基于环境技术的省际环境管制成本研究

摘要：环境管制的成本问题一直是理论和现实中讨论的热点问题，由于传统的度量方法需要污染定价和治理成本等信息，所以环境管制成本的估计一直没有很好的开展。而科学衡量管制成本对经济的影响是环境政策制定、产业结构调整和绿色GDP核算的重要依据。本文利用最近建立在考虑环境污染基础上的环境生产函数和环境方向性距离函数对省际环境管制成本进行分析，不但揭示了环境管制成本存在与否及成本大小问题，而且还就方向性距离函数和环境生产函数的估计结果进行比较分析，最后给出了相应经济学的解释。通过对比发现有环境规制情况下，依靠方向性距离函数估计的技术非效率项小于依靠环境生产函数估计的技术非效率项，多数省份都存在环境管制的成本，2009年全国的环境管制成本在两种情况下分别达到1.410 058万亿和0.062 103万亿。

关键词环境管制成本；环境生产函数；方向性距离函数

中图分类号C812

文献标识码A

文章编号1002-2104（2013）06-0111-06doi：10.3969/j.issn.1002-2104.2013.06.016

改革开放以来，我国经济增长迅速，按照可比价格计算年均增长速度达到9%以上；但是，在经济取得巨大成就的同时，我们也注意到中国经济增长的质量不容乐观；长期以来，中国经济形成了一种低质量、低效益、低就业、高能耗和高污染排放的增长模式[1]。环境污染导致的高污染治理成本，使转变增长模式的内部诉求和控制温室气体排放的大势所趋，促使中国提出了量化的碳减排指标[2]，那么控制碳减排对实体经济的影响关系到成本问题，所以研究碳排放的成本大小，一个方面向世界证明履行承诺中国经济付出的代价，另一个方面也为未来经济发展提供结构调整的现实依据。所以控制二氧化碳排放对经济是否有负面影响以及这种负面影响的大小正是本文关注的主要问题。

1文献综述

自从20世纪70年代开始，源于对美国当时生产率下降的解释，人们逐渐对环境管制政策进行了大量关注。很多理论认为环境管制政策导致企业将本来可以用于生产的投入配置到污染治理活动中，当面临环境管制的时候，生产单位治理污染投入的成本应该包含在测算全要素生产率的投入中；而传统的测度方法仅仅用期望产出或“好”产出的增长率减去所有投入的贡献，非期望产出或“坏”产出的下降并没有被考虑，所以传统全要素生产率的测度方法会使生产率增长出现高估[3]。在实证研究领域，国外学者们对环境管制下的成本进行了大量的研究，但是并没有得出一致的结论。Sancho等[4]使用效率指数对西班牙木制品和家具制造企业在环境规制下的产出和生产效率进行了实证分析，发现环境规制对产出和生产效率都有负的影响。Boyd等[5]利用方向性距离函数对美国玻璃器皿行业的环境管制成本进行了估计，发现环境的管制成本是普遍存在的。Fre等[6]在考虑环境有规制和无规制下，应用环境生产函数和方向性距离函数两种方法，利用美国1995年的92家煤炭发电厂数据对环境管制的成本进行了估计，发现有些企业存在环境规制成本，有些企业不受规制的影响。同样，Domazlicky 和 Weber[7]利用方向性距离函数计算了环境管制所导致的“好”产出的损失指数，结论是环境管制成本在有些企业存在。

由于传统的环境管制成本度量方法需要污染定价和治理成本等信息，国内对环境管制成本进行研究的文献并不多，且应用的技术主要是回归技术。高鹏飞等[8]利用二次多项式模型拟合碳减排边际成本曲线，并对未来碳减排的情景进行了模拟。黄德春和刘志彪[9]通过在Robert模型中引入技术系数，分析了环境规制对企业生产的影响，结果表明，环境规制在给企业带来直接费用的同时，也会激发一定程度的技术创新，部分或全部地抵消这些成本，认为环境规制可以同时减少污染和提高生产效率。王兵和王丽[10]以及叶祥松和彭良燕[11]应用Domazlicky和 Weber[7]构造的环境损失指数方法测算了中国各地区的管制成本，发现大多数省份存在环境管制的成本；陈诗一[2]同样用的也是方向性距离函数对我国工业行业的管制成本进行了分析，得出的结论是有些行业存在管制成本，有些行业不存在，但总的环境管制成本很高。

从上面的文献可以看出，国外利用环境生产函数和环境方向性距离函数对环境管制成本进行了大量的研究，但是很少有对中国环境管制成本的研究。国内的研究大都集中在比较环境变量引入模型后新的全要素生产率与传统的未引入环境变量的全要素生产率之间的差别。很少有文献利用环境生产函数和环境方向性距离函数专门对中国二氧化碳的规制成本问题进行研究，而且在方向性向量的选择时候通常是以原有数据为基础，这使得不同省份间在估计成本时，可比性比较差；本文所做的工作就是在引进能源投入的基础上，利用相同的方向性向量对不同省份环境管制成本进行研究，并比较了利用环境生产函数和方向性距离函数估计成本的差异以及给出差异的经济学解释。

李小胜等：基于环境技术的省际环境管制成本研究

中国人口·资源与环境2013年第6期

2研究方法

2.1环境生产技术

为了估计环境管制的成本，要构造一个既包括“坏”产出（b），又包括“好”产出（y）的生产可能性集合，Fre等将这种生产可能性集合称为环境技术，通常环境技术为了定义良好还要求满足3个基本条件，即零结合性、联合弱可处置性、投入要素x和y“好”产出是强可处置[6]。

2.2环境生产函数和方向性距离函数

为了将环境技术模型化环境生产函数，我们只考虑一种期望产出，即假设y∈R1+，有k=1，…，K个省份的投入和产出数据，我们可以将环境生产函数定义为F（x，b）=max{y：（y，b）∈P（x）}，在考虑非期望产出管制下对于具体的某个地区k′，其环境生产函数为：

这个函数可求解有一种期望产出、J种非期望产出和N种投入情况下的最大产出问题，这里zk（k=1，…，K）是权重变量，且没有约束，是一个规模报酬不变的生产函数形式。函数中的等式约束表示非期望产出是弱（有环境规制）可处置的。对于各省的产出为了满足零结合性，通常假设还满足下列两个条件：

前一个条件表示每一个省至少生产一种期望产出，后一个条件表示每一种非期望产出至少有一个省生产。环境生产函数对于非期望产出的处理是弱可处置的，给定投入和污染物b，以期望产出的实际产量与前沿产量之间的差距来衡量技术非效率的大小。环境生产函数的不足之处，在于不能保持期望产出增加的同时，减少非期望产出的要求。所以环境生产函数的方法经常会招致批评，因为公众的愿望往往是既要求经济快速增长，又要求污染排放减少。为了将这样的生产过程模型化，常需要引入方向性距离函数的概念 [12]。

方向性距离函数是将产出（期望和非期望）与投入结合，是传统Shephard距离函数更一般化的形式[6]，方向性距离函数通过设定了一个方向向量g=（gy，-gb） ，对于选定的方向性向量g，方向性距离函数可以最大限度的增加“好”产出、减少非期望产出。将方向性向量带入产出距离函数中而得到方向性距离函数：0（x，y，b；gy，-gb）=sup{β：（y+βgy，b-βgb）∈p（x）}，β代表按照方向向量g=（gy，-gb）所能达到的 “好”产出增加、“坏”产出减少的最大比例。如果0（x，y，b；gy，-gb）=0，表明该生产过程已位于前沿面上，是技术有效的；若0（x，y，b；gy，-gb）>0，说明生产过程是非技术有效的，有进一步改进的空间。根据 “坏”产出表现出技术上的强弱可处置性，方向性距离函数表现出不同的形式。强可处置性技术是指不受严格的环境规制影响的技术，即“好”产出和“坏”产出都是自由可处置的（增加和减少都是可以自由决定的）。弱可处置性技术是指在严格的环境管制下的技术， “好”产出的增加和“坏”产出的减少是有严格要求的，可以用以下公式严格环境管制下的方向性距离函数：

2.3环境规制的成本

Fre等认为环境规制的成本可以理解为考虑环境规制和不考虑环境规制下期望产出的差异表示，即为了减少非期望产出和增加环境治理活动，往往要以牺牲一定的期望产出为代价，本文的环境管制成本正是从这个意义上定义的。环境规制的成本可以由环境生产函数和环境方向性距离函数分别来估计。为了估计环境规制的成本，要引入环境非规制的技术，环境非规制的技术是指期望产出和非期望产出都是可自由处置的，在非期望产出可以自由处置下环境生产函数可以用式（3）表示：

式（3）和式（4）中的符号意义与式（1）和式（2）是相同的，不同在于约束条件中，非期望产出约束的符号不同。各省份期望产出可以扩张的最大程度在“弱可处置”下扩张的比例将低于在“自由处置”假定下产出可以扩张的程度，即FU（xk′；bk′）≥F（xk′；bk′）。那么由于环境污染治理而损失的期望产出为：

PAC就是环境管制的成本，即由于非期望产出的不可自由处置导致的损失。利用方向性距离函数计算的环境管制成本可以用下式表示：

PAC表示利用方向性距离函数估计的环境管制成本，本文就是利用PAC和PAC来研究各个省份环境管制成本是否存在及大小，并比较了PAC和PAC估计结果。

3数据的来源和处理

为了对上述的模型进行实证，我们需要资本存量、劳动、能源投入和二氧化碳排放的数据。对于资本存量，我们采用张军等（2004）[13]使用的永续盘存法，以1952年为基期测算了大陆28个省区市2009年的资本存量，永续盘存法可以用Kit=Kit-1（1-δit）+Iit表示，其中i表示省、区、市，t表示年份，K指资本存量，δ是折旧率，I表示可比价新增固定资产投资。劳动投入本文用各地区的就业人员数来衡量，具体用相邻年份就业人员数的平均值作为本年的就业人员数。各地区能源消费数据直接采用《中国能源统计年鉴》提供的分地区能源消费总量数据。各地区的期望产出用各地区生产总值表示，为了保持价格一致，地区生产总值用各地区1952年为基期的居民消费价格指数平减。中国政府部门没有提供二氧化碳排放量的直接统计数据，很多机构提供了该数据，但中国政府都没有认可。目前学术研究都是通过能源消费量乘以该种能源的二氧化碳排放系数求得。转化过程可以用下式表示：∑ni=1CO2i=∑ni=1Ei×CFi×CCi×COFi×（44/12），其中，n表示某省份消费的能源种类数， Ei为第i种能源消费量。CFi为第i种能源的平均发热量，CCi表示第i种能源的单位发热量的含碳量。COFi表示第i种能源的氧化水平，二氧化碳分子质量是44，碳元素质量为12。平均发热量数据来自《中国能源统计年鉴》，单位热值含碳量和碳氧化率来源于《省级温室气体清单编制指南》，从而可以求得各种能源的二氧化碳排放量。由于，自治区、海南省能源消费数据缺失比较多，另外我们将重庆市与四川省合在一起研究，所以本文用到的数据是中国大陆28个省市的投入产出数据。

4实证分析

由于本文只研究单一期望产出和非期望产出，通过方向性距离函数来研究成本大小时，我们设置方向性向量为gy=1，gb=-1，那么方向性距离函数中的β，在这里其实就是生产点离前沿产出的实际数据大小，即技术非效率，如果每个省份都按照这个距离来表示技术非效率项的大小，那么就可以利用这些距离对各个地区进行成本分析和排名，距离越大说明考虑环境管制下的技术效率越差，离前沿面越远，反之说明技术效率高，离前沿面近本文实证用的软件是GAMS23.3，感谢美国环境保护委员会Carl A.Pasurka教授提供的程序帮助。。

首先，我们利用环境生产函数式（1）计算规制下的最大期望产出和式（3）计算无规制下的最大期望产出，再将其减去实际观察到的期望产出数据，这就表示了技术的非效率大小。表1中第（1）列表示是按照1952年不变价观测到的实际期望产出数据，表1中的第（2）列是在无环境规制下，利用环境生产函数估计的最大期望产出减去实际期望产出数据后的结果，表1中第（3）列是按照有管制下的环境生产函数估计的最大期望产出减去实际期望产出数据后的结果，最后利用式（5）将第（2）列减去第（3）列，得到利用环境生产函数估计的规制成本数据，为表中第（4）列。同样我们可以利用环境方向性距离函数式（4）得到无规制下的技术非效率项和式（2）得到规制下的技术非效率项，分别为表1中的第（5）列和第（6）列，将第（5）列或第（6）列加上实际观察到的期望产出，就是利用方向性距离函数得到的各自最大期望产出数据。将表中的第（5）列和第（6）列相减得到表1中第（7）列，表明方向性距离函数估计的环境管制成本的大小。

其次，从表1中的估计结果第（2）、（3）、（5）、（6）列，我们可以看到技术非效率项在很多省份都不为0，这表明无论是利用环境生产函数还是环境方向性距离函数的估计，技术非效率项（离前沿面有一定的距离）也即环境的管制成本是普遍存在的。

最后，从表1中的估计结果第（3）、（6）列，我们可以看到在有环境规制情况下，依靠方向性距离函数估计的技术非效率项小于依靠环境生产函数估计的技术非效率项，这是因为方向性距离函数要求在以最大限度的增加“好”产出同时、减少“坏”产出和投入，这样就导致生产点扩展

的比例不会太大，而环境生产函数其实是在给定投入和非期望产出情况下向前沿面扩展的大小，要求满足的条件少些，所以数值要大一些。但是在非规制下依赖环境方向性距离估计的技术非效率项大于依靠环境生产函数估计的技术非效率项，这表明在没有环境管制时构造的前沿面下，生产单位在方向性距离函数下比在环境生产函数情况下离前沿面的距离更远。综合上述的技术非效率项的大小情况，我们从表中的结果也能看出各个省份依赖环境生产函数估计的成本PAC小于相应省份的PAC，即表1中的第（7）列大于第（4）列，这主要是由于有环境规制情况下的方向性距离函数估计的技术非效率项小于环境生产函数估计的非效率项；而无环境规制下的方向性距离函数非效率项大于环境生产函数估计的非效率项，根据成本的计算公式我们自然得到PAC大于相应省份的PAC。利用表1中的技术非效率项数据，我们可以看到PAC除了辽宁、上海、安徽、福建和广东不存在，其他省份都存在环境管制的成本，而PAC只有在北京、黑龙江、湖南、四川、青海几个省份存在，其他省份都不存在管制的成本。通过本文的分析表明环境管制的成本在方向性距离函数的计算下，国内多数地区都是存在的，且有的地方环境管制的成本非常高，而通过环境生产函数进行估计的环境管制的成本在国内多数省份都是不存在，这主要是环境生产函数不要求在保持期望产出增加的同时，减少非期望产出，要求没有方向性距离函数严格。

从基于方向性距离函数估计环境管制成本PAC结果的地域分布来看，环境管制成本主要集中在中部腹地，典型的地区是四川、湖南、广西、山西、河南、河北、陕西、甘肃、贵州和山东等地区，这些地区是我国的主要工业基地之一，环境管制成本较高。这表明在承担较大环境管制代价的同时，这几个地区今后要加大结构调整的力度，转变增长方式，走低碳发展之路，实现经济、资源环境的友好发展。这也从另一个侧面反映了中国政府在环境治理方面付出的代价是很大的，表现出一个负责任的大国形象，也证明了邱东和陈梦根[14]关于中国不应在资源消耗问题上过于自责的论断。成本研究的还有一个重要结论是发达地区，如上海、江苏、广东等地的管制成本并不高或者为0，对这一现象的解释很可能是这些地方多年前就对环境有着一定的要求，所以产业结构的合理性比其它的地区好，处在构造的前沿面上，有环境管制和无环境管制对其成本影响不是很大。

5结论与讨论

本文利用建立在环境技术下的环境生产函数和环境方向性距离函数方法，研究了考虑能源投入情况下二氧化碳排放的管制成本问题，通过研究发现我国多数省份存在着环境管制的成本，这表明要履行减排承诺，又要保持经济的增长，中国经济会承担着较大的代价；同时，通过成本的估计可以为那些管制成本高的省份，在淘汰落后产能、整合优势资源、加快产业升级方面都提供了改革的依据。

从上面的分析可以看出利用环境生产技术研究环境管制成本有很多优势。首先，不需要环境治理的成本和污染定价信息，相应的治理成本被理解为减少非期望产出而导致期望产出的减少数量；其次，通过实际调研测算成本由于生产过程改变带来污染减少时，成本估计有很大的困难性，建立包含“好”的和“坏”产出的联合生产模型可以避免这一问题。最后，多个企业或地区共同的治理活动，会很方便的通过“好”产出和“坏”产出的联合生产来反映，因为模型在优化过程中同时考虑了这些因素。但是Fre等指出在规制的环境效率研究中，只有每个地区（或企业）从事环境治理活动时，利用这种数据来构造效率前沿面，才能与非规制情况下前沿具有可比性。这个对于我们的省际数据是不会存在这个问题，因为每个省都会有环境治理活动，否则估计成本的时候会是一个有偏的结果。用技术非效率的大小来代表环境管制的成本大小不但与函数形式的选择有关，而且与方向性距离的设置有很大的关系，不同的设置会有不同的结果。国内外在方向性距离的设置中，主要采用三种方法：第一种是方向性向量在期望产出和非期望产出现有基础上按比例性增减；第二种是期望产出和非期望产出设置为由1构成的向量，不同的决策单元都以这个方向性向量进行效率计算；第三种是方向性向量在考虑经济意义和环境治理目标的基础上设置，通常是在原有数据基础上设置为期望产出和非期望产出一定倍数。第一种和第三种由于以原有数据为基础比例扩张，会有数量级的问题，使得不同省份间在估计成本时，可比性较差；第二种由于采用相同的向量，有利于不同省份间的比较，且得到的离前沿面距离大小直接能表示管制成本，所以本文采用第二种方法。总的来看，环境成本估计为向世界证明履行承诺中国经济付出的代价，也为个省份未来经济发展提供结构调整的现实依据。但是数据包络分析的不足远未为绿色GDP核算提供完善的境界。

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