我国经济发展与环境污染关系的统计研究.doc

我国经济发展与环境污染关系的统计研究
马 * *
（吉林大学 环境与资源学院 环境科学专业2009级）cubic function
[摘要]选取我国1995—2009年相关数据，采用三次函数拟合计量模型，研究我国经济增长与环境污染水平的演替轨迹。结果表明，我国环境库兹涅茨曲线大体呈现“U形+ 倒U 形”特征，即“N 形”，表明我国的综合环境污染水平随经济增长呈现波动变化。工业废水排放量、 工业废气排放量、 工业固体废物产生量等单项指标的环境库兹涅茨曲线形态分别为“U形+倒U形”、“倒U 形”的左侧部分、“U 形”曲线右侧部分，区别于传统意义上的“倒U 形”环境库兹涅茨曲线。进一步分析表明,我国EKC特征与工业结构变化、环境保护投资等有显著相关性。
[关键字]环境库兹涅茨曲线；经济增长；环境污染；三次函数拟合计量模型
A statistical research on the relationship of economic
growth and pollution in china
Xiujun Ma
（Environmental science professional college of resources and environment Jilin University Changchun）
Abstract: In order to study the succession trajectory of China's economic growth and environmental pollution levels, this paper selects its 1995-2009 relevant data and uses the cubic function fitting of measurement model. The results show that China's environmental Kuznets curve generally presents the characteristics of the "U-shaped + inverted U-shaped", namely "N-shaped", indicating that the level of environmental pollution in China fluctuated change with economic growth. Furthermore, the environmental Kuznets curve shapes of single indicators such as industrial waste water discharge, industrial waste gas discharge and industrial solid waste generation and so on were "U-shaped + inverted U-shaped", the left side of the "inverted U-shaped", the right side of the "U-shaped”, different from the traditional sense of the "inverted U-shaped" environmental Kuznets curve. And further analysis indicates that China's EKC characteristics have a significant correlation with the change of industrial structure and the investment in environmental protection.
Key word: environmental Kuznets curve; economic growth; environmental pollution; cubic function fitting of measurement model.
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1 引言
改革开放以来，我国GDP年均增长
9.8% 快于同期世界经济增速 6.8个百分点[1]。 但是，在经济发展的过程中，大量发展的高耗能、高污染工业及大规模的城市化热潮，使我国自然环境遭受了巨大破坏，洪灾、雪灾、高温、泥石流等自然灾害近年来频繁发生。据何雪松等热的研究[2]测算，我国环境恶化造成的损失占 GDP 的3% ～ 5%，有国外的研究学者研究称[3]， 若在GDP 核算中加入环境变量，我国近 30年来的经济增长甚至有可能是负值。从近年来国内外的学者的研究，我国面临着较为严重的环境局势，这对中国的经济发展方式提出了严峻挑战。
在经济持续高速增长，环境压力不断增大的背景下，中共十六届五中全会明确提出了“建设资源节约型、环境友好型社会”，并首次把建设资源节约型和环境友好型社会确定为国民经济与社会发展中长期
规划的一项战略任务。中国共产党第十七次全国代表大会上写入党章，体现出我国对环境保护的重视，同样也体现出我国要加快转变经济发展方式的迫切性。
Grossman 与 Krueger 等[ 4] 在1991年研究了世界66个国家1979 — 1990年14 种空气污染物和水体污染物与经济增长之间的关系，得出两者之间呈倒U 形曲线关系，即环境库兹涅茨曲线( Environmental Kuznets Curve, 简称EKC)。
1992年美国学者Shafik.N 和 Bandyopadhyay.S等[5]通过研究发现二氧化硫(SO2) 和悬浮颗粒物(SPM) 的排放状况与人均收入情况也存在“倒U形”变化关系。哈佛大学的Berrens 等[6]研究了世界发达国家与不发达国家的经济环境数据,也证实了“倒U形”曲线的存在。Lucas在1996 年发现SO2、 BOD5、 NO2、 Pb、CFCs 及固体废物排放量等与经济发展之间也存在着“倒U 形”曲线关系。Jackyu[15]对韩国的研究与Shunji[16] 等对日本的研究同样证实了经济增长与环境污染之间存在着“倒U形”曲线关系。
我国学者也进行了相关实证研究。如东北师范大学陈延斌，陈才等[7]对辽宁省的有关研究、 胡明秀等对武汉市的有关分析[8]与刘荣茂等对中国29个省级区域的有关综合研究[8]都验证了环境库兹涅茨曲线的存在。然而，也有一些学者的研究表明，由于不同地区的发展阶段不同，环境库兹涅茨曲线不一定呈现“倒U形”，而表现出其他形态，如“U形[9]+ 倒U 形[ 10, 11] ”、“倒U 形+ U 形[ 12, 13]” 、“U 形+ 倒U 形左侧或倒U 形左侧[ 14]”等等。
综上所述，我们知道经济增长与环境质量之间是存在倒U 形曲线关系的。但由于经济发展阶段、环境和经济政策等方面的原因，对于不同国家或区域，不能全部呈现出这种“倒U 形”曲线关系，其也有可能变化为其他形态。本文选取我国
1995—2009年的环境经济数据，建立经济增长与环境污染水平关系的计量模型，试图从宏观上揭示环境库兹涅茨曲线的变化特征及其原因，为我国经济与环境的协调发展提供参考。

2 我国经济发展与环境污染关系的计量模型
2.1 模型表征量选取与数据收集
近三十年来我国经济的快速发展得益于我国工业的长足进步，纵观1995年到2009年的经济发展数据，发现第二产业对于我国的GDP总量的贡献率都在45%以上，其中工业的贡献率占到第二产业的88.46%以上。由此可见，工业在国民经济发展中的作用。然而，工业同时也是我国环境污染的最主要的贡献者之一。因此结合数据的可获得性，选取1995—2009年我国工业部门时间序列的工业废水排放量、 工业废气排放量以及工业固体废弃物产生量等3个指标表征环境污染水平，选取1995—2009年我国人均GDP反映我国经济发展的指标。为了消除实际通货膨胀与价格变化的影响，以1978年为基期，用国内生产总值指数折算1995—2009年时间序列人均GDP[22]。本文中所有数据均来源于中国国家统计局与环境保护部网站。
2.2 计量模型的设定
桂小丹与李慧明(2010)研究[17]认为， 目前的研究阶段中环境污染与经济增长关系的拟合模型还没有一个统一的形式，由于各地区环境与经济社会发展阶段不同，应使用多种形式的模型进行回归分析， 找到适合中国的拟合模型。因此拟合两者之间关系所用的计量模型也有多种，常用的主要有线性函数、 二次函数、 三次函数、 logistics 函数等[18]。利用我国 1995—2009年的经济与环境数据进行多种函数的拟合，根据拟合效果进行优选，最终选择三次函数作为模型进行研究。
以y表示环境污染指标，x表示经济增长指标，构建单指标污染水平与经济增长的计量模型[1,23]。
计量模型如下三次函数：…… …（1）
模型的回归结果见表1；图形结果见图1.

表2-1 我国1995—2009年经济增长与环境污染水平计量模型模拟结果

环境指标
模型参数
α0
α1
α2
α3
R2
F值
Sig.f
工业废水排放量
449.92
- 0.2715
9E-05
1E-08
0.836
20.47
0.0006
工业废气排放量
334749
- 316.12
0.1326
-1E-05
0.9977
613.061
0.0000
工业固废产生量
82273
- 46.579
0.0268
-3E-06
0.9966
2871.981
0.0000

注：α0、α1、α2、α3 为曲线的回归参数；R2为相关系数；Sig.f 为 F检验的实际显著水平及相伴概率值。

为了客观地从总体上把握辽宁省经济增长与环境污染水平的关系，在上述三个指标的基础上建立综合污染指标来表征环境污染水平。采用极差标准化法对数据进行无量纲化处理，构建综合污染水平与经济增长的计量模型，其公式为：
…… …… …… …… …（2）
式中，i为年份的序列，yi为标准化后的数值，yi污染物排放的原始值，ymax为污染物排放的最大值，ymin为污染物排放的最小值。再根据下列公式计算出每年的综合环境污染指数Yi：
…… …… …… …… …… …… …（3）
图2-1我国1995—2009年经济增长与环境污染水平三次函数模拟结果
式中，Yi为第i年的综合环境污染指数，j为污染物排放类型，yji为第i年第j种污染物排放量的标准化值，ωi为第j种污染物排放量的权重值。由于废水、废气、固体废弃物对环境的污染程度不同，本文采用层次分析法计算其权重，分别为0.275、 0.415、0.310[7]。人均GDP采用(2)式进行标准化，标准化值定义为Xi，即第i年的经济发展水平为指标。根据式(2)与式(3)， 以1995—2009 年我国的经济与环境统计数据为依据进行计算,结果见表2-2。根据表2-2 结果，以标准化的人均GDP为横坐标，以综合环境污染水平为纵坐标绘制我国的环境库兹涅茨曲线见图2。

表2-2 我国1995—2009年经济增长与环境污染综合水平量化值
年份
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
Xi
0.000
0.038
0.075
0.109
0.145
0.188
0.234
Yi
0.161
0.065
0.176
0.080
0.067
0.073
0.162

年份
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
Xi
0.289
0.356
0.430
0.521
0.635
0.778
0.888
1.000
Yi
0.217
0.287
0.426
0.614
0.716
0.876
0.902
0.936

3计量模型结果分析
3.1环境污染单指标EKC曲线特征
从表2-1和图2-1可知，我国人均GDP与三种污染物的排放量（或产生量）的拟合效果都较好（只有工业废水排放量与经济增长的相关系数小于0.85，其余两项的相关系数更是在在0.99以上），三条曲线的相关性都达到了显著性水平具有较为充分的解释意义。
图2-2 我国1995—2009年环境库兹涅茨曲线
(综合污染水平)
观察图2-1 a, b, c图可知，我国工业“三废”的 EKC 曲线呈现出不同形态，存在较大差异，且并不与传统的 EKC 曲线吻合。由图2-1(a) 可知，在研究时段内我国工业废水与人均GDP的回归曲线为“U形+倒U形”，第一个拐点( 谷值) 出现在人均GDP 为2000—2500元之间，理论计算值为2291元，其对应时间为2000—2002年之间，这一时期出现了“U 形”环境库兹涅茨曲线的低谷,此后工业废水排放形势进一步恶化。第二个拐点( 峰值) 出现在人均GDP 为4000 — 4500之间，其理论计算值为4324元，其对应时间为2007—2008年之间。即 2008 年工业废水排放量到达“ 倒U 形”环境库兹涅茨曲线的峰值。由图 2-1( b)可以看出,工业废气的环境库兹涅茨曲线形态为“倒U 形”的左侧部分，第一个拐点(谷值) 出现在人均GDP为1000—1500 元之间，预测其理论计算值为1387元，时间上位于1990—1995年之间；其后随着经济增长，工业废气的排放量逐年增加，根据拟合模型预测其第二个拐点(峰值)将出现在人均GDP为5000到5500元之间，其理论估计值为5228元，预计时间为2009—2011年之间。由图2-1(c)，工业固体废弃物与人均GDP的回归曲线形态为“U 形”曲线右侧部分。从1995年到2009年，工业固体废弃物的产生量随人均GDP的增加总体上呈明显上升趋势，期间无波动，曲线尚未到达拐点，且根据模型预测其到达拐点还有一段时间，不能准确预测。
（注：以上所用人均GDP数值均是以1978年为基期，用价格指数折算的1995—2009年人均GDP）
3.2 综合指标的EKC曲线特征

综合指标的环境库兹涅茨曲线反映了经济增长与环境整体质量的耦合关系。由图2-2可以看出，在研究时段内我国的综合环境污染水平随着经济增长呈现出波动性变化。环境库兹涅茨曲线大体呈现“U形+ 倒U 形”特征，即“N 形”。“U 形”的谷值拐点出现在人均GDP 为2000—2500元之间，对应时间大约在1999—2001年，这个时段的综合环境污染程度较低，其后污染程度呈上升趋势；而“ 倒U 形”的谷值拐点出现在人均GDP为4000—5000元之间，对应时间2008年后，这一时段的综合污染水平较高，其后的模型预测2008年后将会呈现出下降趋势。

4 环境库兹涅茨曲线特征的原因分析
环境库兹涅茨曲线的不同形态反映了经济发展与环境变化之间复杂的关系。不同经济发展阶段影响环境库兹涅茨曲线形态的因素不同。本文主要从我国国内外的环境经济动态与政策、产业结构变化、环境污染治理资金投入三个方面对我国EKC 形态的变化进行解析。
4.1国内外环境经济动态与政策的影响
我国的环境政策一直受到种种条件的限制而得不到良好的执行，环境政策的执行还停留在先污染后治理的阶段。据张卫东，汪海等在我国环境政策对经济增长与环境污染关系的研究[19] 表明，通过对比VAR模型分析得出我国环境政策的实施，并没有经济增长加剧环境污染以及环境污染抑制经济增长的总体关系。但是在我国，一些临时性环保行动在局部产生了较好的暂时性收效。
2001年我国经过15年的努力，终于成为世界贸易组织（WTO）的成员。在此之前我国无论是在经济政策、市场建设还是环境保护等方面都做了充分的准备。此时，我国的工业“三废”都处于较低水平，有图2-1（a）知，此时，我国工业废水排放量处于第一个拐点( 谷值)，此后由于加入WTO后污染密集产业通过直接投资方式进行国际转移，而我国某些地区急于脱贫的愿望则给这种污染转移方式以可乘之机导致我国工业“三废”的排放量显著增加。
2007年下半年国家环保总局（现为环保部）开展了把水环境综合整治作为重点，铁腕治污，在2007年下半年实施环保“五大战役”的环保风暴专项活动，对水污染严重、环境违法问题突出的黄河、淮河、海河流域及长江安徽段的六市两县五区实施“区域限批”，此项活动在各部委的配合下收到了较好的临时性效果，导致2007年下半年至2008年全国工业废水排放量出现下降趋势。这与图2-1（a）全国工业废水排放量单指标环境库茨涅茨曲线在该时期出现峰值是相吻合的。2008年3月国家环保总局变为国家环保部，环保部的组建强化了环境保护的统筹协调、综合管理、监督执法和公共服务的职能，对于我国的环境保护工作起到了积极地作用。这从图2-2可以看出环境库茨涅茨曲线的第二个拐点处在2008年以后是相吻合的。

图4-1 我国GDP的产业结构构成

4.2产业结构变化
不同产业对环境的影响程度不同，通常认为第二产业对环境的影响最大[21]，其中又以高能耗、 高水耗的重工业对环境的污染最为严重。从我国的产业结构第二产业的比重一直处于最高比例，其变化趋势可分为三个阶段：1995—2002年的波动下降并趋于平缓阶段；2002年的快速回升阶段和2006年开始趋于下降的趋势。结合表2-2、 图2-2与图3，2002年后我国第二产业比重趋于上升与图2-2中的第一个谷值拐点出现在2002年之前相吻合；2002年后，随着第二产业比重的回升，综合环境污染水平在达到谷值转折点后也呈现出明显的上升趋势。可见，第二产业的变化趋势基本与EKC总体变化趋势保持一致，说明第二产业是影响EKC的关键因素。
4.3环境污染治理资金投入
环境保护投资与环境质量的改善有较好的正相关性。1995—2009年，我国用于环境保护的投资一直处于波动上升趋势。环境污染治理投资总额逐年增加，提高了我国工业“三废”的处置率，从而有效降低了污染物的排放量，大大改善了环境质量。我国环境保护投资占GDP的比重在1995—2009年呈波动变化，但其比重都在1%—1.5%之间，其中城市环境基础设施建设投资、工业污染源治理投资与建设项目“三同时”环保投资占到总投资的80%以上。这也是环境污染水平随着经济增长整体有所下降的重要原因之一。根据发达国家的经验，环保投入要占到国内生产总值的1%—1.5%才能有效控制住环境污染，达到3%才能使环境质量得到改善。因此， 未来我国在完善环境保护政策的同时，应继续加大环境保护资金的投入。
5 结论
1995—2009年，我国环境库兹涅茨曲线大体呈现“U形+倒U形”特征，即“N 形”。工业废水排放量、工业废气排放量、工业固体废物产生量等单项指标的环境库兹涅茨曲线形态分别为“U形+倒U形”、“倒U形”的左侧部分、“U形”曲线右侧部分，区别于传统意义上的“倒U形”环境库兹涅茨曲线。我国环境库兹涅茨曲线形态主要受国内外的环境经济动态与政策、产业结构变化、环境污染治理资金投入三个方面影响。环境库兹涅茨曲线的总体变化趋势与相应阶段的工业发展以及环境保护投资力度的变化趋势基本相吻合，反映了环境质量在一定的经济增长阶段可以通过调整产业结构、 加大环境保护投资等措施得到改善。
由于受到数据获得性等原因，本文选取的研究时段为1995—2009年，研究结果反映的是我国环境库兹涅茨曲线的变化特征，对评价经济增长与环境保护的关系具有一定的局限性。此外，影响环境库兹涅茨曲线形态的其他因素，如工业化与城市化模式、经济体制转型等，需在今后的研究中逐步完善。
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