泛京津冀城市群生態環境與制造業升級的協調發展特征和影響機制研究

李業錦 申鄭鈺 閆欣雨 劉瀟憶 田洪濤

(首都師范大學資源環境與旅游學院,北京 100048)

生態環境保護已成為我國推動經濟高質量發展的重要力量和抓手,通過發揮生態環境的倒逼作用,成為推進經濟結構的轉型升級、新舊動能的接續轉換,協同推動經濟高質量發展和環境高水平保護的重要路徑[1]。

國內外關于生態環境對制造業升級的研究集中在:(1)環境規制對制造業升級的影響。PORTER[2]最早提出了著名的“波特假說”,適當的環境規制會迫使企業創新,提高企業生產力,抵消環境保護的成本且提高企業的盈利能力。MURPHY等[3]發現,環境政策對技術創新產生影響,進而影響制造業發展。BRIDGE[4]發現,采銅業在發展過程中會面臨一系列“生態矛盾”,導致銅礦開采行業盈利能力下降。國內學者宋雯彥等[5]利用省級面板數據分析發現,環境規制能推進產業結構升級,同時環境規制對制造業升級的影響也受制造業類型制約。徐敏燕等[6]基于“波特假說”,將制造業分成重度、中度和輕度污染產業,發現環境規制降低了重度污染產業的競爭力,提升了中度污染產業的競爭力,對輕度污染產業無影響。(2)資源環境約束對制造業升級同樣有重要影響。CHANTEL等[7]認為,未來環境可通過資源約束制造業發展,應將更多精力放在技術進步的研究中。屠鳳娜[8]研究發現,京津冀地區產業的發展受水、能源、土地資源約束。

文獻梳理表明,國內關于制造業升級的研究較多,但測度其水平時學者們多從高端化和合理化角度反映其狀況,缺少結合信息化、綠色化等方面的綜合分析,因此本研究以泛京津冀城市群范圍內共67個城市為研究對象,分別從生態環境“壓力—狀態—響應”三方面和制造業高端化、合理化、信息化、綠色化四維度建立指標體系,先通過耦合協調模型探究兩者在整體上和空間上的協同發展類型,再利用地理探測器揭示生態環境對制造業升級的影響機制,對泛京津冀城市群制造業轉型升級具有一定的借鑒意義和參考價值。

1 研究方法與數據

1.1 “壓力—狀態—響應”的生態環境質量評價體系構建

參考文獻[9]至文獻[11],基于“壓力—狀態—響應”三方面,從人口密度、人均工業廢水排放量等方面選取二級指標,建立生態環境質量評價體系。選擇層次分析法(AHP)確定指標權重(見表1),并用線性加權函數法計算綜合得分。各指標中,X1、X2、X3、X5為污染控制因子,其余指標為環境質量因子。

表1 生態環境質量評價體系及其權重

1.2 四維度的制造業升級評價體系構建

參考文獻[12]至文獻[14],從高端化、合理化、信息化、綠色化四維度建立制造業升級評價體系。

其中,制造業高級度(G)計算見式(1)[15],值越大表明制造業高級度水平越高。制造業合理化指數(U)計算見式(2)[16],值越大說明產業結構越合理。

(1)

(2)

式中:i為產業序號,1、2、3分別表示制造業低、中、高技術產業;θi為產業i的產值占比向量與產業產值向量(由低層次到高層次產值排序組成向量)的夾角;Yi、Y分別為i產業從業人員數、從業人員總數;Li、L分別為i產業產值、總產值,萬元。

同樣選擇AHP確定制造業升級評價體系[17-18]各指標權重(見表2),并用線性加權函數建立評價函數,得到制造業各要素得分和綜合得分。

表2 制造業升級評價體系及其權重

1.3 耦合協調度模型

利用耦合協調度模型研究制造業升級與生態環境之間的協調發展關系。

耦合度(C)為制造業升級與生態環境之間的耦合程度,0≤C≤1,計算見式(3)。協調度(D)計算見式(4)。

(3)

(4)

式中:M、N分別為制造業升級指數、生態環境指數;k為調整系數,通常k=2;α、β分別為歸因于M、N的貢獻份額權重,假設制造業升級與生態環境同樣重要,則α=β=0.5。

根據協調度、制造業升級指數和生態環境指數,將制造業升級與生態環境協調發展類型分為6個子類(嚴重失調、中度失調、輕度失調、勉強協調、中度協調、高度協調),每個子類又按照相對發展度分3種類型(制造業升級滯后、均衡發展、生態環境滯后)。

1.4 地理探測器

地理探測器是用于探測某種地理屬性與其解釋因子之間關系的空間分析模型。利用地理探測器中的因子探測和交互探測研究生態環境對制造業升級過程中各影響因子解釋程度的大小以及變化。具體表達見公式(5)[19]:

(5)

1.5 研究數據和研究區范圍

研究數據主要來源于2007-2017年的美國航空航天宇航局發布的全球PM2.5密度分布圖,以獲取PM2.5濃度數據;《中國工業企業數據庫》的分行業產值、從業人員等制造業數據;《中國城市統計年鑒》、《北京市統計年鑒》、《天津市統計年鑒》、《河北經濟年鑒》和《山東省統計年鑒》等的工業煙塵排放量、工業二氧化硫排放量等生態環境數據,對于缺失數據,通過統計公報、政府工作報告補齊。

研究區范圍為泛京津冀城市群,具體包括核心層(北京市、天津市2個直轄市)、緊密層(河北省11個地級市)、輻射層(山西省、山東省、河南省、內蒙古自治區54個地級市/盟)共67個城市。

2 泛京津冀城市群制造業升級與生態環境協調發展關系

2.1 泛京津冀城市群制造業升級與生態環境的協調度分析

從整體上看,泛京津冀城市群制造業升級與生態環境協調度呈逐步上升趨勢,中度協調為主要類型(見圖1),沒有失調類型城市。2007、2012、2017年中度協調城市分別有45、56、54個,泛京津冀城市群中度協調城市數量較多,說明城市群制造業升級與生態環境協調度較好。2007年有21個勉強協調城市,至2017年勉強協調城市全部升級為中度或高度協調城市,泛京津冀城市群協調度升高。制造業升級與生態環境之間的良性互動、相互促進可能與《大氣污染防治行動計劃》的推進、“綠水青山就是金山銀山”等理論的實踐使人們在發展經濟的過程中越來越重視生態環境保護有關[20]。

圖1 2007-2017年泛京津冀城市群制造業升級與生態環境協調度空間布局

從不同圈層看,泛京津冀城市群核心層、輻射層協調度升高,緊密層協調度降低,協調度呈現核心層>輻射層>緊密層。高度協調是協調度的最高類型,因此通過分析高度協調城市的數量變化,推測各圈層協調度發展情況。(1)核心層,2007年沒有高度協調城市,2012年北京市制造業升級與生態環境協調度上升到高度協調,至2017年天津市也上升為高度協調城市,高度協調城市占比100.0%,協調度水平較高。(2)緊密層,2007年只有秦皇島市為高度協調城市(占比9.09%),至2012年秦皇島市下降到中度協調,高度協調城市數量減少至0個,協調度水平隨時間推移有所下降。(3)輻射層,2007年沒有高度協調城市,2012年高度協調城市有青島市、煙臺市等6個(占比11.11%),2017年高度協調城市達到11個(占比20.37%),高度協調城市數量不斷增加,輻射層協調度逐漸上升。從不同圈層協調度發展變化特征可看出,泛京津冀城市群發展不協調問題較嚴重,針對緊密層協調度出現下降的情況,有關學者認為,緊密層需積極承接京津地區制造業,整合內部行政區域,以此實現自身制造業差異化、集聚化發展,促進本地區經濟增長[21]。

2.2 泛京津冀城市群制造業升級與生態環境的相對發展度分析

從整體看,泛京津冀城市群制造業升級與生態環境均衡發展是主要類型,制造業升級滯后城市有逐漸增多的趨勢(見圖2)。2007年,泛京津冀城市群有26個生態環境滯后城市,39個均衡發展城市,2個制造業升級滯后城市,此時均衡發展占主導,但生態環境滯后城市數量也較多,生態環境對制造業升級的約束效應較強;2012年,有10個生態環境滯后城市,49個均衡發展城市,8個制造業升級滯后城市,均衡發展依然占主導;至2017年,有7個生態環境滯后城市,48個均衡發展城市,22個制造業升級滯后城市,此時均衡發展城市依舊占主導,但制造業升級滯后城市數量大幅增加,制造業升級對生態環境的脅迫效應增強。

圖2 2007-2017年泛京津冀城市群制造業升級與生態環境相對發展度空間布局

從不同圈層看,泛京津冀城市群各圈層制造業升級與生態環境相對發展度存在不同變化趨勢。核心層相對發展度由均衡發展轉變為生態環境滯后,說明北京市、天津市生態環境治理的速度落后于制造業升級。北京市、天津市作為直轄市,城市發展實力雄厚,雖然國家出臺了一系列措施治理生態環境污染,但兩地人口眾多、能源消耗量大,同時受氣候、水源等約束,生態環境發展難以追上制造業升級。

緊密層的相對發展度類型既有均衡發展,也有制造業升級滯后、生態環境滯后。如滄州市相對發展度為生態環境滯后,而石家莊市作為省會城市發展優勢突出,相對發展度類型始終為均衡發展;張家口市和承德市作為京津冀城市群水源涵養地,生態環境發展水平較高,相對發展度為制造業升級滯后。

輻射層中山東省、河南省、山西省相對發展度逐漸轉向均衡發展,但內蒙古自治區逐漸由均衡發展轉向制造業升級滯后,制造業升級迫在眉睫。2007年,內蒙古自治區制造業升級滯后城市僅有通遼市、呼倫貝爾市2個,2017年增加到7個,制造業發展存在層次低、規模小、競爭力弱、布局零散等問題[22],且區域內人口密度小、能耗水平低,生態環境發展較好,使得內蒙古自治區制造業發展遠滯后于生態環境。

3 泛京津冀城市群生態環境對制造業升級的影響機制

3.1 生態環境對制造業升級綜合水平影響機制分析

整體上,泛京津冀城市群生態環境對制造業升級的影響較強,能有效促進制造業升級。生態環境壓力和狀態指標對制造業升級影響總體顯著,響應指標對制造業升級影響不顯著(見表3),同時生態環境壓力與狀態指標的交互作用較強,能較好促進制造業轉型升級。李治國等[23]認為,政府為保護生態環境、治理污染,會提高天然氣等清潔能源使用率,逐漸淘汰重度污染型企業,倒逼制造業升級轉型,在此得到印證。PM2.5濃度等污染控制因子、人均綠地面積等環境質量因子對制造業升級解釋力較強,是推進制造業升級的主要因素。制造業的快速發展導致空氣中PM2.5濃度較高,促使霧霾天氣的形成,因此人們為治理空氣污染,會采取措施限制高耗能、高污染型企業發展,迫使企業發展節能產業,進而倒逼制造業升級;2007年PM2.5濃度與人均綠地面積的因子交互作用解釋力最強(0.55),2017年因子交互作用最強的是人口密度和人均綠地面積(0.55)。污染控制因子與環境質量因子共同作用更能刺激人們采取措施促進制造業升級。

表3 生態環境指標對制造業升級綜合水平的解釋力1)

3.2 生態環境對制造業高端化水平影響機制分析

絕大多數生態環境指標對制造業高端化影響顯著(見表4),能有效促進制造業高端化發展。生態環境狀態指標對制造業高端化影響最明顯,同時生態環境壓力與狀態指標的交互作用隨時間變化逐漸增強,表明人類活動造成的生態環境壓力和當前的生態環境狀態對制造業高端化的促進作用越來越強。謝波等[24]認為,對生態環境的保護能迫使行業技術進步和產業創新,進而促進制造業結構調整,提高制造業高端化水平,在此得到印證。污染控制因子PM2.5濃度以及人口密度、人均綠地面積等環境質量因子一直顯著,是促使制造業高端化升級的主要因素,人均工業二氧化硫排放量等污染控制因子由2007年的顯著變為2017年的不顯著,說明近些年制造業高端化升級與污染控制因子關系較小;人口密度與人均綠地面積的因子交互作用解釋力最高(0.40),有利于推動制造業高端化發展。

表4 生態環境指標對制造業高端化水平的解釋力

3.3 生態環境對制造業合理化水平影響機制分析

在生態環境指標對制造業合理化水平的影響機理分析中,通過顯著性檢驗的指標較少(見表5),表明生態環境指標對制造業合理化布局的促進作用尚未充分發揮。

表5 生態環境指標對制造業合理化水平的解釋力

3.4 生態環境對制造業信息化水平影響機制分析

絕大多數生態環境指標對制造業信息化水平影響顯著(見表6),能較好促進制造業信息化發展。生態環境壓力、狀態指標對制造業信息化影響較大,能較好促進制造業與信息技術結合;響應指標對制造業信息化影響較小,對制造業信息化作用不大。人均工業廢水排放量等污染控制因子和人均綠地面積等環境質量因子始終顯著,是制造業信息化的主要影響因素;多數因子交互作用的解釋力隨著時間變化趨于上升,說明因子間的共同作用更能推進制造業信息化進程,其中人均工業廢水排放量與人均綠地面積的因子交互作用解釋力最強(0.59),說明污染控制因子與環境質量因子相互作用有利于加快制造業信息化進程。

表6 生態環境指標對制造業信息化水平的解釋力

3.5 生態環境對制造業綠色化水平影響機制分析

生態環境指標對制造業綠色化發展水平總體具有顯著作用(見表7),且隨時間變化作用效果大幅增強,表明生態環境的壓迫、當前較差的環境狀態以及社會對此做出的反應對制造業節能化、綠色化發展有極大的促進作用。張優智等[25]認為,環境規制對制造業綠色全要素生產率提升有積極作用,在此得到證明。2007年PM2.5濃度單因子的解釋力最大,即PM2.5濃度的增加是制造業綠色化發展的主要推動力,且PM2.5濃度與生活污水處理率的因子交互作用最大(0.45),兩者相互作用更能促進制造業節能化、綠色化發展。由于到2017年因子的解釋力都有很大程度提高,單因子分析和交互分析意義不大,在此不再展開論述。

表7 生態環境指標對制造業綠色化的解釋力

4 結 語

(1) 從整體上看,泛京津冀城市群制造業升級與生態環境協調度呈逐步上升趨勢,中度協調為主要類型。不同圈層協調度呈現核心層>輻射層>緊密層,核心層協調度最高,輻射層協調度上升明顯,緊密層協調度出現下降。

(2) 生態環境壓力和狀態指標對制造業升級影響總體顯著,響應指標對制造業升級影響不顯著,同時生態環境壓力與狀態指標的交互作用較強,能較好促進制造業轉型升級。從因子分析看,PM2.5濃度等污染控制因子、人均綠地面積等環境質量因子對制造業升級解釋力較強,是推進制造業升級的主要因素;從交互分析看,污染控制因子與環境質量因子的共同作用更能刺激人們采取措施促進制造業升級。

(3) 生態環境對制造業高端化、信息化、綠色化影響顯著,對制造業合理化影響不大。

(4) 針對泛京津冀城市群的不同圈層,為促進其可持續發展提供一些對策建議:①核心層。北京市、天津市均為生態環境滯后型城市,因此在發展經濟的同時,需著重解決生態質量問題。嚴格控制高污染、高耗能的制造業生產,使用清潔能源代替傳統能源,提高能源利用率;全面保護森林、草原、濕地等生態資源,保障河湖生態流量,加強河流綠色生態治理;出臺相關環境保護的政策,注重人與自然和諧相處的理念,使得生態效益水平的提高倒逼制造業轉型升級。②緊密層。對于張家口市、承德市等制造業滯后型城市,首先要立足于鋼鐵、裝備制造等傳統產業,鞏固提升現有優勢,持續推進傳統優勢產業轉型升級;同時著力培育壯大戰略性新興產業,加速布局發展未來產業。對于滄州市、廊坊市等生態環境滯后城市,要控制溫室氣體排放,做好碳達峰開篇布局,增強人們的環保意識,同時根據地方實際情況,做到生態環保工作的制度化。③輻射層。由于內蒙古自治區多為制造業滯后城市,在未來推動高質量發展的過程中,在立足當地環境保護的基礎上,首先應積極培育綠色農畜產品加工產業集群和現代裝備制造業產業集群,推動制造業高級化發展;其次通過加快完善信息基礎設施、建設智慧園區等,推動制造業信息化升級;最后要嚴格控制“兩高”行業規模,加快實施節能節水技術改造,促進制造業綠色化發展。

(5) 本研究以泛京津冀城市群67個城市為研究對象,研究生態環境水平、制造業升級水平,由于樣本未涉及縣域,精度不足,下一步應進一步擴展研究樣本,深入探究分析。在研究生態環境和制造業升級過程中,由于數據搜取困難,對生態環境和制造業升級的理論分析可能會與實際存在些許不符,在接下來的研究中應擴大數據搜索范圍,建立更完善的指標體系,以此衡量生態環境和制造業升級。