張嘉琪，王超然，劉毅*

（清華大學環(huán)境學院，北京 100084）

基于LMDI的長江中下游城市群污染排放強度分析

張嘉琪，王超然，劉毅*

（清華大學環(huán)境學院，北京 100084）

長江中下游城市群地區(qū)工業(yè)重化特征明顯，工業(yè)水污染排放貢獻超過10%，大氣污染物占比更超過70%。本文采用迪氏對數(shù)指標分解法（LMDI）識別長江中下游城市群污染排放的主要影響因子，對長江中下游城市群重點行業(yè)COD、氨氮、SO2、NOx排放強度進行分析。將排放強度拆分為末端削減、技術(shù)工業(yè)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)三個指標，分析2012—2020年和2020—2030年兩個時間段內(nèi)，對污染排放強度降低貢獻度最高的影響因素。結(jié)果表明，末端削減和技術(shù)工藝對污染排放強度降低影響大，貢獻值之和約為90%，兩者分別代表末端處理技術(shù)對污染排放的削減程度，以及高附加值行業(yè)單位產(chǎn)值污染物產(chǎn)生水平；COD、SO2和氨氮的排放強度由末端削減和技術(shù)工藝共同作用，NOx的排放強度較高且未來末端削減水平進步小，未來需要重視該污染物的減排和治理。

長江中下游城市群；迪氏對數(shù)指標分解法；污染排放強度；末端削減；技術(shù)工藝

引言

長江中下游城市群地區(qū)水土資源豐富，氣候條件優(yōu)良，地形多為沖積平原，低山丘陵交錯，水網(wǎng)密布，濕地廣布，是全球重要的生物多樣性維持地區(qū)，是我國重要的濕地洪水調(diào)蓄區(qū)、水源涵養(yǎng)區(qū)和水土保持區(qū)域，也是我國重要的農(nóng)產(chǎn)品提供功能區(qū)和人居保障功能區(qū)。長江中下游城市群地區(qū)位于我國長江、淮河等重要流域的關(guān)鍵區(qū)域，鄱陽湖、洞庭湖、漢江、淮河等流域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，不僅關(guān)系到本區(qū)域的生態(tài)環(huán)境健康，也直接關(guān)系到東部地區(qū)的生態(tài)環(huán)境安全。近年來，我國針對該地區(qū)提出“促進中部地區(qū)崛起”“長江經(jīng)濟帶發(fā)展戰(zhàn)略”等多個發(fā)展戰(zhàn)略，長江中下游城市群作為“中部地區(qū)”和“長江經(jīng)濟帶”的重要組成部分，區(qū)域經(jīng)濟社會綠色化發(fā)展的需求更為迫切[1]。

近年來我國污染排放強度大幅下降，眾多學者研究得到規(guī)模效應(yīng)、結(jié)構(gòu)效應(yīng)和技術(shù)效應(yīng)是污染減排的主要影響因素，經(jīng)濟規(guī)模的降低、經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、污染排放密度的降低都能減少污染排放，但作用機制不盡相同[2,3]。1991年Grossman和Krueger在環(huán)境庫茲涅茨曲線的基礎(chǔ)上，提出經(jīng)濟規(guī)模、經(jīng)濟結(jié)構(gòu)和處理技術(shù)可以共同作用影響污染排放強度[4]。Zhu運用情景分析法對未來行業(yè)減排的潛力[5]，Takeshita分析了不同地區(qū)、行業(yè)的協(xié)同減排效應(yīng)[6]，Zhang 等分析了經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整對減排的促進效應(yīng)[7]。多位學者采用了指標分解方法分別從經(jīng)濟人口、經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、工業(yè)發(fā)展等角度，對我國污染排放量進行了討論[8]。為了有效控制污染排放，國內(nèi)外學者多采用因數(shù)分解的方法對排放進行分解，目前較為常見的指標分解方法包括拉氏分解法（Laspeyres）、帕氏分解法（Paasche）和Sun完全結(jié)構(gòu)分解法，上述分解法難以同時對多個指標進行分解，或者分解后殘差較大，難以解釋[9,10]。Ang等提出的迪氏對數(shù)指標分解法(Logarithmic Mean Disivia Index， LMDI) 可以得到無殘差的指標分解結(jié)果，避免了參數(shù)估計的主觀性誤差，被國際上學者廣泛使用[2,11]。劉滿芝、祝捷等運用LMDI模型，分別針對主要大氣污染物和工業(yè)廢氣排放影響因素進行分析研究[12,13]。

本文選取對長江中下游城市群工業(yè)產(chǎn)值占比和污染排放占比超過5%的行業(yè)作為入選產(chǎn)業(yè)，同時梳理該區(qū)域國家級、區(qū)域規(guī)劃、省級綜合性規(guī)劃或工業(yè)規(guī)劃、地市綜合性規(guī)劃和工業(yè)規(guī)劃、重要產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)規(guī)劃及其環(huán)境影響評價報告等，判斷評價區(qū)各地市未來著力發(fā)展的重點產(chǎn)業(yè)，最終選取了鋼鐵、有色、食品、建材、紡織、化工、裝備制造等七大重點行業(yè)。以2012年、2020年、2030年為時間節(jié)點劃分兩個時間段，應(yīng)用LMDI方法對重點行業(yè)的COD、氨氮、SO2、NOx污染排放強度進行指標分解，分析得到七大重點行業(yè)四種污染物在兩個時間段中，對排放強度降低的主要貢獻因素及三個影響因素各自的變化情況。

1 指標分解模型

1.1 研究區(qū)域

長江中下游城市群包括28個城市（表1），工業(yè)重化特征明顯，工業(yè)對資源環(huán)境的需求大，工業(yè)排放了區(qū)域內(nèi)10%以上的水環(huán)境污染物和70%以上的大氣環(huán)境污染物。其中，工業(yè)COD排放占全國工業(yè)COD的 6.7%，低于其工業(yè)增加值占比（8.5%）。此外工業(yè)氨氮、SO2、NOx和煙粉塵排放占全國工業(yè)排放比重均高于其增加值占比，單位增加值排放高于全國平均水平（圖1）。

表1 長江中下游城市群范圍

1.2 數(shù)據(jù)來源及分析基礎(chǔ)

本研究以2012年為基準年，對比評價區(qū)各重點行業(yè)單位產(chǎn)值污染排放物與全國平均水平對比，當污染排放強度高于全國水平，將2005—2012年以來該行業(yè)單位產(chǎn)值全國年均排放量變化作為平均技術(shù)提升水平。當評價區(qū)污染排放強度低于全國水平時，按2030年行業(yè)污染排放強度可達區(qū)域內(nèi)該行業(yè)最優(yōu)5%企業(yè)平均排放強度為目標要求，設(shè)定年均改善程度從而得到區(qū)域內(nèi)2020年、2030年各行業(yè)的污染排放強度。文中各地區(qū)分行業(yè)污染物排放量、產(chǎn)生量、產(chǎn)值等數(shù)據(jù)均來自于各地市2012年統(tǒng)計年鑒與環(huán)境統(tǒng)計年鑒。

工業(yè)整體污染排放強度略有下降（圖2），但不同行業(yè)之間仍存在較大的差距。情景年下萬元工業(yè)產(chǎn)值氨氮污染物排放量下降趨勢最為明顯，COD、SO2次之，NOx下降幅度最小。與2012年相比，2020年長江中下游城市群重點行業(yè)COD排放強度降低36%～90%，2030年降低57%～96%；重點行業(yè)氨氮排放強度2020年降低23%～94%，2030年降低43%～99%；重點行業(yè)SO2排放強度2020年降低42%～88%，2030年降低52%～96%；重點行業(yè)NOx排放強度2020年降低20%～72%，2030年降低39%～83%。

1.3 基于LMDI的污染排放強度分析模型

污染排放強度是指一個國家或地區(qū)一定時間內(nèi)單位產(chǎn)值排放的污染物量，即千克污染物排放量/萬元GDP，用以衡量創(chuàng)造單位經(jīng)濟價值的環(huán)境負荷大小。為討論影響污染排放強度的影響因子，本文將污染排放強度分解為末端削減、技術(shù)工藝、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)三個影響因素。具體因素分解如下：

其中，I代表末端削減，即污染物排放量比產(chǎn)生量（E/P），用以討論處理工藝對污染物的去除情況；T代表技術(shù)工藝，即污染產(chǎn)生量比重點發(fā)展行業(yè)產(chǎn)值（P/Y），重點發(fā)展行業(yè)單位產(chǎn)值產(chǎn)生的污染物量；S代表產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，即重點發(fā)展行業(yè)產(chǎn)值與總產(chǎn)值之比（Y/G），重點發(fā)展行業(yè)的篩選是以高附加值行業(yè)及地區(qū)發(fā)展的特色行業(yè)為依據(jù)。

圖1 2012年長江中下游城市群排放強度

圖2 長江中下游城市群各地市污染排放強度變化

引入時間參數(shù)0年到t年，根據(jù)LMDI分析模型分解得到各因素的效應(yīng)為：

2 結(jié)果與討論

2.1 鋼鐵行業(yè)污染排放強度分析結(jié)果

根據(jù)前文方法，得到各地市2012年、2020年、2030年污染物排放強度。采用LMDI分解方法對鋼鐵工業(yè)COD排放強度進行指標分解，結(jié)果如表2所示

表2 長江中下游城市群各地市鋼鐵行業(yè)COD排放強度指標分解結(jié)果

由表2可知，2012—2020年，長江中下游城市群以末端削減為主要影響因素；2020—2030年，鋼鐵行業(yè)COD排放強度的關(guān)鍵因素從前一階段的末端削減逐漸改變?yōu)榧夹g(shù)工藝。對長江中下游城市群總體而言，2012—2020年鋼鐵工業(yè)COD排放強度大幅下降，其三個因素對強度降低的貢獻為末端削減80.0%、技術(shù)工藝19.3%、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)0.7%；2020—2030年COD排放強度進一步降低，其主要影響因素從末端削減逐步轉(zhuǎn)化為技術(shù)工藝，技術(shù)工藝貢獻率為40.7%，末端削減占比58.9%，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)占比0.4%。鋼鐵工業(yè)兩個時間段下末端削減和技術(shù)工藝兩個影響因素對污染排放強度降低的貢獻占比之和大于99%，可以得到長江中下游城市群地區(qū)鋼鐵工業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)變化不大，整個行業(yè)已達到較為穩(wěn)定的狀態(tài)。

2.2 重點行業(yè)四種主要污染物污染排放強度指標分解結(jié)果分析

按照上述鋼鐵工業(yè)COD污染排放強度指標分解的方法，對2012—2020、2020—2030年兩個時間段內(nèi)，整個長江中下游城市群的七個重點行業(yè)進行四種污染物的排放強度LMDI分析。如表3所示，污染物排放強度的主要制約因素集中在末端削減和技術(shù)工藝兩個因素上。

表3 長江中下游城市群重點行業(yè)污染排放強度指標分解結(jié)果

如圖3、圖4所示，2012—2020年除紡織工業(yè)外，其他行業(yè)及2020—2030年全行業(yè)末端削減和技術(shù)工藝兩個因素對行業(yè)污染排放強度降低的貢獻超過90%，各地市污染排放強度的指標分解結(jié)果與整個城市群的結(jié)果相似。其中，以下幾個地區(qū)重點行業(yè)的主要影響因素在2012—2020年、2020—2030年兩個時間段內(nèi)發(fā)生變化，且與城市群的分解結(jié)果有所不同。COD分解結(jié)果發(fā)生變化：皖江城市帶和鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟有色（技術(shù)—削減），長株潭城市群建材（削減—技術(shù)）、化工（技術(shù)—削減），皖江城市帶紡織工業(yè)（技術(shù)—削減）。氨氮分解結(jié)果變化情況：皖江城市帶鋼鐵（削減—技術(shù)），長株潭城市群鋼鐵、有色、食品（削減—技術(shù)），鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)建材、化工（技術(shù)—削減），鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)裝備（削減—技術(shù)），皖江城市帶紡織（技術(shù)—削減），武漢城市圈化工、裝備（削減—技術(shù)）。SO2的分析結(jié)果有所不同：長株潭城市群、鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)（削減—技術(shù)），長株潭城市群裝備（削減—技術(shù)）。NOx排放強度削減的主要貢獻來源變化行業(yè)是長株潭城市群裝備（削減—技術(shù)）。

圖3 2012—2020年長江中下游城市群污染排放強度指標分解結(jié)果

圖4 2020—2030年長江中下游城市群污染排放強度指標分解結(jié)果

總體來看，長江中下游城市群兩個時間段內(nèi)鋼鐵、建材兩個行業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的貢獻率基本保持穩(wěn)定，對污染排放強度的影響小于3%；有色、食品、化工行業(yè)不同時間段內(nèi)各影響因素占比略有變化，具體表現(xiàn)為末端削減占比驟升，這種現(xiàn)象主要是由于技術(shù)工藝改造、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)升級基本達到穩(wěn)定，末端削減技術(shù)還有提升空間；對比其他行業(yè)紡織和裝備制造業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)占比較大，紡織工業(yè)從2012—2020年可能的較大負相關(guān)變?yōu)?020—2030年的較小負相關(guān)，紡織工業(yè)和裝備制造業(yè)分別表現(xiàn)為技術(shù)工藝和末端削減的占比逐步增加。

3 結(jié)論

（1）在2012—2020年，COD的排放強度降低同時受末端削減和技術(shù)工藝的影響，在2020—2030年逐步轉(zhuǎn)化為主要受末端削減的影響。氨氮強度的削減始終取決于末端削減和技術(shù)工藝兩個因素，是四種污染中三個影響因素的變化對整體強度降低呈現(xiàn)負貢獻率最低的污染物。SO2的制約因素逐步由技術(shù)工藝轉(zhuǎn)變?yōu)槟┒讼鳒p，具體表現(xiàn)為有色、化工、裝備行業(yè)的轉(zhuǎn)變。兩個時間段內(nèi)NOx的指標分解結(jié)果變化不大，其末端削減對整個排放強度降低的貢獻度較低，在兩個時間段內(nèi)的削減程度的增加趨勢也不明顯，還需要重點關(guān)注。

（2）總的來說，末端削減和技術(shù)工藝兩個因素對排放強度降低的貢獻值較大，主要原因為產(chǎn)業(yè)改造、轉(zhuǎn)型以及技術(shù)工藝升級已基本達到穩(wěn)定，而末端處理尚未達到最佳處理效率。

（3）有色、食品、建材、化工、裝備鑄造業(yè)2012—2020年紡織行業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與排放強度降低呈現(xiàn)較為明顯的負相關(guān)，是行業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理造成的。末端治理的占比始終居高不下，表明目前長江中下游城市群的污染物排放強度降低仍主要依賴于末端處理階段，未能完全發(fā)揮清潔生產(chǎn)與產(chǎn)業(yè)升級對降低污染排放強度的積極促進作用。

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Emission lntensity of the Urban Agglomeration in the Middle-Lower Yangtze River Belt Based on the Logarithmic Mean Divisia lndex

ZHANG Jiaqi, WANG Chaoran, LIU Yi*
( School of Environment, Tsinghua University, Beijing 100084 )

The industrial system accounts more than 10% water pollutant and over 70% air pollutant in the urban agglomeration in the Middle-Lower Yangtze River Belt, mainly with heavy industry and chemical industry. To identify the main influence factors of the emission intensity in the urban agglomeration in the Middle-Lower Yangtze River Belt, this paper applies the method of Logarithmic Mean Divisia Index (LMDI) to analyze COD, ammonia nitrogen, SO2and NOxemissions for the local region and then decomposes the industrial population emission intensity into end-of-pipe treatment,technical craft and product mix. The results show that the reduction of emission intensity would be mainly relayed on endof-pipe treatment and technical craft in the two time periods (2012-2020, 2020-2030). They contribute almost 90% to the emission intensity, represent the level of pollutant reductions in end of pipe control and productive process respectively.The highest effects of COD, SO2and ammonia nitrogen are controlled by end-of-pipe treatment and technical craft simultaneously. The mitigation and improvement of NOxshould be renovated to cut down the high density and update the bad treatment.

urban agglomeration in the Middle-Lower Yangtze River Belt; Logarithmic Mean Divisia Index; emission intensity; end-of-pipe treatment; technical craft

X321< class="emphasis_bold">文章編號：1674-6252（2017）05-0064-06

1674-6252（2017）05-0064-06

A< class="emphasis_bold">DOI：10.16868/j.cnki.1674-6252.2017.05.064

10.16868/j.cnki.1674-6252.2017.05.064

區(qū)域和行業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略環(huán)境評價財政專項（2110203）。

張嘉琪（1989—），女，碩士，主要研究方向為環(huán)境系統(tǒng)分析、戰(zhàn)略環(huán)境評價，E-mail: zhangjiaqi_1989@126.com。

*責任作者： 劉毅（1975—），男，教授，博士，博士生導師，主要從事環(huán)境系統(tǒng)分析、復雜系統(tǒng)模擬與戰(zhàn)略環(huán)境影響評價研究，E-mail: yi.liu@mail.tsinghua.edu.cn。