上下游產業關聯視角下長江流域制造業集聚對水污染的影響

宋 敏，劉 彬，鄒聲瑞

(1.河海大學沿海開發與保護協同創新中心，江蘇 南京 210098； 2.河海大學商學院，江蘇 南京 211100)

經濟增長離不開產業政策的支持，“十四五”規劃提出推進產業基礎高級化、產業鏈現代化，提高經濟質量效益和核心競爭力的要求，制造業的發展有了相對成熟的模式[1-2]。當前，國內制造業已形成以資源稟賦為核心的專業化集聚模式和以產業鏈為連接的上下游多樣化集聚模式[3]。制造業集聚促進經濟增長的同時，對生態環境也產生難以預估的負效應，地方政府和企業逐漸意識到環保對于自身發展的重要性。20世紀90年代以來，我國陸續制定了重點流域、重點湖泊、城市水體和近岸海域的“十五”“十一五”“十四五”等水污染防治規劃，“長江大保護”成為貫徹落實長江經濟帶高質量發展的核心理念[4-5]。流域貫穿不同城市，憑借資源與地理優勢成為各地經濟和產業發展的核心，而近年來水污染密集型產業呈現“逆流而上”的態勢，上游地區經濟發展過程中不可避免地對下游地區造成水污染[6]。據近幾年長江流域水資源公報數據顯示，長江流域面積占我國國土面積的18.8%，人口占總人口的30%，平均每年有272億t廢水排放入長江，占全國廢水排放總量的43.6%。長江沿岸分布著40多萬家制化工企業，包括高耗能、高污染和高排放行業，是全國污染重災區[7]。長江流域上游地區在滿足自身發展的同時，對環境產生的負效應會加重下游地區水污染問題[8]。由于流域具有不可分割的整體性，行政區劃卻人為切分出不同區域，導致上下游水污染沖突不斷。因此，如何平衡不同制造業集聚模式和上下游水污染問題值得各界研究和關注。

1 文獻綜述

產業集聚過程中產生規模經濟帶來的正負效應，這一問題始終是國內外經濟學界研究的熱點話題[9-10]。制造業集聚對環境污染的影響研究主要從兩方面展開，一是研究制造業集聚與水污染之間的相互作用和非線性關系[11-12]。胡求光等[13]采用傾向得分匹配雙重差分模型研究國家級經濟技術開發區產業集聚對環境的影響，研究發現開發區產業集聚初期污染物的集中排放加劇了環境污染，但后期所產生的技術溢出和示范效應則能有效提升環境治理水平。周銳波等[14]考慮到產業集聚與環境污染的內生性，研究發現產業集聚的技術溢出效應有助于降低企業產出能耗，改善生態環境，但同時環境污染提高了企業生產成本，抑制了產業集聚。二是不同制造業集聚模式對環境影響程度不同[15]?？芏16]將產業集聚分為專業化、多樣化、相關多樣化和無關多樣化4種模式，從全國東、中、西3個地區層面研究產業集聚與環境污染的關系，研究發現專業化集聚對環境污染的改善效果呈現西部最大、中部次之、東部最小的特征。石敏俊等[17]研究發現東南沿海地區產業結構向技術密集化發展，對本地污染排放起到減緩作用，而中部和西部地區產業結構偏向重化工業和勞動密集型，會加劇地區污染物排放。陸鳳芝等[18]研究發現生產性服務業多樣化與專業化集聚對霧霾污染具有顯著的促降效應，生產性服務業集聚對霧霾污染的改善作用在不同區域中存在顯著差異。

關于制造業集聚和水污染的文獻相對較少，主要包含以下兩方面，一是研究區位選擇的不同[19]。于慧等[20]通過核密度分析等方法研究張家口地區排污工業企業與水污染的空間耦合特征發現，污染密集型企業主要分布在洋河沿岸地區。高爽等[21]研究發現無錫市區的污染密集型制造業呈現向郊區和對生態環境敏感性較弱的地區集聚的趨勢，污染強度以京杭運河為軸線向兩翼地區逐漸衰減。張珊珊等[22]研究分行業污染密集型制造業與水污染之間的空間耦合關系發現，無錫臨近太湖地區有大量污染企業布局，對太湖水環境存在負面影響。二是水污染的衡量方法不同。鄧宗豪等[23]用工業廢水排放量衡量水污染，研究發現西部地區制造業集聚與水污染呈現非線性的N型關系。胡志強等[24]以工業廢水和工業SO2表征污染排放強度，研究發現工業集聚對不同地區減排作用不同，作用由大到小依次為西部、中部和東部。

綜上所述，關于制造業集聚和環境污染的相互作用和非線性關系已經有了初步研究，但仍然存在拓展空間：一是研究視角的選擇?，F有研究多局限于不同產業集聚模式與環境污染的影響關系，即考慮同產業下產業集聚對環境污染的影響，較少關注到上下游產業鏈關聯的視角。本文進一步考慮上、下游產業的集聚狀況，分別討論專業化集聚與上下游多樣化集聚對水污染的影響。二是研究區位的選擇?，F有關于制造業集聚與水污染的研究大多停留在省域、城市等層面，較少從流域視角出發以及考慮流域上下游關系在制造業集聚與水污染之間的作用。三是具體研究指標的選擇。水污染僅用廢水排放量來衡量針對性不夠，環境問題不僅僅是社會問題，從政府監管角度出發，水環境監測指標更適合這類問題的討論。因此，本文以長江流域為研究對象，采用氨氮、生化需氧量等水質指標衡量水污染狀況，從上下游產業關聯視角出發，同時將流域上下游關系納入模型中，研究制造業專業化集聚和上下游多樣化集聚對長江流域水污染的影響。

2 機理分析

通過上述文獻梳理，筆者發現制造業集聚與水污染的關系存在不確定性。一方面，產業集聚初期隨著企業規模擴張，會使得資源過度消費以及污染物大量排放，對環境造成負面影響；另一方面，產業集聚的發展使得產業內專業化分工明確，降低環境治理成本，減少對水污染的負面影響。同時加強上下游產業關聯企業間交流，促進綠色工業技術革新。此外，隨著制造業集聚內部企業不斷增加，產業結構不斷調整，資源型、勞動密集型制造業向中上游地區轉移過程中，也會對水污染產生影響。具體影響機理如圖1所示。

圖1 制造業集聚對水污染的影響機理

3 變量選取、數據說明與模型設計

3.1 變量選取與數據說明

3.1.1被解釋變量

以水污染程度(P)為被解釋變量?，F有研究主要采用廢水排放量來衡量水污染，但水污染物來源不僅包括生活、農業和工業廢水，還包括水土流失、工業廢棄物和生活垃圾等，水質監測指標可以較為全面地涵蓋水污染物排放來源。長江流域氨氮和生化需氧量超過受納水體的環境容量，污染承載壓力大，“十二五”規劃更是將氨氮納入全國主要水污染物排放約束性控制指標。根據生態環境部發布的GB 3838—2002《地表水環境質量標準》要求，選取地表水氨氮(NH3)和生化需氧量(BOD)這兩項指標作為水污染程度衡量指標，氨氮和生化需氧量數值越大則水污染程度越嚴重[25]。該指標數據來源于《中國環境年鑒》長江流域103個國控斷面的年均監測值，由于自2011年后不再公布該項統計數據，最終選取2004—2010年數據。本文主要研究對象為長江流域地級市，根據同地級市內“省界斷面數據>干流斷面數據>支流斷面數據”的篩選原則以及“兩地區必須相鄰且貫穿兩地的河流在兩地均有監測斷面”的上游城市篩選原則，最終確定26個地級市為研究對象。以宜昌、九江為上下游分界線，上游城市包括昭通市、宜賓市、瀘州市、重慶市、荊州市、遂寧市、南充市、樂山市和遵義市；中游城市包括岳陽市、黃石市、九江市、襄陽市、長沙市、株洲市、益陽市和常德市；下游城市包括安慶市、銅陵市、馬鞍山市、南京市、鎮江市、上海市、池州市、蕪湖市和常州市。

3.1.2解釋變量

a.專業化集聚(Q)。專業化集聚的衡量方式主要有市場集中度、洛倫茲曲線、基尼系數、赫芬達爾—赫希曼指數與區位熵等。其中，區位熵的優勢在于能夠直觀比較各行業專門化率，故采用該方法來具體測算。

(1)

參考盧麗文等[26]提出的方法，本文通過構建制造業污染密集指數W來篩選細分制造業產業。G1表示細分制造業行業的氨氮排放物與制造業行業該排放物總量的比重；G2表示細分制造業行業的生化需氧量排放物與制造業行業該排放物總量的比重，W值越大表明該產業對水污染的影響越大。

W=(G1G2)1/2

(2)

通過計算排序，最終確定化學原料和化學制品制造業(C26)、農副食品加工業(C13)、紡織業(C17)、造紙及紙制品業(C22)、食品加工業(C14)、飲料制造業(C15)、醫藥制造業(C27)、石油加工業(C25)、計算機、通信和電子設備制造業(C39)、有色金屬冶煉和壓延加工業(C32)、化學纖維制造業(C28)、黑色金屬冶煉與壓延加工業(C31)和皮革、毛皮及其制造業(C19)13個細分制造業行業作為研究對象，這13大產業的氨氮排放量和生化需氧量排放量均占全部行業排放量的90%以上。

b.上、下游多樣化集聚(Qu、Qd)。參照Acemoglu等[27]的方法采用2017年全國投入產出表以規避制造業集聚對水污染的關聯性影響。將上下游多樣化集聚細分為上游多樣化集聚和下游多樣化集聚，借鑒Javorcik[28]的方法將區位熵結合全國投入產出表計算出上下游多樣化集聚度。通過結合投入產出表的橫向反映該細分制造業行業中間產品投入在制造業產業鏈中的位置，用γjk表示j行業使用k行業的產品產值在j行業中間投入所占比重，以此衡量制造業產業鏈上游多樣化集聚，地區i的j行業上游多樣化集聚度Qu可表示為

(3)

通過結合投入產出表的縱向反映該細分制造業行業生產資料的價值在制造業產業鏈中的地位，用μjk表示j行業使用k行業的產品產值在j行業中間產出所占比重，以此衡量制造業產業鏈下游多樣化集聚，地區i的j行業下游多樣化集聚度Qd可表示為

(4)

3.1.3控制變量

上游水污染程度(Pu)?；诤恿鲉蜗蛄鲃拥膶傩?，處在流域的所有城市其水質都會受到上游地區水質的影響，上游地區水污染排放物會隨著河流流動影響下游地區水質狀況[29]，因此有必要將上游地區水污染程度納入模型中。

其他控制變量包括人口密度、人均GDP、外商直接投資、單位播種面積化肥施用量、地方政府競爭和產業結構。具體來講，人口密度(M)用年末常住人口與土地面積之比來衡量，人口密度高的地區生活污水排放量會相對較多，如果不及時進行處理，會加重水污染問題[30]；人均GDP用該地區國內生產總值與人口數量之比來衡量，人均GDP體現了地區經濟發展水平，經濟發展在獲取自然資源以及生產產品的過程中會造成大量污染物的排放，不可避免對水質產生負面影響；外商直接投資(F)用外商直接投資額平減后取對數的數值來衡量，外商直接投資帶來先進的技術與科學的管理手段，引導產業由低效率、高污染向高端研發、節能環保轉型，降低污染物的排放，減少對水環境的負面影響[31]；單位播種面積化肥施用量(A)用化肥施用折純量與農作物播種面積之比來衡量；地方政府競爭(L)用地方政府一般預算內支出與地方政府一般預算內收入的比重來衡量，在沒有獎懲措施情況下，上游地區傾向于通過地方政府競爭的手段獲取資源，同時迫使下游地區承擔更多的規制職能[32]；產業結構(S)用二產占比來衡量，工業化生產帶來的高污染和高排放使得水環境承載著巨大的污染壓力[33]。

3.2 模型設計

本文主要研究制造業集聚對水污染的影響，因此構建以下關于制造業集聚與水污染的基礎模型：

Pi,t=α0+β1Qi,t+β2X+ξ

(5)

式中：i、t分別為長江流域各篩選地級市、年份；X為控制變量；ξ為隨機誤差項。

上游地區的水污染排放物隨著河道順流而下，必然會對下游地區的水質產生影響。為此，本文參考Chaiprasithkul[34]的做法，在基礎模型中加入上游水質指標作為控制變量[35]，同時進一步實證研究不同集聚方式對水污染的影響。模型公式如下：

Pi,t=α0+β1Qi,t+β2Pui,t+β3X+ξ

(6)

Pi,t=α0+β1Qui,t+β2Pui,t+β3X+ξ

(7)

Pi,t=α0+β1Qdi,t+β2Pui,t+β3X+ξ

(8)

式(6)是將上游水污染指標作為控制變量，構建制造業專業化集聚對流域水污染影響模型；式(7)和式(8)是將上游水污染指標作為控制變量，分別構建上游多樣化集聚、下游多樣化集聚對流域水污染影響模型

4 實證分析

4.1 基準分析

4.1.1Hausman檢驗

進行面板回歸前首先通過Hausman檢驗確定采用何種模型。由表1可知，模型6、模型7在1%顯著性水平上拒絕原假設，模型8在5%的顯著性水平上拒絕原假設，即3種模型均采用固定效應模型，具體結果見表1。

表1 Hausman檢驗結果

4.1.2平穩性檢驗

為避免實證分析中存在偽回歸現象，本文采用單位根檢驗的方式(HT法)對各變量進行平穩性檢驗，從表2可以看出，所有的變量都通過了1%的顯著性水平，說明本文所用的數據是平穩的。

表2 穩健性檢驗結果

4.1.3實證結果分析

本文以篩選出的26個長江流域地級市為研究對象，根據數據可得性以及測算結果，最后選取地表水的氨氮和生化需氧量含量作為被解釋變量，將專業化集聚、上游多樣化集聚和下游多樣化集聚作為解釋變量，將上游地區的地表水的氨氮(NH3)和生化需氧量(BOD)質量濃度作為控制變量進行實證分析，具體結果如表3所示。

表3 全樣本回歸結果

從表3中可以看出，制造業專業化集聚和上下游多樣化集聚對長江流域水污染的影響呈現顯著負相關關系，說明制造業專業化集聚與上下游多樣化集聚程度越高會導致長江流域地表水中氨氮和生化需氧量的含量下降，從而改善長江流域水污染狀況。這主要是因為專業化集聚達到一定程度時，制造業企業專業化分工更加明確，形成的規模收益會降低污染治理成本，控制水污染資金會增多，最終對水污染的改善起到促進作用。而上下游多樣化集聚的提高，會促進上下游產業鏈形成，制造業企業間不斷加強交流與技術革新，提高水污染治理效率。上游地區地表水氨氮和生化需氧量含量對下游地區水污染的影響顯著為正，即上游地區水污染物的排放會加重下游地區水環境的惡化。這主要是因為河流單向流動的屬性，水污染物會隨著河流順流而下導致下游地區水污染程度加深。

控制變量中，人均GDP、單位播種面積化肥施用量和地方政府競爭對長江流域水污染的影響顯著正相關。以生化需氧量為例，人均GDP每提升1%，長江流域地表水生化需氧量含量會上升近0.01%。人均GDP的提升代表該地區經濟發展水平的提高，在城市飛速發展的過程中制造業企業不可避免地排放大量水污染物；單位播種面積化肥施用量的提高導致水體富營養化問題，引起藻類過度繁殖破壞魚類生存環境，導致水環境問題的惡化；地方政府為了競爭流動性要素，可能會降低當地環境規制水平，導致制造業企業對水污染治理的積極性不高、地區水污染加重。

4.2 異質性分析

4.2.1分行業分析

實證分析13個細分制造業產業集聚程度與水污染的關系，以地表水生化需氧量含量作為被解釋變量，得出表4結果。由于篇幅原因，考慮到長江流域聚集大量重化工企業，干流中約60%的水體受到不同程度污染，多種重金屬如汞、鎘等嚴重超標，本文列出化學原料和化學制品制造業(C26)、化學纖維制造業(C28)實證結果。同時考慮到對水體污染的長期性影響，來自化工廠及航運的礦物油是一類難分解、易擴散物質，更含有對河流中的魚類有毒的水溶性成分，因此將石油加工業(C25)作為代表性行業分析其對長江流域水污染的影響。

從表4可以看出，以石油加工業、化學原料及化學制品制造業和化學纖維制造業為例，制造業細分行業專業化集聚對長江流域水污染的影響顯著負相關，主要是因為這些細分制造業行業的集聚更方便監管部門采取統一的管理標準與嚴格的獎懲措施，形成系統化和專業化治理，最終達到改善長江流域水污染的目標。而上下游多樣化集聚對長江流域水污染的影響在化學原料和化學制品制造業行業呈現顯著負相關關系，石油加工業與化學纖維制造業，雖然呈現一定的負相關關系，但并不顯著。這可能是因為我國是全球基礎化學原料制造大國，化學原料制造業結構性與環境矛盾日益突出，因此政府加大化學原料和化學制品制造業結構調整，引導其結構優化升級，使得該產業的上下游多樣化集聚能降低對水污染的負面影響。而其他上下游多樣化集聚的制造業之間更多的是合作關系而不是競爭關系，不同制造業企業之間的技術要求并不相同，雖可以通過交流形成互補，但效果并沒有專業化集聚制造業企業之間的技術交流明顯，另外以產業鏈為連接的上下游多樣化集聚在長江流域的分布較為復雜，對流域水污染的影響還受到地形、河流等諸多因素干擾，對水污染的影響效果低于專業化集聚。外商直接投資對長江流域水污染的影響顯著為負，這說明提高外商直接投資能夠改善水污染問題。引入外商直接投資的同時，通過技術溢出效應和知識溢出效應等獲得先進的技術手段和科學的管理方法，能夠有效控制水污染物排放量，減少對水環境的破壞。

表4 分行業回歸結果

4.2.2分上中下游城市分析

將長江流域26個地級市數據劃分為上、中和下游城市3組樣本數據，由于篇幅原因，僅以長江流域地表水生化需氧量含量為被解釋變量，具體回歸結果如表5所示。

表5 分上中下游城市回歸結果

由表5可以看出，制造業專業化集聚有利于改善長江流域水污染問題，且呈現出下游城市最強、上游城市次之、中游城市最弱的現象。下游城市隨著經濟水平的提高更為看重環境效益在產業發展中的作用，會投入更多資金用于研發綠色環保技術，減少有害水環境的污染物排放；同時下游城市產業結構轉型升級，重化工等制造業逐漸向中上游地區轉移，保留低能耗、綠色環保的制造業和服務業，進一步降低對水污染的負面影響。中上游城市為了本地區的經濟發展而擴大制造業規模，不可避免造成對水污染的影響。從上游地區生化需氧量指標可以看出，河流的單向流動屬性使得下游城市的水質受到上游地區水污染的負面影響，因此，中游城市的制造業集聚對水環境的降污能力弱于上游城市。從地方政府競爭視角可知，長江流域中下游城市地方政府競爭對其水污染的影響呈現顯著正相關關系，上游城市地方政府競爭對其水污染影響呈現顯著負相關關系。不同于分行業樣本，分上中下游城市樣本分析時地方政府競爭對水污染的影響更為顯著，可能是因為不同地區政府都有其獨特的競爭政策，以城市為樣本更能凸顯地方政府競爭對水污染影響。中上游城市地方政府為了競爭流動性要素，可能會降低自身環境規制水平來吸引更多產業的流入，產業規模的集聚擴張會排放大量污染物造成水污染，但相比于中游城市，上游城市由于其所處的地理位置，能夠對水污染進行源頭治理，較好地控制地方政府競爭對水污染造成的影響，而中游城市還要受到上游地區水質的影響，因此地方政府競爭對水污染造成的影響較為嚴重。

制造業產業鏈上游多樣化集聚對長江流域水污染的改善作用大于下游多樣化集聚，主要是因為制造業下游行業主要從事成品制造和生產服務等活動，而制造業中上游行業從事原材料的采掘和供應等，產業鏈上游集聚度的提高不僅使得資源的利用效率提升，還通過技術溢出效應促使企業提升環境治理研發效率，實現水污染源頭治理。另外，制造業產業鏈上下游關聯的多樣化集聚對水污染的改善效果下游城市優于中上游城市。相比于中上游城市，下游城市的經濟發展程度較高、基礎設施完善以及人才聚集程度高，產業之間的聯系更為密切，有利于提高資源利用率和先進清潔技術水平，提高污染治理能力。同時，下游城市臨近海洋，海洋自凈能力更強，下游城市環境承載力比中上游城市高，能保持經濟發展與環境承載力的平衡。

5 結論與建議

5.1 結論

a.總體而言，制造業專業化集聚與上下游多樣化集聚對長江流域水污染指標產生負向效應，即制造業集聚長度加深能夠改善長江流域水污染狀況。人均GDP、單位播種面積化肥施用量和地方政府競爭對長江流域水污染的影響顯著正相關。

b.在分行業樣本中，制造業專業化集聚能降低對長江流域水污染的負面影響。上下游多樣化集聚對長江流域水污染的影響在化學原料和化學制品制造業行業呈現顯著負相關關系。引入外商直接投資能夠對水污染問題起到改善作用。

c.分上中下游城市樣本中，制造業專業化集聚有利于改善長江流域水污染問題，且呈現出下游城市影響力最強，上游城市次之，中游城市最弱的現象。制造業上游多樣化集聚對長江流域水污染的改善作用大于下游多樣化集聚。制造業產業鏈上下游關聯的多樣化集聚對水污染的改善效果下游城市優于中上游城市。

5.2 建議

a.合理引導制造業專業化集聚與上下游多樣化集聚。制造業專業化集聚與上下游多樣化集聚具有強烈的路徑依賴，應當注重流域上游地區的產業布局與污染治理。積極引導制造業上下游多樣化集聚，形成合作互補的產業鏈上下游關系，加強制造業企業間的交流。提高制造業專業化集聚度，通過規模效應明確專業化分工，降低生產成本，將更多資金用于研發綠色高效技術，減少水污染。

b.制定有效約束地方政府競爭的體制。各地方政府應注重改革當地政府績效考核方式，將環保納入考核標準之中，同時明確地方政府環境責任制度，加強地方官員環保意識，監督地方企業控制污染物的排放規模，盡量減少因污染排放帶來的上下游沖突，共同提高環境治理效率。