基于產業鏈分析的長三角地區CO2 與大氣污染物排放研究

李鎣，黃成，邢貞成，劉逸凡，王海鯤,＊

（1.污染控制與資源化研究國家重點實驗室，南京大學環境學院，江蘇南京 210023；2.國家環境保護城市大氣復合污染成因與防治重點實驗室，上海市環境科學研究院，上海 200233；3.大氣與地球系統科學國際合作聯合實驗室，南京大學大氣科學學院，江蘇南京 210023）

引言

氣候變化與大氣污染已經成為全球性的環境問題，而相關應對措施，如節能減排，正在成為制約許多國家經濟發展的重要因素[1]。改革開放以來，我國的經濟快速發展，同時也面臨節能減排、改善環境質量的壓力[2,3]。長三角是我國社會經濟最發達的區域，也是大氣污染較為嚴重的區域之一，由于該區域具有較高的能源利用效率和較低的排放水平，傳統的末端治理措施減排潛力不大，并且邊際減排成本急劇增長，亟須尋求新的減排潛力空間[4]。

中國不同省份的資源稟賦和經濟發展差異較大，省際貿易帶來了大量污染物轉移且伴隨著環境低效性[5,6]。近年來，不少學者已經針對貿易中的能源消費和相關環境問題開展了相關研究[7,8]。從區域視角來看，現有研究多是集中于國際貿易[9-11]或者省際貿易[12-14]。在區域研究層面，雖然已有少部分研究探討了區域（京津冀）貿易[15]帶來的環境影響，但是針對長三角地區的研究仍舊缺乏。從行業視角來看，已有研究大多針對特定的高能耗行業[4,16,17]（如金屬行業、建筑業和原材料業）。不同區域的行業之間通過貿易聯系，環境層面上的關鍵行業分析有助于確定哪些行業的減排政策可能是最有效的，通過產業關聯分析可以確定關鍵轉移路徑和關鍵行業部門，進而明確減排政策實施的切入點，提高政策實施的有效性。在確定減排關鍵行業方面，先前的研究分析了關聯效應的前向關聯與后向關聯的邊際度量[18]或者絕對規模度量[19]，關聯效應的邊際度量僅揭示產值與排放強度之間的相對聯系，而忽略了產業規模的影響，因此將關聯效應的邊際度量和絕對度量同時納入考慮中，可以更加全面、合理地評估產業關聯，從而確定減排的關鍵部門[8]。此外，溫室氣體和大氣污染物具有同源性，兩者應當協同控制而不是分別對待。在政策成本一定的情況下，氣候變化或大氣污染控制政策將帶來諸如能效提高、環境優化、社會效益增加等多重效應[20]。

本研究以長三角（包含上海、江蘇、浙江和安徽）為研究對象區域，以CO2和常規大氣污染物SO2、NOx和PM2.5為研究對象，應用環境多區域投入產出模型，分析長三角省市之間貿易對區域二氧化碳和污染物排放的影響，并從需求與供應兩方面識別長三角區域減排的關鍵行業。研究結果不僅可以定量揭示不同省市、不同部門之間的聯系對長三角區域CO2和大氣污染物排放的影響，也可以為長三角地區合理制定減排目標與政策、實現大氣污染與氣候變化協同治理提供決策參考。

2 方法與數據

2.1 環境投入產出模型

投入產出模型通過編制投入產出表來反映經濟活動之間的依存關系，由經濟學家列昂惕夫[21]提出。本文沿用課題組之前研究方法[22]，基于地區間投入產出模型，整理得到長三角區域間投入產出表。之后運用環境投入產出模型，計算本地區的污染轉移，分析地區貿易中隱含的CO2或大氣污染物排放，基于多區域投入產出模型（MRIO）的生產端排放指的是從產品生產端的角度分析其生產過程中產生的環境影響，生產端排放公式為[23]：

其中，表示各省市各產業CO2或大氣污染物基于生產端的排放矩陣；F為對CO2或大氣污染物直接排放因子的對角化矩陣；(I-A)-1Yr為最終需求矩陣Y進行列昂惕夫逆矩陣變換。

基于消費端排放，即某省份內的產品在上游加工、制造、運輸等過程中產生的排放，基于消費端排放的計算公式為：

其中，為區域r中各行業的CO2或大氣污染物基于消費端的排放矩陣；F為區域排放強度矩陣；(I-A)-1為列昂惕夫逆矩陣；cr為每個區域r的最終消耗矩陣，由本地生產最終消費與進口最終消費量矩陣構成。

2.2 關聯系數法

產業關聯最早是由美國發展經濟學家赫希曼[24]提出，用來表示各產業之間的相關程度。影響力系數（the Diffusion Coefficient）和感應度系數（the Induct Coefficient）建立在部門之間后向聯系和前向聯系的指標基礎上，可用于比較各部門的拉動和推動作用的程度[25]。參考Wen[8]等的改進分母權重計算方法，本研究分別計算了影響力系數與感應度系數的邊際度量與絕對規模度量，以便全面分析不同省份部門間經濟生產與碳排放和污染物排放之間的關系。

對于前向關聯來說，其邊際感應度系數的計算公式如下式所示：

其中，為高斯逆矩陣中對應元素；代表S?。ㄊ校﹋部門生產單一產品產值所帶來CO2或污染物的直接排放量；u代表不同省份；v代表不同行業。

絕對感應度系數計算公式如下式所示：

其中，代表S省（市）j部門的增加值。

對于后向關聯來說，其邊際影響力系數與絕對影響力系數的計算公式如下面兩個公式所示：

其中，為列昂惕夫逆矩陣中對應元素；為S區域j部門的最終需求。

對于影響力系數與感應度系數的邊際量與絕對量均大于1 的行業，可以確定其為關鍵減排部門，即該行業對二氧化碳和污染物邊際排放量與排放總量高于地區平均水平。為了同時比較碳排放與大氣污染物排放的綜合關鍵減排部門，本研究參考Liu[26]等的歸一化方法，利用環境保護稅法中空氣污染物的當量系數對排放系數進行歸一化處理。計算公式如下式所示：

其中，APeq為空氣污染物等價排放系數；α、β、γ與δ分別為CO2、SO2、NOx與PM2.5當量系數。

2.3 數據與來源

本研究的投入產出數據采用劉衛東團隊編制的2007年、2012 年中國30 個?。▍^、市）區域間投入產出表[27]；2007 年省級的MRIO 表共涉及30 個行業，2012年的MRIO 表共涉及42 個行業。為將行業的類型統一，本文根據《中國2012 年31 省區市區域間投入產出表》中分類的詳細說明，將2007 年和2012 年長三角的行業最終整合為 30 個行業，行業編號與行業名見表1。

表1 行業編號與行業名

長三角地區的CO2與大氣污染物排放數據主要來自上海市環境科學研究院[28]，其他省份與進出口的排放數據主要來自中國多尺度排放清單模型（MEIC）數據庫[29,30]。

3 結果

3.1 生產端與消費端大氣排放特征

如表2 所示，2012 年長三角地區的消費端CO2排放總量為15.45 億t，較2007 年增加了15.27%，年均增速為3.62%；2012 年長三角地區的生產端CO2排放總量為17.05 億t，較2007 年增加了22.09%，年均增速為5.12%。從總量來看，生產端排放總量大于消費端排放總量，且生產端排放量增速大于消費端排放量增速，長三角地區隱含碳排放處于凈調出狀態。

表2 2007年、2012年長三角地區生產端與消費端污染物排放總量

分省份來看，由圖1 可知，上海市與浙江省消費端碳排放大于生產端碳排放，這與二者能源資源對外界依賴程度較高有關。在總量增速方面，2012 年上海市消費端碳排放較2007 年增加了0.71%，而生產端碳排放較2007 年減少了21.16%。一方面，這與上海市在“十二五”期間通過多種措施完成煤炭消費總量控制目標有關；另一方面，“皖電東送”等能源項目的建設完成，增大了接受上海市以外的電力輸入量。與上海的情況相反，2012 年浙江省生產端碳排放較2007年增加了13.13%，而消費端碳排放較2007 年減少了4.16%。浙江省生產端排放增長主要與電力、熱力的生產和供應業、非金屬礦物制品業等高耗能行業生產端排放增多有關，分別增加1972.18 萬t 與6479.56 萬t，這些行業排放的增長可能與浙江省在“十二五”期間內建成嘉興電廠三期、蒼南電廠等一批重大電源項目[31]有關。浙江省消費端碳排放略有減少主要與化學行業與電氣機械及器材制造業消費端排放減少有關，分別減少967.48 萬t 與797.49 萬t，這些行業消費端排放減少主要與需求結構的改變和排放強度的降低有關。

圖1 2007年、2012年長三角地區生產端與消費端污染物排放量

安徽省與江蘇省，生產端碳排放均大于消費端碳排放，且生產端碳年均增速高于消費端增速。江蘇省經濟總量較大，國內外貿易量較大，存在較大碳排放凈出口[32]，是造成生產端碳排放大于消費端碳排放的主要原因。安徽省煤炭資源豐富、同時工業發展增速較快[33]，經濟發展依賴于能源工業等原因導致其生產端碳排放增速較大。

如圖1 所示，從大氣污染排放來看，長三角的SO2、PM2.5排放總量表現為消費端大于生產端，而NOx排放總量表現為生產端大于消費端。與CO2排放增速不同的是，2012 年SO2、NOx與PM2.5的生產端與消費端排放總量較2007 年排放總量均呈現下降趨勢，這與該區域脫硫、脫硝和高效除塵技術效率與覆蓋率的提高有關[34]。

針對不同污染物，同一省份生產端排放與消費端排放的關系有所差別。例如，浙江省SO2、PM2.5的消費端排放大于生產端排放，而NOx的生產端排放大于消費端排放；2007 年上海市SO2的生產端排放大于消費端排放，而2012 年SO2的生產端與消費端排放均有減少，生產端減少幅度遠大于消費端，導致2012年上海市SO2消費端排放大于生產端排放，上海市NOx、PM2.5的生產端排放小于消費端排放；對于煤炭資源豐富的安徽省來說，污染物均是生產端排放大于消費端排放。

3.2 各省市的大氣排放轉移特征

如表3 所示，長三角區際貿易引致的CO2排放轉移總量由2007 年的1.18 億t 降低到2012 年0.54 億t，轉移總量占長三角地區生產端排放總量比例由2007年的8.43%降低至2012 年的3.09%，這可能與長三角地區單位產出碳排放強度降低有關，2007 年長三角地區總單位產出碳排放強度為66.47g/元，2012 年降低至39.79g/元，其中上海、江蘇、浙江和安徽分別下降至28.25g/元、37.49g/元、34.24g/元和76.31g/元。

表3 2007年和2012年長三角地區CO2排放轉移矩陣（單位：萬t）

由于每個省份與部門既有調入排放又有調出排放，為直觀表明排放轉移，本研究計算了每個地區與每個部門的凈排放轉移（調出排放—調入排放計算得到），得到2007 年與2012 年長三角地區貿易引致的CO2與其他污染排放凈轉移弦圖，分別見圖2 與圖3。在弦圖中，節點表示省份地區，弦邊的初始寬度表示凈轉移量，弦邊的顏色與轉出省份的顏色保持一致，從而顯示出凈轉移方向。

圖2 2007年、2012年長三角地區CO2排放凈轉移量

圖3 2007、2012年長三角地區大氣污染物排放凈轉移量

對于上海而言，如圖3 所示，在SO2、NOx和PM2.5排放凈轉移方面，對江蘇和浙江表現為凈調出，其中上海到江蘇凈調出最大，2012 年SO2、NOx和PM2.5排放轉移分別為7.93 萬t、19.21 萬t 和4.12 萬t，較2007 年分別減少77.83%、32.22%和19.76%；如圖2 所示，在CO2排放凈轉移方面，2007 年、2012年對江蘇和安徽均表現為凈調入，而上海到浙江的排放轉移從凈調入變為了凈調出，這是因為2007 年到2012 年浙江到上海排放轉移降低62.20%，而上海到浙江排放轉移僅降低0.86%，降幅大小的不同主要與浙江省電力、熱力的生產和供應業調入上海的排放量減少394.50 萬t 有關。

對于江蘇而言，如圖2 所示，在CO2排放凈轉移方面，對浙江與上海表現為凈調出地，且2012 年凈調出量小于2007 年；如圖3 的（b）、（c）與（d）所示，在SO2、NOx和PM2.5排放凈轉移方面，對浙江表現為凈調入，對上海與安徽表現為凈調出。

對于浙江而言，如圖3 的（b）、（c）與（d）所示，2007 年、2012 年均表現為長三角地區SO2、NOx和PM2.5排放凈調入地，其中江蘇省到浙江省凈調出最 大，2012 年SO2、NOx和PM2.5排放轉移分別為8.89 萬t、27.44 萬t 和4.12 萬t，較2007 年分別減少68.71%、51.16%和45.60%。如圖2 所示，在CO2排放凈轉移方面，2007 年、2012 年對江蘇和安徽均表現為凈調入，而浙江到上海的排放轉移從凈調出變為了凈調入。

對于安徽而言，如圖2 所示，2007 年、2012 年均表現為長三角地區CO2和大氣污染物排放凈調出地。在所有CO2和大氣污染物排放凈轉移中，安徽省到江蘇省的凈調出最大，2012 年CO2、SO2、NOx和PM2.5的排放凈轉移分別為617.04 萬t、4.32 萬t、17.80 萬t和3.86 萬t，較2007 年分別減少43.51%、70.86%、17.34%和16.40%。一方面，這與安徽省2012 年對長三角地區排放凈轉移減少有關；另一方面，與單位產出排放強度降低有關。

對于不同的大氣污染物來說，單個省份的長三角貿易導致的凈排放量有細微的差異，但總體呈現煤炭資源豐富的安徽省為長三角地區貿易的SO2、NOx與PM2.5排放凈調出地，經濟發達的上海與浙江多數污染物表現為凈調入，這與各地區的行業結構特征以及不同大氣污染物單位產值的排放量有關。

3.3 行業的大氣排放轉移特征

在排放區域轉移的基礎上，計算并細化到各省份各行業之間污染轉移的流動，進一步說明長三角地區排放轉移的特征，如圖4 所示，2007 年長三角地區CO2凈排放轉移量最大的路徑為安徽的非金屬礦物制品業到江蘇的建筑業，轉移449.13 萬t，占安徽省對江蘇省凈轉移排放總量的41.18%。如圖5 所示，2012 年凈排放轉移量最大的轉移路徑不變，轉移量為404.50 萬t，占安徽省對江蘇省凈轉移排放總量的65.56%。研究期間，雖然長三角區域內的CO2凈轉移總量降幅較大（1782.98 萬t），但凈轉移最大的轉移路徑減少量較少，這與在研究期間安徽省的非金屬礦物制品業單位產出碳排放強度較2007 年增加了5.71%有關，而大部分行業的單位產出碳排放強度均呈不同程度的下降。安徽省非金屬礦物制品業單位產出碳排放強度增加可能與安徽省高能耗項目的生產規模增長迅速有關[33,35]。第二大轉移途徑為江蘇省電力、熱力的生產和供應業到浙江省的建筑業，2007 年和2012年的轉移量分別為323.26 萬t 與101.872 萬t，排放轉移量的降低與貿易量的減少和江蘇省電力、熱力的生產和供應業單位產出碳排放強度變化減小有關。

圖4 2007年長三角地區主要進出口行業CO2排放凈轉移量

圖5 2012年長三角地區主要進出口行業CO2排放凈轉移量

從大氣污染物來看，SO2（21.62 萬t）、NOx（6.11萬t）和PM2.5（5.99 萬t）的最大凈排放行業轉移途徑不同，如圖6 所示。對于SO2來說，轉出排放最大的行業為江蘇省的電力、熱力的生產和供應業，占江蘇省SO2轉移總量的27.80%，凈排放轉移量最大的轉移路徑是江蘇省的電力、熱力的生產和供應業到浙江省的租賃和商業服務業。如圖7 所示，對于NOx來說，調出排放最大的行業是交通運輸及倉儲業，調入排放最大的行業是建筑業，凈排放轉移量最大的轉移路徑是江蘇省的交通運輸及倉儲業到浙江省的建筑業。如圖8 所示，對于PM2.5來說，凈排放轉移量最大的轉移路徑是上海市的金屬冶煉及壓延加工業到江蘇省的農林牧漁業。

圖6 2012年長三角地區主要進出口行業SO2排放凈轉移量

圖7 2012年長三角地區主要進出口行業NOx排放凈轉移量

圖8 2012年長三角地區主要進出口行業PM2.5排放凈轉移量

3.4 不同省市和行業間的排放關聯

基于行業CO2與污染物排放轉移，本研究進一步分析了區域間產業聯系的關聯性，計算并分析了長三角三省一市30 個行業的邊際感應度系數與絕對感應度系數，從而確定關鍵行業，結果見表4。對CO2排放來說，前向關聯的關鍵減排行業為上海市與安徽省的電力、熱力的生產與供應業，安徽省的煤炭開采和洗選業，浙江省的非金屬礦物制品業與江蘇省的石油加工、煉焦及核燃料加工業是CO2、SO2、NOx與PM2.5減排的關鍵行業。這些部門大多屬于能源產業或是原材料產業部門，處于國民經濟產業鏈的上游，前向關聯程度較高，能源消耗量大，產生了較多的CO2與污染物排放，是推行技術減排的重點行業。對于前向關聯的減排行業應從原材料和中間體的選擇上入手，樹立低碳理念，推行節能減排技術，提高能源使用效率。在宏觀規劃方面應從調整產業結構入手，構建低碳產業體系，嘗試調整和優化能源消費結構，發展清潔能源。

表4 前向關聯關鍵減排行業

對于后向關聯的關鍵行業篩選結果見表5。對這些關鍵行業來說，較小的需求變化會對長三角地區的CO2與污染物排放產生顯著影響。安徽省的建筑業是CO2、SO2、NOx與PM2.5污染物排放的關鍵行業，這主要與安徽經濟與城鎮化快速發展，基礎設施建設規模持續擴大，對上游原材料及能源產業帶來了較大的最終需求有關。對于江蘇省與浙江省來說，SO2、NOx與PM2.5關鍵減排部門也是建筑業，這與建筑業的需求規模較大有關，對基礎設施的投資過分依賴，助長了二氧化碳與其他污染物排放量的增長。紡織業是江蘇省與浙江省的SO2排放的關鍵減排行業，長三角地區紡織業原料來源廣、運輸路程短等得天獨厚的自然優勢及歷史條件的影響使得紡織業具有競爭優勢，有較大的需求規模。對于后向關聯的重點減排部門，需要樹立低碳消費意識，優化低碳消費結構，減少高碳產品的消費。在選擇供應商時，應優先考慮采購低碳標簽產品。

表5 后向關聯關鍵減排行業

為了確定碳排放與大氣污染物排放的綜合關鍵減排部門，參考高玉冰等[36]的歸一化方法，綜合得到各行業大氣污染物與CO2協同感應度系數與影響力系數，篩選得到關鍵行業如表6 所示。江蘇省、浙江省和安徽省的建筑業邊際影響力系數與絕對影響力系數最大，說明這些省份的建筑業對長三角地區總體污染排放的拉動作用較大，是碳排放與大氣污染物協同減排的關鍵行業。感應度系數較高的行業多集中于原材料、能源等基礎行業及其加工制造業部門，比如煤炭開采和洗選業、非金屬礦物制品業等，這些行業對污染排放有較大的推動作用。交通運輸及倉儲業和安徽省的化學工業和非金屬礦物制品業的感應度系數和影響力系數均大于1，表明這些行業的CO2或其他污染物的排放量不僅由于向下游產業提供產品而增加，而且對上游產業產品的需求也使得供應鏈產生了更多的排放量。

表6 協同關聯系數關鍵減排行業

對比2007 年與2012 年關聯系數計算結果，可以發現長三角地區2007 年與2012 年關鍵減排行業有一定的變化，2012年較2007 年減少的關鍵減排行業有江蘇省化學工業，浙江省電力、熱力的生產與供應業，安徽省批發零售業與電力、熱力的生產與供應業，這與各地在“十一五”和“十二五”期間能源結構調整、能源清潔化利用以及節能減排技術進步等方面取得了顯著成效有關，在一定程度上反映了這些行業節能減排成果。2012 年較2007 年新增的關鍵減排行業有江蘇省和浙江省建筑業，安徽省化學工業與非金屬制品業等行業，這可能與江蘇省、浙江省、安徽省基礎設施投資增大有關，基礎設施投資增加了高耗能行業的需求水平。

4 結論與政策建議

本研究基于環境投入產出模型，定量分析了長三角地區2007 年與2012 年區域內的省市間貿易引致的二氧化碳和大氣污染物隱含排放轉移特征和變化趨勢。同時，運用產業關聯系數法，分別從前向關聯與后向關聯的視角，分析了長三角地區各污染物減排的關鍵行業及其影響。研究結果表明，研究期間長三角地區的SO2、PM2.5排放總量表現為消費端大于生產端，CO2、NOx排放總量表現為生產端大于消費端。長三角地區內省市間由于貿易而產生的CO2排放轉移總量在研究期間降低。長三角地區CO2凈排放轉移量最大的行業轉移是安徽的非金屬礦物業到江蘇的建筑業。對于不同的大氣污染物來說，單個省份的長三角貿易導致的凈排放量有細微的差異。安徽省總體呈現為長三角地區貿易的SO2、NOx與PM2.5排放凈調出地，而上海與浙江表現為多數污染物凈調入地。CO2與大氣污染物前向協同減排的關鍵行業為江蘇省、浙江省和安徽省的電力、熱力的生產和供應業，安徽省的煤炭開采和洗選業與非金屬礦物制品業；后向協同減排的關鍵行業為江蘇省、浙江省和安徽省的建筑業。

基于研究結論，建議長三角區域制定合作減排方案時要考慮以下因素：第一，對于對長三角地區污染物減排具有推動作用減排關鍵行業（前向關聯），例如，煤炭開采和洗選業，非金屬礦物制品業，石油加工、煉焦及核燃料加工業，應從原材料與中間產品的選擇入手，構建低碳產業體系，提高技術水平與能源效率。第二，對于對長三角地區污染物排放具有拉動作用的減排關鍵行業（后向關聯），如建筑業與紡織業等，通過樹立低碳消費意識，優化低碳消費結構等，減少高碳產品的消費；同時，優先考慮低碳標簽產品的供應商，鼓勵低碳技術的推廣。第三，對于不同發展水平的省份采取不同的減排行動，對于上海市等經濟發達城市可以從減少對碳密集型產品的需求入手，調整消費結構，選擇購買排放強度較低的產品和原料；對安徽省，應著重從技術減排方面入手，發展可持續能源、清潔生產、制定更加嚴格的環境能源法律法規。