林寿富 林若云

(福建师范大学 经济学院，福建 福州 350007)

近年来，我国产业集聚发展迅速，形成了大大小小的产业集聚区，如长三角产业集聚区、珠三角产业集聚区、京津冀产业集聚区等，且集聚程度不断提高。产业集聚有助于促进产业内和产业间的绿色合作与交流，有助于公共治污设施建设和能源利用效率的提高。但同时，产业集聚也可能会加重环境污染，刘鉴强[1]210-226编写的中国环境报告中提到，三大重点产业集聚区的环境污染情况，除了长三角产业集聚区中舟山的污染物全部达标外，其他集聚区均未达标。此外，产业集聚还会引发创新效应，根据“波特假说”，技术创新是影响环境污染的因素之一，这就意味着技术创新可能会在产业集聚和环境污染之间起到重要作用。那么，产业集聚对环境污染的作用机制与路径是什么? 技术创新在产业集聚对环境污染影响过程中发挥怎样的作用?

为了更深入地研究产业集聚对环境污染的影响，学者们从多个角度进行了广泛的探讨，由于指标选取、样本选择和实证方法的不同，所得结论并不一致。王磊、王琰琰等[2]72-77、 Liu S X,Zhu YM等[3]2327-2334认为，随着集聚水平的提高，产业集聚的规模扩张和外部溢出效应会加重环境污染，但周锐波、石思文[4]30-33则认为一定区域内的产业集聚有助于减少环境污染，原因是产业内和产业间的知识溢出会促进环保技术的提升，进而减少环境污染。随着研究的不断深入，越来越多的学者倾向于认为产业集聚与环境污染的关系存在复杂性，如Zhu Y M,Xia Y[5]1010-1026发现产业集聚对环境污染的影响作用呈先上升后下降的倒“U”型结构，而造成研究结论不一致的原因可能是异质性产业集聚对环境污染的作用机制不同。因此，一些学者对产业集聚的模式进行了细分，如刘宁宁[6]区分了专业化产业集聚与多样化产业集聚，发现制造业专业化集聚对环境污染的影响呈N型曲线，而多样化集聚对环境污染则产生更为复杂的非线性影响；
原毅军和谢荣辉[7]18-28发现专业化集聚与环境污染呈“U”型关系，而多样化集聚由于存在多个门限值，与环境污染的关系更为复杂，但未考虑技术创新的影响作用。

此外，现有研究表明产业集聚对技术创新的影响作用有正效应和负效应两种。杨浩昌、李廉水[8]212-219发现高新产业集聚有利于促进技术创新，并且集聚对中西部地区的影响小于东部地区。但王丽丽[9]26-34研究了产业集聚与全要素生产率的关系后，发现产业集聚水平过高会阻碍技术创新发展。刘军、李廉水[10]191-198认为总体上产业集聚有助于技术创新，但多数资源依赖型产业的集聚对区域创新具有负效应。陶爱萍、查发强[11]82-89认为产业集聚和技术创新存在先上升后下降的倒“U”型关系，而造成研究结论不一致的原因可能是异质性产业集聚对技术创新的作用机制存在差异。吴玉鸣[12]168-175研究发现专业化集聚对技术创新具有正向影响，但多样化集聚对技术创新作用较弱。

还有少数学者将产业集聚、技术创新与环境污染三者结合起来进行研究，如杨仁发[13]23-29研究发现，产业集聚对环境污染的影响具有显著的门限特征，科技创新在一定程度上改善了中国环境污染。原毅军和谢荣辉[14]1340-1347发现技术创新会影响产业集聚和环境污染之间的拐点值。李粉、孙祥栋[15]1-7发现，从长期来看，产业集聚对环境污染的解释力度比技术创新对环境污染的解释力度低，但都没有考虑产业集聚的异质性。

综上所述，已有研究多集中于产业集聚对环境污染的直接影响效应，而对产业集聚、技术创新与环境污染的研究三者之间的内在关系、作用路径和传导机制的研究还有待拓展，同时也没有考虑产业集聚的异质性。鉴于此，本文构建了产业集聚、技术创新与环境污染的内在机理模型，从理论上分析三者的内在作用关系，在此基础上运用2008—2018年中国30个省份(西藏、港澳台除外)的面板数据，建立中介效应模型实证分析异质性产业集聚对环境污染的影响效应和传导机制。本文的创新主要体现在两个方面：(1)将产业集聚、技术创新与环境污染联系起来考虑，探讨三者之间的内在作用机理，对于完善相关理论和提出合理的政策建议提供研究思路。(2)将产业集聚划分为专业化产业集聚和多样化产业集聚，更加全面细致地检验异质性产业集聚对技术创新和环境污染影响的差异。

2.1 内在机理分析

2.1.1 专业化产业集聚对环境污染的影响

专业化产业集聚是指大量同一类型的企业集聚，作用于产业内部，通过集聚效应、规模经济效应、优化产业结构效应和拥挤效应影响环境污染。首先，集聚效应。同质化产业集聚会引起产能扩张和能源消费需求的增加，导致环境污染加重。其次，规模经济效应。产业集聚会导致垂直化分工合作，进而形成规模经济效应，降低研发成本。同时，环保基础设施的共享和污染物的循环利用也将形成污染治理的规模效应，降低治污成本，从而减少环境污染。再次，优化产业结构效应。同类型的产业集聚会给集聚区企业带来巨大的竞争压力，会淘汰高消耗、高污染、高排放的企业，留下有竞争力的绿色企业，优化产业结构，从而减少环境污染。最后，拥挤效应。过于单一的专业化集聚区会缺乏有效管理与引导，导致粗放式资源集中和同质化集聚现象，进而产生过度拥挤现象，导致企业之间相互抄袭、低价竞争、过剩供给等问题，不利于减少环境污染[16]71-80，据此提出假设：

H1：专业化产业集聚对环境污染的影响是非线性的

除了直接影响之外，专业化产业集聚还通过知识溢出效应、成本节约效应、垄断市场效应、挤占效应对技术创新产生影响，进而对环境污染产生间接影响，存在中介效应。首先，知识溢出效应。专业化产业集聚导致同质行业集中，加快知识的溢出，形成协同创新效应，进而提高创新效率。其次，成本节约效应。集聚区域内同一类型的企业可以共享基础设施和人力资源，降低成本，提高技术创新投入，进而提高技术创新水平。[17]318-337再次，垄断市场效应。专业化集聚为企业提供了市场势力，形成一定的垄断市场，而垄断市场带来的超额利润会激励企业进行创新，强化技术壁垒，阻止竞争者进入市场。[18]8-19最后，挤占效应。专业化产业集聚使得知识溢出速度加快，模仿其他企业的成本下降，企业为规避自主研发投入的不确定性而会不断减少科研投入，通过模仿获取有用的技术和知识，最终产业集聚区会出现模仿驱逐创新的“柠檬现象”，集聚区内的技术创新受到阻碍。同时，根据“波特假说”，技术创新有利于减少环境污染，具有良好的节能减排效果，不同学者用不同的方式衡量环境污染和技术创新并进行实证检验，大多数结果均表明技术创新能够减少环境污染，如王鹏和谢丽文[19]51-58以工业“三废”综合利用产品产值来衡量环境污染，发现企业技术创新有助于减少环境污染。李力和洪雪飞[20]65-72发现技术创新能优化产业结构并减少能源消耗，从而减少环境污染。据此提出以下假设：

H2：技术创新在专业化产业集聚对环境污染的影响过程中具有显著的中介效应

2.1.2 多样化产业集聚对技术创新的影响

多样化产业集聚是指不同类型的企业集聚在同一区域，通常作用于产业之间，通过产业链效应、风险分散效应和拥挤效应直接影响环境污染。首先，产业链效应。多样化产业集聚会使相关联产业形成完整的产业链，集群内不同类型企业间的联系会更加密切，在产业链中实现了废弃物的循环利用，促使节能减排目标的实现，减少环境污染。[21]185-190其次，风险分散效应。多样化产业集聚有助于企业通过产业转移来减小风险，保持集群稳定增长，从而使各种成本费用降低、资源利用效率提高，进而减少环境污染。最后，拥挤效应。多样化产业集聚发展到一定程度后会产生拥挤效应，导致土地资源等要素的紧缺，一旦超过该地区的环境承载力，那么将增加产业集聚的负外部性，促使污染物排放量增加。[22]347-358据此提出以下假设：

H3：多样化产业集聚对环境污染的影响是非线性的

多样化产业集聚通过知识溢出效应、技术互补效应、挤占效应对技术创新产生影响，进而对环境污染产生间接影响，存在中介效应。首先，知识溢出效应。多样化产业集聚使得不同产业之间交流合作，形成互补性和多样性的知识溢出，提高了企业的研发效率，促进技术创新发展。[23]1367-1387其次，技术互补效应。在多样化集聚区域，多种类型的行业部门聚集，多个企业拥有不同的技术，增强了企业之间交流、模仿的可能性，有利于实现技术的互补，加快技术创新发展。此外，多样化集聚降低了企业搜索和获取互补性资源的成本，为企业获取利润提供保障，也为企业进一步创新提供了充足的资金来源。[24]141-161最后，挤占效应。当产业集聚超过最优规模时，集聚区内要素资源的非生产性消耗不断增加，直接增加了企业的生产成本和研发成本，在很大程度上抑制了集聚区的技术创新。同时，技术创新对环境污染具有显著影响，也存在间接影响作用。据此提出以下假设：

H4：技术创新在专业化产业集聚对环境污染的影响过程中具有显著的中介效应

综上所述，产业集聚对环境污染和技术创新产生直接影响，同时又通过技术创新对环境污染产生间接影响，而技术创新在此过程中可能存在中介效应。具体来说，专业化产业集聚通过集聚效应、规模经济效应、优化产业结构效应和拥挤效应直接影响环境污染，同时通过知识溢出效应、成本节约效应、垄断市场效应、挤占效应影响技术创新，间接影响环境污染；
多样化产业集聚通过产业链效应、风险分散效应和拥挤效应直接影响环境污染，同时通过知识溢出效应、技术互补效应、挤占效应影响技术创新，间接影响环境污染。具体内在机理如图1和图2所示。

2.2 中介效应模型构建

标准的中介效应模型见式(a)至(c)式：

Y=cX+e1

(a)

M=aX+e2

(b)

Y=c′X+bM+e3

(c)

其中，解释变量X通过中介变量M对被解释变量Y产生间接影响。模型检验步骤如下：检验式(a)中解释变量X对被解释变量Y影响系数c的显著性，如果c显著，则按照存在中介效应立论，但无论c是否显著，都要进行后续检验；
检验式(b)中解释变量X对中介变量M的影响系数a的显著性，以及式(c)中中介变量M对被解释变量Y的影响系数b的显著性，如果二者都显著则表明间接效应显著；
检验式(c)中系数c′的显著性，如果显著则存在部分中介效应，否则存在完全中介效应。

图1 专业化产业集聚、技术创新与环境污染的内在机理模型

图2 多样化产业集聚、技术创新与环境污染的内在机理模型

根据上述内在机理模型，参考Baron& Kenny[25]1173-1182的逐步回归法，建立中介效应模型实证研究产业集聚对环境污染的作用路径和传导机制，见(1)至(3)式：

lnEPLit=α0+α1lnIALit+α2lnIALit2+α3lnISLit+α4lnERIit+α5lnECSit

+α6lnSCAit+α7lnEDLit+ui+εit

(1)

lnTILit=β0+β1lnIALit+β2lnIALit2+β3lnEDLit+β4lnIPIit+β5lnIFIit

+β6lnTMAit+ui+δit

(2)

lnEPLit=γ0+γ1lnIALit+γ2lnIALit2+γ3lnTILit+γ4lnISLit+γ5lnERIit

+γ6lnECSit+γ7lnSCAit+γ8lnEDLit+ui+vit

(3)

(1)至(3)式中，α0、β0、γ0为常数项，i为省份(i=1，2，…，30)，t表示时间，ui代表个体固定效应，ε、δ和ν为误差项。lnEPL为取对数后的环境污染水平(EPL)，用每万人工业二氧化硫排放量(ESO2)来衡量。lnIAL是核心解释变量，为取对数后的产业集聚水平，在分析时分别用专业化产业集聚水平(MAR)和多样化产业集聚水平(JAC)衡量，进一步引入产业集聚的平方项(IAL2)，考察产业集聚对环境污染的非线性关系。lnTIL为取对数后的技术创新水平，用每万人工业专利授权数衡量。

2.3 变量选择与数据来源

表1列出了各变量描述及数据来源。由于工业二氧化硫排放在污染物排放中占比最高，现有文献大多用工业二氧化硫排放量来衡量环境污染水平，本文也采用工业二氧化硫排放量来代表环境污染。产业集聚水平是核心解释变量，通常可分为专业化产业集聚和多样化产业集聚两种模式，分别用相对专业化集聚指数(MAR)和相对多样化集聚指数(JAC)来表示。借鉴于斌斌[26]89-123的测度方法，具体计算方法见(4)、(5)式:

(4)

(5)

其中，Sij是i地区j产业(j=1，2，3)的工业总产值占i地区工业总产值的比重，Sj是j产业的工业总产值占全国工业总产值的比重。基于数据的可得性和完整性，本文利用2008—2018年我国30个省份(西藏、港澳台除外)21个制造业的数据，分别测算了相对专业化集聚指数(MAR)和相对多样化集聚指数(JAC)。由于《中国工业统计年鉴》只公布到2012年分行业工业总产值数据，因此2012年以后用工业销售产值代替工业总产值。

表1 变量描述和数据来源

(1)式和(3)式中的控制变量包括经济发展水平(EDL)、产业结构水平(ISL)、环境规制强度(ERI)、能源消费结构(ECS)以及产业投资水平(SCA)。其中，经济发展水平(EDL)是影响环境污染的一个重要因素，本文采用人均地区生产总值对其进行衡量。产业结构水平(ISL)也可能显著影响环境污染水平，本文采用第二产业增加值占地区生产总值的比重来衡量。环境规制强度对环境污染治理和绿色技术进步有直接影响[27]34-42，本文选用工业污染治理投资额占地区生产总值比重来衡量环境规制程度(ERI)。随着我国城镇化和工业化进程的加快，能源消耗也在不断增长，而我国以煤为主的能源消费结构对环境污染造成很大的压力，本文采用煤炭消费量占工业能源消费总量比重来衡量能源消费结构(ECS)。产业投资水平(SCA)直接影响各个产业的生产，进而对环境污染产生重要影响，本文用每万人工业固定资产投资净值来对其进行衡量。

(2)式中控制变量包括经济发展水平(EDL)、创新人员投入(IPI)、创新资金投入(IFI)、技术市场活跃度(TMA)。Lin S,Xiao L等[28]123326研究发现经济发展水平、创新人员投入、创新资金投入、技术市场活跃度均对技术创新水平有显著的正向影响。因此，本文将它们引入模型作为控制变量，分别用人均地区生产总值、R&D人员全时当量、R&D经费支出占地区生产总值比重、人均技术市场成交额进行衡量。

各变量数据来源见表1。为了消除异方差性，对各个变量进行对数化处理，相关系数矩阵和描述性统计见表2。

表2 相关系数矩阵和描述性统计

续表2：

根据上述中介效应模型得出的专业化集聚的中介效应回归结果见表3，多样化集聚的中介效应回归结果见表4，核心解释变量分别为专业化集聚水平(MAR)与多样化集聚水平(JAC)。

表3 专业化集聚的中介模型回归结果

表4 多样化集聚的中介模型回归结果

3.1 专业化产业集聚的影响效应

由表3可知，一次项专业化产业集聚(MAR)对技术创新(TIL)的影响系数(即式(2)中的β1)为0.740，而其平方项(MAR2)的系数(即式(2)中的β2)为-0.184，可见专业化产业集聚对技术创新的影响呈倒“U”型关系，其拐点为7.46，即当专业化产业集聚水平较低时，知识溢出效应、成本节约效应和垄断市场效应发挥主要作用，有助于技术创新发展；
但当产业集聚水平达到一定规模时，挤占效应发挥主要作用，则抑制了技术创新继续发展。式(3)中γ1(即MAR的系数)为0.683，γ3(即TIL的系数)为-0.337，由此可见，技术创新在专业化产业集聚对环境污染的影响中存在部分中介效应，也就是说产业集聚会通过技术创新对环境污染产生间接影响。其中，专业化集聚对环境污染的直接效应为0.683，而间接效应的大小通过中介效应值β1×γ3/(β1×γ3+γ1)测算可得为27%，即产业集聚对环境污染的部分影响作用是通过技术创新实现的，证明了假设H2中介效应成立。

综合来看，专业化产业集聚对环境污染的影响呈先上升后下降的倒“U”型关系，证明了假设H1影响作用是非线性的。专业化产业集聚水平的影响系数显著为正(0.683)，而其平方项的系数为负(-0.155)，拐点值为9.05。上述结果符合预期，这是由于专业化集聚较低时，同质企业的集聚效应占主导地位，导致产能扩张和能源需求量增大，从而加重了环境污染；
随着集聚水平的提高，规模经济效应和优化产业结构效应占主导地位，集聚区内共享污染治理设施，治污成本下降，减少了高污染、高排放企业，最后减少了环境污染。

其他控制变量也对环境污染造成了重要影响。地区经济发展水平(EDL)的影响系数显著为正，表明经济增长仍然会造成环境质量恶化。产业结构水平(ISL，用第二产业增加值占比衡量)的系数显著为正，表明第二产业的不断发展加重了环境污染。环境规制强度(ERI)对于环境污染的影响也显著为正，与预期不符，原因是环境规制强度与环境污染具有双向作用，即环境规制强度越强的地区往往环境污染越严重。能源消费结构(ECS，用煤炭消费量占比衡量)也对环境污染有正向作用，煤炭等化石燃料在中国能源消费中占较大比例。产业投资水平(SCA)对环境污染有负向影响，原因是产业投资水平的提高会形成规模效应和节约效应，减少污染物排放。

3.2 多样化产业集聚的影响效应

由表4可知，一次项多样化产业集聚(JAC)对技术创新(TIL)的影响系数为负(-0.446)但不显著，而其平方项(JAC2)的系数显著为0.472，即多样化产业集聚会促进技术创新，原因是互补产业间逐渐频繁的交流和技术合作使得知识溢出，促进了技术创新。(3)式中γ1为0.412但不显著，而γ2为0.613且显著，γ3为-0.199且显著。由此可见，在多样化产业集聚突破门槛值前，多样化产业集聚对环境污染的影响不显著，而在多样化产业集聚突破门槛值后，技术创新在多样化产业集聚对环境污染的影响中存在部分中介效应，也就是说产业集聚会通过技术创新对环境污染产生间接影响，证明假设H4的中介效应成立。

总体来看，多样化产业集聚水平(JAC)的影响系数为正(0.412)但不显著，而其平方项(JAC2)的系数显著为负(-0.613)，说明在产业集聚水平突破门槛值后，多样化产业集聚会减少环境污染。多样化产业集聚对环境污染的影响效应是线性的，假设H3不成立。在多样化产业集聚水平较低时，各类型企业发展水平较低，没有形成集聚效应，各种效应不显著，说明其对环境污染影响不显著。在产业集聚水平突破门槛值后，知识溢出效应、产业链效应和风险分散效应占主导作用，而拥挤效应较弱，从而改善了环境污染。这与专业化集聚的结论不同，原因是二者对于环境污染的作用机制不同，专业化集聚作用于产业内部，通过规模经济效应、优化产业结构效应、拥挤效应等对环境污染有正向和负向两种影响作用，而多样化集聚作用于产业间，通过产业链效应、风险分散效应、拥挤效应等影响环境污染。

为了检验研究结论的稳健性，本文采用两种方式进行检验：第一，替换被解释变量环境污染水平的衡量指标，用单位地区生产总值工业二氧化硫排放量(SDR)来衡量环境污染水平。第二，对解释变量和控制变量滞后一期处理，以控制内生性影响，稳健性检验见表5。结果显示：专业化集聚对环境污染水平的影响呈倒“U”型，多样化集聚对环境污染水平的影响呈负向影响，各模型回归系数的方向和大小与上文相差不大，说明本文的研究结果具有稳健性。

表5 稳健性检验

续表5：

本文选取2008—2018年中国30个省的数据，基于技术创新的中介效应检验，从理论和实证层面深入分析了异质性产业集聚对环境污染的作用路径和传导机制。此外，本文还进行了稳健性检验，进一步论证了本文的结果。研究表明：

(1)专业化产业集聚通过技术创新对环境污染产生间接影响，即技术创新存在中介效应。而专业化产业集聚对环境污染的影响呈倒“U”型，即当集聚水平低于拐点值时，集聚效应占主导作用，产业集聚加重了环境污染；
当集聚水平高于拐点值时，规模经济效应和优化产业结构效应占主导地位，产业集聚有助于改善环境污染。

(2)多样化产业集聚，当产业集聚水平突破门槛值后，通过技术创新对环境污染产生间接影响。而多样化产业集聚与环境污染之间的关系呈线性，产业集聚水平突破门槛值后具有环境正外部性，原因是产业链效应和风险分散效应占主导作用，而拥挤效应较弱。

上述研究结论为决策者制定合理的产业集聚政策、促进技术创新、有效降低环境污染水平提供了有益的参考。第一，加快专业化产业集聚，引导产业布局，集中同类型企业，建立产业集聚区，发挥专业化集聚的正外部性，特别关注中小企业集聚，我国中小企业数量众多并且质量参差不齐，通过政策引导发挥集聚优势和减排作用。第二，推动多样化产业集聚发展，采取产业政策扩大多样化产业集聚规模，突破门槛后发挥正外部性，减少环境污染，真正实现绿色经济发展。第三，实施创新战略，推进技术创新发展，重视产业内和产业间的知识溢出，并且利用技术创新在产业集聚与环境污染之间的中介作用，突破多样化和专业化产业集聚的发展瓶颈，加快突破“拐点”，加大对企业科技创新资金的财政补贴和政策倾斜，改变现有劳动密集和低端加工的发展模式，实现产业技术进步和绿色经济发展。

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