既有研究多關注集聚對污染的單向影響，少有研究污染對集聚的反向影響。多基于經驗設定模型，缺少嚴密的理論推導過程，不同的研究目的和模型設定得出的結論不盡相同。忽略了集聚和污染的空間相關性，估計出來的結果可能是有偏的。多考慮單一污染物，而污染物的來源存在差異，對實證結果難免造成影響。多選取省級層面數據，而省域空間尺度較大且內部差異性較大，難以完全捕捉空間溢出。基于以上不足，本文在產出密度理論基礎上，采用中國283個地級及以上城市的數據，考慮多種污染物，運用空間聯立方程模型探討兩者間的雙向作用機制和空間溢出。既有研究多單獨將污染作為外生變量（產出端）或內生變量（生產投入端），本文分別從生產投人端和產出末端兩種視角構建兩者的內生機制，并驗證這種內生機制。空間聯立方程既解決了內生性問題，又考慮了內生變量的空間溢出，國內罕有學者采用這一方法。
二、理論模型本文在UshifusaandTmhara（2013）生產密度模型基礎上，將經濟集聚的負外部性環境污染納人這一理論模型。相關研究一般直接將污染作為外生變量引人生產函數，即認為污染是生產的耗表現為污染物對環境的損害。本文結合這兩種視角，從產出末端和生產的投入端來構建污染強度和產出密度之間的理論模型。UshifusaandTmhara（2013）的產出密度基本模型如下：其中：心表示第i個城市的單位面積產出，為希克斯技術中性參數，ni為就業密度（單位面積的非農就業人數為單位面積物質資本投入，a為物質資本和勞動在單位面積上的回報率，且0<矣1，表示由于擁擠帶來遞減的邊際生產率，）8表示勞動投入對單位面積產出的貢獻率，且08在1.0和次分別為非農產出和城市總面積，從；表示產出密度。A為產出密度系數，A>1表示集聚產生了正的外部性。
1.從產出末端來構建經濟集聚與污染之間的理論模型考慮到集聚會產生環境負外部性，從生產的末端看，污染是生產的附屬產品，因此可將污染擴展到產出密度模型中。假設0單位的產出將會帶來；單位的污染產出，產出分為兩類：正常產出和污染產出見。（1）的產出并未包含非期望產出，污染作為一種附屬產品，可以認為滿足產出密度模型的基本特征。/認可以表示產出過程中污染產出與正常產出之間的比例關系，即污染強度。
根據（1）式可知正常產出在單位面積上的產出與就業密度、物質資本投入等因素密切相關，非農部門的就業密度越高，意味著具有更高的勞動生產率，有利于促進集聚經濟的形成，非農部門勞動生產率的提篼會促進產出的擴張，促進污染排放總量的增加。當非農部門中污染型產業的比重增加時，污染產出增加的速度高于整個非農部門的產出增加速度，從而導致污染強度增加。當大量的經濟活動集中在有限的空間時，特別是諸如制造業等容易產生污染的產業集聚，產出過程中的污染副產出總量和強度也隨之增加。當物質資本和勞動的單位回報率一定，Axrbl時，根據產出密度理論模型可知經濟集聚會通過地方化經濟和城市化經濟獲得集聚的正外部性，未來獲得集聚的溢出效應，微觀企業個體受交通運輸成本和臨近中心市場的驅動，不斷向中心地區集聚，使得地區經濟集聚不斷提高。此時集聚的向心力大于分散力，實現了生產上的規模經濟，經濟集聚主要表現為產出規模的擴張和污染產出的增加，經濟集聚會促進污染的排放，此階段的地區發展目標主要為追求經濟快速增長。當經濟活動過度度集中時，隨著集聚水平的繼續增加，集聚呈現出明顯的負外部性，即當滿足0　　近年來中國城市化進程不斷推進，經濟集聚水平不斷提高。同時，中國的城鎮化率相對發達國家偏低，經濟集聚水平未達到臨界水平。中國的城市化篼度依賴工業化，且城市集中了中國多數的工業產能，伴隨著工業發展的是勞動生產率的不斷提篼。基于以上理論和現實分析，本文假設中國城市的經濟集聚水平和非農部門勞動生產率的提高加重了城市環境污染。