中國工業碳排放與經濟增長的關系研究——基于STIRPAT模型

吳英姿，都紅雯，聞岳春

（1.杭州電子科技大學 經濟學院，浙江 杭州 310018；2.同濟大學 經濟與管理學院，上海 200092）

一、引言

近年來，伴隨著快速工業化和城市化發展進程，我國化石能源消耗產生的二氧化碳排放量呈現出大幅增長趨勢。工業是我國國民經濟發展的支柱，是耗能最大的行業，也是我國碳排放的主要來源，以2010年為例，我國碳排放總量為72.38億噸，工業行業總排放量為62.01億噸，是全國排放總量的85.66%。以犧牲環境為代價的粗放式經濟增長必然難以持續，強調工業的污染減排和環境保護的重要性和必要性不言而喻，如何實現工業增長與環境保護的協調至關重要。

碳排放與經濟增長存在怎樣的關系？長久以來，一直存在兩種截然不同的觀點。有的認為，經濟發展必然導致環境惡化，如：Meadows等（1972）［1］提出“增長極限說”，即經濟增長受到可利用資源的約束而不可能長期持續，因而為了達到保護環境的目的，必須人為地降低經濟發展速度。也有學者認為，促進經濟增長本身就是保護環境資源的有效手段［2］。自Grossman和Krueger（1995）［3］首次提出環境庫茨涅茨假說以來，許多學者對全球氣候變化問題的進行了深入研究，尤其是經濟增長對碳排放影響，研究結果表明二者之間存在顯著的關系，但結論并不一致，有的證明是單調遞增關系［4］，有的認為存在倒U 型環境庫茨涅茨曲線關系［5-6］。許廣月、宋德勇（2010）［7］的研究表明，中國地區人均GDP與人均碳排放的關系因地而異，東部和中部地區存在的倒U型關系，西部地區為正U型關系。

在現有文獻中，對于碳排放與經濟增長的關系研究主要集中在省際或城市等區域層面研究，針對工業行業層面的研究較少，沒有對排放特征不同的行業展開相應的研究。中國工業碳排放與經濟增長之間是否存在長期均衡關系，經濟增長是造成工業碳排放急劇增長的基礎性原因嗎？工業碳排放的影響因素有哪些？這些因素是如何影響工業碳排放的？這些影響因素在不同的工業行業中對碳排放的影響相同嗎？這些問題事關我國工業低碳經濟發展戰略的實施，也是我國經濟結構轉型的關鍵。

本文依據工業碳排放特征，將中國工業36個行業劃分為高、低排放強度行業組，基于改進的STIRPAT 模型，利用1995-2010年的工業面板數據，考察中國工業碳排放與經濟增長的關系，并就工業碳排放的影響因素和行業差異進行實證分析和識別，為促進工業低碳發展提供理論支撐和經驗證據。

二、模型、變量與數據說明

（一）模型與變量定義

Erlich 和Holdren（1971）［8］提出了環境影響決定因素的IPAT 分析框架，即：I=PAT，I指環境影響，P代表人口因素，A代表富裕程度，T代表技術水平，IPAT 模型被廣泛地作為分析環境變化驅動因素的模型框架。Dietz和Rosa（1994）［9］發展了IPAT，建立了STIRPAT 模型，保留了IPAT模型中環境影響和人口、富裕度、技術的關系的主要思想，還克服了它的單位彈性的假設限制的缺點，加入了隨機性，既允許將各系數作為參數來估計，也允許對各影響因素進行適當分解，便于根據各自研究的特點進行相應的改進來開展實證分析［10］。STIRPAT模型通常具有如下的形式：

Ii、Pi、Ai、Ti的含義與IPAT模型中的含義相同，δ為估計參數，εi為隨機誤差。為便于研究和分析，STIRPAT模型轉換成對數形式：

本研究對STIRPAT模型進行相應的拓展與改進，實證分析經濟增長對碳排放的影響作用，除此之外，綜合已有研究，考慮碳排放的主要影響因素，選取科研投入強度［11］、能源結構［12］、行業規模［13］、勞動力規模［14］、資本規模［15］、資本深化［14］、市場因素［16］和政府政 策支持指標［17］，基于1995-2010年中國工業數據，構建中國工業碳排放影響因素的研究面板數據模型，即：

其中，C 為工業碳排放，代表STIRPAT 模型中的環境影響I，表示碳排放越大，對環境影響越大；Y 為工業總產出，SIZE 為行業資產規模，代表STIRPAT 模型中的富裕程度A，結合已有研究，將Y的一次項和平方項引入模型［7］；RD為工業科技活動經費占產品銷售收入比重，即科研投入強度，代表STIRPAT模型中技術水平變量T；L、K分別為行業勞動力和資本存量規模，LK為行業資本-勞動比率，代表行業資本深化程度；EM 為煤炭在能源消耗中的比重，代表能源結構；PI為行業出廠價格指數，代表市場因素影響；TAX為行業主營業務稅收及附加占產品銷售收入比重，代表政府政策支持指標；β為工業碳排放影響系數；i和t分別代表行業和年度；ui和εit分別是不可觀測的個體效應和隨機誤差。這里忽略人口因素的影響。

（二）數據來源與處理

基于歷年《中國統計年鑒》、《中國能源統計年鑒》、《中國科技統計年鑒》，構建中國工業36 個行業1995-2010年投入產出數據，所有與價格相關的數據都以1990年為基年按歷年的價格平減指數平減，資本存量按固定資產凈值年平均余額序列進行價格平減后進行估算［18-19］。

以碳排放強度最大和最小的5 個行業為例，繪制1995-2010年行業排放強度走勢，如圖1所示。

圖1 1995-2010年中國工業碳排放強度走勢

由圖1 可以看出，不同行業的碳排放特征存在較大的差異：一是高排放強度的行業的碳排放強度遠大于低排放強度行業，如2010年石油加工行業碳排放強度（9.381kg/元）是計算機通訊設備制造行業（0.001kg/元）的將近萬倍；二是低排放強度行業碳排放強度下降趨勢明顯大于高排放強度行業，且碳排放強度在高排放強度行業表現出更為頻繁的波動，如石油加工業在1998年小幅上升后，在2002-2004、2006、2009年出現了波動，這與中國重化工業重新啟動有關，說明我國重工業的擴張還是以高能耗型的擴張為主。

依據2010年各行業碳排放強度由低到高，將36個工業行業分成低排放強度組和高排放強度組，每組18個行業，各組行業主要變量統計性描述見表1。由表1可以看出，高、低碳排放強度行業的生產特征存在明顯差異：雖然兩組吸納的勞動力數量相當，但高排放強度組行業的資本存量、能源消耗和碳排放量高于低排放強度組行業，而平均總產出比低排放強度組行業小，說明高排放強度組高資本投入、高耗能、高排放并未帶來較高的經濟產出。低排放強度組行業科研投入強度高于高排放強度行業，煤炭消耗比重和行業市場價格增長小于高排放強度行業。低排放強度行業的稅負高于高排放強度行業，說明政府在稅收政策扶持上有高排放強度行業傾向。

表1 按CO2排放強度分組的主要變量統計性描述

三、實證檢驗結果

（一）模型估計

采用面板數據分析方法，對中國工業碳排放與經濟增長的關系及其影響因素進行實證分析。通過F統計量分析和豪斯曼檢驗，可以確定，對于（3）式，高、低碳排放強度行業應建立個體固定效應模型，計量結果如表2所示。

表2 我國工業行業CO2 排放與經濟增長關系的估計結果

（二）計量結果及分析

高、低碳排放強度行業總產出的一次項系數為負，二次項系數為正，說明中國工業碳排放與經濟增長關系具有U型曲線特征，這個結論與吳英姿和聞岳春（2013）［20］的結論相似，說明碳排放與經濟的協調發展需要更多的人為干預與矯正，如果政府的減排規制政策及低碳投資策略得當，非常有可能改變碳排放與經濟關系的曲線的弧度和走勢，實現經濟發展方式的綠色轉型。根據二氧化碳排放與經濟關系曲線拐點計算公式：ξ=exp(-β1/2β2)，可以分別得到中國高、低碳排放強度行業的碳排放庫茲涅茨曲線拐點分別為：505.62億元人民幣和40 906.64億元人民幣，可見拐點處高排放強度行業的經濟產出遠低于低排放強度行業，表明繼續推行重化工業的擴張必然帶來較高的碳排放增長，而促進低排放強度行業經濟發展不會加劇碳排放增長。

勞動力投入對工業碳排放的影響系數為正，且系數通過顯著性水平檢驗，表明勞動投入與工業碳排放呈顯著正相關關系，勞動投入每上升一個單位，分別引起高、低排放強度行業的碳排放總量增加0.129和0.356個單位，可見，勞動力推動經濟發展的同時，加劇了碳排放總量增長。資本存量對工業碳排放的影響系數為正，低排放強度行業通過顯著性水平檢驗，高排放強度行業沒有通過顯著性水平檢驗，但從影響系數可以看出，資本存量對碳排放的正向影響作用高于勞動力。資本深化程度對工業碳排放的正向影響沒有通過顯著性檢驗。

科研投入強度對高排放強度行業碳排放有顯著的負向影響，對低排放強度行業負向影響不顯著，表明科研投入對工業低碳發展的作用在高排放強度行業更為顯著，說明高排放強度行業高排放強度行業在促進產值增長的同時，注重了節能減排技術上的研發投入，主要原因可能是國家的節能減排政策主要關注高排放強度行業，忽視了對低排放強度行業綠色技術和管理創新約束和激勵。

能源結構與工業碳排放呈顯著的負相關關系，表明工業減排中僅引導能源結構優化，不能有效降低工業排放，主要原因在于雖然工業行業的煤炭消費比重均有下降，但不能抵消能源消費總量迅猛增加而導致碳排放急劇增加，具體來說，1995-2010年間，高、低排放強度行業煤炭的消費比重分別下降-0.09%和15.44%，能源消費總量分別增長143.58%和132.04%，說明僅僅優化能源消費結構并不能降低碳排放，還需要結合新能源的開發利用、提高節能技術和能源效率等其他減排手段。

從回歸結果來看，行業規模、市場價格變動和稅收政策對工業碳排放有不顯著的負向影響作用，說明行業整合升級、政府的稅收政策對工業減排有一定的正向作用，且市場價格上漲并不會加劇行業碳排放增長。

四、結論和政策建議

本文基于改進的STIRPAT模型和工業碳排放特征，實證分析了中國工業碳排放與經濟增長的關系及其主要影響因素，主要結論為：①中國工業的二氧化碳排放與經濟增長的關系具有U型曲線特征，拐點處高排放強度行業的經濟產出低于低排放強度行業；②資本存量對工業碳排放的正向影響作用大于勞動力總量，化石能源結構調整不能促進工業減排，科研投入有利于高排放強度行業減排。

由上述研究結論得到如下政策啟示：①繼續推進高排放強度行業增長方式由粗放型向集約型轉變，大力促進低碳排放強度行業的發展，實現經濟結構的低碳轉型；②在促進低碳經濟發展過程中適當引導就業，防止資本過度深化，促進綠色技術發展，繼續鼓勵高排放強度行業綠色創新技術的投入，同時重視低排放強度行業環境規制和減排技術發展；③優化能源結構，一方面提高能源效率，控制能耗總量過快增長，另一方面積極開發低碳能源，加快清潔能源的開發和使用。

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