新疆主要污染排放物的環(huán)境庫茲曲線變化特征分析

郭 輝

（1．新疆師范大學(xué)商學(xué)院，新疆 烏魯木齊830054；2．新疆師范大學(xué)中亞與中國西北邊疆政治經(jīng)濟(jì)研究中心，新疆 烏魯木齊830054）

0 引言

1995年以來，新疆GDP總額從814．85億元增加到2013年的8 360．24億元（當(dāng)年價），年均增長率達(dá)13．04%；同期人均 GDP從4 701元增加到37 181元，年均增長率約為11．5%。從各項污染排放指標(biāo)看，同期全疆廢水排放量從39 827萬噸增加到100 700萬噸，年均增長率達(dá)5%；SO2排放總量從36．8萬噸增加到82．94萬噸，年均增長率達(dá)4．37%；煙粉塵排放量從40萬噸增加到75．59萬噸，年均增長率達(dá)3．4%；工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量從602．2萬噸增加到9 283．05萬噸，年均增長率達(dá)15．48%。以CO2為代表的碳排放量從1995年的6 645．573萬噸增加到2011年的23 757．668萬噸，年均增長率達(dá)7．78%。從初步的統(tǒng)計觀察看，隨著新疆的經(jīng)濟(jì)增長，各類主要污染排放量都呈現(xiàn)正向增長的態(tài)勢。那么，在我國實施碳強度約束的背景下，在新疆較高的污染物排放與脆弱的生態(tài)環(huán)境容量間的矛盾日益突出的現(xiàn)實情形下，有必要分析新疆經(jīng)濟(jì)增長與各污染排放指標(biāo)之間的關(guān)系。為此，需要摸清新疆主要污染物的環(huán)境庫茲涅茨曲線的運行特征，對新疆經(jīng)濟(jì)增長與污染排放之間的關(guān)系做出理性判斷。

美國經(jīng)濟(jì)學(xué)家Grossman和Krueger（1995）提出利用環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)（GEMS）的數(shù)據(jù)，研究發(fā)現(xiàn)人均收入與環(huán)境質(zhì)量水平兩者之間呈現(xiàn)先污染、后改善的倒U型曲線關(guān)系，將這種關(guān)系稱為環(huán)境庫茲涅茨曲線（Environmental Kuznets Curve，EKC）［1-3］。自此以后，國內(nèi)外針對SO2、氮氧化物、煙粉塵懸浮顆粒物（SPM）等污染排放指標(biāo)與收入之間展開了大量的相關(guān)研究［4-21］，主要從2個方面展開：一是檢驗ECK的倒U型關(guān)系是否存在。Shafik和Bandyopadhyay（1992）、Panayoutou（1993）、Selden和 Song（1994）、Lucas（1988）、Stern（1996）、張曉（1999）、范金（2002）等發(fā)現(xiàn)其所研究區(qū)域的污染排放指標(biāo)與人均收入之間存在倒U型的EKC關(guān)系，但也有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)由于研究對象、研究方法、指標(biāo)選取等的差異性，污染排放與經(jīng)濟(jì)增長之間的不存在倒U型特征，EKC曲線可能出現(xiàn) U型、單調(diào)遞增、N型、單調(diào)遞減等形狀［4-10］。Egli 和 Hannes（2003）、Kathleen M．da（2001）、Vincent J（1997）分別利用德國、加拿大和馬來西亞等國家的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)倒U型關(guān)系并不存在［11-13］。Wagner（2008）通過研究1950～2000年100個國家的人均收入與能源消費和碳排放污染指標(biāo)之間存在單調(diào)遞增關(guān)系［14］。包群和彭水軍等（2005）研究發(fā)現(xiàn)污染指標(biāo)的選取差異導(dǎo)致了環(huán)境收入曲線表現(xiàn)為倒U型、N型和U型的差異化［15］。沈滿洪和許云華（2000）、趙細(xì)康等（2005）、李瑞娥和張海軍（2008）、林伯強和蔣竺均（2009）、張學(xué)剛和王玉婧（2010）、周茜（2011）等研究都發(fā)現(xiàn)環(huán)境污染水平與經(jīng)濟(jì)增長之間的關(guān)系并不一定符合經(jīng)典的EKC曲線特征，而是呈現(xiàn)出N型、U型、指數(shù)、線性等多種形式［16-21］。二是剖析EKC曲線形成的動因機制［16-21］。Grossman和 Krueger（1991）和Panayotou（1997）從經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)規(guī)模效應(yīng)方面解釋了EKC現(xiàn)象［2，5］。Thampapillai（2003）認(rèn)為完善的市場機制會將環(huán)境污染的外部性轉(zhuǎn)化成內(nèi)部成本［22］。Sender和Song（1994）、Markus（2002）認(rèn)為技術(shù)進(jìn)步將有助于改 善 環(huán) 境 質(zhì) 量［23-24］。Lopez（1994）、Copeland 和Taylor（2004）等認(rèn)為貿(mào)易和外商投資會產(chǎn)生跨境污染，致使人均收入水平不相同的地區(qū)產(chǎn)生不同的ECK 曲 線 特 征［25-26］。Deacon（1994）、Grainger（1995）、Torras和Boyce（1998）等研究發(fā)現(xiàn)EKC曲線的特征有賴于政府環(huán)境政策的正確實施［27-29］。國內(nèi)學(xué)者楊海生和賈佳（2005）、張德強和譚晶榮（2006）、何立華和金江（2010）、李時興（2012）、佘群芝和王文娟（2012）、徐圓（2013）、趙忠秀等（2013）、陳挺和王鼎（2013）、晉盛武和吳娟（2014）等分別從貿(mào)易、FDI、需求者偏好、技術(shù)進(jìn)步、政府干預(yù)和腐敗等角度將這些結(jié)構(gòu)與制度性因素納入模型對EKC形成的動因進(jìn)行了有益探索［30-38］。

迄今為止，國內(nèi)外采取不同國家或者地區(qū)的環(huán)境污染和人均收入的面板數(shù)據(jù)、截面數(shù)據(jù)亦或是時間序列數(shù)據(jù)對EKC存在性的實證研究并沒有得出一致的結(jié)論。雖然EKC模型設(shè)定存在污染物與收入之間的單向性、同質(zhì)性假定、累積污染物的負(fù)外部性和對生態(tài)閾值忽視等缺陷［39］，但是這些研究極大地推動了學(xué)術(shù)界對形成EKC特征的動因研究。

鑒于同一個國家不同地區(qū)在經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、文化傳統(tǒng)和歷史發(fā)展等方面的差異，因此，本研究重點探討新疆經(jīng)濟(jì)發(fā)展與污染排放的EKC特征。全文的主要結(jié)構(gòu)安排為：首先設(shè)定了估計模型；其次由于孤立看待環(huán)境污染水平也是不科學(xué)的，故采用熵值法測算得到新疆污染排放綜合指數(shù)；第三利用主要污染排放量、綜合污染排放指數(shù)和人均收入等時間序列數(shù)據(jù)對新疆污染排放的庫茲涅茨曲線進(jìn)行了計量檢驗，以期了解新疆綜合污染排放水平和主要污染排放物的EKC特征，把握現(xiàn)階段污染排放的主要特征；最后對新疆的污染排放趨勢做出理性判斷，為政策制定提供借鑒。

一、模型與變量

（一）模型設(shè)定

采用經(jīng)典的EKC的二次和三次多項式的基本形式進(jìn)行研究，其估計模型為：

式中，Y代表衡量環(huán)境質(zhì)量水平的變量，X代表人均GDP，α0為常數(shù)項，α1、α2、α3為變量 X、X2、X3為估計系數(shù)，ε為隨機擾動項。

對于模型（1）的系數(shù)估計結(jié)果有以下情形：

2）當(dāng)α1＜0，α2＞0時，表示人均 GDP與環(huán)境污染之間的ECK曲線呈U型特征。當(dāng)參數(shù)不顯著時則利用模型（2）。

對于模型（2）的參數(shù)估計結(jié)果有如下情形：

1）當(dāng)α1＝α2＝α3＝0時，表明人均GDP與環(huán)境污染之間呈一條水平線，不存在相關(guān)關(guān)系。

2）當(dāng)α1≠0，α2＝α3＝0時，表明人均GDP與環(huán)境污染之間存在線性關(guān)系。

4）當(dāng)α1＜0，α2＞0，α3＜0時，表明人均GDP與環(huán)境污染之間的EKC曲線呈反N型。

由于模型的設(shè)定形式對于最終的參數(shù)估計的有效性具有重要影響，因此，除了采取模型（1）和（2）進(jìn)行估計外，還對式（2）進(jìn)行線性-對數(shù)、對數(shù)-線性和雙對數(shù)等3種形式進(jìn)行參數(shù)估計，以增加模型的解釋能力，分別參見式（3）、（4）和（5）。

（二）變量選擇及數(shù)據(jù)來源

EKC的曲線特征研究主要包括2種變量：衡量經(jīng)濟(jì)增長的變量和環(huán)境質(zhì)量水平的變量。從以往研究看，變量的數(shù)據(jù)類型主要采用時間序列、截面數(shù)據(jù)或者面板數(shù)據(jù)。大多研究選取人均GDP來衡量經(jīng)濟(jì)增長變量，選擇區(qū)域內(nèi)的環(huán)境污染排放物以衡量環(huán)境質(zhì)量水平。因此，本研究的兩類變量主要選取了跨越不同發(fā)展階段的新疆經(jīng)濟(jì)增長和環(huán)境污染數(shù)據(jù)的時間序列。經(jīng)濟(jì)增長變量選取了人均GDP（元／人）指標(biāo)；環(huán)境質(zhì)量變量主要選擇可獲取性并具有代表性的環(huán)境指標(biāo)，主要有：廢水排放量、SO2排放量、煙塵排放量、工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量和碳排放等5個變量。

鑒于新疆目前沒有關(guān)于生產(chǎn)和生活過程中碳排放量的實際監(jiān)測數(shù)據(jù)，因此需估算研究區(qū)間新疆的碳排放總量，其測算方法為式（6）［40］。

其中，i代表煤炭、石油和天然氣3種一次能源，E代表它們的消耗量，NCV為2007年《中國能源統(tǒng)計年鑒》附錄4提供的中國3種一次能源的平均低位發(fā)熱量，CEF為IPCC（2006）提供的碳排放系數(shù)，COF是碳氧化因子（本研究煤炭設(shè)定為0．99，原油和天然氣為1），44和12分別為CO2和碳的分子量，由于能源消耗單位不統(tǒng)一，各種能源折算標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)從2007年《中國能源統(tǒng)計年鑒》中得到［40］。根據(jù)碳排放總量可以測算新疆各年的人均碳排放指標(biāo)。

由于要對新疆的環(huán)境質(zhì)量水平做出動態(tài)的綜合評價，但測算碳排放總量所需要的新疆能源消費數(shù)據(jù)僅更新到2011年。因此，限于數(shù)據(jù)的可得性，將整個研究區(qū)間界定為1995～2011年。除碳排放指標(biāo)以外其它數(shù)據(jù)來源于《新疆統(tǒng)計50年》及2005～2013年各年的《新疆統(tǒng)計年鑒》。數(shù)據(jù)處理使用了SPSS 11．0、EViews 6．0軟件。

二、熵值法測算新疆綜合污染排放指數(shù)

依前所述，多數(shù)學(xué)者采用單一的污染指標(biāo)與人均GDP之間的EKC曲線特征進(jìn)行研究，但污染排放是一個動態(tài)、開放的子系統(tǒng)，環(huán)境質(zhì)量的綜合水平會由于排放指標(biāo)之間的相互影響而發(fā)生變化。因此，采用熵值法對1995～2011年新疆污染排放綜合指數(shù)做出動態(tài)評估，一是可以了解動態(tài)發(fā)展情況，二是可以為檢驗新疆經(jīng)濟(jì)增長與污染排放綜合水平的EKC曲線特征奠定基礎(chǔ)。

對影響新疆環(huán)境質(zhì)量的5個指標(biāo)分別設(shè)置變量名，廢水排放量設(shè)為was、so2排放量設(shè)為so2、煙塵排放量為dus、工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量為sol、碳排放為co2。鑒于各個污染排放指標(biāo)之間的相關(guān)性會影響結(jié)果的可靠程度，因此先對新疆各類人均污染排放指標(biāo)進(jìn)行Pearson相關(guān)性檢驗。考慮到能源消費的數(shù)據(jù)僅更新到2011年，故人均碳排放指標(biāo)的測算結(jié)果也只能更新至2011年。由表1可知，除煙塵排放量、工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量、碳排放外，其它變量之間的相關(guān)系數(shù)都大于0．8以上，表示這些變量之間均存在較強的相關(guān)性，信息耦合度較高。

表1 1995～2011年新疆各人均污染排放變量Pearson相關(guān)系數(shù)

在此基礎(chǔ)上，采取熵值法測算了1995～2011年新疆的污染排放綜合指數(shù)［41］。利用熵值法可以得到1995～2011年新疆污染排放綜合指數(shù)（表2），從該結(jié)果可以看出，新疆污染排放綜合指數(shù)呈動態(tài)遞增態(tài)勢。

表2 基于熵值法測算1995～2011年新疆的污染排放綜合指數(shù)

三、新疆主要污染物的EKC檢驗

（一）污染排放綜合指數(shù)的EKC檢驗

新疆的污染排放綜合指數(shù)與人均GDP的擬合結(jié)果模型1到模型5的擬合效果都不理想。雖然擬合優(yōu)度都在0．8以上，但參數(shù)都未通過顯著性檢驗，這說明用EKC的模型檢驗不能詮釋2者之間的關(guān)系。但從2者的散點圖和多項式的趨勢圖看，隨著人均GDP的增加，新疆的污染排放綜合指數(shù)呈明顯上升的趨勢（圖1）。進(jìn)一步說明新疆的污染排放與經(jīng)濟(jì)增長之間存在顯著的正向關(guān)系。

（二）廢水排放量的EKC檢驗

圖1 新疆污染排放綜合指數(shù)與人均GDP曲線

對新疆廢水排放量與人均GDP之間的EKC檢驗發(fā)現(xiàn)：模型1和模型2的統(tǒng)計檢驗都通過，且經(jīng)濟(jì)意義明顯，模型3到模型5的參數(shù)沒有通過檢驗。綜合來看，新疆廢水排放的EKC檢驗?zāi)Ｐ?優(yōu)于模型2（表3）。從參數(shù)結(jié)果看，新疆廢水排放量在樣本區(qū)間內(nèi)呈現(xiàn)經(jīng)典的倒U型曲線。根據(jù)二次多項式的曲線特征和極值理論，可以求出該曲線達(dá)到轉(zhuǎn)折點時對應(yīng)的人均GDP水平分別為47 857元，按樣本區(qū)間人均GDP的平均增速測算，發(fā)現(xiàn)其轉(zhuǎn)折點發(fā)生的年份大約在2015年左右。顯然，新疆廢水排放量正處于倒U型曲線的爬升階段，若按現(xiàn)在的增速推斷，2015年為最高峰值，其后將會進(jìn)入到逐漸減少的階段。

（三）SO2排放量的EKC檢驗

新疆SO2排放量的EKC檢驗結(jié)果表明，模型5優(yōu)于模型1和模型2（表3）。從參數(shù)結(jié)果看，新疆SO2排放量在樣本區(qū)間內(nèi)呈現(xiàn)反N型曲線，根據(jù)二次多項式的曲線特征和極值理論，可以求出該曲線達(dá)到轉(zhuǎn)折點時對應(yīng)的人均GDP水平分別為13 629．96元和129 597．64元，按樣本區(qū)間人均GDP的平均增速測算，可得其轉(zhuǎn)折點發(fā)生年份在2005到2048年左右。可見新疆SO2排放量的EKC曲線已經(jīng)過第1個拐點，現(xiàn)在正處于反N型曲線的爬升階段，說明未來新疆SO2排放量仍有增加趨勢，并達(dá)到第2次轉(zhuǎn)折點。

（四）煙塵排放量的EKC檢驗

新疆煙塵排放量與人均GDP的擬合結(jié)果模型1至模型5的擬合優(yōu)度和參數(shù)的顯著性不高，擬合效果都不理想（表3），即EKC模型不能詮釋2者之間的關(guān)系。但從2者的散點圖和多項式的趨勢圖看，隨著人均GDP的增加，新疆煙塵排放量有明顯的下降趨勢，并保持穩(wěn)定狀態(tài)（圖2）。

（五）工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量的EKC檢驗

圖2 新疆煙塵排放量與人均GDP散點趨勢圖

雖然新疆工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量與人均GDP的擬合優(yōu)度模型1至模型5都比較高，但整體對比后發(fā)現(xiàn)模型2的效果較為理想，引入立方項后，異方差和自相關(guān)都明顯消除。隨著人均GDP的增加，新疆工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量的EKC曲線呈N型曲線特征，根據(jù)二次多項式極值解法，可以求出該曲線達(dá)到轉(zhuǎn)折點時對應(yīng)的人均GDP水平分別為6279．03元和394656．86元，按樣本區(qū)間人均GDP的平均增速測算得到2個轉(zhuǎn)折點，其發(fā)生的年份大約在1999年和2036年左右，顯然新疆工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量的EKC曲線已經(jīng)過第1個拐點，正處于N型曲線的緩慢下降階段（表3），但未來新疆工業(yè)固體廢物排放量仍將出現(xiàn)增加的階段性特征。

（六）碳排放量的EKC檢驗

從表3模型估計結(jié)果看，新疆碳排放量的EKC檢驗?zāi)Ｐ?最優(yōu)。從參數(shù)結(jié)果看，新疆碳排放量在樣本區(qū)間內(nèi)呈現(xiàn)反N型曲線。根據(jù)二次多項式的曲線特征和極值理論，可以求出該曲線達(dá)到轉(zhuǎn)折點時對應(yīng)的人均 GDP水平分別為15 135．11元和710 018．46元，按樣本區(qū)間人均GDP的平均增速測算，發(fā)現(xiàn)其轉(zhuǎn)折點發(fā)生年份在2007到2042年左右，顯然新疆碳排放量的EKC曲線已經(jīng)過第1個拐點，正處于反N型曲線的爬升階段（表4），這說明新疆的碳排放量仍有大規(guī)模的增加趨勢。

四、結(jié)論與思考

筆者采取了線性的二項式和三項式的簡化形式以及擴(kuò)展形式對新疆的5種主要污染物進(jìn)行了EKC檢驗，結(jié)果見表4。總體得到以下結(jié)論與思考。

1）從模型形式、指標(biāo)選取、樣本容量等估計結(jié)果看，新疆主要污染物的EKC曲線呈現(xiàn)多樣化的變化特征：僅有廢水排放量的EKC特征呈現(xiàn)為倒U型特征；SO2排放量和碳排放量呈反N型；工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量的EKC曲線呈N型。煙塵排放量和新疆污染排放綜合指數(shù)的EKC曲線不存在，但煙塵排放量呈總體下降趨勢，新疆的污染排放綜合指數(shù)總體呈現(xiàn)上升趨勢（表4和圖1）。

表3 新疆污染排放綜合指數(shù)、各污染排放指標(biāo)的EKC模型估計結(jié)果

表4 新疆污染排放與經(jīng)濟(jì)增長的EKC曲線特征

2）從估計結(jié)果看，目前影響新疆綜合環(huán)境質(zhì)量的主要污染排放物是SO2、工業(yè)固體廢物和碳排放，因為這3種污染排放量的第1個拐點時間已經(jīng)出現(xiàn)，未來新疆可能面臨這3類主要污染物的第2次爬升階段。這與新疆主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)以原料采掘業(yè)和能源消費結(jié)構(gòu)以煤為主具有高度的相關(guān)關(guān)系。

3）從各排放物的轉(zhuǎn)折點的時間跨度看，3類主要污染物的轉(zhuǎn)折跨度較長。新疆SO2排放量已在2005年達(dá)到第1個轉(zhuǎn)換點，其第2個轉(zhuǎn)折點的時間約為2048年，其跨度約為43年；新疆工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量的第1個轉(zhuǎn)折點為1999年，第2個轉(zhuǎn)折點為2036年左右，其跨度約為37年；碳排放量的第1個轉(zhuǎn)折點為2007年左右，第2個轉(zhuǎn)折點的到達(dá)時間約為2042年，其跨度長約35年。綜合來看，對新疆環(huán)境質(zhì)量影響較大的前3類主要污染物到達(dá)轉(zhuǎn)折點的時間跨度都較長，這與新疆目前所處的工業(yè)化進(jìn)程階段相關(guān)。但重要的是，轉(zhuǎn)折點跨度長有一個有益的啟示：即在新疆經(jīng)濟(jì)增長與污染排放的兩難困境下，在較長的時間段里可以采取政策引導(dǎo)作用來改變EKC曲線的轉(zhuǎn)折點，這有利于提升綜合環(huán)境質(zhì)量。

4）盡管新疆SO2、工業(yè)固體廢物和碳排放指標(biāo)的EKC曲線已達(dá)到第1次轉(zhuǎn)折點，這并不代表環(huán)境質(zhì)量水平會自動改善。顯然，新疆的工業(yè)化進(jìn)程是以區(qū)域發(fā)展為導(dǎo)向的，在地方政府獲取政府績效時，如不將生態(tài)效率考慮到政府績效內(nèi)，這將導(dǎo)致對生態(tài)環(huán)境的掠奪式的發(fā)展模式。因此，未來政府應(yīng)在環(huán)境污染的外部治理中發(fā)揮主導(dǎo)性的干預(yù)作用，對于實施產(chǎn)業(yè)生態(tài)化、研發(fā)環(huán)境治理技術(shù)的主體進(jìn)行鼓勵和補貼，而對于造成污染負(fù)外部性的主體給予嚴(yán)格處罰。

5）由于EKC曲線特征僅是通過樣本區(qū)間數(shù)據(jù)分析得來，故其不能反映出新疆經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境治理的動態(tài)變化過程。況且新疆總體的環(huán)境質(zhì)量除了受經(jīng)濟(jì)增長影響外，還有諸如貿(mào)易、投資、政策變化、生態(tài)文化觀念、公民環(huán)境意識等多方面因素的共同影響，這也充分表明污染排放和經(jīng)濟(jì)增長之間的關(guān)系較為復(fù)雜。未來仍需結(jié)合新疆經(jīng)濟(jì)發(fā)展的特點探討EKC曲線運行特征背后的影響因素。

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