基于廣義熵的地區工業污染排放差異測度與分解

陸宇嘉

（西南科技大學a.經濟管理學院；b.四川循環經濟研究中心，四川 綿陽 621010）

0 引言

近年來，氣候變化已成為全球性問題。作為經濟總量最大的發展中國家，中國的經濟增長伴隨著龐大的資源環境消耗，工業污染排放量逐年上升，尤其是最近幾年，頻發的霧霾天氣，引發了社會各界的廣泛關注。在此背景下，中國政府積極在各地推行節能減排政策。由于各省資源稟賦以及在產業結構調整上的不一致，中國的環境污染本身就存在著較大的地區差異。而隨著相關產業政策的實施，污染產業逐漸向中西部地區轉移，使得地區間的環境不平等問題更加明顯。全國污染減排目標的實現不僅有賴于技術、法規和市場化機制等多方面的保障，而且需要各地區的協同努力。因此，準確測度并把握地區環境不平等的現狀和變化趨勢，就成為合理分配減排治污任務、調整相關產業和能源政策的重要前提。

在過去二十多年間，一些學者采用收入不平等度量分析工具分析跨國或單個國家區域間的CO2排放差異[1-3]，另一些學者則針對中國地區碳排放差異進行了研究[4-8]。還有學者對工業污染物的排放差異進行了研究[9]。雖然研究CO2排放差異的文獻較多且較全面，然而需要指出的是，工業污染排放仍然是現階段中國環境污染的主要來源，但相關研究尚不多見，目前涉及的文獻還只是以單個省為研究對象，沒有從國家層面上來考慮工業污染排放強度的差異，這就意味著難以從宏觀整體上對各省市或各地域工業污染排放的減少進行謀篇布局，缺乏系統性的綜合考量。那么，對于不同類型的工業污染物，各地區間的排放差異是否呈現相似的變化趨勢？三類工業污染物的地區排放差異程度相同嗎，是否有規律可循？怎樣的系統原因引起了國內地區間的環境不平等？為解答以上問題，本文將通過省際和東、中、西部三大區域的雙重視角，利用廣義熵指數（Generalized Enropy,GE）中的平均對數離差T0和泰爾指數T1對1997—2014年工業廢水、廢氣以及固體廢棄物三類工業污染物排放強度差異進行測度，并在此基礎上對測度結果進行相應分解，以期深入而全面地考察這一問題。

1 檢驗方法及數據說明

1.1 廣義熵指數（GE）及其分解方法

作為在收入不平等度量中被廣泛運用的指標工具，廣義熵指數（Generalized Entropy）的數學形式如下：

在式（1）中，xi表示個體收入，是收入均值，n是樣本容量，i∈(1,2,...,n)，。β為參數，常取值0和1。β取較小數值時，廣義熵指數能更敏銳地觀測到低收入群體的收入變化。

當β等于0時，此時為平均對數離差T0，也常被稱為泰爾L指數或第二泰爾指數：

當β等于1時，為泰爾指數T1，也被稱為泰爾T指數或第一泰爾指數：

根據式（2）和式（3）可以推導出測度地區工業污染排放（Pollution，用P表示）差異程度的廣義熵指數，則地區工業污染排放差異的T0指數如下：

在式（4）中，i為地區，某一區域的工業生產總值用Ii表示，I為全國層面的工業生產總值。Pi表示地區i的工業污染排放量，P為全國層面的工業污染排放總量。需要指出的是，工業污染物排放來自于工業生產，因此采用單位工業產值的污染物排放量（即排放強度）而非人均排放量來測度地區工業污染排放狀況更合適。

同樣，根據前文的變量轉換可以得到工業污染排放差異的T1指數：

進一步地，根據測得的地區工業污染排放的廣義熵指數，可以利用Shorrocks和Wan[10]提出的方法做出如下分解：

根據式（6），總體差異程度可以被分解為區域內部差異和區域間差異。若以泰爾L指數T0為例，則有：

在式（7）和式（8）中，各變量含義與前文類似，只是r特指東中西部中某一地區，i為地區r中的某一省份。N為地區的總個數。相同地，泰爾T指數T1也可做類似分解，這里就不再一一贅述。

進一步在等式（6）左右兩邊同時除以T總體，可更深入地掌握區域間差異和區域內部差異分別對總體差異形成的影響程度，即有區域內貢獻率為T組內T總體，區域間貢獻率為T組間T總體。此外，若考慮各子區域對總體差異貢獻的大小，需先計算出各子區域的平均對數離差T0，這里定義為Tr，則子區域對總體差異貢獻率可表示為(Ir/I)×(Tr/T總體)。

1.2 數據說明

鑒于數據的可得性和時間的連續性，本文的觀測對象包含了全國30個省、市、自治區（西藏以及港、澳、臺地區除外）。各省份單位工業產值的工業污染排放量數據是由各省份各類工業污染物排放總量（包括工業廢水排放量、工業SO2和工業煙塵排放量加總構成的工業廢氣排放量以及工業固體廢物產生總量）除以各省份工業總產值得到。其中，各省份工業產值數據按照1997年價格進行調整，所有的數據均來自于1998—2015年《中國統計年鑒》以及相應年份的《中國環境統計年鑒》①由于2016年《中國環境統計年鑒》中工業廢氣排放口徑發生了變化，不再對工業煙塵排放量進行統計，為了保持統計口徑的一致性從而得到更準確的實證結果，數據只采用1998—2015年的相關統計年鑒。。

2 地區工業污染排放差異度量結果分析

2.1 分省排放差異度量

根據式（4）和式（5），將1997—2014年中國省份間的工業污染排放廣義熵指數T0和T1的計算結果進行描點，可以得到圖1至圖3。為便于比較，在圖中加入了工業污染排放差異的GINI計算結果，GINI、T0、T1的數值代表工業污染排放強度的不平等程度，18年的觀測時期能夠動態且全面地顯示排放差異的變動趨勢。

如圖1所示，對于觀測期的每一個年份，各省份工業廢水排放強度的基尼系數波動程度大體上低于平均對數離差T0和泰爾T1的波動程度。以1999年為例進行說明，這一年省際間工業廢水排放強度差異的T0和T1分別增加了35.71%和41.90%，而基尼系數只增加了14.42%；再以2006年為例，前兩個指數分別減少了11.92%和15.01%，基尼系數卻只降低了7.09%。由于T0能更敏銳地觀測到排放強度較低的省份波動，相反T1能較敏銳地觀測到排放強度較高的省市波動。因此總體而言，相較于工業廢水排放強度水平居中的省份，高排放強度和低排放強度的省份的相對排位發生了較大變動。波動趨勢顯示，從1997—2014年，三種指數測度下的全國工業廢水排放強度的差異變動大體相同，表現出倒U型的變動趨勢。這說明隨時間變化，全國省份間工業廢水排放強度的差異程度先升高后降低。需要特別指出的是，在2005年，三種不平等指標的測度結果均最大，分別為0.267、0.124和0.133，表明此時的不平等程度最高。此后，全國工業廢水的排放強度差異基本呈現出波動性下降趨勢，2014年工業廢水排放不平等程度達到最低點。

圖1 1997—2014年全國工業廢水排放強度的差異變動

如圖2所示，全國工業廢氣排放強度差異也經歷了先增加后減小的倒U型變動狀態。以2004年為截點，可以將工業廢氣排放強度不平等分為1997—2004年和2004—2014年兩個變化階段。在前一階段，無論是哪種指標，各省份工業廢氣排放強度都處于上升趨勢。其中2000年的升幅最高，GINI、T0、T1分別增長 10.03%、18.80%、18.89%。在后一階段，全國各省份工業廢氣排放強度差異基本上逐漸降低。在2008年，基尼系數、T0、T1的下降幅度最大，分別降低了6.5%、13.54%、13.70%。基尼系數的波動程度在樣本期內最低，說明相對于工業廢氣排放強度較高和較低的省份，水平居中省份產生的變化最小。此外，和工業廢水排放相比，全國各省份工業廢氣排放的差異性更加突出，GINI最低值為0.335，遠高于工業廢水的GINI最高值0.267。

圖2 1997—2014年全國工業廢氣排放強度的差異變動

圖3顯示了1997—2014年全國工業固體廢棄物排放強度差異的動態變化趨勢。從圖形上看，和前文兩種工業污染排放物不同，工業固體廢棄物的不平等波動趨勢類似于N型。此外，三種不平等指標的度量結果都表明工業固體廢棄物的排放差異程度較高，不僅GINI的平均數值高達0.441，T0和T1均值也分別達到0.343和0.321，并且在2014年達到最大值0.482。而且與圖1和圖2進行橫向對比發現，全國工業固體廢棄物的排放差異也遠大于工業廢水和工業廢氣。

圖3 1997—2014年全國工業固體廢棄物排放強度的差異變動

2.2 三大區域工業污染排放差異度量

2.2.1 區域工業污染排放強度的差異

由于受到資源稟賦、歷史以及地理因素的影響，中國的地區發展極不平衡。而各省工業污染排放差異度量僅能反映總體上的環境負擔不平等，不能夠體現出區域層面上的環境負擔差異。因此本文將從東、中、西部視角，測度區域內部和區域間的工業污染排放差異，并具體分析不同層次差異的形成對全國總體工業污染排放不平等的影響程度。將總體差異拆分為組間和組內差異的理想指標為廣義熵指數，而T0更偏好公平，在檢測差異程度時表現得更為敏銳，后文將用它來度量和分解東、中、西部區域工業污染排放強度差異。表1至表3顯示了1997—2014年三大區域的三類工業污染物排放強度差異及相應的總體差異分解結果。

表1顯示，從1997—2014年，東、中、西部工業廢水排放不平等分別為0.106、0.069和0.068，這表明東部地區內各省份工業廢水排放強度不平等的程度最高，中部次之，西部最低。結合資源利用效率進行分析，在整個樣本期內，西部平均貢獻了全國總體工業產值的12%，排出的工業廢水占全國總量的26%；中部平均貢獻了全國總體工業產值的26%，排出的工業廢水占比為28%；而東部對全國工業產值的平均貢獻率最大，達到62%，而排出的工業廢水占比為53%，說明即使東部地區的工業排放不平等程度最高，其資源利用效率卻在三個地區中最好。通過總體差異的兩種差異層次分解可以發現，區域間和區域內差異在2014年都出現了沖高式大幅度增長，在樣本期內區域間差異一直小于區域內差異，且區域間差異顯示出波動性下降狀態，區域內差異則先增大后減小。

表1 三大區域工業廢水排放強度差異

具體觀察波動性特征可知，東部區域內工業廢水排放不平等從1997年開始持續擴大，到2006年不平等程度達到最高。與此同時，中部區域內差異呈現先升高后降低的倒U型波動，西部的不平等程度在提升的過程中逐漸縮小與東部的差距。東、中、西部各自的區域內差異均值在這一時期分別為0.090、0.055和0.080。在2006年之后的時期內，東部的工業廢水排放差異始終維持在三個區域中最高的水平上，均值為0.162。中部和西部差距隨時間逐漸減小，但在2014年又表現出趨勢背離，均值分別為0.0086和0.052。總體而言，東、中、西部區域內各省份工業廢水排放差異都經歷了先上升后下降的過程，但東、中、部省份工業廢水排放在2014年的變動卻較明顯。

表2 三大區域工業廢氣排放強度差異

表2顯示，從1997—2014年，東、中、西部三大地域內各省份工業廢氣排放的T0均值分別為0.189、0.146和0.101，這說明和工業廢水的區域排放差異類似，東部的工業廢氣排放不平等程度最高，中西部相對較低。結合資源利用效率進行分析，在整個樣本期內，西部平均貢獻了全國總體工業產值的12%，排出的工業廢氣占比為22%；中部平均貢獻了全國總體工業產值的26%，排出的工業廢氣占比為35%；而東部對全國工業產值的平均貢獻率最大，達到62%，排出的工業廢氣占比僅為43%，說明東部的資源利用效率高于中部和西部地區。通過總體差異的雙重維度分解結果可知，工業廢氣排放的區域間差異也始終小于區域內差異，區域內差異表現出增大—減小—增大的N型變動，而區域間差異則表現出先增大后減小的倒U型波動趨勢。

此外，三大區域內工業廢氣排放不平等的波動趨勢呈現出階段性差異。2010年之前，東部各省份工業廢氣排放差異均值為0.155，中部均值為0.106，西部均值為0.082，三大區域的排放差異在逐漸減小。2010年之后，東部工業廢氣的排放差異度仍然為三個區域中最高，且東部和中部差異變化基本一致，但西部與東中部差異卻隨時間變化更加明顯。總體而言，西部區域內工業廢氣排放強度差異變化比較平緩，而東部和中部地區卻非常劇烈。

表3 三大區域工業固體廢棄物排放強度差異

表3顯示，在整個樣本觀測時期內，東部區域內工業固體廢棄物排放不平等均值為0.362，中部均值為0.195，西部均值為0.126。這說明與前兩種工業污染排放類似，工業固體廢棄物的排放差異從大到小依次為東部、中部和西部，但工業固體廢棄物排放與前兩種工業污染排放相比，其區域內差異程度更高。此外，結合資源利用效率進行分析可知，在整個樣本期內，東部平均貢獻了全國工業總產值的62%，而其工業固體廢棄物排放量僅占全國總量44%；中部的平均工業產值占比為26%，工業固體廢棄物排放量占比為35%；西部的平均工業產值占比為12%，工業固體廢棄物占比為21%，因此資源利用率從大到小依次為東部、中部和西部。

從波動趨勢來看，2008年以前，東部的工業固體廢棄物排放差異均值為0.317，波動變化程度不大；中部均值為0.184，表現出波動下降趨勢；而西部均值為0.077，并且和中部的差距在緩慢縮小。2008年后，東部各省份排放強度差異一直保持高持續性增長，均值為0.452。而西部從2009年開始對數離差均值逐漸增大，在2011年首次超過中部并將這種情況持續到2013年，其均值為0.223；中部從2009—2013年有小幅上升但在2014年出現較大增長，均值為0.216。雖然在后面這個時期，中部工業固體廢棄物排放差異程度在2014年呈現較大增長但在三個區域內仍然最低，西部的排放不平等則由于2011年的劇烈增加，縮小了其與東部的距離，但卻增大了與中部的差異。綜合而言，三個區域的工業固體廢棄物排放強度差異發生了較為明顯的波動。

2.2.2 污染排放強度差異對總體環境不平等的貢獻

根據前文，可以計算出區域差異對全國總體工業污染排放差異的貢獻，結果見表4。從1997—2014年，中國工業廢水排放不平等的域內差異貢獻率始終保持在69.8%以上，平均貢獻度為87.9%。除去觀察期末2014年，域內差異貢獻率表現出波動遞增狀態。域間差異貢獻率除在2014年有較大幅度增加外，其他年份卻在波動中下降。因此，域內差異是全國工業廢氣排放總體差異的主要來源。此外分解域內差異可以發現，東部對總體差異的貢獻率最低為46.8%，以倒U型先增大后減小；而中西部區域對總差異的貢獻最高值分別為32.4%和18.6%。所以，東部區域內各省份工業廢水排放不平等既是域內差異的重要原因，也是全國總體排放差異的主要構成因素。

表4 區域差異對總體工業廢水排放差異的貢獻 (單位:%)

表5的結果顯示，從1997—2014年，中國工業廢氣排放不平等的域內差異的平均貢獻度為63.1%，以U型曲線形式先減小后增大，這與工業廢水域內差異波動增加的狀況極不相同。域間差異則剛好相反，以倒U曲線形式先增大后減小，均值為36.9%。不難看出，域內差異仍然是總體工業廢氣排放不平等的主要原因。此外在域內差異中，東部區域對總體差異的貢獻程度波動非常平緩，在樣本期內平均貢獻度為43.6%，而中部和西部區域對總體差異的貢獻度平均為14.3%和5.2%，且以U型曲線形式先下降后上升。由此可見，工業廢氣排放不平等的域內差異主要來自東部。

表5 區域差異對總體工業廢氣排放差異的貢獻 (單位:%)

表6顯示，在樣本期內，工業固體廢棄物排放不平等的域內和域間差異平均貢獻度分別為78.2%和21.8%，前者波動增加，后者波動降低。域內差異依然是全國總體差異的主要構成因素。與此同時，域內差異主要來自于東部區域內的排放不平等，東部對總體差異的貢獻度達到了59.6%。而中西部排放不平等對總體差異的平均貢獻分別為14.3%和4.3%，所占比例較小，三個區域對總體差異的貢獻程度差異明顯。

表6 區域差異對總體工業固體廢棄物排放差異的貢獻 (單位:%)

3 結論

本文以省域和東、中、西部區域的雙重視角，采用不平等指標——廣義熵指數及基尼系數，對1997—2014年中國三類工業污染排放的地區差異進行測度分解，得到如下結論：

（1）無論在何種視角下中國地區環境不平等都較為顯著，工業污染排放強度呈現出明顯的差異性特征。從差異程度上講，工業固體廢棄物排放差異程度最高，工業廢氣次之，工業廢水排放差異程度最低。在波動狀態上，在樣本期內，各省份工業廢水排放與工業廢氣排放差異的變動狀況基本一致，以倒U型曲線形式先升高后降低；而工業固體廢棄物卻呈現出N型變化。從區域層面上看，東中區域內三種污染物排放強度不平等的變化趨勢為N型。而西部工業廢水排放強度不平等則表現為倒U型變化，工業廢氣和工業固體廢棄物排放強度不平等表現出U型變化。

（2）對于域內工業污染的排放強度差異，無論對于哪類工業污染物，東部區域內各省份的差異程度最大，中西部區域內的排放差異程度則較小。在1997—2014年的整個觀測時期內，東部工業廢水排放差異均值為0.106，中部為0.069，西部為0.068；東部工業廢氣排放差異均值為0.189，中部為0.146，西部為0.101；東部工業固體廢棄物排放差異均值為0.362，中部為0.195，西部則為0.126。

（3）分解總體差異可知，全國工業污染排放差異主要來自于域內而非域間。東部是域內差異的主要來源，并且區域內部的環境不平等程度在加劇。需要說明的是，雖然中西部區域內環境不平等程度較低，資源利用程度卻較小。東部區域內環境不平等程度最高，但資源利用率卻最大，這說明中西部地區有較大的節能空間。

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