湖北省经济增长对碳排放量影响的环境库兹涅茨曲线分析

陈汉林，刘 莉

（湖北大学 商学院，湖北 武汉，430062）

一、引言

全球气候变暖已成为不争的事实，威胁到人类的农业和粮食安全、生态安全和能源安全，给社会经济发展造成了严重的损失。2006年，英国斯特恩发表 《气候变化经济学报告》，报告指出，如果人类按照目前的模式继续发展，到21世纪末，全球温度的升高可能会导致全球GDP下降5%-10%，贫穷国家会超过10%。

近百年来，全球过去50年升温率几乎是过去100年的2倍。如果气温上升1.5摄氏度以上，全球20%-30%的物种将面临灭绝；如果气温上升3.5摄氏度以上，40%-70%的物种将面临灭绝。据政府间气候变化专门委员会（IPCC）研究发现，近50年气候变暖90%由人类活动引起，人类通过燃烧化石燃料（煤、石油、天然气等）排放的二氧化碳占全球二氧化碳排放量的95%以上，是引起大气增温的主要原因。

近几年，我国极端气候事件的发生频率和强度明显增加。北方肆虐的沙尘暴、川渝高温伏旱和暴雨、2008年的雪灾都给我国敲响了气候恶劣变化的警钟。荷兰环境评估局（MNP）的评估报告显示，2006年中国的二氧化碳排放量达到62亿吨，超过美国，成为第一排放国；2007年达到67.2亿吨，增量占世界总增加量的近60%。中国的二氧化碳排放正持续并快速增长，原因是煤炭的资源和价格优势使我国在未来很长的时间内将保持以煤为主的能源消费结构。2007年，中国煤炭消费在一次能源消费中的比例已经从2002年的66.3%上升到69.5%，导致严重的环境污染。

虽然按照《京都议定书》的规定，发展中国家在2010年前没有减排二氧化碳的指标，但是中国是仅次于美国的第二大能源生产国和消费国，必定面临国际上的各种压力。随着中国经济发展和工业化进程，二氧化碳的减排任务将是十分艰巨的。所以，选择合适的经济增长方式和工业化进程，对中国减少二氧化碳的排放具有重要意义。湖北省作为中部崛起地区，“十一五”时期，经济进入工业化中上期，经济发展加快，相应面临着巨大的能源需求，预计到2020年，全省能源总需求将达到23亿吨标准煤，2030年将达到33亿吨标准煤，因此分担二氧化碳减排任务任重道远。

目前国内外对经济增长和环境污染之间的关系研究多利用Grossman和Krueger（1991）提出的环境库兹涅茨曲线（EKC）理论，通过建立实证模型，来分析环境污染与经济增长的关系。

目前国外学者对经济增长和碳排放关系的研究观点大致可分为三种：第一种是Shafik（1994）和Martin Wagner（2008）提出的，他们认为人均二氧化碳与人均收入呈单调递增关系，并且不存在拐点；第二种是Holtz–Eakin和elden（1995）、Panayotou 和 Sachs（1999）、Galeotti（2006）研究发现的，他们则认为人均二氧化碳与人均收入呈倒U型。[1]Schmalesee（1998）和 Galeotti（1999）在此基础上还证实了发达国家的碳排放量正处于倒“U”型曲线的下降趋势中，而发展中国家正处于倒“U”型曲线的上升趋势中；[2]（p15-27）第三种是 Moomaw 和 Unruh （1997）、Friedl 和 Getzner（2003）、Martinez–Zarzoso（2004）应用奥地利1960-1999年间经济增长与二氧化碳排放量的时间序列数据，检验了EKC假说，却发现对数据拟合度最佳的是三次方型（N型）曲线而非通常的倒“U”型。[3]（p133-148）

国内学者对经济增长与二氧化碳排放的关系也有诸多研究。陆虹（2000）建立了人均二氧化碳和人均GDP的状态空间模型，发现二者不是简单的呈现倒“U”型关系。张雷（2003）用多元化指数的方法研究经济发展对碳排放的影响，发现经济结构的多元化和能源消费结构的多元化，会导致国家从高碳燃料为主向低碳为主的转变。[4]韩玉军、陆旸（2007）认为不同组别国家的二氧化碳库兹涅茨曲线差异很大，有呈现出倒“U”，也有呈线性等关系。宋涛、郑挺国（2007）进行实证研究，发现人均二氧化碳排放量与人均GDP之间，呈现倒“U”型的环境库兹涅茨曲线关系，短期上人均GDP单向正向 Granger影响人均二氧化碳排放量，反过来却发现人均二氧化碳排放量对人均 GDP没有明显的影响关系。蔡昉（2008）通过拟合EKC、估计排放水平从升到降的拐点，考察了中国经济内在的节能减排要求，认为如果温室气体的减排被动等待库兹涅茨拐点的到来，将无法应对日益增加的环境压力。林伯强、蒋竺均（2009）则研究了我国二氧化碳排放的拐点，并进行了预测。[5]刘扬、陈劭锋（2009）基于IPAT方程，发现存在碳排放强度、人均碳排放和碳排放总量三个倒U型曲线。韩玉军、陆旸（2009）则认为收入水平不同的国家有着不同类型的经济增长和二氧化碳排放曲线。[6]

从指标选取上来看，国内外研究所用的经济指标较简单，主要是人均收入，环境指标也多集中于对二氧化硫、氮氧化物等的研究，而选择二氧化碳作为环境指标的研究相对较少，而且结果差异较大。

从研究方法上看，国内外实证研究并未实现方法、模型上的突破，大多数是对Grossman和Krueger的研究方法的继承和完善，即一般方法是通过经济指标与环境指标之间建立经济模型进行回归分析，得出经济增长与二氧化碳排放量之间的关系。

国内对经济增长与二氧化碳排放量的关系研究的主要不足体现在，为数不多的二氧化碳库兹涅茨曲线研究，仅限于简单的检验二氧化碳排放与人均GDP之间的关系，未考虑其他因素与二氧化碳排放之间的关系，也未估计出中国二氧化碳的排放的拐点，对经济发展过程中二氧化碳排放做出预测的相关研究也很少。

目前对湖北省经济增长与二氧化碳排放量之间的关系的研究非常有限，本文的湖北省经济增长分别用Grossman和Krueger对环境库兹涅茨曲线（EKC）的理论解释中的人均GDP、三大产业结构、治理污染的能力来界定，从规模效应、结构效应和消除效应三个方面来探讨湖北省经济增长与二氧化碳排放量分别存在什么样的规模效应、结构效应和消除效应，并结合所得出的结论为湖北省低碳经济发展之路提出建议。

二、Grossman和Krueger的环境库兹涅茨曲线（EKC）理论

学术界对经济增长和二氧化碳排放关系的研究方法多采用环境库兹涅茨曲线。库兹涅茨曲线表明，收入不均现象随着经济增长先升后降，呈现倒U型曲线关系。1993年Panayotou借用1955年库兹涅茨界定的人均收入与收入不均等之间的倒U型曲线，首次将环境质量与人均收入间的关系称为环境库兹涅茨曲线（EKC）。EKC揭示当经济发展达到一定水平，也就是说，到达某个临界点或称“拐点”以后，随着人均收入的进一步增加，环境污染又由高趋低，其环境污染的程度逐渐减缓，环境质量逐渐得到改善。Grossman和Krueger提出经济增长通过经济规模效应、结构效应和消除效应三种途径影响环境质量。

1.规模效应。

一方面，经济规模的扩大，会增加对自然资源的使用，在资源使用效率一定时，将导致环境污染程度加深，这时经济增长对环境质量的规模效应是负的。另一方面，经济增长带来的人均收入水平的提高使人们对洁净环境的偏好增加，人们愿意支付更多的货币来购买对环境负责的方式生产出来的产品。因此，在政策不失灵的情况下，各国将实施更加严格的环境标准，使生产单位产品对环境的污染程度下降。这时经济增长对环境质量的规模效应是正的。

2.结构效应。

一国的经济结构与其比较优势是相适应的。在市场和政策没有失灵时，收入水平越高，贸易自由化越能使经济结构向污染较低的方向转移。Panayotou（1993）指出，当一国经济从以农耕为主向以工业为主转变时，环境污染的程度将加深。因为伴随着工业化的加快，越来越多的资源被开发利用，资源消耗速率开始超过资源的再生速率，产生的废弃物数量大幅增加，从而使环境的质量水平下降；而当经济发展到更高的水平，产业结构进一步升级，从能源密集型为主的重工业向服务业和技术密集型产业转移时，环境污染减少，这就是结构变化对环境所产生的效应。

3.消除效应。

在经济发展初期，由于国民收入低，政府的财政收入有限，而且整个社会的环境意识还很薄弱，因此，政府对环境污染的控制力较差，环境受污染的状况随着经济的增长而恶化（由于上述规模效应与结构效应）。但是，当国民经济发展到一定程度后，随着政府财力的增强和管理能力的加强，一系列环境法规的出台与执行使环境污染的程度逐渐降低。若单就政府对环境污染的治理能力而言，环境污染与收入水平的关系是单调递减关系（有人称之为消除效应）。

三、湖北省经济增长和碳排放概况

1.湖北省经济发展状况。

从图1中可以看出，自1999-2010年以来，湖北省人均GDP总体呈持续平稳增长趋势，年人均GDP平均增长率为14.4%。2007年人均GDP为16386元，较2006年的人均GDP增加了22.65%，远远高于1999-2010年的年人均GDP增长平均水平。在金融危机爆发的2008年，湖北省实现人均GDP为19858元，较2007年的人均GDP仍增加了21.19%。2010年湖北省人均GDP达到27339元，大致是1999年的5倍。

图1 湖北省1999-2010年人均GDP增长散点图

湖北省三次产业结构不断优化，从表1可以看出，2010年湖北省三次产业比重为12.1:48.4:39.8。依据钱纳里工业化阶段划分的理论，分别从产业结构、人均GDP、劳动就业等方面来综合判断，湖北省目前处在工业化中级到高级的过渡阶段。

2.经济增长过程中碳排放量的变化。

湖北省中级到高级阶段工业化的实现主要依靠重化工业的高速发展，经济结构的重型化也带来了严重的环境污染，本文在这里只考虑二氧化碳排放量这一环境指标。一直以来，湖北省都是全国耗煤量大省之一。2010年湖北省煤炭仍然是终端能源消费中的主体，比例高达70%，碳排放量达到7847.29万吨。

由于湖北省二氧化碳排放量的数据不能直接获得，需要对其进行估算。现在已经得到认可的二氧化碳排放公式为：

其中，Et为碳排放量，Af为煤炭消耗的碳排放转换系数，Ef为煤炭消耗标准煤量；Am为石油消耗的碳排放转换系数，Em为石油消耗标准煤量；An为天然气消耗的碳排放系数，En为天然气消耗的标准煤量。表2为不同能源的二氧化碳排放系数。

表2 不同能源的二氧化碳排放系数

本文根据《湖北统计年鉴（2010）》中1999-2010年的一次能源消耗数据，并运用上述的估算公式，测算出湖北省从1999-2010年期间的二氧化碳排放总量。

从图2可以看出，总体而言，湖北省二氧化碳排放量是随着经济的增长而增加的，从1999年的4031.94万吨，增加到2010年的7847.29万吨，增长了94.63%。但1999-2010年期间，湖北省二氧化碳的排放量主要经历了三个阶段：碳排放量稳定下降阶段（1999-2001），碳排放量快速上升阶段（2001-2005），碳排放量急速下降后持续增长阶段 （2005-2006年，急速下降；2006-2010年，持续增加）。可见，1999-2010年湖北省二氧化碳的排放量并不呈现通常的“U”型或者“N”型，而是呈现随年份先下降，后急剧上升，再急剧下降，再稳定上升的趋势，但大体上是呈上升趋势的。

表1 湖北省工业化阶段判断指标

图2 湖北省1999-2010年期间二氧化碳排放量

四、湖北省经济增长对碳排放量影响的三种效应分析

一般而言，环境库兹涅茨曲线在模型研究中，有二次型、三次型、对数型等多种表现形式，在符合多种模型的情况下采用拟合效果好和最简单的模型。本文的研究采用EKC曲线的基本模型，即以经济指标为变量X，以二氧化碳排放指标为因变量Y，研究两者的函数关系。

（一）湖北省1999-2010年碳排放量的规模效应分析。

1.人均GDP与碳排放量的散点图分析。

图3为湖北省1999-2010年碳排放量与人均GDP的散点图，从图中可以看出，湖北省1999-2010年人均GDP和碳排放量分三个阶段呈现不同的特点。在1999-2001年，随着湖北省人均GDP的增加，碳排放量也逐年减少，当人均GDP增加到一定点后（6866.99元），碳排放量达到这一阶段的最低点3736.00万吨后开始下降；在2001-2005年，随着人均GDP的持续增加，碳排放量急速增长，且从曲线的斜率来看，二氧化碳的增长幅度远远高于人均GDP的增长幅度；在2005-2010年，随着人均GDP的增加，碳排放量从2005年的7313.11万吨，迅速递减到2006年的5902.64万吨，之后稳步增长，一直到2010年的7847.29万吨。由图3可以看出，湖北省人均GDP与碳排放的关系并不简单的呈现倒“U”型或者“N”型，虽然在某些年份急剧上升或下降，但是大体上是呈上升趋势的。

图3 湖北省1999-2010年人均GDP和碳排放量的散点图

2.人均GDP对碳排放量的影响分析。

假定投资是静态的，通过对散点图的分析，认为设定模型为Y=A+BX是比较简洁和合理的，其中Y为湖北省二氧化碳排放量（万吨），数据为1999-2010年湖北省二氧化碳的排放量；X为湖北省人均GDP（元），数据为1999-2010年湖北省人均GDP数据。运用EVIEWS3.1作二氧化碳排放量对人均GDP进行一次曲线回归，得出如下结果：

样本回归方程为：Y=3147.11+0.21X

（5.39） （5.07） R2=0.72

0.21为样本回归方程的斜率，说明湖北省1999-2010年人均GDP每增加1元，每年的二氧化碳排放量将增加0.21万吨。3147.11是样本回归方程的截距，它表示不受人均GDP影响的二氧化碳碳排放量。R2=0.72，说明样本和回归直线对样本的拟合优度中等偏上。若给出显著水平为0.05，查自由度 V=12-2=10 的 t分布表，得临界值 t0.025（10）=2.23，t1=5.39＞ t0.025（10），t2=5.07＞ t0.025（10），故回归系数均显著不为零，回归模型中X对Y有显著影响。

1999-2010年湖北省人均GDP和二氧化碳排放量的散点图和模型回归结果共同说明，总体而言，1999-2010年间，湖北省经济增长对碳排放量的规模效应是负的，即随着经济的增长会加大湖北省二氧化碳的排放量，但是整个阶段并不是一成不变的增加的，从散点图可以看出，在1999-2001年，2005-2006年间，随着经济的增长有过小幅度的下降。

（二）湖北省1999-2010年碳排放量的结构效应分析。

从图4可以看出，湖北省1999-2010产业结构不断发生变化。总体而言，第一产业产值稳步增长，但是增长的幅度较小，1999年第一产业产值为653.99亿元，2010年为1869.98亿元，是1999年的近2.86倍，而第二产业和第三产业的产值远远高于第一产业。就第二产业和第三产业相比较，在1999年，第二产业产值高于第三产业；在2000-2003期间，第二产业产值低于第三产业，在2004-2010年间，第二产业产值又高于第三产业。2010年第二产业的产值为7173.93亿元，是1999年的近5.46倍，同比之下第三产业2010年的产值是1999年的4.67倍。

图4 湖北省1999-2010年三大产业与二氧化碳碳排放量折线图

由湖北省1999-2010年二氧化碳碳排放量折线图的特征，可以看出，湖北省二氧化碳排放量趋势并不是常规的一次、二次或是三次模型，虽然某些年份的排放量较上年有下降，但大体是呈上升趋势的。本文对结构效应仍采用一次模型来分析。

1.第一产业增长对碳排放量的影响分析。

设定Y=A+BX一次模型，用EVIEWS3.1软件操作得到样本回归方程：

Y=2392.83+3.01X

（3.73） （5.71） R2=0.77该回归方程说明，湖北省1999-2010年第一产业生产总量每增加一亿元，碳排放量将增加3.01万吨。R2=0.77，说明样本和回归直线对样本的拟合优度偏高。仍给定显著水平为0.05，t1=3.73＞ t0.025（10）=2.23，t2=5.71＞ t0.025（10），回归模型中X对Y有显著影响。

2.第二产业增长对碳排放量的影响分析。

同样设定一次回归模型，用EVIEWS5.0软件操作得到样本回归方程：

Y=3588.89+0.68X

（6.55） （4.67） R2=0.69

该回归方程说明，湖北省1999-2010年第二产生产总量每增加一亿元，碳排放量将增加0.68万吨。R2=0.68，说明样本和回归直线对样本的拟合优度偏低。仍给定显著水平为0.05，t1=6.55＞ t0.025（10）=2.23，t2=4.67＞ t0.025（10），回归模型中X对Y有显著影响。

3.第三产业增长对碳排放量的影响分析。

同理，用EVIEWS3.1软件操作得到如下结果：

Y=3199.40+0.88X

（5.39） （4.90） R2=0.71

该回归方程说明，湖北省1999-2010年第三产业生产总量每增加一亿元，碳排放量将增加0.88万吨。R2=0.71，说明样本和回归直线对样本的拟合优度为中等水平。仍给定显著水平为 0.05，t1=5.39＞ t0.025（10）=2.23，t2=4.90＞ t0.025（10），回归模型中X对Y有显著影响。

1999-2010年湖北省三大产业对二氧化碳排放量的结构效应是呈负效应的，即随着三大产业产值的增长，二氧化碳的排放量是增加的，且第一产业产值的增加对二氧化碳排放量的负效应最大，每增加一亿元，碳排放量的增加量是第二产业造成碳排放量增加量的近3倍。第二产业和第三产业增长对二氧化碳排放量的负效应比较小，每增加一亿元，二氧化碳排放量的增加量都不到1万吨。

（三）湖北省近十年碳排放量的消除效应分析。

消除效应主要解释的是一个国家或地区的政府对环境污染的治理能力。本文界定的环境污染指标是1999-2010年的二氧化碳的排放量，政府对湖北省环境治理能力的指标是治理废气的投资费用，数据选取的是2000-2010年湖北省治理废气的投资费用。

1.湖北省近十年治理废气的投资费用状况。

从图5可以看出，总体而言，湖北省2000-2010年这十年间的治理废气的投资费用可分两个阶段：2000-2008年，治理废气的投资费用下降和上涨幅度都很小，呈现逐年波动的趋势；2008-2010年，急速上升阶段。湖北省2000-2002年这三年间，湖北省治理废气的投资增长幅度非常小，平均增长率仅为0.08个百分点；2003年较2002年有较大幅度的增长，从2002年的27539.7万元上升到2003年的55718.8万元，增长了近1.02个百分点；2004年的治理废气投资费用又有很大幅度的递减，由2003年的55718.8万元递减到30140.4万元，下降了近0.46个百分点；2004年到2007年间，呈现持续平稳增长的趋势，由2004年的30140.4万元持续增长到2007年的74455.1万元；2008年较2007年有小幅度的下降，下降到60834.4万元后，在2009年急速上涨，达到213918.3万元，较2008年增加了近2.52个百分点。

图5 湖北省2000-2010年治理废气的投资费用折线图

2.湖北省近十年治理废气的费用投资对碳排放的影响分析。

从图6的散点图可以看出，近十年湖北省治理废气的投资费用与二氧化碳排放量之间不是很明显的一次、二次、或者三次函数模型，二者并没有很大的相关性。

图6 湖北省近十年治理废气的投资费用与二氧化碳排放量的散点图

五、结论及建议

1.结论。

通过对湖北省1999-2010年的规模效应，结构效应和消除效应的分析，本文可以得出如下结论：

第一，湖北省经济增长与二氧化碳排放量的环境库兹涅茨曲线并不简单的呈现倒“U”型，“N”型等，而是大体呈上升的趋势，人均GDP的增加、三大产业产值增加、治理废气投资费用增加对二氧化碳排放量分别有不同的影响。

第二，横向来看，湖北省人均GDP每增加1元，二氧化碳的排放量就会增加0.21万吨；湖北省第一产业、第二产业、第三产业的产值每增加一亿元，二氧化碳排放量将会分别增加3.01万吨、0.68万吨、0.88万吨。三大产业中，第一产业产值的增加对二氧化碳排放量的负效应最大，第二产业和第三产业产值的增加对二氧化碳排放的负效应相差不大；湖北省近十年治理废气的投资费用的增加与二氧化碳排放量之间并没有明显的相关关系，在2000-2007年的治理废气的投资费用并没有太大幅度的增减，在2008年大大加大了治理废气的投资，持续保持到了2010年。

第三，纵向来看，湖北省在1999-2010年规模效应、结构效应都是负的，不存在消除效应，并且结构效应的负效应远远高于规模效应的负效应。

2.建议。

基于湖北省目前的经济发展状况、碳排放量状况，以及上述对二氧化碳排放量的环境库兹涅茨曲线分析的规模效应、结构效应、技术效应的结论，本文为湖北省低碳经济的发展之路提出如下建议。

——提高湖北省经济发展水平，提高人民生活水平。

经济水平的提高是环境改善的物质基础，只有经济水平提高到一定程度，政府才能更充分地发挥宏观调控能力来改善环境，人民才愿意支付更多的货币来购买对环境负责的方式生产出来的产品。目前湖北省仍有必要加大经济发展力度，使经济增长对二氧化碳排放量的效应转负为正。

——优化产业结构。

湖北省第一产业产值的增加对二氧化碳排放量的增加的负效应是最大的，所以应走低碳农业的新路子，减少化肥和农药的使用量，大力推广沼气技术，推进农业低碳化、产业化。第二产业是湖北省结构效应最小、节能减排的重点产业，也是经济发展的支柱产业，因此应调整工业结构，推进清洁能源产业化，淘汰落后产能，推进制造业升级。湖北省第三产业产值的增加也对二氧化碳排放量的结构效应比较小，因此也应大力发展能耗少、污染小的现代服务业，发达国家的现代服务业在GDP所占比重高达60%-70%，湖北省目前的服务业所占比重并不高，因此还有很大的发展空间。

——加大节能减排的投资力度。

湖北省治理废气的投资费用与二氧化碳排放量基本不存在相关关系，证明湖北省的治理废气的投资的增加对二氧化碳排放量减少的影响微乎其微，即使在近两年投资费用有很大幅度的增加，仍没有改变二氧化碳持续增加的现状，故应在保证经济持续增长的前提下，长期加大节能减排的投资力度。

——发展新能源产业，提高能源利用效率。

三种化石能源中，煤的含碳量最高，石油次之，天然气最低。核能、风能、太阳能、水能、地热能等则属于无碳能源。湖北省目前的能源消耗主要是煤炭和石油为主，其他形式的能源消耗很少甚至没有。从减少二氧化碳排放量的角度来看，湖北省应调整能源结构，促进能源利用的多元化，发展新能源产业，并提高能源的利用效率。

——树立低碳意识，倡导低碳生活。

政府应加强对公民的宣传和教育，开展低碳活动，培养公民的低碳意识，从根本上改变生存发展观念，改变、优化人民的生产、生活方式，合理引导居民的消费模式向低能耗、低排放的节约型模式发展。

[1]Galeotti M,Lanza A,Pauli F.Reassessing the environmental Kuznets curve for CO2 emissions:a robustness exercise[J].Ecological Economics,2006，（1）.

[2]Schmalesee R,Stoker T M,Judson R A.World Carbon Dioxide Emissions:1950-2050[J].Review of Economics and Statistics,1998,（1）.

[3]Friedl B,Getzner M.Determinates of CO2 emissions in a small open economy[J].Ecological Economics,2003,（159）.

[4]张雷.经济发展对碳排放的影响[J].地理学报，2003，（4）.

[5]林伯强，蒋竺均.中国二氧化碳的环境库兹涅茨曲线预测及影响因素分析[J].管理世界，2009，（4）.

[6]韩玉军，陆旸.经济增长与环境的关系-基于对CO2环境库兹涅茨曲线的实证研究[J].经济理论与经济管理，2009，（3）.