基于LMDI的長江中下游城市群污染排放強度分析

張嘉琪，王超然，劉毅*

（清華大學環境學院，北京 100084）

基于LMDI的長江中下游城市群污染排放強度分析

張嘉琪，王超然，劉毅*

（清華大學環境學院，北京 100084）

長江中下游城市群地區工業重化特征明顯，工業水污染排放貢獻超過10%，大氣污染物占比更超過70%。本文采用迪氏對數指標分解法（LMDI）識別長江中下游城市群污染排放的主要影響因子，對長江中下游城市群重點行業COD、氨氮、SO2、NOx排放強度進行分析。將排放強度拆分為末端削減、技術工業和產品結構三個指標，分析2012—2020年和2020—2030年兩個時間段內，對污染排放強度降低貢獻度最高的影響因素。結果表明，末端削減和技術工藝對污染排放強度降低影響大，貢獻值之和約為90%，兩者分別代表末端處理技術對污染排放的削減程度，以及高附加值行業單位產值污染物產生水平；COD、SO2和氨氮的排放強度由末端削減和技術工藝共同作用，NOx的排放強度較高且未來末端削減水平進步小，未來需要重視該污染物的減排和治理。

長江中下游城市群；迪氏對數指標分解法；污染排放強度；末端削減；技術工藝

引言

長江中下游城市群地區水土資源豐富，氣候條件優良，地形多為沖積平原，低山丘陵交錯，水網密布，濕地廣布，是全球重要的生物多樣性維持地區，是我國重要的濕地洪水調蓄區、水源涵養區和水土保持區域，也是我國重要的農產品提供功能區和人居保障功能區。長江中下游城市群地區位于我國長江、淮河等重要流域的關鍵區域，鄱陽湖、洞庭湖、漢江、淮河等流域的生態環境質量，不僅關系到本區域的生態環境健康，也直接關系到東部地區的生態環境安全。近年來，我國針對該地區提出“促進中部地區崛起”“長江經濟帶發展戰略”等多個發展戰略，長江中下游城市群作為“中部地區”和“長江經濟帶”的重要組成部分，區域經濟社會綠色化發展的需求更為迫切[1]。

近年來我國污染排放強度大幅下降，眾多學者研究得到規模效應、結構效應和技術效應是污染減排的主要影響因素，經濟規模的降低、經濟結構的優化、污染排放密度的降低都能減少污染排放，但作用機制不盡相同[2,3]。1991年Grossman和Krueger在環境庫茲涅茨曲線的基礎上，提出經濟規模、經濟結構和處理技術可以共同作用影響污染排放強度[4]。Zhu運用情景分析法對未來行業減排的潛力[5]，Takeshita分析了不同地區、行業的協同減排效應[6]，Zhang 等分析了經濟結構調整對減排的促進效應[7]。多位學者采用了指標分解方法分別從經濟人口、經濟結構、工業發展等角度，對我國污染排放量進行了討論[8]。為了有效控制污染排放，國內外學者多采用因數分解的方法對排放進行分解，目前較為常見的指標分解方法包括拉氏分解法（Laspeyres）、帕氏分解法（Paasche）和Sun完全結構分解法，上述分解法難以同時對多個指標進行分解，或者分解后殘差較大，難以解釋[9,10]。Ang等提出的迪氏對數指標分解法(Logarithmic Mean Disivia Index， LMDI) 可以得到無殘差的指標分解結果，避免了參數估計的主觀性誤差，被國際上學者廣泛使用[2,11]。劉滿芝、祝捷等運用LMDI模型，分別針對主要大氣污染物和工業廢氣排放影響因素進行分析研究[12,13]。

本文選取對長江中下游城市群工業產值占比和污染排放占比超過5%的行業作為入選產業，同時梳理該區域國家級、區域規劃、省級綜合性規劃或工業規劃、地市綜合性規劃和工業規劃、重要產業集聚區規劃及其環境影響評價報告等，判斷評價區各地市未來著力發展的重點產業，最終選取了鋼鐵、有色、食品、建材、紡織、化工、裝備制造等七大重點行業。以2012年、2020年、2030年為時間節點劃分兩個時間段，應用LMDI方法對重點行業的COD、氨氮、SO2、NOx污染排放強度進行指標分解，分析得到七大重點行業四種污染物在兩個時間段中，對排放強度降低的主要貢獻因素及三個影響因素各自的變化情況。

1 指標分解模型

1.1 研究區域

長江中下游城市群包括28個城市（表1），工業重化特征明顯，工業對資源環境的需求大，工業排放了區域內10%以上的水環境污染物和70%以上的大氣環境污染物。其中，工業COD排放占全國工業COD的 6.7%，低于其工業增加值占比（8.5%）。此外工業氨氮、SO2、NOx和煙粉塵排放占全國工業排放比重均高于其增加值占比，單位增加值排放高于全國平均水平（圖1）。

表1 長江中下游城市群范圍

1.2 數據來源及分析基礎

本研究以2012年為基準年，對比評價區各重點行業單位產值污染排放物與全國平均水平對比，當污染排放強度高于全國水平，將2005—2012年以來該行業單位產值全國年均排放量變化作為平均技術提升水平。當評價區污染排放強度低于全國水平時，按2030年行業污染排放強度可達區域內該行業最優5%企業平均排放強度為目標要求，設定年均改善程度從而得到區域內2020年、2030年各行業的污染排放強度。文中各地區分行業污染物排放量、產生量、產值等數據均來自于各地市2012年統計年鑒與環境統計年鑒。

工業整體污染排放強度略有下降（圖2），但不同行業之間仍存在較大的差距。情景年下萬元工業產值氨氮污染物排放量下降趨勢最為明顯，COD、SO2次之，NOx下降幅度最小。與2012年相比，2020年長江中下游城市群重點行業COD排放強度降低36%～90%，2030年降低57%～96%；重點行業氨氮排放強度2020年降低23%～94%，2030年降低43%～99%；重點行業SO2排放強度2020年降低42%～88%，2030年降低52%～96%；重點行業NOx排放強度2020年降低20%～72%，2030年降低39%～83%。

1.3 基于LMDI的污染排放強度分析模型

污染排放強度是指一個國家或地區一定時間內單位產值排放的污染物量，即千克污染物排放量/萬元GDP，用以衡量創造單位經濟價值的環境負荷大小。為討論影響污染排放強度的影響因子，本文將污染排放強度分解為末端削減、技術工藝、產品結構三個影響因素。具體因素分解如下：

其中，I代表末端削減，即污染物排放量比產生量（E/P），用以討論處理工藝對污染物的去除情況；T代表技術工藝，即污染產生量比重點發展行業產值（P/Y），重點發展行業單位產值產生的污染物量；S代表產品結構，即重點發展行業產值與總產值之比（Y/G），重點發展行業的篩選是以高附加值行業及地區發展的特色行業為依據。

圖1 2012年長江中下游城市群排放強度

圖2 長江中下游城市群各地市污染排放強度變化

引入時間參數0年到t年，根據LMDI分析模型分解得到各因素的效應為：

2 結果與討論

2.1 鋼鐵行業污染排放強度分析結果

根據前文方法，得到各地市2012年、2020年、2030年污染物排放強度。采用LMDI分解方法對鋼鐵工業COD排放強度進行指標分解，結果如表2所示

表2 長江中下游城市群各地市鋼鐵行業COD排放強度指標分解結果

由表2可知，2012—2020年，長江中下游城市群以末端削減為主要影響因素；2020—2030年，鋼鐵行業COD排放強度的關鍵因素從前一階段的末端削減逐漸改變為技術工藝。對長江中下游城市群總體而言，2012—2020年鋼鐵工業COD排放強度大幅下降，其三個因素對強度降低的貢獻為末端削減80.0%、技術工藝19.3%、產品結構0.7%；2020—2030年COD排放強度進一步降低，其主要影響因素從末端削減逐步轉化為技術工藝，技術工藝貢獻率為40.7%，末端削減占比58.9%，產品結構占比0.4%。鋼鐵工業兩個時間段下末端削減和技術工藝兩個影響因素對污染排放強度降低的貢獻占比之和大于99%，可以得到長江中下游城市群地區鋼鐵工業產品結構變化不大，整個行業已達到較為穩定的狀態。

2.2 重點行業四種主要污染物污染排放強度指標分解結果分析

按照上述鋼鐵工業COD污染排放強度指標分解的方法，對2012—2020、2020—2030年兩個時間段內，整個長江中下游城市群的七個重點行業進行四種污染物的排放強度LMDI分析。如表3所示，污染物排放強度的主要制約因素集中在末端削減和技術工藝兩個因素上。

表3 長江中下游城市群重點行業污染排放強度指標分解結果

如圖3、圖4所示，2012—2020年除紡織工業外，其他行業及2020—2030年全行業末端削減和技術工藝兩個因素對行業污染排放強度降低的貢獻超過90%，各地市污染排放強度的指標分解結果與整個城市群的結果相似。其中，以下幾個地區重點行業的主要影響因素在2012—2020年、2020—2030年兩個時間段內發生變化，且與城市群的分解結果有所不同。COD分解結果發生變化：皖江城市帶和鄱陽湖生態經濟有色（技術—削減），長株潭城市群建材（削減—技術）、化工（技術—削減），皖江城市帶紡織工業（技術—削減）。氨氮分解結果變化情況：皖江城市帶鋼鐵（削減—技術），長株潭城市群鋼鐵、有色、食品（削減—技術），鄱陽湖生態經濟區建材、化工（技術—削減），鄱陽湖生態經濟區裝備（削減—技術），皖江城市帶紡織（技術—削減），武漢城市圈化工、裝備（削減—技術）。SO2的分析結果有所不同：長株潭城市群、鄱陽湖生態經濟區（削減—技術），長株潭城市群裝備（削減—技術）。NOx排放強度削減的主要貢獻來源變化行業是長株潭城市群裝備（削減—技術）。

圖3 2012—2020年長江中下游城市群污染排放強度指標分解結果

圖4 2020—2030年長江中下游城市群污染排放強度指標分解結果

總體來看，長江中下游城市群兩個時間段內鋼鐵、建材兩個行業產品結構的貢獻率基本保持穩定，對污染排放強度的影響小于3%；有色、食品、化工行業不同時間段內各影響因素占比略有變化，具體表現為末端削減占比驟升，這種現象主要是由于技術工藝改造、產品結構升級基本達到穩定，末端削減技術還有提升空間；對比其他行業紡織和裝備制造業產品結構占比較大，紡織工業從2012—2020年可能的較大負相關變為2020—2030年的較小負相關，紡織工業和裝備制造業分別表現為技術工藝和末端削減的占比逐步增加。

3 結論

（1）在2012—2020年，COD的排放強度降低同時受末端削減和技術工藝的影響，在2020—2030年逐步轉化為主要受末端削減的影響。氨氮強度的削減始終取決于末端削減和技術工藝兩個因素，是四種污染中三個影響因素的變化對整體強度降低呈現負貢獻率最低的污染物。SO2的制約因素逐步由技術工藝轉變為末端削減，具體表現為有色、化工、裝備行業的轉變。兩個時間段內NOx的指標分解結果變化不大，其末端削減對整個排放強度降低的貢獻度較低，在兩個時間段內的削減程度的增加趨勢也不明顯，還需要重點關注。

（2）總的來說，末端削減和技術工藝兩個因素對排放強度降低的貢獻值較大，主要原因為產業改造、轉型以及技術工藝升級已基本達到穩定，而末端處理尚未達到最佳處理效率。

（3）有色、食品、建材、化工、裝備鑄造業2012—2020年紡織行業的產品結構與排放強度降低呈現較為明顯的負相關，是行業產品結構不合理造成的。末端治理的占比始終居高不下，表明目前長江中下游城市群的污染物排放強度降低仍主要依賴于末端處理階段，未能完全發揮清潔生產與產業升級對降低污染排放強度的積極促進作用。

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Emission lntensity of the Urban Agglomeration in the Middle-Lower Yangtze River Belt Based on the Logarithmic Mean Divisia lndex

ZHANG Jiaqi, WANG Chaoran, LIU Yi*
( School of Environment, Tsinghua University, Beijing 100084 )

The industrial system accounts more than 10% water pollutant and over 70% air pollutant in the urban agglomeration in the Middle-Lower Yangtze River Belt, mainly with heavy industry and chemical industry. To identify the main influence factors of the emission intensity in the urban agglomeration in the Middle-Lower Yangtze River Belt, this paper applies the method of Logarithmic Mean Divisia Index (LMDI) to analyze COD, ammonia nitrogen, SO2and NOxemissions for the local region and then decomposes the industrial population emission intensity into end-of-pipe treatment,technical craft and product mix. The results show that the reduction of emission intensity would be mainly relayed on endof-pipe treatment and technical craft in the two time periods (2012-2020, 2020-2030). They contribute almost 90% to the emission intensity, represent the level of pollutant reductions in end of pipe control and productive process respectively.The highest effects of COD, SO2and ammonia nitrogen are controlled by end-of-pipe treatment and technical craft simultaneously. The mitigation and improvement of NOxshould be renovated to cut down the high density and update the bad treatment.

urban agglomeration in the Middle-Lower Yangtze River Belt; Logarithmic Mean Divisia Index; emission intensity; end-of-pipe treatment; technical craft

X321< class="emphasis_bold">文章編號：1674-6252（2017）05-0064-06

1674-6252（2017）05-0064-06

A< class="emphasis_bold">DOI：10.16868/j.cnki.1674-6252.2017.05.064

10.16868/j.cnki.1674-6252.2017.05.064

區域和行業發展戰略環境評價財政專項（2110203）。

張嘉琪（1989—），女，碩士，主要研究方向為環境系統分析、戰略環境評價，E-mail: zhangjiaqi_1989@126.com。

*責任作者： 劉毅（1975—），男，教授，博士，博士生導師，主要從事環境系統分析、復雜系統模擬與戰略環境影響評價研究，E-mail: yi.liu@mail.tsinghua.edu.cn。