基于灰色投影關聯模型的工業結構、環境管制與大氣污染關系研究
——以福州市為例

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[福州大學 福州 350116]

一、文獻綜述

回顧我國相關研究，在工業結構與環境污染關系方面，研究者多采用回歸分析、灰色關聯分析、LMDI分解法、耦合協調模型、計量經濟學模型等方法對二者關系進行界定。鄭愛榕等以晉江市為例，比較了晉江市主要污染行業五種調整方案的污染物排放量得出經濟效益和環境效益較優的工業結構調整方案[1]。趙海霞等分析了工業結構調整對環境效應的影響機理，并通過江蘇省的實例驗證該影響機理和重污染行業結構變動對環境效應的效果[2]。劉希宋和李果通過多維標度法對哈爾濱市的工業結構和環境影響的內在聯系進行分析[3]。黃菁利用對數平均Divisia指數方法對我國四種主要工業污染物進行分析發現，規模效應是環境污染增加的主要原因，技術效應是減少污染的重要力量，結構效應在一定程度上增加了我國的環境污染[4]。符鵬等用灰色關聯法分析了廣州市不同工業企業規模和類型與工業三廢排放量之間的關聯度[5]。嘉蓉梅指出，工業結構對四川省產業結構的生態化起了負面作用，但負面效應在逐步縮小，政府應該按照循環經濟的要求優化工業結構[6]。馬麗等運用耦合協調度模型分析了中國350個地級單元的經濟發展與環境污染的關系，根據耦合協調計算結果將全國劃分為經濟環境和諧區、磨合區、拮抗區和低耦合區，并對這四種類型區的工業結構進行解析[7]。任志安、徐業明采用空間面板數據模型對淮海流域38個地級市的大氣污染和工業能源效應進行時空分析，結果表明大氣污染與工業能源消費之間存在顯著的空間集聚效應[8]。王巖松等從行業污染程度的視角分析了農村工業結構的時空分異特征，并定量評價了農業工業結構演進的環境污染效應[9]。程鈺等運用LMDI分解法研究了山東省工業經濟增長的環境規模效應、結構效應和技術效應，以及污染密集型產業結構變動帶來的大氣污染效應[10]。王菲等對中國經濟增長與環境變化進行脫鉤分析，對工業結構與環境變化之間的關系進行定量分析，并構建了地區環境污染強度影響因素的回歸模型[11]。王勇等用面板VRA模型分析了中國工業綠色轉型的減排效應[12]。雖然已有學者對工業結構與環境污染的關系進行研究，且大部分學者認為二者存在一定的關聯性，但鮮有研究采用灰色投影關聯度模型對二者的關聯性進行分析。

在環境管制與污染排放方面的研究也較為豐富，但環境管制的污染減排效果仍存在較大爭議[13]。有的學者認為環境管制的減排效果顯著，如Wang認為中國的污染收費政策對排污型企業起到了顯著的抑制作用，這比命令-控制手段更為有效[14]。Condliffe和Ashton[15]，List和McHone[16]，Dasgupta等[17]研究了環境規制對污染型企業布局與治理的影響。趙新華等運用聯立方程模型證明環境管制抑制了FDI和污染排放，對環境質量產生了積極作用[18]。劉國安等以中國工業廢水排放治理為例進行實證分析，結果表明環境政策和環境技術創新對工業企業廢水減排具有顯著的正向作用[19]。張衛東和汪海則認為，環境政策的實施并沒有明顯改善經濟增長加劇環境污染以及環境污染抑制經濟增長的總體關系，這主要是由于環境政策沒有得到充分執行，以及環境政策實施的方式主要是以事后治理為主[20]。郭紅燕和韓立巖認為，寬松的環境管制是吸引外商直接投資一個重要因素，并已經顯現出一定“污染避難所”效應，但中國尚未成為“污染避難所”[21]。而侯偉麗等利用1996～2010年的省際面板數據驗證了“污染避難所”效應的存在，且環境規制的強度越強，該效應則越強[22]。夏永久等對蘭州市的實證研究表明，蘭州市基于自身優勢所實施的環境政策，一方面使經濟保持快速增長，另一方面顯著提升了環境質量，阻止了環境質量惡化的趨勢[23]。張紅鳳等發現山東省的環境規制效率高于全國平均水平，其EKC曲線比全國更加扁平，而且曲線位置更低，相同GDP水平下，山東人均污染排放量要低于全國人均污染排放量[24]。何小鋼和張耀輝基于“污染排放需求-供給”拓展模型，從環境規制的角度考察工業二氧化碳排放的影響因素，得出正式規制變量與二氧化碳的排放強度關系顯著且負相關，非正規規制變量的回歸結果不穩定[25]。賈瑞躍和趙定濤基于2003～2010年中國30個省區市的工業污染數據檢驗表明，命令控制型規制的作用不顯著，市場激勵型規制作用顯著，非正式規制對工業污染控制具有積極作用[26]。然而，也有學者質疑環境管制的減排效果。張永安和鄔龍梳理了1988～2014年我國大氣污染治理相關政策，逐年計量分析政策發布的數量、政策類型、政策機構分布，發現政策數量逐年增多、政策類型以污染物標準居多、政策失靈在大氣污染治理上也同樣存在，未來應注重政府間協同治理[27]。高明等[28]運用STIRPAT模型，對中國2001～2013年的數據分析了環境管制與大氣污染的關系，研究發現，環境規制總體上沒有起到積極的減排作用，且環境規制的大氣污染減排效果存在差異性，東部地區表現的最為敏感。張可等通過空間聯立式發現了空氣污染的溢出效應與政府間環境治理競爭相互影響的證據，溢出效應的存在使得跨行政區污染更加嚴重[29]。對于環境管制失效的原因以及如何發揮環境管制效果，李鵬通過構建經濟增長、環境管制與污染排放的動態模型表明，政府環境管制越嚴越有利于穩態下的經濟增長速度的提高和污染排放的減少[30]。包群等基于中國各省份地方人大通過的環保立法的視角，采用倍差法分析了地方環境立法監管的實際效果，研究表明，單純的環保立法并無法顯著地抑制污染排放，而環保執法力度對污染排放的抑制具有關鍵作用[31]。賀燦飛等利用空氣污染指數數據驗證了環境規制執行動力因素與執行效果的關系，結果表明環境規制的執行阻力和執行能力均對其執行效果產生顯著影響，進而影響城市空氣污染[32]。盧寧指出，由不同指標構成的多種環境管制強度的變化幅度并不一致，這與污染治理的模式有關[33]。張可等指出，政府在跨界污染治理中，尤其是環保投入方面往往偏好采取“搭便車”的策略。這種“搭便車”傾向是阻礙環境污染治理的重要原因[29]。Zhang等認為中國式分權下導致地方政府之間的環境規制策略競爭，其結果是大氣污染物的提高，進而導致“綠色悖論”[34]。

已有的相關研究表明，基于中國國情，大部分研究認為工業結構與環境污染之間具有相關關系，工業結構的優化對環境質量的提高具有正向作用；而環境管制是否有助于緩解污染排放，相關研究結論并不一致。基于此，本文以福州市為例，采用灰色投影關聯度模型分析工業結構、環境管制與大氣污染之間的關聯程度。灰色投影關聯度模型是近些年提出的一種新的分析方法，當前的相關應用研究較少。相較于傳統的灰色關聯度模型，灰色投影關聯模型考慮了時間序列的序列相關性與整體趨勢，以及避免了序列數據無量綱化后的扭曲變形[35]。

二、研究方法與指標選取

（一）研究方法

灰色關聯分析是灰色系統理論中一個活躍的分支，主要用來分析系統中母因素和子因素的密切程度，其基本思想是根據序列曲線幾何形狀判斷不同序列之間的聯系是否緊密。灰色關聯分析的思路是通過線性插值的方法將系統因素的離散行為觀測值轉化為分段連續的折線，進而根據折線的幾何特征構造測度關聯程度的模型[36]。灰色關聯分析方法相對于回歸分析、主成分分析等其它數理統計分析方法，對樣本的數量和規律性都沒有嚴格的要求[37]。近年來，灰色關聯分析模型在理論方面得到不斷發展的同時，發展的灰色關聯分析模型也廣泛應用于實際問題。在現有的灰色關聯度量化定義中，在處理序列數據時，大多關聯度將序列的時點作為對象，以點與點之間的距離或者凹凸程度來度量關聯性。考慮到本文的研究內容，結合當前灰色關聯分析的研究進展，本文采用灰色投影關聯度模型對福州市工業結構、環境管制與大氣污染的關系進行分析。除了具備灰色關聯分析的優勢外，灰色關聯投影模型的主要優點在于：第一，當系統因素序列數據比較分散時，傳統的灰色關聯分析可能會存在偏差；第二，宏觀的時間序列數據通常存在序列相關，當期數據會受到上一期數據的影響，投影法比較客觀地反映了時間序列變化的整體趨勢；第三，灰色投影關聯度計算方法簡明清晰，且序列中數據的意義、量綱均不影響關聯度的大小，避免了傳統灰色關聯分析中無量綱化導致的不滿足規范性問題；第四，灰色投影關聯度模型能夠處理序列因子為速度矢量和力矢量的數據序列[38]。

灰色投影關聯度模型的基本原理為：若X0=｛x0(1)，x0(2)，x0(3)，···，x0(n)｝為參考序列，Xi=｛xi(1)，xi(2)，xi(3)，···，xi(n)｝為比較序列，將序列中相鄰時點的數據相連，構成一個二維向量，向量α在向量β上的投影為向量α的模乘以2個向量的夾角余弦θ。因此，就序列的幾何形狀上的相似程度而言，X0與Xi在同一時間段內變化趨勢接近，比較序列向量Xi在參考序列向量X0上的投影值與參考序列X0的模就越接近，反之差距則越大[39]。

灰色投影關聯模型的計算步驟如下：

1. 選擇參考序列和比較序列

參考序列為：

比較序列為：

2. 計算灰色投影關聯系數

3. 計算灰色關聯度

（二）指標選取與數據描述

本文以2001～2013年福州市的時間序列數據，基于指標選取的代表性、準確性、簡潔性和可操作性，以廢氣排放總量反映大氣污染程度。選取三組工業結構指標反映福州市工業結構狀況，分別是輕、重工業產值；大、中、小型工業企業產值；內資、港澳臺商投資和外資工業企業產值。同時，參考環境管制相關研究，從環境投入管制和環境產出管制，即單位工業產值的廢氣治理費用和單位工業產值的廢氣排放量，反映大氣環境的管制強度。相關指標的描述性統計見表1。

表1 相關指標描述性統計

圖1描述了福州市2001～2013年工業生產總值及占全市GDP比重，工業生產總值持續增長，由2001年的787.44億元增長至2013年的6 785.33億元，年均增長率達到63.5%，工業生產總值占全市GDP比重保持在35%至40%。從工業結構看，福州市輕重工業比例大致均衡，以重工業為主，輕工業比重呈現穩步增加趨勢，2013年輕工業比重為45.9%（圖2）。2001～2013年，福州市工業企業類型變動較大，小型企業產值比重波動下降，中型企業產值比重大幅度提升，而大型企業產值比重呈現先下降后上升的趨勢，近幾年，大中型工業企業大致呈現“三足鼎立”的態勢，大型企業比重略高于中型和小型企業（圖3）。從工業企業的投資來源看，內資企業比重占有主要優勢，并且逐年上升，2013年，內資企業比重達到55.9%；港澳臺商投資企業比例其次，但比重由2001年的43.4%逐年下降至2013年的23.3%；外資企業比重大致穩定，約占整體比重的1/4（圖4）。

2001～2007年在大氣污染排放和管制方面，福州市廢氣排放總量每年小幅上升，年均增長率為22.2%；2007年后，廢氣排放總量大幅上升，年均增長率達43.1%。而福州市治理廢氣費用在2001～2013年呈現較大波動，最低至時年僅377萬元，最高值為2013年的40 315萬元。總體上看，廢氣治理費用隨著廢氣排放總量的快速上升而迅猛增加（圖5）。

三、灰色投影關聯分析

在工業結構與大氣污染關系方面，本文從輕重工業比重、工業企業規模、工業企業投資來源三個方面來反映福州市工業結構情況，分別與廢氣排放總量進行灰色投影關聯分析；在環境管制與大氣污染關系方面，分別以福州市環境投入管制、環境產出管制與廢氣排放總量進行灰色投影關聯分析。

（一）工業結構與大氣污染灰色投影關聯分析

選擇福州市廢氣排放總量作為參考序列X0，輕、重工業產值數據序列作為比較序列X1、X2；大、中、小型工業企業產值數據序列作為比較序列X3、X4、X5；內資、港澳臺投資、外資企業產值數據序列作為比較序列X6、X7、X8。按照灰色投影關聯度模型步驟，分別計算比較序列與參考序列之間的灰色投影關聯系數和灰色投影關聯度。福州市工業結構與大氣污染灰色關聯系數與灰色關聯度如表2所示。

表2 工業結構與大氣污染灰色投影關聯系數與關聯度

計算結果表明，在輕重工業與大氣污染方面，r（X0，X1）=0.021 6，r（X0，X2）=0.007 8，即r（X0，X1）＞r（X0，X2），說明福州市輕工業與大氣污染的關聯度要大于重工業；在工業企業規模與大氣污染方面，r（X0，X3）=0.008 9，r（X0，X4）=0.046 2，r（X0，X5）=0.020 3，即r（X0，X4）＞r（X0，X3）＞r（X0，X5），說明中型企業與大氣污染的關系最為緊密，其次為大型企業，小型企業與大氣污染的關系最弱；從工業企業投資來源與大氣污染關系看，r（X0，X6）=0.011 7，r（X0，X7）=0.007 1，r（X0，X8）=0.008 4，即r（X0，X6）＞r（X0，X8）＞r（X0，X7），說明福州市的內資企業與大氣污染的關系最強，外資企業和港澳臺商投資企業與大氣污染的關系相近。

就原因而言，福州市輕工業的比重呈現逐年遞增的趨勢，輕工業包含了造紙、制革、塑料制品、食品工業等，以造紙工業為代表的輕工業具有很強的污染性。由于輕工業相較于重工業規模相對較小，存在企業設備陳舊，單位能耗高，生產技術薄弱，環保措施少等劣勢，所以，輕工業比重的上升直接影響了福州市的廢氣排放量的增加。從工業企業規模看，中小型企業與大氣污染的關聯度遠大于大型企業，一方面，中小企業單位大氣污染治理成本高，生產工藝落后，浪費嚴重，而企業經營者的文化水平往往較低，環保意識不足[40]；另一方面，中小企業數量多，分布范圍廣，生產方式靈活，對其的環境管制難度大。因此，中小工業企業的生產活動成為大氣污染物排放的重災區，其直接關系到大氣環境的質量水平。最后，從工業企業的投資來源看，福州市內資企業與大氣污染的關聯度最高。近年來，福州市的內資企業產值大幅上升，占所有工業企業產值的一半以上，相比外資和港澳臺商投資企業，內資企業在環保理念、環保技術和環保管理上比較薄弱[41]，內資企業的壯大與大氣污染具有密切關系。

（二）環境管制與大氣污染灰色關聯分析

福州市廢氣排放總量依然作為參考序列X0，環境投入管制和環境產出管制數據序列作為比較序列X9、X10，同理進行灰色投影關聯度計算。表3描述了福州市環境管制與大氣污染灰色投影關聯系數與灰色投影關聯度。結果表明，r（X0，X9）=0.009 5，r（X0，X10）=0.008 0，即r（X0，X9）＞r（X0，X10），說明福州市的環境投入管制與大氣污染的關聯度大于環境產出管制。另一方面，基于灰色投影關聯度模型的可比性原則，環境管制和大氣污染的關聯度整體上低于工業結構與大氣污染的關聯度，說明環境管制對大氣環境的影響較弱，環境管制無法有效形成抑制大氣污染的阻力。這主要是由于我國的環境管制多以“事后治理”和“末端治理”的形式展開，相比工業污染排放，環境管制面臨亦步亦趨的被動局面。

表3 環境管制與大氣污染灰色投影關聯系數與關聯度

四、結論與建議

基于灰色投影關聯模型，本文研究了福州市工業結構、環境管制與大氣污染的關系。結果表明，輕工業、中小型工業企業、內資工業企業與大氣污染之間具有密切關系，福州市應重點關注這三類企業的大氣污染防治工作。另外，福州市環境投入管制與大氣污染的關聯度高于環境產出管制，但整體的環境管制強度不足，環境管制無法有效扼制廢氣排放的增加。為此，福州市的大氣污染防治應重點從優化工業結構和加強環境管制入手，具體為：

第一，推進企業綠色生產，規范工業生產活動。加強綠色制造技術的創新和應用，推行工業企業的清潔生產，淘汰分散型工業燃煤鍋爐，嚴格企業生產操作程序。同時，對裝備水平低、環保設施落后的中小型工業企業進行全面排查，制定并執行綜合整改方案，實施分類治理。加快落后產能淘汰步伐，調整合并傳統高能耗產業，提高產業集中度，通過規模效應促使傳統產業向更高技術含量、更高附加值、更低排放的方向演化。

第二，優化工業生產布局，提高企業準入標準。設置中小企業工業園區，加強中小企業的集聚效應，集中建設和實施污染治理設施和清潔燃料替代工程，降低企業污染治理單位成本；制定并嚴格執行更加有利于大氣環境的生產技術指標體系和產品標準體系，整頓與淘汰不符合污染排放的企業，倒逼企業加快技術創新和產業升級。

第三，加大環保政策優惠，改變事后治理模式。發揮政策調節效用，加大資金和政策支持，設立大氣污染企業防治專項資金，獎勵企業防治大氣污染成效。加大對落后企業的懲處，加強在源頭上的大氣污染物排放控制工作。同時，采用經濟和行政方法鼓勵全民參與到大氣環境治理的過程當中，增強全社會共同治霾的凝聚力。

第四，完善環境管理體制，加強跨部門協同合作機制。加強環境執法，健全環保系統內部執法約束機制，同時強化環境執法的外部監督機制，在內部約束和外部監督的雙重作用下，逐漸實現環境執法的程序化和規范化。不斷提高環境執法人員的執法能力，加強環境部門的人力資源配置，提高環境執法水平。建立跨部門的環境管理協調機構和完善部門聯防聯控機制，促進環保工作中各部門的協同作用，形成治污合力。