改革開放以來科技創新、城鎮化與碳排放

張玉華,張 濤

(上海師范大學商學院，上海 200234)

0 引言

改革開放以來，中國的經濟發展水平不斷提高，以犧牲環境為代價的工業化發展正嚴重威脅著中國社會的可持續發展。根據國際能源署的估計，全球約70%的能源相關的碳排放源自城鎮地區。從生產角度來看，到2030年，這一比例預計將上升至76%[1]。可預計，隨著工業化和城鎮化進程不斷推進，發展中國家的碳排放強度逐漸向發達國家水平靠攏[2]，而中國將成為世界上最大的二氧化碳排放國家[3]。根據 “波特假說”，科技進步可以激發企業的 “創新補償”效應，從而實現企業節能減排，提升企業的競爭力。因此，科技創新作為中國現代化經濟體制的重要戰略支撐，未來有望通過科技進步和城鎮化發展實現對碳排放的有效控制。

十九大提出，建設生態文明是中華民族永續發展的千年大計。對此我們必須以城市群為主體構建大、中、小城市和小城鎮協調發展的城鎮格局，加快農業轉移人口市民化，同時加強國家創新體系建設，強化戰略科技力量，構建科技創新環境的城鎮化與低碳經濟協同發展的經濟體系。科技創新發展與城鎮化水平的提高是否有利于減少碳排放總量？城鎮化水平與碳排放的關系是否為倒U型？當城鎮化水平達到一定門檻后對碳排放的影響是否改變？以及改革開放以來科技創新、城鎮化與碳排放之間的影響機理是什么？這些都是本文需要探討的問題。

1 科技創新、城鎮化與碳排放的機制分析

目前學術界關于城鎮化水平與碳排放關系的研究主要支持兩種觀點：一種觀點支持城鎮化水平與碳排放符合環境庫茲涅茨曲線關系，認為城鎮化發展到某一 “轉折點”時，將會抑制二氧化碳的排放。Martínez等分析了1975—2003年發展中國家城市化對二氧化碳排放的影響，結果表明城市化與二氧化碳排放呈倒U型關系[4]。Wang等利用1960—2010年經濟合作與發展組織 (OECD)國家數據，證明了城市化碳排放環境庫茲涅茨曲線的存在[5]。聶飛等研究表明，對外直接投資的碳排放效應存在城鎮化率門檻值的制約，處于中、高城鎮化階段的地區通過對外直接投資降低城鎮碳排放水平的效果較之于處于低城鎮化階段的地區更為顯著[6]。另一種觀點反對環境庫茲涅茨曲線的假設，認為隨著城鎮化的發展，人口更集中于城市，對能源資源的消耗加快，增加了二氧化碳的排放量。Zhang等認為城鎮化進程增加了中國的能源消耗和二氧化碳排放，而且城鎮化對二氧化碳排放的影響因地區而異，對中部地區的影響高于東部地區[7]。Zhang等也證明了促進人口城鎮化會導致碳排放強度的增長，并提出政府應平衡城市土地和人口的發展，防止環境污染和人口超過環境容量造成的損害[8]。Wu等利用蒙特卡羅模擬對碳排放的動態預測，結果表明較高的城市化率，其能源碳排放系數和能源強度將會導致碳排放增加[9]。Sheng等利用STIRPAT模型擴展的面板誤差修正模型，證明了無論在短期還是長期，快速城市化均增加了二氧化碳排放，但是短期內城市化對環境的影響程度要遠遠低于長期[10]，這表明發揮城鎮化對二氧化碳的抑制作用需要長期維持高城鎮化水平。

城鎮化發展是經濟演進和產業升級與科技進步和經濟轉型不斷迭代的過程[11-12]。目前國內外綜合科技創新、城鎮化與碳排放三者一起研究的文獻不多，更缺乏對三者影響機理進行系統的分析研究。關海玲等實證研究表明城市化水平和碳排放有長期均衡關系，并提出應根據城市類型選擇合適的節能減排方式，通過先進的低碳技術實現城市低碳化發展[13]。張兵兵等認為技術進步可以有效降低碳排放，而城鎮化對碳排放強度呈正向影響關系[14]。張志雯等研究表明，碳排放約束下能源效率值普遍較低，可通過技術創新提高能源使用效率[15]。顧高翔等研究表明，研發投資措施能夠促進經濟發展，可與經濟損害型減排措施集成，提高碳減排政策的可行性[16]。

要理解改革開放以來科技創新政策不斷演變的背景下城鎮化發展與碳排放之間的作用機制，首先要厘清科技創新是否能夠通過不斷的技術迭代提高清潔能源的使用率，并改善城市基礎設施水平，促進城鎮化進程，從而實現城市高效率、規模化發展經濟，降低碳排放總量。對此，需要深入探究改革開放以來科技創新的歷史演變過程，以及對應階段城鎮化發展和碳排放量的趨勢。

改革開放初期，政府逐漸意識到科技創新對經濟發展的重要作用，開始著手重建科技創新體制。1978年提出的 《1978—1985年全國科學技術發展規劃綱要(草案)》標志著我國科技創新體制改革進入初期準備階段。同階段，城鎮化建設也納入政府改革和加速發展的日程，1980年政府提出全國城鎮化建設方針，并在城鎮推展科技教育事業，提出科學技術是第一生產力。此階段隨著科技創新的進步，城鎮化水平從17.92%穩步增加到23.71%。但是，伴隨城鎮化發展涌入城市的大量勞動力在形成生產力的同時，也帶來了一定的麻煩。1985年由于過度的農村人口涌入城市，北京、上海等大城市出現過度膨脹現象，基礎設施等服務供給嚴重不足，急需科技創新改革解決大城市病問題。

隨著科技體制結構改革的開展，1985—1993年中國進入系統化科技創新發展階段，1987年和1988年分別發布了 《關于進一步推進科技體制改革的若干規定》和 《關于深化科技體制改革若干問題的決定》兩個文件，針對當時科技創新體制機制的不足，重新部署科技戰略和科技計劃，并在科研管理體系方面做出重大改革，提出承包經營責任制，促進了科研機構、高校和企業之間的協作，有利于城鎮市場化經濟體的發展。由圖1可知，此階段城鎮化率的提升明顯變緩，主要原因是大城市人口增長過快，科技創新帶來的溢出效應還不足以抵消擠出效應，且市場化經濟體制改革處于萌芽階段，針對城鎮企業的保護政策不足，造成城鎮化發展緩慢。

圖1 城鎮化發展時序圖

1993年 《中華人民共和國科學技術進步法》的頒布實施，代表著科技創新正式踏入體系化發展階段，逐漸從單一政策向多維度政策協調發展，明確和細化科技創新政策體系，建立適應社會主義市場經濟體制和科技創新自身發展規律的新型科技體制。特別是2005年頒布的 《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006—2020)》，確定了建設創新型國家的戰略目標，并提出注重工業化高質量發展，大力支持清潔能源的研發以減少工業碳排放量。2008年 “智慧城市”概念提出后，政府逐漸將智慧城市作為城鎮化建設的目標之一，進入綠色發展的新時期。

根據Pearce提出的城市發展階段環境對策模型，城鎮發展對環境資源的影響會隨著城鎮化發展的階段不同而改變[17]。因此，本文試圖分析改革開放以來科技創新環境下城鎮化發展對碳排放產生影響的作用機理，并利用門檻回歸模型檢驗城鎮化水平對碳排放產生作用的轉折點。與已有研究相比，本文的貢獻在于以下三個方面：第一，基于IPCC計算方法得出各省份碳排放總量，并分析了科技創新、城鎮化與碳排放之間的關聯路徑；第二，在研究方法上，采用門檻回歸模型考查城鎮化水平對碳排放的影響，并求出具體的門檻值；第三，結合科技創新與城鎮化協同發展的視角，根據門檻回歸結果，提出相應的政策性建議。

2 計量模型、變量設定和數據說明

2.1 計量模型的設定

針對科技創新、城鎮化與碳排放的研究，大多數學者采用在模型中引入交叉項或者平方項的方式來探究變量之間的非線性關系，但此方法并不能判斷出門檻變量的具體閾值。為了有效解決此類具有門檻效應的估計問題，Hansen[18]提出了面板門檻模型，此模型根據數據自身的特點，利用Bootstrap算法內生地對數據進行分組，并準確找出具體的門檻水平。因此，本文選取Hansen的面板門檻模型，并以城鎮化水平為門檻變量，探究科技創新、城鎮化與碳排放三者之間的關系。該模型的具體設定如下：

carbit=μ1contit+β21cityit×I(tit≤γ2)+β22

cityit×I(γ2≤tit≤γ3)++β2,n-1cityit×I(γn-a≤

tit≤γn)+β2,ncityit×I(tit≤γ1)+β3Xit+εit

(1)

其中，i表示省份，t表示年份。lcarbit為碳排放總量，contit為科技創新水平，tit為門檻變量，γ1,γ2,,γn為特定的門檻值，I(-)為指標函數;Xit為控制變量，包括產業集聚(agglo)、產業結構(stru)、區域人均經濟發展水平(pgdp)、外商直接投資(fdi);μi為個體效應，εit為隨機擾動項。

2.2 變量選取

(1)碳排放總量(carb)。目前國內還沒有官方統計的碳排放數據，對此本文參照魯萬波等[19]的做法，在 IPCC計算方法的基礎上，選取各省市能源平衡表中的原煤、焦炭、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油、天然氣8種能源進行碳排放總量的計算。計算公式如下：

(2)

其中，j為能源類別，Aj代表能源消耗量，Nj代表地位發熱量，CCj為IPCC (2006)提供的碳排放系數，Oj為碳氧化因子，B為二氧化碳分子與碳元素的質量比(44/12)。

(2)科技創新(cont)。對于科技創新指標的選擇，大多數學者選取專利申請量或專利授權量來衡量。考慮到本文研究的科技創新在產業化和技術擴散階段對碳排放的作用較大，所以依據張玉喜等[20]對科技創新指標的構建方法，選取技術市場成交額作為科技創新衡量指標。

(3)城鎮化水平(city)。國內外學者分別從人口、經濟、空間等角度提出衡量城鎮化的指標，特別是新型城鎮化概念提出以來，城鎮化被賦予更多內涵。國家統計局公布的城鎮化率表示的是常住人口的城鎮化率，而 《城市藍皮書》中認為此方法忽視了對城鎮化質量的考慮，高估了城鎮化率。本文研究的問題更多的是人口和經濟活動集聚帶來的影響，陸銘和馮浩的研究也表明人口和經濟活動集聚有利于實現節能減排[21]，因此選取國家統計局的統計方法，用城鎮人口/總人口來衡量各地不同時期的城鎮化水平更適合本文研究的問題。

(4)其他控制變量。

① 產業集聚(agglo)。對于衡量產業集聚的方法，國內外研究成果較多，目前被廣泛使用的衡量指標有赫芬代爾系數、基尼系數以及區位熵與標準化區位熵等。由于本文主要側重行業和區域大小的影響，因此選取區位熵作為產業集聚的衡量指標，這一衡量方法將給定區域工業增加值的相對集中度與全國工業增加值的相對集中度進行比較，具體計算方法如下：

(3)

其中,Xit代表i地區t年的工業增加值，Yit代表t年i地區生產總值，Xt代表t年全國工業增加值，Y代表t年全國生產總值。

② 產業結構(stru)。已有研究表明產業結構升級可通過促進產業低碳發展降低碳排放效應，兩者相互關聯。另外服務業比重上升勢必會降低能源消耗強度，對中國實現節能減排具有重要作用，因此以第三產業工業增加值占GDP的比重來表示產業結構。

③ 區域人均經濟發展水平(pgdp)。當經濟發展水平相對較低時，企業生產力水平較低，政府為了提高經濟水平，會大力發展重工業，嚴重破壞了生態平衡；當發展水平達到一定高度后，人們對生活質量的關注度提高，節能減排意識增強，政府對企業污染排放的限制增強。因此，區域經濟發展水平對碳排放有重要影響作用。

④ 外商直接投資(fdi)。隨著經濟全球化的發展，外商直接投資對中國經濟的影響逐漸增強，從而影響中國的環境質量。目前，學界對此主要持兩種觀點，一種是外商直接投資通過促進技術進步和產業規模化生產，從而減少二氧化碳排放；另一種是跨國公司通過外商直接投資將大量高污染產業轉移至中國，增加了二氧化碳排放量。

2.3 數據說明

一方面由于我國對碳排放的關注較晚，改革開放初期的相關數據缺失嚴重；另一方面，我國于2005年頒布 《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006—2020)》，大力支持清潔能源的研發以減少工業碳排放量。因此，本文選取的數據時間跨度為2005—2015年，橫截面個體為28個省市，其中，西藏數據缺失較多，故舍去，而山西和貴州兩省由于缺少原油數據，防止計算碳排放時的誤差影響結果，故未計入樣本。文中涉及的變量數據均來源于2006—2016年的 《中國能源統計年鑒》 《中國統計年鑒》和wind數據庫。對原始數據做描述性統計，如表1所示。

表1 變量的描述性統計

3 實證檢驗與結果分析

在進行正式門檻回歸估計之前，本文根據Hansen提出的F統計量和LR統計量，對城鎮化進行了 “門檻條件”檢驗。利用軟件stata14.0，使用Bootstrap算法抽樣估計500次，得出F統計量檢驗結果 (見表2)和具體的門檻值估計結果(見表3)。

由表2可知，單一門檻時，F統計量在10%的顯著性水平下顯著，雙重門檻時F統計量在5%的顯著性水平下顯著，三重門檻的F統計量不顯著，說明門檻效應檢驗結果接受了門檻變量存在單一門檻和雙重門檻。所以本文在模型估計時選取雙重門檻回歸模型。表3給出了具體的雙重門檻估計值和對應的95%的置信區間。

表2 門檻效應檢驗結果

注：*、**、***分別表示在0.10、0.05、0.01的顯著性水平顯著，下同。

表3 門檻值估計結果

hansen認為可利用似然比統計量LR檢驗抽樣估計出門檻值，當LR等于零時，抽樣估計出的門檻值等于真實門檻值。圖2 (a)為固定住第二個門檻值得到的第一個門檻值的似然比函數圖，其門檻值為-0.75，圖2 (b)為固定住第一個門檻值得到的第二個門檻值的似然比函數圖，其門檻值為-0.148。

由于本文選取的變量數據差異較大，為了消除量綱影響，在模型估計時均對變量取對數。為了更好地對比分析，在表4中分別給出面板門檻回歸模型結果和固定效應模型結果。由回歸結果可知，城鎮化系數在固定效應模型下不顯著，而在面板門檻模型估計時，城鎮化系數通過了5%的顯著性水平，說明面板門檻模型的設定更符合現實情況。從門檻回歸結果的系數看，當城鎮化水平低于第一門檻值時，隨著城鎮化水平的提高會有效降低碳排放總量；當城鎮化水平高于第一門檻值且低于第二門檻值時，城鎮化水平對碳排放的抑制作用明顯提高；但當城鎮化水平高于第二門檻值時，城鎮化對碳排放的影響出現拐點，說明此時隨城鎮化水平的提高會促進碳排放總量。因此，中國城鎮化與碳排放的關系不符合環境庫茲涅茨曲線的假設。

圖2 門檻估計值的似然比函數圖

變量門檻回歸模型固定效應模型lncont-0.039??(0.015)-0.041(0.043)lnagglo0.1950???(0.063)0.2435?(0.121)lnstru-0.198???(0.062)-0.247?(0.124)lnpegdp0.6414???(0.047)0.6121???(0.131)lnfdi-0.067???(0.020)-0.082???(0.027)lncity-0.011(0.525)lncity_1-0.360(0.223)lncity_2-0.489??(0.234)lncity_31.6287???(0.527)_cons3.9710???(0.592)4.606???(1.556)R-sq0.79860.7773

注: 括號內為標準誤， 表示沒有該估計值。

為什么城鎮化與碳排放會呈現出先抑制后促進的關系呢？主要是由于城鎮化在初步發展階段，人口、技術與經濟的集聚程度低，能源使用效率不高，隨著城鎮化水平的提高，人才、技術等生產要素逐漸向城鎮集中，企業達到規模化生產。另一方面，科技創新在5%的顯著性水平下對碳排放產生負向效應，說明科技創新促使高新技術快速發展，提高了能源的使用效率。因此，城鎮化發展降低了碳排放。當城鎮化水平越過第一門檻值對應的水平時，城鎮化對碳排放的抑制作用有明顯的提高，這是因為此階段人們生活水平逐漸提高，環保意識逐漸增強，政府也對高污染、高排放的企業實施適當的管制措施。另外，科技創新帶動了清潔技術的發展，在一定程度上達到節能減排的效果。而當城鎮化水平超過第二個門檻值對應的水平時，城鎮人口過度密集帶來的擁擠效應上升，城鎮基礎設施嚴重超負荷使用，增加了城市運行成本，從而加劇了環境污染。

對于控制變量，產業集聚、產業結構、人均GDP和FDI均在1%的顯著性水平下對碳排放產生影響。其中產業集聚與人均GDP對碳排放的影響系數顯著為正，說明產業集聚化發展未形成規模化效應，促進了二氧化碳的排放。且隨著經濟的增長，人們對汽車等物質需求多樣化，大量的生產提高了碳排放總量。產業結構對碳排放的影響系數顯著為負，說明隨著產業結構升級，第二產業逐漸從高污染、高消耗的工業化生產模式，走向綠色可持續生產模式。FDI的流入對碳排放有顯著的抑制作用，說明外商的引入能夠促使中國節能和清潔技術的進步，有利于企業實現節能減排。

4 研究結論與政策啟示

本文綜合考慮科技創新、城鎮化和碳排放三者之間的關系，理論分析了產業集聚、產業結構、經濟發展水平和外商直接投資對碳排放的影響，實證分析了雙重門檻下城鎮化對碳排放總量的影響。研究結果表明：①城鎮化水平的提高為科技創新帶來了人力、物力等資源，科技創新也提高了城鎮的承載力，優化了城鎮資源的合理配置，且科技創新在城鎮化影響碳排放的過程中起著重要作用;②環境庫茲涅茨曲線不符合現階段城鎮化與碳排放的關系，當城鎮化水平達到第二個門檻值對應的水平時，對碳排放的影響將出現 “拐點”現象;③產業結構升級對碳排放有顯著的抑制作用，優化產業結構有利于實現節能減排;④FDI對碳排放有顯著的負向影響，符合 “污染光環”假說。

基于以上研究結論，得出政策性啟示如下：

第一，重視科技創新在城鎮化低碳發展進程中的作用，推進創新驅動發展戰略，真正發揮城鎮化帶來的集聚效應。加強城鎮化水平與碳排放長期均衡發展研究，努力實現科技創新、城鎮化與碳排放協同發展的局面。政府應該實施財政補貼，政策優惠等舉措，加強對清潔、環保等高科技企業的支持，鼓勵企業低碳發展。同時，制定合理化獎懲制度，嚴懲不符合規范的污染型企業，并征收環境稅，對有效實施節能減排的企業實施獎勵。利用媒體、網絡等渠道，宣揚環保精神，提高人們的環保意識，從而緩解城鎮人口集聚帶來的環境壓力。

第二，促進城鎮化與碳排放協調發展。城鎮化的承載能力有限，過度城鎮化會加劇城鎮的擁擠效應，不利于節能減排發展。十九大也提出要完成生態保護紅線、永久基本農田、城鎮開發邊界三條控制線劃定工作。因此，我們要積極推進軌道列車建設，鼓勵節能汽車發展，實現低碳出行；積極倡導低碳消費觀念、低碳生活方式等，以此緩解城鎮集聚效應帶來的環境壓力，維持城鎮化發展與碳排放水平的平衡。

第三，促進中國產業鏈向全球中高端發展，支持傳統產業轉型升級，使中國工業從高污染、高消耗的勞動力密集型產業向高水平、高技術的技術密集型產業轉變。積極發揮政府的引導和支持作用，設立低碳發展區域合作引導基金，加大對區域低碳技術研發的投資力度，幫助區域的企業和公共部門減少二氧化碳的排放，并推動產業互補發展，協同共進，鼓勵企業創新，并主動參與和推動經濟全球化進程，從而優化產業結構升級對碳排放的作用。

第四，優化外商投資環境，鼓勵跨國公司在國內設立創新研究中心。跨國公司與中國企業合作創新會帶來技術溢出和技術擴散效應，有利于中小企業對高新技術的吸收和運用，從而緩解城鎮碳排放水平。為了防止 “污染天堂”現象的出現，政府應嚴格控制國外引進的技術門檻，篩選出符合低碳要求外來投資企業，防止跨國公司利用中國環境政策的不足，將污染型產業轉移到中國境內。

第五，完善跨區域碳排放管理制度的規劃及監督。區域碳排放問題具有邊界高滲透性，各區域在促進經濟發展的同時，往往忽略了對周圍城市環境的影響，造成碳排放管理歸屬問題的障礙。因此，政府需要制定推動區域低碳協同發展的政策，建立區域合作管理機制，從而合理化解決因區域間惡性競爭導致的碳排放問題。 另一方面，受自然資源的制約，國家為保護生態環境而限制和禁止了部分區域的資源開發和利用，對此，政府應積極建立區域低碳利益生態補償機制，以增強各級區政府融入區域低碳合作積極性，因而可彌補各區域因生態保護喪失發展經濟的機會成本，維護區域經濟社會的健康發展，確保其生態發展所需要的資金投入。