我国污染排放变动趋势及减排路径研究——基于环境投入产出模型结构分解分析

侯伟凤

(首都经济贸易大学经济学院，北京 100070)

0 引言

工业革命以来，人类物质财富以史无前例的速度增长，这种粗放的经济发展模式在带来财富扩张的同时也引发了环境问题。经济发展所消耗的化石燃料排放出大量温室气体，导致全球气候变暖，危及整个人类的生存和发展[1]，气候变化问题逐渐成为世界关注的焦点。作为国际上污染排放量较大的国家，我国污染减排的国际压力也日益增大。因此，发展绿色经济在气候变化背景下是我国可持续发展的必由之路。从国内来看，我国1956年开始大力发展工业，工业逐渐成为主导产业，而工业恰是排放污染最多的产业部门。自改革开放以来，我国城市化进程进一步提高，经济发展水平迅速提升，随着经济的不断增长，环境问题日益凸显，引起了国务院、环保部门的高度重视[2]。进入2013 年以来，我国出现了入冬以来持续时间最长、影响范围最广的雾霾天气，雾霾给居民的身体健康与生产生活带来了严重危害[3]。

如今，污染防治被定位为三大攻坚战之一，足见污染防治任务的重要性和艰巨性。因此，如何减少污染物排放、改善人类生存的环境已成为我国当前可持续发展面临的重大挑战。基于此，本文将投入产出分析方法运用到污染减排中，通过编制环境投入产出表，建立环境投入产出模型，并使用结构分解法(SDA)对污染物的排放量进行深度分析，分别考察排放系数变动、生产技术变动以及最终需求变动对污染减排的作用大小，找出污染减排的主要渠道，为改善和优化目前的减排政策，调整产业结构，达到减排目的提供依据。

结构分析法可以充分利用投入产出表中的部门信息，反映各部门间的联系，是近年来研究污染排放增长影响因素比较前沿的方法[4]。这一方法已被大量国内外学者用于研究二氧化碳以及其他污染物的排放问题[5-11]。此外，还有不少学者利用结构分解法(SDA)探究污染减排的问题，包括最终需求的变动对污染减排的作用、排放系数的变动对污染减排的作用等[12-22]。

已有研究分别将结构分解法(SDA)应用于碳减排和部分污染物的减排中，探讨了最终需求、能源消耗结构和强度、产业结构变动对碳排放和污染排放的影响。但鲜有研究同时探讨排放系数、生产技术以及最终需求对污染排放的影响，且已有研究涉及的污染物种类较少。基于此，本文进一步深入探究影响我国污染排放变化的因素。与已有研究不同的是本文选取7种大气污染物，比较全面地考虑了排放系数、生产技术以及最终需求变动3种因素的不同侧面影响。

本文的贡献主要体现在：第一，本文考察了3 种因素对我国7种污染物排放变化的影响，比较全面地考虑了结构和规模、技术进步等不同因素对多种污染物的侧面影响，为污染减排政策的制定提供参考。第二，本文采用世界投入产出数据库的(进口)非竞争型投入产出表，减少了由于高估各项最终需求对国内污染排放的影响产生的估计误差，提高了研究结果的准确度。

1 模型方法和数据来源

1.1 基本模型

在建立环境投入产出模型之前，本文首先回顾一般的Leontief 投入产出模型。著名经济学家Leontief于1936年首次提出投入产出分析方法。这一方法首先编制投入产出表，然后建立与编制表相对应的数学模型，以此来反映经济系统各个生产部门和产业之间的相互关系。基本Leontief模型的矩阵表示如下：

X=AX+F

(1)

对X进行求解，可以得到：

X=(I-A)-1F

(2)

式中：X表示国民经济的总产出；A表示直接消耗系数矩阵，刻画产业部门间的直接经济联系；I是与A同阶的单位阵；F表示最终需求。此外，(I-A)-1-I为完全消耗系数矩阵，能够全面深刻地反映某部门的生产活动与其自身以及其他部门的数量关系。

在建立一般Leontief 投入产出模型的基础上，本文加入污染物的相关数据建立环境投入产出表，其形式见表1。

表1 环境投入产出表

在环境投入产出表中，污染物排放部分只能取实物单位，而生产部门的单位可以是价值单位也可以是实物单位。对于污染排放模块，有如下平衡关系：

(3)

即第i种污染物的排放总量等于生产部门排放的量与最终需求所产生量之和。此时，污染物的排放系数为：

(4)

表示第j部门生产一件产品排出的第i种污染物的量。直接排放系数矩阵即为：

(5)

(6)

其矩阵形式如下：

APX+R=Q

(7)

将X=(I-A)-1F代入到上式，可得到：

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

(8)

于是可以得到环境投入产出模型：

P=AP(I-A)-1F

(9)

其中AP(I-A)-1即是完全排放系数矩阵，表明第j部门生产一件产品所耗用的所有相关部门的产品所排出的污染。AP(I-A)-1可以更加真实地刻画污染排放与产业部门之间的联系。

1.2 模型结构分解

对得出的环境投入产出模型进行结构分解。将模型中的P的变化量分解为排放系数、生产技术以及最终需求的变动效应。因为排放系数变动激励部门内不同产业为得到更大产出而加大研发投入，以排放系数变动为依托达到减排目的；生产技术变动能使效率较低、排污较多的部门提高生产效率，做到高效生产和节能减排。而最终需求的良性变动也会减少污染排放大的部门产量。

(10)

(11)

令Bi=(I-Ai)-1，于是

(12)

据此，从t到t+1期，排放量变化量可以以下方式进行分解：

(13)

(14)

本文结合以上两种方式来研究各个部分的影响效应，即对其取平均。最终，污染排放的变化表现为下式：

自此，本文完成了对污染排放的结构分解。

1.3 数据来源及数据处理

本文采用的投入产出表数据来自WIOD中1995年、2000年、2005年和2009年的中国投入产出表，污染排放数据来自WIOD中的中国大气污染排放量。之所以选到2009年是因为目前世界投入产出数据库中的大气排放数据只更新到2009年，因此我们统一都测算到2009年。本文的研究对象是中国大气污染减排，选取的气体污染物有甲烷(CH4)、一氧化二氮(N2O)、氮氧化物(NOX)、硫氧化物(SOX)、一氧化碳(CO)，以及非甲烷挥发性有机物(NMVOC)和氨气(NH3)。本文以上述7类气体污染物为代表，研究排放系数、生产技术以及最终需求变动对污染减排的影响。

由于中国的投入产出数据和中国污染排放数据均来自WIOD，其部门一一对应，均为35个部门，因此不对部门进行合并或拆分处理。但通过观察数据发现有两个部门无论是投入产出还是污染排放的数据均为0，于是删除这两个部门，最终构建出4个(1995年、2000年、2005年和2009年)33部门的环境投入产出表。

2 实证结果分析

2.1 污染排放总量分析

图1展示了1995—2009年7种污染物的排放量变化。总体来看，这些污染物的排放量呈上升趋势，其中CO的排放量相对最高，1995—2000年，其排放量呈明显上升趋势，从4000万t左右上升到6000多万t，但从2000年往后，排放量开始逐年递减，这可能是由于能源技术的改善和污染物控制技术的提高，但减少的幅度不是太大，到2009年也只下降到6000万t左右；CH4排放量也相对较高，1995—2000年，其排放量大约为4000万t，基本持平，但从2000年开始，排放量开始逐年上升，到2009年上升到6500万t，这可能是由于入世以来中国碳排放的增加所导致；其次是SOX，其变动趋势与CH4相似，1995—2000年其排放量大约为2000万t，从2000年以后也以较大幅度在上升，到2009年上升到4000万t，这应该是由于最终需求的增加和产业结构的变动；其余4种污染物排放量相对较少，基本都低于2000万t，其中NOX从2000年以来一直在持续缓慢上升，但到2009年也就上升到大约2000万t，NH3和N2O不仅排放量小，变化幅度也非常小，基本都在1000万t以下。

通过量化分析污染物历年排放变化情况(表2)可发现：1995—2000年，CO排放变化量最大，增加了2744.74万t，而其相对变化量也是最高的，高达76%；而2000—2005年、2005—2009年CH4和SOX的排放变化量一直居高不下，都达到了千万t，和图1一致，但2000—2005年NOX的相对变化量为66%，达到最高，而2005—2009年，相对变化量最高的污染物为SOX。这是由于这些年我国大力发展经济，调整产业结构，最终需求不断增加，而减排技术的发展跟不上污染排放的速度，因此污染排放量呈现持续上升趋势。

图1 1995—2009年中国各种污染物排放量

表2 污染物排放总量的变化

2.2 污染排放变化的结构分解分析

为了进一步深入剖析我国污染排放的变化，本文对污染排放的变化进行了结构分解，分解的结果如图2所示。

图2中纵轴表示各种污染物基于1995年的相对变化量，横轴表示时间，从图中可以明显看出，3种因素对每种污染物排放的影响基本一致，即排放系数变动会使污染物的排放减少，最终需求变动会使污染物排放增加，而生产技术变动会增加部分污染物排放。因此，减排的关键之处还在于排放系数的变化，此外最终需求增加会增加污染的排放，因此也应该重视最终需求端对环境污染的影响。其中排放系数变动作用明显的污染物包括：SOX、CO和NMVOC，如图所示，排放系数变动使得这三种污染物排放相对于1995年减少了400%以上。由于生产技术变动导致排放量变化的污染物有：SOX、CO和NMVOC，如图所示，生产技术变动使这三种污染物排放相对于1995年增加了200%左右。对最终需求变动敏感的污染物主要为：NOX、SOX、CO和NMVOC，最终需求变动使它们的排放相对于1995年都增加了400%。综合来看，3种因素作用较大的污染物为：SOX、CO以及NMVOC。

2.2.1 排放系数变动效应

排放系数变动本质上代表着产业部门减排技术的进步，即污染排放强度下降意味着减排技术的进步。先进的技术会提高各个部门的资源使用效率，从而达到污染减排的目的。如表3所示，排放系数变动效应使各种污染物排放的变化量为负值，即近年来，排放系数变动有利于减排。1995—2000年，排放系数变动使得CO、SOX、CH4的排放量大量下跌，均下跌千万t级，而且它们的相对变化量也很大，虽然N2O排放只减少几十万t，但是它的排放量本身就较少；2000—2005年，排放系数变动仍然使得这三种污染物排放量减少；2005—2009年，除了这三种污染物，NMVOC排放也大量减少，SOX、CO以及NMVOC的相对变化量均达到50%以上，排放系数变动对三种污染物的减排作用明显。

图2 3种因素对污染物排放变化的影响

表3 排放系数变动的效应

2.2.2 生产技术变动效应

近年来，我国环境恶化愈发严重，而生产技术的提高也无疑会提高企业生产效率，增加产业产值，工业产值的增加，尤其是污染排放强度较大的产业部门产值的增加必然会增加污染的排放，但绿色生产技术的发展，也会有助于减排，因此，生产技术的变动对污染排放及减排也会产生一定的影响。如表4所示，生产技术变动效应对污染排放的影响相对比较小, 由生产技术变动引起的污染排放的变化量很小, 1995—2000年，大多工业污染物排放量依然增加，但增加的相对较少，只有CO和NMVOC的排放以较大幅度增加，增幅都达到50%以上，这应该是由于工业部门相关生产技术提高使得产值大幅度增加，其中CH4和NH3部分是由农业产生，而农业部门的生产技术那时并没有很大提高，因此它们的排放量也可能会由此而减少；2000—2005年，SOX的排放大幅增加，这也是由于排放SOX的部门的生产技术提高，而CO的排放却减少了，可能是相关部门绿色生产技术发展起来的原因，而其他污染物的变化都不是太大；2005—2009年，很明显可以看到大多数污染物的排放都增加，但是增加的幅度都特别小，都低于10%，这应该是由于绿色生产技术的逐渐推广，加之近些年，国家比较重视发展第三产业，而对工业制造业等的生产技术的提高不那么重视了，因此其对产值的增加和污染排放的影响就会减小。

表4 生产技术变动的效应

2.2.3 最终需求变动效应

最终需求效应包括最终需求的变化以及产业结构的变动。最终需求量的增加会促进我国产值的增加，从而影响污染的排放，而居民对水电煤的需求更是与环境息息相关，如CO的排放等。众所周知，高能耗低效率的产业会排放大量的污染物，而金融业、服务业和农业等相对产生较少污染物。随着产业结构的不断升级，第三产业比重不断上升，因此我国的污染排放量逐渐减少。产业结构变动就是通过以上原理来对减排产生影响。从表5可知，近些年随着我国最终需求量的不断增加和产业结构的不断变化，污染排放量也在不断增加，因此，最终需求变动效应为正值。1995—2000年，最终需求的增加导致CH4、SOX以及CO的排放大量增加，均达到了千万t，它们的相对变化量也较高，而2000—2005年及2005—2009年也是如此，而且2000年以来，NMVOC的排放也大量增加，我们发现，它与排放系数的效应相呼应。因此，它们的共同作用会使得上述3种污染物的排放变化缩小。可见，最终需求效应很明显，尤其体现在上述几种大气污染物上，因此，优化最终消费端的消费以及继续调整产业结构是减少污染排放的主要途径。

2.2.4 综合比较

通过上述的分析，我们已经对这3种因素的效应有了一定的了解，大体来说，排放系数变动具有减排作用，且主要作用于SOX、CO以及NMVOC；生产技术变动对污染排放的作用不是很明显，但也有一定影响；最终需求的效应会增加污染物的排放，也对SOX、CO以及NMVOC有较大影响。下面我们来看一下这些因素到底对哪种污染物作用最大，哪种作用最小。

表5 最终需求变动的效应

表6 综合结果比较

如表6所示，1995—2000年，排放系数变动使得NMVOC排放减少88.63%，对其作用相当明显，而对NH3的影响较小，只减排24.21%，可能因为NH3大多由农业产生，而农业减排技术的进步没有工业快，而且最终需求变动也对NH3影响最小。2000—2005年以及2005—2009年也出现相应的情况，这三种效应总体对NH3的影响较小。1995—2000年，生产技术变动和最终需求变动均对CO的影响最大，这不难解释，工业产值的增加和居民消费均会增加CO排放，因此，要改变产业结构以及减少最终需求才能减少CO排放。2000—2005年，排放系数变动和生产技术变动对SOX的影响最大，排放系数变动使它减排最多，生产技术变动使它增排最多，最终需求变动使NMVOC排放将近达到之前的两倍，因此，要降低NMVOC的排放，需要减少最终需求。2005—2009年，生产技术变动对污染排放的影响已经很小了，排放系数变动仍然可以大量减少CO的排放，要减少SOX的排放，也需减少最终需求量。

3 主要结论及政策建议

3.1 主要结论

(1)1995年以来，我国各类污染物排放量总体呈上升趋势，排放量上升幅度最高的污染物为CH4和SOX，上升幅度最低的污染物主要为N2O和NH3。

(2)排放系数变动有利于污染减排，对CO、SOX、NMVOC三种污染物的减排作用较为明显，而对NH3作用相对较弱。

(3)生产技术变动对环境质量的改善作用并不明显，就实证结果而言，排放系数变动效应要大于生产技术变动效应，但排放系数变动效应也是有限的，各企业也应重视绿色生产技术的广泛使用，从源头治理污染，逐步扩散和推广绿色生产技术，摒弃低效的生产方式和技术。

(4)最终需求的变动(增加)会大幅度增加污染物的排放，尤其是CO、SOX、NMVOC的排放，与排放系数变动作用的污染物相似，且与排放系数变动作用相反，因此如果只是一味地提高减排技术水平而不注重最终需求端对污染排放的影响，排放系数变动的减排效应将会被部分抵消。

3.2 政策建议

(1)就排放系数而言，在已有的基础上，应该继续发挥排放系数变动对污染减排的作用。首先要加大对减排技术的研发投入，设立先进减排技术奖项等，引导各个企业使用高效率低能耗的生产设备，不断推进减排技术的发展；其次政府要设立专项资金支持技术落后的企业，帮助它们提高资源使用效率，减少污染排放。

(2)就生产技术而言，应该鼓励第三产业的发展，同时重视排放量较少的制造业的发展，进一步发展先进生产技术。由于生产技术变动对污染排放变化的影响很小，因此目前生产技术还有很大的提升空间，政府应在此方面多投入。

(3)就最终需求变动而言，一方面要继续优化产业结构，另一方面还要鼓励消费方购买环保的、生产过程排放污染较少的消费品。积极开发使用清洁能源，以此来替代居民消费的电和煤。此外，要减少我国能耗高、污染大的产品的生产，整体上从最终消费端减少污染物的排放。

虽然本文采用的数据只截止到2009年，但得出结论与政策建议对近年来的污染防治仍然具有一定的借鉴意义。