梁賽,?,|岑,游思琪,吳曉慧,鐘秋萌,王書肖
(1.廣東工業大學生態環境與資源學院大灣區城市環境安全與綠色發展教育部重點實驗室,廣東廣州 510006;2.北京師范大學環境學院,北京 100875;3.清華大學環境學院,北京 100084)
汞是一種重要的重金屬污染物,具有長距離遷移能力和強毒性,嚴重威脅生態環境安全和人體健康,受到全球各國高度重視[1,2]。為在全球范圍管控汞污染,128 個國家和地區于2013 年正式簽署了《關于汞的水俁公約》(以下簡稱《水俁公約》),對人為汞使用和排放進行限制。中國是全球第一大能源消耗國,具有大量的水泥生產、有色金屬冶煉、煉鋼鍛造等產業,其生產過程具有較高的汞排放特征。大量的能源消耗和高汞排放產業的生產活動使中國成為全球最大的人為源大氣汞排放國。聯合國環境規劃署最新發布的《全球汞評估報告2018》顯示,中國大氣汞排放量超過全球總量的25%[3],是全球汞減排的主戰場。中國一直以來積極參與《水俁公約》的建設與實施,2016 年第十二屆全國人民代表大會批準《水俁公約》,2017 年8 月16 日起《水俁公約》在中國正式生效[4]。
為推動《水俁公約》的實施,學者針對中國大氣汞排放開展了大量研究工作。已有研究建立了中國人為源大氣汞排放清單,量化中國的直接汞排放(即生產端汞排放)[5,6]。隨著經濟全球化,世界各國在全球供應鏈各環節(生產、投入和消費等)的分工進一步細化和專業化,本地生產的商品和服務可通過全球供應鏈直接或間接傳遞到外部區域的消費者。從消費驅動的角度,外部區域消費是本地生產活動的驅動力之一[7],會導致本地大氣汞排放[8]。因此,僅基于生產端的核算結果無法分析外部區域消費對本地大氣汞排放的驅動作用,可能會導致減排責任分配不公和核算遺漏問題[9,10]?;诖?,許多學者開展了研究工作以揭示國際貿易對全球尤其是中國大氣汞排放及其健康風險的驅動作用。例如,Chen 等人探究了全球燃料貿易對各國大氣汞排放的影響,研究發現,受貿易影響,大多數國家消耗的燃料中的汞排放與生產的燃料中的汞排放之間存在較大差異[11]。Liang 等人計算了2005 年和2010 年各國的汞足跡,結果表明,2010 年中國26%的汞排放由外部消費驅動,其中,中國—美國是全球第一大生產—消費驅動關系[12]。Qi 等人在對2015 年全球大氣汞排放的研究中同樣識別了中國—美國的重要生產—消費驅動關系,2015 年美國最終消費驅動了26 t 的中國大氣汞排放,占當年全球其他國家最終消費驅動中國大氣汞排放的23%[13]。Li等人評估了全球供應鏈驅動的汞排放相關的健康風險,發現美國是驅動中國汞相關健康風險的最大國外消費者,2010 年美國消費導致中國胎兒智商平均下降3.2×10-3,171 人死于致命心臟病發作[14]。
這些結果顯示,作為中國最重要的國際貿易關系之一,中美貿易對中國大氣汞排放有重要影響,有必要深入分析中美貿易模式變化對中國大氣汞排放的影響,這對中國大氣汞減排工作具有重要意義。但是,目前關于國際貿易對中國大氣汞排放驅動作用的研究,大多是基于逐個時間點的大氣汞排放核算,或是面向全球貿易系統的關鍵社會經濟影響因素識別,缺乏長時間序列下、聚焦中美貿易模式變化對中國大氣汞排放影響的分析,無法充分支撐基于中美貿易模式變化的大氣汞減排決策。
鑒于此,本研究通過結構分解分析量化貿易相關的社會經濟因素變化對中國大氣汞排放變化的相對貢獻,分析1997—2017 年中美貿易模式變化對中國大氣汞排放變化的影響,旨在為減少中美貿易驅動的中國大氣汞排放提供建議,為我國通過國際合作實施《水俁公約》提供科學參考。
投入產出分析是一種用來刻畫經濟系統各部門間投入與產出的經濟數學關系的方法,由著名經濟學家Wassily Leontief 提出[15]。將環境壓力指標作為投入產出模型的衛星賬戶,構建環境擴展型投入產出模型,可以分析投入、產出、環境足跡之間的關系:

式中:x為總產出向量;y為最終需求向量;I為單位矩陣;A為直接需求系數矩陣;(I-)A-1為列昂惕夫(Leontief)逆矩陣;e為排放強度向量;w為環境足跡。
為了消除進口對產業關聯的影響,本研究基于非競爭型投入產出表構建方法,得到反映非競爭型投入產出數據的Leontief 逆矩陣L[16,17]。首先計算部門i的進口系數:

式中:mi為部門i的進口額;為部門i的中間使用;fi為部門i的國內最終需求(不包括出口額)。
利用式(3)計算得出的進口系數構建矩陣M,其對角線上的元素為各部門的進口系數,其余元素為0。算出非競爭型Leontief 逆矩陣L:

剔除進口的影響后,采用環境投入產出模型計算得到中美貿易驅動的中國大氣汞排放量:

式中:向量w代表各行業產品的中美貿易所驅動的中國大氣汞排放量;向量e為排放強度向量,代表中國各行業單位經濟產出的直接大氣汞排放量;向量y為由各行業中美貿易額組成的最終需求;符號“^”表示將向量對角化。
結構分解分析法可以用于定量分析各種相對獨立的因素變化對某一指標變化的相對貢獻[18]。本研究將環境投入產出模型與結構分解分析法結合,量化中美貿易模式中各種因素變化對中國大氣汞排放變化的貢獻。
在本研究中,將中國對美國的貿易額y拆分為貿易結構ys(即各行業貿易額在總貿易額中的占比)和貿易規模yv(即總貿易額),則中美貿易驅動的中國大氣汞排放量可以表示為

本研究以非競爭型列昂惕夫逆矩陣L表征生產技術水平,用結構分解分析法分解得到排放強度e、生產技術水平L、貿易結構ys和貿易規模yv變化對中美貿易驅動的中國大氣汞排放變化的相對貢獻:

結構分解分析法存在非唯一性問題[19,20],本研究存在24 種分解方式。為解決這一問題,本文將所有分解方式的結果求均值[21-23]得到各分解因素的相對貢獻。
由于價值量會受到價格水平變動的影響,結構分解分析法中所有涉及當年價值量的因素需要將當年的名義價格轉化為基于某一年的可比價格[24]。本研究以1997 年的名義價格為基準,使用生產者價格指數將其余年份的名義價格轉化為可比價格。
本研究涉及的數據包括4 部分:①中國1997—2017 年各行業大氣汞排放量來自相關文獻[6,25]。②中國1997—2017 年國家投入產出表來自中國國家統計局[26],并根據國民經濟行業分類(GB/T 4754—2017)[27]整理為包含92 個部門的國家投入產出表。③中國對美國的出口貿易數據來自聯合國產品貿易數據庫(UN Comtrade)[28]。本研究選用國際海關理事會制定的HS 編碼下的中國離岸價格作為中國對美國的出口貿易額。依據國民經濟行業分類標準(GB/T 4754—2017),構建貿易數據中的大類商品與投入產出表中各行業的一致性矩陣。依據國家投入產出表中各行業出口額的權重[29],將從UN Comtrade 中獲得的1997 年、2002 年、2007 年、2012 年、2017 年 對 美國的大類商品出口貿易額劃分至對應行業,最終獲得92 個行業對美國的出口貿易數據。此外,2017 年各服務業的貿易數據沒有更新,本研究根據之前各年份數據,算出各服務業三年內的平均年增長率,估算出2017 年各服務業的出口貿易額并計算行業權重,并以2017 年服務業的出口貿易總額為約束,以各服務業的貿易權重為標準,得到各服務業的出口貿易額。貿易總額數據來自《中國商務年鑒》[30]。④生產者價格指數來自《中國統計年鑒》[31]。
1997—2017 年中美貿易驅動的中國大氣汞排放量和中美貿易規模的變化趨勢如圖1 所示。中美貿易驅動的大氣汞排放量呈現先增加后減少的變化趨勢。1997—2007 年,中美貿易驅動的中國大氣汞排放從13.5 t 增至32.8 t。2007 年后開始回落,2017 年中美貿易驅動的中國大氣汞排放量回落至13.6 t,與1997年的水平相近。改革開放后,中國經濟快速發展,中美貿易規模也逐年擴大。然而,中國經濟增長方式表現出粗放的特點[32],導致較大的環境壓力。隨著貿易規模擴大,貿易驅動的汞排放也逐漸增多。2007 年之后,越來越多的汞排放治理試點政策實施,中國汞排放治理逐漸走向規范化道路[33],排放強度降低對中國大氣汞排放的貢獻抵消了貿易規模擴大對中國大氣汞排放的貢獻(見2.3 節)。在中美貿易規模逐年擴大的背景下,所驅動的大氣汞排放量在2007 年后回落,表明汞污染治理相關的政策措施有效推動了中國大氣汞排放的減少。

圖1 1997—2017年中美貿易驅動的中國大氣汞排放量和中美貿易規模變化趨勢
圖2 展示了1997—2017 年由中國各行業與美國貿易驅動的中國大氣汞排放的占比。為了使圖中重點行業的大氣汞排放占比更清晰,本研究對投入產出表中的92 個行業進行了分類、合并①除文教體育用品制造業、金屬制品業、其他通用設備制造業、其他專用設備制造業、其他電氣機械及器材制造業、其他電子及通信設備制造業單獨分類外,其他制造業包括糧油及飼料加工業,制糖業,屠宰及肉類加工業,水產品加工業,其他食品加工和食品制造業,酒精和酒、飲料制造業,煙草制品業,棉、化纖紡織及印染精加工業,毛紡織和染整精加工業,麻紡織、絲絹紡織及精加工業,紡織制成品制造業,針織品、編織品及其制品制造業,紡織服裝、鞋、帽制造業,皮革、毛皮、羽毛(絨)及其制品業,木材加工及木、竹、藤、棕、草制品業,家具制造業,造紙及紙制品業,印刷業和記錄媒介的復制業,石油及核燃料加工業,煉焦業,基礎化學原料制造業,肥料制造業,農藥制造業,有機化學產品制造業,日用化學產品制造業,其他化學產品制造業,醫藥制造業,化學纖維制造業,橡膠制品業,塑料制品業,水泥、石灰和石膏制造業,玻璃及玻璃制品制造業,陶瓷制品制造業,耐火材料制品制造業,石墨及其他非金屬礦物制品制造業,黑色金屬冶煉及壓延加工業,有色金屬冶煉及壓延加工業,鍋爐及原動機制造業,金屬加工機械制造業,農林牧漁專用機械制造業,鐵路運輸設備制造業,汽車制造業,船舶及浮動裝置制造業,其他交通運輸設備制造業,電機制造業,日用電器制造業,電子計算機制造業,日用電子器具制造業,儀器儀表及其他計量器具制造業,其他制造業。服務業包括農、林、牧、漁服務業,廢品廢料,鐵路運輸業,道路運輸業,水上運輸業,航空運輸業,管道運輸業,裝卸搬運和其他運輸服務業、倉儲業,郵電通信業,貿易,餐飲業,金融業,保險業,房地產業,公用事業,科學研究事業和綜合技術服務事業,居民服務和其他服務業,教育,衛生,社會福利業,文化藝術和廣播電視事業,體育,行政機關。其他包括農業,林業,畜牧業,漁業,煤炭開采和洗選業,石油和天然氣開采業,黑色金屬礦采選業,有色金屬礦采選業,非金屬礦及其他礦采選業,電力、熱力的生產和供應業,燃氣生產和供應業,水的生產和供應業,建筑業。。從行業類型上看,制造業驅動的大氣汞排放量占比超過90%,是大氣汞排放的主要驅動因素。其中,其他電氣機械及器材制造業、其他專用設備制造業、其他通用設備制造業等是驅動大氣汞排放的主要行業。其他通用設備制造業一直占有較大的份額,并在2007 年以后成為最主要的驅動行業。2017 年,其他通用設備制造業對美國的出口貿易驅動的中國大氣汞排放量占中美貿易驅動中國大氣汞排放量的15.6%。中國于2001 年加入世界貿易組織(WTO)后與美國的貿易合作日益密切,貿易規模不斷擴大,其中主要以勞動或資源密集型的中低端制造業出口為主,出口產品類型較為單一[34]。而中國高端制造業尚處于產業創新升級過程中,貿易份額較小[35,36],不是驅動大氣汞排放的主要行業。

圖2 各行業中美貿易驅動的中國大氣汞排放量占比
本研究綜合以上各年份驅動大氣汞排放占比較大的行業,選取了6 個重點行業(即其他通用設備制造業、其他電氣機械及器材制造業、金屬制品業、其他專用設備制造業、其他電子及通信設備制造業、文教體育用品制造業)分析其驅動的大氣汞排放變化趨勢,如圖3 所示。

圖3 各重點行業中美貿易驅動的中國大氣汞排放量趨勢
1997 年,中美貿易規模相對較小,重點行業間驅動的大氣汞排放量差距不大,驅動水平相對較低。1997—2007 年,除其他電氣機械及器材制造業以外,各重點行業中美貿易驅動的大氣汞排放大體呈上升趨勢。其中,其他通用設備制造業驅動的大氣汞排放量上升最大,從0.9 t 上升 至4.8 t。2001 年中國加入WTO 后,國際合作加深,中國大量進口中間產品,加工組裝完成后出口[37],成為“世界工廠”,中美貿易規模迅速擴大(圖1)。從行業類型上看,大部分中間產品零部件涉及電子信息、設備制造等機電制造部門,占中國對美國商品出口的一半左右[34]。然而,大部分機電制造行業出口的商品類型單一,并且整體依賴進口上游生產的中間產品,國內產業創新力、資源利用率較低。在經濟高速發展階段,中國主要是粗放型經濟,導致這些機電制造業(如其他電氣機械及器材制造業、其他電子及通信設備制造業)驅動的大氣汞排放量快速增多。2007 年以后,隨著產業升級,不斷深化改革,中國經濟從高速發展階段轉入高質量發展階段,逐漸加強、落實可持續發展、綠色經濟相關政策。同時開始重視并制定、試行相關汞治理政策措施[38]。2007 年以后這些政策措施明顯促進了大部分重點行業中美貿易驅動的大氣汞排放下降。到2017 年,除了其他通用設備制造業和其他電子及通信設備制造業,大部分重點行業驅動的大氣汞排放量與1997 年的排放量相近,文教體育用品制造業、金屬制品業,以及其他電氣機械及器材制造業驅動的大氣汞排放量低于1997 年的排放量。
本研究采用結構分解分析方法將1997—2002 年、2003—2007 年、2008—2012 年、2013—2017 年中美貿易驅動的中國大氣汞排放變化分解為排放強度變化、生產技術水平變化、貿易結構變化和貿易規模變化的相對貢獻,結果如圖4 所示。

圖4 社會經濟因素變化對中美貿易驅動的中國大氣汞排放量變化的相對貢獻
貿易規模擴大是推動大氣汞排放增加的最大因素。1997—2017 年,中美貿易規模顯著增加,中國對美國的出口貿易從1997 年的2928 億元擴大到2017年的35 117 億元,主要以紡織服裝、鞋、帽制造業和其他通用設備制造業等行業出口貿易為主[28]。自2001年中國加入WTO 后,在2003—2007 年,中美貿易規模增幅最大,對中國大氣汞排放增加的貢獻也最大。在其他因素不變的情況下,1997—2002 年貿易規模擴大將推動大氣汞排放增加15.9 t,是2002—2007 年貢獻的50%左右。2008—2012 年、2013—2017 年貿易規模擴大的貢獻為4.6 t、5.9 t,依舊是推動大氣汞排放增加的主要驅動力。
與貿易規模變化的貢獻相反,排放強度變化一直是促進中美貿易驅動中國大氣汞排放減少的主要因素。1997—2002 年排放強度變化對大氣汞排放減少的貢獻最小。之后隨著生產工藝升級、減排技術提高,中國一些主要汞排放行業(如水泥、石灰和石膏制造業,有色金屬礦采選業,有色金屬冶煉及壓延加工業,以及電力、熱力的生產和供應業)的排放強度均有所降低。2003—2007 年排放強度變化對大氣汞減排的貢獻最大(-33.3 t)。2008—2012 年和2013—2017年排放強度變化的貢獻水平相近,分別促進大氣汞排放減少了13.8 t 和13.0 t,并且其促進大氣汞排放減少的貢獻超過了同時期貿易規模擴大推動大氣汞排放增加的貢獻,是中美貿易驅動的中國大氣汞排放減少的主要原因。
生產技術水平變化在不同時期對大氣汞排放變化的貢獻作用不同。1997—2002 年,生產技術水平變化起到減少中國大氣汞排放的作用。然而,2003—2007 年,中國產業結構不合理,一些行業出現產能過剩的情況[39],部分行業之間的完全需求系數增加,資源利用率降低,生產技術水平變化在此期間起到推動汞排放增加的作用,并且與其他時期相比貢獻最大。2008—2012 年,隨著產業結構升級,經濟發展方式轉變,相關行業的生產技術水平提高,資源利用率提升,生產技術水平變化轉變為起到減少大氣汞排放的作用。2012 年以后,生產技術水平變化再次轉變為推動大氣汞排放增加的作用。2012—2017 年,一些新興行業(如電子計算機制造業、衛生、公用事業)對關聯行業的完全需求系數增大[26],生產技術水平有待提高。但是,這些新興產業的發展有利于中國產業結構升級,同時其未來進行大氣汞減排的潛力很大。
中美貿易結構變化在不同時期對中國大氣汞排放變化的貢獻也不同。1997—2007 年,中美貿易結構變化推動了大氣汞排放增加。其中,其他通用設備制造業、其他電子及通信設備制造業等機電制造和重工業相關行業[40]的貿易占比上升,紡織服裝、鞋、帽制造業,文教體育用品制造業等輕工業貿易占比下降[28]。占比增加的這些行業在生產過程中通常消耗較多能源,導致了大氣汞排放增加。2008—2012 年中美貿易結構變化有助于減少大氣汞排放,但貢獻相對較?。?0.6 t),其中,金屬制品業的貿易占比下降了1.8 個百分點,是貿易占比下降最大的行業。2013—2017 年,其他電子及通信設備制造業的貿易占比增加最大,服務業也逐漸顯現出貿易優勢,居民服務和其他服務業是貿易占比增加排第二位的行業。在此期間,中美貿易結構變化在較小程度上推動了大氣汞排放增加。由此可見,近年來中國處于產業結構升級過程中,中美貿易結構變化對中國大氣汞排放的影響不穩定。此外,2008 年金融危機之后,中美貿易不平衡越來越明顯,貿易摩擦升級,美國試圖將中國在全球化中邊緣化。一些高新技術行業、鋁制品業等行業受到關注和限制[41],部分重點行業(如電子計算機制造業、金屬制品業)的貿易占比有一定程度的波動,導致貿易結構變化對大氣汞排放的影響不穩定。
1997—2007 年,中美貿易驅動的中國大氣汞排放量從13.5 t 上升至32.8 t,之后逐漸下降,并且在2017 年回落到與1997 年相近的水平。2017 年,制造業驅動的大氣汞排放量超過總量的95%,是中美貿易驅動中國大氣汞排放中最主要的行業類型。其中,金屬制品業、其他專用設備制造業、其他電氣機械及器材制造業等是中美貿易驅動中國大氣汞排放的主要行業,且這些行業的中美貿易所驅動的中國大氣汞排放變化趨勢與整體大氣汞排放變化趨勢相近。
在各種社會經濟因素中,貿易規模擴大是中美貿易驅動中國大氣汞排放增加的主要因素。在其他因素不變的情況下,貿易規模擴大將推動中國大氣汞排放增加62.6 t。其中,主要以紡織服裝、鞋、帽制造業和其他通用設備制造業等行業的貿易規模擴大為主。大氣汞排放強度降低是所驅動大氣汞排放減少的主要影響因素,在其他因素不變的情況下,排放強度降低將有助于大氣汞排放減少67.0 t。1997—2017 年,水泥、石灰和石膏制造業,有色金屬礦采選業,有色金屬冶煉及壓延加工業,以及電力、熱力的生產和供應業始終是大氣汞排放強度較高的行業。但是,大部分行業的大氣汞排放強度均有所降低。尤其是《水俁公約》出臺后,我國相繼出臺相關政策,汞排放的管理防治逐漸走上規范化道路,2012—2017 年,除科學研究事業和綜合技術服務事業外,其余行業的大氣汞排放強度均有所降低。生產技術水平變化在2002—2007 年和2012—2017 年推動了大氣汞排放增加,在1997—2002 年和2007—2012 年促進了大氣汞排放減少。其中,電子計算機制造業等行業的生產技術水平有待提高。貿易結構變化除了在2007—2012 年促進了大氣汞減排,其余時間均推動了大氣汞排放增加。在推動大氣汞排放增加期間,皮革、毛皮、羽毛(絨)及其制品業等輕工制造業的貿易占比呈現下降趨勢,其他電子及通信設備制造業、其他電氣機械及器材制造業等機電制造業的貿易占比呈現上升趨勢。總體來看,生產技術水平變化和貿易結構變化在不同時期對大氣汞排放變化起到不同貢獻作用,但貢獻相對較小且不穩定。
近年來,大氣汞排放強度下降對中美貿易所導致中國汞排放的減排貢獻逐漸減弱,說明通過降低大氣汞排放強度來實現汞減排的潛力空間不斷縮小。但研究結果表明,汞排放強度降低仍然是促進大氣汞排放減少的主要因素。在降低汞排放強度方面,我國仍然具有很大的汞減排空間。對于水泥、石灰和石膏制造業,電力、熱力的生產和供應業,有色金屬礦采選業,有色金屬冶煉及壓延加工業等汞排放強度較高的行業,要加大汞排放控制力度,優化改造生產設施,普及廢氣凈化裝置。目前,我國汞排放控制大多依賴大氣污染控制裝置的協同效益[42];改造生產設施、普及高效汞去除技術具有很高的經濟成本[43],在經濟欠發達地區推行起來難度較大。這是降低大氣汞排放強度的一個嚴重阻礙,同時也反映出我國仍然有較大的通過降低汞排放強度來促進大氣汞減排的潛力。因此,未來需持續關注低成本汞減排技術的開發,并通過政府資助來協助欠發達地區汞排放量較大的企業改造其生產設施并普及脫汞技術。
除了針對末端大氣汞排放的控制措施,也要關注中美貿易中在產業鏈上驅動大氣汞排放較多的行業。中美貿易中驅動大氣汞排放較多的行業主要與制造業有關,例如其他電氣機械及設備制造業、其他通用設備制造業等。對于這些行業,要鼓勵其不斷完善生產工藝,提高生產效率,從而降低關聯行業間的直接和間接物料投入,減少對上游大氣汞排放的直接和間接驅動作用。
在中美貿易驅動大氣汞排放的社會經濟影響因素中,貿易規模擴大是推動大氣汞排放增加的主要因素。以往我國在很大程度上依靠出口拉動經濟增長,國內需求的驅動作用不夠強勁。在經濟“雙循環”背景下,強化國內消費對經濟發展的拉動作用是我國的一項重要舉措。出口轉內銷將帶動產業鏈的全面轉型。在推進國內產業轉型升級的過程中,建議將大氣汞排放納入產業結構調整的約束標準,避免一些大氣汞排放較多的行業(如鋼鐵、水泥等)出現產能過?,F象,提高資源利用效率和生產效率。
在推進更高水平對外開放的過程中,優化并穩定貿易結構將有助于減少我國大氣汞排放。研究結果表明,其他電子及通信設備制造業、其他電氣機械及器材制造業等機電制造業產品的貿易占比增加,貿易結構變化推動了大氣汞排放增加。目前我國注重貿易結構優化,可通過優化并穩定貿易結構來減少中美貿易所導致的中國汞排放。知識、技術密集型文化服務行業(如居民服務和其他服務業、科學研究事業和綜合技術服務事業)驅動的大氣汞排放相對較少,可采取經濟激勵措施來提高這類行業產品的出口比例。并通過調整出口稅率等方式,適當降低驅動大氣汞排放較多的中低端制造業產品的出口(如金屬制品業、文教體育用品制造業的產品),降低對這些行業產品出口的依賴。