高速铁路和磁悬浮列车扩展对自然资本和经济活动的影响

《Journal of Transport Geography》：Impact of high-speed rail and maglev train expansion on natural capital and economic activity

　　

摘要
尽管高速铁路（HSR）的经济影响已得到广泛研究，但关于其环境影响——特别是对更广泛地区自然资本的影响——的研究仍然有限。本研究考察了 2000 年至 2020 年间日本高铁的扩张，利用市级数据评估其对经济活动和自然资本的影响。采用市场可达性作为关键指标，结合工具变量和双重差分法，我们捕捉了直接效应和空间溢出效应。结果表明，高铁刺激了大都市区的经济活动，但全国范围内的自然资本受到负面影响，表明增长与环境保护之间存在权衡。在非大都市地区，经济效益微弱或不显著，而自然资本持续下降。对未来磁悬浮列车的反事实模拟显示，磁悬浮可能通过将经济活动重新引导至中央走廊，部分缓解边缘地区的自然资本损失，尽管代价是加剧磁悬浮线路沿线的环境压力。这些发现强调了基础设施政策需要整合环境保护，并考虑地区差异影响。

引言
高速铁路（HSR）大幅缩短了城际旅行时间，并促进了许多国家的经济发展。尽管大量研究考察了高铁的经济效应，但关于其环境影响——特别是通过土地利用变化和城市化对自然资本的影响（Yuan 等，2019；Cao 等，2021）——的研究仍然有限。虽然一些研究关注了环境变化的特定维度（Yu 等，2022），但关于高铁如何影响自然资本的综合性和大规模评估仍然稀缺。自然资本——定义为随时间产生生态系统产品和服务流的自然资产存量（Costanza 等，1998；Barbier，2019）——为衡量环境可持续性提供了关键框架（Daly，1992；Pearce 和 Atkinson，1993）。因此，明确高铁引发的经济发展与自然资本损失之间的关系，对于设计可持续的基础设施政策而言，是一个重要的研究议程。据此，本研究考察了高铁如何在各地区影响经济活动和自然资本。

本研究聚焦于日本的高铁网络。自 1964 年以来，日本的高铁系统逐步扩展，从 2000 年起发展成为涵盖东北、九州和北海道的全国网络。日本在国家尺度上具有制度和空间多样性，因此为实证考察高铁对经济活动和环境的影响提供了有价值的背景。近期的实证研究也表明，高铁显著影响经济活动和环境结果（Zheng 等，2022；Sahu 和 Verma，2022；Shen 等，2023）。

本研究考虑了高铁的空间溢出效应。一些先前的研究采用双重差分（DID）方法来估计车站开通在局部地区的因果效应。然而，在日本这样高铁网络已发展为全国范围的情境下，界定清晰的未处理控制区域具有挑战性，因此 DID 估计值可能会低估真实效应。此外，高铁的影响并不局限于车站周边地区，还必须考虑对邻近地区的空间溢出效应。先前的研究强调需要进行更广泛的空间分析，包括车站位置以外的地区（Zhang 和 Gibson，2025）。

因此，本研究采用市场可达性（MA）指数，遵循 Redding 和 Venables (2004) 以及 Donaldson 和 Hornbeck (2016)，以捕捉高铁扩张的直接和间接效应。当能在更短的旅行时间内到达更大的市场时，MA 增加，使其适合评估空间溢出效应。我们关注 2000 年至 2020 年这一时期，在此期间高铁线路在全国范围内扩展——包括到达北海道和九州——使我们能够实证评估改善的可达性对城乡地区经济活动和环境的影响。

我们采用回归分析和 DID 方法来估计高铁引起的市场可达性变化对自然资本以及经济活动和土地利用（由城市面积、各行业办公室数量和总 GDP 衡量）的因果效应。使用这些结果变量的理由如下。自然资本代表生态系统服务的货币估值，广泛用于环境经济学（Costanza 等，1997；Brander 等，2024）。越来越多的生态经济学文献强调将自然资本纳入国家账户和政策评估的重要性（Kubiszewski 等，2013；Engelbrecht，2016；Collins 等，2017）。城市面积是捕捉交通基础设施改善对城市空间结构和土地利用影响的标准指标（Duranton 和 Turner，2012）。各行业办公室数量反映了企业活动的空间分布和经济集聚程度；先前的研究表明，交通基础设施发展和市场可达性的改善影响企业的位置选择和集聚模式（Duranton 等，2014；Gibbons 和 Machin，2005）。总 GDP 是区域经济规模的代表性衡量指标，已被广泛用作评估交通基础设施经济影响的实证研究中的关键结果（Banerjee 等，2020；Faber，2014）。总之，这些指标提供了一个全面的框架，用于估计高铁引起的市场可达性变化对经济活动、土地利用和环境的因果效应。在这些指标中，诸如 GDP 等经济指标已在众多研究中被广泛使用，而对自然资本的关注仍然有限。通过综合评估这些指标，本研究提供了有价值的见解。

内生性是一个核心关切，因为交通基础设施系统地布置在经济和政治显著的位置。为减轻偏差，我们采用两阶段最小二乘法（2SLS）策略，使用外生的、由成本驱动的网络扩张变化作为市场可达性的工具变量。遵循 Faber (2014)，我们构建了一个最低成本假设高铁网络，该网络通过生成树算法利用地形和建设成本层连接现有的主要节点。该工具变量预测实际的市场可达性（相关性），主要通过连通性变化影响结果（排他性）。所有规范均包含城市固定效应和都道府县 - 年份固定效应，以吸收不变的地方异质性和更广泛的区域冲击。

本研究的另一个关键贡献是基于高铁分析实证结果的反事实模拟。该模拟假设引入磁悬浮列车系统，并结合磁悬浮情景下新计算的市场可达性指标与高铁分析中获得的估计效应，以预测每个地区自然资本的变化。通过这种方法，我们基于现有高铁发展的实证证据，定量评估未来引入磁悬浮的潜在环境影响。结果就未来高速铁路基础设施投资的政策决策提供了有用的见解。

章节片段
高铁背景
图 1 展示了日本目前的高铁网络以及本研究使用的区域分类。高铁已被证明能大幅缩短区域间旅行时间，并对区域发展和经济振兴做出贡献（国土交通省，2021）。日本新干线的历史始于 1964 年东海道新干线的开通。通过连接东京和大阪，这两座城市之间的旅行时间从

文献综述
在本节中，我们将文献分为四个分支进行回顾：(1) 生态经济学中自然资本的概念基础，(2) 高铁对经济活动的影响，(3) 高铁对环境的影响，以及 (4) 与磁悬浮列车相关的研究。特别关注区域异质性和空间溢出效应。

方法
本节描述数据和估计方法。4.1 节解释数据来源。4.2 节介绍市场可达性计算。4.3 节描述区域分类，4.4 节概述估计策略。最后，4.5 节解释自然资本损失的估计。

主要结果
本节评估高铁引起的市场可达性（MA）变化的经济和环境影响。我们使用自然资本、城市面积、特定行业办公室数量和总 GDP 作为因变量来估计 2SLS 规范。

我们从自然资本开始。表 3 展示了 2SLS 结果。在所有区域类别中，MA 的增加显著减少了自然资本。在大城市中观察到的弹性最大：MA 增加 1% 会导致

反事实模拟
在本节中，我们将高铁分析中使用的实证框架应用于评估计划中的中央新干线磁悬浮线路对日本自然资本的潜在影响。磁悬浮列车计划在 2035 年后开通，预计将东京与名古屋之间的旅行时间缩短约一小时。虽然 Yoo 等 (2023) 评估了其经济效应，但对自然资本的影响尚未量化。本研究通过反事实模拟弥补了这一空白。我们

结果解释
实证结果显示，经济和环境结果存在显著的区域异质性。我们讨论了驱动这些模式的机制。

经济活动。高铁的开通可能改善了大城市与边缘地区之间的连通性，从而引起经济活动的空间重新配置。改善通往大都市区的可达性可能加速了人口向城市中心集中（Wang 等，2024），刺激了那里的经济活动，

结论
本研究考察了 2000–2020 年间日本市场可达性扩张与经济活动和自然资本之间的因果关系，并对磁悬浮列车的潜在影响进行了事前评估。

高铁结果显示 GDP 仅在大城市中具有正向效应，在其他地区微弱或为负。土地利用指标（城市面积和办公室数量）显示出相反的模式，表明日本严重的土地约束和成熟的高铁网络可能导致

CRediT 作者贡献声明
Keigo Karakida：撰写 – 初稿，软件，正式分析，数据整理，概念化。
Sunbin Yoo：撰写 – 初稿，正式分析，数据整理，概念化。
Junya Kumagai：撰写 – 初稿，数据整理，概念化。

代码可用性
数据集和代码可向通讯作者索取。

写作过程中生成式 AI 和 AI 辅助技术的声明
在准备本工作期间，作者使用了 Claude 和 ChatGPT 来完善和编辑本手稿。使用此工具后，作者根据需要审查和编辑了内容，并对出版物的内容承担全部责任。

利益冲突声明
作者声明他们没有任何已知的竞争性财务利益或个人关系，这些利益或关系可能会影响本报告中介绍的工作。

致谢
我们感谢伊利诺伊大学的 Amy Ando 教授和 Madhu Khanna 教授提出的宝贵意见。我们特别感谢东北大学的 Akira Hibiki、庆应义塾大学的 Naoki Wakamori，以及东京大学和九州大学的研讨会参与者提出的有益意见。我们也感谢国家洁净低碳能源研究所的 Bingqi Zhang 提供的关于自然资本的见解。本工作由 JSPS KAKENHI 基金号 Keigo Karakida|Sunbin Yoo|Junya Kumagai 九州大学工学部，日本 支持。