最嚴格生態紅線視角下我國工業廢水排放影響效應研究

龐慶華， 向敏， 蔡鐘瑤

（河海大學企業管理學院，江蘇 常州213022）

一、引 言

隨著資源短缺、環境污染、生態系統退化等問題的日益突出，生態文明建設成為廣泛關注的焦點[1]。建設生態文明是我國實現可持續發展戰略的必然要求，是建設美麗中國的必經之路，而執行生態保護紅線制度是推進生態文明制度建設最重要、最優先的任務。2017年中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發了《關于劃定并嚴守生態保護紅線的若干意見》，2018年習近平總書記在全國生態環境保護大會上也再次強調要嚴守生態保護紅線、嚴守環境質量底線、嚴守資源利用上線。

工業是生態文明建設的重要產業，是一個國家現代化程度的標志。近年來，我國工業化進程大大加快，工業總產值屢創新高，但工業化在取得顯著成績的同時卻給資源消耗和環境污染帶來了巨大的挑戰。據統計，環境污染中70%來源于工業污染[2]，且工業廢水排放中只有70%經過了處理，其余污水未經處理直接排放到了周邊水體中，污水中所含的重金屬、砷、氰化物等有害物質導致水質嚴重惡化，全國有86%的城市河流受到不同程度的污染。工業廢水排放作為工業用水的附屬消耗產品，是廢水排放的重要來源。工業廢水造成的環境污染已經成為制約當下工業轉型的重要瓶頸[3]。十九大報告中指出要“像對待生命一樣對待生態環境”，在最嚴格生態紅線下，減少工業廢水排放、加強環境保護、實現生態與經濟的可持續協調發展是當下亟須解決的問題。但現有研究大多是以工業廢水直接排放量或者資源消耗量作為度量指標分析工業廢水排放效應，不能全面反映工業行業的投入產出效應，也缺乏對行業間經濟聯系的深入研究。

二、文獻綜述

目前國內外學者對于工業廢水的研究成果豐碩。不少學者研究工業廢水處理系統與開發具體處理方法和技術，如Bin等[4]從監管理論研究的角度對管理政策進行細致地分析，設計了基于契約的工業水環境調節機制。我國工業發展的空間格局呈東高西低的局面，相應的工業廢水排放量也呈東高西低的格局特征，進一步探究影響工業廢水排放空間格局演化的驅動因素，結論各異。周笑等[5]認為資源利用水平、技術進步水平、經濟發展規模和城鎮人口規模是影響廢水排放的驅動因素，與齊漫等[6]的研究結論一致。莊汝龍等[7]認為環境規制、工業開放水平、工業生產效益、工業化水平等是影響工業環境壓力格局的主要因素。研究工業廢水排放空間格局演變規律的方法也多種多樣，比如重心模型[8]、計量經濟模型[9]、空間形態差異指數[10]等。在工業廢水排放量現狀分析的基礎上，很多學者致力于研究廢水排放與經濟的聯系，如章淵等[3]利用LMDI方法，分析1998—2012年我國工業廢水排放變化的驅動因素，研究表明工業經濟增長和人口流動會增大工業廢水排放量，技術進步則能有效抑制工業廢水排放量。Liu等[11]通過分析工業污染源的現狀，發現不同規模的經濟發展對工業廢物回收的影響顯著。劉鐵鷹等[12]等則通過加入環境容量的環境庫茲涅茨曲線分析了沿海地區工業廢水中化學需氧量入海排放量與經濟增長的關系。章恒全等[13]研究發現工業廢水排放和經濟增長間存在長期穩定的均衡關系，二者間的相互影響存在較為明顯的區域異質性。馬海良等[14]基于2009—2014年我國31省區的數據，首次嘗試構建工業廢水排放與經濟增長的脫鉤模型，通過對比分析后得到工業廢水與經濟增長脫鉤的主導因素。

以上研究都各具價值，但梳理文獻發現，尚未有學者從最嚴格生態紅線的視角下去考慮工業廢水的排放效應。最嚴格生態紅線提出時間較短，當前，生態紅線的研究主要集中在生態紅線的劃分方法與技術、格局與制度模式、工作推進情況三大方面[15-17]。生態紅線作為生態環境安全的底線，建立并執行最嚴格的生態保護制度，有助于促進資源環境與經濟社會生態效應的統一。另外需要指出的是，各生產部門之間存在諸多的經濟聯系，因為生產最終產品除了該行業的直接投入原料和直接消耗，還需要其他相關生產部門提供輔助材料，因此在測算工業廢水排放強度時，用廢水直接排放量或者單位GDP資源的消耗量不能全面反映工業行業的投入產出效應，還需要對行業間經濟聯系進行深入研究。

因此，從最嚴格生態紅線的視角出發，根據投入產出表，將最終產品的直接原料與耗能產生的污染物排放稱為直接排放，將其他生產部門的輔助材料產生的污染物排放稱為間接排放，生產最終產品的污染物排放等于直接排放與間接排放之和，利用2007—2017年全國工業各行業廢水排放的面板數據，計算工業各行業廢水直接排放強度和間接排放強度，構建投入產出模型，再測算工業各行業廢水的完全排放強度，然后運用LMDI加法模型將工業廢水排放總量分解為規模效應、技術效應和結構效應，定量分析工業廢水排放的影響效應，為政府相關部門在全面劃定生態紅線、執行最為嚴格生態保護制度的背景下制定工業廢水排放減排措施，改善水生態環境提供理論支持。

三、研究方法與數據來源

（一）研究方法

指數分解方法（Index Decomposition Analysis，IDA）是一種能夠分析能源消耗與污染物排放變化的影響因素的方法。IDA因操作容易、數學方法嚴密，且對數據要求較小而受到廣泛地應用。IDA又分為拉氏因素分解法和迪氏因素分解法，Ang[18]研究表明迪式指數分解（LMDI）加法模型是最優方法。因此這里采用LMDI加法模型，將工業廢水排放總量分解為規模效應、技術效應和結構效應，定量分析工業廢水排放的影響效應。

首先計算工業各行業廢水的直接排放強度：

其中，SEi表示i行業廢水直接排放量；Gi表示i行業的行業產值；SIi表示工業各行業的行業廢水直接排放強度矩陣。

然后計算工業各行業廢水的完全排放強度。利用投入產出表計算工業各行業廢水的間接排放強度。因為某產品的生產不僅包括生產該產品時所直接排放的廢水，還有生產該產品原料時所產生的廢水，即間接排放廢水，則廢水的完全排放量等于直接排放量與間接排放量的和。完全排放強度的計算公式為：

其中，（I-A）-1為列昂惕夫逆矩陣，I是單位矩陣，A是投入產出表中的直接消耗系數矩陣；C Ii為工業各行業廢水的完全排放強度矩陣；S Ii與上述意義相同。

工業廢水排放總量為：

其中，Ei表示行業廢水排放總量；CIi和Gi與上述意義相同。

由式（1）～式（3）可知工業廢水排放與三個因素有關：①工業產值，反映工業經濟規模對環境的負荷大小；②廢水排放強度，表示每單位產品生產對環境的壓力；③產業結構，投入產出模型體現出行業之間的聯系，也反映出每個行業對整個工業產值的貢獻。因此根據LMDI加法模型將工業廢水總量分解為規模效應、技術效應和結構效應，如下所示：

其中，E0為基期工業廢水總量；Et為報告期工業廢水總量；ΔES、ΔET、ΔEC分別表示規模效應、技術效應和結構效應；G0、Gt分別表示基期和報告期的工業產值；CT0i、CTti分別為i行業廢水完全排放強度；P0i、Pti分別是i行業基期和報告期的行業產值占整個工業產值的比例；SEi與上述意義相同。

（二）數據來源與預處理

原始數據中工業各行業廢水直接排放量來源于2007—2017年《中國環境統計年鑒》，各工業行業經濟效益指標來源于2007—2017年《中國統計年鑒》。全國投入產出表及其直接消耗系數和完全消耗系數表來自人大經濟論壇。

在數據處理過程中，由于《中國環境統計年鑒》《中國統計年鑒》中的行業分類與投入產出表中的行業分類不相同，因此根據相似性原則，以投入產出表中的行業劃分為準，對《中國環境統計年鑒》《中國統計年鑒》中的行業進行了行業歸整，比如將年鑒中的汽車制造業與鐵路、船舶、航空航天和其他運輸設備制造業歸整為交通運輸設備制造業；木材加工及木、竹、藤、草制品業與家具制造業歸整為木材加工品和家具制造業，最終將工業劃分為了23個行業。計算行業廢水直接排放強度時，由于沒有各行業的產值的直接數據，根據Lei等[19]和吳鳳平等[20]的觀點，本文采用行業的主營業務收入進行替代。

四、實證分析

根據各行業直接排放數據和行業產值，基于數據的可獲得性和數據分析的完整性，結合公式（1）算出2007—2017年全國工業各行業廢水直接排放強度，如表1所示。

根據表1的運算結果，利用投入產出表計算出工業各行業廢水的完全排放強度，如表2所示。

表1 2007—2017年全國工業各行業廢水直接排放強度單位：噸/萬元

續表1 2007—2017年全國工業各行業廢水直接排放強度單位：噸/萬元

表2 2007—2017年全國工業各行業廢水完全排放強度單位：噸/萬元

續表2 2007—2017年全國工業各行業廢水完全排放強度單位：噸/萬元

對比表1、表2可以發現，在考慮行業間關系的基礎上，相同行業廢水的完全排放強度遠大于直接排放強度。例如2011年和2012年煤炭采選業的直接排放強度分別為4.437噸/萬元、4.568噸/萬元，相應的完全排放強度則為80.496噸/萬元、70.209噸/萬元，兩者分別相差18.14倍，15.37倍。這充分表明在計算行業的投入產出經濟效益時非常有必要考慮行業間的經濟聯系。

結合表1、表2分析，發現紡織業、造紙印刷和文教體育用品業、化學產品業是廢水排放強度最大的三個行業。其中造紙印刷和文教體育用品業的直接排放強度在2007年高達45.353噸/萬元，紡織業和化學產品業緊隨其后。值得一提的是，2007年造紙印刷和文教體育用品業的直接排放強度最大，同年的完全排放強度最大的卻是化學產品業，這再次說明了直接排放強度數據與實際有一定的誤差，計算完全排放強度非常有必要。紡織業在我國起源較早，現如今已經有成熟的工藝技術和產業集群；化工產品業雖起步較晚，但在我國社會主義建設、改革開放、現代化推進的過程中起了巨大的作用，是國民經濟的支柱產業。兩個行業對我國的國內生產總值都有很大貢獻，但其較高的廢水排放強度說明它們在經濟增長、規模擴大的同時并沒有協調好經濟發展與環境污染的關系，仍然是高投入、高排放、高污染的“三高”行業。經濟的迅速增長和大量的廢水排放給生態環境帶來了巨大的壓力。

研究期內，工業各行業廢水的完全排放強度都有不同程度的降幅。以造紙印刷和文教體育用品業、化學產品業兩個行業為例，兩行業的廢水直接排放量和完全排放強度都呈下降趨勢（如圖1、圖2所示），造紙印刷和文教體育用品業的完全排放強度更是下降了75.4%。這表明在2007—2017年這十一年間，全國都在大力整治環境污染，相關部門不斷出臺新的環保政策，工業各行業開始追求綠色經濟，不斷調整產業結構，利用創新科技進行清潔化、綠色化生產，環保監督部門也加大監管力度，共同推進節能減排和生態文明的建設。

圖1 廢水直接排放量

圖2 廢水完全排放強度

為了進一步比較兩種排放強度的差異，用完全排放強度比直接排放強度，得到各行業廢水排放強度差異系數，結果如表3所示。

從表3中可以看出，不同行業廢水排放強度差異顯著。其中專用設備制造業、電氣機械和器材制造業的廢水排放強度差異最大，十一年差異系數均值分別為314.486和238.772，說明這兩個行業的行業間經濟關聯度最大。同期的電力、熱力的生產和供應業、金屬礦采選業的僅為4.756和10.868，表明其行業間經濟關聯度小，行業相對獨立。

表3 2007—2017年全國工業各行業廢水排放強度差異系數

將工業各行業的廢水排放效應運用LMDI模型分解為規模效應、結構效應、技術效應，分解結果如表4所示。分解結果為正即表示廢水排放量增加，對環境有脅迫作用；分解結果為負則說明廢水排放量減少，對環境有緩解作用；分解結果的絕對值越大則作用力越強。

從表4可以看出：

第一，規模效應呈穩定的正值。研究期內，各行業經濟均有不同程度的增長，工業總產值共上漲了26.84%，平均年增長率達到12.59%，這說明經濟的快速增長會促進工業廢水排放量的增加。其中化學產品業、造紙印刷和文教體育用品業、食品和煙草業、紡織業、金屬冶煉和壓延加工品業五個行業因經濟規模擴大增加的廢水排放量均在20萬噸以上，僅化學產品業的廢水排放量就占了工業排放總量的21.15%，這表明個別突出的行業情況對工業整體的廢水排放有較大影響。

表4 工業各行業廢水排放效應分解單位：萬噸

第二，技術效應均表現為負值。這表明技術進步和技術創新是減少工業廢水排放的關鍵因素，這里的技術包括清潔生產、治污減排等。近年來，國家大力推進節能減排工作，加強科技創新投入，2007—2017年技術效應共減少工業廢水排放2 558 137萬噸，極大地減少了因規模效應和結構效應對環境的壓力。由于行業的生產方式、產業集群成熟度、生產技術進步性等不同，技術效應的貢獻值差異顯著。例如化學產品業、造紙印刷和文教體育用品業、食品和煙草業三個行業技術效應減排貢獻值最大，合計占總減排效應的49.6%，因其行業本身廢水排放量大，有很大的減排空間，技術效應顯著。相反地，某些行業因行業本身技術要求不高或者生產技術已經相對成熟，技術進步對經濟增長或結構調整帶來的廢水排放量增加的抵制作用并不明顯。如廢品廢料業、儀器儀表制造業、其他制造業三個行業的技術減排僅為廢水總減排量的0.56%。整體來說技術效應對各行業都有不同程度的減排效果，在工業廢水減排中發揮了重要作用。

第三，結構效應與規模效應和技術效應相比顯得并沒有規律性。一部分行業的結構效應表現為負，另一部分行業的結構效應表現為正，這說明結構效應對廢水減排有一定的貢獻作用，也表明目前某些行業的經濟結構并不合理，粗獷式的經濟發展模式并未完全改變。仍以紡織業和化學產品業為例，研究期內，紡織業結構效應對廢水減排貢獻是最大的，共減少廢水排放564 387萬噸；而化學產品業因結構不合理增加了廢水排放124 277萬噸，對整個工業廢水排放量的影響都十分明顯。我國紡織行業發展時間長，已經有較成熟的產業集群，加上高標準的配套設備和技術、先進的管理理念，不斷調整行業結構，使得結構效應減排顯著。相比之下，化學產品業是一個新興行業，粗獷型的經濟發展模式使得其生產過程中產生了大量的廢水，所以化工產品行業需要調整和完善產業結構，減少因產業結構不合理帶來的環境壓力。

五、結論和建議

通過研究，得出如下結論：

第一，研究期內，各行業的直接排放強度和完全排放強度從時間序列上來看均呈穩定下降狀態。工業直接排放總強度下降74.2%，工業完全排放總強度下降74.3%，表明這段時間內，工業各行業都在國家大力推動節能減排的政策下提升自己處理污水的技術和清潔化生產，并取得顯著效果。

第二，直接排放強度和完全排放強度數據差異較大。在考慮行業間經濟聯系的基礎上，行業廢水的完全排放強度遠超其直接排放強度，電氣機械和器材制造業的差異系數都在200倍以上，直接排放強度的行業間差異比完全排放強度的行業間差異更顯著。

第三，規模效應是工業廢水排放量增加的主要因素，技術效應對工業廢水減排有重要作用，結構效應對工業廢水減排的貢獻不大，不少行業的結構效應仍表現出對環境的消極影響，例如食品和煙草業的不合理產業結構增加了廢水排放657 717萬噸。行業廢水排放總效應的方向業并不一致，雖大多數行業在技術創新和結構調整的作用下抵消了因經濟增長所致的廢水排放增量，但仍有小部分行業經濟增長過快沒有相應的技術支持和清潔的生產模式導致其總效應貢獻值為正，即廢水排放量仍處于增加的狀態，給生態環境帶來了巨大的負荷。

工業發展的速度、規模和水平決定著國民經濟現代化的速度、規模和水平，是現代化建設的助推器。但工業也是一個高排放、重污染的產業，其粗獷式發展給生態環境造成了極大的迫害。減少工業廢水排放對建設生態文明和環境友好型社會都有重要意義，因此根據文中分析結果，提出以下幾點建議：

第一，加大科技創新的投入。科技是第一生產力。工業廢水排放總效應分解結果也顯示技術效應可以有效地減少廢水排放量，緩解因規模效應和結構效應帶來的廢水排放增量對環境的負荷。各行業要積極引進行業界先進的綠色管理理念并配套相應的節能減排設備，或自主研發節能減排技術，做到清潔化、綠色化生產，從源頭上減少廢水的產生。同時利用科技實現技術化、規模化生產，提高生產效率，降低生產成本。政府可以設置專門的科技創新扶持資金和出臺相應政策，鼓勵企業創新，提高行業創新率，共同推動工業行業走低成本、高治理、清潔化的綠色發展道路。

第二，適當調整產業結構。分解結果中結構效應對廢水減排的作用有正有負，表明合理的產業結構是可以減少廢水排放量的，且目前結構效應對減排的貢獻值較低，說明結構調整還有很大的上升空間。因此行業要利用科技不斷升級優化產業結構，促進工業轉型升級，減少廢水的產生和排放。由于調整產業結構是一個長遠目標，政府要從宏觀上對整個工業進行行業指導，逐步優化，實現對工業減排的整體把控。

第三，加強環境監督力度，完善監督體制。減少廢水的產生是一方面，另一方面也要加強監管力度，完善廢水排放許可證制度，落實《水污染防治法》，督促各行業加強技術創新、調整產業結構、推進節能減排工作，特別是化學產品業、造紙印刷和文教體育用品業、紡織業等高排放高污染的行業。共同保護生態環境，建設生態文明。