高铁开通抑制了城市环境污染吗?
祝树金，尹诗姝，钟腾龙
（湖南大学 经济与贸易学院，湖南 长沙 410079）
摘 要： 文章使用2003-2016年全国270个地级及以上城市的数据，构建双重差分（DID）模型，研究高铁开通对城市环境污染的影响效应。结果表明，城市高铁开通有效降低了城市的环境污染程度；改变模型设定和样本范围以及替换被解释变量后，研究结论依然稳健。但这种影响效应具有地区差异性，对属于“两控区”或者人口规模较大的城市而言，高铁开通对环境污染的抑制效应更强，西部地区的抑制效应比东、中部地区更为明显。
关键词： 高铁开通；环境污染；双重差分模型
一、引 言
2016年《中国环境状况公报》显示，全国338个地级及以上城市中空气质量达标的城市仅占24.9%。环境污染问题阻碍了经济和社会的持续发展，严重影响了人类的生活和生存，已成为中国经济转型亟待解决的问题。党的十九大报告中提出要建设美丽中国、推进绿色发展、建立健全绿色低碳循环发展的经济体系。各级政府通过了系列法律法规及政策措施，设立环保专项资金，强化环境保护，重点治理水污染和大气污染。治理环境污染，不可忽视交通设施和交通运输的重要影响，特别是近年来中国交通基础设施建设飞速发展，交通运输方式发生了根本性变化。我国自2008年以来大力推动基础设施建设，全国高速铁路建设发展迅速。截至2016年，高速铁路营业里程达2.2万km，高铁运营总里程占全球高铁运营总里程的60%以上，居世界第一。中国已形成了“四纵四横”的铁路网络，《中长期铁路网规划》更提出要构建“八纵八横”的高速铁路网。2017年12月，交通运输部印发的《关于全面深入推进绿色交通发展的意见》中明确指出要推进绿色交通建设，优化交通运输结构。
学界从多方面研究了我国环境破坏和空气污染问题，主要考虑了经济增长［1］、国际贸易［2］、环境规制［3］等因素的影响，而随着交通基础设施的发展以及交通方式的日益变化，学界开始关注交通运输对环境污染的影响效应，特别是对空气污染的影响。一方面，不合理的交通运输方式会引致空气质量的恶化，主要表现为路面拥堵和尾气排放。Song等（2016）通过测算中国公路交通系统的环境效率发现，机动车尾气排放导致公路系统环境效率低下［4］。马丽梅等（2014）通过研究中国31个省市发现，私人汽车数量的增加及交通拥堵容易导致环境质量的恶化，且邻近地区的高污染会影响到本地区［5］。Fu and Gu（2017）研究发现在假期免费通行期间，样本城市的空气污染增长了20%，能见度降低了1千米。主要是由于免费通行制度下，高速公路私家车数量的增加加剧了交通拥堵，导致了污染物排放［6］。另一方面，交通运输方式的改良和升级能够降低污染排放，改善空气质量。Chen and Whalley（2012）研究台北市的城市轨道交通表明，地铁的开通使尾气污染物和碳氧化物的排放量降低了5%至15%［7］。梁若冰、席鹏辉（2016）证实城市轨道交通实现了对路面交通运输的替代，缓解了路面运输的压力，降低了机动车的尾气排放［8］。进一步，Song等（2015）等指出铁路是最有效、最环保的运输方式，其对中国环境效率的影响显著为正，且随着铁路运输使用效率的提高而增强，因此建议政府大力发展高速铁路网络［9］。
我国高速铁路的飞速发展，不仅促进了交通设施质量的改善和交通结构的优化升级，提高了交通运输的总体效率；而且，打破了地区间的空间障碍，重塑了区域经济的发展格局，对经济发展具有重要的影响。现有研究认为高铁开通有助于加速市场一体化、促进经济发展、提升就业水平、优化地区产业结构等。其一，高铁提高了区域间的可达性，提供了更多的区位选择，将城市集聚为一个开放的体系，加速了市场一体化进程［10］；其二，高铁建设作为一项重要的基础设施投资，能有效拉动经济增长［11］。同时，高铁扩大了地区间的开放程度，加速了要素流通［12］，不仅促进了本地区的经济增长，也能带动相邻地区的经济发展［11］。但也有学者研究认为高铁开通导致了城市间的发展不平衡，Yu（2017）研究发现未开通高铁的城市和未受提速影响的城市，其经济总量和固定资产投资均下降［13］；其三，高铁通过降低劳动力转移成本、提高市场可达性等渠道产生就业效应，提高城市的就业水平［14］；其四，地区产业结构由工业经济向服务型经济的转型，是产业结构优化升级的重要体现。高铁提高了地区可达性，扩大了人口流动，重塑了城市的产业格局。董艳梅、朱英明（2016）研究表明高铁建设对城市第三产业的高附加值和消费性服务业均有不同程度的提升［14］。进一步，邓涛涛等（2017）以长三角地区为样本，研究发现高铁能有效提高沿线城市服务业的密度［15］。刘勇政、李岩（2017）研究发现高铁城市较非高铁城市，其第二产业占比降低了10%，而第三产业反增了9%，佐证了高铁对产业结构调整和升级的促进作用［11］。
综观现有研究，目前鲜有研究探讨高速铁路对环境污染的影响效应，尤其是缺乏城市层面的研究。少数研究采用生命周期评估方法比较了高速铁路与其他以煤和石油为动力的传统运输方式的污染效应，发现高速铁路具有明显的减排效应，是符合可持续性发展的绿色基础设施［16-17］，但该方法从生命周期的视角，以高速铁路作为一个整体考察其环境污染，不能反映高速铁路开通前后对于地方经济增长和环境污染的净影响效应。本文基于现有研究，选取了2003-2016年中国270个地级及以上城市的面板数据，以城市高铁的开通作为准自然实验，将是否开通高铁的样本城市区分为处理组和控制组，建立双重差分模型，有效解决模型估计的内生性问题，进一步考察城市高铁开通对环境污染的影响，是对现有研究的有益补充。实证结果表明，高铁的开通总体上能使城市环境污染水平显著下降大约23.35%。但该影响效应具有地区差异性，“两控区”政策和城市规模均有利于促进高铁开通对环境污染的抑制效应。相对已有文献，本文的边际贡献如下：①已有研究中鲜有探讨高速铁路对环境污染的影响，尤其是缺乏城市层面的研究；本文从城市层面研究，弥补了现有领域的空白；②实证方面，本文将高铁开通作为一项准自然实验，采用双重差分模型，并进行了稳健性检验和异质性分析，具有一定的创新；③验证了高铁是符合绿色发展的新型交通方式，为中国继续推进高速铁路建设、实现绿色发展提供一定的理论借鉴。
二、机制分析与计量模型构建
（一）机制分析
从直接影响来看，高速铁路具有清洁、高效的特征，其本身是具有可持续性的绿色交通方式［16，18］，符合中国绿色发展的理念，因此高铁的开通在一定程度上有助于促进城市环境质量的改善。其次，机动车尾气是交通运输造成环境污染的主要来源［4］，高速铁路通过实现出行方式的转变，可有效替代传统的路面交通运输方式，减少私家车数量，降低交通拥堵程度和机动车尾气排放。从间接影响来看，高铁改善了交通条件，扩大了地区间的开放程度，加速了要素的流通［12］，可实现规模经济、技术创新、产业结构升级，并以此为中介渠道，发挥高铁对环境质量的改善作用。以上为高铁对环境质量产生的正向效应，也有学者研究发现高铁对环境质量具有负向效应。首先，高铁的原材料，如混凝土、钢铁等均产自高能耗的生产部门，其生产过程会排放大量的废水、废气和固体污染物。其次，高铁在运行过程中不仅会对沿途居民区造成一定的噪声污染［19］，而且高铁垃圾的处理也会产生污水及固体废弃物。由于高铁对环境污染的影响效应尚不明确，因此本文以城市高铁开通作为准自然实验，采用2003-2016年中国270个地级及以上城市的面板数据，建立双重差分（DID）模型，研究高铁开通对环境污染的影响效应。
（1）反事实检验。本文将270个样本城市随机分为处理组和对照组，进一步考察高铁开通对城市环境污染的影响作用。由表3中（1）和（2）列的结果可知，在随机划分开通高铁城市的反事实检验下，核心解释变量（POST×HSR）的系数均不显著，进一步证明了高铁的开通能显著降低城市环境污染的水平。
当燃机在正常工作时，若内部气体组分、比例发生变化，那么燃机的总燃烧热值也会随之改变，进而导致燃机在有效载荷恒定不变的同时其燃气进入量会出现较大变化，使得燃机的燃烧喷嘴内部压力无法保持稳定，与理论值出现偏差。此外，由于不同燃料气体在燃机内部燃烧时所需的含氧量存在很大程度的差别，当燃机出现燃料气体组分与比例变化时，其完全燃烧所需的空气含量也将随之发生较大幅度的变化，进而导致燃机内部燃料气体燃烧时所产生的NOX排放量出现显著变化，甚至出现排量超标的情况。
（二）DID模型构建
基于以上稳健性检验，本文通过异质性分析，进一步探讨高铁开通对环境污染的作用机制是否受其他因素的影响。
其中，EPit为i城市在t时期的环境污染变量，ln表示对相应变量取自然对数；POSTit为时间虚拟变量，HSRit表示城市虚拟变量，则β1为高铁开通对环境污染的净影响效应；Xit为影响环境污染的其他控制变量，结合已有关于环境污染的研究，这里主要包括地区经济增长、产业结构、技术进步和外商直接投资变量等；uit为城市固定效应，εit为随机扰动项。
（三）变量定义与数据说明
被解释变量是环境污染水平（EP）。关于环境污染的衡量，有学者采用单一的污染物排放强度或污染物排放总量，如PM10、SO2、NO2、工业粉尘等［1，3］；一些研究则构建包含多种污染物的综合污染指数［2］。基于数据的可得性和完整性，本文选取人均工业废气的排放量衡量城市环境污染水平。原始数据来自《中国环境统计年鉴》，后经计算得出。
控制变量主要有经济增长（PGRP）、产业结构（S2、S3）、科学教育水平（SE）、外商直接投资（FDI）。经济增长是影响环境污染的重要因素，理论和实证研究表明环境质量与经济发展存在“倒U”型关系，即环境库兹涅茨曲线（EKC）［20］。因此在计量模型（1）中考虑了人均地区生产总值和人均地区生产总值的平方项，以检验“倒U”型关系在中国城市层面是否成立；产业结构对环境污染具有重要影响，尤其是以工业为主的第二产业是环境污染的主要来源［21］。因此选取了第二产业和第三产业生产总值占地区生产总值的比重作为产业结构的衡量指标，考察产业结构对中国环境污染的影响；受教育程度越高的地区，社会的环保意识越强，环境质量越容易得到改善［22］。因此选取了教育和科技支出的总和占地方预算支出的比重作为衡量指标，考察地区的科技和教育发展程度对环境污染的影响；外商直接投资是影响环境污染的重要因素［2］，因此选取了当年实际使用的外资额占地区生产总值的比重来衡量FDI对环境污染的影响。控制变量的原始数据均来自《中国城市统计年鉴》，除虚拟变量外的所有变量进入计量模型均取自然对数，所有货币单位均以2003年为基期进行CPI指数平减后得到。由于无细分城市的CPI指数数据，故采用其对应的省级CPI指数替代。表1为主要变量的描述性统计。
祝庆英版：要是大伙儿对残暴的人都一味和气，一味顺从，那坏人可就由着性子胡作非为了；他们就永远不会有什么顾忌，他们也就永远不会改好，反而会变得越来越坏。
（三）教学形式单一枯燥。教学形式的好坏直接关系到学生的学习兴趣，以及高中教学的创新性，进而对学生的学习情况有所影响。我国当前的高中音乐教学过程中，存在着明显的教学形式单一枯燥等现象，大多数音乐教师在高中音乐的教学过程中，多以音乐的教学为主，而忽视了培养学生的音乐鉴赏能力以及鉴赏水平。单一枯燥的教学形式大大削弱了高中学生们的学习积极性，为新课改形势下高中音乐的教学带来了阻碍。
表1 主要变量的描述性统计
三、计量结果与分析
（一）基准回归结果
本文选用2003-2016年全国270个地级及以上城市的面板数据，以高铁开通作为准自然实验，构建双重差分模型，实证研究高速铁路的开通对环境污染的影响。逐步回归的基准结果见表2所列。
由表2的回归结果可知，核心变量即高铁开通时间与城市虚拟变量的交叉项（POST×HSR）的回归系数一直显著为负，这表明高速铁路的开通对环境污染的净影响效应显著为负，且结果稳健；根据模型（6），城市高铁的开通使得相应城市的环境污染水平显著下降大约23.35%，这说明高速铁路的开通能有效作用于城市环境污染的改善。控制变量结果表明，中国城市的经济发展与环境污染之间呈“倒U”型关系，符合环境库兹涅茨假说；第二产业是城市环境污染的重要因素；加大科教投入有利于改善环境质量；第三产业和外商直接投资对城市环境污染的改善作用并不明显。
表2 基准回归结果
（二）稳健性检验
为了进一步验证该结论，以下将通过反事实检验、改变样本范围、替换环境污染的指标进行稳健性检验。
常规管理：4月上旬播种，已灌冬水的A、B小区，青稞秸秆已翻沤的田块整平。用种量300kg/hm2。施尿素112.5kg/hm2、二铵187.5kg/hm2，播种时分层施入作底肥和种肥。苗期化学防治除草。
同步碎石封层技术在应用于实际生活中时，对路面封层时的碾压要求是十分严格的。只有控制好碾压速度、碾压的强度以及碾压时在路面上停留的时间，才能保证路面封层的效果和使用寿命。这就要求施工人员在根据沥青材料选择的基础上，对路面的碾压速度进行匀速处理，努力保证在路面的停留时间相近或相同。并且，在特殊地段可以采用多次反复碾压的方法，强化地面粘合度，增强路面封层的使用时间。
（2）改变样本范围。考虑到政府在规划高速铁路线路时，会侧重于将高铁设立在行政级别较高的直辖市及省会城市，由此导致处理组与控制组在受政策冲击时存在异质性，可能使实证结果存在偏误。因此，本文进一步剔除了270个样本城市中30个直辖市和省会城市（除拉萨市外），仅保留240个样本城市，对模型进行重新估计。由表3中（3）和（4）列可知，剔除直辖市和省会城市后的样本结果并未受到影响，核心变量（POST×HSR）的系数依然显著为负，与表2中的基准回归结果基本一致。由此推出，高铁开通对城市环境污染的抑制作用是稳健的，不随样本的改变而改变。
（3）替换环境污染的指标。考虑到环境污染指标的度量对于估计结论的影响，本文进一步将环境污染水平的度量指标由“人均工业废气的排放量”替换为“人均工业废水的排放量”，由表3中（5）和（6）列可知，核心解释变量（POST×HSR）的系数依然显著为负，并不随被解释变量指标的不同而发生改变，由此证明高速铁路对环境污染的影响效应稳健为负。
表3 稳健性检验的回归结果
（三）异质性分析
基于数据的完整性，剔除了数据缺失过多的城市，如拉萨、铜仁、三沙等20余个城市，选取2003-2016年中国270个地级及以上城市为样本，以样本内开通高铁的城市为处理组（165个），未开通的城市为控制组（105个），实证研究高速铁路开通对环境污染的影响效应。具体模型设定如下：
（1）基于城市是否为两控区的异质性分析。中国于1998年开始实施“两控区”（Two Control Zones）政策，即酸雨和二氧化硫污染控制区，共涉及27个省、自治区、直辖市的175个城市。实施两控区政策的地区，其环境规制更为严格［23］。借鉴Cai等（2016）［23］的研究，本文将270个样本城市划分为两控区城市与非两控区城市，设定虚拟变量TCZ：若该城市被划分为两控区，则TCZ取值为1，否则为0，建立如下三重差分模型，分析高铁的开通对环境污染的作用效果是否受“两控区”政策的影响。
核心解释变量（POST×HSR）为时间虚拟变量（POST）与政策虚拟变量（HSR）的交叉项，其反映了高铁的开通对环境污染的净影响。时间虚拟变量（POST）在高铁开通的年份之前取0，开通当年及之后的年份取1。城市虚拟变量（HSR）对于开通高铁的城市（处理组）取1，未开通高铁的城市（控制组）取0。开通高铁的城市及其开通时间的数据首先由《中长期铁路网规划》获取高速铁路线路，后经百度得到各沿线的设点城市及开通时间，并结合中国高速铁路线路图（2018年1月版）对数据进行补充和完善。
具体回归结果见表4所列。根据表4回归结果可知，高铁开通对环境污染的改善作用受到两控区政策的显著影响，开通了高铁且受两控区政策影响的城市，其对环境污染的改善程度更为明显。被划为两控区的城市，其环境规制较其他城市更为严格，因此有助于加强高铁对环境污染的改善作用。
表4 是否为两控区城市的异质性分析
（2）基于城市规模的异质性分析。城市规模的不断扩大，一方面容易引致环境污染等负面现象；另一方面，由于经济落后地区的人口倾向于向经济发达地区转移，因此人口规模的扩大在一定程度上是城市经济发展水平较高的映射。例如，珠三角、长三角和京津地区是中国人口密度较高的区域。而经济发展水平越高，越容易发挥高铁开通对环境污染的间接影响效应，改善环境质量。本文选取人口密度（人/km2）作为城市规模（POP）的代理变量，并对其取对数，分析高铁的开通对环境污染的作用效果是否受城市人口规模的影响。设立如下计量模型：
首先是观念和认识方面有偏差，对美术人才培养缺乏全局观念，存在急功近利的思想。甚至还有人认为艺术家都是自然生成的，画家的成长成才完全靠自身的天赋和努力，不需要专门培养，特别是对青年画家重点培养力度不大。其次是人才培养的氛围不浓，政策支持不够，资金投入不足，尤其是对体制外的画家如何加大培养和推介的力度，还有待于在制度和政策方面加以完善。再有就是专业培训不到位，存在培训层次较低、针对性差以及以会代训、培训流于形式等问题。
由表5中结果可知，人口规模越大，高铁开通对环境污染的抑制作用越强。因为当城市进入后工业时代，服务型经济的发展需求增大，而人口规模越大的城市，越容易集聚高技能的劳动力资源［24］，其经济发展水平越高，因此高铁开通对环境污染的间接影响作用越强。该结果与梁若冰、席鹏辉（2016）［8］研究发现在人口密度较高的城市，轨道交通对环境污染的减排效应越明显的结论有相似之处。
表5 城市规模的异质性分析
（3）分地区的异质性分析。根据城市的地区分布，本文将270个样本城市区分为东部地区、中部地区和西部地区，进行分样本回归。由表6可知，高铁开通对东、中、西部地区城市环境污染的影响均显著为负，但影响作用具有地区差异。根据核心变量的系数大小，高铁开通对环境污染的抑制作用作用由大到小依次为西部、中部、东部。但中国目前的高速铁路网络分布密集的区域主要集中在东、中部地区。因此，为实现高速铁路建设的地区均衡，促进区域绿色协调发展，我国应拓展科学布局高速铁路的分布网络，进一步加强对西部地区的高速铁路建设，最大程度地发挥高铁对西部地区城市环境污染的积极效应。
表6 分地区的异质性分析
四、结论及政策建议
高速铁路被认为是交通技术的突破和变革，许多研究证实了高速铁路发展对经济发展和区域优化的重要作用，但国内鲜有研究探讨高速铁路对环境污染的影响，尤其是缺乏城市层面的研究。本文选取了2003-2016年全国270个地级及以上的面板数据，以高铁的开通作为外生的政策冲击，构建双重差分模型，探讨高铁开通对环境污染的净影响效应，并进行了系列的稳健性检验和异质性分析。研究发现，城市高铁的开通总体上有利于改善环境污染，使得城市的环境污染水平下降大约23.35%。但高铁开通对环境污染的影响效应具有异质性，开通了高铁且受“两控区”政策影响的地区，城市环境问题的改善程度更大；城市规模越大，高铁开通对环境污染的抑制作用越强；高铁开通对环境污染的影响效应在不同地区之间具有显著差异性。此外，城市经济发展水平与环境污染之间呈“倒U”型关系，环境库兹涅茨假说效应在中国城市层面存在；第二产业发展仍然是造成城市环境污染的重要因素，但第三产业对城市环境污染的影响并不明显；加大地区的科技和教育投入有利于改善城市的环境质量。
本文的研究为实现高铁发展对城市环境污染的抑制作用提供了理论借鉴，为建设和发展高铁经济提供了相应的政策参考。①高速铁路作为中国新“四大发明”之一，不仅能带动地区经济增长，而且有利于改善城市环境污染，有助于政府打赢雾霾攻坚战，实现经济与环保的双赢。因此，我国在科学合理推动高铁建设、扩大高铁网络的同时，应充分利用高速铁路高效、绿色、环保的优势，推动城市环境质量的改善，实现绿色发展，建设美丽中国。②实证发现，高铁开通对环境污染的抑制效应在实行“两控区”政策和人口规模大的城市更为明显。因此，一方面，改善地区环境质量要注重高铁经济与环境治理的有效结合，因地制宜，合理配置高铁资源，完善区域环境规制，提高环境执法效率，严格环境污染的惩罚机制，实现高铁经济与规制政策对于环境质量改善的“双轨驱动”；另一方面，在有限资源条件下，高铁发展应优先侧重于规模较大的城市，这不仅有助于发挥高铁的环保效应，而且符合高铁建设的经济效益。③我国高速铁路发展应统筹全局、兼顾西部，注重区域协调发展。高铁对环境质量的改善作用具有区域差异，特别是在西部地区最为明显；然而我国高铁在东、中部地区分布较为密集，在西部地区较为稀疏。因此，我国高铁建设应拓展区域发展空间，科学布局，进一步加强西部地区的高铁建设，推动西部崛起。④应进一步加快城市产业结构的优化升级，大力发展现代服务业，促进制造业和服务业融合发展；同时，应加大城市科技投入，改进生产技术，从而降低环境污染。
高校在“爱自”教育上应做到：组织开展生命教育和人生价值教育等活动，引导学生珍爱生命，热爱生活，勇于改正错误；组织开展志愿服务和社会实践等活动，鼓励学生关爱他人，积极参加公益活动，对社会充满爱心；组织开展学科竞赛和科技创新等活动，鼓励学生热爱钻研，勇于创新创业，对未来充满信心。
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Does the Opening of High-Speed Railway Inhibit Urban Environmental Pollution?
ZHU Shu-jin,YIN Shi-shu,ZHONG Teng-long
（College of Economics and Trade,Hunan University,Changsha 410079,China）
Abstract: The paper,using the data of 270 cities at prefecture-level or above in China from 2003 to 2016,builds the differ⁃ence-in-difference model to study the effect of the opening of high-speed railway(HSR)on environmental pollution.The re⁃sults show that the opening of HSR effectively reduces the level of urban environmental pollution;The robustness checks of changing model specification and sample range,replacing the dependent variables come to the same conclusion.However,this kind of effect varies among regions.The inhibiting effect will be stronger in cities which belong to“Two Control Zone”,western region or cities with large population.
Keywords: opening of high-speed railway;environmental pollution;difference-in-difference model
中图分类号： F53；F205
文献标志码： A
文章编号： 1007-5097（2019）03-0052-06
［DOI］ 10.19629/j.cnki.34-1014/f.180118022
收稿日期： 2018-01-18
基金项目： 国家自然科学基金面上项目（71573076）
作者简介：
祝树金（1974-），男，湖南隆回人，教授，博士生导师，研究方向：国际贸易，经济增长与环境污染；
尹诗姝（1994-），女，湖南隆回人，硕士研究生，研究方向：国际贸易与环境污染；
钟腾龙（1990-），男，湖南隆回人，博士研究生，研究方向：国际贸易与经济增长。
［责任编辑：程 靖］
标签：高铁开通论文; 环境污染论文; 双重差分模型论文; 湖南大学经济与贸易学院论文;