化工行业是典型的高资源能源消耗行业，产生了一系列环境污染问题。当前中国正面临前所未有的资源和环境压力，包括化工行业在内的传统制造业的发展面临新挑战，原有的粗放式发展模式难以为继。在“中国制造2025”和生态文明建设的国家战略大背景下，对化工行业这样一个典型的传统制造业的经济与资源环境影响，从全新的视角展开客观而深入的研究，具有重要意义。

已有对化工行业经济与环境影响的研究可以分为微观和宏观两个层面。微观层面的研究主要关注某一类或几类具体化工工艺流程的经济性或环境影响^[1]。宏观层面的研究则主要是根据国家各级统计部门的宏观统计数据，针对某一区域内化工相关行业的经济性或环境影响展开^[2]。但是，这些研究仅着眼于化工行业本身，并未考虑到化工行业与经济系统内其他行业之间的互相依存关系，缺乏系统性的研究视角。就化工行业的资源环境问题而言，虽然化工行业的生产造成了大量的资源消耗和污染物排放，但化工行业的生产活动却是很多下游产业的生产活动得以进行的前提，单纯将这些资源环境问题归咎于化工行业是不够公平客观的。投入产出(input-output, IO)分析能够很好地描述经济系统内化工行业与其他行业之间存在的上下游供应链关系，从而可以从系统性视角对化工行业在整个经济系统内的经济与资源环境影响展开研究。投入产出分析不仅在经济学领域被应用于不同产业之间的关联关系的研究^[3]，而且在产业生态学领域被广泛应用于隐含(embodied)温室气体排放^[4-6]、水资源消耗^[7-8]、能源消耗^[9-10]、铁矿石消耗^[11]等资源环境问题及其驱动因素的研究。但是，目前专门着眼于化工行业的经济与环境影响的研究仍较为少见。

本文聚焦于中国的化工行业对整个国民经济系统所产生的经济与环境影响，选取了2002、2007、2012和2015年的数据展开研究。为研究化工行业与其他行业在经济上的关联关系，本文选取了投入产出分析中的影响力系数和感应度系数指标进行定量描述。本文选取了化石能源消耗和工业二氧化硫排放这两个具有代表性的指标分别描述化工行业的资源与环境影响。对于化工行业而言，氮氧化物排放也是一个重要的环境指标，但本文作者测算发现，在本文所考察的时间段内，化工行业的氮氧化物排放隐含在需求端各类最终产品中的情况与二氧化硫排放的情况十分相似。并且，二氧化硫比氮氧化物更早地被纳入中国的环境统计体系中，相应的统计手段更加成熟。因此，本文采用二氧化硫排放描述化工行业的环境影响。然后，利用IO模型对各行业最终产品中所隐含的化工行业资源环境影响进行计算。

1 研究方法 1.1 IO模型

IO模型以投入产出表为数据基础。中国采用的IO表为价值型IO表，表中数据反映的是经济系统内不同部门之间的货币流量。IO表的数据通常分为3个象限。其中：第Ⅰ象限反映了各部门对其他部门产品的中间使用，第Ⅱ象限反映的是各部门最终产品的去向(包括消费、形成资本、出口等)，第Ⅲ象限则反映了对各部门的初始投入。根据第Ⅰ象限与第Ⅱ象限所合并成的表的每一行需满足中间使用+最终使用=总产出的基本关系，可以推导得出IO模型的基本等式，

$ \boldsymbol{x}=(\boldsymbol{I}-\boldsymbol{A})^{-1} \boldsymbol{y}. $

其中：x为总产出向量；I为单位矩阵；A为技术系数矩阵(或直接消耗矩阵)，该矩阵中第i行第j列的元素代表了部门i对部门j单位总产出的中间投入，反映了各部门之间直接经济联系的紧密程度；y为最终需求向量。矩阵L=(I－A)^－1被称为Leontief逆矩阵^[12]，表示一个货币单位的最终需求在整个经济体系中的所有直接与间接消耗。

1.2 基于IO模型的量化分析方法

在IO模型的基础上，可以针对每个行业部门开展相关的经济指标的量化分析。由于IO表的数据体现了各行业间经济联系的紧密程度，因此可以分析包括化工行业在内的各行业部门的发展与整个经济体发展的关联关系。在投入产出分析的实际应用中，用于描述经济体中产业间相互关联关系的指标有影响力系数和感应度系数。影响力系数描述的是所研究的行业对整个经济体总产值的拉动作用。对于部门j而言，其影响力系数F_j的具体定义式为

$ F_{j}=\frac{\sum\limits_{i=1}^{n} l_{i j}}{\frac{1}{n} \sum\limits_{i=1}^{n} \sum\limits_{j=1}^{n} l_{i j}}. $

其中：l_ij为Leontief逆矩阵L中的元素；n为整个经济体中的行业部门个数。F_j是一个量纲为1的数，反映了部门j增加一个单位的最终消耗时对国民经济体系中各部门产生的波及效应。根据影响力系数的定义式可知，整个经济体中所有部门的影响力系数的平均值等于1，因此影响力系数高于1的部门对整个经济体发展的拉动作用高于各行业的平均值。感应度系数描述的是整个经济体的发展对所研究行业的发展的需求与依赖程度。对于部门i而言，其感应度系数E_i的具体定义式为

$ E_{i}=\frac{\sum\limits_{j=1}^{n} l_{i j}}{\frac{1}{n} \sum\limits_{i=1}^{n} \sum\limits_{j=1}^{n} l_{i j}} $

E_i同样也是一个量纲为1的数，反映了经济体中各部门均增加一个单位的最终消耗时部门i被需求和依赖的程度，体现了行业i对于其他行业生产的推动作用。同理，感应度系数高于1的部门在整个经济体的发展过程中的需求作用要高于各行业的平均值。影响力系数与感应度系数的区别在于因果关系的差异，影响力系数反映的是由于化工行业发展的原因，造成了拉动国民经济发展的结果；而感应度系数反映的是由于国民经济发展对化工行业有依赖的原因，导致了化工行业生产产品满足其他行业需求的结果。

此外，IO模型还可以应用于环境生态领域。在IO模型中引入环境拓展向量k，在本文中为化石能源消耗和二氧化硫排放，二者分别对应各自的环境拓展向量。k中的元素反映的是各行业部门基于生产端的某一类特定的环境影响与IO表中对应部门的货币价值总产出的比值。在IO模型基本等式的两侧同时左乘环境拓展向量k，可以得到

$ E=\boldsymbol{k}(\boldsymbol{I}-\boldsymbol{A})^{-1} \boldsymbol{y}. $

其中E是整个经济体所产生的某种特定环境影响的总量。将上式中的最终需求向量y进行对角化，则等式的左侧变为一个向量，其元素表示相应部门基于最终需求端的隐含环境影响。利用该模型可以计算隐含在各部门最终需求中的特定环境影响，这种对各部门的环境影响进行评估的方法体现了“谁受益谁负责”的价值取向。

1.3 数据来源与处理

本文中的化工行业是指国民经济行业分类标准中的“化学原料和化学制品制造业”，包含基础化学原料、化肥、农药、涂料及类似产品、合成材料、专用化学品和日用化学品制造等子行业。本文基于2002、2007、2012和2015年中国42个行业IO表的数据展开研究^[13-15]。需要注意的是，国家统计局公布的IO表为竞争型投入产出表，其中间使用和最终使用部分均包含了对国外产品的使用，而这些产品的生产过程是在国外完成的。由于这部分国外产品的生产导致的资源环境影响不属于国内，因此需要将竞争型IO表转化为非竞争型IO表。本文假定各部门进口各种国外产品的比例相等，按照各部门进口产品占该部门国内总使用产品的比例来剔除进口国外产品的部分^[16]。

为了对中国化工行业的环境影响展开分析，需要引入相应的环境拓展向量。本文选取了化工行业基于生产端的化石能源消耗和工业二氧化硫排放作为研究对象。通过《中国能源统计年鉴》可获取化工行业的化石能源消耗量^[17]，而通过相应年份的《中国环境年鉴》可以获取化工行业的工业二氧化硫排放量^[18-21]。由于本文探讨的是化工行业的生产活动产生的环境影响隐含在各行业最终产品中的情况，因此所采用的环境拓展向量k只考虑了化工行业基于生产端的化石能源消耗和二氧化硫排放，而其他行业对应的环境拓展向量中的元素均设为0。

2 结果与讨论 2.1 化工行业与中国国民经济发展的关联关系

利用IO模型可以计算出各年份中国化工行业的影响力系数，从而定量地描述化工行业对国民经济发展的拉动效应及其随时间推移的变化情况。表 1展示了2002至2015年期间中国化工行业影响力系数的变化。为了更加直观地呈现化工行业的影响力系数在整个国民经济系统中所处的地位，图 1以2012年为例将中国化工行业的影响力系数与其余41个行业的影响力系数进行了对比，而2002、2007和2015年各行业的影响力系数分布情况与2012年类似。图 1中，行业代号1、2、3、4分别代表第一产业、除化工行业外的第二产业、第三产业、化工行业，下同。可以看出，化工行业在2002、2007、2012和2015年的影响力系数均大于1，并且化工行业影响力系数在2007、2012和2015年所有的42个行业部门中排名均进入了前10名，表明化工行业对整个国民经济总产值的拉动作用高于各行业的平均值。此外，化工行业的影响力系数总体上呈现不断增大的趋势，表明化工行业对于中国国民经济发展的拉动程度逐渐上升。随着化工生产技术的不断进步与化工行业进一步转型升级，化工行业未来仍将继续作为经济发展的重要引擎之一。

利用类似的方法，可以计算出各年份中国化工行业的感应度系数，从而定量地描述国民经济发展对化工行业的需求与依赖程度及其随时间推移的变化情况。表 1展示了2002至2015年期间中国化工行业的感应度系数的变化。为了更加直观地呈现化工行业的感应度系数在整个国民经济系统中所处的地位，图 2以2012年为例将中国化工行业的感应度系数与其余41个行业的感应度系数进行了对比，而2002、2007和2015年各行业的感应度系数分布情况与2012年类似。可以看出，化工行业在2002、2007、2012和2015年的感应度系数在所有42个行业中的排名均为第1名，表明中国国民经济的发展对化工行业的依赖超过了其他任何一个行业。该结果与文^[3]的结论存在差异，这是由于本研究所采用的Leontief逆矩阵剔除了进口产品的影响。此外，化工行业的感应度系数总体上呈现不断增大的趋势，表明中国国民经济的发展对于化工行业的依赖程度越来越高，化工行业对于经济发展越来越具有重要意义。

2.2 中国化工行业基于生产端和需求端的资源环境影响

表 2展示了中国化工行业在2002至2015年间基于生产端的化石能源消耗和二氧化硫排放的变化情况。可以看出，中国化工行业所消耗的化石能源由2002年的3.74×10⁹ GJ增长至2015年的1.163×10¹⁰ GJ，这13年共计增长了211%；所排放的二氧化硫也由2002年的0.74 Mt增长至2012年的1.26 Mt，10年共计增长了71%。以上数据表明中国化工行业面临的节能减排压力相当巨大。但是，近些年来，化工行业的资源与环境影响也出现了一些改善的势头，中国化工行业的化石能源消耗与二氧化硫排放的增速在2007年之后出现放缓。这一现象与“十一五”时期单位GDP能耗和主要污染物排放首次成为国家社会经济发展五年规划的约束性指标有关。相关研究的预测结果表明，中国工业部门的能源消耗总量将在2030年左右达到峰值^[22]。此外，2015年化工行业的二氧化硫排放仅为0.65 Mt，比2012年降低了48%，表明中国化工行业在污染物排放总量控制方面取得了显著成效。

从基于生产端的视角来看，中国化工行业的生产活动产生的资源消耗与环境影响是较为显著的。在2012年，基于生产端的化工行业的化石能源消耗量占全国化石能源消耗量的比例达到了14%，化工行业的工业二氧化硫排放量占全国工业二氧化硫排放量的6.6%。但是，从基于最终需求端的角度可以发现，化工行业的产品有很大一部分是用作下游行业的生产原料，因此由化工行业的生产活动所产生的环境影响会有相当大一部分隐含在其下游行业的最终产品当中。图 3a和3b分别展示了2002至2015年期间中国化工行业隐含化石能源消耗与工业二氧化硫排放在不同行业的最终产品当中的分配情况。可以发现，在2002年至2015年期间，化工行业的生产过程所消耗的化石能源和排放的工业二氧化硫有很大一部分隐含在除化工行业外的制造业、建筑业和服务业的最终产品或服务之中。在2012年，中国化工行业的隐含化石能源消耗在其他制造业、建筑业和服务业中所占的比例分别达到了37%、18%和20%，即化工行业的生产过程所消耗的化石能源中有3/4左右隐含在非化工行业的最终产品之中。化工行业的隐含工业二氧化硫排放在各行业最终产品或服务中的分配也具有类似结果。上述结果表明，中国化工行业的生产过程所消耗的化石能源和产生的工业二氧化硫中，有一大部分是为了生产其他行业的最终产品或服务，因此有必要促进公众了解化工行业产生的环境影响大部分隐含在其他行业的最终产品中这一事实，使公众对于化工行业的环境问题有更加客观系统的认识。在制定相应的政策时，除了基于“谁污染谁治理”的原则之外，也应当兼顾“谁受益谁负责”的原则，考虑到生产相应的最终产品的其他制造业、建筑业和服务业等行业的环境责任。

此外，其他行业的最终产品中隐含的化工行业的化石能源消耗和工业二氧化硫排放的比例在逐年缓慢升高。仍以化石能源消耗为例，2002、2007、2012和2015年中国化工行业的隐含化石能源消耗在其他行业中的比例分别达到了75%、75%、78%和81%。这一结果也从另一个角度说明了其他行业的生产活动对化工行业的依赖程度越来越高。基于这一点而言，提高其他行业的生产活动对化工行业所生产的生产原料的利用效率，可以间接地降低化工行业的生产活动带来的环境影响。

3 结论

本研究发现，2002至2015年期间，化工行业对中国整个国民经济的拉动作用在各行业中处于较高水平，并且化工行业对国民经济的拉动作用随着时间的推移不断增加。中国国民经济的发展对化工行业的依赖程度超过了其他所有行业，并且国民经济对化工行业的依赖程度随着时间的推移不断增加。

从生产端的视角来看，中国化工行业的资源环境影响面临的节能减排压力较大，但化工行业的化石能源消耗的增速已经在2007年后出现放缓，二氧化硫排放也在2012至2015年期间下降近半，表明化工行业在节能减排方面取得了较为明显的成效。

从需求端的视角来看，2002至2015年期间，化工行业的生产过程所消耗的化石能源和排放的工业二氧化硫有75%以上隐含在除化工行业外的其他行业的最终产品或服务之中。因此，在制定相应的资源环境政策时应当考虑到生产相应的最终产品的其他制造业、建筑业和服务业等行业的环境责任。其他行业的最终产品中隐含的化工行业的化石能源消耗和工业二氧化硫排放的比例在逐年缓慢升高，从另一个角度说明了这一时期国民经济对化工行业的依赖程度随着时间的推移不断增加。提高其他行业的生产活动对化工行业所生产的生产原料的利用效率，可以间接地降低化工行业的生产活动带来的环境影响。