基于生态效率的城市绿色高质量发展评价研究

方 恺,黄伊佳,何坚坚,黄 葳

(1.浙江大学 公共管理学院,浙江 杭州 310058;2.浙江大学 民生保障与公共治理研究中心,浙江 杭州 310058;3.中国科学院 城市环境研究所城市环境与健康重点实验室,福建 厦门 361021)

一、研究背景

党的十九大报告对我国在新形势下的发展战略做出了重要研判,指出“我国经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段”(1)习近平在中国共产党第十九次全国代表大会上的报告[EB/OL].(2017-10-28)[2021-01-07].http:∥cpc.people.com.cn/n1/2017/1028/c64094-29613660.html.。高质量发展以“五大发展理念”为基础,以高效、公平和绿色可持续为目标。其中,兼顾经济增长和环境保护的绿色发展理念在高质量发展的大背景下被赋予更为丰富的内涵。当前,环境污染、资源耗竭和气候变化等一系列生态环境问题在全球范围内愈演愈烈,且仍将在未来较长时期内成为制约我国绿色发展和民生福祉改善的瓶颈因素。

城市既是一个国家经济社会发展的重要载体,也是资源消耗和环境污染排放的主要场所,建设高质量城市是推进国家高质量发展的必由之路。一些学者围绕城市尺度的绿色高质量发展进行了多角度的探讨。张文忠等[1]认为城市高质量发展应该以人为本、提高生态宜居水平;俞树毅等[2]指出城市的绿色高质量发展是经济、社会和生态的协同发展;方创琳[3]提出中国新型城镇化的高质量发展要以人地和谐、高效低碳、生态环保等为目标导向。科学测度城市的绿色高质量发展水平是指导实践的前提,然而当前这一研究领域尚处于起步阶段。有学者提出,生态效率可作为城市绿色高质量发展的评价工具。生态效率被定义为经济活动增加值与环境负荷的比值[4],核心思想是用最小的资源消耗和污染排放得到最大的经济产出,这与高质量发展兼顾经济效益和生态环境效益的内在要求相契合[5]。例如,曾贤刚等[6]通过构建生态效率评价模型对长江经济带的城市高质量发展水平进行了测度。

通过对城市生态效率研究文献进行梳理可以发现:(1)研究内容上,虽有部分学者关注城市某一产业的生态效率,但大部分聚焦于城市整体生态效率,鲜见对城市全产业部门尺度进行评价。(2)研究视角上,普遍采用“谁生产谁负责”的生产者责任视角(以下简称为“生产视角”)量化环境负荷,忽视了责任划分的公平性[7];消费者责任视角(以下简称为“消费视角”)将最终需求作为环境负荷的压力源,鼓励采用“谁消费谁负责”的原则,是对生产视角的有力补充[8-9],但目前鲜有学者从消费视角评估城市生态效率水平,将二者进行对比分析的研究更是鲜见。(3)研究方法上,数据包络分析(Data envelopment analysis,DEA)的应用最为广泛,它是一种以线性规划为基础、针对同类型多投入多产出决策单元的相对效率评估方法[10]。

当前,从生态效率角度出发探讨城市高质量发展的文献较少,针对产业层面的分析则更为少见[11]。本文拟将环境投入产出与数据包络分析相结合,构建基于生态效率的城市绿色高质量发展评价模型,并分别从生产和消费视角出发,对城市全产业部门的绿色高质量发展水平进行评价,并以重要区域中心城市——厦门市为案例开展实证研究,以期从中观产业层面为促进我国城市高质量发展提供相关理论支撑。

二、研究区与研究方法

(一)研究区概况

厦门市(118.08°E,24.48°N)地处福建省东南沿海,是我国的副省级城市、经济特区和重要的区域中心城市。经济发展方面,2019年,厦门市实现地区生产总值(GDP)5 995亿元,GDP增速在15个副省级城市中位列第一(2)厦门市统计局.2019年厦门市经济运行情况分析[EB/OL].(2020-02-14)[2021-01-07].http:∥tjj.xm.gov.cn/zfxxgk/zfxxgkml/tjsjzl/tjfx/202002/t20200214_2422187.htm.,经济发展的共享性和开放性在副省级城市中名列前茅[12]。生态文明建设方面,厦门市一直走在全国前列,1997年荣获首批“国家环境保护模范城市”称号,2010年入选第一批国家低碳试点城市,2016年成为首批国家级海洋生态文明示范区之一。

作为典型的海滨城市,厦门市近年来生态环境质量虽持续提升,但也面临一系列问题。在气候变化方面,温室效应导致的海平面上升对厦门城市安全构成了潜在威胁[13];在海洋环境方面,近岸海域环境水质轻度富营养化,无机氮和活性磷酸盐超标;在大气环境方面,氮氧化物、臭氧、PM2.5和PM10是主要的污染物(3)厦门市生态环境局.2019年厦门市环境质量公报[EB/OL].(2020-06-10)[2021-01-07].http:∥sthjj.xm.gov.cn/zwgk/zfxxgk/fdzdgknr/hjzl/hjzkgb/202006/t20200610_2489482.htm.。厦门市面临的经济社会发展与生态环境保护如何协调的难题,也是中国众多城市在绿色高质量发展中机遇与挑战并存的缩影。因此,以厦门市为案例对我国城市绿色高质量发展的路径进行研究具有积极的参考和示范意义。

(二)研究方法

鉴于厦门市在气候变化、海洋环境和大气环境方面面临的挑战,本文选取二氧化碳、氨氮和氮氧化物三类排放物来表征主要的环境负荷。首先运用环境投入产出分析(Environmentally extended input-output analysis,EEIOA)对厦门市全部24个产业部门的三类环境负荷进行清单分析,并揭示部门间隐含排放的转移情况。在此基础上,基于DEA构建了包含这三类环境负荷的城市全产业部门生态效率评价模型,从生产和消费视角分别评估各产业部门的绿色高质量发展水平。基于评价结果,提出厦门市统筹推进重点产业部门减污降碳、提升生态效率的政策建议。

本文将生产视角下的环境负荷定义为产业部门在生产过程中产生的直接环境排放,将消费视角下的环境负荷定义为由最终需求所驱动的产业部门的直接环境排放及其上游所有生产过程的间接环境排放,也称为“环境足迹”[14]。需要指出的是,本文分别从生产和消费两种视角评估产业部门的环境负荷,只是将整个经济系统的环境总负荷依据不同的准则分配到各个产业部门,体现了环境责任划分的多元视角,并非对一个部门的环境负荷进行重复计算。

1.EEIOA模型

投入产出分析由Leontief[15]提出,EEIOA将其拓展至环境维度,可分解由最终需求导致的各部门的环境负荷,公式如下:

E=Q(I-A)-1Y

(1)

(2)

(3)

(4)

各部门的氨氮和氮氧化物排放量来源于统计资料,碳排放量根据我国《省级温室气体清单编制指南》提供的方法计算:

(5)

式(5)中,CEi是第i个部门的碳排放量;ECij是第i个部门第j种能源的消耗量;CFj是第j种能源的二氧化碳排放系数。

2.DEA模型

本文采用包含非期望产出、基于松弛测度的DEA模型,公式如下[16]:

(6)

本文构建了生产和消费视角下生态效率评估的投入产出指标体系。如表1所示,以部门的资本、劳动力和能源投入为投入要素,以部门增加值为期望产出要素,分别采用生产和消费视角下的部门二氧化碳、氨氮和氮氧化物排放量作为非期望产出要素。

表1 投入产出指标体系

(三)数据来源与处理

投入产出数据方面,本文依据最新可得的《厦门市投入产出表(42部门)》,剔除总产出为0的7个部门后,根据部门特征和排放数据的可得性将剩余35个部门归并为24个,部门名称及编号见表2。能源消费数据方面,厦门市工业源分部门的数据来自《厦门经济特区年鉴》,并根据规模以上企业的产值占比进行估算。由于厦门市农业、建筑业和服务业分部门的能源消费数据不可得,根据《福建统计年鉴》中农业、建筑业和服务业分部门的碳排放强度估算厦门市对应部门的碳排放量[17]。氨氮和氮氧化物排放数据方面,厦门市农业、建筑业和服务业分部门的氨氮和氮氧化物排放数据来自《厦门市环境统计资料汇编》;工业源分部门的氨氮和氮氧化物排放数据来自《厦门市环境统计资料汇编》中的重点调查工业企业的污染排放情况,并分别根据两种污染物的非重点比例(非重点调查工业企业的污染排放量占所有工业企业的比例)进行估算。其他经济社会数据方面,厦门市各产业部门的新增固定资产投资额、从业人员数和增加值数据来自《厦门经济特区年鉴》。

表2 部门名称及编号

三、厦门市产业部门环境负荷及其转移分析

(一)厦门市碳排放责任划分及跨部门转移

厦门市24个产业部门共排放二氧化碳2 701.7万吨。在消费视角下,“通信设备、计算机和其他电子设备业”的碳排放量最高,为551.2万吨,在24个产业部门中占20.4%;“化学产品业”“其他服务业”“食品和烟草业”的排放量也较高,占比分别为11.1%、9.2%和7.8%(见图1)。从产业结构角度看,第二产业的碳排放量最高(82.8%),第三产业次之(16.8%),第一产业最低(0.3%)。因各个部门的经济规模差异较大,进一步对单位最终需求的碳排放量进行分析,发现“电力、热力的生产和供应业”位列第一,达到58 420.5吨/亿元。“通信设备、计算机和其他电子设备业”的最终需求在24个部门中最高,其单位最终需求的排放量为4 677.0吨/亿元。

图1 消费视角下各部门碳排放量占比及单位最终需求的碳排放量

通过分析隐含在中间产品或服务中的碳排放在各部门之间的主要转移情况,发现“电力、热力的生产和供应业”是最大的隐含碳排放调出部门,共调出706.6万吨,主要调入“通信设备、计算机和其他电子设备业”“交通运输设备业”“金属冶炼和压延加工品业”等部门。“电力、热力的生产和供应业”在生产视角下的碳排放量在24个部门中居于首位,这与其在生产过程中大量消耗煤炭等化石燃料有关,该部门生产的电力、热力作为中间产品被广泛投入到其他部门的生产活动中,导致该部门在生产视角下的排放责任是消费视角下的5.5倍。“交通运输、仓储和邮政业”是第二大隐含碳排放的调出部门,调出量达323.5万吨,主要调入“通信设备、计算机和其他电子设备业”“其他服务业”等部门。“通信设备、计算机和其他电子设备业”是最大的隐含碳排放调入部门,共调入423.0万吨,该部门在消费视角下的排放责任是生产视角下的4.2倍。

(二)厦门市氨氮排放责任划分及跨部门转移

厦门市24个产业部门共产生氨氮排放量2 180.1吨。在消费视角下,“农业”的氨氮排放量最高,占51.8%;其次为“食品和烟草业”,占19.8%;其余22个部门的占比均低于6%(见图2)。从产业结构来看,第二产业的氨氮排放量占45.3%,第三产业仅占2.9%。在单位最终需求的氨氮排放上,“农业”远高于其他部门,达到46.1吨/亿元;“食品和烟草业”次之,为1.3吨/亿元。

图2 消费视角下各部门氨氮排放量占比及单位最终需求的氨氮排放量

“农业”是最大的隐含氨氮排放的调出部门,调出量高达720.3吨,其生产视角下的排放责任是消费视角下的1.6倍,这与农业生产活动施用氮肥后很大一部分氮元素流失进入水体环境有关[18]。“农业”中间产品中隐含的氨氮排放主要调入了“食品和烟草业”“建筑业”和“化学产品业”等部门,其中调入“食品和烟草业”的隐含氨氮排放量占总调出量的比例接近50%。“食品和烟草业”的直接排放量仅为64.2吨,有366.7吨隐含的氨氮排放通过中间产品或服务从其他部门调入,调入量位居24个部门之首。

(三)厦门市氮氧化物排放责任划分及跨部门转移

厦门市24个部门共排放氮氧化物34 068.1吨。在消费视角下,“通信设备、计算机和其他电子设备业”以及“交通运输、仓储和邮政业”的氮氧化物排放量位列前二(见图3),占比分别为20.3%和18.7%。就产业结构而言,第二产业的氮氧化物排放量最高(71.2%),第三产业次之(28.7%),第一产业仅占0.1%。在单位最终需求的氮氧化物排放上,“交通运输、仓储和邮政业”最高,达到66.6吨/亿元;“电力、热力的生产和供应业”为52.0吨/亿元,位列第二;“通信设备、计算机和其他电子设备业”仅为5.9吨/亿元。

图3 消费视角下各部门氮氧化物排放量占比及单位最终需求的氮氧化物排放量

“交通运输、仓储和邮政业”是最大的隐含氮氧化物排放的调出部门,调出量高达1.5万吨,主要调入“通信设备、计算机和其他电子设备业”“其他服务业”“建筑业”等部门。在生产视角下,“交通运输、仓储和邮政业”是最大的排放责任方,排放量在24个部门中占比62.9%,是其消费视角下的3.4倍,这与机动车内燃机内汽油与空气混合,不完全燃烧产生氮氧化物有关。“电力、热力的生产和供应业”的隐含氮氧化物排放调出量位居第二,向“通信设备、计算机和其他电子设备业”“交通运输设备业”“金属冶炼和压延加工品业”等部门共调出6 200.6吨,其生产视角下的排放责任是消费视角下的5.4倍。在电力和热力的生产过程中,煤炭和空气中的氮元素在高温锅炉中氧化生成氮氧化物[19]。“通信设备、计算机和其他电子设备业”是最大的隐含氮氧化物排放的调入部门,调入量高达6 906.0吨,其中近2/3从“交通运输、仓储和邮政业”调入,该部门消费视角下的排放责任是生产视角下的842.5倍,这表明在生产视角下该部门是高产值、低污染的模范产业,但其发展间接引致了其他部门的污染排放。

综上,考虑到中间投入中隐含的环境负荷,多数产业部门在生产和消费视角下的环境责任存在一定差异。因此,综合两种视角有利于更加客观地界定部门环境责任,进而为减污降碳提供科学、精准的基础信息。

四、厦门市产业部门生态效率评价

(一)生产视角下的厦门市产业部门生态效率

在生产视角下,厦门市24个产业部门的生态效率均值为0.54,部门间差异较大,具体如图4所示。其中,10个部门的生态效率达到最优值1.00,包括“农业”“食品和烟草业”“电气机械和器材业”“通信设备、计算机和其他电子设备业”“金属制品、机械和设备修理服务业”“水的生产和供应业”“建筑业”“交通运输、仓储和邮政业”“批发、零售、住宿和餐饮业”以及“其他服务业”,绿色高质量发展水平较高。“纺织品业”“造纸印刷和文教体育用品业”两个部门的生态效率排名末位,均仅为0.10。从产业结构来看,第一和第三产业的绿色高质量发展水平较高,生态效率均值同为1.00;第二产业的绿色高质量发展水平较低,均值为0.45。

图4 各部门生产和消费视角下的生态效率值

(二)消费视角下的厦门市产业部门生态效率

在消费视角下,厦门市24个部门的生态效率均值为0.51(见图4)。其中,9个部门的生态效率值达到1.0,包括“农业”“食品和烟草业”“金属制品业”“通信设备、计算机和其他电子设备业”“金属制品、机械和设备修理服务业”“电力、热力的生产和供应业”“水的生产和供应业”“批发、零售、住宿和餐饮业”以及“其他服务业”。相反,“纺织品业”“造纸印刷和文教体育用品业”的生态效率最低,均仅为0.10。整体来看,第一产业的绿色高质量发展水平最高,生态效率为1.00;第三产业次之,均值为0.75;第二产业最低,均值为0.45。

(三)生产和消费视角下厦门市产业部门生态效率对比分析

24个部门在生产和消费视角下的生态效率评价结果比较如图5所示。其中,“农业”“食品和烟草业”“通信设备、计算机和其他电子设备业”“金属制品、机械和设备修理服务业”“水的生产和供应业”“批发、零售、住宿和餐饮业”以及“其他服务业”7个部门在两种视角下的生态效率均达到最优值1.00。

图5 生态效率的四象限

“纺织品业”“木材加工品和家具业”“造纸印刷和文教体育用品业”“非金属矿物制品业”和“仪器仪表业”5个工业部门在两种视角下的生态效率均低于0.15。这些部门普遍具备低产值、高能耗、高污染、劳动密集型等产业特征,如何谋求绿色高质量发展是其面临的巨大挑战。

“金属制品业”“电力、热力的生产和供应业”等部门在消费视角下的生态效率值显著优于生产视角。例如,“金属制品业”在生产和消费视角下的生态效率分别为0.11和1.00,“电力、热力的生产和供应业”分别为0.25和1.00。这些部门有大量隐含在中间产品或服务中的环境负荷调入其他部门,为其他部门的发展代为承担了一定的环境责任,因而仅在生产视角下评价其绿色高质量发展水平有失偏颇。

与此相反,“电气机械和器材业”“建筑业”“交通运输、仓储和邮政业”等部门在生产视角下的生态效率显著优于消费视角。例如,“建筑业”在生产视角下的生态效率达到1.00,而在消费视角下仅为0.20。究其原因,“电气机械和器材业”“建筑业”从其他部门调入较多的隐含碳、氨氮和氮氧化物排放。此外,“交通运输、仓储和邮政业”的碳和氮氧化物排放在生产视角下较高,但其氨氮排放在消费视角下较高。

进一步对两种视角下生态效率值差异较大的部门进行对比分析可以发现,在消费视角下生态效率更高的部门大多位于供应链上游,而在生产视角下生态效率更高的部门大多位于供应链下游。因而,对于为其他部门提供大量中间产品或服务,或从其他部门购买大量中间产品或服务的部门,传统的生产视角未考虑供应链上下游中间投入隐含的环境负荷,故还有必要从消费视角进行补充评价。

五、研究结论与政策建议

为从生态效率角度出发,在产业层面探讨城市高质量发展,本文将环境投入产出与数据包络分析相结合,以厦门市为案例开展实证研究,构建了一个基于生态效率的城市绿色高质量发展评价模型。研究发现:(1)总体来看,厦门市24个部门在生产和消费视角下的生态效率均值分别为0.54和0.51,分别有10个和9个部门的生态效率达到最优值。三大产业中,第一产业的生态效率最高,第二产业最低,第三产业在生产视角下的生态效率高于消费视角。(2)在产业部门环境负荷责任划分方面,“通信设备、计算机和其他电子设备业”在消费视角下的碳排放量和氮氧化物排放量最高,“农业”的氨氮排放量最高,占比高达51.8%。“电力、热力的生产和供应业”“农业”“交通运输、仓储和邮政业”分别是最大的隐含碳排放、氨氮排放和氮氧化物排放的调出部门,“食品和烟草业”则是最大的隐含氨氮排放的调入部门。(3)在产业部门生态效率评价方面,“农业”“通信设备、计算机和其他电子设备业”“批发、零售、住宿和餐饮业”等7个部门在生产和消费视角下的生态效率均达到最优值,“纺织品业”和“造纸印刷和文教体育用品业”在两种视角下的生态效率均居于24个部门的末位。“电力、热力的生产和供应业”“金属制品业”等处于供应链上游的部门在消费视角下的生态效率优于生产视角,“电气机械和器材业”“建筑业”等处于供应链下游的部门则相反。两种责任视角的结合有利于提供更为客观的评价方法,进而为产业部门的绿色高质量发展实践提供科学指导。

基于以上结论,本文提出如下政策建议:(1)统筹生产和消费视角,推进厦门市重点产业部门减污降碳。第一,助推生产视角下承担主要排放责任的部门加快形成绿色生产方式,发展节能减排技术,强化源头预防和源头治理,进一步完善碳排放权和排污权交易等市场化减排手段;第二,密切关注消费视角下承担主要排放责任的部门,将产业链环境负荷纳入评价体系,通过政策引导鼓励打造绿色产业链,倒逼上中下游部门同步实现减污降碳。(2)优化产业和能源结构,推动厦门市绿色高质量发展。第一,深入推进第二产业结构调整,重点扶持高新技术企业,对生态效率较低的工业部门,可引导企业重组、并购,推动其由能源和污染密集型向技术密集型转变;第二,大力发展生态效率高的现代服务业,继续稳步提升第三产业比重,使其成为推动厦门市绿色高质量发展的重要引擎;第三,加快开发潮汐能和波浪能等可再生能源,持续优化能源结构。