泛京津冀城市群生态环境与制造业升级的协调发展特征和影响机制研究

李业锦 申郑钰 闫欣雨 刘潇忆 田洪涛

(首都师范大学资源环境与旅游学院,北京 100048)

生态环境保护已成为我国推动经济高质量发展的重要力量和抓手,通过发挥生态环境的倒逼作用,成为推进经济结构的转型升级、新旧动能的接续转换,协同推动经济高质量发展和环境高水平保护的重要路径[1]。

国内外关于生态环境对制造业升级的研究集中在:(1)环境规制对制造业升级的影响。PORTER[2]最早提出了著名的“波特假说”,适当的环境规制会迫使企业创新,提高企业生产力,抵消环境保护的成本且提高企业的盈利能力。MURPHY等[3]发现,环境政策对技术创新产生影响,进而影响制造业发展。BRIDGE[4]发现,采铜业在发展过程中会面临一系列“生态矛盾”,导致铜矿开采行业盈利能力下降。国内学者宋雯彦等[5]利用省级面板数据分析发现,环境规制能推进产业结构升级,同时环境规制对制造业升级的影响也受制造业类型制约。徐敏燕等[6]基于“波特假说”,将制造业分成重度、中度和轻度污染产业,发现环境规制降低了重度污染产业的竞争力,提升了中度污染产业的竞争力,对轻度污染产业无影响。(2)资源环境约束对制造业升级同样有重要影响。CHANTEL等[7]认为,未来环境可通过资源约束制造业发展,应将更多精力放在技术进步的研究中。屠凤娜[8]研究发现,京津冀地区产业的发展受水、能源、土地资源约束。

文献梳理表明,国内关于制造业升级的研究较多,但测度其水平时学者们多从高端化和合理化角度反映其状况,缺少结合信息化、绿色化等方面的综合分析,因此本研究以泛京津冀城市群范围内共67个城市为研究对象,分别从生态环境“压力—状态—响应”三方面和制造业高端化、合理化、信息化、绿色化四维度建立指标体系,先通过耦合协调模型探究两者在整体上和空间上的协同发展类型,再利用地理探测器揭示生态环境对制造业升级的影响机制,对泛京津冀城市群制造业转型升级具有一定的借鉴意义和参考价值。

1 研究方法与数据

1.1 “压力—状态—响应”的生态环境质量评价体系构建

参考文献[9]至文献[11],基于“压力—状态—响应”三方面,从人口密度、人均工业废水排放量等方面选取二级指标,建立生态环境质量评价体系。选择层次分析法(AHP)确定指标权重(见表1),并用线性加权函数法计算综合得分。各指标中,X1、X2、X3、X5为污染控制因子,其余指标为环境质量因子。

表1 生态环境质量评价体系及其权重

1.2 四维度的制造业升级评价体系构建

参考文献[12]至文献[14],从高端化、合理化、信息化、绿色化四维度建立制造业升级评价体系。

其中,制造业高级度(G)计算见式(1)[15],值越大表明制造业高级度水平越高。制造业合理化指数(U)计算见式(2)[16],值越大说明产业结构越合理。

(1)

(2)

式中:i为产业序号,1、2、3分别表示制造业低、中、高技术产业;θi为产业i的产值占比向量与产业产值向量(由低层次到高层次产值排序组成向量)的夹角;Yi、Y分别为i产业从业人员数、从业人员总数;Li、L分别为i产业产值、总产值,万元。

同样选择AHP确定制造业升级评价体系[17-18]各指标权重(见表2),并用线性加权函数建立评价函数,得到制造业各要素得分和综合得分。

表2 制造业升级评价体系及其权重

1.3 耦合协调度模型

利用耦合协调度模型研究制造业升级与生态环境之间的协调发展关系。

耦合度(C)为制造业升级与生态环境之间的耦合程度,0≤C≤1,计算见式(3)。协调度(D)计算见式(4)。

(3)

(4)

式中:M、N分别为制造业升级指数、生态环境指数;k为调整系数,通常k=2;α、β分别为归因于M、N的贡献份额权重,假设制造业升级与生态环境同样重要,则α=β=0.5。

根据协调度、制造业升级指数和生态环境指数,将制造业升级与生态环境协调发展类型分为6个子类(严重失调、中度失调、轻度失调、勉强协调、中度协调、高度协调),每个子类又按照相对发展度分3种类型(制造业升级滞后、均衡发展、生态环境滞后)。

1.4 地理探测器

地理探测器是用于探测某种地理属性与其解释因子之间关系的空间分析模型。利用地理探测器中的因子探测和交互探测研究生态环境对制造业升级过程中各影响因子解释程度的大小以及变化。具体表达见公式(5)[19]:

(5)

1.5 研究数据和研究区范围

研究数据主要来源于2007-2017年的美国航空航天宇航局发布的全球PM2.5密度分布图,以获取PM2.5浓度数据;《中国工业企业数据库》的分行业产值、从业人员等制造业数据;《中国城市统计年鉴》、《北京市统计年鉴》、《天津市统计年鉴》、《河北经济年鉴》和《山东省统计年鉴》等的工业烟尘排放量、工业二氧化硫排放量等生态环境数据,对于缺失数据,通过统计公报、政府工作报告补齐。

研究区范围为泛京津冀城市群,具体包括核心层(北京市、天津市2个直辖市)、紧密层(河北省11个地级市)、辐射层(山西省、山东省、河南省、内蒙古自治区54个地级市/盟)共67个城市。

2 泛京津冀城市群制造业升级与生态环境协调发展关系

2.1 泛京津冀城市群制造业升级与生态环境的协调度分析

从整体上看,泛京津冀城市群制造业升级与生态环境协调度呈逐步上升趋势,中度协调为主要类型(见图1),没有失调类型城市。2007、2012、2017年中度协调城市分别有45、56、54个,泛京津冀城市群中度协调城市数量较多,说明城市群制造业升级与生态环境协调度较好。2007年有21个勉强协调城市,至2017年勉强协调城市全部升级为中度或高度协调城市,泛京津冀城市群协调度升高。制造业升级与生态环境之间的良性互动、相互促进可能与《大气污染防治行动计划》的推进、“绿水青山就是金山银山”等理论的实践使人们在发展经济的过程中越来越重视生态环境保护有关[20]。

图1 2007-2017年泛京津冀城市群制造业升级与生态环境协调度空间布局

从不同圈层看,泛京津冀城市群核心层、辐射层协调度升高,紧密层协调度降低,协调度呈现核心层>辐射层>紧密层。高度协调是协调度的最高类型,因此通过分析高度协调城市的数量变化,推测各圈层协调度发展情况。(1)核心层,2007年没有高度协调城市,2012年北京市制造业升级与生态环境协调度上升到高度协调,至2017年天津市也上升为高度协调城市,高度协调城市占比100.0%,协调度水平较高。(2)紧密层,2007年只有秦皇岛市为高度协调城市(占比9.09%),至2012年秦皇岛市下降到中度协调,高度协调城市数量减少至0个,协调度水平随时间推移有所下降。(3)辐射层,2007年没有高度协调城市,2012年高度协调城市有青岛市、烟台市等6个(占比11.11%),2017年高度协调城市达到11个(占比20.37%),高度协调城市数量不断增加,辐射层协调度逐渐上升。从不同圈层协调度发展变化特征可看出,泛京津冀城市群发展不协调问题较严重,针对紧密层协调度出现下降的情况,有关学者认为,紧密层需积极承接京津地区制造业,整合内部行政区域,以此实现自身制造业差异化、集聚化发展,促进本地区经济增长[21]。

2.2 泛京津冀城市群制造业升级与生态环境的相对发展度分析

从整体看,泛京津冀城市群制造业升级与生态环境均衡发展是主要类型,制造业升级滞后城市有逐渐增多的趋势(见图2)。2007年,泛京津冀城市群有26个生态环境滞后城市,39个均衡发展城市,2个制造业升级滞后城市,此时均衡发展占主导,但生态环境滞后城市数量也较多,生态环境对制造业升级的约束效应较强;2012年,有10个生态环境滞后城市,49个均衡发展城市,8个制造业升级滞后城市,均衡发展依然占主导;至2017年,有7个生态环境滞后城市,48个均衡发展城市,22个制造业升级滞后城市,此时均衡发展城市依旧占主导,但制造业升级滞后城市数量大幅增加,制造业升级对生态环境的胁迫效应增强。

图2 2007-2017年泛京津冀城市群制造业升级与生态环境相对发展度空间布局

从不同圈层看,泛京津冀城市群各圈层制造业升级与生态环境相对发展度存在不同变化趋势。核心层相对发展度由均衡发展转变为生态环境滞后,说明北京市、天津市生态环境治理的速度落后于制造业升级。北京市、天津市作为直辖市,城市发展实力雄厚,虽然国家出台了一系列措施治理生态环境污染,但两地人口众多、能源消耗量大,同时受气候、水源等约束,生态环境发展难以追上制造业升级。

紧密层的相对发展度类型既有均衡发展,也有制造业升级滞后、生态环境滞后。如沧州市相对发展度为生态环境滞后,而石家庄市作为省会城市发展优势突出,相对发展度类型始终为均衡发展;张家口市和承德市作为京津冀城市群水源涵养地,生态环境发展水平较高,相对发展度为制造业升级滞后。

辐射层中山东省、河南省、山西省相对发展度逐渐转向均衡发展,但内蒙古自治区逐渐由均衡发展转向制造业升级滞后,制造业升级迫在眉睫。2007年,内蒙古自治区制造业升级滞后城市仅有通辽市、呼伦贝尔市2个,2017年增加到7个,制造业发展存在层次低、规模小、竞争力弱、布局零散等问题[22],且区域内人口密度小、能耗水平低,生态环境发展较好,使得内蒙古自治区制造业发展远滞后于生态环境。

3 泛京津冀城市群生态环境对制造业升级的影响机制

3.1 生态环境对制造业升级综合水平影响机制分析

整体上,泛京津冀城市群生态环境对制造业升级的影响较强,能有效促进制造业升级。生态环境压力和状态指标对制造业升级影响总体显著,响应指标对制造业升级影响不显著(见表3),同时生态环境压力与状态指标的交互作用较强,能较好促进制造业转型升级。李治国等[23]认为,政府为保护生态环境、治理污染,会提高天然气等清洁能源使用率,逐渐淘汰重度污染型企业,倒逼制造业升级转型,在此得到印证。PM2.5浓度等污染控制因子、人均绿地面积等环境质量因子对制造业升级解释力较强,是推进制造业升级的主要因素。制造业的快速发展导致空气中PM2.5浓度较高,促使雾霾天气的形成,因此人们为治理空气污染,会采取措施限制高耗能、高污染型企业发展,迫使企业发展节能产业,进而倒逼制造业升级;2007年PM2.5浓度与人均绿地面积的因子交互作用解释力最强(0.55),2017年因子交互作用最强的是人口密度和人均绿地面积(0.55)。污染控制因子与环境质量因子共同作用更能刺激人们采取措施促进制造业升级。

表3 生态环境指标对制造业升级综合水平的解释力1)

3.2 生态环境对制造业高端化水平影响机制分析

绝大多数生态环境指标对制造业高端化影响显著(见表4),能有效促进制造业高端化发展。生态环境状态指标对制造业高端化影响最明显,同时生态环境压力与状态指标的交互作用随时间变化逐渐增强,表明人类活动造成的生态环境压力和当前的生态环境状态对制造业高端化的促进作用越来越强。谢波等[24]认为,对生态环境的保护能迫使行业技术进步和产业创新,进而促进制造业结构调整,提高制造业高端化水平,在此得到印证。污染控制因子PM2.5浓度以及人口密度、人均绿地面积等环境质量因子一直显著,是促使制造业高端化升级的主要因素,人均工业二氧化硫排放量等污染控制因子由2007年的显著变为2017年的不显著,说明近些年制造业高端化升级与污染控制因子关系较小;人口密度与人均绿地面积的因子交互作用解释力最高(0.40),有利于推动制造业高端化发展。

表4 生态环境指标对制造业高端化水平的解释力

3.3 生态环境对制造业合理化水平影响机制分析

在生态环境指标对制造业合理化水平的影响机理分析中,通过显著性检验的指标较少(见表5),表明生态环境指标对制造业合理化布局的促进作用尚未充分发挥。

表5 生态环境指标对制造业合理化水平的解释力

3.4 生态环境对制造业信息化水平影响机制分析

绝大多数生态环境指标对制造业信息化水平影响显著(见表6),能较好促进制造业信息化发展。生态环境压力、状态指标对制造业信息化影响较大,能较好促进制造业与信息技术结合;响应指标对制造业信息化影响较小,对制造业信息化作用不大。人均工业废水排放量等污染控制因子和人均绿地面积等环境质量因子始终显著,是制造业信息化的主要影响因素;多数因子交互作用的解释力随着时间变化趋于上升,说明因子间的共同作用更能推进制造业信息化进程,其中人均工业废水排放量与人均绿地面积的因子交互作用解释力最强(0.59),说明污染控制因子与环境质量因子相互作用有利于加快制造业信息化进程。

表6 生态环境指标对制造业信息化水平的解释力

3.5 生态环境对制造业绿色化水平影响机制分析

生态环境指标对制造业绿色化发展水平总体具有显著作用(见表7),且随时间变化作用效果大幅增强,表明生态环境的压迫、当前较差的环境状态以及社会对此做出的反应对制造业节能化、绿色化发展有极大的促进作用。张优智等[25]认为,环境规制对制造业绿色全要素生产率提升有积极作用,在此得到证明。2007年PM2.5浓度单因子的解释力最大,即PM2.5浓度的增加是制造业绿色化发展的主要推动力,且PM2.5浓度与生活污水处理率的因子交互作用最大(0.45),两者相互作用更能促进制造业节能化、绿色化发展。由于到2017年因子的解释力都有很大程度提高,单因子分析和交互分析意义不大,在此不再展开论述。

表7 生态环境指标对制造业绿色化的解释力

4 结 语

(1) 从整体上看,泛京津冀城市群制造业升级与生态环境协调度呈逐步上升趋势,中度协调为主要类型。不同圈层协调度呈现核心层>辐射层>紧密层,核心层协调度最高,辐射层协调度上升明显,紧密层协调度出现下降。

(2) 生态环境压力和状态指标对制造业升级影响总体显著,响应指标对制造业升级影响不显著,同时生态环境压力与状态指标的交互作用较强,能较好促进制造业转型升级。从因子分析看,PM2.5浓度等污染控制因子、人均绿地面积等环境质量因子对制造业升级解释力较强,是推进制造业升级的主要因素;从交互分析看,污染控制因子与环境质量因子的共同作用更能刺激人们采取措施促进制造业升级。

(3) 生态环境对制造业高端化、信息化、绿色化影响显著,对制造业合理化影响不大。

(4) 针对泛京津冀城市群的不同圈层,为促进其可持续发展提供一些对策建议:①核心层。北京市、天津市均为生态环境滞后型城市,因此在发展经济的同时,需着重解决生态质量问题。严格控制高污染、高耗能的制造业生产,使用清洁能源代替传统能源,提高能源利用率;全面保护森林、草原、湿地等生态资源,保障河湖生态流量,加强河流绿色生态治理;出台相关环境保护的政策,注重人与自然和谐相处的理念,使得生态效益水平的提高倒逼制造业转型升级。②紧密层。对于张家口市、承德市等制造业滞后型城市,首先要立足于钢铁、装备制造等传统产业,巩固提升现有优势,持续推进传统优势产业转型升级;同时着力培育壮大战略性新兴产业,加速布局发展未来产业。对于沧州市、廊坊市等生态环境滞后城市,要控制温室气体排放,做好碳达峰开篇布局,增强人们的环保意识,同时根据地方实际情况,做到生态环保工作的制度化。③辐射层。由于内蒙古自治区多为制造业滞后城市,在未来推动高质量发展的过程中,在立足当地环境保护的基础上,首先应积极培育绿色农畜产品加工产业集群和现代装备制造业产业集群,推动制造业高级化发展;其次通过加快完善信息基础设施、建设智慧园区等,推动制造业信息化升级;最后要严格控制“两高”行业规模,加快实施节能节水技术改造,促进制造业绿色化发展。

(5) 本研究以泛京津冀城市群67个城市为研究对象,研究生态环境水平、制造业升级水平,由于样本未涉及县域,精度不足,下一步应进一步扩展研究样本,深入探究分析。在研究生态环境和制造业升级过程中,由于数据搜取困难,对生态环境和制造业升级的理论分析可能会与实际存在些许不符,在接下来的研究中应扩大数据搜索范围,建立更完善的指标体系,以此衡量生态环境和制造业升级。