湖泊水质与经济发展关系研究

2012-04-29程曦

党政干部学刊 2012年9期

程曦

［摘要］本文利用２００８年中国４８个典型湖泊水质横截面数据，通过拟合湖泊水质环境库兹涅茨曲线对湖泊水质与经济发展之间关系进行了实证分析。研究结果表明：湖泊水质库兹涅茨曲线存在，并呈现出经典的倒“Ｕ”型，湖泊总磷、总氮浓度拐点分别出现在湖区人均生产总值为４７０８８元和５３２８９元附近；国内大多数湖泊仍处于水质倒“Ｕ”型曲线的左半段，已经越过ＥＫＣ拐点的湖泊仍有近一半的湖泊水质劣于（ＥＫＣ表示的）平均水平。在现阶段环境政策相对稳定的假设下，未来几年我国湖泊水质整体水平还将随着经济增长趋于恶化。

［关键词］湖泊水质；污染；经济发展；环境库兹涅茨曲线

［中图分类号］Ｆ２０５［文献标识码］Ａ［文章编号］１６７２－２４２６（２０１２）０９－００４６－１０

一、引言

我国湖泊众多，根据国家科技部“十一五”期间进行的“中国湖泊水质、水量与生物资源调查”，２００６年，全国湖面面积１．０ｋｍ２以上的天然湖泊共有２６９３个，总面积８１４１４．６ｋｍ２，约占全国国土面积的０．９％。［１］中国经济的高速发展在大幅度改善人民物质生活水平的同时，也给国内湖泊环境带来了巨大的压力。近年来，大量工业和生活污染物直接或间接流向湖泊。以滇池、巢湖、太湖、洞庭湖和鄱阳湖為例，据统计，２０１０年，五大湖泊共接纳废水排放量４５．８亿吨，其中工业废水和生活污水占比分别为４７．６％和５２．４％；接纳化学需氧量５１．２万吨，其中工业化学需氧量和生活化学需氧量分别占４５．３％和５４．７％；接纳氨氮４．４万吨，其中工业氨氮占２７．３％，生活氨氮占７２．７％。①从２００６年至今，五大湖泊接纳化学需氧量和氨氮量有所降低，但废水接纳量仍未减少，甚至有增加的趋势（见表１）。

污染物的接纳使得我国湖泊普遍受到严重污染，富营养化状况令人担忧。国家环保部对近３０个重点湖库①水质进行的监测数据表明，２００４－２０１０年，水质为Ⅴ类或劣Ⅴ类的湖库占比一直维持在６０％左右，在污染最严重的２００６年，２／３的受监测湖泊水质都不优于Ⅴ类。（表２）根据《中国环境状况公报》，２０１１年监测的２６个重点湖泊（水库）中，中营养状态的湖泊占４６．２％，轻度富营养状态和中度富营养状态的湖泊（水库）比例分别为４６．１％和７．７％。

仔细观察表２，不难发现，２００４年以来，总体水质为劣Ⅴ类的湖泊占比存在一个先增加再减少的变化过程。这在图１中表现得更为明显。这一事实引起了我们进一步的思考：环境质量和经济发展之间可能存在环境库兹涅茨曲线是否也能在湖泊水质变动上得以体现？如果答案是肯定的，我国有哪些湖泊的水质已经越过拐点，哪些还处于水质恶化阶段？除分析某一特定湖泊的水质指标长跨度的时间序列数据外，还可以通过考查同一时期不同湖泊的水质横截面数据来探究湖泊水质和经济发展之间的关系。本文试图通过第二种方法来拟合中国典型湖泊水质的环境库兹涅茨曲线从而对以上问题进行回答。

文章结构安排如下：第二部分简要回顾了国内外有关环境库兹涅茨曲线的实证文献；第三部分对数据和计量模型进行说明；第四部分讨论实证分析结果；最后对全文进行总结。

二、文献回顾

半个多世纪前，西蒙·库兹涅茨（Ｋｕｚｎｅｔｓ，１９５５）开创性地提出了一条假说：随着经济发展，一个国家或地区的收入分配不平等程度将经历先增加后减小的过程。［２］后人把收入分配差距和经济发展之间的倒“Ｕ”型曲线关系称之为“库兹涅茨曲线”。２０世纪９０年代初，Ｇｒｏｓｓｍａｎ和Ｋｒｕｅｇｅｒ（１９９１）、Ｓｈａｆｉｋ和Ｂａｎｄｙｏｐａｄｈｙａｙ（１９９２）等研究均发现，环境质量随人均收入的增加也表现出倒“Ｕ”型变化趋势［３，４］。Ｐａｎａｙｏｔｏｕ（１９９３）则将“库兹涅茨曲线”概念引入环境经济学，形成了“环境库兹涅茨曲线（ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＫｕｚｎｅｔｓＣｕｒｖｅ，ＥＫＣ）”假说［５］。一般意义上的ＥＫＣ是指：在经济发展初期，环境质量随人均收入的增长不断恶化，当收入越过某一特定的转折点后，环境状况将逐渐得到改善。

此后，国内外关于环境库兹涅茨曲线的实证研究如雨后春笋般出现。这些文献在研究内容（主要体现在环境指标的选取）、数据和方法上有所不同，研究结论也存在差异。

在环境指标方面，研究者已将视线从单一的大气污染物［６，７］（ＳＯ２、ＮＯｘ、ＣＯ、ＣＯ２等）转移到水体污染物［４，８，９］（重金属、溶解氧、氮／磷、生化需氧量等）、固体废物［１０，１１］、生态资源［４，７，１２］（耕地、森林、生物多样性、清洁水短缺率）甚至交通耗能［１３］上来。随着数据的丰富和计量手段的进步，实证研究由早期的基于跨国横截面数据［５，１４，１５］向基于时间序列数据［１６－１８］和面板数据［６，１６，１９，２０］转变；模型的选择空间也越来越大，从二次曲线模型、（双）对数模型拓展到更为复杂的固定（或随机）效应模型［１３，２１］和半参数、非参数回归模型［２２－２４］。通过这些模型拟合出来的环境库兹涅茨曲线形状各异，除了典型的倒“Ｕ”型曲线［１６，２５－２８］外，学者们还陆续发现了正“Ｕ”型［２９，３０］、正“Ｎ”型［３１，３２］、倒“Ｎ”型［３３，３４］以及单调（递增或递减）型［１２，２１，２４］曲线。

国内学者对环境库兹涅茨曲线研究起步相对较晚，且多集中于工业污染物（尤其是大气污染物）。张晓（１９９９）在分析１９８５－１９９５年中国大气污染物浓度和排放量的时间序列数据后证实了倒“Ｕ”型库兹涅茨曲线的存在，并认为中国的大气污染在１９９７年前后进入转折期。［１７］李周和包晓斌（２００２）利用１９８１－１９９９年中国分省的工业“三废”排放量（工业固体废物是产生量）数据估计出了典型的倒“Ｕ”型ＥＫＣ，只是在转折时间点上比张晓（１９９９）的结论有所推迟。［１１］包群等（２００５）在分析１９９６－２００２年六类污染指标的省际面板数据后发现不同污染度量指标与收入之间的曲线关系存在着较大区别，其中工业废水排放、二氧化硫与人均ＧＤＰ具有库兹涅茨倒“Ｕ”型曲线关系，工业粉尘排放与人均ＧＤＰ具有“Ｎ”型曲线关系，工业固体废弃物排放与人均ＧＤＰ具有“Ｕ”型曲线关系，而工业废水中污染物化学需氧量、工业烟尘排放量则与人均ＧＤＰ之间存在线性关系。［３５］

关于湖泊水质与经济发展之间关系的研究，国内文献多以定性分析为主，研究对象也多选择经济相对发达的太湖流域。谢红彬等（２００１）分别从城市、工业和农业发展等角度描述了太湖流域水质环境演变与人类活动的耦合关系。［３６］林泽新（２００２）、许刚等（２００２）都认为，工业化和城市化进程的加快、土地利用方式与农业生产方式变化等因素对太湖水环境产生深远影响。［３７，３８］秦伯强等（２００２）提出太湖养殖业的发展影响到湖泊水环境，湖泊污染反过来又影响旅游业的发展［３９］，但并未对环境和发展之间的相互关系做进一步的定量分析。黄智华等（２００６）对１９９０－２０００年太湖流域湖泊水质和经济发展做了多元线性回归分析，以考察包括国内生产总值、工农业总产值、农业人口等在内的社会经济指标对太湖水体质量的贡献率。［４０］柳辉（２００９）采用１９９９－２００８年时间序列数据拟合了环太湖经济圈的ＥＫＣ，结果表明太湖水环境污染指标与人均ＧＤＰ之间并不存在倒Ｕ型曲线关系。总氮与人均ＧＤＰ呈线性关系，高锰酸盐和总磷与人均ＧＤＰ呈倒“Ｎ”型关系，叶绿素ａ则与人均ＧＤＰ呈现“Ｎ”型曲线关系。［４１］邝奕轩（２０１１）在分析了１９８０－２００９年太湖湿地综合营养状态指数（由透明度、总磷、总氮、叶绿素ａ等指标加权平均得到）变动情况后指出，太湖水质随经济发展呈现出典型的倒“Ｕ”型特征，且当人均ＧＤＰ达１１３４１元时出现拐点。［４２］此外，柯高峰和丁烈云（２００９）建立了洱海各项水质指标与洱海流域人均ＧＤＰ之间的关系，发现除水体透明度与经济发展之间呈现正“Ｕ”型曲线外，大部分指标的ＥＫＣ都表现为倒“Ｕ”型。［４３］

三、数据说明及计量模型

（一）数据说明

１．典型湖泊的选取

本文参照《中国湖泊志》①，依据对国民经济影响大小、具有较好代表性（不同地区、不同类型、不同污染程度）和水质资料较齐全这三条原则选择典型湖泊，并出于样本量因素（将在下文数据来源部分说明），最终筛选出包括鄱阳湖、太湖、呼伦湖、博斯腾湖、昆明湖等在内的４８个样本湖泊。其中，来自东部地区的有２０个，中部和西部分别有１５个和１３个。样本湖泊总面积近２５０００平方公里，约占全国（湖面面积大于１ｋｍ２的）天然湖泊总面积的３０％。

２．指标的选择

根据《中国环境状况公报》，无论是大型淡水湖泊、城市内湖还是大型水库，主要污染指标为总磷（ＴＰ）和总氮（ＴＮ）。同时，也出于数据的可得性，文章选取总磷和总氮作为湖泊水质的表征指标。

尽管存在各种缺陷，地区人均生产总值仍然是当前体现地区经济发展的最佳指标。由于湖泊污染物主要来自于湖泊周围的县市，本文将“湖区”概念界定所有与湖泊接壤的县（市）级区域，在此基础上，使用“湖区人均生产总值”来反映经济发展状况。计算公式为：

此外，产业结构和降雨量可能也是影响湖泊水质的因素，我们分别选择第一产业和第二产业产值占地区总产值比重作为评价产业结构的两个指标，外加反映降雨量的年平均降水量一起纳入模型。

３．数据来源

由于没有全国范围的湖泊水质监测记录，笔者不得不从现有文献（包括各类期刊和年鉴）中搜集同一时段我国典型湖泊的水质数据。２００４年以后，涉及２８个重点湖泊（水库）的数据均来自《中国环境统计年鉴（２００９）》。通过整理发现，２００８年有水质监测数据的湖泊数量为４８个，相对于其他年份样本量最大。因此，本文选择２００８年全国４８个典型湖泊作为研究对象。环湖各县（市、区）的生产总值、人口总量以及年平均降雨量数据来自《中国区域经济统计年鉴（２００９）》、各县（市、区）《２００８年国民经济和社会发展统计公报》和地方《统计年鉴》（２００９）。

４．数据描述

本文使用数据汇总于表３。为了初步检验我们关于湖泊水质库兹涅茨曲线的猜测，将典型湖泊总磷和总氮的浓度随湖区人均生产总值的变动情况绘制成图２和图３。

可以看到，在湖区人均生产总值低的地区，湖泊中总磷和总氮浓度相对较低；湖区人均生产总值中等的地区，湖泊中总磷和总氮浓度较高，当湖区人均收入超过某一界限，湖泊水质又会趋于改善。这一部分的图表仅是直观地说明可能存在湖泊水质库兹涅茨曲线，接下来，我们以回归分析来更为严谨地考查湖泊水质与经济发展之间的关系。

（二）计量模型

基于样本数据，本文尝试建立三次多项式模型来拟合湖泊水质库兹涅茨曲线：（１）

其中，Ｅ代表湖泊的总磷或总氮的浓度，ｙ代表湖区人均生产总值，Ｚｉ表示影响湖泊水质的其他变量组成的向量，包括湖区第一产业产值占总产值比重ａｇｒｉ、第二产业产值占总产值比重ｉｎｄ，以及年平均降水量ｐｒｅｃ，βｉ（ｉ＝１?熏２?熏３）和向量γ中的元素是模型参数，ε为扰动项。

四、实证结果及分析

（一）湖泊水质ＥＫＣ拟合

利用Ｅｖｉｅｗｓ６．０软件，可以很方便地得到模型（１）的样本回归函数（表４和表５第２列）。但ｔ统计量显示，所有模型参数均不显著。因此，有必要对计量模型中的变量进行试探性的删减。表４和表５中，模型１包含全部初始自变量；模型２不包括年平均降雨量；模型３不包括第一、第二产业产值占总产值比重，结果前三个模型的所有自变量参数估计值都没有通过显著性检验。模型４是简化的三次多项式模型，自变量不考虑产业结构和降雨量，结果自变量参数估计值仍不显著；模型５是二次多项式模型，此时，只有常数项估计值不显著。最终，我们认为不含截距项的二次多项式模型最能反映湖泊总磷、总氮浓度同人均ＧＤＰ之间的关系：

（２）

（３）

可以看到，（２）式和（３）式的一次項系数均为正，二次项系数均小于零，说明我国典型湖泊总磷、总氮库兹涅茨曲线存在拐点，具有倒Ｕ型特征，符合环境库兹涅茨曲线假说。进一步可以计算出，湖泊总磷、总氮浓度拐点分别出现在湖区人均生产总值为４７０８８元和５３２８９元附近。说明当湖区人均生产总值小于４７０８８元时，湖泊总磷浓度随湖区经济发展增加；当湖区经济水平超越这一阶段，湖泊总磷浓度将逐渐降低。湖泊总氮浓度随经济发展变化规律大致与总磷相同，只是转折点略迟于总磷（图４和图５）。

需要說明的是，拟合ＥＫＣ过程中，我们发现调整后的可决系数都较低，一种解释是，仅涉及两个变量的二次多项式回归不可避免地会遗漏自变量。除了湖区经济发展水平外，还有许多未考虑因素都不同程度地影响着湖泊的水质。

（二）湖泊污染状况分类

按照经济发展是否越过拐点和污染水平是否优于环境库兹涅茨曲线所代表的平均水平，可以将样本湖泊分为四大类（见表６和表７）。

通过分类，至少可以提取出以下几点信息：

第一，国内经济发展水平已经越过湖泊水质库兹涅茨曲线拐点的湖区并不多，占样本湖泊总量的比例不足２０％（表８）；大多数湖泊仍处于水质倒“Ｕ”型曲线的左半段。在现阶段环境政策相对稳定的假设下，可以预见，未来几年我国湖泊水质整体水平还将随着经济增长趋于恶化。另一方面，我们也无需过于悲观。政府有效地调整湖泊治理政策、湖区居民积极地参与湖泊保护都可以降低湖泊水质库兹涅茨曲线的峰值或使曲线拐点提前到来。

第二，即使已经越过湖泊水质库兹涅茨曲线的拐点，仍有近一半数量的湖泊水质劣于（ＥＫＣ表示的）平均水平。这包括两种可能情况：一种是尽管湖区经济快速发展，湖泊水质并没有按照ＥＫＣ设想的情况降至理想水平；另一种是湖泊水质下降后再次反弹。这实际上是在提醒人们，环境库兹涅茨曲线只是一种现象，而不是规律，经济增长与资源、环境之间的关系并不一定表现为从互竞互斥走向互补互适［６３］。不能抱有随着经济的发展，湖泊水质会自然改善的幻想。

第三，在尚未越过ＥＫＣ拐点的湖区中，近六成湖泊水质优于平均水平。在这种背景下，切不可将环境库兹涅茨曲线作为“先污染，后治理”的政策依据，而应在经济起飞阶段就注重湖泊环境保护，以较低的代价尽快越过环境库兹涅茨曲线拐点。要知道生态环境恶化存在一个不可逆阈值，一旦超过阈值，水质和经济发展之间的倒“Ｕ”关系将不复存在。此外，学者们可以总结那些已成功越过水质库兹涅茨曲线拐点且水质优于平均值的湖泊的开发治理经验，供经济落后湖区参考。

第四，不同湖泊的主要污染指标不同。有些湖泊总磷浓度高于平均水平，总氮浓度却低于平均水平，典型的有洞庭湖、洪湖和东湖；有些湖泊总氮浓度高于平均水平，总磷浓度却低于平均水平，典型的有查干湖、东平湖和大纵湖。这要求在进行湖泊水质治理时应对症下药，把治理重点放在主要污染物上。

五、结论

中国湖泊水质与经济发展之间存在什么样的关系，对于许多研究者来说仍不清楚。本文利用２００８年中国典型湖泊总磷和总氮浓度的横截面数据对二者之间的关系进行实证检验，得出以下结论：

第一，湖泊水质库兹涅茨曲线存在，并呈现出经典的倒“Ｕ”型。湖泊总磷、总氮浓度拐点分别出现在湖区人均生产总值为４７０８８元和５３２８９元附近。

第二，通过对样本湖泊分类，发现国内经济发展水平已经越过湖泊水质库兹涅茨曲线拐点的湖区并不多，不足样本总量的２０％；大多数湖泊仍处于水质倒“Ｕ”型曲线的左半段。若现阶段环境政策相对稳定，预期未来几年我国湖泊水质整体水平还将随着经济增长趋于恶化。

当然，本文也存在若干不足。首先，笔者尽可能选择湖泊水质数据齐全的年份，虽然如此，仍只获得了４８个典型湖泊作为样本。其次，湖泊水质数据来源于对现有各类文献的搜集整理，由于监测工具、方法以及监测时间等的不同，监测结果难免存在偏差。再次，本文选取总磷和总氮浓度代表湖泊水质状况，但正如ＪａｃｏｂＫａｌｆｆ（２００２）所言，当前水体的主要环境问题是有毒化学物质所造成的污染，它比富营养化和酸雨更复杂也更难解决。［６４］但限于数据原因，笔者只能退而求其次。如果有更为齐全的湖泊水质数据，相信能得到更为精准的湖泊水质库兹涅茨曲线，也可以从湖泊地理位置、湖区气候、湖水咸淡等方面对研究结果做进一步的讨论。

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