王 琰

(南開大學(xué) 周恩來政府管理學(xué)院,天津 300350)

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多維度城市化對空氣質(zhì)量的影響:基于中國城市數(shù)據(jù)的實證檢驗

王 琰

(南開大學(xué) 周恩來政府管理學(xué)院,天津 300350)

1978年以來,我國城鎮(zhèn)化水平保持較高的增速,目前超過一半以上人口居住在城鎮(zhèn)。研究者對城市化帶來的環(huán)境影響持有不同的看法,政治經(jīng)濟學(xué)范式強調(diào)城市增長邏輯對資源的消耗和對環(huán)境的破壞,生態(tài)現(xiàn)代化理論關(guān)注城市化過程中培育出的生態(tài)理性,認(rèn)為只有發(fā)展才能解決環(huán)境問題。在兩個理論框架下,本文以空氣質(zhì)量為切入點,分析了人口和土地兩個維度的城市化對細(xì)顆粒物(PM2.5)、可吸入顆粒物(PM10)、二氧化氮(NO2)、二氧化硫(SO2)以及空氣質(zhì)量達標(biāo)天數(shù)的作用。發(fā)現(xiàn)在中等城市化水平的地區(qū)空氣污染水平最高,在城市化水平較低和較高的兩端污染水平最低。此外,相比人口城市化,土地城市化對空氣質(zhì)量的影響更大。研究結(jié)果為生態(tài)現(xiàn)代化理論提供了支持,城市化實質(zhì)上體現(xiàn)了社會發(fā)展的現(xiàn)代化進程,空氣污染等環(huán)境問題的減輕是多個層次的行動者在平衡經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護的過程中共同努力的結(jié)果。

人口城市化;土地城市化;空氣質(zhì)量;生態(tài)現(xiàn)代化;環(huán)境庫茲涅茨曲線

一、問題的提出

今天,人類正在經(jīng)歷著一場前所未有的城市化進程。城市化提高了生產(chǎn)效率和生活水平,但人口大規(guī)模集聚帶來的資源消耗和環(huán)境污染也給生態(tài)環(huán)境造成了巨大壓力,嚴(yán)重威脅人類的生存和發(fā)展。以細(xì)顆粒物(PM2.5)等污染物為代表的空氣質(zhì)量問題為例,2015年監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示,全國338個地級以上城市只有73個城市環(huán)境空氣質(zhì)量達標(biāo),265個城市空氣質(zhì)量超標(biāo),占78.4%,其中,超標(biāo)天數(shù)中細(xì)顆粒物(PM2.5)和可吸入顆粒物(PM10)為首要污染物的天數(shù)分別占到超標(biāo)天數(shù)的66.8%和15.0%,二氧化氮(NO2)和二氧化硫(SO2)為首要污染的天數(shù)分別占到0.5%和0.5%[1]。

在我國,平衡城鎮(zhèn)發(fā)展和環(huán)境保護一直是黨和政府的工作重點之一。2013年,李克強總理提出要推進以人為核心的新型城鎮(zhèn)化。2014年,《國家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃》正式發(fā)布,提出要“走以人為本、四化同步、優(yōu)化布局、生態(tài)文明、文化傳承的中國特色新型城鎮(zhèn)化道路”,生態(tài)文明理念全面融入新型城鎮(zhèn)化建設(shè)。2016年2月,習(xí)近平總書記強調(diào)要堅持以創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的發(fā)展理念為引領(lǐng),促進中國特色新型城鎮(zhèn)化持續(xù)健康發(fā)展。

城市化和空氣質(zhì)量之間的關(guān)系也引發(fā)了學(xué)界興趣,但研究者在城市化的具體影響上存在爭議。政治經(jīng)濟學(xué)范式下,研究者認(rèn)為由于城市化與資本擴張邏輯的一致性,城市發(fā)展將導(dǎo)致資源消耗和環(huán)境污染,因此城市化與空氣質(zhì)量之間存在負(fù)向線性關(guān)系。生態(tài)現(xiàn)代化理論的支持者則認(rèn)為城市化不僅僅意味著經(jīng)濟發(fā)展,同時還蘊含著社會結(jié)構(gòu)的分化、科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新、環(huán)境治理思路和手段的進步等現(xiàn)代化過程,因此城市化和空氣污染將呈現(xiàn)環(huán)境庫茲涅茨曲線關(guān)系,即中等城市化水平時空氣污染物濃度最高,兩端相對較輕。

在已有研究基礎(chǔ)上,本文希望在以下五個方面推動對相關(guān)問題的理解。首先,在政治經(jīng)濟學(xué)和生態(tài)現(xiàn)代化的理論框架下,綜合考慮城市化可能導(dǎo)致空氣污染的內(nèi)在社會機制和社會主體之間的博弈過程,理解不同范式下導(dǎo)致環(huán)境問題的主要矛盾及其解決方式,對兩個理論進行實證檢驗。其次,在控制相關(guān)重要變量的基礎(chǔ)上,對我國城市層次的城市化發(fā)展與空氣質(zhì)量的關(guān)系進行系統(tǒng)檢驗。囿于數(shù)據(jù)原因,目前大多數(shù)研究集中在省份層次[2-4]、省會城市[5-6]或某一地區(qū)的部分城市[7],針對全國范圍更細(xì)化地理空間的研究相對不足?？紤]到我國不同城市之間在經(jīng)濟發(fā)展、自然資源、社會文化等方面的巨大差異,在較為粗略的地理范圍內(nèi)考察城市化與空氣污染的關(guān)系可能導(dǎo)致結(jié)論出現(xiàn)以偏概全的情況。再次,從人口和土地兩個維度探究城市化對空氣質(zhì)量的影響。傳統(tǒng)上對城市化的定義偏重于人口從農(nóng)村到城市的流動,雖然目前研究較為有限,但是有研究者提出土地利用方式的轉(zhuǎn)變也是城市化的重要特征[8-10]。相比于人口流動,土地利用方式轉(zhuǎn)變作用于土壤、植被、地表水、地下水等多種環(huán)境要素,對城市環(huán)境的調(diào)節(jié)、凈化、循環(huán)等生態(tài)過程均產(chǎn)生基礎(chǔ)性作用,直接影響了城市空氣質(zhì)量。第四,本研究全面分析了PM2.5、PM10、SO2、NO2四類重點監(jiān)測空氣污染物的年平均濃度和達標(biāo)天數(shù),既有對空氣質(zhì)量的正面綜合考察,也有對重點污染物的細(xì)節(jié)分析。最后,鑒于空氣污染在地理空間上的流動性,相鄰城市之間可能存在較強的相關(guān)性,因此本文引入空間滯后模型對數(shù)據(jù)進行更為科學(xué)的建模。

二、文獻回顧與理論假設(shè)

(一)政治經(jīng)濟學(xué)范式:城市擴張與環(huán)境污染

在政治經(jīng)濟學(xué)范式影響下,部分環(huán)境社會學(xué)家關(guān)注城市化過程中的經(jīng)濟政治因素對自然的影響,強調(diào)人類活動與自然環(huán)境的不兼容性。

1970年代后期,研究者系統(tǒng)地發(fā)展了生產(chǎn)跑步機理論[11-13],認(rèn)為早期的馬爾薩斯主義、消費主義、技術(shù)決定論等理論大多只看到引發(fā)環(huán)境問題的表面原因,沒有深入挖掘這些現(xiàn)象背后的社會根源。秉承新馬克思主義,生產(chǎn)跑步機理論強調(diào)環(huán)境危機的根本原因在于資本主義發(fā)展模式,對利潤最大化的追求推動生產(chǎn)者無限制地擴大生產(chǎn)規(guī)模、提升生產(chǎn)效率,從自然中攫取資源(withdrawals)和排出廢棄物(additions)。這種模式所推崇的增長邏輯逐漸從生產(chǎn)部門擴散到全社會,深刻地影響了政治經(jīng)濟和文化體制。政府需要通過支持經(jīng)濟生產(chǎn)擴大財政收入,勞動者為了降低失業(yè)風(fēng)險也要寄希望于經(jīng)濟的持續(xù)增長,因此國家、市場和社會中的主要行動者均卷入到這一過程中,形成推動經(jīng)濟發(fā)展的共同體。在這種經(jīng)濟模式下,城市擴張作為經(jīng)濟發(fā)展的必然后果,和環(huán)境保護是不可協(xié)調(diào)的。

在閱讀總結(jié)馬克思相關(guān)論述的基礎(chǔ)上,Foster[14-15]進一步總結(jié)出城市代謝失衡理論(Metabolic Rift Theory),更加明確地將城市化作為研究社會和自然關(guān)系的核心概念,強調(diào)城市化過程帶來的人與自然關(guān)系的異化。除了對人口向城市遷移過程的關(guān)注,Foster也看到城市化過程中土地利用方式轉(zhuǎn)變帶來的環(huán)境問題。該理論認(rèn)為,在鄉(xiāng)村生活方式下,人類產(chǎn)生的有機廢棄物可以循環(huán)利用提升土壤肥力,人和土地之間形成完整的代謝閉環(huán)。城市化導(dǎo)致的城市和鄉(xiāng)村的隔離促進了工業(yè)和農(nóng)業(yè)的專業(yè)化和大規(guī)模發(fā)展,但同時也帶來了對工人和土地的雙重剝奪。城市土地利用方式割裂了人和土地的有機連結(jié):人類加工使用了更多的資源,但產(chǎn)生的廢棄物卻無法返回到土地重新利用,而是以焚燒填埋等人工方式處理,對空氣、水和土壤造成污染,打破了原有的平衡狀態(tài)。此外,人地關(guān)系的代謝失衡使得土地肥力喪失,為了增加農(nóng)作物產(chǎn)量,勞動者不得不大量施加化學(xué)肥料,而化肥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展又會帶來更多的環(huán)境污染問題。同時由于化肥元素配比和使用不當(dāng)?shù)葐栴},這種在短期內(nèi)會提升產(chǎn)量的人工干預(yù)方式又從根本上破壞了土地肥力,造成惡性循環(huán)。

雖然每個理論的切入點不同,但秉承政治經(jīng)濟學(xué)范式的研究者普遍認(rèn)為城市化與環(huán)境質(zhì)量之間存在線性的負(fù)相關(guān)關(guān)系,具體到空氣問題上,即城市化的快速發(fā)展將造成空氣質(zhì)量的惡化。例如,有學(xué)者發(fā)現(xiàn)城市人口的增加可能帶來了PM2.5濃度的上升[16]。Shao等研究者[17]分析了城市群擴張對空氣污染物的影響,認(rèn)為空氣中污染顆粒濃度的提升與城市群擴張過程存在比較明顯的同步效應(yīng)。根據(jù)政治經(jīng)濟學(xué)的理論框架,受到城市增長邏輯推動,城市化過程意味著更多的資源和能源消耗,人地關(guān)系失衡,人們在生產(chǎn)和生活中排放出更多的污染物,這些都會加劇空氣質(zhì)量的惡化,因此,本研究的第一個研究假設(shè)為:

假設(shè)1: 城市化與空氣質(zhì)量呈線性的負(fù)相關(guān)關(guān)系,城市化水平越高,空氣質(zhì)量越差。

(二)生態(tài)現(xiàn)代化理論:城市化與生態(tài)理性

生態(tài)現(xiàn)代化理論發(fā)源于新經(jīng)典主義理論傳統(tǒng),相比于政治經(jīng)濟學(xué)范式對經(jīng)濟和政治利益聯(lián)合體的論述,該理論關(guān)注經(jīng)濟增長帶來的更具有生態(tài)理性的社會發(fā)展過程,認(rèn)為人類有能力擺脫“經(jīng)濟發(fā)展——環(huán)境破壞”的惡性循環(huán)。新經(jīng)典主義經(jīng)濟學(xué)家將清潔的環(huán)境視作一種奢侈品,只有具有一定物質(zhì)基礎(chǔ)時人們才會欣賞以及有能力為清潔環(huán)境買單。因此,在經(jīng)濟發(fā)展初期,人們沒有余力顧及到經(jīng)濟行為的環(huán)境外部性問題,但經(jīng)濟的持續(xù)增長會提升環(huán)境需求,進而降低環(huán)境壓力,最終環(huán)境問題會在經(jīng)濟發(fā)展過程中得到解決,這一過程被稱為環(huán)境庫茲涅茨曲線(EKC, Environmental Kuznets Curve)[18-19]。

生態(tài)現(xiàn)代化理論發(fā)展了上述理論,將研究視野從經(jīng)濟領(lǐng)域擴展到社會領(lǐng)域,認(rèn)為經(jīng)濟發(fā)展必然伴隨著社會進步,在科技、市場和政府的共同作用下,崇尚生態(tài)理性的現(xiàn)代化過程將滲透到宏觀社會制度和日常生活實踐的諸多方面,從而遏制環(huán)境污染和破壞,在社會發(fā)展和環(huán)境保護之間找到平衡點[20-21]。作為現(xiàn)代化進程的重要組成部分,城市化也被認(rèn)為是實現(xiàn)EKC拐點的重要推動力量。城市化在提升經(jīng)濟水平的同時還推動了科技進步,從根本上改變了人們的意識形態(tài)、互動方式和組織形式,因此研究者認(rèn)為城市化更全面更綜合地反映了現(xiàn)代化過程[22]。在對我國近30年城市化和環(huán)境的互動關(guān)系觀察研究的基礎(chǔ)上,鄭思齊和孫聰[23]分析了城市化過程給環(huán)境保護帶來的機遇和挑戰(zhàn)。城市化初期粗放的發(fā)展模式對環(huán)境造成了巨大的負(fù)面影響,隨著城市化的進一步發(fā)展,改善環(huán)境的積極因素逐漸積累,如第三產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展、城市中心區(qū)土地成本的提高、企業(yè)設(shè)備更新過程中環(huán)保技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用、居民日益提高的環(huán)保意識和對清潔環(huán)境的需要、政府環(huán)境監(jiān)管和治理力度的加大、充分利用后發(fā)優(yōu)勢等等,這些積極因素積累到一定程度后發(fā)生質(zhì)變,出現(xiàn)EKC拐點。

由于城市化伴隨的一系列社會進步,研究者認(rèn)為城市化為遏制甚至改善環(huán)境問題提供了必要的條件[24]。Chen等學(xué)者[25]發(fā)現(xiàn),考慮到我國現(xiàn)階段發(fā)展現(xiàn)狀,原有粗放型城市發(fā)展應(yīng)逐漸轉(zhuǎn)型為以高密度、復(fù)合型的土地使用模式和以人為本的居住社區(qū)為特征的緊湊型生態(tài)城市。在綜合計算成本收益的基礎(chǔ)上,研究發(fā)現(xiàn)這類城市及其構(gòu)成的城市群可以提升公共設(shè)施的可得性,提高基礎(chǔ)設(shè)施的使用效率,推動公共交通使用,減輕環(huán)境外部性問題。他們對我國45個核心城市的實證研究發(fā)現(xiàn),較高的城市密度可以有效降低人均家庭能源消費。

雖然在生態(tài)現(xiàn)代化理論框架下對城市化對空氣質(zhì)量的研究相對較少,但有學(xué)者發(fā)現(xiàn)城市化與諸多環(huán)境問題存在倒U形曲線關(guān)系。在國家層面,Martínez-Zarzoso和Maruotti[26]分析了1975年到2003年88個發(fā)展中國家的碳排放數(shù)據(jù),研究結(jié)果表明,城市化水平較低時,城市人口的增加將導(dǎo)致二氧化碳排放量的提升,而在城市化水平較高時,城市擴張將導(dǎo)致碳排放量的下降。在我國省份和城市層面,Zhao等學(xué)者[27]通過對上海市遙感數(shù)據(jù)的分析認(rèn)為,隨著城鎮(zhèn)建設(shè)用地和城市綠地的增加,除氮氧化物以外的大氣污染物呈現(xiàn)出下降趨勢。任春艷等[28]對我國西北地區(qū)5個省會城市從1991年到2001年的SO2、氮氧化物、總懸浮顆粒物、降塵量和空氣綜合污染指數(shù)等數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn),城市化水平(用市區(qū)人口進行衡量)較低的西寧和城市化水平較高的西安綜合空氣質(zhì)量最好,而中等城市化水平的蘭州和烏魯木齊空氣質(zhì)量最差。具體來看,除了降塵量隨著城市發(fā)展出現(xiàn)持續(xù)惡化的趨勢,其他空氣質(zhì)量指標(biāo)隨著城市發(fā)展均呈現(xiàn)出先惡化后好轉(zhuǎn)的態(tài)勢。王家庭和王璇[2]在省份層次的研究也發(fā)現(xiàn)城市化與水污染之間存在倒U形曲線關(guān)系。

因此,根據(jù)生態(tài)現(xiàn)代化的理論邏輯,雖然在城市化發(fā)展水平較低的地區(qū)空氣質(zhì)量惡化情況較為嚴(yán)重,但在城市化發(fā)展相對成熟的地區(qū),由于政府在政策法規(guī)和規(guī)劃監(jiān)管等層面的積極參與,科學(xué)技術(shù)發(fā)展促進燃燒效率提高,民眾環(huán)保意識的提升,空氣污染物排出量出現(xiàn)下降趨勢,因此,本文的第二個研究假設(shè)為:

假設(shè)2: 城市化與空氣污染呈倒U形曲線關(guān)系,即城市化水平較低和較高的地區(qū)空氣污染程度較低,在中等城市化水平的地區(qū)空氣污染程度較高。

三、數(shù)據(jù)與研究方法

(一)數(shù)據(jù)來源

由于空氣質(zhì)量受社會經(jīng)濟條件、地形和氣象狀況影響較大,為了更精確地了解城市化過程對環(huán)境的作用過程,我們將以城市作為本研究的基本分析單位。研究數(shù)據(jù)主要來源包括《中國城市統(tǒng)計年鑒》[29]、《中國城市建設(shè)統(tǒng)計年鑒》[30]、《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》[31]等年鑒類數(shù)據(jù)。鑒于目前最新發(fā)布的2015年年鑒均匯報的是2014年數(shù)據(jù),所有分析集中在2014年。因變量主要來自《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》中我國113個城市的空氣質(zhì)量指標(biāo),考慮到空氣質(zhì)量測量的復(fù)雜性、不同算法帶來的數(shù)值差異以及擴大樣本容量的需要,筆者還采納了世界衛(wèi)生組織[32]和綠色和平組織[33]發(fā)布的中國城市空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)。其中,綠色和平組織的數(shù)據(jù)共涵蓋我國190個城市,是從國家環(huán)保部公開信息平臺上收集已有相關(guān)信息公開的城市的所有空氣質(zhì)量監(jiān)測點每日每小時的PM2.5數(shù)據(jù)作為原始數(shù)據(jù),并按算數(shù)平均的方法分別計算出各城市PM2.5年均值。世界衛(wèi)生組織數(shù)據(jù)共涵蓋210個城市,除了從我國空氣質(zhì)量監(jiān)測點取樣外,還加入了亞洲清潔空氣組織發(fā)布的數(shù)據(jù)。除去含有缺失值的變量后,進入各組模型的樣本依次為171個城市和102個城市。

(二)變量說明

本文的因變量是城市空氣質(zhì)量,具體操作化為以下五個變量。首先是PM2.5、PM10、SO2、NO2四類重點監(jiān)測空氣污染物的年平均濃度(微克/立方米)。其次,在對重點污染物分析的基礎(chǔ)上,我們還參照我國GB3095標(biāo)準(zhǔn),在模型中加入空氣質(zhì)量達到及好于二級的天數(shù),對空氣質(zhì)量的綜合狀況進行測量。其中,PM2.5和PM10數(shù)據(jù)分別來自綠色和平組織、世界衛(wèi)生組織和《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》,其余所有數(shù)據(jù)來自《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》。

結(jié)合前文提出的分析框架,筆者將城市化劃分為人口和土地兩個維度。結(jié)合現(xiàn)有研究[34-35]和相關(guān)指標(biāo)解釋[36],我國城市統(tǒng)計數(shù)據(jù)中主要包含兩個層次:市區(qū)和城區(qū),其中市區(qū)是指城市行政區(qū)域內(nèi)的全部地域(包括水域)范圍,地級以上城市行政區(qū)不包括市轄縣(市),屬于行政地域概念,人口構(gòu)成上包含農(nóng)業(yè)人口和非農(nóng)業(yè)人口。城區(qū)是指街道辦事處所轄地域,城市公共設(shè)施、居住設(shè)施和市政公用設(shè)施連接到的其他鎮(zhèn)(鄉(xiāng))地域,常住人口在3000人以上獨立的工礦區(qū)、開發(fā)區(qū)、科研單位、大專院校等特殊區(qū)域。因此城區(qū)可看作是城市的功能區(qū)域,是城市化過程的實際發(fā)生地。城區(qū)中的城市建設(shè)用地是指城市用地中除水域與其他用地之外的各項用地面積,即居住用地、公共管理與公共服務(wù)用地、商業(yè)服務(wù)業(yè)設(shè)施用地、工業(yè)用地、物流倉儲用地、道路交通設(shè)施用地、公共設(shè)施用地、綠地與廣場用地八大類用地。建設(shè)用地體現(xiàn)了土地城市化過程中土地性質(zhì)從農(nóng)業(yè)用地到非農(nóng)用地的轉(zhuǎn)換,是城市化在空間維度上的功能擴展。在此基礎(chǔ)上,參考方創(chuàng)琳[37]和王洋[38]等學(xué)者的研究,本文將各城市的人口城市化水平操作化為城區(qū)人口(含城區(qū)暫住人口)占市區(qū)人口(含市區(qū)暫住人口)的比重,將土地城市化水平操作化為城區(qū)中城市建設(shè)用地面積所占的比重。除了衡量人口和土地城市化的絕對量對空氣質(zhì)量的影響,筆者還根據(jù)2013年和2014年人口和土地城市化的水平分別計算了人口和土地城市化增速。

此外,研究者發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟發(fā)展水平和第二產(chǎn)業(yè)對空氣質(zhì)量有比較明顯的影響[39-40],因此本文控制了人均國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)和第二產(chǎn)業(yè)占GDP的比重,從而可以更清晰地觀察到核心自變量與城市空氣質(zhì)量之間的關(guān)系。表1展示了所有變量的描述性統(tǒng)計值和數(shù)據(jù)來源。

表1 變量描述性統(tǒng)計值和數(shù)據(jù)來源

(三)研究方法

由于空氣污染的擴散性,某城市的因變量取值可能在很大程度上受到鄰近城市空氣狀況的影響,存在空間聚集模式,需要使用空間模型進行數(shù)據(jù)擬合，但是,當(dāng)樣本量較少、樣本中的城市缺乏鄰近關(guān)系時,空間影響較弱,可能無法應(yīng)用空間回歸模型，因此筆者首先對所有模型進行了Moran’s I 檢驗,用以確認(rèn)研究區(qū)域內(nèi)空間對象之間的關(guān)聯(lián)程度,觀察是否存在顯著的空間分布模式。當(dāng)因變量為綠色和平組織發(fā)布的PM2.5數(shù)據(jù)和世界衛(wèi)生組織發(fā)布的PM2.5和PM10數(shù)據(jù)時,Moran’s I值依次為0.26 (p<0.05) 、0.22 (p<0.1)和0.375 (p<0.05),說明此時樣本城市中相似的觀測值趨于空間聚集,應(yīng)當(dāng)使用空間滯后模型(Spatial lag model)進行建模[41]。當(dāng)因變量為環(huán)境統(tǒng)計年鑒中的PM2.5、PM10、SO2、NO2和空氣質(zhì)量達到及好于二級的天數(shù)時,對應(yīng)的Moran’s I值依次為-0.136 (p> 0.1)、-0.597(p> 0.1)、0.077 (p> 0.1)、-0.047 (p> 0.1)和-0.361 (p> 0.1),考慮到樣本中只有102個城市,分布較為分散,沒有觀察到空間效應(yīng),因此使用OLS線性回歸模型進行分析。

在空間滯后模型中,我們加入空間滯后項控制鄰近城市之間的空間依存關(guān)系。具體的計算方法是,我們首先用城市地理信息構(gòu)建一階Queen鄰近矩陣確認(rèn)相鄰的城市,然后在鄰近城市之間計算出因變量的均值作為空間滯后項。模型的表達式為:

Y=ρWy+Xβ+ε

其中,Y表示因變量,W表示空間權(quán)重矩陣,Wy表示空間滯后項,ρ是空間滯后項的參數(shù),衡量觀測值之間的空間相互作用程度,X表示因變量,β是X的參數(shù),ε表示誤差項。

此外,本研究還借鑒了環(huán)境社會科學(xué)研究者廣泛使用的可拓展的隨機性環(huán)境影響評估模型(Stochastic Impacts by Regression on Population, Affluence and Technology, STIRPAT)[42-43],對所有變量均進行了對數(shù)處理。對STIRPAT模型計算出的回歸系數(shù)的解釋類似于彈性系數(shù),即控制其他變量后,自變量每提升1%對應(yīng)因變量變化的百分比。因為不包含單位,各變量之間對因變量的作用情況可以進行直接比較。

模型建構(gòu)上,首先,我們加入了人口和土地兩個維度用于全面考察城市化對空氣質(zhì)量的影響。其次,為了檢驗城市化和空氣質(zhì)量之間的關(guān)系是否存在倒U形曲線,模型中加入了人口城市化和土地城市化的平方項。第三,模型中還加入了相比2013年人口和土地城市化的擴展速度,這樣可以直接觀察到城市化過程對空氣質(zhì)量影響的動態(tài)過程。最后,所有模型均控制了用人均GDP衡量的經(jīng)濟發(fā)展水平和用第二產(chǎn)業(yè)比重衡量的經(jīng)濟結(jié)構(gòu)。

四、分析結(jié)果

(一)空間滯后模型結(jié)果

表2反映了檢驗空氣中PM2.5和PM10濃度的空間滯后模型結(jié)果。模型1和模型2的預(yù)測變量分別是綠色和平組織和世界衛(wèi)生組織匯報的PM2.5年平均濃度,模型2可視作對模型1的穩(wěn)健性檢驗。兩個模型中,空間滯后項參數(shù)分別為0.209(p<0.001)和0.128(p<0.01),再次證實了Moran’s I 檢驗結(jié)果,說明確實存在空間聚集效應(yīng),如果某城市周邊城市空氣PM2.5濃度較高,那么該城市PM2.5濃度也會較高。

表2 空間回歸方程分析結(jié)果

注:括號內(nèi)為標(biāo)準(zhǔn)誤; 顯著性水平:***p<0.001,**p<0.01*p<0.05 (雙邊檢驗)。

在模型1中,與生態(tài)現(xiàn)代化理論的預(yù)測一致,人口城市化和土地城市化的系數(shù)均為正數(shù),平方項的系數(shù)均為負(fù)數(shù),并且都在0.05的水平上顯著相關(guān),因此可以刻畫出EKC的曲線關(guān)系。也就是說,空氣中PM2.5在人口和土地城市化水平較低和較高的城市中濃度相對較低,而在人口和土地城市化水平居中的城市里濃度較高。這與在國家層面的研究基本一致,在使用城鎮(zhèn)人口比例作為城市化的指標(biāo)時,研究者也發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果[44]。有趣的是,雖然人口城市化和土地城市化水平都與PM2.5濃度呈倒U形關(guān)系,但人口城市化增速與土地城市化增速卻有不同的影響:城市人口增速會在一定程度上抑制PM2.5濃度,而城市土地增速則會加劇空氣中的PM2.5濃度水平。具體來看,在模型1中,城市人口增速每提高一個百分點,PM2.5濃度平均會降低1.029%;相反,城市建設(shè)用地面積增速每提高一個百分點,城市空氣中PM2.5濃度平均會提升1.774%。

兩個控制變量也對PM2.5濃度有顯著影響,控制了城市化水平后,人均GDP與城市空氣中的PM2.5濃度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,人均GDP增加1%時PM2.5濃度降低0.177%。第二產(chǎn)業(yè)比重與PM2.5濃度呈正相關(guān)關(guān)系,平均來看,第二產(chǎn)業(yè)占GDP比重每提升1%,空氣中PM2.5濃度會增加0.747%。模型2中所有預(yù)測結(jié)果與模型1基本一致,說明研究結(jié)果的穩(wěn)定性較強,具體解釋不再贅述。

模型3匯報了對PM10年均濃度在171個城市中的檢驗結(jié)果。空間滯后項參數(shù)為0.089 (p<0.05),說明PM10濃度也存在空間聚集效應(yīng)。不同于對PM2.5濃度的預(yù)測結(jié)果,此時人口城市化水平的回歸系數(shù)雖然與前面兩個模型方向一致,但僅呈邊緣顯著性(p<0.1)。土地城市化對PM10的倒U形影響效果依然比較明顯。此外,人口城市化增速仍會降低PM10年均濃度,而土地城市化增速會提高城市空氣中的PM10濃度。最后,控制其他變量后,人均GDP和第二產(chǎn)業(yè)比重對PM10年均濃度沒有顯著影響。

(二)檢驗綜合空氣質(zhì)量指標(biāo)的OLS回歸分析結(jié)果

表3中的模型1到模型5依次展示了對五項空氣質(zhì)量指標(biāo)進行OLS回歸分析得到的結(jié)果。整體上看,與表2中的空間滯后模型相比,表3的五個模型中回歸系數(shù)的方向基本上是一致的,即控制了經(jīng)濟發(fā)展水平和第二產(chǎn)業(yè)比重之后,人口城市化和土地城市化對空氣狀況都有倒U形的影響,即處在人口城市化和土地城市化水平較低和較高兩端的城市空氣質(zhì)量相對較高,而在中等城市化水平的地區(qū),空氣狀況最差?？赡苡捎跇颖玖枯^小導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)誤較高,因此人口城市化相關(guān)變量的回歸系數(shù)沒有通過顯著性檢驗。此外,人口和土地城市化增速在102個城市樣本中也沒有觀察到對空氣質(zhì)量的顯著影響。同時考慮到數(shù)據(jù)差異,筆者使用綠色和平數(shù)據(jù)和WHO數(shù)據(jù)對樣本中的102個城市進行了OLS回歸分析,發(fā)現(xiàn)與表3中使用環(huán)境年鑒數(shù)據(jù)結(jié)果基本一致(結(jié)果可向作者索取),即沒有發(fā)現(xiàn)人口城市化對PM2.5和PM10存在顯著影響,而土地城市化對兩大空氣污染物濃度呈倒U形曲線關(guān)系。

表3 OLS回歸模型分析結(jié)果

注:括號內(nèi)為標(biāo)準(zhǔn)誤; 顯著性水平:***p<0.001,**p<0.01,*p<0.05 (雙邊檢驗)

具體來說,前四個模型主要檢驗了PM2.5、PM10、SO2、NO2四個單項空氣質(zhì)量指標(biāo)的估計結(jié)果。研究結(jié)果表明,土地城市化水平與空氣中的PM2.5、PM10和NO2濃度存在顯著的倒U形曲線關(guān)系,影響強度基本一致。經(jīng)過計算,三項污染物濃度達到峰值時對應(yīng)的土地城市化水平依次是41%、43%和42%,也就是說,當(dāng)城市建設(shè)用地占比達到40%左右時對空氣質(zhì)量的負(fù)面影響最強?？刂谱兞可?人均GDP只對NO2存在顯著影響,人均GDP每提升1%,NO2濃度提升0.264%。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也會影響空氣狀況,較多的第二產(chǎn)業(yè)會對空氣質(zhì)量造成負(fù)面影響,第二產(chǎn)業(yè)比重每提升1%,空氣中PM2.5、PM10和SO2濃度相應(yīng)提升0.762%,0.864%和0.471%。

模型5是對空氣狀況的綜合檢驗,因變量為一年之內(nèi)空氣質(zhì)量達到及好于二級的天數(shù)。在此模型中,因變量取值越高,說明空氣質(zhì)量達標(biāo)天數(shù)越多,空氣狀況越好,因此相比于其他模型,模型5是對研究假設(shè)的反向檢驗。研究結(jié)果與前面四個模型基本相符,土地城市化對綜合空氣質(zhì)量的影響最為明顯,同樣的,中等城市化水平時空氣質(zhì)量達標(biāo)天數(shù)最少,城市化水平較低和較高時空氣質(zhì)量達標(biāo)天數(shù)增多。曲線最低值為40%,即當(dāng)城市建設(shè)用地比重低于40%時,土地城市化與空氣質(zhì)量達標(biāo)天數(shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,土地城市化水平越高,綜合空氣質(zhì)量越差;當(dāng)城市建設(shè)用地比重高于40%時,土地城市化與空氣質(zhì)量達標(biāo)天數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系,城市化的推進帶來更好的空氣質(zhì)量,這一發(fā)現(xiàn)再次驗證了生態(tài)現(xiàn)代化理論。

五、結(jié)論與討論

城市化是人類社會發(fā)展的重要歷史過程,既包括人口從鄉(xiāng)村到城市的流動,也包括土地利用方式從農(nóng)業(yè)用地向城市建設(shè)用地的轉(zhuǎn)變,后者直接反映了城市擴張對自然環(huán)境的影響。環(huán)境社會學(xué)研究者在分析城市化的環(huán)境效應(yīng)時,主要從兩個理論視角進行分析:政治經(jīng)濟學(xué)范式強調(diào)城市增長邏輯對資源的消耗和對環(huán)境的破壞;生態(tài)現(xiàn)代化理論關(guān)注城市化過程中培育出的生態(tài)理性,認(rèn)為發(fā)展是解決空氣問題的唯一途徑。在兩大理論框架下,本文基于我國一百余個城市數(shù)據(jù),利用空間滯后模型和OLS線性回歸模型分析了城市化的兩個維度如何影響了細(xì)顆粒物(PM2.5)、可吸入顆粒物(PM10)、二氧化氮(NO2)和二氧化硫(SO2)四種主要污染物和空氣質(zhì)量達到及好于二級的天數(shù)共五個衡量空氣污染水平的變量。研究結(jié)果符合環(huán)境庫茲涅茨曲線的描述,在中等城市化水平的城市空氣污染水平最高,在城市化水平較低和較高的兩端污染水平最低,為生態(tài)現(xiàn)代化理論提供了支持。

具體來看,雖然人口城市化和土地城市化對空氣污染水平的影響方向基本一致,但土地城市化變量在樣本量較小時仍然通過了顯著性檢驗。也就是說,相比于人口城市化,土地城市化對空氣質(zhì)量的影響更為強勁。在土地城市化水平較低的地區(qū),人類對土地的利用方式以農(nóng)業(yè)耕地為主,使用的資源和能源較為有限,污染排放低,能夠形成較為完整的代謝循環(huán),對生態(tài)環(huán)境的影響較小。隨著城市化的逐步推進,資本增長邏輯逐漸取代傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式,經(jīng)濟增長超越其他需要,成為城市發(fā)展的首要任務(wù)。生產(chǎn)力在這一階段的快速提高也加大加快了資源使用強度和速度,帶來廢棄物排放的增加。對經(jīng)濟發(fā)展的盲目追求導(dǎo)致對環(huán)保治理思路和技術(shù)的忽視,因此在這些中等城市化水平的地區(qū)空氣污染濃度達到峰值。在城市化水平較高的地區(qū),在基本物質(zhì)需求已被滿足的前提下,人們的受教育水平提高,環(huán)保意識增強,對環(huán)境惡化的容忍度下降,而空氣污染的直觀性和影響范圍的廣泛性使人們對清潔空氣的需要首當(dāng)其沖。同時,城市化較為成熟的地區(qū)工業(yè)生產(chǎn)相對集中,既便于政府監(jiān)管,也更有利于新技術(shù)推廣和使用,生產(chǎn)效率和能源利用效率更高,排放到大氣中的污染物更少。

值得注意的是,這種曲線關(guān)系的存在并不意味著城市化超過中等水平后空氣污染就會自動解決。根據(jù)生態(tài)現(xiàn)代化理論,城市化實質(zhì)上體現(xiàn)了個體和社會的現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型,空氣污染等環(huán)境問題的緩解是多個層次的行動者在平衡經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護的過程中共同努力的結(jié)果。在提升環(huán)保意識和環(huán)保知識的同時,個體不應(yīng)單純地將自己視作空氣污染的受害者,更重要地是認(rèn)識到作為公民,應(yīng)當(dāng)如何從舒適但高能耗的生活方式轉(zhuǎn)向綠色可持續(xù)的生活和消費方式,這樣既有助于塑造環(huán)境友好的社會習(xí)俗、文化和實踐邏輯,也可以從經(jīng)濟鏈條的末端倒逼生產(chǎn)者提供節(jié)能環(huán)保的產(chǎn)品和服務(wù)。此外,還應(yīng)積極推進城市社會組織和管理體系的創(chuàng)新,使城市居民從分散的原子化狀態(tài)向“自我組織、自我服務(wù)和自我管理”的方向轉(zhuǎn)變,充分發(fā)揮第三方組織在環(huán)境維權(quán)、公益訴訟等環(huán)保事務(wù)上的參與監(jiān)督的功能[45]。從PM2.5納入我國空氣質(zhì)量監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)的過程中就可以看到民眾在推動空氣質(zhì)量改善上起到的重要作用。2011年10月,北京市霧霾圍城,美國大使館自測的空氣質(zhì)量PM2.5數(shù)值一直在200上下,但同時北京環(huán)保局公布的每日空氣質(zhì)量報告中最嚴(yán)重時也只有“輕度污染”,與民眾日常觀感差異較大。這是因為當(dāng)時中國的空氣質(zhì)量指數(shù)只涵蓋了PM10、NO2、和SO2,沒有考慮PM2.5。此時空氣問題開始進入公眾視野,再加上名人微博的推動,空氣污染成為當(dāng)時社會熱點問題。在公眾壓力下,環(huán)保部11月份公布了《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》征求意見稿,12月21日公布了各地實施監(jiān)測PM2.5時間表,2012年2月29日國務(wù)院常務(wù)會議通過發(fā)布新修訂的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》,3月5日重點城市空氣質(zhì)量監(jiān)測列入政府工作報告。

在宏觀社會制度上,在城市化過程中減輕乃至解決空氣污染需要多個領(lǐng)域的政府官員、專家學(xué)者、企業(yè)、新聞媒體和社會組織等的合作[46-49]。例如,在政策法律層面,國務(wù)院在2013年印發(fā)了《大氣污染防治行動計劃》,并在2014年全面實施,其中強化了京津冀、長三角、珠三角等重要城市群的大氣污染監(jiān)測和防治協(xié)作機制。2015年發(fā)布《大氣污染防治法》,為空氣治理提供了法律保障。2015年,黨中央在《中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃的建議》中提出實行最嚴(yán)格的環(huán)境保護制度,并與國務(wù)院共同印發(fā)了《關(guān)于加快推進生態(tài)文明建設(shè)的意見》和《生態(tài)文明體制改革總體方案》,加快建立生態(tài)文明制度體系[1]。與此同時,深層次的制度變革也在逐步推進,重視地方政府在環(huán)境保護中的作用,淡化以GDP論英雄的官員考核模式,2014年開始,對地方官員的政績考核不再單純參考GDP,環(huán)境保護、資源消耗等約束性考核指標(biāo)的權(quán)重加大。在技術(shù)創(chuàng)新層面,2014年,在原有2013年74個重點城市實時發(fā)布PM2.5數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,新增了87個城市,開始向社會發(fā)布實時監(jiān)測數(shù)據(jù)。2014年35個重點城市源解析論證工作基本完成,并開始使用衛(wèi)星遙感監(jiān)測和無人機技術(shù)進行環(huán)境執(zhí)法檢查[50-51]。

本文通過對我國城市的實證研究,系統(tǒng)地分析了人口和土地城市化過程對空氣質(zhì)量的影響,未來研究者可以從以下三個方面繼續(xù)分析。首先,理解城市化過程對農(nóng)村空氣質(zhì)量等環(huán)境問題造成的影響。由于篇幅和數(shù)據(jù)所限,本研究沒有對此深入挖掘,但已有研究發(fā)現(xiàn),鄉(xiāng)村在城市化過程中常常是被遺忘的角落,甚至淪為污染轉(zhuǎn)移的目的地,同時由于地方精英的大量外流、地方性知識的破壞和環(huán)境監(jiān)管機構(gòu)的缺失,包括空氣污染在內(nèi)的環(huán)境問題日益惡化[52-53]。其次,從不同渠道搜集數(shù)據(jù),對城市化與空氣質(zhì)量的關(guān)系進行縱貫性分析。由于我國2013年起才開始系統(tǒng)地發(fā)布PM2.5數(shù)據(jù),時間段較短無法進行時間序列研究,否則可以更好地描述出隨著城市化進程的推進空氣質(zhì)量的變化趨勢。最后,本文著重探討了空氣污染問題,考慮到理論邏輯的一致性,可能對于其他類型的環(huán)境問題也會有類似的發(fā)現(xiàn),未來研究可以選取其他數(shù)據(jù)對城市化的環(huán)境影響進行更為系統(tǒng)的分析。

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(責(zé)任編輯 劉 英)

2017-05-18

國家社會科學(xué)基金青年項目(16CSH023)成果之一。

王琰 (1987—),女,博士,黑龍江哈爾濱人,南開大學(xué)周恩來政府管理學(xué)院講師,研究方向:環(huán)境社會學(xué)和定量研究方法。

C912.81

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1671-511X(2017)04-0100-11