环境科学  2014, Vol. 35 Issue (8): 3212-3218   PDF    
引用本文
李名升, 周磊, 陈远航, 李茜, 张建辉. 经济结构调整的污染减排效应：以COD减排为例[J]. 环境科学, 2014, 35(8): 3212-3218.
LI Ming-sheng, ZHOU Lei, CHEN Yuan-hang, LI Qian, ZHANG Jian-hui. Effect of Economic Structure Adjustment on Pollution Emission: A Case Study of COD[J]. Environmental Science, 2014, 35(8): 3212-3218.
经济结构调整的污染减排效应：以COD减排为例
李名升, 周磊, 陈远航, 李茜, 张建辉     
中国环境监测总站, 北京 100012
收稿日期: 2013-11-29; 修订日期: 2014-04-11.
基金项目： 林业公益性行业科研专项（201304301）；国家自然科学基金项目（41371146）
作者简介：李名升（1981~），男，博士，高级工程师，主要研究方向为环境质量综合评价，E-mail：lims@cnemc.cn
通讯联系人,E-mail:zhangjh@cnemc.cn
摘要：经济结构调整是减少污染物排放的重要手段.为定量分析经济结构调整对污染减排的影响，将全国分为东部、 东北、 中部和西部4个子区域、 工业分为39个行业，以化学需氧量（COD）为例，通过构建模型分析区域结构和行业结构调整对总量减排和排放强度的影响.结果表明，2000~2010年：1中国COD排放量由1445×104 t降至1238×104 t，11 a间共排放14950×104 t.其中东部地区排放量最多，占总量的比重约为35.6%.2在工业COD排放量中，造纸及纸制品业排放量最大，占工业COD排放量的35.8%.3四大地区经济结构变化减少COD排放420×104 t，使COD排放强度降低1.29%.4工业内部行业结构的变化减少COD排放533×104 t，使COD排放强度降低3.1%.研究结果对指导中国经济结构调整、 实现节能减排目标具有一定的参考价值.
关键词： 经济结构     污染减排     化学需氧量     结构调整     排放强度    
Effect of Economic Structure Adjustment on Pollution Emission: A Case Study of COD
LI Ming-sheng, ZHOU Lei, CHEN Yuan-hang, LI Qian, ZHANG Jian-hui     
China National Environment Monitoring Center, Beijing 100012, China
Abstract: Economic structure adjustment is an important means to reduce the emissions of pollutants. For quantitative analysis of the effect of economic structure adjustment on the reduction of pollution emission, the country was divided into four sub-regions, eastern, northeastern, central and western, and the industry was divided into 39 sectors. Taking chemical oxygen demand (COD) as an example, the influences of regional structure and industry structure adjustment on total emission reduction and emission intensity were analyzed through building a model. The results showed that, in 2000-2010:1COD emissions in China were reduced from 1445×104 t to 1238×104 t, with a total emission of 14950×104 t in 11 years, among which the emissions from eastern area occupied the largest proportion, accounting for 35.6%. 2In the industrial COD emissions, emission from paper and paper products was the largest, accounting for 35.8% of the industrial COD emissions. 3 The economic structure changes in the four areas reduced the COD emissions by 420× 104 t, resulting in a decrease of 1.29% in COD emission intensity. 4Industrial internal structure changes reduced the COD emissions by 533× 104 t, leading to a decrease of 3.1% in COD emission intensity. The research results have certain reference value in guiding the Chinese economic structure adjustment and achieving the targets of energy-saving and emission reduction.
Key words: economic structure     pollution reduction     COD     structure adjustment     emission intensity    

经济发展、 污染排放与环境质量是相互影响、 密切相关的整体:经济发展将不可避免地产生各类污染物[1],污染物的过度排放是导致环境质量恶化的根本原因[2].在这个整体中,污染排放是联系经济发展与环境质量的纽带,控制污染排放一可改善环境质量,二可优化经济发展. 国内外学者对污染排放的研究领域较为宽广，分类来看主要有：污染排放自身规律(如空间分布与区域差异[3]、 污染转移[4]等)的研究、 污染排放与相关影响因素(如能源消耗[5]、 城镇化[6])的关系、 污染物总量控制(如总量控制分区[7]、 总量分配优化[8]等)研究、 污染减排研究等. 其中污染减排一直是研究热点和重点关注领域，主要开展的研究方向包括：①减排潜力. Park等[9]、 Cai等[10]运用情景分析法分别对未来一段时间韩国石油精炼行业的CO2减排潜力、 中国电力行业的CO2减排潜力，李名升等则对当前我国工业废水[11]和SO2[12]减排潜力进行分析，认为过去一段时间我国污染物减排潜力挖掘较好，但从长远来看通过技术进步减排潜力依然较大. ②协同减排. Chae[13]、 Thambiran等[14]等分析了不同地区温室气体与SO2、 NOx、 PM10等空气污染的协同减排效应; Takeshita[15]、 Doll等[16]则分析了不同行业的协同减排效应. ③减排驱动因素. Zhang等[17]、 Nishitani等[18]认为，经济结构调整对减排的作用短时间内表现不明显，对减排起主要作用的是技术进步，即单位产值污染物排放量的下降.

在政府层面,美国、 日本、 欧洲等都曾推出包含行业减排措施在内的总量控制政策,使环境污染得到不同程度控制[19].据统计,美国在1990～2010年SO2和NOx排放量分别降低67%和42%,与此同时,三次产业结构由2.1 ∶28 ∶69.9调整为1.2 ∶20 ∶78.8; 欧洲经济区32国酸雨污染物排放量在1990～2006年减少49%,其中能源工业对污染物减排的贡献达45%.我国在“十一五”期间提出SO2和COD两项污染物的减排政策,到“十二五”又增加氨氮和氮氧化物两项指标.根据环境保护部公告,工程减排、 结构减排和管理减排是我国主要污染物总量减排的三大手段[20].在三大减排手段中,工程减排的贡献可通过工程治理能力计算,而对结构减排贡献的研究较少,往往通过因素分解等方法[11,21]将结构调整、 技术进步和经济增长对污染减排的贡献揉合在一起分析.

本研究以COD为例,通过构建总量减排和强度减排模型,分析两种经济结构(区域结构和行业结构)变化对污染减排的影响.

1 材料与方法 1.1 结构调整对减排量的影响

一个经济系统是由若干子系统构成的,每个子系统对污染物的控制和治理技术不同,表现为系统污染物排放强度(单位增加值污染物排放量)有所差异.排放强度低的系统经济比重变大可抑制污染物排放,反之则会促进污染排放[11].结构减排量就是指在某一划分层次上由于各子系统比重变化而形成的减排量.

以整个中国经济系统作为研究对象,将其划分为东部、 东北、 中部、 西部4个子系统,则在这一层次上,结构因素是指区域经济结构的变化,形成的减排量可用如下公式表示[22,23]:

式中,t为计算目标年,GDPt为目标年全国GDP,ri为区域i的GDP占全国GDP的比重,p为全国单位GDP的污染物排放量,pi为i区域污染物排放强度.与国内外相关研究方法相比[11,24],该模型不必依赖于分解模型，可以完全独立地计算结构变化对污染减排的影响.

以工业作为研究对象,可将工业分为若干行业或部门.在这一层次上,结构因素就是量化工业内部各行业比重的变化对工业COD减排量的贡献.行业结构变化形成的减排量可参照式(1)进行计算,此时,式中GDP变更为全行业工业总产值,ri为行业增加值占全部工业增加值的比重,p为行业污染物排放强度.

1.2 结构调整对排放强度的影响

经济结构调整在影响污染物排放总量的同时对污染物排放强度也产生影响:当限制排放强度高的产业/区域发展使其产业比重降低时,整体经济的排放强度将下降; 而当排放强度低的产业/区域发展速度低于整体发展速度时,整体经济排放强度将上升.经济结构变化对整体经济排放强度的影响可用下式定量计算[25]:

式中,t为研究末期年份,t0为研究初期年份,G为研究对象的增加值(特别地,当研究对象为全国时,G=GDP),其余变量含义同式(1). 1.3 数据来源

本研究中全国及区域、 行业COD排放量数据来源于历年《中国环境年鉴》[26],工业增加值数据来源于历年《中国统计年鉴》[27]及国家统计局网站.为消除价格因素影响,工业增加值使用根据增加值指数计算的2000年不变价格工业增加值.

工业内部行业按《国民经济行业分类标准》(GB/T 4754-2002)中的工业两位数行业代码的39个行业分类. 2 COD排放量变化 2.1 排放总量

2000~2010年,中国COD排放量经历“下降-上升-下降”的变化过程(图 1). 2000年,COD排放量为1445×104 t,至2003年排放量降至1334×104 t,年均降低2.6%; 2004~2006年,随着钢铁、 有色金属冶炼、 黑色金属冶炼、 水泥等高污染行业固定资产投资的过快增长及随后产能的增加,COD排放量逐年升高至1428×104 t,年均升高2.3%; 2006年以后,在国家节能减排政策推动下,各地污染排放控制力度加大,大量工程减排措施开工,高污染行业的治理力度不断加大,准入门槛逐渐抬高,排放量出现逐年下降趋势,至2010年已降至1238×104 t.

图 1 2000~2010年中国COD排放量变化趋势 Fig. 1 COD emission in China from 2000 to 2010

分省区看,2000~2010年,广西、 广东COD排放量最多,排放量在1000×104 t以上,占全国排放总量的比重均为7.3%(图 2).西藏、 青海、 海南COD排放量在100×104 t以下.

2.2 排放结构

研究期内,东部地区COD排放量最多,占全国排放总量的比重约为35.6%,西部、 中部次之,东北地区最少(表 1).从变化趋势看,东部和东北地区排放比重有所下降,分别降低1.8和1.3个百分点; 中部和西部地区排放比重则分别上升1.7和1.4个百分点.

图 2 2000~2010年中国各省COD历年排放总量占全国排放总量的比重 Fig. 2 Province-specific ratio of COD emission in 2000-2010 中国台湾省、 香港、 澳门地区资料暂缺，下同

表 1 主要年份四大地区COD排放量占全国的比重 /%

Table 1 Contribution rate of COD emission in four regions to national emission in the main years/%

在工业COD排放量中,造纸及纸制品业排放量最大,11 a间排放量占全部工业COD排放量的35.8%.另有4个行业排放量占总排放量的比重超过5%,分别为农副食品加工业、 化学原料及化学制品制造业、 纺织业、 饮料制造业,排放比重分别为13.8%、 10.7%、 6.7%、 5.5%.39个行业中有10个行业年均排放量小于1×104 t,有24个行业排放量比重小于1%.从变化趋势看,有6个行业排放比重下降,其中造纸及纸制品业降幅最大,11 a间降低了17.8%,其余5个行业降幅均在1%以内; 化学原料及化学制品制造业、 纺织业、 煤炭开采和洗选业、 石油加工、 炼焦及核燃料加工业、 交通运输设备制造业等5个行业排放比重升高1%以上,分别升高5.1%、 2.8%、 2.0%、 1.4%、 1.1%.

3 经济结构调整对COD减排的影响 3.1 区域结构

2001~2010年,四大地区经济结构变化对COD减排的贡献为420×104 t,占相应年份COD排放总量的3.1%.从变化趋势看，2001~2007年区域结构减排量均为正值,结构调整有利于污染物减排,但减排量总体呈逐年下降趋势; 2007年以后,结构减排量均为负值,经济总量向污染物排放强度高的地区转移.分阶段看,“十一五”期间区域经济结构调整对污染减排的贡献为1149×104 t,“十二五”期间为-729×104 t(图 3).

图 3 2001~2010年区域结构减排量 Fig. 3 COD emission reduction of regional structure from 2001 to 2010

东部地区是我国经济最为发达的地区,研究期内经济总量占全国的54.6%.且东部地区经济系统污染物控制和治理技术较高,单位GDP的COD排放量分别是东北、 中部、 西部地区的57.0%、 49.6%、 40.0%.因此,东部地区经济比重的变化对区域结构减排具有重要意义. 2000~2007年,东部地区经济总量占全国的比重稳步上升,由53.5%提高至55.3%,东北、 中部、 西部地区比重均有所下降,表现在结构减排量上,2001~2007年区域结构减排量均为正值,有利于污染减排.但2007~2010年,东部地区经济比重降低1.1%,东北、 中部、 西部地区比重均有所提高,且污染控制技术最低的西部地区比重提高最多(提高0.6%,东北、 中部均提高0.25%),造成2008~2010年区域结构减排量均为负值,即单纯从污染控制看,2007年以来区域经济转移不利于污染减排.

为分析各区域经济比重变化对COD排放强度的影响,设置7种不同情景(表 2)进行对比分析.其中4种情景假设四大地区中某一地区经济比重的变化是平均挤占其他地区经济比重,另外针对西部地区经济比重提高的实际情况,重点设置了西部地区经济分别挤占东部、 东北、 西部3种情景.结果表明: 东部和西部地区经济比重的变化对COD排放强度的影响最大,两个地区经济比重变化1%将引起COD排放强度变化2%以上(情景1、 4),而东北、 中部地区变化1%仅导致COD排放强度变化0.2%左右(情景2、 3); 若西部地区经济比重的提高是挤占中部、 东北地区经济,则对COD排放强度的影响不大(情景5、 6); 2010年与2000年相比,东部地区经济比重提高较多,西部地区略有提高,中部、 东北均有降低,各地区经济比重的实际变化使COD排放强度下降1.29%.

3.2 行业结构

2001~2010年,部分行业年度间经济结构的变化导致年度间行业结构减排量没有出现规律性变化趋势,结构减排量正负交替出现,但总减排量为正,数值为533×104 t,占相应年份COD排放总量的3.6%.分阶段看,“十一五”和“十二五”期间行业结构调整均有利于COD减排,减排贡献分别为150.6×104 t和382.2×104 t(图 4).

表 2 区域经济结构变化对COD排放强度的影响 Table 2 Effect of regional structure adjustment on COD emission intensity

图 4 2001~2010年行业结构减排量 Fig. 4 COD emission reduction of industry

structure from 2001 to 2010

造纸及纸制品业COD排放量占全部工业COD排放量的1/3左右,但其工业产值占全部工业产值的比重仅为1.6%左右,COD排放强度是全部工业COD排放强度的23倍左右.研究期内,造纸行业工业产值比重由1.64%降至1.49%,COD排放强度下降87.5%,使得造纸行业10 a中COD减排1017×104 t,是结构减排量最大的行业.煤炭开采和洗选业、 化学纤维制造业、 通用设备制造业、 饮料制造业、 有色金属冶炼及压延加工业、 交通运输设备制造业结构减排量也均在500×104 t以上.农副食品加工行业COD排放强度仅次于造纸行业,为全部工业COD排放强度的3.8倍.研究期内,农副食品加工行业的增加值比重由3.4%升至4.2%,且排放强度下降速度低于全部行业平均下降速度,故该行业结构减排量为-1258×104 t.电力与热力的生产和供应业、 烟草制品业、 通信设备、 计算机及其他电子设备制造业、 化学原料及化学制品制造业结构减排量在-300×104 t以上(图 5).

图 5 各行业2001~2010年行业结构调整减排总量 Fig. 5 Industry-specific COD emission reduction in 2001-2010 图中行业1~39分别指农副食品加工业,电力、 热力的生产和供应业,烟草制品业,通信设备、 计算机及其他电子设备制造业,化学原料及化学制品制造业,石油和天然气开采业,有色金属矿采选业,纺织服装、 鞋、 帽制造业,石油加工、 炼焦及核燃料加工业,印刷业和记录媒介的复制,皮革、 毛皮、 羽毛(绒)及其制品业,文教体育用品制造业,水的生产和供应业,橡胶制品业,燃气生产和供应业,工艺品及其他制造业,其他采矿业,非金属矿物制品业,非金属矿采选业,食品制造业,塑料制品业,废弃资源和废旧材料回收加工业,仪器仪表及文化、 办公用机械制造业,木材加工及木、 竹、 藤、 棕、 草制品业,家具制造业,金属制品业,医药制造业,黑色金属矿采选业,纺织业,专用设备制造业,电气机械及器材制造业,黑色金属冶炼及压延加工业,煤炭开采和洗选业,化学纤维制造业,通用设备制造业,饮料制造业,有色金属冶炼及压延加工业,交通运输设备制造业,造纸及纸制品业

工业内部39个行业对COD排放强度的情景分析较为复杂,为便于分析,本文将现行的39种行业分类又划分为5个大类,具体行业分类见表 3.

制造业和轻工业是对COD排放最有影响的大类行业.因此重点分析这两类行业变化情况平均挤占其他4大类行业和仅挤占某一行业的情景.由此共设置10种不同情景(表 4)分析各行业经济比重变化对COD排放强度的影响.结果表明: 工业内部经济占比最高(占比38.7%~46.8%)的制造业比重的提升有利于实现污染物减排(情景1~5),但若制造业比重的提升是挤占采掘业或水电气的生产供 应业,则对降低COD排放强度的影响不大(情景2、 5); COD排放最多的轻工业比重降低也有利于COD减排(情景6~10),且由于轻工业较高的排放

表 3 工业行业分类表 Table 3 Classification of industrial sectors

表 4 行业结构变化对COD排放强度的影响 Table 4 Effect of industry structure adjustment on COD emission intensity

强度,无论其挤占何种行业的经济比重,轻工业经济比重降低1%,COD排放强度降低幅度均超过0.4%; 2010年与2000年相比,制造业占工业的比重大幅提高8.1%,其他行业均有所降低,其中轻工业比重降低较多,使得COD排放强度降低3.1%.

4 结论

(1)2000~2010年,中国COD排放量经历了“下降-上升-下降”的变化过程,排放量由1445×104 t降至1238×104 t,年均降低2.6%.但在2004~2006年,高污染行业固定资产投资的过快增长导致COD排放量出现短时间增长.

(2)东部地区COD排放量最多,占全国排放总量的比重约为35.6%,但11 a中排放量比重有所下降,降低1.8个百分点.

(3)在工业COD排放量中,造纸及纸制品业是最大的排放来源,11 a中排放量占全部工业COD排放量的35.8%,但在研究期内其排放比重由44.5%降低至26.8%.其他排放量较大的行业有:农副食品加工业、 化学原料及化学制品制造业、 纺织业、 饮料制造业,排放比重占工业排放量的13.8%、 10.7%、 6.7%、 5.5%.

(4)2001~2010年,四大地区经济结构变化和工业内部行业结构的变化分别减少COD排放420×104 t和533×104 t,占相应年份COD排放总量的3.1%和3.6%.分阶段看,“十一五”期间区域结构和行业结构调整均有利于COD减排,但“十二五”期间区域经济转移不利于污染减排.

(5)东部地区经济比重的提高有利于降低COD排放强度,其余三大地区比重提高均不利于污染减排.研究期内,各地区经济比重的变化使COD排放强度降低1.29%.

(6)制造业比重的提高有利于降低COD排放强度,但若其比重的提升是挤占采掘业或水电气的生产供应业,则对降低COD排放强度的影响不大; 轻工业比重的降低也有利于降低COD排放强度,且影响较为明显.研究期内,各行业比重的变化使COD排放强度降低3.1%.

(7)若单纯考虑降低污染物排放量,近年来经济总量向中西部地区转移并不利于总量减排,但减小区域经济差异是当前我国经济政策的重要内容.在经济转移的过程中,中西部地区必须提高技术水平、 减少污染物排放才能在一定程度上降低经济差距缩小所带来的负面影响.

(8)造纸行业COD排放量占全部工业COD排放量的1/3以上，但排放强度是全部工业COD排放强度的23倍左右. 控制该行业COD排放总量对于全国COD减排具有重要意义.

参考文献
[1] 周生贤. 中国特色环境保护新道路的哲学思考[J]. 环境科学研究, 2009, 22 (6): Ⅰ-Ⅳ.
[2] 李名升, 任晓霞, 周磊, 等. 中国大气SO2污染与排放的空间分离分析[J]. 环境科学学报, 2013, 33 (4): 1150-1157.
[3] 龚健健, 沈可挺. 中国高耗能产业及其环境污染的区域分布——基于省际动态面板数据的分析 [J]. 数量经济技术经济研究, 2011, 28 (2): 20-36, 51.
[4] Kearsley A, Riddel M. A further inquiry into the Pollution Haven Hypothesis and the Environmental Kuznets Curve [J]. Ecological Economics, 2010, 69 (4): 905-919.
[5] 李新琪, 徐涛, 康宏. 新疆电力结构调整对SO2污染物排放总量的影响[J]. 中国环境监测, 2008, 24 (2): 69-74.
[6] 王会, 王奇. 中国城镇化与环境污染排放: 基于投入产出的分析[J]. 中国人口科学, 2011, 31 (5): 57-66.
[7] 付意成, 魏传江, 储立民, 等. 浑太河流域水质达标控制方法研究[J]. 中国环境监测, 2012, 28 (2): 70-76.
[8] Zhu H, Huang G H, Guo P, et al. A fuzzy robust nonlinear programming model for stream water quality management [J]. Water Resources Management, 2009, 23 (14): 2913-2940.
[9] Park S, Lee S, Jeong S J, et al. Assessment of CO2 emissions and its reduction potential in the Korean petroleum refining industry using energy-environment models [J]. Energy, 2010, 35 (6): 2419-2429.
[10] Cai W J, Wang C, Chen J N. Revisiting CO2 mitigation potential and costs in China's electricity sector [J]. Energy Policy, 2010, 38 (8): 4209-4213.
[11] 李名升, 佟连军, 仇方道. 工业废水排放变化的因素分解与减排效果[J]. 环境科学, 2009, 30 (3): 707-712.
[12] 李名升, 张建辉, 罗海江, 等. 中国二氧化硫减排分析及减排潜力[J]. 地理科学, 2011, 31 (9): 1065-1071.
[13] Chae Y. Co-benefit analysis of an air quality management plan and greenhouse gas reduction strategies in the Seoul metropolitan area [J]. Environmental Science & Policy, 2010, 13 (3): 205-216.
[14] Thambiran T, Diab R D. Air quality and climate change co-benefits for the industrial sector in Durban, South Africa [J]. Energy Policy, 2011, 39 (10): 6658-6666.
[15] Takeshita T. Assessing the co-benefits of CO2 mitigation on air pollutants emissions from road vehicles [J]. Applied Energy, 2012, 97 (1): 225-237.
[16] Doll C N H, Balaban O. A methodology for evaluating environmental co-benefits in the transport sector: application to the Delhi Metro [J]. Journal of Cleaner Production, 2013, 58 (1): 61-73.
[17] Zhang M, Mu H, Ning Y, et al. Decomposition of energy-related CO2 emission over 1991-2006 in China [J]. Ecological Economics, 2009, 68 (7): 2122-2128.
[18] Nishitani K, Kaneko S, Fujii H, et al. Effects of the reduction of pollution emissions on the economic performance of firms: an empirical analysis focusing on demand and productivity [J]. Journal of Cleaner Production, 2011, 19 (17-18): 1956-1964.
[19] 冯金鹏, 吴洪寿, 赵帆. 水环境污染总量控制回顾、 现状及发展探讨[J]. 南水北调与水利科技, 2004, 2 (1): 45-47.
[20] 环境保护部. 中国环境状况公报2009[R]. 北京: 环境保护部. 2010.
[21] 成艾华. 技术进步、 结构调整与中国工业减排——基于环境效应分解模型的分析[J]. 中国人口·资源与环境, 2011, 21 (3): 41-47.
[22] 熊华文. 基于单位GDP能耗的节能潜力分析方法与实证研究[J]. 中国能源, 2011, 33 (4): 21-25.
[23] 陈诗一. 节能减排、 结构调整与工业发展方式转变研究[M]. 北京: 北京大学出版社, 2011.
[24] Sun J W. Changes in energy consumption and energy intensity: a complete decomposition model[J]. Energy Economics, 1998, 20 (1): 85-100.
[25] 齐晔. 中国低碳发展报告(2011-2012)[M]. 北京: 社会科学文献出版社, 2011.
[26] 中国环境年鉴编辑委员会. 中国环境年鉴[M]. 北京: 中国环境年鉴社, 2001-2011.
[27] 国家统计局. 中国统计年鉴[M]. 北京: 中国统计出版社, 2001-2011.