(y-y*)gt+β

(2)

為了消除各指標數量級和量綱的差異以及各影響因素的影響，對式(2)擴展得：

(3)

為了進一步研究集聚外部性對環境EKC曲線的影響，這里假設yi*是集聚外部性Ai的線性函數：yi*=γ1+γ2Ai。由于城市之間環境污染空間依賴和空間溢出的存在，同時根據Moran's I和Geary's C指數結果可知應該建立空間面板計量模型進行分析，那么根據式(3)，空間面板滯后模型(SLM)為：

Ln(ep)it=βi+βt+ρWkLn(ep)it+β1yigit+β2git+β3Ai*git+βkZit+εit

(4)

空間面板誤差模型(SEM)為：

Ln(ep)it=βi+βt+β1yigit+β2git+β3Ai·git+βkZit1+εit

(5)

(三)指標說明及數據來源

控制變量：產業結構(is)、城鎮化率(ur)、技術水平(tl)以及外商直接投資(fdi)。其中，產業結構用第二產業產值占GDP比重表示，城鎮化率用城鎮人口在總人口中所占比重表示，對于技術水平采用單位GDP電耗來表示，即全社會用電量/GDP。

本文選取我國270個地級市2003—2016年的數據為研究對象，主要數據均來源于《中國城市統計年鑒》，部分缺失的數據本文主要運用線性插值法或均值來填補。

三、實證分析

(一)環境EKC曲線的存在性檢驗

表1 環境EKC曲線存在性檢驗的估計結果

本文將從城市區位和城市規模兩個層面將樣本細分為東部地區、中部地區、西部地區、大城市、中等城市以及小城市分別進行EKC檢驗，并在此基礎上探討集聚外部性對環境EKC曲線影響的區域差異。運用軟件Stata11.1對全國樣本進行實證檢驗(結果見表1)。首先，通過Hausman檢驗發現OLS模型的固定效應優于隨機效應。其次，就模型總體顯著性而言，自然對數的似然值(LogL)越大，赤池信息(AIC)、貝葉斯(BIC)的值越小，表明該模型的擬合效果越好，表中，SLM模型的LogL值最大，AIC和BIC值最小，故采用SLM模型進行實證分析。根據SLM和SEM模型的實證結果可以發現，空間滯后和誤差系數ρ、λ均為正，且通過了顯著檢驗，說明城市之間的環境污染存在空間溢出效應，且溢出效應為正。ygt的系數符號均為負，說明人均GDP與城市環境污染之間存在倒U型曲線特征，即在經濟發展初期，經濟發展會加重環境污染排放，隨著經濟發展方式的轉變，經濟的發展對環境污染開始產生抑制作用。

表2 不同區域及規模環境EKC曲線存在性檢驗的估計結果

對于全國、東部地區、中部地區、西部地區、大城市和中等城市，ygt的系數符號均為負，說明人均GDP與城市環境污染排放強度之間存在倒U型曲線特征，小城市ygt的系數沒有通過檢驗，說明U型和倒U型曲線均不存在。雖然全國、不同區域以及大城市、中等城市環境污染與經濟發展之間均呈現倒U型曲線關系，但是其轉折點卻各不相同。全國環境污染隨人均GDP增加而發生變化的轉折點為2.8767萬元。就城市區位而言，東部、中部和西部地區分別為3.2844萬元、2.4959萬元和2.3048萬元，這說明，對于經濟發達程度、社會結構和生活質量都顯著優于中西部地區的東部地區，倒U型環境EKC曲線轉折點大于全國的y*，位于人均GDP較高的位置；其中，2003—2016年東部地區有53%的城市人均GDP均值超過了3.2844萬元的轉折點，已經處于倒U型環境EKC曲線經濟與環境良性循環的下降階段，尚有47%的城市還處于EKC曲線的上升階段。而對于欠發達的中部和西部地區，倒U型環境EKC曲線轉折點位于人均GDP較低的位置，均低于全國的y*；其中，中部地區有42%的城市人均GDP的均值超過了2.4959萬元的轉折點，還有58%的城市處于EKC曲線的上升階段，而西部地區有36%的城市超過了2.3048萬元的轉折點，還有64%的城市未達到該轉折點，仍舊處于倒U型環境EKC曲線的上升階段。就城市規模而言，大城市和中等城市的轉折點分別為2.0000萬元和2.4794萬元，其中，有超過60%的大城市人均GDP的均值已經達到2.0000萬元，仍有40%還未達到；而對于小城市而言，88%的城市均已達到2.4794萬元的轉折點，進入EKC曲線的下降階段，只有12%的城市還未達到轉折點。這說明，雖然小城市的轉折點要晚于大城市，但是達到轉折點的城市比重卻相對較多，這是因為相對于大城市和中等城市，我國很多小城市都是由縣城和集鎮演變而來，雖然有了一定的人口數量、經濟基礎和空間規模，但大都面臨著基礎設施建設滯后、吸納人口過少、產業發展乏力、社會服務水平低等問題的困擾，生態空間也處于城市和農村的交接部位，再加上小城市工業企業少，工業污染相對較少，由于人口少、基礎設施不健全，汽車尾氣排放也少，因此，環境污染排放遠低于大城市，達到轉折點的城市數量較多。小城市是城和鄉的紐帶，是推進新型城市化的戰略節點，在城鄉發展過程中起著承上啟下的作用。目前，全面提升小城市的環境質量水平，是建設更加宜居、更有特色、更富活力小城市的必由路徑。

城市環境污染排放強度也受其他變量的影響：產業結構對環境污染的影響為正，說明隨著第二產業比例的增加，資源消耗不斷增加，環境污染日趨嚴重；城鎮化率與環境污染的關系呈現負相關，說明隨著城鎮化率的提高，環境污染有所下降；單位GDP電耗的系數為正，而單位GDP電耗與技術水平呈負向變化，所以環境污染會隨著技術水平的提高和改進而減少；外商直接投資與環境污染的系數為正，說明FDI加劇了城市環境污染，“污染天堂”假說成立。

(二)集聚外部性對環境EKC曲線的影響及區域差異分析

本文在原有模型基礎上加入了專業化集聚和多樣化集聚來研究集聚外部性對環境EKC曲線形狀及轉折點的影響，實證結果顯示(見表3)，引入代表集聚外部性的兩個變量對EKC曲線的形狀影響不大，但對其轉折點的影響存在顯著差異。

表3 集聚外部性對環境EKC曲線影響的估計結果

根據表3的估計結果可知，就全國而言，隨著Mac外部性的引入，使得γ1=-β2/α>0，γ2=-β3/α>0，說明隨著專業化集聚水平的提高，會使得倒U型EKC曲線的轉折點右移，即使得倒U曲線下降階段推遲到來。Jac外部性的引入，使得γ1=-β2/α>0，γ2=-β3/α<0，說明隨著多樣化集聚水平的提高，會使得倒U型EKC曲線的轉折點左移，即使得U型曲線的上升階段提前到來。東部地區、中部地區、大城市和中等城市隨著Mac外部性的引入，γ1=-β2/α>0，γ2=-β3/α>0，使得倒U型EKC曲線的轉折點右移；西部地區γ1=-β2/α>0，γ2=-β3/α<0，使得倒U型EKC曲線的轉折點左移；小城市β3沒有通過顯著性檢驗，Mac外部性的影響尚不明確。這可能是因為在政策支持、成本優勢、市場需求等方面的巨大差異，使得我國大部分行業主要集聚在東部和中部地區的大城市，特別是東部地區城市的平均集聚水平明顯要比中西部地區城市的集聚水平高很多。對于東部和中部地區的大城市而言，隨著專業化集聚水平的提高，同質化企業集聚越來越多，這種“企業扎堆”集聚形式，導致能源消耗過度，不利于減少環境污染排放量。而且，很多城市的專業化集聚主要是幾個國有大型企業集聚，具有很大的壟斷勢力，其生產效率和創新水平較低，不利于環保相關技術的研發與應用，進而導致環境污染排放量增加。對于西部地區而言，產業集聚水平非常低，發展滯后，環境污染排放量相對較小，所以，通過西部大開發等政策推動，提升專業化集聚水平，有利于通過污染治理規模效應、中間品和勞動力共享、技術溢出效應等對環境質量改善產生正面作用。

隨著Jac外部性的引入，全國、東部地區、中部地區、大城市和中等城市，γ1=-β2/α>0，γ2=-β3/α<0，說明Jac外部性會減小經濟發展帶來的環境壓力，使得倒U型EKC曲線的轉折點左移；西部地區和小城市β3沒有通過顯著性檢驗，Jac外部性的影響尚不明確。這可能是因為東部和中部地區很多大中城市多樣化集聚水平較高，產業結構也趨于多樣化，企業間的交流、合作也相對較多，這樣，環境資源的利用效率也較高；同時多樣化集聚也可以通過勞動力風險分擔、知識和技術共享以及循環經濟效應等，促進清潔技術的研發與應用，進而減少環境污染排放。

四、結論與啟示

本文基于Bradford等提出的新型EKC模型，利用空間面板模型分析了城市環境EKC曲線是否存在，而后從專業化集聚和多樣化集聚兩個層面分析了集聚外部性對環境EKC曲線及轉折點的影響，得出以下結論：(1)城市之間的環境污染存在顯著的空間溢出效應，且溢出效應為正。(2)全國、不同區域以及大城市、中等城市的環境庫茨涅茨曲線的形狀均為倒U型，小城市U型和倒U型曲線均不存在，且各樣本環境EKC曲線的轉折點存在顯著差異。(3)專業化集聚的引入會使全國、東部地區、中部地區、大城市和中等城市的倒U型曲線右移，轉折點推遲到來，使西部倒U型曲線左移，轉折點提前到來；多樣化集聚的引入使全國、中部、大城市和中等城市的倒U型曲線左移，轉折點提前到來，對西部地區和小城市的影響不顯著。(4)產業結構、城鎮化水平、技術水平以及外商直接投資均對環境污染產生了不同影響。

基于以上結論，提出以下建議：(1)各城市防治污染不能各自為戰，應該加強城市聯合治理，全面協調城市間的經濟和環境政策，促進資源在城市間的有效配置，增強技術和知識溢出效應，進而提升各城市的環境質量水平。(2)對于東部地區、中部地區、大城市和中等城市而言，應該調整和優化產業結構，根據各城市的環境容量和產業發展情況，加快發展戰略性新興產業，淘汰高能耗、高污染、低技術的企業，努力實現科技創新與產業化相結合，加快形成新的經濟增長點。對于還沒有達到人均GDP轉折點的城市，應該吸取先發展后治理的教訓，采取環境保護和經濟發展兩手抓的方式，嚴把產業政策關、資源集約關和環境保護關，實現增產不增污，在促進經濟健康發展的同時，降低環境污染排放，縮短傳統經濟增長的時間區間，盡快達到污染排放的轉折點，實現經濟發展與環境保護的雙贏。(3)從降低環境污染排放的角度出發，各個城市都應該充分發揮專業化和多樣化集聚的正外部性，重點發展多樣化集聚，協調專業化集聚，而對于承接產業轉移的一些中西部城市，應該根據本地區產業基礎完善產業準入機制，對進駐的產業嚴格甄選，在產業專業化與多樣化之間找到合理的均衡點，大力提升產業的相關多樣性，實現產業聯動發展，減少環境問題的發生。當然，工業污染防治也要根據不同區域、不同城市規模、不同污染類型采取具有差異化的集聚形式。(4)隨著全國各城市環境問題的日趨嚴重，各城市要優化產業結構，加大研發投入，合理引進外資，竭力發展先進節能減排技術，提高資源利用率，推進各城市走集約、智能、綠色、低碳的新型城鎮化道路。