經濟增長與環境發展相互關系的實證研究

聶巧平，王夢穎

（天津商業大學經濟學院，天津300134）

經濟增長與環境發展相互關系的實證研究

聶巧平，王夢穎

（天津商業大學經濟學院，天津300134）

利用1990—2013年的時間序列數據，以環境庫茲涅茨曲線（EKC）為基礎，結合Engle-Granger檢驗方法對我國經濟以及環境發展相互關系進行檢驗，通過實證分析表明我國目前處于工業化的中期，并沒有完全達到經濟環境反向影響關系的后工業化時期，可以從優化產業結構、鼓勵創新等途徑來促進經濟與環境的協調發展。

Engle-Granger檢驗；環境庫茲涅茨曲線；創新；產業結構

1 問題的提出

經濟增長與環境污染之間的矛盾一直受到人們的關注。我國為了保護和改善環境，促進經濟社會可持續發展，自2015年1月1日起施行修訂后的《環境保護法》。正如金融危機的發生促使我們重新審視金融的創新、管制和對實體經濟的影響，霧霾等環境問題的發生促使我們在追求經濟增長的同時更加注重保護環境，而了解經濟系統和生態系統之間的相互關系是實現可持續發展的基礎。

1962年，蕾切爾·卡遜的《寂靜的春天》問世，第一次向“征服大自然”等這一類人類自認為絕對正確的意識提出了質疑；1972年，羅馬俱樂部提出了研究報告《增長的極限》，從人口、資本、糧食、不可再生資源和污染等角度探討了按指數增長的極限，并且提出“全球均衡狀態”和“零增長”理論；[1]1987年2月，世界環境與發展委員會的報告《我們共同的未來》提出了“可持續發展”的概念，并提出了具體和現實的行動建議；2006年和2008年由尼古拉斯·斯特恩爵士領導編寫的斯特恩報告從經濟學角度分析了氣候變化對生活、健康和經濟增長等方面的影響，提出節能減排的重要性；隨著計量經濟學等的發展，以數據為基礎的相關實證研究逐漸增多。

本文主要通過對時間序列數據的實證分析，檢驗環境庫茲涅茨曲線，探究經濟增長因素對環境污染的影響。主要針對以下問題進行了一些研究：（1）大多數研究在建模時多是參考Grossman和Krueger的模型建立二次或者三次關系進行驗證，分析經濟增長對環境的單向影響，由于統計數據的限制，較多選擇截面數據或者時間長度較短的面板數據，對理論的長期性和模型的平穩性考慮不足；（2）對環境—經濟關系檢驗表明，不同經濟發展水平、不同污染物、不同地區的環境收入關系具有多種形態而不僅限于倒U型，甚至在相同條件下也可能出現不同的形態關系。本文主要是基于時間序列分析理論，結合Engle-Granger檢驗方法對模型進行優化，針對不同的污染物選擇出不同的最優模型，并分別進行分析；參考經濟—環境的經濟理論，在考慮產業結構、創新投入、經濟系統和環境系統的雙向影響的基礎上對實證結果進行分析。

2 經濟增長與環境發展的關系

2.1 相關理論研究

在理論研究方面，舊的經濟行為把生態系統看作是經濟系統的子系統，是經濟系統開采資源并處置廢棄物的場所，在這種假設下，經濟增長是無成本無限制的。隨著工業經濟的增長，自然資源逐漸轉變為限制性因素，進而形成新的經濟學理論范式。[2]（1）宏觀經濟理論認為，較嚴格的環境管制制度是經濟增長放緩的重要原因之一，污染控制增加了經濟運行的成本，但是污染控制能減少環境污染的經濟損失和健康損失，促進技術進步和資源的有效利用，提高經濟效率；（2）中觀經濟理論認為，環境保護成本可能對行業發展產生影響，但是實證研究并不完全支持該理論；（3）微觀經濟理論認為，短期來看成本提高會影響企業競爭力，而長期來看可能會使企業競爭力增加。

此外，一些要素可以看作是經濟增長和環境發展的共同影響因素，例如產業結構、技術創新及環境政策等。其中，產業升級既能夠提高產業附加值又有利于污染物排放的減少，技術創新為經濟增長和環境質量的改善提供技術支持，環境政策對環境污染的管制在提高環境質量的同時可能增加生產成本。這些共同影響因素之間又相互影響，產業向資本密集型和技術密集型產業傾斜有利于激勵創新和環境改善，創新提供了經濟發展和環境治理的理論基礎和技術支持，環境管制有利于刺激產業升級和創新。

2.2 基于環境庫茲涅茨曲線的分析

相關實證研究晚于理論研究，環境庫茲涅茨曲線理論指出環境退化與人均收入水平之間呈倒U型關系，并以此為依據將工業經濟發展分為三個時期：前工業化時期，環境退化程度隨著人均收入水平的提高而上升；工業化時期，環境退化程度隨著人均收入水平的提高先上升后下降；后工業化時期，環境退化程度隨著人均收入水平的提高而下降。該理論還提出經濟增長通過規模效應、結構效應和技術效應等因素對環境質量產生影響：（1）在規模效應的影響下，經濟增長對環境質量產生正向的影響，即收入增加、污染加重；（2）在結構效應的影響下，經濟增長與環境質量之間也是存在倒U形的關系；（3）在技術效應的影響下，經濟增長對環境質量產生反向的影響，即技術進步、污染下降。在此基礎上出現了投入產出模型、非線性模型和新古典模型的改進等多種模型的應用。Selden和Song運用Forster的新古典主義模型為U型曲線模型提供了一個理論基礎；[3]Dinda基于內生增長模型的構架對EKC曲線的U型關系進行了理論檢驗；[4]彭水軍和包群將環境質量作為內生因素引入生產函數和效用函數，指出技術進步是可持續發展的重要手段；[5]Grossman和Krueger運用計量經濟的方法建立了包括其他共同變量的污染物與GDP之間的三次模型，檢驗了環境—經濟之間的關系；[6]世界銀行通過一個倒U型模型的檢驗間接表明環境政策、環境保護投資和技術發展水平等因素的內生性；[7]高宏霞等在考慮“環境承載閥值”之后對EKC曲線進行了修正；[8]李茜等通過采用PVAR模型分地區分析經濟增長與環境污染之間的動態影響規律和互動關系，表明這種雙向作用關系在東西部地區存在顯著的差異；[9]但是王敏和黃瀅等利用城市數據則得出U型曲線關系，并指出環境數據選擇的重要性。[10]

3 模型及數據

3.1 模型設定

3.1.1 基于Engle-Granger檢驗的線性模型的設定

本文利用Engle-Granger檢驗方法，[11]分別檢驗各類經濟變量與污染變量之間的長期穩定關系。因為EG和AEG統計量的分布是非標準的，所以DF檢驗臨界值不能用于協整檢驗，這里的協整檢驗臨界值采用麥金農（Mackinnon）[12]提供的臨界表。

第二，估計殘差自回歸模型：

如果拒絕了a1=0的假設，則殘差序列是平穩的，存在協整關系。

3.1.2 基于環境庫茲涅茨曲線的模型的設定

已有文獻在建立模型時多是參考Grossman和Krueger的模型建立二次或者三次關系進行驗證，即，其中，Yt為污染變量，Gt為平均GDP，Zit為其他結構變量。但是該模型對殘差的平穩性考慮不足，針對該問題，本文利用Engle-Granger檢驗方法，構建模型如下：

模型2

其中，i=1，2，3，分別表示廢氣中的SO2、工業廢水、工業固體廢棄物，Yit是污染物排放量，Git是人均國內生產總值，Z1it是產業結構變量，Z2it是技術創新變量。

在以上兩個模型的基礎上，分別對殘差序列進行檢驗：

如果拒絕了a1=0的假設，則序列是平穩的，存在協整關系。

3.2 變量選取與數據來源

研究經濟增長與環境污染的實證研究多采用人均國內生產總值與相應環境指標之間的關系進行研究，這里的經濟變量選取的是人均國內生產總值、代表產業結構的工業增長量占比和代表創新的R&D科技活動經費支出，環境變量選取的是廢氣中的SO2的排放量、工業廢水的排放量以及工業固體廢棄物的排放量。考慮到數據的可獲得性，取值范圍選取的是全國1990—2013年的數據，來源是《中國統計年鑒》和《中國環境年鑒》，各變量的描述性統計分析如下。

表1 各變量名稱及統計描述

除了考慮國內外相關文獻的研究經驗，我國人口眾多的國情也是選取人均國內生產總值作為經濟增長指標的重要原因之一，其能夠更好地反映我國經濟增長的平均水平。由于數據的可獲得性，選取廢氣中SO2排放量、工業廢水排放量和工業固體廢棄物排放量作為三種污染物的指標。因為污染物主要選取工業污染物的排放量，所以選取工業增長量占國內生產總值的比例來表示產業結構。科技活動經費支出作為創新活動的投入，與創新活動產出（如專利申請受理數和專利申請授權數等）之間存在著相關關系，因此，用R&D科技活動經費支出表示該模型中的創新因素。本文實際分析時除產業結構變量外均采用各變量的對數值。

通過圖1可以比較直觀地觀察各變量的變化趨勢，人均國內生產總值和創新活動投入逐年增加，工業增加值占國內生產總值的比例一直為40%左右，廢氣中SO2排放量有所增加，工業廢水排放量沒有明顯的變化趨勢，工業固體廢棄物的產生量逐年增加，但是排放量逐年下降，這里采用的是工業固體廢棄物的排放量。通過直觀觀察似乎經濟總量的上升并沒有引起工業污染物排放量的明顯增加，甚至工業固體廢棄物排放量成下降趨勢，已經達到了環境庫茲涅茨曲線的轉折點，這一結論是否獲得了數據上的支持，以及經濟影響因素和環境影響因素之間的相互作用方向還有待進一步驗證。

圖1 各變量的變化趨勢

4 實證結果分析

4.1 變量的平穩性檢驗

在對變量進行估計之前，首先要對變量的平穩性進行檢驗。由于數據的小樣本性質，這里采用ADF單位根的檢驗方法檢驗序列的平穩性。ADF模型的一般形式為：

表2 ADF單位根檢驗結果

檢驗結果如表2所示，6個變量均是一階差分平穩。

4.2 檢驗結果分析

本部分主要是從傳統的角度分析人均國內生產總值與污染物排放量之間的關系，進一步分析工業化發展水平。借助EViews 6軟件，結果如表3所示。由表3可知廢氣中SO2的經濟—環境曲線是倒N型的，工業廢水的經濟—環境曲線是M型的，工業固體廢棄物的排放量的經濟—環境曲線是倒U型的。但是考慮到經濟變量的取值范圍，三條曲線基本上都符合倒U的形狀，也就是說符合環境庫茲涅茨曲線倒U型的假設。其中，廢氣中SO2的排放量和工業廢水排放量仍然隨著人均國內生產總值的上升而上升，而工業固體廢棄物的排放量已經隨著人均國內生產總值的上升而下降，但是工業固體廢棄物產生量卻是逐年增加的。

表3 模型1檢驗結果

從表4可知，在5%的顯著性水平上，廢氣中SO2的排放量、工業固體廢棄物的排放量和工業廢水排放量模型的殘差都是白噪聲，也就是說模型1有助于分析經濟與環境之間的關系。

表4 殘差檢驗

綜合以上分析，經濟增長與環境污染物的排放量之間存在非線性關系，雖然我國還處在工業化中期，經濟增長還未明顯引起環境質量的改善，不過理論上還是存在轉折點的，即隨著經濟的發展，將進入隨著經濟的增長環境質量得到改善的良性循環階段。并不能因為看到目前經濟和污染的同向變化就簡單認為二者成線性關系，認為這種高增長高污染的增長模式不可改變，實證結果表明是存在更加優化的增長模式的。

4.3 考慮產業結構和創新的結果分析

本部分進一步從產業結構和創新角度，就經濟與環境之間的關系進行分析，同時與上一部分的結果進行對比分析。由表5可知，從產業結構的影響來看，廢氣中SO2的排放量和工業廢水的排放量受到產業結構的正向影響，當工業占GDP比重增加時廢棄物的排放量將會增加。也就是說雖然可以通過技術創新、加強管理等手段來減少污染物的排放，但是工業增長依然會給環境的改善帶來壓力，環境的改善更多的是由于產業結構的調整、三次產業比例增加、工業占比降低等方面的影響，從而實現經濟環境關系的改善。

表5 模型2檢驗結果

從創新的角度來看，工業固體廢棄物的排放量與創新投入成負相關，科技活動經費投入得越多，工業固體廢棄物的排放量就越少，表明創新活動有利于環境改善，實現經濟環境關系的可持續發展。但是僅僅有一項環境指標顯示二者的關系顯著，廢氣中SO2的排放量、工業廢水的排放量均與創新投入的關系不顯著，同樣代表創新產出的專利申請授權量與三個污染物排放量之間也不存在顯著的關系，可能是由于創新投入不足，或者是創新投入轉化為創新產出再轉化為實質影響存在時滯，由于數據的限制不做進一步的分析。

由表6可知，在5%的顯著性水平上模型2的殘差都是白噪聲，檢驗統計量數值均增大，R2在不同程度上都有所增加，模型2更好地解釋了經濟環境之間的關系。由表5可知，模型2中工業廢水排放量與人均國內生產總值變為三次關系，也就是倒N型。經濟—環境曲線并不是一直不變的，存在地區和時區的差異，因此，需要通過產業結構調整、創新以及經濟規模、貿易、制度、管理等手段的共同作用以避免出現環境經濟關系惡化，從而進入后工業化時期，并利用信息化等模式來實現可持續發展。

表6 殘差檢驗

5 結論

關于經濟增長與環境發展的相關研究很多，既存在共識，也存在分歧。本文基于時間序列數據對經典理論和優化模型都進行了檢驗和分析，在驗證環境庫茲涅茨曲線的基礎上進一步分析了產業結構和創新對二者關系的影響。

研究結果表明，我國經濟環境關系基本符合環境庫茲涅茨曲線。第一，工業污染物排放量與人均國內生產總值之間存在著非線性關系，理論上存在轉折點，可以達到隨著經濟的增長而環境質量得到改善的后工業化階段。第二，工業污染物排放量受到產業結構的正向影響，工業占GDP比重越高，污染物排放量越多，對環境的壓力就越大。第三，部分工業污染物排放量與創新投入成負相關，科技活動經費投入得越多，工業污染物排放量就越少，表明創新活動對于環境改善有一定的作用。第四，考慮產業結構和創新因素的影響，能更好地分析和理解經濟增長與環境發展之間的關系。綜合來看，我國還處于工業化中期，可以通過優化產業結構、鼓勵創新等手段實現更加優化的發展模式。

經過多年努力，提高環保意識已經成為全民的共識，經濟發展由追求增長速度向既重視增長速度又重視發展質量的方向轉變。為了實現更加優化的發展模式，第一，需要經濟增長的支持。第二，產業結構調整的效果已經初步顯現，但是地區間可能存在差異。第三，更加充分地發揮創新在實現經濟增長和環境保護中的作用。第四，加強監管有利于經濟與環境更加健康地發展，但這并不是認為環保政策越嚴厲越有利于刺激創新、結構改善和經濟可持續增長。通過理論和實證分析，經濟增長和環境發展之間的確存在相互影響的關系，但是各地區之間的經濟系統和生態系統的發展水平還有很大區別，如何控制這種綜合影響力的大小，包括正面影響和負面影響的大小、長期影響和短期影響的正負，都有待于實踐的檢驗。

［1］ D.梅多斯.增長的極限[M].北京：商務出版社，1984.

［2］ 侯偉麗.中國經濟增長與環境質量[M].北京：科學出版社，2005.

［3］ SELDEN T，SONG D.Environmental Quality and Development：Is There a Kuznets Curve for Air Pollution Emission[J].Journal of Environmental Economics and Management，1994，27（2）：147-162.

［4］ DINDA S.Environmental Kuznets Curve Hypothesis：A Survey[J]. Ecological Economics，2004，49（4）：431-455.

［5］ 彭水軍，包群.環境污染、內生經濟增長與經濟可持續發展[J].數量經濟技術經濟研究，2006，23（9）：114-126.

［6］ GROSSMAN G，KRUEGER A.Economic Growth and the Environment[J].Quarterly Journal of Economics，1995，110（2）：353-377.

［7］ SHAFIK N，BANDYOPADHYAY S.Economic Growth and Environmental Quality：Time Series and Cross-country Evidence [C]//Background Paper for World Development Report，World Bank，1992.

［8］ 高宏霞，楊林，付海東.中國各省經濟增長與環境污染關系的研究與預測——基于環境庫茲涅茨曲線的實證分析[J].經濟學動態，2012（1）：52-57.

［9］ 李茜，胡昊，羅海江，等.我國經濟增長與環境污染雙向作用關系研究——基于PVAR模型的區域差異分析[J].環境科學學報，2015，35（6）：1875-1886.

［10］王敏，黃瀅.中國的環境污染與經濟增長[J].經濟學（季刊），2015，14（2）：557-578.

［11］ENGLE R，GRANGER C.Cointegration and Error Correction：Representation，Estimation and Testing[J].Econometrica，1987，55（6）：251-276.

［12］MACKINNON J G.Critical Values for Co-integration Tests[C]// ENGLE R，GRANGER C W.Long-run Economic Relationships. Oxford：Oxford University Press，1991：267-276.

［13］韓瑞玲，佟連軍，佟偉銘，等.經濟與環境發展關系研究進展與述評[J].中國人口、資源與環境，2012，22（2）：119-124.

［14］佘群芝.環境庫茲涅茨曲線的理論批評綜論[J].中南政法大學學報，2008，166（1）：20-26.

［15］沃爾特·恩德斯.應用計量經濟學——時間序列分析[M].北京：高等教育出版社，2006.

［16］張曉峒.計量經濟學基礎[M].天津：南開大學出版社，2007.

An Empirical Study of Interrelationship Between Economic Growth and Environmental Development

NIE Qiao-ping,WANG Meng-ying（School of Economics,Tianjin University of Commerce,Tianjin 300134,China）

Based on Environmental Kuznets Curve,the article makes an empirical study of the interrelationship between economic and environmental development in China with time series data from 1990 to 2013 and Engle-Granger test.The results show that China is in the medium term of industrialization at present and hasn’t fully entered the post-industrialization era when there appear reverse effects between economy and environment.Therefore,it’s possible to promote the coordinated development between economy and environment through optimizing industrial structure and encouraging innovation.

Engle-Grange test;Environmental Kuznets Curve(EKC);innovation;industrial structure

F205

A 【文章編號】1674-2362（2015）06-0062-06

（責任編輯 于 丹）

2015-06-25

聶巧平（1978—），女，河北平鄉人，副教授，數量經濟學博士，主要從事計量經濟學理論及應用研究；王夢穎（1986—），女，河北唐山人，碩士研究生，主要從事計量經濟學理論及應用研究。