基于環境技術的省際環境管制成本研究

李小勝 宋馬林 安慶賢

(1.安徽財經大學統計系，安徽 蚌埠 233030;2.中國科學技術大學管理學院，安徽 合肥 230026)

改革開放以來，我國經濟增長迅速，按照可比價格計算年均增長速度達到9%以上;但是，在經濟取得巨大成就的同時，我們也注意到中國經濟增長的質量不容樂觀;長期以來，中國經濟形成了一種低質量、低效益、低就業、高能耗和高污染排放的增長模式［1］。環境污染導致的高污染治理成本，使轉變增長模式的內部訴求和控制溫室氣體排放的大勢所趨，促使中國提出了量化的碳減排指標［2］，那么控制碳減排對實體經濟的影響關系到成本問題，所以研究碳排放的成本大小，一個方面向世界證明履行承諾中國經濟付出的代價，另一個方面也為未來經濟發展提供結構調整的現實依據。所以控制二氧化碳排放對經濟是否有負面影響以及這種負面影響的大小正是本文關注的主要問題。

1 文獻綜述

自從20世紀70年代開始，源于對美國當時生產率下降的解釋，人們逐漸對環境管制政策進行了大量關注。很多理論認為環境管制政策導致企業將本來可以用于生產的投入配置到污染治理活動中，當面臨環境管制的時候，生產單位治理污染投入的成本應該包含在測算全要素生產率的投入中;而傳統的測度方法僅僅用期望產出或“好”產出的增長率減去所有投入的貢獻，非期望產出或“壞”產出的下降并沒有被考慮，所以傳統全要素生產率的測度方法會使生產率增長出現高估［3］。在實證研究領域，國外學者們對環境管制下的成本進行了大量的研究，但是并沒有得出一致的結論。Sancho等［4］使用效率指數對西班牙木制品和家具制造企業在環境規制下的產出和生產效率進行了實證分析，發現環境規制對產出和生產效率都有負的影響。Boyd等［5］利用方向性距離函數對美國玻璃器皿行業的環境管制成本進行了估計，發現環境的管制成本是普遍存在的。Fre等［6］在考慮環境有規制和無規制下，應用環境生產函數和方向性距離函數兩種方法，利用美國1995年的92家煤炭發電廠數據對環境管制的成本進行了估計，發現有些企業存在環境規制成本，有些企業不受規制的影響。同樣，Domazlicky和 Weber［7］利用方向性距離函數計算了環境管制所導致的“好”產出的損失指數，結論是環境管制成本在有些企業存在。

由于傳統的環境管制成本度量方法需要污染定價和治理成本等信息，國內對環境管制成本進行研究的文獻并不多，且應用的技術主要是回歸技術。高鵬飛等［8］利用二次多項式模型擬合碳減排邊際成本曲線，并對未來碳減排的情景進行了模擬。黃德春和劉志彪［9］通過在Robert模型中引入技術系數，分析了環境規制對企業生產的影響，結果表明，環境規制在給企業帶來直接費用的同時，也會激發一定程度的技術創新，部分或全部地抵消這些成本，認為環境規制可以同時減少污染和提高生產效率。王兵和王麗［10］以及葉祥松和彭良燕［11］應用 Domazlicky 和Weber［7］構造的環境損失指數方法測算了中國各地區的管制成本，發現大多數省份存在環境管制的成本;陳詩一［2］同樣用的也是方向性距離函數對我國工業行業的管制成本進行了分析，得出的結論是有些行業存在管制成本，有些行業不存在，但總的環境管制成本很高。

從上面的文獻可以看出，國外利用環境生產函數和環境方向性距離函數對環境管制成本進行了大量的研究，但是很少有對中國環境管制成本的研究。國內的研究大都集中在比較環境變量引入模型后新的全要素生產率與傳統的未引入環境變量的全要素生產率之間的差別。很少有文獻利用環境生產函數和環境方向性距離函數專門對中國二氧化碳的規制成本問題進行研究，而且在方向性向量的選擇時候通常是以原有數據為基礎，這使得不同省份間在估計成本時，可比性比較差;本文所做的工作就是在引進能源投入的基礎上，利用相同的方向性向量對不同省份環境管制成本進行研究，并比較了利用環境生產函數和方向性距離函數估計成本的差異以及給出差異的經濟學解釋。

2 研究方法

2.1 環境生產技術

為了估計環境管制的成本，要構造一個既包括“壞”產出(b)，又包括“好”產出(y)的生產可能性集合，Fre等將這種生產可能性集合稱為環境技術，通常環境技術為了定義良好還要求滿足3個基本條件，即零結合性、聯合弱可處置性、投入要素x和y“好”產出是強可處置［6］。

2.2 環境生產函數和方向性距離函數

為了將環境技術模型化環境生產函數，我們只考慮一種期望產出，即假設，有 k=1，…，K個省份的投入和產出數據，我們可以將環境生產函數定義為F(x，b)=max{y:(y，b)∈P(x)}，在考慮非期望產出管制下對于具體的某個地區k'，其環境生產函數為:

這個函數可求解有一種期望產出、J種非期望產出和N種投入情況下的最大產出問題，這里zk(k=1，…，K)是權重變量，且沒有約束，是一個規模報酬不變的生產函數形式。函數中的等式約束表示非期望產出是弱(有環境規制)可處置的。對于各省的產出為了滿足零結合性，通常假設還滿足下列兩個條件:

前一個條件表示每一個省至少生產一種期望產出，后一個條件表示每一種非期望產出至少有一個省生產。環境生產函數對于非期望產出的處理是弱可處置的，給定投入和污染物b，以期望產出的實際產量與前沿產量之間的差距來衡量技術非效率的大小。環境生產函數的不足之處，在于不能保持期望產出增加的同時，減少非期望產出的要求。所以環境生產函數的方法經常會招致批評，因為公眾的愿望往往是既要求經濟快速增長，又要求污染排放減少。為了將這樣的生產過程模型化，常需要引入方向性距離函數的概念［12］。

方向性距離函數是將產出(期望和非期望)與投入結合，是傳統Shephard距離函數更一般化的形式［6］，方向性距離函數通過設定了一個方向向量g=(gy，－gb)，對于選定的方向性向量g，方向性距離函數可以最大限度的增加“好”產出、減少非期望產出。將方向性向量帶入產出距離函數中而得到方向性距離函數=sup{β:(y+βgy，b－βgb)∈p(x)}，β 代表按照方向向量g=(gy，－gb)所能達到的“好”產出增加、“壞”產出減少的最大比例。如果，表明該生產過程已位于前沿面上，是技術有效的;若＞0，說明生產過程是非技術有效的，有進一步改進的空間。根據“壞”產出表現出技術上的強弱可處置性，方向性距離函數表現出不同的形式。強可處置性技術是指不受嚴格的環境規制影響的技術，即“好”產出和“壞”產出都是自由可處置的(增加和減少都是可以自由決定的)。弱可處置性技術是指在嚴格的環境管制下的技術，“好”產出的增加和“壞”產出的減少是有嚴格要求的，可以用以下公式嚴格環境管制下的方向性距離函數:

2.3 環境規制的成本

Fre等認為環境規制的成本可以理解為考慮環境規制和不考慮環境規制下期望產出的差異表示，即為了減少非期望產出和增加環境治理活動，往往要以犧牲一定的期望產出為代價，本文的環境管制成本正是從這個意義上定義的。環境規制的成本可以由環境生產函數和環境方向性距離函數分別來估計。為了估計環境規制的成本，要引入環境非規制的技術，環境非規制的技術是指期望產出和非期望產出都是可自由處置的，在非期望產出可以自由處置下環境生產函數可以用式(3)表示:

同樣，在非期望產出是自由處置的情況下，環境方向性距離函數可以用式(4)表示:

式(3)和式(4)中的符號意義與式(1)和式(2)是相同的，不同在于約束條件中，非期望產出約束的符號不同。各省份期望產出可以擴張的最大程度在“弱可處置”下擴張的比例將低于在“自由處置”假定下產出可以擴張的程度，即FU(xk';bk')≥F(xk';bk')。那么由于環境污染治理而損失的期望產出為:

PAC就是環境管制的成本，即由于非期望產出的不可自由處置導致的損失。利用方向性距離函數計算的環境管制成本可以用下式表示:

3 數據的來源和處理

為了對上述的模型進行實證，我們需要資本存量、勞動、能源投入和二氧化碳排放的數據。對于資本存量，我們采用張軍等(2004)［13］使用的永續盤存法，以1952年為基期測算了大陸28個省區市2009年的資本存量，永續盤存法可以用 Kit=Kit－1(1－ δit)+Iit表示，其中 i表示省、區、市，t表示年份，K指資本存量，δ是折舊率，I表示可比價新增固定資產投資。勞動投入本文用各地區的就業人員數來衡量，具體用相鄰年份就業人員數的平均值作為本年的就業人員數。各地區能源消費數據直接采用《中國能源統計年鑒》提供的分地區能源消費總量數據。各地區的期望產出用各地區生產總值表示，為了保持價格一致，地區生產總值用各地區1952年為基期的居民消費價格指數平減。中國政府部門沒有提供二氧化碳排放量的直接統計數據，很多機構提供了該數據，但中國政府都沒有認可。目前學術研究都是通過能源消費量乘以該種能源的二氧化碳排放系數求得。轉化過程可以用下式表示，其中，n表示某省份消費的能源種類數，Ei為第i種能源消費量。CFi為第i種能源的平均發熱量，CCi表示第i種能源的單位發熱量的含碳量。COFi表示第i種能源的氧化水平，二氧化碳分子質量是44，碳元素質量為12。平均發熱量數據來自《中國能源統計年鑒》，單位熱值含碳量和碳氧化率來源于《省級溫室氣體清單編制指南》，從而可以求得各種能源的二氧化碳排放量。由于，西藏自治區、海南省能源消費數據缺失比較多，另外我們將重慶市與四川省合在一起研究，所以本文用到的數據是中國大陸28個省市的投入產出數據。

4 實證分析

由于本文只研究單一期望產出和非期望產出，通過方向性距離函數來研究成本大小時，我們設置方向性向量為gy=1，gb=－1，那么方向性距離函數中的β，在這里其實就是生產點離前沿產出的實際數據大小，即技術非效率，如果每個省份都按照這個距離來表示技術非效率項的大小，那么就可以利用這些距離對各個地區進行成本分析和排名，距離越大說明考慮環境管制下的技術效率越差，離前沿面越遠，反之說明技術效率高，離前沿面近①。

首先，我們利用環境生產函數式(1)計算規制下的最大期望產出和式(3)計算無規制下的最大期望產出，再將其減去實際觀察到的期望產出數據，這就表示了技術的非效率大小。表1中第(1)列表示是按照1952年不變價觀測到的實際期望產出數據，表1中的第(2)列是在無環境規制下，利用環境生產函數估計的最大期望產出減去實際期望產出數據后的結果，表1中第(3)列是按照有管制下的環境生產函數估計的最大期望產出減去實際期望產出數據后的結果，最后利用式(5)將第(2)列減去第(3)列，得到利用環境生產函數估計的規制成本數據，為表中第(4)列。同樣我們可以利用環境方向性距離函數式(4)得到無規制下的技術非效率項和式(2)得到規制下的技術非效率項，分別為表1中的第(5)列和第(6)列，將第(5)列或第(6)列加上實際觀察到的期望產出，就是利用方向性距離函數得到的各自最大期望產出數據。將表中的第(5)列和第(6)列相減得到表1中第(7)列，表明方向性距離函數估計的環境管制成本的大小。

其次，從表1中的估計結果第(2)、(3)、(5)、(6)列，我們可以看到技術非效率項在很多省份都不為0，這表明無論是利用環境生產函數還是環境方向性距離函數的估計，技術非效率項(離前沿面有一定的距離)也即環境的管制成本是普遍存在的。

最后，從表1中的估計結果第(3)、(6)列，我們可以看到在有環境規制情況下，依靠方向性距離函數估計的技術非效率項小于依靠環境生產函數估計的技術非效率項，這是因為方向性距離函數要求在以最大限度的增加“好”產出同時、減少“壞”產出和投入，這樣就導致生產點擴展的比例不會太大，而環境生產函數其實是在給定投入和非期望產出情況下向前沿面擴展的大小，要求滿足的條件少些，所以數值要大一些。但是在非規制下依賴環境方向性距離估計的技術非效率項大于依靠環境生產函數估計的技術非效率項，這表明在沒有環境管制時構造的前沿面下，生產單位在方向性距離函數下比在環境生產函數情況下離前沿面的距離更遠。綜合上述的技術非效率項的大小情況，我們從表中的結果也能看出各個省份依賴環境生產函數估計的成本PAC小于相應省份的珝DPAC，即表1中的第(7)列大于第(4)列，這主要是由于有環境規制情況下的方向性距離函數估計的技術非效率項小于環境生產函數估計的非效率項;而無環境規制下的方向性距離函數非效率項大于環境生產函數估計的非效率項，根據成本的計算公式我們自然得到珝DPAC大于相應省份的PAC。利用表1中的技術非效率項數據，我們可以看到珝DPAC除了遼寧、上海、安徽、福建和廣東不存在，其他省份都存在環境管制的成本，而PAC只有在北京、黑龍江、湖南、四川、青海幾個省份存在，其他省份都不存在管制的成本。通過本文的分析表明環境管制的成本在方向性距離函數的計算下，國內多數地區都是存在的，且有的地方環境管制的成本非常高，而通過環境生產函數進行估計的環境管制的成本在國內多數省份都是不存在，這主要是環境生產函數不要求在保持期望產出增加的同時，減少非期望產出，要求沒有方向性距離函數嚴格。

表1 全國28個地區2009年的技術非效率和環境管制成本Tab.1 China’s 28 regions technical inefficiency and pollution abatement cost in 2009 億元

從基于方向性距離函數估計環境管制成本珝DPAC結果的地域分布來看，環境管制成本主要集中在中部腹地，典型的地區是四川、湖南、廣西、山西、河南、河北、陜西、甘肅、貴州和山東等地區，這些地區是我國的主要工業基地之一，環境管制成本較高。這表明在承擔較大環境管制代價的同時，這幾個地區今后要加大結構調整的力度，轉變增長方式，走低碳發展之路，實現經濟、資源環境的友好發展。這也從另一個側面反映了中國政府在環境治理方面付出的代價是很大的，表現出一個負責任的大國形象，也證明了邱東和陳夢根［14］關于中國不應在資源消耗問題上過于自責的論斷。成本研究的還有一個重要結論是發達地區，如上海、江蘇、廣東等地的管制成本并不高或者為0，對這一現象的解釋很可能是這些地方多年前就對環境有著一定的要求，所以產業結構的合理性比其它的地區好，處在構造的前沿面上，有環境管制和無環境管制對其成本影響不是很大。

5 結論與討論

本文利用建立在環境技術下的環境生產函數和環境方向性距離函數方法，研究了考慮能源投入情況下二氧化碳排放的管制成本問題，通過研究發現我國多數省份存在著環境管制的成本，這表明要履行減排承諾，又要保持經濟的增長，中國經濟會承擔著較大的代價;同時，通過成本的估計可以為那些管制成本高的省份，在淘汰落后產能、整合優勢資源、加快產業升級方面都提供了改革的依據。

從上面的分析可以看出利用環境生產技術研究環境管制成本有很多優勢。首先，不需要環境治理的成本和污染定價信息，相應的治理成本被理解為減少非期望產出而導致期望產出的減少數量;其次，通過實際調研測算成本由于生產過程改變帶來污染減少時，成本估計有很大的困難性，建立包含“好”的和“壞”產出的聯合生產模型可以避免這一問題。最后，多個企業或地區共同的治理活動，會很方便的通過“好”產出和“壞”產出的聯合生產來反映，因為模型在優化過程中同時考慮了這些因素。但是Fre等指出在規制的環境效率研究中，只有每個地區(或企業)從事環境治理活動時，利用這種數據來構造效率前沿面，才能與非規制情況下前沿具有可比性。這個對于我們的省際數據是不會存在這個問題，因為每個省都會有環境治理活動，否則估計成本的時候會是一個有偏的結果。用技術非效率的大小來代表環境管制的成本大小不但與函數形式的選擇有關，而且與方向性距離的設置有很大的關系，不同的設置會有不同的結果。國內外在方向性距離的設置中，主要采用三種方法:第一種是方向性向量在期望產出和非期望產出現有基礎上按比例性增減;第二種是期望產出和非期望產出設置為由1構成的向量，不同的決策單元都以這個方向性向量進行效率計算;第三種是方向性向量在考慮經濟意義和環境治理目標的基礎上設置，通常是在原有數據基礎上設置為期望產出和非期望產出一定倍數。第一種和第三種由于以原有數據為基礎比例擴張，會有數量級的問題，使得不同省份間在估計成本時，可比性較差;第二種由于采用相同的向量，有利于不同省份間的比較，且得到的離前沿面距離大小直接能表示管制成本，所以本文采用第二種方法。總的來看，環境成本估計為向世界證明履行承諾中國經濟付出的代價，也為個省份未來經濟發展提供結構調整的現實依據。但是數據包絡分析的不足遠未為綠色GDP核算提供完善的境界。

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