導 讀

為探究長江經濟帶省域創新投入、產業結構升級與碳排放之間的內在關聯效應，文章基于2000—2019年的地區面板數據，通過構建PVAR模型和脈沖響應函數考察三者的動態關系，并利用方差分解法得到變量的結構貢獻度。結果表明：長江經濟帶創新投入和產業結構高級化之間存在雙向促進關系，其中創新投入對產業結構高級化的貢獻度更強；產業結構高級化和碳排放之間也存在著雙向關聯，從長期看產業結構高級化對抑制碳排放的貢獻度在逐漸增加；碳排放與創新投入之間存在“倒U型”關系，短期內碳排放倒逼創新投入，但長期仍然會抑制創新活動。基于研究結論提出促進長江經濟帶低碳減排，實現地區綠色循環發展的對策建議：(1)提高創新投入轉換效率；(2)制定區域整體規劃；(3)促進產業融合發展。

本文引用信息

丁 涵，史璐麗，楊麗華.創新投入、產業結構升級與碳排放的關系研究[J].中國國土資源經濟,2022，35（4）:73-80.

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0 引言

改革開放以來，中國經濟快速發展，創造了世界經濟發展史上的奇跡。與此同時，我國能源 需求、生態環境保護與經濟發展之間的矛盾也日益凸顯，因此，大力推動綠色低碳發展，統籌推進經濟高質量發展和生態環境高水平保護，將成為現階段社會發展的重要任務。2021年2月發布的《國務院關于加快建立健全綠色低碳循環發展經濟體系建設的指導意見》指出，建立健全綠色低碳循環發展經濟體系是解決我國資源環境生態問題的基礎之策，也是實現碳達峰、碳中和目標的重要舉措，必須要做好產業體系的突破、轉型、調整，解決好經濟發展中的碳排放問題。

長江經濟帶是我國最具經濟活力與發展潛力的地區，涵蓋了東、中、西部11個省市，人口數量和國民生產總值占比超過全國的40%。全面推動長江經濟帶發展，讓長江經濟帶成為生態優先綠色發展的主要戰場，是以習近平同志為核心的黨中央的重要決策，也是關系國家發展全局的重大戰略。由于產業布局落后，長江經濟帶集聚了全國近40%的水泥產業和30%的石化產業，加上部分省市長期粗放型的增長模式，造成生態環境保護與經濟發展的矛盾嚴峻，高碳排放問題亟待破解。區域綠色經濟發展離不開產業結構的變遷和創新投入，地區產業結構調整可以緩解外部環境壓力，同時科技進步和技術創新投入可以減輕對要素資源的依賴。因此，有必要厘清長江經濟帶產業結構升級、創新投入及碳排放三者的關系，以更好地解決長江經濟帶的生態與經濟矛盾，使其在產業結構升級和綠色發展過程中發揮示范作用，這對于長江經濟帶更好地調整產業政策、實現碳減排目標也具有一定的現實意義。

01 文獻綜述

目前，碳排放受到越來越多學者的關注，學術界探討創新投入、產業結構升級、碳排放關系的文獻主要有以下三方面。

第一方面是關于創新投入與產業結構的研究。李昊和范德成（2019）通過對產業結構升級的驅動因子進行階段性分析，發現創新已代替要素和投資驅動成為現階段產業結構升級的首要驅動力。饒萍和吳青（2017）基于社會融資規模的視角，實證得到研發投入能顯著推動產業結構升級。紀玉俊和李超（2015）通過空間計量分析發現，創新能力與產業升級存在正空間相關性，創新能力能夠通過提高生產要素的配置效率，促進第二、第三產業發展。此外，也有學者對兩者雙向關系進行了探究。Iorweth（2009）分析了美國與加拿大的創新投入差異，認為創新投入差異出現的一個重要原因是產業結構差異。王釗和王良虎（2019）通過構建聯立方程模型發現，R&D與產業結構升級之間存在相互影響，一方面R&D推動產業結構升級，另一方面產業結構升級又會促進創新投入。

第二方面是關于創新投入與碳排放的研究。一種觀點認為，創新投入通過技術創新的轉換降低經濟活動中的碳排放。何小鋼和張耀輝（2012）基于分行業數據分析，發現技術進步顯著影響綠色發展效果。姚成勝等（2017）采用ARDL模型對農業碳排放與科技創新的關系進行了實證分析，結果表明創新投入可以有效降低農業碳排放[7]。王智新等（2012）利用省級數據對科技投入和碳排放雙向關系進行研究，發現科技投入績效能減弱碳排放強度，而碳排放強度會正向影響科技投入績效[8]。另一種觀點認為，創新與碳排放并非具有單純的因果關系。由于產業基礎不同，創新投入不會沿著固定路徑直接地對碳排放產生顯著影響。劉金全、魏闕（2020）通過構建模型驗證發現，創新與綠色經濟發展之間的相互影響并不顯著，創新的本質是逐利，如果不通過引導，使其質量得以提升，就無法通過創新實現低碳發展。

第三方面是關于產業結構升級與碳排放的研究。一種觀點認為，產業結構升級能夠降低碳排放量。李科（2014）運用PSTR模型分析了產業結構與碳排放的動態關系，發現高技術產業占工業產值比重的增加能有效實現碳減排。陶長琪（2015）從經濟增長的角度出發，認為產業結構升級在長期內會影響碳排放。黎振強和周秋陽（2021）選用空間計量對長江經濟帶地區碳減排的影響因素進行分析，發現產業結構升級可以通過降低相鄰省份的碳排放促進整個地區的碳減排。另一種觀點認為，能源結構改變影響碳排放，而產業結構調整與碳排放并沒有直接關聯。Schipper等（2001）指出，能源消費結構決定了碳排放的水平，而產業結構的影響貢獻度不足。顧阿倫等（2016）通過分解碳排放量，論證了技術進步的減碳貢獻度要遠大于產業結構，并且隨著產業結構細分，產業結構的影響會達到一個極限值。

綜上所述，大多數文獻集中研究了創新投入、產業結構、碳排放之間的單向影響關系，在同一理論框架下考察三者間動態關聯的文獻較少。另外，對于創新投入、產業結構升級、碳排放的研究多是基于全國層面，基于區域視角研究尤其是對長江經濟帶的研究仍然欠缺。基于此，本文通過構建面板向量自回歸（PVAR）模型，考察長江經濟帶11個省市創新投入、產業結構升級及碳排放之間的內在關聯，并使用動態面板分析方法研究各變量的脈沖效應與貢獻度，為三者間的作用研究提供新的視角。

 

02 變量選取與模型設定

2.1 變量選取

碳排放（CPF）：目前聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）推薦的測算方法主要有部門法和參考法。部門法是以經濟部門為核算單位，將計算期內的能源消耗量與碳排放因子相乘，最后相加得到總碳排放。參考法則較為粗略，為了統計的便捷，僅選取煤、油、氣三類化石能源為代表能源進行碳排放計算。本文采用部門法對碳排放進行測算，選取煤炭、焦炭、汽油、煤油、柴油、燃料油、天然氣等7種能源，計算公式如下：

(1)

式中，Ei是i種能源的表觀消費量，NCV、CC、COF分別為平均低位發熱量、單位熱值含碳量、碳氧化率，三者的乘積就是碳排放因子，44/12為碳氣化系數。

產業結構升級（IS）：由于產業結構升級涉及到內部的技術更新、生產要素利用率的改變、外部與其他產業間的配套及資源的合理分配問題，因此本文分別從產業基礎高級化、合理化的角度去刻畫產業結構升級的有效水平。

產業結構合理化（ISR）：ISR不僅可以體現農村和城市產業、傳統產業和高技術產業的協調發展，還能通過要素的投入產出計算出不同產業之間的耦合程度。常用的衡量指標方法有結構偏離度和泰爾指數（Theil指數），由于不同產業在經濟活動中的重要程度無法通過結構偏離度體現，而Theil指數能夠準確測度組間差異和組內差異對總差異的貢獻程度，體現不同產業的偏離結構，因此本文使用Theil指數 進行測度。泰爾指數越大，表示產業結構越不合理，所以這里借鑒于斌斌（2015）的做法，用Theil指數的倒數即修正的Theil指數，對產業結構合理化進行度量，計算公式為：

(2)

式中，Yi表示第i產業的工業總產值，Y表示地區生產總值；Li表示第i產業的從業人員，L表示就業總人數。

產業結構高級化（ISU）：ISU表現為依靠信息、知識的高技術產業逐漸代替要素資本依賴的低端工業，傳統產業開始轉型升級。故本文使用第三產業與第二產業的比值衡量產業結構高級化。該比值的數值越大，表明地區產業正在向第三產業進行調整，產業服務化趨勢越明顯。

創新投入（RD）：一個地區的創新投入按用途可分為外部和內部經費支出。由于技術進步與內部經費投入關系密切，因此采用R&D內部經費支出與地區生產總值的比重表示創新投入水平。

2.2 模型構建

本文主要探究創新投入、產業結構升級與碳排放之間的動態關系，同時為應對變量序列可能存在的相關性和內生性問題，選擇PVAR模型和GMM估計方法進行研究。PVAR模型的優點在于可以將創新投入、產業結構升級和碳排放看作內生變量，分析內生變量對被解釋變量的動態作用關系，同時結合了面板數據模型和向量自回歸模型的優點，克服了兩種模型在時序和面板上的劣勢，較好地反映了個體差異對模型的影響。基于此，構建PVAR模型如下：

(3)

式中，yi,t為被解釋的核心變量，a0為截距項向量，Aj為參數矩陣，p為滯后階數，yi,t-j是包括{RD ISR ISU CPF}四個變量的列向量，fi為個體效應，dt為時間效應，ui,t為隨機擾動項。

2.3 數據來源與處理

本文使用數據均來自《中國統計年鑒》《中國能源統計年鑒》《中國科技統計年鑒》，相關參數來自《綜合能耗計算通則》和《省級溫室氣體清單編制指南》。本文選取長江經濟帶11個省市2000—2019年的樣本數據，對于個別指標缺少統計數據的情況，采取線性插值法進行補充；同時為減少異方差，對創新投入、產業結構高級化、產業結構合理化及碳排放數據進行了對數化處理。

 

03 實證結果分析

3.1 平穩性檢驗

為避免偽相關的出現，在采用動態面板模型前需要檢驗lnRD、InISR、lnISU、lnCPF四個變量的平穩性。本文采取LLC、IPS 、ADF-Fisher三種檢驗機制，檢驗結果（表1）在5%水平下拒絕原假設，表明不存在面板單位根，即創新投入、產業結構合理化、產業結構高級化和碳排放為平穩序列。

在進行估計前，需要確定PVAR模型滯后階數，本文依據MAIC、MBIC、MQIC信息準則，選取統計量最小值所在的階數為最優滯后階數。根據檢驗結果（表2）可知最優滯后階數為1，因此可將創新投入、產業結構升級與碳排放納入PVAR模型中進行分析。

3.2 基于PVAR模型的GMM估計

鑒于創新、產業結構和碳排放可能存在時間和地區效應，為了消除時間和地區效應帶來的偏誤，本文首先對原始變量進行Helmert轉換，通過截面均值差分和前向均值差分消除時間、個體效應，保證變量矩陣的正交，然后再選擇滯后一期的創新投入、產業結構升級、碳排放作為工具變量進行廣義矩估計，得到模型估計結果（表3）。其中，h_lnRD、h_lnISR、h_lnISU、h_lnCPF分別表示進行Helmert轉化后的創新投入、產業結構合理化、產業結構高級化、碳排放，而L1表示滯后一期水平值。

(1)從表3中可知，創新投入（RD）、產業結構合理化（ISR）、產業結構高級化（ISU）、碳排放（CPF）的滯后一期對自身會產生增強作用，影響系數為0.746、0.872、0.635和1.217。說明RD、ISU、ISR、CPF具有自我增強效應，即存在時間上的累積效應和實踐上的慣性效應。因此，長江經濟帶需要從長期角度出發，根據創新投入、產業結構升級、碳減排循序漸進的特點，制定可行措施。

(2)表3第二列將創新投入（RD）作為被解釋變量，滯后一期的產業結構合理化（ISR）、產業結構高級化（ISU）及碳排放（CPF）對其在5%水平下影響顯著。其中，滯后一期的產業結構合理化和高級化程度會對當期創新投入存在正向影響作用，影響系數為0.459和0.309。這是由于長江經濟帶省市的產業正在由要素驅動向創新驅動轉換，信息技術和高技術產業會更加注重創新投入。同時，碳排放的壓力會倒逼增加創新投入，政府會鼓勵企業進行創新和研發，實現碳減排目標。

(3)表3第三、四列將分別對應的產業結構合理化（ISR）和產業結構升級（ISU）作為被解釋變量。產業結構合理化受到的影響并不顯著；滯后一期的創新投入、產業結構合理化對產業結構高級化的作用系數分別為0.291和0.646，表現為正向影響，這說明產業結構合理化是高級化的基礎。首先，長江經濟帶省市利用自身資源稟賦優勢，產業間的聯動和融合速度不斷加快，同時人力資本在地區間自由流動，資源配置效率提升，產業耦合度不斷提升，促進了產業結構向高級化發展。其次，地區產業從低端產業向高技術產業轉變離不開創新發展，創新投入可以為產業轉型升級注入新動力。此外，滯后一期的碳排放（CPF）會抑制產業結構高級化（ISU），影響系數為-0.243，表現為碳排放阻礙產業結構升級。其原因在于：碳排放量增加意味著高污染產業仍具有一定的影響，阻礙了產業結構升級的進程。

(4)表3第五列將碳排放（CPF）作為被解釋變量，產業結構合理化（ISR）和產業結構高級化（ISU）對當期碳排放起到抑制作用，影響系數分別為-0.244和-0.742。這是由于長江經濟帶產業結構升級使能源向生產率高的部門流動，高污染低產出的行業被擠出市場，減輕了碳排放對環境的影響。

從分析結果來看，創新投入與產業結構高級化相互影響，產業結構高級化和碳排放之間也存在相互作用。但上述估計結果并不能準確展示三者間的因果關系，為了進一步確定創新投入、碳排放與產業結構之間因果關系的存在，需要通過格蘭杰因果檢驗進行驗證，結果見表4。

由表4可知，創新投入和產業結構高級化、產業結構高級化和碳排放互為格蘭杰原因，合理化是創新投入、高級化及碳排放的格蘭杰原因。此外，碳排放是創新投入的格蘭杰原因，但創新投入不是碳排放的格蘭杰原因。綜合表3、表4的結果，可以得到創新投入、產業結構升級和碳排放之間存在動態關聯的結論。從碳排放角度看，長江經濟帶碳排放與產業結構高級化互為因果，碳排放對創新投入有正向作用，但沒有受到創新投入的顯著影響。這是由于長江經濟帶地區對創新投入缺乏引導，導致對低碳減排效率的提升作用力度不足。從產業結構升級角度看，產業的合理化是產業結構升級的基礎，而產業結構高級化則是推動創新投入的重要因素。從創新投入角度看，產業結構和碳排放會顯著影響創新投入。

3.3 進一步分析：基于PVAR模型的脈沖響應分析

脈沖響應函數（IRF）可以描述變量間相互作用方向及在不同時滯期內的動態關系。本文使用Stata MP16軟件對lnRD、lnISR、lnISU、lnCPF四個變量進行脈沖響應分析，分別予以各變量1個標準差的沖擊，將滯后期設定為15期，經過蒙特卡洛模擬200次后，繪制出各變量對應的脈沖響應圖（圖1）。由圖1可知lnRD、lnISR、lnISU、lnCPF的響應趨勢在15期后收斂于零，說明所構建面板向量自回歸模型是穩健的。

注：實線為IRF曲線，外側虛線分別代表5%和95%分位點線

圖1 創新投入、產業結構合理化和高級化的脈沖響應

(1)圖1中a—d顯示的是碳排放（CPF）受到其自身、產業結構高級化（ISU）、產業結構合理化（ISR）、創新投入（RD）沖擊的響應情況。其中，碳排放受自身沖擊后正向響應并達到峰值，隨著滯后期數增加，對自身的增強作用開始減弱直至收斂。碳排放對產業結構高級化的負向響應敏捷，第3期之后程度開始減弱，到第15期收斂于0，說明產業結構高級化存在長期積累效應，對碳排放影響具有持續性。碳排放對于合理化的沖擊，呈現明顯的負向脈沖響應，沖擊后立刻達到響應峰值，第2期之后到第10期響應程度開始減弱，逐漸趨于平穩。這表明長江經濟帶的城市產業結構不存在“低端鎖定”情況，在長期內對碳排放有顯著的抑制作用且持續效應強，短期內尤為明顯。

(2)圖1中e—h顯示的是產業結構高級化（ISU）受到其自身及產業結構合理化（ISR）、創新投入（RD）、碳排放（CPF）沖擊的響應情況。其中，產業結構高級化受到其自身和合理化沖擊后立即響應，正向沖擊效應隨時間增加而遞減。當受到創新投入的沖擊后，在第2期時迅速達到響應峰值，到第10期后逐漸收斂，這表明創新投入對產業結構高級化的影響具有長期性。當受到碳排放的沖擊后，產業結構高級化在第2期時迅速反應，呈顯著的負向響應，其原因是碳排放的增加意味著短期內能源消耗大的企業獲得增長，地區產業調整減速，甚至會引起周圍地區的模仿，增加能源依賴的產業，從而抑制產業結構升級。

(3)圖1中i—l顯示的是產業結構合理化（ISR）受到其自身及產業結構高級化（ISU）、創新投入（RD）、碳排放（CPF）沖擊的響應情況。其中，產業結構合理化也具有動態的依賴性，在短期內迅速對其自身響應。對于創新投入的沖擊，產業結構合理化在第1期正向響應，在經過幾期波動，最后收斂達到穩定。同時，產業結構合理化對碳排放的響應情況與產業結構高級化的響應類似，受到碳排放沖擊后會表現為顯著的負向響應，說明碳排放對長江經濟帶地區產業結構調整存在阻礙。當受到產業結構高級化的沖擊后，沖擊效果先上升后減少，響應峰值出現在第2期。通過觀察IRF響應圖，可以看到產業結構的“兩化”水平相互影響是存在時滯的，兩者的響應峰值、響應速度存在差異，具有動態的正向積累效應。

(4)圖1中m—p顯示的是創新投入（RD）受到其自身、產業結構高級化（ISU）、產業結構合理化（ISR）、碳排放（CPF）沖擊的響應情況。創新投入對自身的沖擊表現為正向響應，具有自我增強效應。面對碳排放的沖擊，創新投入第1～3期為正向響應然后下降變為負向，之后響應程度逐漸收斂。波動響應表明兩者存在倒“U”型的關系，在短期內碳排放能夠倒逼創新投入，但在長期中碳排放仍然會對創新投入起到抑制作用。當受到產業結構升級的沖擊后，創新投入在第1期呈正向上升并達到峰值，隨后程度減弱。表明產業結構的合理分布和第三產業比重的上升，能夠促進企業對研發的投入。

可見，創新投入可以推動產業結構高級化進程，而產業結構高級化可以有效促進碳減排，同時碳減排與創新投入之間的非線性關系，表明前期碳排放會倒逼創新投入的增加，而后期會產生抑制作用。這意味著長江經濟帶應繼續完善創新投入與碳減排的高效轉換，不斷推進產業結構合理化和高級化，減少碳排放，實現綠色發展。

3.4 方差分解分析

脈沖響應函數可以得到內生變量間的影響程度，直觀地展示效應持續的狀態，但無法體現出變量的結構貢獻度。方差分解則可以觀察每一結構沖擊的貢獻度。因此，本文繼續對lnRD、lnISR、lnISU、lnCPF進行方差分解，以便于觀察變量在沖擊中的結構貢獻度，結果見表5。

由表5可知，各個變量的方差貢獻率在第20、第30期時基本達到穩定狀態。從碳排放的變動來看，到第20期其自身的結構貢獻度逐漸降低至63.45%。產業結構高級化對其貢獻度逐漸增長，一直保持在20%以上，可知長期內產業結構的高級化對碳排放解釋力度較大，而創新投入占7.39%，產業結構合理化占6.02%。從產業結構高級化的變動來看，其自身貢獻度占66.19%，合理化的貢獻度占16.76%，碳排放的貢獻度占12.57%，創新投入貢獻度占4.48%。表明產業結構合理化和碳減排在提升產業高級化過程中具有重要的推動作用。對于產業結構合理化的變動，其自身結構貢獻度隨預測期增加而不斷下降，到第20期達到88.13%的穩定水平，即產業結構合理化的變動88%以上由自身解釋。從創新投入的變動來看，隨時間的推移創新對自身的貢獻仍占92.97%，產業結構高級化對創新投入的貢獻度不斷增加到4.73%。可見創新投入變化主要通過自身的強化，這是因為長江經濟帶的創新投入大多是命令型的，主要由企業自身進行決策，形成了某種路徑依賴，產業結構升級和碳排放的貢獻力度不大。

 

04 研究結論與對策建議

本文選取長江經濟帶作為研究對象，將創新投入、產業結構升級與碳排放納入同一研究框架中，通過PVAR動態面板模型探究這三個變量間的因果關系，并進一步分析變量的沖擊效應和結構貢獻度，得到結論如下：①長江經濟帶的創新投入和產業結構高級化之間存在雙向促進關系，其中創新投入對產業結構高級化的影響效應更強。②產業結構高級化與碳排放之間也存在雙向動態關系。一方面，短期內碳排放會抑制產業結構高級化，高能耗產業的依賴會減慢產業結構升級進程；另一方面，長江經濟帶新興產業的發展加快產業結構升級的步伐，通過能源利用率的提高降低碳排放。從長期看，產業結構高級化對碳減排的貢獻率逐漸增加，解釋力度不斷增強。③碳排放與創新投入之間存在“倒U型”關系，短期內碳排放帶來的高能耗依賴和生態問題會倒逼創新投入增加，但長期來看最終會抑制創新投入。另外，創新投入不是碳排放的格蘭杰原因，其對碳排放影響路徑并不固定。

基于以上結論，為實現長江經濟帶11個省市以創新驅動產業結構升級，進而提高碳減排水平，提出以下對策建議：

第一，提高創新投入轉換效率。創新投入實質上是一種中性的市場行為，應完善對創新投入的引導，明確創新的方向和目標，使創新投入向推動產業結構優化升級方向轉化。同時應構建有效激勵機制，合理安排創新投入結構，對低碳科技企業建立扶持機制，對低碳技術開發的企業予以稅收優惠，減少研發成本，提高能源利用效率，通過完善創新投入機制促進產業結構升級，進而實現碳減排。

第二，制定區域整體規劃，促進產業融合發展。在產業結構升級中注意合理化與高級化的協調發展，提升“兩化”水平。長江經濟帶11個省市要充分利用本地的優勢產業，合理發展地區產業，避免重復建設和“偽高級化”現象出現，依托完整的產業門類將長江經濟帶打造成產業融合示范帶。通過提升產業結構合理化水平，為長江經濟帶綠色發展打好基礎。同時，要重視產業結構升級對碳減排的影響作用，鼓勵信息技術產業與傳統產業的融合升級，提高資源配置效率，加快產業轉型升級。政府還應加大對環境友好、綠色驅動型產業的扶持，為長江經濟帶綠色發展提供資金和政策支持。

第三，提高環保意識，轉變能源消費結構。當前和未來很長一段時間，煤炭仍然是我國的主體能源，這是由我國的能源稟賦和國情決定的，短期內很難改變，這不可避免會帶來碳排放量的增加。從長遠來看，應該將綠色發展理念融入社會經濟活動中，提高大眾節能減排的意識。同時碳排放問題的根源還在于能源消費，必須加快優化和調整長江經濟帶地區能源供給和消費結構，從供需兩方面著手，減少碳排放帶來的壓力。

 

作者信息

丁涵（1997—），女，河南省開封市人，寧波大學商學院碩士研究生，研究方向為綠色金融。

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