經(jīng)濟(jì)發(fā)展對海洋環(huán)境污染的沖擊響應(yīng)模式分析——基于青島市膠州灣的實(shí)證研究＊

紀(jì)建悅 于富洋 任仙玲

(中國海洋大學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)院,山東 青島 266100)

一、引言

眾所周知,改革開放以來,我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,工業(yè)化和城市化進(jìn)程加快,特別是沿海開放城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展突飛猛進(jìn),取得了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的巨大成就。但是隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,經(jīng)濟(jì)增長和環(huán)境的矛盾愈加突出,沿海城市經(jīng)濟(jì)增長產(chǎn)生大量的廢水、廢氣,廢物等污染物質(zhì)通過各種途徑排入到海洋中,對海洋環(huán)境造成污染。近年來,發(fā)展與環(huán)境問題日益成為人類生存所面臨的嚴(yán)峻問題。人口的急劇增加、資源的不合理利用,以及污染日益嚴(yán)重,使人類生存的環(huán)境呈現(xiàn)出越來越脆弱的趨勢。于是,對于人類活動(dòng)與環(huán)境關(guān)系的研究開始逐漸深入。

很多學(xué)者對經(jīng)濟(jì)與環(huán)境進(jìn)行過一些經(jīng)驗(yàn)分析或簡單的統(tǒng)計(jì)分析。Rafael Reuveny定性分析了不發(fā)達(dá)國家的經(jīng)濟(jì)增長和環(huán)境退化壓力的沖突,認(rèn)為在現(xiàn)在的生物圈狀態(tài)下,不發(fā)達(dá)國家使環(huán)境退化程度下降,不能再依靠像從前發(fā)達(dá)國家那樣的增長方法。[1]Angelos Pagoulatos等建立了一個(gè)關(guān)于就業(yè)率、人均工資和每平方米污染的三方程不均衡調(diào)整模型,對經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的關(guān)系做了一些簡單的統(tǒng)計(jì)分析。[2]國內(nèi)也有學(xué)者對某一區(qū)域經(jīng)濟(jì)增長與環(huán)境的協(xié)調(diào)關(guān)系進(jìn)行了分析。秦云鵬等對青島市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境污染之間的關(guān)系進(jìn)行了分析,認(rèn)為環(huán)境具有承載力,經(jīng)濟(jì)引發(fā)環(huán)境問題是漸進(jìn)的、長期的。[3]黃本春等對河北省中心城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與環(huán)境污染關(guān)系進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)中心城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和環(huán)境污染之間不存在相關(guān)關(guān)系,出現(xiàn)這種結(jié)果的主要原因在各個(gè)城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展路徑不一致。[4]另外還有學(xué)者對區(qū)域海洋環(huán)境的污染情況進(jìn)行了研究。付會(huì)將人口、經(jīng)濟(jì)、資源與環(huán)境作為一個(gè)復(fù)合系統(tǒng)進(jìn)行研究,建立海洋生態(tài)承載力研究的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型,狀態(tài)空間模型和多目標(biāo)規(guī)劃模型對青島膠州灣海洋生態(tài)承載力進(jìn)行了研究。[5]狄乾斌運(yùn)用系統(tǒng)科學(xué)的思想、經(jīng)濟(jì)學(xué)理論、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)和模型分析等研究方法對海洋經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行了定性與定量相結(jié)合的研究。[6]

近年來很多學(xué)者對經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的關(guān)系做了大量的研究,這些研究多為定性的研究,定量研究較少,還有一些學(xué)者在海洋環(huán)境方面進(jìn)行了研究,但對于經(jīng)濟(jì)發(fā)展對海洋環(huán)境污染的沖擊響應(yīng)問題已有的研究并沒有進(jìn)行深入地探討。

青島是我國的重要沿海開放城市,膠州灣是青島的母親灣,也是青島經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展的重要載體。而隨著近年來青島經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,膠州灣沿岸排污口數(shù)量增多,陸源入海污染物量較大,與其他監(jiān)測海灣相比,膠州灣所受污染較重。

基于此,本文以青島為例,運(yùn)用主成分分析法分別對青島經(jīng)濟(jì)發(fā)展和膠州灣海洋環(huán)境污染進(jìn)行測度,獲得經(jīng)濟(jì)發(fā)展和海洋環(huán)境污染的綜合評(píng)價(jià),然后利用格蘭杰因果關(guān)系和脈沖響應(yīng)函數(shù)分析青島經(jīng)濟(jì)發(fā)展與海洋環(huán)境污染之間的響應(yīng)關(guān)系。在此基礎(chǔ)上提出對策和建議。

二、經(jīng)濟(jì)增長和海洋環(huán)境污染的指標(biāo)選取和來源

關(guān)于海洋環(huán)境污染和經(jīng)濟(jì)增長的評(píng)價(jià)指標(biāo)是非常多的,根據(jù)指標(biāo)的全面性、綜合性、科學(xué)性、易得性和可操作性原則,以及根據(jù)青島的實(shí)際情況,大多數(shù)的污染物集中排放在膠州灣,所以我們選擇青島市廢水排放總量、氨氮年排放量、COD年排放量、近岸海域水環(huán)境特征值等作為膠州灣海洋環(huán)境的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)；選擇青島市人均生產(chǎn)總值、生產(chǎn)總值增長速度、海運(yùn)客運(yùn)量、港口集裝箱吞吐量等指標(biāo)作為青島市經(jīng)濟(jì)總體發(fā)展情況的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)。

對于數(shù)據(jù)樣本區(qū)間,我們選擇1998-2008年。青島市經(jīng)濟(jì)發(fā)展數(shù)據(jù)和青島市海洋環(huán)境的污染數(shù)據(jù)都來自《青島統(tǒng)計(jì)年鑒》(1999-2009版)。

三、運(yùn)用主成分分析法對海洋環(huán)境污染進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)

主成分分析(Principal Component Analysis,簡稱PCA)是設(shè)法將原來眾多具有一定相關(guān)性(比如P個(gè)指標(biāo)),重新組合成一組新的互相無關(guān)的綜合指標(biāo)來代替原來的指標(biāo)。通常數(shù)學(xué)上的處理就是將原來P個(gè)指標(biāo)作線性組合,作為新的綜合指標(biāo)。最經(jīng)典的做法就是用F1(選取的第一個(gè)線性組合,即第一個(gè)綜合指標(biāo))的方差來表達(dá),即Var(F1）越大,表示F1包含的信息越多。因此在所有的線性組合中選取的F1應(yīng)該是方差最大的,故稱F1為第一主成分。如果第一主成分不足以代表原來P個(gè)指標(biāo)的信息,再考慮選取F2,即選第二個(gè)線性組合,為了有效地反映原來信息,F1已有的信息就不需要再出現(xiàn)在F2中,用數(shù)學(xué)語言表達(dá)就是要求Cov(F1，F(xiàn)2）,則稱F2為第二主成分,依此類推可以構(gòu)造出第三、第四,……,第P個(gè)主成分。

(一)對膠州灣海洋環(huán)境污染情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)

運(yùn)用spss18.0軟件,對膠州灣海洋環(huán)境污染情況進(jìn)行主成分分析,得到表1的結(jié)果。

表1 主成分分析結(jié)果

表2 膠州灣海洋環(huán)境綜合評(píng)價(jià)值(主成分綜合得分)

根據(jù)膠州灣海洋環(huán)境綜合評(píng)價(jià)的得分,如下圖1。

圖1 青島市海洋環(huán)境污染情況的態(tài)勢圖

圖1和表2反應(yīng)了海洋環(huán)境的變化情況,從1999年到2002年,膠州灣海洋環(huán)境總體不斷惡化, 2002年以后,伴隨著政府對膠州灣海洋環(huán)境的治理,海洋環(huán)境狀況在波動(dòng)中伴有不斷惡化的趨勢。

(二)對青島市的經(jīng)濟(jì)增長情況的綜合評(píng)價(jià)

對青島市經(jīng)濟(jì)體發(fā)展情況的主成分分析結(jié)果如表3。

表3 青島市經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況的主成分分析

青島市經(jīng)濟(jì)發(fā)展總體情況的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果如表4所示。

表4 青島市經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況的綜合評(píng)價(jià)值結(jié)果

青島市經(jīng)濟(jì)總體發(fā)展情況的走勢圖如圖2。

圖2 青島市經(jīng)濟(jì)總體發(fā)展情況的態(tài)勢圖

圖2和表4反應(yīng)了青島市的經(jīng)濟(jì)總體發(fā)展情況,1998—2008年,青島市經(jīng)濟(jì)有個(gè)很大的發(fā)展,特別是從2001年到2005年經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快,幾乎以線性的方式增長。2005年后經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度相對減慢。2008年經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度有所下降。

四、青島市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與膠州灣海洋環(huán)境污染的格蘭杰因果檢驗(yàn)

我們用前文測算出的膠州灣海洋環(huán)境污染綜合得分和青島市經(jīng)濟(jì)發(fā)展綜合得分來分別代表歷年膠州灣海洋環(huán)境污染狀況和青島市經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r,從而進(jìn)行格蘭杰因果分析。為了防止虛假回歸問題,在進(jìn)行分析之前我們需要對兩組時(shí)間序列進(jìn)行單位根檢驗(yàn),檢驗(yàn)其是否是平穩(wěn)序列。格蘭杰因果檢驗(yàn)不僅能夠檢驗(yàn)出變量之間是否具有因果關(guān)系,還可以得出變量之間的因果影響是否具有時(shí)滯性。

1969年格蘭杰(Granger)提出了格蘭杰非因果性檢驗(yàn),能夠幫助我們判斷變量間是否存在因果關(guān)系,該因果性檢驗(yàn)式如下：

則檢驗(yàn)xt對yt不存在格蘭杰因果關(guān)系的零假設(shè)是：

H0：β1=β2=…βk=0

顯然,如果式中的xt的滯后變量的回歸參數(shù)估計(jì)值全部不存在顯著性，則上述假設(shè)不能被拒絕。換句話說，如果xt的任何一個(gè)滯后變量的回歸參數(shù)的估計(jì)值存在顯著性，則結(jié)論應(yīng)是xt對yt存在格蘭杰因果關(guān)系。上述檢驗(yàn)可用F統(tǒng)計(jì)量完成。

其中,SSEr表示施加約束（零假設(shè)成立）條件后模型的殘差平方和。SSEu表示不施加約束條件下模型的殘差平方和。k表示最大滯后期。T表示樣本容量。在零假設(shè)成立條件下，F(xiàn)統(tǒng)計(jì)量漸近服從F(k,T-2k)分布。用樣本計(jì)算的F值如果落在臨界值以內(nèi)，接受原假設(shè)，即xt對yt不存在格蘭杰因果關(guān)系，否則，拒絕原假設(shè)，即xt對yt存在格蘭杰因果關(guān)系。

(一)單位根檢驗(yàn)

如果隨機(jī)變量是非平穩(wěn)序列時(shí),進(jìn)行格蘭杰因果檢驗(yàn)時(shí)有可能會(huì)出現(xiàn)偽回歸的現(xiàn)象。所以在進(jìn)行格蘭杰因果性檢驗(yàn)之前我們要先檢驗(yàn)時(shí)間序列是否是平穩(wěn)序列。檢驗(yàn)時(shí)間序列的非平穩(wěn)性我們采用ADF檢驗(yàn)。我們采用如下自回歸模型檢驗(yàn)單位根：

DF檢驗(yàn)是1979年由Dickey和Fuller提出的。因?yàn)樯鲜街泻蠨 yt的滯后項(xiàng)，所以對yt的非平穩(wěn)性檢驗(yàn)（H0：ρ=0）稱為增項(xiàng)DF檢驗(yàn)或ADF檢驗(yàn)。

利用 Eview s6.0,我們從含有漂移項(xiàng)和趨勢項(xiàng)(Trend and Intercep t)、只含漂移項(xiàng)(Intercep t)、無附加項(xiàng)(None)三方面對膠州灣海洋環(huán)境污染(E)和青島市經(jīng)濟(jì)發(fā)展(N)分別進(jìn)行單位根檢驗(yàn),分析結(jié)果如下表5。

表5 單位根檢驗(yàn)結(jié)果

表5中的結(jié)論部分,對于顯著性水平α=0.01、0.05、0.1都是符合的。D E和DN分別是膠州灣環(huán)境污染水平(E)和青島經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平(N)的一階差分序列。D2E和D2N分別是膠州灣環(huán)境污染水平(E)和青島經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平(N)的二階差分序列。從表中可以看出,膠州灣環(huán)境污染和青島經(jīng)濟(jì)發(fā)展都為不平穩(wěn)時(shí)間序列,經(jīng)過二階差分之后都是平穩(wěn)的,且Prob＜0.05,可以認(rèn)為漂移項(xiàng)和趨勢項(xiàng)對應(yīng)系數(shù)都不為零,E和N的二階差分序列都為平穩(wěn)時(shí)間序列,所以E和N都具有二階單整性,E～I(xiàn)(2), N～I(xiàn)(2)。如圖3。

圖3 E和N的二階差分時(shí)間序列走勢圖

(二)格蘭杰因果分析

根據(jù)格蘭杰因果分析的條件,由于E與N都是二階單整序列,我們便對它們的二階差分序列進(jìn)行格蘭杰因果分析,結(jié)果如表6。

表6 格蘭杰因果分析結(jié)果

從表6中可以看出,在滯后期為1的時(shí)候,F值為7.9524,原假設(shè)D2Ndoes not Granger CauseD2E(青島經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不是膠州灣環(huán)境污染的格蘭杰原因)被拒絕,所以,青島市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平是膠州灣環(huán)境污染的格蘭杰原因。兩個(gè)原假設(shè)在沒有滯后期的情況都被接受,這說明,青島市經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成膠州灣環(huán)境污染受到滯后期數(shù)的影響,即青島市經(jīng)濟(jì)發(fā)展并不能立刻產(chǎn)生環(huán)境污染,而是具有時(shí)滯性。原因是：這是因?yàn)槟z州灣海洋環(huán)境本身也是有承載力的,能夠容納一定量的污染,甚至在生態(tài)沒有被破壞的時(shí)候,一部分污染還可能被吸收。只有在環(huán)境污染超出了環(huán)境承載力的時(shí)候,環(huán)境污染狀態(tài)才明顯的表現(xiàn)出來了。

五、青島市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與膠州灣海洋環(huán)境污染的脈沖響應(yīng)函數(shù)分析

向量自回歸模型是1980年由西姆斯提出來的。這種模型采用多方程聯(lián)立形成,它是用模型中所有內(nèi)生當(dāng)期變量對它們的若干滯后值進(jìn)行回歸,從而估計(jì)全部內(nèi)生變量的動(dòng)態(tài)關(guān)系。脈沖響應(yīng)函數(shù)是指在向量自回歸(VAR)模型中 ,在擾動(dòng)項(xiàng)上加一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差大小的沖擊,通過變量之間的動(dòng)態(tài)聯(lián)系對變量的當(dāng)前值和未來值帶來影響。即脈沖響應(yīng)函數(shù)將描述系統(tǒng)對某一變量擾動(dòng)的一個(gè)沖擊(或新生)所做出的動(dòng)態(tài)反應(yīng) ,并從動(dòng)態(tài)反應(yīng)中判斷變量間的時(shí)滯關(guān)系。

運(yùn)用Eview s6.0,用膠州灣海洋環(huán)境污染(DE)和青島市經(jīng)濟(jì)發(fā)展 (DN)作為內(nèi)生變量建立VAR模型,并檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷姆€(wěn)定性(詳細(xì)過程和結(jié)果本文略寫),并描繪了脈沖響應(yīng)函數(shù)曲線,具體結(jié)果如圖4。

圖4 膠州灣海洋環(huán)境污染對來自外界的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差新息沖擊的反應(yīng)

從圖4可以看出,膠州灣海洋環(huán)境污染(DE)對來自自身的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差新息立刻有所反應(yīng),污染增加量上升約10％,而后開始下降,到第三年達(dá)到最低增加值約-10％；隨后開始上升,呈現(xiàn)出明顯的弦波形態(tài)。最后保持在0的穩(wěn)定水平呈現(xiàn)出永久性效應(yīng)。

本期給青島市經(jīng)濟(jì)增長量(DN)一個(gè)單位標(biāo)準(zhǔn)差新息的正向沖擊,膠州灣海洋環(huán)境污染(DE)在初期沒有反應(yīng),沖擊為零,符合格蘭杰因果檢驗(yàn)存在滯后性的結(jié)論。而后開始波動(dòng)呈現(xiàn)出明顯的弦波形態(tài)。最后保持在0的穩(wěn)定水平,呈現(xiàn)出永久性效應(yīng)。這表明到最后如果經(jīng)濟(jì)增加量不變,膠州灣海洋環(huán)境污染增加量也會(huì)不變,即環(huán)境污染水平保持在某一個(gè)穩(wěn)定的水平,而不會(huì)減少。說明經(jīng)濟(jì)增長對膠州灣海洋環(huán)境污染影響的滯后性,并且其影響具有持久性。所以從長久的利益看來經(jīng)濟(jì)增長對膠州灣海洋環(huán)境質(zhì)量是很不利的。[7]

六、結(jié)論

本文利用青島市1998年至2008年的年度時(shí)間序列變量,運(yùn)用主成分分析、格蘭杰因果性檢驗(yàn)、脈沖響應(yīng)函數(shù)對青島市經(jīng)濟(jì)增長和膠州灣環(huán)境污染關(guān)系的分析結(jié)論如下：

(1)存在青島市經(jīng)濟(jì)增長對膠州灣海洋環(huán)境污染的單向的格蘭杰因果關(guān)系,但是受到時(shí)滯的影響,因?yàn)楹Ｑ蟓h(huán)境本身有一個(gè)對人類活動(dòng)造成影響的最大容納量,經(jīng)濟(jì)增長造成海洋環(huán)境污染的數(shù)量在海洋環(huán)境容量內(nèi)的時(shí)候,海洋環(huán)境污染的狀態(tài)沒有表現(xiàn)出來,只有當(dāng)海洋環(huán)境污染物存在的數(shù)量超過海洋環(huán)境的最大容納量,海洋環(huán)境的生態(tài)平衡和正常功能才會(huì)遭到破壞。

(2)在污染物存在的數(shù)量超出了海洋環(huán)境容量的時(shí)候,經(jīng)濟(jì)增長的一個(gè)外部沖擊對海洋環(huán)境污染水平的影響在較長時(shí)期內(nèi)不會(huì)恢復(fù)到初始水平,呈現(xiàn)出永久性效應(yīng)。

所以,我們在發(fā)展國民經(jīng)濟(jì),尤其是重點(diǎn)發(fā)展沿海經(jīng)濟(jì)的時(shí)候,不能僅片面地追求經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,否則由于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展對海洋環(huán)境造成污染,導(dǎo)致海洋荒漠化,再治理則很難使海洋環(huán)境回到污染前的水平,從而會(huì)制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展。所以我們在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí),要注意對環(huán)境的保護(hù),加大對海洋環(huán)境的治理。同時(shí)對產(chǎn)生的海洋環(huán)境污染問題要及時(shí)處理,使得污染物的數(shù)量總是處在海洋環(huán)境容納量的范圍內(nèi),這樣對海洋環(huán)境造成的危害就大大降低了。同時(shí)我們也看到在最近的幾年,青島市以舉辦奧帆賽為契機(jī),對膠州灣海洋環(huán)境的治理有明顯的效果,應(yīng)該在保證青島市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)加大對海洋環(huán)境的治理,環(huán)灣保護(hù),擁灣發(fā)展,走可持續(xù)發(fā)展的道路。

注：青島市軟科學(xué)項(xiàng)目“青島市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與膠州灣海洋環(huán)境污染的響應(yīng)模式分析”(09-1-1-102-(1)-zhc)資助。

[1]Rafael Reuveny The Effectsof Liberalism on the Terrestrial Environment[J]Conflict Management and Peace Science,24,no. 3(2007)：219-238.

[2]Angelos Pagoulatos,Stephan J Goetz,David L Debertin,et al.Interactions between economic grow th and environmental quality in U. S.Counties[J].Grow th and Change,2004,35(1)：90-108.

[3]秦云鵬,于曉黎,方景清.青島市經(jīng)濟(jì)增長引發(fā)環(huán)境污染的沖擊響應(yīng)模式分析[J].中國海洋大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版,2010,40(2)：117-121.

[4]黃本春,李國柱,李志穎.河北省中心城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境污染關(guān)系研究[J].中國國土資源經(jīng)濟(jì),2006,(2)：33-35.

[5]付會(huì).海洋生態(tài)承載力研究[D].中國海洋大學(xué),2009.

[6]狄乾斌.海洋經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的理論、方法與實(shí)證研究—以遼寧省為例[D].遼寧師范大學(xué),2007.

[7]紀(jì)建悅,于曉黎,方景青.能源消耗對環(huán)境污染的沖擊響應(yīng)模式分析[J].科技管理研究,2009,(10)：163-165.