環保技術、節能減排政策對生態環境質量的動態效應及傳導機制研究
——基于三部門DSGE模型的數值分析

武曉利

(河南財經政法大學經濟學院，河南 鄭州 45000)

1 引言

近年來，以霧霾天氣為典型代表的生態環境惡化已嚴重影響了我國經濟的可持續發展，以綠色發展、生態優先為主要參照的新常態經濟增長模式已然形成。節能減排、環保技術更新作為政府環境治理的重要方面，必將成為未來幾年內改善生態環境質量的政策著力點。據統計，“十二五”期間我國節能環保產業總產值達到4.5萬億，年均增長率為15%；同時，預計“十三五”期間節能環保產業增速將超過20%，總產值可能達到17萬億，這意味著節能環保產業將從戰略新興產業上升至國民支柱產業的新高度。顯而易見，節能環保不論從經濟發展還是國家戰略層面均占有重要的地位，研究節能減排、環保技術更新以及政府治污支出等措施對生態環境質量的影響具有重要的現實意義。

那么，面對日益惡化的生態環境，應如何更快、更好的進行治理與改善，影響生態環境質量的關鍵因素有哪些？關于這一問題，目前各方觀點也存在較大的爭議性，我們從三個層面進行歸納闡述。第一，從家庭的層面來看，以汽車尾氣排放為代表的空氣污染對生態環境的影響日趨嚴峻，努力推動機動車“國五”標準的快速實施是一個重要方面，同時生活垃圾的再回收利用也關系到土壤污染和水污染的治理效果；第二，從企業的層面來看，環保技術更新以及廠商減排意識直接關系到生產過程中的工業廢氣、廢水的排放量，進而影響到整體生態環境；第三，從政府的層面來看，節能減排政策以及治污支出的科學分配決定了企業減排努力程度以及減排意識強弱的外部環境，從而也能夠為生態環境質量的改善注入一針強心劑。

近年來，由于全球氣候變暖及自然災害頻發等環境問題的持續加深，各國政府及相關學者對生態環境治理的關注度也不斷加強。在此背景下，一些宏觀經濟方法也逐漸用于解決環境質量問題。如Weitzman[1]、Bovenberg和Goulder[2]在比較靜態分析框架下研究價格、比例控制及稅收政策在環境污染治理過程中的作用；之后，部分學者逐漸意識到生產企業在環境問題的不可替代性，開始采用代際交疊(OLG)模型衡量環境治理與經濟增長之間的相關性[3-4]；與此同時，采用數值模擬方法對環境治理工具的相關研究逐漸興起，一方面，基于可計算一般均衡(CGE)模型研究碳排放稅、碳交易機制對我國宏觀經濟及生態環境的影響[5-7]；另一方面，隨著動態隨機一般均衡(DSGE)模型在研究重大經濟問題方面的突破性進展，其所具有的顯性建模框架、理論一致性及宏觀與微觀分析相結合等特點，促使眾多學者將影響環境問題的諸多要素引入該框架，探究環境問題、政策機制及經濟增長之間的最優設計方案[8-10]。

然而，眾多采用動態隨機一般均衡方法對環境問題的相關研究存在一定的局限性和片面性。部分學者從碳排放政策、排污稅以及污染配額等政府層面研究不同策略下的治理效率問題[11-13]，對家庭與生產企業對環境治理的影響較少涉及；一些學者考慮到居民態度、企業的節能減排等方面對環境問題的影響[14-15]，而對政策機制方面的研究缺乏統籌考慮；也有較少學者從環保技術及政府與消費者環境質量偏好方面進行分析[16-17]，但其研究結論對政府治污支出、廠商減排意愿等方面并未深入考察；總體上，國內外相關研究較為缺乏對企業環保技術、主觀減排意愿及政府治污支出、節能減排補貼等財政政策方面的整體考察，且由于其所采用時間序列的差異性，導致其研究結論存在諸多爭議。

基于對這一問題的審慎思考，本文嘗試建立包含中國宏觀經濟及環境特征的三部門雙系統DSGE模型，同時將廠商部門的環保技術更新與減排努力程度、政府部門的節能減排政策與治污支出規模等因素引入該模型框架中，探究各變量在經濟與環境雙系統中的傳導機制與動態效應。同時，由于目前國內從動態角度考察節能減排問題的相關研究較少，本文在動態隨機一般均衡分析框架中重點分析節能減排政策以及生產企業的節能減排政策反應等方面對經濟與環境的影響機制，力求對我國節能減排措施的政策效果及傳導路徑進行完整描述。

2 模型構建

本文在動態隨機一般均衡框架下構建包含三個部門和兩個系統的DSGE模型，其中，三個部門分別是代表性廠商、家庭和政府，兩個系統分別是經濟系統和環境系統。首先，對于家庭部門而言，影響代表性家庭效用的不僅包括消費和勞動，而且還包括生態環境質量和碳排放量。家庭在每一期向廠商提供勞動和私人資本，以獲得勞動報酬和資本租金。其次，對于廠商部門而言，利用雇傭的勞動和租賃的資本進行生產，而廠商的生產行為會產生碳排放，直接降低生態環境質量。假設廠商會在利潤最大化的前提下進行節能減排，而廠商的節能減排行為能夠從政府部門獲得一定程度的補貼。最后，對于政府部門而言，政府收入來源于廠商所繳納的產出稅以及家庭繳納的居民消費稅、勞動所得稅和資本所得稅，政府支出用于轉移支付、節能減排補貼和治污支出。其中，轉移支付用于彌補代表性家庭由于碳排放和生態環境質量下降所帶來的效用下降；節能減排補貼用于激勵廠商的節能減排行為；治污支出用于開發環保技術和改善生態環境質量。

2.1 代表性家庭

假定經濟系統中包含無數個同質的家庭，每個家庭偏好相同且能夠生存無限期，效用函數采用CRRA效用形式，則代表性家庭在每一期規劃其消費與勞動供給以最大化一生效用，參考鄭麗琳和朱啟貴[16]、徐文成等[18]，效用函數設定為：

(1)

其中，E0表示基于0期信息形成的條件期望算子；0<β<1，表示主觀貼現率；Ct表示t期代表性家庭的消費；Et表示t期的生態環境質量；λ表示代表性家庭在消費和生態環境質量之間的權衡值；θ1和θ2分別表示家庭消費和勞動的相對風險規避彈性；Nt代表t期代表性家庭的勞動供給。CEt表示t期的碳排放量，其給代表性家庭帶來負效用，故以負對數的形式引入模型。

在第t期家庭的預算約束為

(1+τc)Ct+St+1=(1+(1-τs)rt)St+(1-τw)WtNt+G1t

(2)

其中，τc,τs,τw分別表示居民消費稅、資本所得稅和勞動所得稅；G1t表示政府在第t期的轉移支付。

求解代表性家庭的效用最大化問題，可得一階條件與橫截性條件如下：

(3)

(4)

(5)

limEtβt+jλt+jSt+j=0

(6)

其中，λt為約束條件(2)式的Lagrange乘子，式(3)的右邊代表家庭t期消費的邊際效用。式(4)為消費與勞動的Euler方程，表示t期家庭勞動所帶來的邊際損失等于消費所產生的邊際效用。式(5)反映家庭消費的最優規劃，即t期消費的邊際效用等于t+1期消費所帶來效用的貼現值。式(6)為家庭效用最大化需滿足的橫截性條件。

2.2 代表性廠商

在完全競爭的市場中，廠商均是同質的，每個廠商具有相同的技術水平。代表性廠商通過租借私人資本和勞動進行生產。假設廠商采用Cobb-Douglas形式的生產函數，即：

(7)

(8)

在這里，假設生態環境系統中碳排放量主要是由代表性廠商的生產行為造成的，并且每一期碳排放量與當期代表性廠商的產量Yt呈正相關，與當期的環保技術水平呈負相關。參考鄭麗琳和朱啟貴[16]、Annicchiarico和Di Dio[19]的做法，設定第t期碳排放量CEt為：

(9)

(10)

由于生態環境中的實際碳排放量與廠商的節能減排努力程度存在較大關系，故假設第t期廠商的節能減排努力程度為Lt，則廠商在第t期的實際碳排放量ACEt為：

(11)

(12)

廠商在第t期的節能減排量JPt為：

(13)

(14)

其中，σ1>0，σ2>0為廠商節能減排成本的技術參數。

廠商的資本積累方程為：

Kt+1=It+(1-δ)Kt

(15)

其中，δ表示資本折舊率，It表示t期的投資。

廠商在t期需要支付家庭的工資Wt、資本租金rt、承擔資本折舊率δ，向政府按稅率τf繳納產出稅，同時從政府那里獲得節能減排補貼，并承擔節能減排成本。所以利潤最大化問題可表達為：

(16)

求解該最優化問題，可得如下關于Kt和Nt的最優一階條件：

(17)

(18)

2.3 政府

政府每一期的收入包括四個部分：向代表性家庭征收的居民消費稅、資本所得稅和勞動所得稅以及向廠商征收的產出稅，故

Gt=τcCt+τsrtSt+τwWtNt+τfYt

(19)

假設政府在每一期的支出被用于三個部分：第一部分為政府轉移支付G1t，用于彌補代表性家庭由于碳排放和生態環境質量下降所帶來的效用下降；第二部分為節能減排補貼G2t，由于廠商必須為其節能減排行為付出一定的成本，為了激勵廠商進行節能減排，政府必須給予一定的補貼；第三部分為政府治污支出G3t，由于廠商的碳排放行為對生態環境質量和居民的效用造成負效應，在這里假定代表性家庭和廠商不會主動治理已經產生的環境污染。所以，政府必須承擔起治理污染和改善環境質量的責任。所以 ，政府在第t期的預算約束為：

Gt=G1t+G2t+G3t

(20)

在第t期政府節能減排補貼支出為：

(21)

(22)

2.4 環境

(23)

(24)

2.5 市場出清

當市場達到出清狀態時，有以下式子成立：

St=Kt

(25)

Ct+It+Gt=Yt

(26)

2.6 均衡系統

給定經濟中代表性家庭的偏好、廠商的技術水平和資源約束、政府支出分配、環境系統中的環保技術水平等，狀態變量{Ct-1,Kt-1,At-1,Et-1,G1t-1,G2t-1,G3t-1,CEt-1,ACEt-1,JPt-1,ETt-1,ψt-1}，以及生產技術沖擊、環保技術沖擊、減排努力程度沖擊、節能減排補貼沖擊和政府治污支出沖擊{At,ETt,Lt,ψt,G3t}，當經濟達到均衡狀態時，代表性家庭實現效用最大化、代表性廠商實現利潤最大化，并且消費品市場、資本市場以及勞動力市場均出清。

3 模型參數的校準、貝葉斯估計

模型中的參數根據其特征分兩種方法進行賦值，對于靜態參數，結合中國實際經濟數據和已有文獻，采用校準的方法進行賦值；對于動態參數，在模型的基礎上采用貝葉斯(Bayes)方法進行估計。

3.1 靜態參數的校準檢驗

廠商部門中需要校準的靜態參數有：資本折舊率δ、資本產出彈性α、產出的碳排放程度χ、節能減排技術參數σ1和σ2。其中，參考相關國外文獻可知，δ估計值大多在0.1左右，國內具有代表性的文獻黃勇峰等[22]中對我國制造業折舊率的估計值高達0.17，本文結合中國經濟轉型期產業結構的獨有特征，同時參考田友春[23]對我國各產業折舊率的測算值，將δ校準為0.12；本文采用張軍[24]的估計方法，通過估算廠商的生產函數，可得資本的產出彈性為α=0.45；結合Angelopoulos等[8]和Annicchiarico和Di Dio[18]的研究，將產出的碳排放指標χ設定為0.16；參考Annicchiarico和Di Dio[18]的相關結論，將節能減排技術參數分別設定為σ1=0.15和σ2=2.5。

家庭部門中需要校準的靜態參數有：主觀貼現因子β、消費與勞動供給的相對風險規避系數θ1和θ2、消費和生態環境質量之間的權衡值λ。其中，采用1979-2015年間的CPI數據估算物價水平，進而可得β的取值為97%；參考黃賾琳[21]對消費相對風險規避系數的估算結果，將θ1設定為0.8；Fuentes-Albero[25]利用微觀數據估計出θ2的取值范圍為0.2-0.72，而胡永剛和郭新強[26]基于效用函數形式和穩態平衡路徑校準得到θ2的取值為2或者3，結合中國宏觀經濟特征，本文取θ2=3；Angelopoulos等[8]將消費和生態環境質量之間的權衡值λ設定為0.4，朱軍[20]指出在注重經濟發展的經濟體中，居民對于消費和環境質量的選擇中更為短視，故其設定消費和生態環境質量之間的權衡值為0.7，本文同樣將λ設定為0.7。

環境系統中需要校準的靜態參數有：自然環境對于碳排放的正常分解率η和政府治污支出為改善生態環境質量的轉化系數γ。其中，Angelopoulos等[8]將生態環境對碳排放的正常分解率η設定為0.1，同時將政府治污轉化系數γ設定為三種情況，即γ=5，1.5和0.6，朱軍[20]設定環境質量的持續性參數為0.9，結合生態環境質量的演變過程可計算得到生態環境對碳排放的正常分解率也為0.1。通過校準分析，本文令η=0.1，γ=1.16。

3.2 動態參數的校準檢驗

本文選取1979-2014年間我國實際GDP和消費數據做為外部觀察樣本，并利用MATLAB對動態參數進行貝葉斯估計。首先關于先驗均值的選取，根據已有文獻的估算和沖擊源的特征，本文設定生產技術沖擊、環保技術沖擊和減排努力程度沖擊的一階自回歸系數的先驗均值均為0.7，節能減排補貼沖擊和政府治污支出沖擊的一階自回歸系數的先驗均值均為0.5。對于沖擊源隨機擾動項的先驗均值，本文均設定為0.5。其次是先驗分布的選取，參考Smets和Wouters[27]、Gerali等[28]以及Khan和Tsoukalas[29]的做法，設定一階自回歸參數均服從Beta分布，波動參數均服從較為分散和平滑的逆伽瑪(Inv. Gamma)分布。

表1 動態參數的Bayes估計結果

圖1 Bayes估計的先驗分布和后驗分布

4 動態效應與傳導機制分析

本部分對數值模型進行動態模擬，具體分析環保技術、節能減排補貼和政府治污補貼對產出、消費等宏觀經濟變量以及碳排放量、實際碳排放量，節能減排量和環境質量等環境系統變量的動態效應和傳導機制，同時考察廠商的減排努力程度的動態影響路徑。

4.1 環保技術的動態效應分析

圖2給出了1%正向環保技術沖擊下各宏觀變量的動態變化路徑。可以發現，第一，改進環保技術對產出的效應為先負后正，且在較長的一段時間內表現為正效應；第二，改進環保技術對碳排放量、實際碳排放量和節能減排量均為負效應，并且持續時間約為13期；第三，改進環保技術對消費和環境質量為正效應，并且持續性較強。

圖2 環保技術沖擊的脈沖響應分析

環保技術改進的動態效應主要通過以下的傳導機制：(1)環保技術更新在短期內必將引起企業產出規模的下滑，主要原因在于更新舊設備所產生的成本和消耗的時間，主要體現在新舊設備更迭所產生的新技術工人的培訓支出、舊設備的變現價值與新設備的重置成本的差額支出以及新員工培訓時間、舊設備拆卸和新設備組裝所占用的時間等等；從長期來看，環保技術更新對企業的短暫沖擊不改變其未來發展態勢，并促進企業出現一定程度的正增長；(2)環保技術更新能夠在一定程度上刺激居民消費，這主要體現在現階段家庭消費觀念更加注意食品安全和清潔環保方面，從而環保技術的改善能夠提升居民的消費信心，改善其消費偏好；(3)環保技術更新使得實際碳排放量下降幅度顯著高于原碳排放量，且節能減排量也出現顯著下降，說明環保技術能夠有效削弱碳排放規模，節能減排量也必將由于碳排放量基數的下降而出現下滑，環境質量得到顯著改善。

4.2 節能減排補貼的動態效應分析

圖3給出了1%正向節能減排補貼沖擊下各宏觀變量的動態變化路徑。可以發現，第一，提高節能減排補貼對產出、碳排放量、實際談排放量和節能減排量的效應為先正后負，且在較長的一段時間內表現為負效應；第二，提高節能減排補貼對居民消費為負效應，而且持續性較強；第三，提高節能減排補貼對環境質量的效應為先負后正，并且負效應的持續性較強。

提高節能減排補貼的動態效應主要通過以下的傳導機制：(1)節能減排補貼的發放必將促進企業產出規模的上升，直接原因在于補貼的發放能夠刺激相關企業的生產積極性，并通過增加企業的流動資金促進其生產，間接原因在于補貼的性質決定了相關企業必定會通過更新設備和技術的方式提升自身的節能減排規模，同時也提升其生產效率；(2)節能減排補貼屬于政府財政支出的一部分，加大補貼力度將導致政府轉移支付與政府治污支出的相對減少，而政府轉移支付的下降會直接降低家庭的收入水平，進而降低居民消費量；(3)節能減排補貼對企業的影響具有一定的延遲效應。這是因為企業的設備更新決策和技術更新決策的實施是一個博弈的過程，即他們要考慮設備和技術更新成本以及由此產生的時間成本與節能減排補貼額孰大孰小的問題，這個過程必將延遲節能減排補貼政策實施的效果，從而使得短期內碳排放量和實際碳排放量仍保持上升的態勢；從長期來看，補貼政策對碳排放量具有一定的抑制作用，但其效果要弱于環保技術更新。

圖3 節能減排補貼沖擊的脈沖響應分析

4.3 政府治污支出的動態效應分析

圖4給出了1%正向政府治污支出沖擊下各宏觀變量的動態變化路徑。可以發現，第一，增加政府治污支出對產出、碳排放量、實際碳排放量和節能減排量的效應為先正后負，并且負效應的持續性較強；第二，增加政府治污支出對居民消費為負效應，且持續性強；第三，增加政府治污支出對環境質量的正效應，并且正效應的持續性較強。

圖4 政府治污支出沖擊的脈沖響應分析

增加政府治污支出的動態效應主要通過以下的傳導機制：(1)政府治污支出對企業產出的影響是一個持續的過程，這主要體現在兩個方面：一是由于企業生產的慣性，政府治污的初始階段難以影響到企業的正常運行，故在短期內企業的產出仍保持一定的增長；二是從較長的時間周期來看，隨著政府治污力度的不斷加大，企業的排污成本將越來越高，從而抑制了企業生產的積極性，當然，隨著治污的不斷深入，企業必將通過更新舊設備或改進環保技術等手段降低自身的排污成本，企業產出規模也將逐漸恢復到初始水平；(2)政府治污支出對居民消費的影響與節能減排補貼類似，在此不再具體展開分析；(3)政府治污支出對碳排放量的影響同樣是一個持續的過程，相關企業短期內為了維持生產的慣性仍會保持原有的碳排放水平，隨著治污的不斷深入，碳排放規模也將顯著下降，環境質量出現明顯改善；同時，由圖4可以看出，政府治污支出對環境質量的改善效果要強于節能減排補貼，弱于環保技術更新。

4.4 廠商減排努力程度動態效應分析

圖4給出了1%正向減排努力程度沖擊下各宏觀變量的動態變化路徑。可以發現，第一，廠商提高減排努力程度對產出、消費、碳排放量、實際碳排放量均為負效應，并且對產出、消費、碳排放量的負效應的持續性較強；第二，廠商提高減排努力程度對節能減排量和環境質量均為正效應，而且對環境質量的正效應持續性較強。

圖5 減排努力程度沖擊的脈沖響應分析

廠商提高節能減排努力的動態效應主要通過以下的傳導機制：(1)減排努力程度的上升必將導致企業產出規模的下降，這是因為，在企業原有設備的前提下，減排越努力意味著企業要大幅壓縮產能；如果更換新設備，也必將由于新設備的安裝調試以及新技術工人的培訓使得產出規模出現一定的下滑；(2)減排努力程度削弱了居民消費，這主要體現在企業壓縮生產規模之后，必將導致企業員工薪水的下降或企業裁員規模的上升，從而引起家庭收入水平的下滑，降低居民消費的積極性；(3)減排努力程度對碳排放量、節能減排量和環境質量的影響是顯而易見的，減排越努力必將使得企業碳排放量顯著下滑，同時節能減排量快速上升，環境質量顯著改善；另外，與前幾種環境治理措施相比，減排努力程度對環境質量改善的效果要明顯好于環保技術更新、節能減排補貼和政府治污支出。

5 模型的敏感性分析

本節從環保技術、節能減排補貼、政府治污支出以及減排努力程度四個方面分別考察模型的穩健性，并探討各相關變量上下浮動15%對生態環境質量的動態影響，進而研究環境質量改善與各相關變量之間的相關關系。

5.1 環保技術、節能減排補貼的敏感性分析

圖6給出了環保技術(ET)、節能減排補貼(ψ)上下波動15%對生態環境質量的動態影響。由圖6可以看出：(1)環保技術改善使得實際碳排放量與節能減排量均出現顯著的下降，這體現出環保技術更新能夠提升廠商的資源利用效率，使得減排規模與碳排放規模同步降低，環境質量從總體上明顯上升，且在40期內均保持明顯的持續性；(2)提高節能減排補貼僅在短期內對實際碳排放量與節能減排量有明顯的作用，而長期看其影響相對較小，且對環境質量的影響也非常有限，這體現出該措施對廠商僅有短期的激勵作用，而對環境質量的改善不具有長期的可持續性。

5.2 治污支出、減排努力程度的敏感性分析

圖7給出了政府治污支出(G3)、減排努力程度(L)上下波動15%對宏觀經濟的動態影響。由圖7可以看出：(1)治污支出比例的提升短期內對實際碳排放量與節能減排量的影響較小，但能夠從中長期有效降低實際碳排放量與節能減排量，從而使得環境質量在一定程度上得到改善；(2)廠商減排努力程度的上升能夠快速提升節能減排量，并有效降低實際碳排放規模，使得環境質量得到快速上升，這體現出提升廠商的節能減排意識也是改善環境質量的重要因素。

圖6 環保技術、節能減排補貼的敏感性分析

圖7 治污支出、減排努力程度的敏感性分析

6 結語

本文通過構建一個三部門的動態隨機一般均衡(DSGE)模型，研究環保技術、節能減排補貼、政府治污支出和廠商節能減排努力程度等節能環保措施對經濟系統和環境系統的動態影響。研究表明：(1)環保技術更新雖然在短期內對廠商產出規模存在一定的負效應，但從中長期來看，其能夠在實現經濟增長的基礎上，有效降低實際碳排放量和節能減排量，提高生態環境質量；(2)節能減排補貼在中長期對產出規模與居民消費存在一定的負效應，且該措施僅在短期內對實際碳排放量與節能減排量有明顯的抑制作用，長期影響相對較小，且對環境質量的影響也非常有限，同時表現出一定的延遲性；(3)政府治污支出對宏觀經濟存在一定的負效應，同時其在短期內對環境質量改善的效果不明顯，但從中長期看其能夠有效降低碳排放量和實際碳排放量，提高生態環境質量；(4)廠商減排努力程度對產出規模的負效應較為明顯，但其能夠快速提升節能減排量，并有效降低實際碳排放規模，使得環境質量有效改善。

針對本文研究結論，提出以下幾點政策建議：(1)由于環保技術更新能夠顯著改善生態環境質量，故政府應加大環保技術研發力度，提升整體環保技術水平，同時激勵廠商對環保技術的更新換代；(2)節能減排補貼對廠商的減排動力僅存在短期影響，故該措施不應作為提升生態環境質量的優先選項；(3)政府治污支出雖然占用一定的財政資金，但其效果從中長期來看能夠在一定程度上改善環境質量，故應保持治污支出的持續性和穩定性；(4)廠商的減排努力程度不論在短期還是中長期均能夠顯著改善生態環境質量，故應加強節能減排方面的知識宣傳，提升廠商節能減排意識。

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