二氧化碳排放、技術進步與經濟增長
——基于聯立方程模型的分析

孫凌宇，羅楊帆

（中共重慶市委黨校經濟學教研部，重慶 400041）

1 引言

改革開放以來，中國經濟進入快速發展期，人民生活水平迅速提高，人均國內生產總值從1978年的385元增加至2020年的72 000元，年復合增長率超過13.2%。但長期以來，中國主要采用粗放型經濟增長方式，這使得中國迅速成為世界上最大的溫室氣體排放國和能源消費國。2020年9月22日，習近平總書記在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上的講話中提出，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。該目標的實現將為全球的環境治理做出巨大貢獻。在不斷加強環境保護的同時，中國國內經濟的穩定增長仍然至關重要。在邁向社會主義現代化的進程中，還需不斷優化經濟結構，增強城鄉區域發展協調性，穩步提高城鎮化水平，這都需要國內生產總值年均增長保持在合理區間。

由于化石能源在中國能源結構中占比較大，保持經濟增長必將造成大量的二氧化碳排放。中國面臨巨大的二氧化碳減排壓力，而技術進步是實現節能減排的關鍵。所以，本文基于2005—2019年29個省級行政區面板數據，建立聯立方程模型對二氧化碳排放、技術進步與經濟增長間的相關關系進行實證分析。試圖回答以下3個問題：第一，二氧化碳排放和技術進步的經濟增長效應分別是多大，在研究期內中國經濟增長的主要動力是什么；第二，技術進步和經濟增長的二氧化碳排放效應分別是多大，技術進步的二氧化碳減排效應是否可以中和經濟增長的二氧化碳排放；第三，經濟增長和二氧化碳排放是否會推動技術進步。上述問題的回答可以為現階段中國保持經濟增長、減少二氧化碳排放、轉換經濟增長方式提供經驗支撐。

2 文獻綜述

近年來，中央政府愈加重視環境與經濟的協調發展，許多學者研究了經濟增長與碳排放之間的相關關系。一部分學者利用計量分析方法研究兩者關系以及驗證環境庫茲涅茨曲線在中國是否存在。另一部分學者以減少碳排放為約束條件研究如何保持經濟增長。

隨著諾貝爾經濟學獎得主威廉·諾德豪斯和保羅·羅默將氣候變化和技術變革引入經濟增長研究中，越來越多的學者注重考察技術進步在碳排放和經濟增長關系中的重要作用。林伯強和徐斌構建了計量經濟模型，對中國各省級行政區1990—2017年的數據進行回歸分析，發現技術進步對東中西3個地區的影響效果各異；孫建利用三部門DSGE模型研究得出，技術進步可以有效減少碳排放，同時保持經濟增長。

盡管已經有許多研究利用計量分析方法討論了二氧化碳排放、技術進步與經濟增長間的關系，但這些文獻均研究其中3個變量的單向影響或兩個變量之間的雙向影響，尚未有學者將二氧化碳排放、技術進步與經濟增長間的相關關系作為整體進行實證分析。在中國經濟轉型、能源結構調整和加強環境保護的關鍵時期，二氧化碳排放、技術進步與經濟增長相關關系的實證研究對中國當前經濟形勢的判斷和經濟政策的調整顯得愈發重要。綜上所述，本文的主要貢獻在于：首先，現有文獻主要集中在二氧化碳排放、技術進步與經濟增長中任兩個變量的雙向關系研究，在此基礎上，本文對3個變量的相關關系進行實證分析。其次，雖然學者們對中國經濟增長方式已有許多研究，但隨著中國經濟進入新常態發展階段，經濟增長方式正穩步轉型，在此背景下，本文對中國經濟增長方式進行再考察。最后，現有研究對技術進步如何影響二氧化碳排放莫衷一是，包括抑制作用和結構性影響，本文對技術進步的減排效應進行再檢驗。

3 機制分析與研究假設

3.1 二氧化碳排放和技術進步的經濟增長效應

采用柯布道格拉斯生產函數，并將能源投入要素加入到模型中：

其中：表示產出；表示資本存量；表示勞動力；表示能源消費；表示外生性的技術水平；，，表示生產要素彈性，且1＞，，＞0。

根據IPCC的研究，能源消費量與二氧化碳排放量呈正相關，即：

其中：表示化石能源消費量占能源消費總量的比例；為化石能源的綜合碳排放系數，表示化石能源中煤、石油和天然氣的消費結構。將其帶入到生產函數中：

假設1：技術進步、資本存量、勞動力、二氧化碳排放與經濟增長呈正相關關系。

3.2 經濟增長和技術進步的二氧化碳排放效應

經濟增長通過優化產業結構改變能源消費結構，進而影響二氧化碳排放。產業結構優化通過改變經濟體能源利用效率和能源結構影響碳排放。一方面，產業結構優化作用于產業間的資源配置，提高資源利用效率，進而提高能源利用效率，降低碳排放強度；另一方面，產業結構優化直接作用于能源結構，優化新能源和化石能源在產業間的配置，減少經濟增長所需碳排放。技術進步對二氧化碳排放存在結構性影響，能源偏向性技術進步對碳排放具有抑制作用，而非能源偏向性技術進步對碳排放具有促進作用。

假設2：經濟增長促進二氧化碳排放，產業結構優化、能源結構優化抑制二氧化碳排放。

3.3 經濟增長和二氧化碳排放的技術進步效應

技術進步包括技術創新、技術擴散和技術轉移。技術創新是基于科學技術知識的技術創造，是企業競爭優勢的重要來源。技術創新所需的人才、知識、設備等都需要資金支撐，而經濟增長使得企業有更多的資金投入到相應項目中。技術擴散和技術轉移是一項技術由一個經濟單位向另一個經濟單位有償（或無償）轉移的現象。在高速發展的經濟體中，面對市場需求，企業或個人都可以更快地引入先進技術以滿足生產需要，推動技術進步。此外，通常認為二氧化碳排放對技術進步沒有明顯影響。

假設3：經濟增長促進技術進步。

4 模型與數據說明

4.1 變量選擇與數據來源

由于本文的研究變量為二氧化碳排放、經濟增長和技術進步，三者之間存在因果關系，采用單一方程模型無法將其完整地描述出來，需要建立一個方程組，以充分考慮3個變量間的內生性以及雙向因果關系對模型估計結果的影響。因此，本文采用靜態與動態面板聯立方程模型考察經濟增長、二氧化碳排放和技術進步的相互影響。構建的經濟增長方程、二氧化碳排放方程和技術進步方程中的變量是不同的，具體的變量說明如下。

4.1.1 被解釋變量和解釋變量。經濟增長、二氧化碳排放和技術進步在聯立方程模型的3個方程中互為被解釋變量和解釋變量。對于經濟增長的衡量，采用現有文獻常用的方法，以各省（區、市）人均國內生產總值GDP（萬元）表示各省（區、市）的經濟增長水平，同時采用人均國內生產總值平減指數對數據進行處理，以消除價格變化帶來的影響。二氧化碳排放和技術進步，分別通過各省（區、市）的二氧化碳排放總量（噸標準煤）和專利授權量TA（件）來衡量。二氧化碳排放量主要取決于各省（區、市）的化石能源消費量及二氧化碳排放系數。各省（區、市）的化石能源消費量及其比例來源于各省（區、市）的統計年鑒。對于二氧化碳排放系數，聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）、國際能源署（IEA）和美國能源署（EIA）在相關規定中指出，每噸標準煤的二氧化碳排放系數在2.68～2.72噸區間內。本文則采用中間值2.70噸來計算各省（區、市）的二氧化碳排放總量。

4.1.2 控制變量。本文選擇資本存量、勞動力和產業結構作為經濟增長方程的控制變量。盡管經濟增長受到多種因素影響，但資本存量、勞動力和產業結構是其中的核心因素。從新古典經濟增長模型開始，資本和勞動力就是經濟增長的重要解釋變量，因而本文選擇資本存量和勞動力作為控制變量。此外，經濟發展過程也是產業結構不斷變遷的過程，產業結構變遷是理解中國經濟增長的核心因素，所以本文還選擇產業結構作為控制變量。資本存量、勞動力和產業結構也是絕大部分學者在經濟增長相關研究中所采用的核心解釋變量或控制變量。例如：王立平等在研究創新驅動的城市經濟增長效應時，采用資本存量、勞動力數量、人力資本水平和城鎮化水平作為控制變量，將產業升級作為中介變量；楊先明等在研究西電東輸的經濟增長效應時，采用人力資本水平、工業化程度、固定資產投資水平、勞動力投入水平和地區消費水平作為控制變量。

參考陳詩一等的做法，以各省（區、市）的從業人員數來表示勞動力總量LF（萬人）。參考陳普和萬科對于中國分省資本存量算法的改進方法，放松了折舊率的固定約束，采用各省（區、市）公開的折舊數據估算資本存量CS（億元），通過其在文章中介紹的R軟件包來計算各省（區、市）當期的資本存量。參考劉偉明等的做法，以各省（區、市）第二產業增加值與總增加值的比值來衡量各省（區、市）的產業結構狀況IS（%）。

本文選擇能源消費結構、產業結構和能耗強度作為二氧化碳排放方程的控制變量。潘毅凡構建了一個中國產業二氧化碳排放因素分解模型，將二氧化碳排放分解為能源消費結構變化效應、能耗強度變化效應、產業結構關聯效應、最終需求變化效應。由于最終需求變化效應已經在經濟增長和技術進步中有所體現，所以本文選擇能耗消費結構、能耗強度和產業結構作為控制變量。產業結構的衡量方法與經濟增長方程相同。參考羅良忠等的研究，能源消費結構由當期某類能源消費量占能源消費總量比重來衡量，研究中能源消費結構ES（%）使用煤炭消費量占能源消費總量的比重來衡量。通常認為，能耗強度EI(%)以各省（區、市）的能源消費總量與人均國內生產總值的比值來衡量，體現了各省（區、市）在能源使用上的技術水平。何永達認為，R&D投入對制造業技術進步具有正向作用，而技術引進對制造業技術進步的作用不明顯。因此，本文選擇規模以上工業企業R&D經費投入RDC（億元）作為技術進步方程的控制變量。

4.1.3 數據來源。本文樣本的統計期為2005—2019年。其中，國內生產總值、人均國內生產總值、人均國內生產總值平減指數來源于《中國統計年鑒》，能源消費總量、化石能源消費比例、煤炭消費量、從業人員數、資本存量、第二產業增加值、規模以上工業企業R&D經費投入來自歷年各省（區、市）的統計年鑒和《中國能源統計年鑒》。

4.2 實證模型

本文采用聯立方程模型來檢驗這3個變量之間的相關關系，經濟增長、二氧化碳排放和技術進步均為內生變量。聯立方程如下：

其中：式（4）為經濟增長方程，考察二氧化碳排放量、技術進步、勞動力、資本存量和產業結構對人均國內生產總值的影響；式（5）為二氧化碳排放方程，考察人均國內生產總值、技術進步、產業結構和能耗強度對二氧化碳排放的影響；式（6）為技術進步方程，考察人均國內生產總值、二氧化碳排放、規模以上工業企業R&D經費投入對技術進步的影響。已有實證分析中，資本存量、制造業比例、二氧化碳排放正向影響經濟增長，而技術進步對于經濟增長在不同區域中存在正向或負向影響，經濟增長、能源消費結構、人口規模、工業化水平正向影響二氧化碳排放，技術進步則負向影響二氧化碳排放。模型中，ε，ε，ε分別為經濟增長方程、二氧化碳排放方程和技術進步方程的隨機誤差項。

在此基礎上，考慮到省（區、市）的選取并不是隨機的抽樣選取，存在不可觀測的個體異質性所導致的內生性問題，即模型中的隨機誤差項包含與某個解釋變量有關的因素，因而選擇采用固定效應模型。同時，由于經濟增長、二氧化碳排放和技術進步在經濟運行中的相互慣性影響以及勞動總量、產業結構和資本存量對于經濟增長的滯后影響，增加內生變量的滯后一期作為解釋變量，得到的動態面板聯立方程模型為：

其中，o，o，o分別為經濟增長方程、二氧化碳排放方程和技術進步方程中不可觀測的個體效應，π，π，π分別為各方程中不可觀測的時間效應，兩者均為隨機變量。

5 主要發現與穩健性分析

5.1 模型估計及分析

對于靜態面板聯立方程模型，本文采用一般最小二乘法和雙向固定效應進行估計。而對于調整后的動態面板聯立方程模型，采用差分廣義矩估計和系統廣義矩估計。表1為經濟增長方程的估計結果。在靜態模型的估計中，報告了一般最小二乘法估計和雙向固定效應模型估計的結果。在動態模型的估計中，為了檢驗估計的有效性，同時報告了一般最小二乘法估計、雙向固定效應估計、差分廣義矩估計和系統廣義矩估計的結果。靜態面板聯立方程模型的估計結果顯示，一般最小二乘法估計中，技術進步、資本存量和產業結構在1%的水平上，勞動力水平在5%的水平上，二氧化碳排放在10%的水平上對經濟增長具有顯著正向影響。盡管一般最小二乘法的估計結果符合理論預期，但一般最小二乘法估計量可能是有偏且不一致的。由于中國幅員遼闊，各省（區、市）受地理位置、文化歷史和政治經濟等方面的影響，研究個體具有不可忽視的異質性因素，這些異質性因素可能會對經濟增長產生影響從而導致內生性問題，所以采用雙向固定效應模型控制個體效應。結果顯示，二氧化碳排放、技術進步、資本存量和產業結構在1%的水平上，勞動力水平在5%的水平上對經濟增長具有顯著的正向影響。同時與一般最小二乘法估計結果相比，雙向固定效應模型估計結果中，二氧化碳排放、勞動力水平和產業結構對經濟增長的影響效應提高，技術進步和資本存量對經濟增長的影響效應降低。

表1 經濟增長方程的估計結果

在采用雙向固定效應模型控制各省（區、市）個體效應的基礎上，需要進一步處理模型的內生性問題。一方面，二氧化碳排放、技術進步與經濟增長均為內生變量；另一方面，經濟增長方程中的解釋變量和控制變量對經濟增長存在滯后性影響，所以模型仍然存在內生性問題。通過采用廣義矩估計處理內生變量所導致的模型內生性問題，同時添加滯后一期變量對模型進行動態化處理以消除滯后性影響。動態面板聯立方程模型的估計結果顯示，4種估計方法中滯后一期經濟增長均在1%的水平上對經濟增長具有顯著正向影響，表明模型動態化的合理性。但由于估計方法本身存在缺陷，一般最小二乘法估計會高估被解釋變量滯后一期的估計結果，而雙向固定效應模型會低估被解釋變量滯后一期的估計結果。因此，合理有效的被解釋變量滯后一期的系數估計結果應介于一般最小二乘法估計和雙向固定效應估計的估計結果之間。同時差分廣義矩估計容易受到弱工具變量和小樣本的影響而產生向下估計，所以系統廣義矩估計的結果更為合理有效。經濟增長方程的系統廣義矩估計結果顯示，滯后一期經濟增長、二氧化碳排放、資本存量、勞動力水平和產業結構在1%的水平上，技術進步在5%的水平上對經濟增長具有顯著的正向影響，假設1被證實。整體來看，對經濟增長的影響效應從大到小依次為產業結構、滯后一期經濟增長、資本存量、二氧化碳排放、技術進步和勞動力水平。其中，產業結構和滯后一期經濟增長對當期經濟增長的影響遠高于其他解釋變量，尤其是技術進步和勞動力水平對經濟增長的影響效應僅為產業結構的2.027%和0.704%，兩者對于經濟增長的促進作用還有待提高。在二氧化碳排放、技術進步與經濟增長的相關關系研究中，二氧化碳排放和技術進步均對經濟增長具有顯著的正向影響，并且二氧化碳排放的影響系數遠大于技術進步，是技術進步影響系數的3.481倍。這說明當前中國經濟增長仍然較多地依靠資源投入，屬于粗放型經濟增長方式。中國應大力推動技術進步，加快轉變經濟增長方式。

表2為二氧化碳排放方程的估計結果。靜態面板聯立方程模型的估計結果顯示，一般最小二乘法估計中，經濟增長、技術進步、能耗強度與能源消費結構在1%的水平上，產業結構在5%的水平上對二氧化碳排放具有顯著的正向影響；固定效應估計表明，經濟增長、技術進步、能耗強度和能源消費結構在1%的水平上對二氧化碳排放具有顯著的正向影響。其中，靜態面板聯立方程模型的兩種估計方法均顯示技術進步顯著正向影響二氧化碳排放，這不符合理論預期，很可能是模型存在內生性問題而導致的估計結果有偏且不一致。動態面板聯立方程模型的估計結果顯示，差分廣義矩估計的被解釋變量滯后一期系數低于一般最小二乘法估計和雙向固定效應模型估計所組成的合理區間，而系統廣義矩估計的被解釋變量滯后一期系數處于該區間，說明系統廣義矩估計的結果更為真實有效。系統廣義矩估計的結果顯示，滯后一期二氧化碳排放、經濟增長和能源消費結構在1%的水平上，產業結構和能耗強度在5%的水平上對二氧化碳排放具有顯著的正向影響，而技術進步則在5%的水平上對二氧化碳排放具有顯著的負向影響。其中，對二氧化碳排放的影響效應從大到小依次為產業結構、滯后一期二氧化碳排放、經濟增長、能耗強度、能源消費結構和技術進步。滯后一期二氧化碳排放和產業結構與其他解釋變量相比，對當期二氧化碳排放影響較大。由于產業結構優化體現為第二產業增加值占比的下降，能源消費結構優化體現為煤炭消費占比的下降，因而產業結構優化與二氧化碳排放負相關，假設2被證實。在二氧化碳排放、技術進步與經濟增長間的相關關系研究中，經濟增長顯著正向影響二氧化碳排放，技術進步顯著負向影響二氧化碳排放，而經濟增長對二氧化碳排放的促進作用遠大于技術進步對二氧化碳排放的抑制作用。這說明盡管技術進步可以抑制二氧化碳排放，但現有的技術水平與中國實現減排目標所需要的技術水平相比尚有較大差距，還應不斷加大技術創新投入，尤其是在提高能源利用效率、發展新能源等有益于減少二氧化碳排放的相關領域。

表2 二氧化碳排放方程的估計結果

表3為技術進步方程的估計結果。靜態面板聯立方程模型的估計結果顯示，一般最小二乘法估計中，二氧化碳排放、經濟增長和規模以上工業企業R&D經費投入在1%的水平上對技術進步具有顯著的正向影響；固定效應模型中，二氧化碳排放和經濟增長在1%的水平上對技術進步具有顯著的正向影響。可以看出，靜態面板聯立方程模型的估計結果均顯示二氧化碳排放顯著正向影響技術進步，這并不符合理論預期。在考慮經濟的滯后影響并處理內生性問題后，同樣地，差分廣義矩估計的被解釋變量滯后一期系數低于合理區間，而系統廣義矩估計的被解釋變量滯后一期系數處于合理區間內，因而系統廣義矩估計的結果更為合理有效。系統廣義矩估計結果顯示，滯后一期技術進步和規模以上工業企業R&D經費投入在1%的水平上、經濟增長在5%的水平上對技術進步具有顯著的正向影響，而二氧化碳排放對技術進步影響不顯著，假設3被證實。其中，對技術進步的影響效應從大到小依次為滯后一期技術進步、經濟增長和規模以上工業企業R&D經費投入。可見，規模以上工業企業R&D經費投入相比其他解釋變量對當期技術進步影響較小。在二氧化碳排放、技術進步與經濟增長間的相關關系研究中，經濟增長顯著正向影響技術進步，二氧化碳排放對技術進步影響不顯著。整體來看，經濟增長與二氧化碳排放、經濟增長與技術進步均為雙向正向影響關系，而技術進步單向負向影響二氧化碳排放。

5.2 穩健性檢驗

本文的被解釋變量和核心解釋變量為二氧化碳排放、技術進步與經濟增長，接下來將通過變換3個變量的衡量方法來檢驗模型回歸結果的可靠性。

參考史貝貝等的做法，使用國內生產總值替換人均國內生產總值來衡量各省（區、市）的經濟增長水平。通過替換經濟增長方程中被解釋變量為國內生產總值，將回歸結果與人均國內生產總值的回歸結果進行比較，來檢驗經濟增長方程回歸結果的穩健性。其中，國內生產總值數據來自國家統計局公開數據，并通過國內生產總值平減指數處理價格變化。同時，使用二氧化碳排放強度和規模以上工業企業R&D人員投入全時當量替換二氧化碳排放量和專利授權量，以進行二氧化碳排放方程和技術進步方程回歸結果的穩健性檢驗。其中，二氧化碳排放強度為二氧化碳排放量與國內生產總值的比值，規模以上工業企業R&D人員投入全時當量來自各省（區、市）的歷年統計年鑒。

替換被解釋變量的穩健性檢驗估計結果顯示，3個方程的解釋變量與表1、表2、表3的各解釋變量回歸系數的符號完全一致，并且同樣可以得出與模型估計和分析相同的結論，即在二氧化碳排放、技術進步與經濟增長間的關系研究中，經濟增長與技術進步、經濟增長與二氧化碳排放均為雙向正向影響關系，而技術進步單向負向影響二氧化碳排放。這表明模型估計和分析中二氧化碳排放、技術進步與經濟增長間的相關關系研究的估計結果是穩健的。

表3 技術進步方程的估計結果

6 結論與政策建議

基于29個省級行政區2005—2019年的面板數據，本文運用靜態與動態面板聯立方程模型考察了二氧化碳排放、技術進步與經濟增長之間的相關關系，并對中國的經濟增長方式進行再考察，對技術進步的減排效應進行再檢驗，得到的結論和提出的政策建議如下。

第一，中國的經濟增長方式尚未從資源消耗型轉變為創新驅動型。二氧化碳排放和技術進步均會促進經濟增長，但技術進步帶來的經濟增長效應小于二氧化碳排放。在中國現有的經濟社會條件下，經濟發展仍主要依靠資源投入，表現出“高投入、高產出、高能耗”的特征，技術進步帶來的經濟增長僅為資源投入帶來經濟增長的1/3。技術進步在我國經濟社會發展中具有重要地位，中國不可能繼續采用資源消耗型的發展模式，必須走技術創新的發展道路，推動經濟增長方式從要素驅動型向創新驅動型的根本轉變。

第二，技術進步的減排效應與中和經濟增長過程中二氧化碳排放的目標相比還遠遠不夠。盡管技術進步有利于減少二氧化碳排放，從而緩解經濟發展所帶來的環境問題，但技術進步對二氧化碳排放產生的抑制作用不足以抵消經濟增長帶來的二氧化碳排放。中國應加快落實碳排放制度以完成減排目標。一方面，對于省級區域進行碳排放總量和碳排放強度控制，重點關注碳排放量較高的省級行政區，主要包括山東、河北、河南、江蘇、浙江、內蒙古等，加快推動這些地區的經濟轉型；另一方面，重點調整相關產業結構，包括控制化石能源產業發展和支持新能源產業發展，大力推動汽車行業、建筑行業等采用新技術、新工藝，提高能源利用效率并率先向低碳領域轉型。

第三，經濟增長是技術進步的有力保障。經濟增長和規模以上工業企業R&D經費投入能夠提高技術進步水平，且經濟增長的技術進步方程系數遠高于規模以上工業企業R&D經費投入的系數，而二氧化碳排放的增加對技術進步的影響并不顯著。可見，維持經濟合理增長有利于推動技術進步。政府應精準實施財政政策、貨幣政策進行逆經濟周期調節，保持全國經濟的適度合理增長，并以產業政策引導工業企業在滿足自身生存的條件下，為保持或取得技術領先優勢，不斷加大技術創新投入，增強技術創新能力，提高技術創新水平。

本研究的不足之處在于：首先，根據重要性、數據可獲得性僅選取了6個控制變量，控制變量的全面性有待于進一步完善；其次，采用第二產業增加值占總增加值的比例表示產業結構，可進一步將產業結構細化為產業結構合理化和產業結構高級化。

①根據數據可得性，本文研究的省級行政區不包括新疆維吾爾自治區、西藏自治區、香港特別行政區、澳門特別行政區和臺灣地區。

②限于篇幅，穩健性檢驗的結果沒有匯報，留存備索。