碳中和的数字化路径：中国城市异质性绿色创新及其空间溢出效应

《TECHNOLOGICAL FORECASTING AND SOCIAL CHANGE》：A digital path to carbon neutrality: Heterogeneous green innovations and their spatial impact for Chinese cities

本文针对数字经济（DE）对低碳发展（LCD）影响中绿色创新（GI）异质性作用不清、空间溢出方向争议等问题，基于2009—2023年中国280个城市面板数据，采用门槛模型、联立方程及空间杜bin模型等，发现DE对LCD呈先抑后促的非线性效应，绿色创新是关键机制，且溢出效应呈U型“以邻为壑”到“与邻为伴”转变，为发展中国家低碳转型提供理论与政策参考。

　　

在“双碳”目标成为全球共识、极端天气与气候事件频发的当下，如何兼顾经济增长与碳减排，破解环境保护与经济发展的两难困境，是实现低碳发展（Low-carbon development, LCD）的核心命题。传统上，创新被视为经济增长的根本驱动力，但在低碳发展的迫切需求下，焦点必须从一般性技术创新转向绿色导向型技术创新（Green innovation, GI）。然而，绿色创新具有“双重外部性”（技术外部性与环境外部性），导致创新者难以获取足够收益且需承担更高研发成本，加之路径依赖问题，使得绿色创新的生成与扩散面临挑战。与此同时，数字经济（Digital economy, DE）作为以数字技术为核心的新型通用技术，被认为能够打破时空约束、重塑生产与消费方式，并为创新提供更包容开放的环境。但现有研究大多假设DE对LCD的影响为线性，且很少关注不同类型绿色创新在其中的异质性作用；此外，关于DE对邻近城市LCD的空间溢出效应究竟是会加剧污染转移（“以邻为壑”），还是会带动协同减排（“与邻为伴”），学界仍存在不一致的结论。为了回答“DE是否及如何促进LCD”“是否存在发展门槛”“绿色创新异质性机制为何”“空间溢出呈现何种动态”等关键科学问题，Tingting Bai、Dong Xu与Muhammad Ali Nasir以中国280个城市2009—2023年的面板数据为样本，在《Technological Forecasting and Social Change》发表了该项研究。

为开展上述研究，作者主要运用了以下关键技术与方法：构建基于超效率SBM（Super-efficiency SBM）模型（含非期望产出）的LCD测度指标；采用主成分分析（PCA）构建地级市数字经济（DE）综合指数；依据IPC分类号将绿色专利划分为发明型与实用新型（创新程度）、源头控制型（能源节约与替代能源）与末端治理型（废弃物管理）（创新链）、企业与高校—科研院所（创新主体）三类异质性绿色创新（GI）；使用门槛模型检验DE对LCD的非线性效应；采用三阶段最小二乘法（3SLS）联立方程框架识别异质性GI的中介效应；构建空间杜宾模型（SDM）并结合不同距离阈值地理权重矩阵，检验DE对邻近城市LCD的时空溢出效应及GI溢出的传导作用；选用“城市到八纵八横光纤骨干网节点距离”作为DE的工具变量（IV）以处理内生性。

5.1. 基准回归结果

基准固定效应模型结果显示，DE对LCD的回归系数显著为正，表明数字经济总体上能显著促进低碳发展。这一结论符合“DE通过数据要素化与数字化重塑增长方式，在提高效率的同时促进低碳转型”的逻辑。控制变量中，人口增长密度（den）因集聚效应与基础设施高效利用而显著促进LCD；以第二产业占比衡量的工业化（indus）因依赖化石能源而显著抑制LCD；政府干预（gov，财政支出占GDP比重）因存在“重增长、轻环境”倾向也显著抑制LCD。

5.2. 非线性效应分析

考虑到数字网络扩张可能存在边际收益递增（Metcalfe定律）及早期数字基建的高能耗特征，作者使用门槛模型进行检验，发现DE与LCD之间存在显著的单一门槛效应（门槛值?0.225）。当DE低于门槛值时，其对LCD的影响显著为负，对应数字发展初期基建、数据中心与智能设备带来的用电与电子废弃物压力，以及“回弹效应”部分抵消效率增益；当DE跨越门槛值后，系数转为显著为正，表明随着数字化深入，技术效率改进、网络化协同与清洁化升级开始占主导，低碳收益逐步释放。时空可视化亦显示，2014年后长三角、珠三角与成渝等城市群中越过门槛的城市增多，且高DE与高LCD的空间对应在集群内部更清晰。

5.3. 内生性与识别策略

为解决LCD改善可能反过来激励DE与GI带来的反向因果问题，作者选取“城市到八纵八横光纤骨干网节点城市的球面距离（fiber_distance）”作为DE的工具变量（IV）。该距离影响宽带部署成本与数字基建条件，从而与DE相关；同时骨干网节点布局属国家网络规划的前置部署，在满足排除限制（主要通过DE渠道影响LCD而非直接改变生产/排放结构）上具有合理性。2SLS回归显示IV负向预测DE且显著；IV识别的DE对LCD效应仍显著为正。补充检验中，IV不系统预测人均GDP（PGDP）与二三产比值（INDUSTRY）等非数字渠道，且在控制DE后IV对LCD直接效应不显著，进一步支撑了通道排他性。

5.4. 稳健性检验

作者从多维度验证结果稳健性：替换LCD测度为基于非径向方向距离函数（NDDF）与SBM-DDF的效率和指标，DE仍显著促进LCD；将被解释变量换为人均CO₂排放与碳强度（CO₂/GDP），DE系数显著为负（即降碳）；加入省份固定效应与省份×年份固定效应，结论保持；使用滞后一期DE（DE_t-1）时系数仍显著为正，而DE_t-2、DE_t-3不显著，说明DE对LCD的促进主要在滞后一年左右体现，并缓和同期冲击与 simultaneity 偏误担忧。

5.5. 异质性分析

分组回归显示：DE对LCD的促进作用在“非资源依赖城市”“工业结构升级（ISU）较高城市”“行政级别较高城市（直辖市、省会、副省级）”中显著，而在资源依赖城市、低ISU城市、普通地级市中不显著。这表明数字赋能低碳转型受资源路径依赖、产业结构基础与治理协调能力约束，结构化条件决定了DE能否被转化为低碳绩效。

5.6. 异质性绿色创新（GI）机制分析

通过3SLS联立方程（LCD方程与GI方程互为解释变量以处理双向互动），作者检验GI的中介作用并比较异质性类型。结果显示：总GI在DE→LCD中起到显著中介作用（间接效应0.0011）。进一步按类型拆分：（1）发明型GI（Ln(invention GI)）中介间接效应为0.0006且两端显著，而实用新型GI（Ln(utility model GI)）第二阶段系数不显著，说明DE更倾向于通过高质量、长周期的发明型GI提升LCD；（2）源头控制型GI（Ln(source-control GI)，如节能与替代能源）间接效应0.0007且显著，末端治理型GI（Ln(end-of-pipe GI)，如废弃物管理）第二阶段不显著，表明从源头减少排放的创新比末端加装治理设施更易带来持久低碳效益；（3）企业GI（Ln(enterprise GI)）中介显著，而高校—科研院所GI（Ln(university-research GI)）因转化滞后、第二阶段不显著，说明贴近生产与应用场景的企业绿色创新更易在同期转化为LCD改善。综上，DE促进LCD的关键GI路径更偏向“发明型、源头控制型、企业主导型”绿色创新。

5.7. 非线性空间效应

5.7.1. 空间相关与演化格局：Moran’s I 显示DE、GI与LCD均存在显著正空间自相关。双变量空间分布演变表明，2009年高DE—高LCD、高DE—高GI、高GI—高LCD的组合较少且分散；到2016年，高值聚类在主要城市群扩大；2023年集群化更强，但部分区域LCD绝对值受宏观冲击略有波动，并不改变结构性关联。

5.7.2. 模型适用性检验：LR与Wald检验拒绝SDM可简化为空间滞后或空间误差模型，Hausman检验支持固定效应，故采用固定效应空间杜宾模型（SDM）。

5.7.3. 从“以邻为壑”到“与邻为伴”的非线性空间效应：SDM结果显示，本地DE促进本地LCD，但邻近城市DE（WDE）系数显著为负；引入空间滞后平方项（WDE²）后，WDE负向、WDE²正向且均显著，表明DE对邻近城市LCD的溢出呈U型：早期数字资源集聚可能伴随要素与产业再分配，甚至产生周边抑制（“neighbour-beggar”）；当DE进一步发展，扩散、跨区域分工与数字平台降低技术交换成本，溢出转为促进（“neighbour-companion”）。

5.7.4. 不同城市经济圈（距离带）下的再检验：设置100 km、200 km、300 km、400 km、500 km、600 km阈值距离权重矩阵后发现，DE对邻近城市LCD的U型空间非线性效应在100–400 km内显著，约300 km附近相对最强，超过400 km后逐渐消失，说明DE的正向辐射与低碳协同存在“临近原则”与距离衰减特征。

5.7.5. 非线性空间效应的机制检验：绿色创新溢出：以总GI为被解释变量的SDM显示，DE提升本地GI（0.024***），但早期邻近GI溢出（WDE）为负；加入WDE²后，本地GI仍随DE增强，且邻近GI溢出呈U型（由抑到促）。这与DE→LCD的U型空间溢出相呼应，说明绿色创新溢出是DE影响邻近城市LCD由“以邻为壑”转向“与邻为伴”的重要传导机制：早期数字条件不成熟时GI扩散有限，甚至伴随非绿色技术/污染密集型环节外推；DE成熟后，数字平台与跨域链接加速GI知识与技术溢出，进而带动周边城市LCD改善。

结论与讨论

本文系统揭示：数字经济（DE）对低碳发展（LCD）的影响具有门槛特征，低于门槛时因基建能耗与调整摩擦呈抑制，跨过门槛后因效率提升与清洁升级转为促进；绿色创新（GI）——尤其是发明型、源头控制型与企业主导型GI——是DE推动LCD的关键异质性机制；在空间维度，DE对邻近城市LCD的溢出呈U型“以邻为壑→与邻为伴”的动态转变，且在约100–400 km距离带显著，GI溢出在这一U型转换中起关键传导作用。研究强调数字化作为通用技术，可通过弱化创新路径依赖、提高研发生产率与降低协调成本，引导创新体系朝向更绿色的技术组合，从而实现与增长兼容的低碳转型。对发展中国家而言，应分阶段布局数字能力：数字基础薄弱地区优先补数据基础设施与公共平台短板；数字先进地区侧重DE与产业升级、能源管理与碳治理的深度融合。同时，政策应更有针对性地支持发明型、源头控制型与企业GI，缩小“理论—产业”转化鸿沟，并通过跨区域数字基础设施互联、数据要素共享与低碳技术联合研发，弱化低效竞争与外部性转移，推动城市群的低碳协同发展。