工業廢氣排放總量與經濟增長的環境庫茲涅茨曲線區域差異影響因素分析

賀 瓊 徐智穎 田 冬 姜佳麗 陳廣宇(.南京大學地理與海洋科學學院，江蘇 南京 0046；.南京大學城市規劃設計研究院有限公司，江蘇 南京 009；.南京大學建筑與城市規劃學院，江蘇 南京 009)

環境問題一直是全球研究的熱點，眾多學者運用不同的方法，選取不同的指標分別對不同時間段的環境污染和經濟發展關系進行實證研究。20世紀90年代初，美國經濟學家GROSSMAN和KRUEGER提出了環境庫茲涅茨曲線(EKC)，以此衡量經濟發展和資源利用、污染排放之間的關系[1]。EKC假說認為，如果沒有一定的環境政策干預，一個國家的整體環境質量或污染水平在經濟發展的初期隨著國民收入的增加而惡化；當該國經濟發展到較高水平，環境質量的惡化程度或污染水平的加劇速度開始保持平穩；進而隨著國民收入的繼續增加而逐漸好轉，即環境污染變動趨勢與經濟發展變動趨勢呈“倒U”型曲線關系[2]。

工業廢氣是我國工業污染的主要組成部分。2004—2013年我國廢氣治理投資額占工業污染治理投資總額達49%，這既表明各地政府及相關部門對工業廢氣治理的重視，同時也揭示工業廢氣污染對經濟和環境已造成嚴重的危害。這對工業廢氣排放總量和經濟增長的關系研究提出了迫切需求。但在環境問題的研究中，單獨對工業廢氣和經濟增長關系進行探討的研究相對較少，如包群等[3]、朱平輝等[4]、姚煥玫等[5]、李春生[6]分別建立了廢水、廢氣等環境污染指標與經濟增長關系的模型，工業廢氣通常只作為環境污染因子之一，對工業廢氣與經濟增長的關系研究較淺顯。從研究尺度看，現有關于工業廢氣與經濟增長EKC的研究主要集中在省域層面，且以東部發達地區為主，如黃一綏等[7]、任重等[8]分別選擇了福建、環渤海等東部地區經濟增長和工業廢氣污染問題進行探討，而在全國范圍內對經濟增長和工業廢氣排放總量關系的研究相對較少。但實際上，東、中、西部經濟基礎以及環境特點等存在較大差異，有必要分區域討論工業廢氣排放總量與經濟增長的關系，分析其緣由，以便提出具有針對性的適合不同區域的環境經濟政策。此外，目前對我國不同區域的研究大多從經濟增長對環境污染的單一影響機制來分析，這就容易造成一個誤區，即倘若EKC存在，則為減少環境污染只需促進經濟增長，而未考慮到環境污染和經濟增長的雙向作用機制，從而可能致使研究結果偏離事實。

在此研究背景下，本研究利用我國大陸31個省份1996—2013年工業廢氣排放總量和經濟增長的面板數據，構建包括產出方程與污染方程的聯立方程組，判斷全國、東、中、西部各區域EKC形態及現階段經濟發展和環境污染所處的關系，并分別考察貿易開放程度、產業結構、工業廢氣污染治理力度、技術進步程度等污染控制變量對工業廢氣排放總量，以及物質資本存量、人力資本存量、勞動力投入量等產出控制變量對經濟增長的影響，以分析造成各區域現階段所處EKC位置差異的原因，最后根據實證研究結果提出相關政策建議。

1 研究方法和數據

1.1 變量選擇及預處理

聯立方程包括污染方程和產出方程。污染方程中用工業廢氣排放總量表示污染程度，用人均GDP作為影響工業廢氣污染排放的主要變量，這主要是因為人均GDP能排除人口規模影響，保證地區間經濟增長數據的可比性。污染方程中，污染程度除受到人均GDP的影響外，貿易開放程度、產業結構、工業廢氣污染治理力度、技術進步程度也是影響工業廢氣排放總量的變量，其中貿易開放程度的環境效應用進出口貿易額與GDP之比表示；產業結構的環境效應用第二產業占GDP的比例表示；工業廢氣污染治理力度的環境效應用環境污染治理投資中每年工業廢氣治理投資額占GDP的比例表示；技術進步程度的環境效應用每年科技投入經費占GDP的比例表示。

產出方程中用物質資本存量、人力資本存量、勞動力投入量作為影響經濟發展程度(用人均GDP表征)的變量，其中物質資本存量是運用張軍等[9]對我國30個省(市)1952—2000年物質資本存量的估計方法和數據，對1996—2013年我國大陸31個省(市)的物質資本作出的估計；人力資本存量是全部就業人員的受教育年限總和與總人口的比值；勞動力投入量指勞動力總和。其中，工業廢氣排放總量和工業廢氣污染治理力度的數據來自1997—2014年《中國環境統計年鑒》；技術進步程度的數據來自兩方面：2008—2013年的數據來自2009—2014年《中國統計年鑒》，1996—2008年的數據由已有的2008—2013年的數據根據三次方程推算而來；貿易開放程度、產業結構、經濟發展程度、人力資本存量、勞動力投入量的數據主要來源于1997—2014年《中國統計年鑒》。

1.2 聯立方程設定

在綜合參考已有研究的基礎上[10-11]，建立經濟增長和環境污染雙向作用機制的聯立方程：

(1)

Yit=β1Pit+β2Kit+β3Hit+β4Lit+ξit

(2)

表2 東、中、西部及全國工業廢氣排放總量和經濟增長的EKC研究結果Table 2 The Environmental Kuznets Curve in different areas and the whole country

表3 2005—2013年分區域第三產業比例變化1)Table 3 Ratio changes of the service sector in eastern，central and western areas from 2005 to 2013 %

注：1)數據來源于2006—2014年《中國統計年鑒》，表4、表6同。

式中：Pit為i省在第t年的工業廢氣排放總量，億m3；γ1、γ2、γ2、γ4、γ5、γ6、γ7均為污染方程的系數；Yit為i省在第t年的人均GDP，元；Oit、Iit、Tit、Nit分別為i省在第t年的貿易開放程度、第二產業占GDP比例、工業廢氣污染治理力度和技術進步程度；δit為i省在第t年的截面效應；β1、β2、β3、β4均為產出方程的系數；Kit為i省第t年的物質資本存量，億元；Hit為i省第t年的人力資本存量，受教育年數/人；Lit為i省第t年的勞動力投入量，萬人；ξit為與各省(市)相關的特定截面效應。

為避免異方差情況的產生，增加數據的平穩性，對式(1)、式(2)所有數據進行對數處理。

2 分 析

Eviews 7.0為聯立方程提供了估計系統參數的兩類方法。第一類方法是單方程估計方法，對系統中的每個方程分別進行估計，具體包括普通最小二乘法、二階段最小二乘法、加權二階段最小二乘法等；第二類方法是系統估計方法，同時估計系統方程中的所有參數，具體包括三階段最小二乘法、完全信息極大似然法等。考慮到系統估計方法可能傳遞方程誤差，且會導致參數的高度非線性；同時聯立方程模型中外生變量個數遠大于內生變量個數，屬于過識別，因此本研究選用單方程估計方法的二階段最小二乘法。其中表1為污染方程和產出方程聯立方程組估計結果，表2為東、中、西部及全國工業廢氣排放總量和經濟增長的EKC研究結果。

結果表明，東部地區工業廢氣排放總量和經濟增長的EKC呈“倒N”型，且較早進入經濟增長抑制工業廢氣排放總量的階段。從產出方程來看，東部物質資本存量、人力資本存量和勞動力投入量都推動了經濟的發展，加上經濟相對發達，工業廢氣治理投入高，當人均GDP超過33 606元時，東部地區便以較低的經濟發展水平，率先跨過工業廢氣排放總量的拐點位置而走向污染水平隨經濟增長而下降的階段，經濟增長以工業廢氣排放為代價的階段持續時間較短。自2008年起東部地區人均GDP(36 952元)已超過第2個轉折點(20 225元)，表明東部大部分省份跨過工業化早期階段，進入經濟總量增加而污染減少的綠色環保GDP時代。

從東部地區的污染方程來看，產業結構、貿易開放程度以及技術進步程度是促進東部地區廢氣減排、迅速跨越第2個轉折點的主要動力。東部地區第二產業與工業廢氣減排的相關系數為負，且第三產業比例大(見表3(鑒于數據量太大，表格呈現有一定困難，只羅列2005—2013年的數據，表4至表6同))，說明東部地區綠色經濟發展程度和可持續發展程度相對較高。國際貿易方面，隨著我國加入WTO，發達國家對出口商品環境標準的提高，一定程度上迫使國內接受和發展環保生產技術，再加上國內不斷加快推行清潔生產，東部地區開始擺脫“污染天堂”稱號，國際貿易開始正向影響環境問題。技術進步程度對工業廢氣減排的估計系數為負，表明技術進步程度推動了工業廢氣排放總量的減少，同時東部地區技術進步程度對廢氣減排的貢獻率在各區域中最明顯，這可能源于東部地區歷年科技投入在各區域中較大，從表4可以看出，東部地區2005—2013年科技投入占全國比例均達70%以上。

表4 2005—2013年分區域科技投入的全國占比Table 4 Nationla percentage of R & D input in eastern，central and western areas from 2005 to 2013 %

表5 2005—2013年環境污染治理投資比例1)Table 5 Investment in the treatment of environmental pollution from 2005 to 2013 %

注：1)數據來源于2005—2013年《中國環境統計年鑒》。

表6 各區域2005—2013年三大產業平均占比Table 6 Industrial structure in each area from 2005 to 2013 %

無論是東部地區還是其他區域，環境污染治理投資與工業廢氣排放總量的相關系數都趨近于零，說明環境污染治理投資對工業廢氣減排的效果尚不明顯。一方面，目前國內環境治理力度偏小，有研究表明，當環保投入占GDP 1.0%～1.5%時，可以初步控制污染惡化；占到1.5%～3.0%時，可逐步改善環境質量[12]。2005—2013年，環境污染治理投資占GDP平均比例僅為1.52%，處于逐步改善環境質量階段。此外，工業污染治理投資占環境污染治理投資平均比例僅為10.99%(見表5)。另一方面，政府通常面臨環境污染治理成本與收益決策窘境，加上信息不對稱造成監督難題，政府環境污染治理投資實施效果不明顯。這也表明對技術的投入相對環境污染的末端治理更有效。

我國中部地區工業廢氣排放總量和經濟增長的EKC也呈“倒N”型，2014年，中部地區人均GDP為38 439元，未超過第2個轉折點(71 208元)，中部地區當前整體處于“倒N”型的第2階段，工業廢氣排放總量隨人均GDP的提高而增加，中部地區的發展尤其需謹防經濟發展繼續以環境為代價。這主要是由于中部地區第二產業比例偏大。從表6可以看出，中部地區產業結構以第二產業為主，達到50%左右，比西部地區更高(46.4%)，而第三產業在3個區域中占比最低，且發展較緩慢。盡管貿易開放程度和技術進步程度都在一定程度上利于減少工業廢氣排放總量，但影響程度偏低。同樣的，環境污染治理投資對其工業廢氣排放總量影響趨近于零。

我國西部地區工業廢氣排放總量和經濟增長的EKC也呈“倒N”型，且第2個轉折點遠大于東部和中部地區。低水平的粗放發展模式導致大量工業廢氣產生，工業廢氣排放總量隨經濟增長而減少的拐點(140 531元)遠大于全國和東、中部地區，進入綠色經濟發展時期要經過較大的發展和較艱難的路程。在這期間，工業廢氣排放總量對經濟發展的影響也呈現弱積極效應，即污染的排放反倒有利于經濟的發展，這在一定程度上揭示了短期內西部地區的經濟發展是以犧牲環境為代價。2014年，西部地區的人均GDP為36 852元，尚處于高污染的緩和轉折期，且與第2個轉折點相距較遠。

從污染方程來看，西部地區以第二產業為主的產業結構和貿易開放程度都不利于經濟社會環境的友好發展。西部地區第二產業比例占46.4%(見表6)，且以能源或資源密集型、勞動密集型產品等污染較大的產業為主。西部地區的貿易開放程度也促進了工業廢氣的排放，這可能與西部外資投入結構有關。西部大部分地區的外資直接投資第二產業占比較大[13]，以西部地區的典型省份青海為例，2012、2013年外商直接投資第二產業占比分別達到90%和56%，且主要集中在石油冶煉等污染較大的產業，這導致隨著外資數量和規模的不斷擴大，污染產品加工與生產規模也不斷擴大，致使整個地區的環境負荷進一步加重。且根據研究，西部地區貿易依存度的系數約為0.14，這說明西部地區的貿易依存度每提高1%，污染排放會上升0.14%[14]，即西部地區貿易開放程度的提高將會加重整個地區的環境污染。跟東部情況類似，污染方程中環境污染整治投資對西部工業廢氣排放的影響不大；而從產出方程來看，人力資本存量和勞動力投入量并未促進地區經濟的發展，甚至產生了負向作用。

表7 各區域工業廢氣排放總量與經濟增長的EKC形狀及影響因素1)Table 7 The Environmental Kuznets Curve in each area and their influencing factors

注：1)“+”表示正向影響，“-”表示負向影響。

由表7可知，全國工業廢氣排放總量和經濟增長的EKC呈“倒N”型，且當前正處于工業廢氣排放總量隨經濟增長而增加的階段。2014年，全國人均GDP為42 389元，接近但尚未越過第2個轉折點(45 488元)。北京(94 238元)、天津(101 689元)、上海(90 748元)、江蘇(74 699元)和浙江(68 593元)等省(市)人均GDP已經超過第2個轉折點，位于“倒N”型的最右段部分，步入工業廢氣排放總量隨人均GDP的增加而減少的階段，這和東部地區得出的結論一致。

從產出方程來看，第二產業為主的產業結構以及貿易開放程度推動污染增加，同時環境污染整治效果不明顯等原因是造成當前全國工業廢氣排放總量和經濟增長所處階段的主要原因。全國第二產業估計系數最大，表明第二產業的發展是影響全國污染排放變化的關鍵因素。從各省份來看，通過計算2005—2013年第二產業的平均比例，可發現河北、山西、山東、青海等第二產業比例較大的省份也是污染較大的省份。全國范圍內工業廢氣排放總量與貿易增長的關系也符合“污染天堂”的假說，由于目前我國的污染密集型產品在出口貿易產品中所占比例較大，出口貿易額的不斷增長給生態環境帶來了一定的負面影響，我國將為出口承擔更多的污染代價。

從產出方程可以看出，全國范圍內推動經濟增長效果最明顯的是物質資本存量和人力資本存量，與此相反，勞動力投入量的估計系數為負。這可能源于本研究以人均GDP而非GDP總量作為被解釋變量，結果只能說明勞動力投入量對人均GDP的影響不明顯，事實上，只有在單位勞動力產出效率得到明顯提高的情況下，人均GDP才能隨著勞動力投入量的改變而發生變化[15]。

3 結果與討論

(1) 全國以及東、中、西部工業廢氣排放總量和經濟增長的EKC皆呈“倒N”型。全國、中部和西部2013年止尚處于工業廢氣排放總量隨經濟增長而增加的階段，而東部地區已率先超越第2個轉折點，進入經濟增長正向抑制工業廢氣排放總量階段。

(2) 區域產業結構、貿易開放程度等要素發揮的作用和影響則各異，并因此促成了各區域工業廢氣排放總量和經濟增長關系所處階段的差異。東部地區工業已進入高端制造業和清潔生產階段，且其第三產業發展迅速，產業結構的變化大大有利于工業廢氣減排，此外，東部地區產業技術投入大，推動產業結構升級，進一步減少工業廢氣排放總量，同時東部地區走在國際貿易的前沿，在國際國內清潔生產等政策的嚴格制約和迫使發展下，東部已擺脫“污染天堂”的稱號，整體進入工業廢氣排放總量隨經濟增長而減少的階段；而中部地區盡管其貿易開放程度和技術進步程度的發展都有利于工業廢氣減排，但由于其工業比例較大，對工業廢氣排放總量的貢獻率相對較大，當前仍處于工業廢氣排放總量隨經濟增長而增加的階段；西部地區由于工業以能源密集型和資源密集型等污染較大的產業為主，服務業大部分也圍繞工業產業鏈發展，加上國際貿易方面，大部分地區外資集中分布在加工制造業等第二產業領域，使得西部地區產業結構和貿易開放程度都不利于經濟社會環境的友好發展；全國整體范圍內仍處于“倒N”型的第2階段，這主要源于第二產業為主且發展較緩慢的產業結構，以及整體以資源密集型或勞動力密集型產品等污染較大的產品為主的貿易格局。

(3) 在運用聯立方程分析各區域所處EKC位置的差異時，發現污染方程和產出方程中部分變量對各區域經濟和環境的影響是相似的。由于治理力度較小以及環境污染監管成本高、難度大，環境污染治理投資對各區域乃至全國工業廢氣減排的效果都不明顯。產出方程表明，物質資本存量和人力資本存量對各區域經濟增長的推動作用相對穩定，而由于人均GDP并不能反映單位勞動力產出效率等原因，勞動力投入量的估計系數可能為負；從污染排放的產出效應來看，各區域污染排放和人均GDP均呈弱正相關關系，其中西部地區的相關性最大，表明短期內的經濟發展建立在污染環境的基礎上，警醒亟需改變發展模式，促進經濟社會與環境可持續發展。

盡管EKC認為存在經濟發展和環境污染之間的轉折點，但是現實中轉折點的值可能超過生態環境閾值，造成對環境不可恢復的破壞，因而只考慮經濟發展來保護環境最終將陷入兩難決策。各區域乃至全國都需及早通過調整產業結構，促進第三產業和高科技產業的發展，推動節能型、環保清潔技術的進步，轉變經濟增長模式，發展資源集約型產業；優化出口貿易結構，提高科技含量高、附加值高、資源能源消耗少的產品的生產和出口；加大政府環境保護治理投資等手段，運用合理的工具和措施，獎“潔”懲“污”，加強監督管制，綜合運用產權、市場手段，實現經濟的可持續發展。

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