技術溢出、環境污染與經濟增長

何雄浪 葉連廣

一、引言及文獻綜述

在某種程度上，由于河流、港口、礦藏等自然特征的不同，經濟活動在空間上是集中的，這些自然資源稟賦對經濟活動空間分布的影響被稱為“第一自然力”。第一自然力對經濟活動空間分布的影響機理在基于競爭模型的傳統經濟理論上并不難解釋。然而，第一自然力不能解釋這樣的經濟活動現象：例如，在法國，為什么有那么多人生活在法蘭西島，為什么還有那么多人不生活在那里；或者，在紐約市區，為什么有那么多人在曼哈頓工作，為什么還有那么多人不在曼哈頓工作。同樣，它也不能解釋兩個在自然條件方面非常相近的地方卻可能在經濟發展方面有非常不同的表現(例如，我國的廣東與廣西)。因此，人類活動可以使得部分區位劣勢的地區變為具有區位優勢的地區，這可以歸納為“第二自然力”作用的結果。

經濟學家對于第二自然力的關注，可謂歷史悠久，最早可追溯到馬歇爾(Marshall)的外部經濟理論。馬歇爾(1920)認為，在勞動力蓄水池、非貿易投入和知識溢出的作用下同類型企業的集聚可以使得企業獲得某種專利優勢，這種觀點很好地闡述了某些專業化生產的小規模企業集聚的動因。與馬歇爾外部經濟理論不同，Ohlin(1933)和Hoover(1948)認為企業即使在不具有外部優勢的條件下，專業化和集聚化生產趨勢同樣不可避免。此外，循環因果(Hirschman，1963)、回流效應(Myrdal，1957)和“中心-外圍”(Friedmann 和Alonso，1963)等思想從不同部門間相互作用關系探討了第二自然力在塑造經濟地理景觀方面的作用。早期的經濟學家雖然強調了前后向聯系效應、地方化知識溢出在區域發展中的作用，但他們并沒有將第二自然力納入一般均衡的分析框架中。空間不可能定理(Starrett，1978)從理論上證明了那些試圖將相互依賴的市場融入阿羅-德布魯模型(Arrow-Debreu model)中的不可能性。隨后，Fujita(1988)、Krugman(1991)、Venables(1996)等將規模報酬、壟斷競爭和冰山型運輸成本相結合，提出了新經濟地理學的一般均衡分析框架。總體來說，新經濟地理模型擁有以下四個明顯特征：一是強調第二自然力在經濟地理景觀塑造方面的作用；二是整個經濟走向集聚的過程就是一般均衡實現的過程；三是產業空間分布狀況取決于集聚力與分散力相互作用的結果；四是運輸成本、規模報酬和要素流動是經濟地理均衡形成的重要機制。

自Krugman(1991)的經典著作發表以來，越來越多的學者將空間因素融入一般均衡分析框架中。在新經濟地理模型中，諸如貿易壁壘、運輸成本和要素流動等問題得到了較多的關注(Fujita 等，1999；Fujita 和Thisse，2002)，但對環境污染問題的探討相對較少。大多數學者認為，環境污染與擁擠效應一樣是一種導致產業分散化布局的力量(Calmette 和Péchoux，2007)。Pflüger(2001)在Krugman(1991)中心-外圍模型的基礎上構建了一個包含環境污染的可解的新經濟地理模型，但其忽視了污染與勞動力的跨地區流動對產業空間布局產生的影響。Rauscher(2003)在準線性偏好假設的基礎上構建了一個包含環境污染的可解的新經濟地理模型，但是這種方法不具有一般性，只能實現部分均衡。Zeng 和Zhao(2009)在新經濟地理學自由資本模型(Martin 和Rogers，1995)基礎上引入環境污染以驗證“污染避難所假說”，但模型解析能力的實現是以忽視環境污染對家庭效用的負面影響為代價的。關于知識或技術溢出，許多學者認為知識或技術溢出是經濟理論研究的核心(Lychagin，2016)。例如，在內生增長模型中，不同企業間的溢出是產生規模經濟的重要因素(Romer，1986)；在城市經濟學中，地理空間溢出效應常用來解釋不同經濟活動走向集中的動因(Glaeser，1999)。在新經濟地理學中，知識或技術溢出常用來解釋外部規模經濟對企業生產成本帶來的影響，這恰好是企業選址決策的重要影響因素(Krugman，2011)。

經典的新經濟地理模型，如中心-外圍模型(Krugman，1991)、自由資本模型(Martin 和Rogers，1995)、自由企業家模型(Forslid 和Ottaviano，2003)等，主要關注產業空間分布的長期均衡問題，但對于欠發達地區的政策制定者而言，其最關心的是如何實現該地區經濟增長的問題。全域溢出模型(Martin 和Ottaviano，1999)、局部溢出模型(Baldwin 等，2001)將內生經濟增長融入資本創造模型(Baldwin，1999)中，認為資本存量產生的溢出效應會影響新資本形成成本，從而促進資本進一步積累。在大多數新經濟地理模型中，顯著的規模報酬遞增、低廉的交易成本和充分的要素流動是產業空間發生非對稱演變的必要條件，但是這一條件會隨著企業外部環境變化而變化。

本文將內生經濟增長理論融入新經濟地理模型，并在考慮到技術溢出與環境污染對企業固定生產成本的影響情況下，探討技術溢出和環境污染對產業空間演化和經濟長期增長的影響；在此基礎上進一步認為勞動力可以在行業間充分流動，資本集聚將導致工業勞動力集聚。從這些新的假設條件出發，本文建立的新經濟地理模型克服了模型的分析解析能力和其經濟含義的闡釋一直很難兼顧的矛盾，得出的研究結論豐富和完善了新經濟地理學的理論觀點。

二、模型的建立與短期均衡分析

假設存在南部和北部兩個地區，這兩個地區在消費者偏好、貿易開放程度和初始要素稟賦等方面均是相同的。其經濟系統由農業部門、工業部門和資本創造部門三個生產部門構成。其中，農業部門和資本創造部門使用勞動一種生產要素，工業部門使用勞動和資本兩種生產要素。

（一）消費者行為

假設代表性消費者的效用函數為兩層嵌套函數，其外層為柯布-道格拉斯函數，內層為不變替代彈性函數。消費者跨時期的效用函數為：

① 本文中，凡是加有“*”的變量表示對應的南部地區的經濟變量。

（二）生產均衡

① 為了簡化起見，我們認為，1 單位的勞動力擁有1 單位的勞動。在本文中，我們不對勞動與勞動力概念進行區分，顯然這不會對本文的研究造成實質性影響。② 上式中沒有說明的符號含義將在文后給出相應的說明。

工業企業的生產存在規模經濟，不存在范圍經濟，每個企業使用若干單位物質資本作為固定投入和若干單位勞動作為可變投入。企業生產具有一定的外部性，企業生產活動中產生的環境污染與企業之間的相互模仿和學習中引發的技術溢出會使得企業的固定投入發生改變。進一步來看，我們可以認為技術溢出會使得企業的固定投入減少，環境污染會使得企業的固定投入增加。據作者到目前為止所能掌握的文獻，只要新經濟地理模型中采用非齊次的成本函數，都認為固定投入是不變的，如果存在技術溢出，則技術溢出發生在邊際投入上。作者認為，企業的技術進步，更多表現在固定投入上，顯然現代化的工業企業固定資產的使用效率更高。此外，在現實生產中，企業為達到環保生產標準往往會購置大量固定資產(例如，購置污染凈化設備、安裝過濾裝置和購置無污染生產線等)。總體上來講，污染治理對企業固定成本影響較大而對可變成本影響較小。鑒于此，本文考慮技術溢出和環境污染對企業固定投入產生的影響，顯然這樣的假設具有一定的合理性。將技術溢出和環境污染引入成本函數，以北部地區為例，代表性企業j 的成本函數可以表示為：

（三）市場份額

三、長期均衡分析

從長期發展來看，產業空間分布要么形成內點解，要么形成邊角解，其中對稱結構和中心-外圍結構是比較常見的兩種均衡結構。在長期均衡條件下，地區間資本收益率相等、資本增長速度相等、資本價值與資本成本也相等。

（一）長期均衡

在長期均衡條件下，要使資本空間分布 s保持不變，要么是地區間資本收益率保持一致，形成內部均衡，要么是資本集聚在一個區域，形成中心-外圍結構。在資本創造與資本流動共存的情況下，長期均衡條件可以表示為：

（二）nn 曲線與EE 曲線分析

① 限于篇幅，本文所有圖均在附錄中展示，請讀者掃描本文二維碼點擊“附錄”獲取。

關于技術溢出與環境污染對企業選址影響的研究，結論各不相同，尚沒有得出明確的一致意見(Koo，2005)。在本模型中，本地技術溢出效應的增強會提高產業的集聚力，從而有利于產業的集中；跨界技術溢出效應的增強，意味著企業即使不集中在一起，也能得到技術外部性帶來的好處，從而降低了企業集聚的動力。本地環境污染效應的增強意味著企業生產成本的增加，在一定條件下會驅使企業選擇污染較小的國家或地區進行生產；而跨界污染效應的增強，意味著本地企業生產成本會隨著外地環境污染程度的增強而增加，企業為實現利潤最大化的目標會逐步向中心區集聚以獲得集聚效益。例如，Shen 等(2019)認為污染密集型產業從珠江三角洲地區轉移到珠江三角洲附近，一方面是由于本地區環境管制的加強導致企業生產成本提高，迫使企業進行重新布局，另一方面是由于毗鄰珠江三角洲可以獲得發達地區技術溢出帶來的諸多便利。因此，本文并不單純地認為技術溢出只是一種純粹導致產業集聚的力量，環境污染也不僅僅只是導致產業分散布局的誘因，技術溢出與環境污染對產業空間布局的影響具有雙重性。在其他條件不變的情況下，我們有理由認為，本地技術溢出和跨界環境污染的增強是促使企業走向集聚的動力，本地環境污染效應和跨界技術溢出效應的增強是促使企業走向分散的動因。

（三）資本收益差異與產業空間分布的穩定性

隨著本地技術溢出效應和跨界環境污染效應的增強，產業空間分布的穩定結構依次形成對稱結構、內部非對稱結構或對稱結構和中心-外圍結構并存、中心-外圍結構(見附圖5 和附圖6)；另外，隨著跨界技術溢出和本地環境污染效應的增強，產業空間分布的穩定結構依次形成中心-外圍結構、內部非對稱結構或對稱結構和中心-外圍結構并存、對稱結構(見附圖7 和附圖8)。因此，在其他參數不變的情況下，本地技術溢出效應與跨界環境污染效應的增強使得產業空間均衡結構由對稱形態轉化為非對稱形態，跨界技術溢出效應與本地環境污染效應的增強使得產業空間均衡結構由非對稱向對稱演化。工業產品支出份額、工業品替代彈性和折現率變大，會使得產業空間分布形成3 種穩定均衡結構：對稱結構、內部非對稱結構或對稱結構和中心-外圍結構并存、中心-外圍結構。資本折舊率的變動對nn 曲線與EE 曲線均不產生影響，由此不會改變既有的產業空間分布穩定性。

四、突破點、持續點、貿易自由度變化與經濟地理均衡

新經濟地理學研究的主要思路之一是尋找兩個關鍵性貿易自由度，即突破點與持續點，這是形成不同產業空間形態的重要分界點。當貿易自由度處在不同的取值范圍內，產業空間就會形成不同的穩定結構。

（一）突破點、持續點與產業空間分布

（二）技術溢出向心力、環境污染離心力與突破點、持續點的大小關系

（三）突破點、持續點、貿易自由度變化與產業空間均衡分析

技術溢出向心力和環境污染離心力是影響突破點和持續點大小的主要因素，所以下面的分析主要基于技術溢出向心力與環境污染離心力的比較。

1. 技術溢出向心力小于環境污染離心力：貿易自由度與產業空間均衡

另外，工業品替代彈性和折現率變動引起的突破點與持續點變動情況與工業產品支出份額一致，由貿易自由度變化引起的空間均衡變化關系所得結論也與前述一致，不再贅述。

結論(1)過于特殊，以下我們重點對結論(2)至結論(7)進行總結分析。結論(2)至結論(7)所對應的戰斧圖解可以總結為附圖25 至附圖30。在戰斧圖解中，局部穩定的長期均衡用實線來表示，局部不穩定的長期均衡用虛線來表示(在貿易自由度為1 時，產業空間的任意分布都是穩定的，故為實線)。當貿易自由度較低時，對稱結構是唯一穩定均衡；當貿易自由度處于中等水平時，對稱結構、對稱結構與中心-外圍結構共存、一般非對稱結構、中心-外圍結構都有可能是穩定均衡；當貿易自由度充分大時，對稱結構又重新成為唯一穩定均衡。Robert-Nicoud(2005)認為新經濟地理模型最多存在五種均衡狀態(兩種中心-外圍結構、一種對稱結構、兩種內部非對稱結構)。在本模型中，這五種均衡狀況只是本文的部分情況。本文的研究表明，產業空間結構的穩態并非都必然表現為棒棒均衡(bang-bang equilibrium)結構的穩態，貿易自由度的變化可以引起任何形式的產業空間結構穩態，此時產業空間結構演化的突變和漸變特征均有可能出現。

2. 技術溢出向心力等于環境污染離心力：貿易自由度與產業空間均衡

當技術溢出向心力等于環境污染離心力時，存在唯一的突破點與持續點，并且突破點等于持續點。如附圖31 所示，當=0.2時，有0.6337== 。由此，根據附圖32，我們得到結論(8)。

結論(8)：當<()時，對稱均衡是唯一穩定均衡；當()<時，中心-外圍結構是唯一穩定均衡結構。

當技術溢出向心力等于環境污染離心力時，企業生產活動不再受外部性的影響，但由于資本創造活動具有學習效應，即資本積累會降低新資本創造成本，使得本模型所得結論與全域溢出模型(Martin 和Ottaviano，1999)結論相似。此時，戰斧圖解如附圖33 所示，產業空間分布模式的變化表現出突變的特征。

3. 技術溢出向心力大于環境污染離心力：貿易自由度與產業空間均衡

當技術溢出向心力大于環境污染離心力時，取得唯一的突破點和持續點。在其他條件不變的前提下，工業產品支出份額增加、工業品替代彈性的增強或折現率的提高會引起突破點與持續點的相對位置發生改變，即由突破點大于持續點變為持續點大于突破點。

如附圖 34 所示，當0 << 0.5357時，有<。例如，當=0.2時，有=0.2071、= 0.2503。由此，根據附圖35，我們得到結論(9)。

結論(9)：<。當<時，對稱結構是唯一穩定均衡；當<<時，對稱結構、中心-外圍結構都是穩定均衡，一般非對稱結構不穩定；當<時，中心-外圍結構是唯一穩定均衡。

當0.5357<< 1時，有<。例如，當=0.7時，有= 0.0961、= 0.1158。由此，根據附圖36，我們得到結論(10)。

結論(10)：<。當<時，對稱結構是穩定均衡；當<<時，一般非對稱結構是穩定均衡；當<時，中心-外圍結構是穩定均衡。

結論(9)和結論(10)對應的戰斧圖解如附圖37 和附圖38 所示。當技術溢出向心力大于環境污染離心力時，存在唯一突破點和持續點。持續點大于突破點時，隨著貿易自由度的增加，產業空間結構的演化表現出漸變的特征，突破點大于持續點時，產業空間分布模式的變化表現出突變的特征。

綜上所述，產業空間結構的穩態并非都必然表現為棒棒均衡(bang-bang equilibrium)結構的穩態，貿易自由度的變化可以引起任何形式的產業空間結構穩態。當技術溢出向心力小于環境污染離心力時，產業空間演變的總趨勢為“分散-集聚-再分散”；當技術溢出向心力不小于環境污染離心力時，產業空間演變總體上呈現出“分散-集聚”的趨勢。新經濟地理學的經典模型得出的研究結論認為，貿易自由度充分大(交易成本足夠低)時，中心-外圍結構便成為唯一穩定均衡結構。本文的研究則顯示，這不是一種必然結果，只有當交易成本足夠低并且技術溢出向心力大于或等于環境污染離心力時，中心-外圍結構才有可能成為唯一的穩定均衡結構。因此，隨著貿易自由度的增加，產業空間的穩定結構并非必然形成中心-外圍結構，也有可能形成對稱結構，甚至在一定的條件下，無論貿易自由度如何變動，對稱結構是唯一的穩定均衡結構。

五、福利效應分析

在長期均衡條件下，地區間實際經濟增長率主要取決于資本增長率，資本增長率越高其經濟增長速度也越快。國民收入地區分配取決于各區域擁有的資本份額大小，擁有的資本份額越大，所分配的國民收入也就越多。

（一）國民收入與實際經濟增長率

① 由可以證明該結果。

由于資本存量的上升不改變居民的名義收入，而是通過影響兩個區域工業產品的價格指數來影響居民的實際收入，所以在核心-邊緣結構下，兩區域的實際經濟增長率與對稱結構相一致。

（二）國民收入地區分配

國民收入地區分配取決于產業和人口的空間分布狀況。當技術溢出向心力不小于環境污染離心力時，貿易自由度達到一定條件時，工業企業及工業勞動力會完全轉移到核心地區。以北部為核心區為例，北部地區名義收入為 E=+ (1 +) 2，同理可知，南部地區名義收入為 E= (1 ?) 2。從人均名義收入水平來看，核心區人均名義收入為y = 1 + 2(1 +)，邊緣區人均名義收入為 y= 1，因而核心區人均名義收入高于邊緣區人均名義收入水平，在生活成本效應的作用下，核心區與邊緣區的人均實際收入差距會更加明顯，這種差距即使在貿易完全開放后也不會消失(見附圖39)。當技術溢出向心力小于環境污染離心力時，隨著貿易自由度的增加，工業企業最終會趨于分散而使得對稱結構成為唯一穩定的均衡結構。此時，地區間的人均實際收入差距會趨于一致。值得注意的是，核心區由于大量資本和企業的外流，導致其總資本收益率下降和實際生活成本的相對上升，使其人均實際收入水平有所下降，而邊緣區則恰恰相反，人均實際收入水平得到顯著的提升(見附圖40)。

六、結論與研究展望

大多數新經濟地理模型主要關注產業空間分布的長期均衡問題，卻忽視了對該地區經濟增長如何實現的關注。本文將內生經濟增長理論融入新經濟地理模型中，在考慮技術溢出與環境污染對企業固定生產成本的影響情況下，探討和分析了技術溢出和環境污染對產業空間演化和經濟長期增長的影響。在此基礎上，本文進一步認為，勞動者在行業間也可以自由流動，資本集聚將導致工業勞動力的集聚。本文拓展的新經濟地理學模型得出的主要研究結論如下：技術溢出不只是一種純粹的導致產業集聚力量，環境污染也不只是導致產業分散化的誘因，技術溢出與環境污染對產業空間布局的影響具有雙重性，在其他條件不變的情況下，本地技術溢出的增強和跨界技術溢出的減弱是促使企業走向集聚的動力，本地環境污染效應的增強和跨界環境污染效應的減弱是促使企業走向分散的動因。產業空間結構的穩態并非都必然表現為棒棒均衡(bang-bang equilibrium)結構的特征，貿易自由度的變化可以引起任何形式的產業空間結構穩態；當技術溢出向心力不小于環境污染離心力時，隨著貿易自由度的增加，產業空間演變的總趨勢為“分散-集聚”；當技術溢出向心力大于環境污染離心力時，隨著貿易自由度的增加，產業空間演變的總趨勢為“分散-集聚-再分散”；國民收入地區分配取決于各區域擁有的資本份額大小，擁有的資本份額越大，所獲得的國民收入就越多，資本趨于集聚時，區域間人均實際收入差距會永久存在，資本趨于分散時，地區間人均實際收入水平趨于一致。

本文的分析具有重要的政策含義。第一，為避免“污染避難所”的出現，地方政府應建立跨區域的環境協同治理機制，通過環境的協同共治來減少企業共同的生產負擔。第二，發達地區對落后地區的技術溢出有利于縮小區域發展差距，促進適宜技術在落后地區的轉化并形成現實的生產力是提升落后地區生產力水平的重要手段。第三，人才的流失與資本的創造乏力是制約落后地區經濟發展的主要因素，所以落后地區必須要營造良好的外部環境并通過優質企業的引入來帶動區域發展要素的涌入。

在現實生產中，產業空間分布既不可能完全集聚在某個地區，也不可能均勻地分布在每個地區，新經濟地理學研究的主要作用在于引發人們對空間經濟不平衡現象的重新思考。這種空間經濟不平衡現象不僅在發達國家和發展中國家之間存在，在發達國家內部和發展中國家內部也同樣存在。拓展新經濟地理學理論研究維度，夯實其現實基礎，至少需要從以下幾個方面進行豐富和完善。第一，拓展理論菜單。集聚的向心力和離心力是新經濟地理學研究的主要內容，向心力主要來源于關聯效應、厚實市場、知識溢出和其他外部經濟，離心力主要來源于不可移動生產要素、地租、擁塞和其他外部不經濟。新經濟地理學要實現進一步發展就必須要擴大這一理論菜單，突破原有模型和框架的限制，建立起囊括空間和不完全競爭市場的一系列更為一般的一般均衡模型。第二，尋求實證研究。新經濟地理學中的理論和事實的比較研究還處于萌芽期，大多數模型所得的理論結論很難與區域發展現實進行精確對接。Behrens 和Robert-Nicoud(2011)認為，新經濟地理學的很多研究結果依賴于設定相對主觀的參數的數字模擬方法來實現，而不是試圖在某些時刻復制實際數據來約束他們的模型，從而限制了理論在經濟現實中的應用。因此，有必要對新的經濟地理現象進行特征事實的探索與理論模型的驗證，以增強模型的現實解析能力。第三，進行經濟福利和政策含義的探討。新經濟地理學最終要運用于實踐當中，而對于政策制定者而言，最為關心的莫過于區域政策蘊含的福利價值，因而對于經濟福利和政策含義的探索也是新經濟地理學不可分割的重要部分。當然，本文的研究也存在一些不足之處。本文雖然考慮到了環境污染對企業生產活動帶來的影響，但忽略了環境污染對消費者效用產生的影響，實際上，環境污染既可以影響企業的生產成本也可以影響消費者的效用水平。此外，本文還忽視了要素流動對遷入地生產成本和生活成本帶來的影響。例如，大量企業和勞動力的流入將會導致要素集聚地土地價格和居住成本的上升，而這很有可能又是導致企業進行重新產業布局的重要因素。如何進一步拓展新經濟地理學的研究，克服本文研究的不足，促進新經濟地理學理論的進一步發展，這對作者來說既是挑戰，也是未來研究的任務。