我國污染排放變動趨勢及減排路徑研究
——基于環境投入產出模型結構分解分析

侯偉鳳

(首都經濟貿易大學經濟學院，北京 100070)

0 引言

工業革命以來，人類物質財富以史無前例的速度增長，這種粗放的經濟發展模式在帶來財富擴張的同時也引發了環境問題。經濟發展所消耗的化石燃料排放出大量溫室氣體，導致全球氣候變暖，危及整個人類的生存和發展[1]，氣候變化問題逐漸成為世界關注的焦點。作為國際上污染排放量較大的國家，我國污染減排的國際壓力也日益增大。因此，發展綠色經濟在氣候變化背景下是我國可持續發展的必由之路。從國內來看，我國1956年開始大力發展工業，工業逐漸成為主導產業，而工業恰是排放污染最多的產業部門。自改革開放以來，我國城市化進程進一步提高，經濟發展水平迅速提升，隨著經濟的不斷增長，環境問題日益凸顯，引起了國務院、環保部門的高度重視[2]。進入2013 年以來，我國出現了入冬以來持續時間最長、影響范圍最廣的霧霾天氣，霧霾給居民的身體健康與生產生活帶來了嚴重危害[3]。

如今，污染防治被定位為三大攻堅戰之一，足見污染防治任務的重要性和艱巨性。因此，如何減少污染物排放、改善人類生存的環境已成為我國當前可持續發展面臨的重大挑戰。基于此，本文將投入產出分析方法運用到污染減排中，通過編制環境投入產出表，建立環境投入產出模型，并使用結構分解法(SDA)對污染物的排放量進行深度分析，分別考察排放系數變動、生產技術變動以及最終需求變動對污染減排的作用大小，找出污染減排的主要渠道，為改善和優化目前的減排政策，調整產業結構，達到減排目的提供依據。

結構分析法可以充分利用投入產出表中的部門信息，反映各部門間的聯系，是近年來研究污染排放增長影響因素比較前沿的方法[4]。這一方法已被大量國內外學者用于研究二氧化碳以及其他污染物的排放問題[5-11]。此外，還有不少學者利用結構分解法(SDA)探究污染減排的問題，包括最終需求的變動對污染減排的作用、排放系數的變動對污染減排的作用等[12-22]。

已有研究分別將結構分解法(SDA)應用于碳減排和部分污染物的減排中，探討了最終需求、能源消耗結構和強度、產業結構變動對碳排放和污染排放的影響。但鮮有研究同時探討排放系數、生產技術以及最終需求對污染排放的影響，且已有研究涉及的污染物種類較少。基于此，本文進一步深入探究影響我國污染排放變化的因素。與已有研究不同的是本文選取7種大氣污染物，比較全面地考慮了排放系數、生產技術以及最終需求變動3種因素的不同側面影響。

本文的貢獻主要體現在：第一，本文考察了3 種因素對我國7種污染物排放變化的影響，比較全面地考慮了結構和規模、技術進步等不同因素對多種污染物的側面影響，為污染減排政策的制定提供參考。第二，本文采用世界投入產出數據庫的(進口)非競爭型投入產出表，減少了由于高估各項最終需求對國內污染排放的影響產生的估計誤差，提高了研究結果的準確度。

1 模型方法和數據來源

1.1 基本模型

在建立環境投入產出模型之前，本文首先回顧一般的Leontief 投入產出模型。著名經濟學家Leontief于1936年首次提出投入產出分析方法。這一方法首先編制投入產出表，然后建立與編制表相對應的數學模型，以此來反映經濟系統各個生產部門和產業之間的相互關系。基本Leontief模型的矩陣表示如下：

X=AX+F

(1)

對X進行求解，可以得到：

X=(I-A)-1F

(2)

式中：X表示國民經濟的總產出；A表示直接消耗系數矩陣，刻畫產業部門間的直接經濟聯系；I是與A同階的單位陣；F表示最終需求。此外，(I-A)-1-I為完全消耗系數矩陣，能夠全面深刻地反映某部門的生產活動與其自身以及其他部門的數量關系。

在建立一般Leontief 投入產出模型的基礎上，本文加入污染物的相關數據建立環境投入產出表，其形式見表1。

表1 環境投入產出表

在環境投入產出表中，污染物排放部分只能取實物單位，而生產部門的單位可以是價值單位也可以是實物單位。對于污染排放模塊，有如下平衡關系：

(3)

即第i種污染物的排放總量等于生產部門排放的量與最終需求所產生量之和。此時，污染物的排放系數為：

(4)

表示第j部門生產一件產品排出的第i種污染物的量。直接排放系數矩陣即為：

(5)

(6)

其矩陣形式如下：

APX+R=Q

(7)

將X=(I-A)-1F代入到上式，可得到：

AP(I-A)-1F+R=Q

(8)

于是可以得到環境投入產出模型：

P=AP(I-A)-1F

(9)

其中AP(I-A)-1即是完全排放系數矩陣，表明第j部門生產一件產品所耗用的所有相關部門的產品所排出的污染。AP(I-A)-1可以更加真實地刻畫污染排放與產業部門之間的聯系。

1.2 模型結構分解

對得出的環境投入產出模型進行結構分解。將模型中的P的變化量分解為排放系數、生產技術以及最終需求的變動效應。因為排放系數變動激勵部門內不同產業為得到更大產出而加大研發投入，以排放系數變動為依托達到減排目的；生產技術變動能使效率較低、排污較多的部門提高生產效率，做到高效生產和節能減排。而最終需求的良性變動也會減少污染排放大的部門產量。

(10)

(11)

令Bi=(I-Ai)-1，于是

(12)

據此，從t到t+1期，排放量變化量可以以下方式進行分解：

(13)

(14)

本文結合以上兩種方式來研究各個部分的影響效應，即對其取平均。最終，污染排放的變化表現為下式：

自此，本文完成了對污染排放的結構分解。

1.3 數據來源及數據處理

本文采用的投入產出表數據來自WIOD中1995年、2000年、2005年和2009年的中國投入產出表，污染排放數據來自WIOD中的中國大氣污染排放量。之所以選到2009年是因為目前世界投入產出數據庫中的大氣排放數據只更新到2009年，因此我們統一都測算到2009年。本文的研究對象是中國大氣污染減排，選取的氣體污染物有甲烷(CH4)、一氧化二氮(N2O)、氮氧化物(NOX)、硫氧化物(SOX)、一氧化碳(CO)，以及非甲烷揮發性有機物(NMVOC)和氨氣(NH3)。本文以上述7類氣體污染物為代表，研究排放系數、生產技術以及最終需求變動對污染減排的影響。

由于中國的投入產出數據和中國污染排放數據均來自WIOD，其部門一一對應，均為35個部門，因此不對部門進行合并或拆分處理。但通過觀察數據發現有兩個部門無論是投入產出還是污染排放的數據均為0，于是刪除這兩個部門，最終構建出4個(1995年、2000年、2005年和2009年)33部門的環境投入產出表。

2 實證結果分析

2.1 污染排放總量分析

圖1展示了1995—2009年7種污染物的排放量變化。總體來看，這些污染物的排放量呈上升趨勢，其中CO的排放量相對最高，1995—2000年，其排放量呈明顯上升趨勢，從4000萬t左右上升到6000多萬t，但從2000年往后，排放量開始逐年遞減，這可能是由于能源技術的改善和污染物控制技術的提高，但減少的幅度不是太大，到2009年也只下降到6000萬t左右；CH4排放量也相對較高，1995—2000年，其排放量大約為4000萬t，基本持平，但從2000年開始，排放量開始逐年上升，到2009年上升到6500萬t，這可能是由于入世以來中國碳排放的增加所導致；其次是SOX，其變動趨勢與CH4相似，1995—2000年其排放量大約為2000萬t，從2000年以后也以較大幅度在上升，到2009年上升到4000萬t，這應該是由于最終需求的增加和產業結構的變動；其余4種污染物排放量相對較少，基本都低于2000萬t，其中NOX從2000年以來一直在持續緩慢上升，但到2009年也就上升到大約2000萬t，NH3和N2O不僅排放量小，變化幅度也非常小，基本都在1000萬t以下。

通過量化分析污染物歷年排放變化情況(表2)可發現：1995—2000年，CO排放變化量最大，增加了2744.74萬t，而其相對變化量也是最高的，高達76%；而2000—2005年、2005—2009年CH4和SOX的排放變化量一直居高不下，都達到了千萬t，和圖1一致，但2000—2005年NOX的相對變化量為66%，達到最高，而2005—2009年，相對變化量最高的污染物為SOX。這是由于這些年我國大力發展經濟，調整產業結構，最終需求不斷增加，而減排技術的發展跟不上污染排放的速度，因此污染排放量呈現持續上升趨勢。

圖1 1995—2009年中國各種污染物排放量

表2 污染物排放總量的變化

2.2 污染排放變化的結構分解分析

為了進一步深入剖析我國污染排放的變化，本文對污染排放的變化進行了結構分解，分解的結果如圖2所示。

圖2中縱軸表示各種污染物基于1995年的相對變化量，橫軸表示時間，從圖中可以明顯看出，3種因素對每種污染物排放的影響基本一致，即排放系數變動會使污染物的排放減少，最終需求變動會使污染物排放增加，而生產技術變動會增加部分污染物排放。因此，減排的關鍵之處還在于排放系數的變化，此外最終需求增加會增加污染的排放，因此也應該重視最終需求端對環境污染的影響。其中排放系數變動作用明顯的污染物包括：SOX、CO和NMVOC，如圖所示，排放系數變動使得這三種污染物排放相對于1995年減少了400%以上。由于生產技術變動導致排放量變化的污染物有：SOX、CO和NMVOC，如圖所示，生產技術變動使這三種污染物排放相對于1995年增加了200%左右。對最終需求變動敏感的污染物主要為：NOX、SOX、CO和NMVOC，最終需求變動使它們的排放相對于1995年都增加了400%。綜合來看，3種因素作用較大的污染物為：SOX、CO以及NMVOC。

2.2.1 排放系數變動效應

排放系數變動本質上代表著產業部門減排技術的進步，即污染排放強度下降意味著減排技術的進步。先進的技術會提高各個部門的資源使用效率，從而達到污染減排的目的。如表3所示，排放系數變動效應使各種污染物排放的變化量為負值，即近年來，排放系數變動有利于減排。1995—2000年，排放系數變動使得CO、SOX、CH4的排放量大量下跌，均下跌千萬t級，而且它們的相對變化量也很大，雖然N2O排放只減少幾十萬t，但是它的排放量本身就較少；2000—2005年，排放系數變動仍然使得這三種污染物排放量減少；2005—2009年，除了這三種污染物，NMVOC排放也大量減少，SOX、CO以及NMVOC的相對變化量均達到50%以上，排放系數變動對三種污染物的減排作用明顯。

圖2 3種因素對污染物排放變化的影響

表3 排放系數變動的效應

2.2.2 生產技術變動效應

近年來，我國環境惡化愈發嚴重，而生產技術的提高也無疑會提高企業生產效率，增加產業產值，工業產值的增加，尤其是污染排放強度較大的產業部門產值的增加必然會增加污染的排放，但綠色生產技術的發展，也會有助于減排，因此，生產技術的變動對污染排放及減排也會產生一定的影響。如表4所示，生產技術變動效應對污染排放的影響相對比較小, 由生產技術變動引起的污染排放的變化量很小, 1995—2000年，大多工業污染物排放量依然增加，但增加的相對較少，只有CO和NMVOC的排放以較大幅度增加，增幅都達到50%以上，這應該是由于工業部門相關生產技術提高使得產值大幅度增加，其中CH4和NH3部分是由農業產生，而農業部門的生產技術那時并沒有很大提高，因此它們的排放量也可能會由此而減少；2000—2005年，SOX的排放大幅增加，這也是由于排放SOX的部門的生產技術提高，而CO的排放卻減少了，可能是相關部門綠色生產技術發展起來的原因，而其他污染物的變化都不是太大；2005—2009年，很明顯可以看到大多數污染物的排放都增加，但是增加的幅度都特別小，都低于10%，這應該是由于綠色生產技術的逐漸推廣，加之近些年，國家比較重視發展第三產業，而對工業制造業等的生產技術的提高不那么重視了，因此其對產值的增加和污染排放的影響就會減小。

表4 生產技術變動的效應

2.2.3 最終需求變動效應

最終需求效應包括最終需求的變化以及產業結構的變動。最終需求量的增加會促進我國產值的增加，從而影響污染的排放，而居民對水電煤的需求更是與環境息息相關，如CO的排放等。眾所周知，高能耗低效率的產業會排放大量的污染物，而金融業、服務業和農業等相對產生較少污染物。隨著產業結構的不斷升級，第三產業比重不斷上升，因此我國的污染排放量逐漸減少。產業結構變動就是通過以上原理來對減排產生影響。從表5可知，近些年隨著我國最終需求量的不斷增加和產業結構的不斷變化，污染排放量也在不斷增加，因此，最終需求變動效應為正值。1995—2000年，最終需求的增加導致CH4、SOX以及CO的排放大量增加，均達到了千萬t，它們的相對變化量也較高，而2000—2005年及2005—2009年也是如此，而且2000年以來，NMVOC的排放也大量增加，我們發現，它與排放系數的效應相呼應。因此，它們的共同作用會使得上述3種污染物的排放變化縮小。可見，最終需求效應很明顯，尤其體現在上述幾種大氣污染物上，因此，優化最終消費端的消費以及繼續調整產業結構是減少污染排放的主要途徑。

2.2.4 綜合比較

通過上述的分析，我們已經對這3種因素的效應有了一定的了解，大體來說，排放系數變動具有減排作用，且主要作用于SOX、CO以及NMVOC；生產技術變動對污染排放的作用不是很明顯，但也有一定影響；最終需求的效應會增加污染物的排放，也對SOX、CO以及NMVOC有較大影響。下面我們來看一下這些因素到底對哪種污染物作用最大，哪種作用最小。

表5 最終需求變動的效應

表6 綜合結果比較

如表6所示，1995—2000年，排放系數變動使得NMVOC排放減少88.63%，對其作用相當明顯，而對NH3的影響較小，只減排24.21%，可能因為NH3大多由農業產生，而農業減排技術的進步沒有工業快，而且最終需求變動也對NH3影響最小。2000—2005年以及2005—2009年也出現相應的情況，這三種效應總體對NH3的影響較小。1995—2000年，生產技術變動和最終需求變動均對CO的影響最大，這不難解釋，工業產值的增加和居民消費均會增加CO排放，因此，要改變產業結構以及減少最終需求才能減少CO排放。2000—2005年，排放系數變動和生產技術變動對SOX的影響最大，排放系數變動使它減排最多，生產技術變動使它增排最多，最終需求變動使NMVOC排放將近達到之前的兩倍，因此，要降低NMVOC的排放，需要減少最終需求。2005—2009年，生產技術變動對污染排放的影響已經很小了，排放系數變動仍然可以大量減少CO的排放，要減少SOX的排放，也需減少最終需求量。

3 主要結論及政策建議

3.1 主要結論

(1)1995年以來，我國各類污染物排放量總體呈上升趨勢，排放量上升幅度最高的污染物為CH4和SOX，上升幅度最低的污染物主要為N2O和NH3。

(2)排放系數變動有利于污染減排，對CO、SOX、NMVOC三種污染物的減排作用較為明顯，而對NH3作用相對較弱。

(3)生產技術變動對環境質量的改善作用并不明顯，就實證結果而言，排放系數變動效應要大于生產技術變動效應，但排放系數變動效應也是有限的，各企業也應重視綠色生產技術的廣泛使用，從源頭治理污染，逐步擴散和推廣綠色生產技術，摒棄低效的生產方式和技術。

(4)最終需求的變動(增加)會大幅度增加污染物的排放，尤其是CO、SOX、NMVOC的排放，與排放系數變動作用的污染物相似，且與排放系數變動作用相反，因此如果只是一味地提高減排技術水平而不注重最終需求端對污染排放的影響，排放系數變動的減排效應將會被部分抵消。

3.2 政策建議

(1)就排放系數而言，在已有的基礎上，應該繼續發揮排放系數變動對污染減排的作用。首先要加大對減排技術的研發投入，設立先進減排技術獎項等，引導各個企業使用高效率低能耗的生產設備，不斷推進減排技術的發展；其次政府要設立專項資金支持技術落后的企業，幫助它們提高資源使用效率，減少污染排放。

(2)就生產技術而言，應該鼓勵第三產業的發展，同時重視排放量較少的制造業的發展，進一步發展先進生產技術。由于生產技術變動對污染排放變化的影響很小，因此目前生產技術還有很大的提升空間，政府應在此方面多投入。

(3)就最終需求變動而言，一方面要繼續優化產業結構，另一方面還要鼓勵消費方購買環保的、生產過程排放污染較少的消費品。積極開發使用清潔能源，以此來替代居民消費的電和煤。此外，要減少我國能耗高、污染大的產品的生產，整體上從最終消費端減少污染物的排放。

雖然本文采用的數據只截止到2009年，但得出結論與政策建議對近年來的污染防治仍然具有一定的借鑒意義。