我国西部经济增长与环境质量的实证研究

张一

（美国丹佛大学，美国 科罗拉多州丹佛市）

我国西部经济增长与环境质量的实证研究

张一

（美国丹佛大学，美国 科罗拉多州丹佛市）

本文以我国西部地区为研究对象，对区域经济增长与环境质量进行分析，分别构建了经济发展与环境质量的单因素计量模型、多因素计量模型，并对区域经济增长与环境质量的协调度进行了研究。首先，通过主成分分析构建经济发展、环境质量的综合发展水平指数，利用面板回归拟合我国区域经济发展与环境质量的单因素和多因素实证模型；其次，利用模糊数学隶属度函数计算了经济发展与环境质量关系的协调度。实证结果表明：我国西部地区环境质量与经济发展之间不全是EKC“倒U”关系，而是“倒N、S型、U型”关系；随着经济的持续发展，环境质量的承压会逐渐增大；西部地区环境质量与经济发展处于弱协调状态。

西部地区；经济增长；环境质量；区域经济

一、研究背景

在我国经济发展过程中，环境质量与经济发展之间的关系一直是经济学家关注的重要议题。经济的发展必须要以一定的物质为基础，而在发展过程中产业结构等方面往往对环境施以反作用，这种观点已达成共识。一方面，经济的发展意味着产出的不断增加，为了更多地产出，就会要求更多地投入来保障；另一方面，迫于增长的压力，可能会有更多的污染排放到大气中，从而影响环境的质量，这种观点已经在西方发达国家“先污染后治理”的发展模式中得到体现。国家“十二五”规划明确提出了加快转变经济发展方式的主线，这意味着我国经济结构将在未来5年内面临重大调整，改变经济发展模式已提上日程。因此，在保证经济持续增长的前提下，理清我国环境质量和经济增长之间的关系，改善环境治理状况，对未来我国经济社会的健康发展是至关重要的。

在环境质量与经济发展之间的定量分析过程中，环境库兹涅茨曲线假设EKC[1]是主流观点，其主要是指环境破坏程度随着收入水平的提高具有先升后降的规律，即“倒U”趋势。该领域的考察重点是不同国家或地区的经济增长与环境质量之间是否存在EKC规律；在引入时间趋势、地点变量和贸易强度等变量后，Grossman&Krueger(1991)[2]通过GEMS全球截面数据实证验证了环境污染与经济增长的长期EKC规律；通过研究发达国家和地区间经济增长与环境质量的关系，Shafik&Bandopadhyay(1992)[3]，Selden&Song (1994)[4]也证实了它们之间的关系呈现“倒U型”规律；通过研究美国50个州的截面数据，Carson et al (1997)[5]分析了环境指标与经济增长之间的关系并发现符合“倒U”型规律；Shafik&Bandyopadhyay(1992)[6]在实证研究中建立了对数形式的二次方程，得到了关于经济增长与环境质量的倒“U”型关系；但在对德国环境污染指标的时间序列数据和人均GDP进行研究时，Hannes Egli(2002)[7]却证实大部分大气污染物并不具有EKC假设的规律。

以大气中固体悬浮物排放量、人均二氧化碳排放量、河流中的溶解氧、二氧化硫等指标为研究对象，Shafik(1992)[8]通过实证分析了环境质量与经济增长之间的指标状况；Stern(2001)[9]用人均二氧化硫排放量来说明环境质量状况；Valeria Costantini&Salvatore Monni (2007)[10]使用环境压力指标作为宏观经济可持续发展指标，将人文指标作为GDP的解释变量引入到研究中；SherryBartz&David L.Kelly(2007)[11]利用二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物、大气中固体悬浮物等来代表环境恶化情况；通过将人均氮氧化物排放量、人均二氧化硫排放量、人均毁林率等指标进入到实证分析中，Panayotou(1993)[12]发现其引入指标与人均GDP在二次对数方程中的拟合程度最好，并符合EKC假设的规律；Madhusudan(2001)[13]的研究则发现三次方程的拟合优度最高，拟合曲线呈现“N”形规律。李春生、王翊(2007)[14]等利用广州市1982-2004年经济发展与废水排放数据，拟合了人均GDP与废水排放量的二次方程，得出广州市的经济与环境质量符合环境库兹涅茨曲线“倒U”型的结论；彭立颖、童行伟等(2008)[15]采用上海市1981-2005年期间的序列数据，对经济增长与环境污染之间的关系进行回归分析，发现烟尘排放量、工业废水排放量、工业COD排放量和全市SO2排放量这四项环境指标同人均GDP的拟合曲线呈现典型的“倒U”型特征。郭军华、李帮义(2010)[16]利用我国1991年至2007年29个省市的面板数据对经济增长与环境质量的长期均衡关系进行了面板协整分析，发现只有工业固体废弃物排放量与人均GDP之间符合“倒U”型关系。类似的研究还有苏伟、刘景双(2007)[17]，魏立桥、赵晓娜等(2008)[18]。

就我国具体经济增长与环境保护而言，由于缺少相应技术、体制机制，环境保护措施尚不能够与经济、社会结构相匹配，经济增长目标与环境质量的矛盾更为尖锐。多年来中国国内生产总值增长一直维持在8%以上，然而高速的经济增长是以高耗能、高污染为代价的。根据《全国环境统计公报（2008年）》披露的数据，2008年，全国废水排放总量571.7亿吨，比上年增加2.7%；工业二氧化硫排放量1991.3万吨，占二氧化硫排放总量的85.8%；全国工业固体废物产生量19.0亿吨，比上年增加8.3%。另外，我国单位产出能耗偏高是一个不争的事实，与发达国家相比，还有较大的差距。据统计，2010年我国单位国内生产总值能耗是世界平均水平的2.2倍，主要矿产资源对外依存度逐年提高。经济的快速增长对环境的影响是深刻的，现阶段，已经出现资源过度开采、水土流失、极端天气频繁、环境污染严重等问题，我国经济的可持续发展面临着严峻的环境考验。

我国区域经济发展水平有较大差异，区域环境质量状况各具特点，经济增长与环境质量的矛盾在各地区表现不一。正是在这样的背景下，本文通过分析1997-2012年西部地区经济与环境统计数据，对西部地区经济发展与环境质量进行实证分析。通过主成分分析构建经济发展、环境质量的综合发展水平指数，利用面板回归拟合我国区域经济发展与环境质量的单因素和多因素实证模型；利用模糊数学隶属度函数计算了经济发展与环境质量关系的协调度。通过以上分析，结合我国经济发展中的实际情况，提出可持续发展建议。

二、研究指标与模型方法

1.研究指标设定

在遵循科学性、有效性的前提下，本文构建了包括环境质量、经济发展在内的多维度评价指标体系。在对指标进行评价时主要考虑我国目前的经济状况，选择具有代表性的指标，主要指标如表1所示。

本文以1997-2012年为时间跨度的数据作为样本总体，全部数据来自1998-2013年《中国统计年鉴》及《环境统计年鉴》。为了消除数据的剧烈波动以及异方差的影响，已分别对各时间序列数据做了自然对数处理。所有实证分析均利用计量经济软件Eviews 6.0来完成，全部图形均用matlab7.0绘制。

各变量表示如下：

工业废水、工业废气、工业固体废物排放量——lnWaterit、lnGasit、lnWasteit；

人均GDP——lnGDPit；产业结构——lnPercentit；技术因素——lnConsumeit；

污染治理——lnTreatit；对外开放度——lnTradeit。

表1 经济、环境发展指标体系

2.研究模型方法

（1） 影响环境质量的单因素模型

在对西部地区进行经济-环境关系的研究中，以各省市作为一个横截面，在时间序列上观察这个截面单元各个经济、环境指标的变化情况，因此在对西部地区研究中，涉及的数据以及时间序列的特征称为综列数据(Panel Data)。

为了验证我国经济增长与环境质量的关系，多采用回归方法进行实证，以考察经济—环境之间是否存在环境库兹涅茨假设规律。所利用的模型主要为环境质量指标与经济增长的线性二次、三次（对数）方程：

其中，Et为t时期环境污染指标，xt为t时期的收入水平。

表2 经济增长与环境质量指标关系

在大量的实证研究中，常见的表征环境压力的指标主要有污染物浓度、污染物排放量或污染物人均排放量。不过，大多数人认为污染物的浓度取决于排放量、地理位置、大气条件、扩散情况等多种因素，因此，污染物排放量和人均排放量逐步被广泛认可，越来越多地应用于表征环境压力的实证分析中。

（2）影响环境质量的多因素模型

在单因素模型分析中，主要以收入水平作为自变量来进行分析，但在多因素模型中，很多学者加入了体质因素、政策因素、贸易因素、地理环境因素等指标来进行分析，就多因素模型而言，在相对封闭的经济环境中，假设Y代表经济总产出，那么t时期的污染物排放量为：

其中，Et/Yt为单位产出排放强度，不妨表示为et。

假设存在环保政策的干预，对大部分产业来说，污染物排放量就会相对较小，那么t时期的污染物排放量就为：

其中，YtT为环境治理量，E(YtT)t/Et为环保政策的治理力度，记为t。

如果以国内生产总值GDP指标来表示经济的总产出Y，方程将变为：

其中，GDPit/GDPt为第i部门的产值占GDP的比重，可以记作pi。

则对于第i部门来说，污染排放方程变为：

由上述方程可知，影响环境质量的因素主要为技术因素、产业结构、经济总量增长、环保治理等。就我国经济发展而言，国外部门是非常重要的因素，如果将国外部门加入，则影响环境质量的因素将包括国外产出变动造成的环境质量变动。

其中，lnET为污染物排放总量，lnEI为国内部门污染物排放量，lnEE为国外部门污染物排放量。

（3）协调度研究

在对其他学者的研究中发现，通常运用模糊数学隶属度函数来计算环境质量和经济发展之间的协调度。协调度描述的是定量测度和要素之间协调程度的指标，协调度函数为：

其中，U(i/j)表示i系统对j系统的协调度，Fi为i系统的实际值，F'为j系统要求i系统应达到的协调值，S2为i系统的均方差。

公式表示的含义如下：

若实际值接近协调值，协调度U值越大，系统的协调发展程度越高。

若实际值偏离协调值，协调度U值越小，系统的协调发展程度越低。

若实际值等于协调值，协调度U值为1，系统的发展是完全协调的。

静态协调度反映经济发展与环境质量在某一时期的相互协调发展情况，Us(i/j)=[min{u(i/j)，u(j/i)}]/[max{u (i/j)，u(j/i)}]，Us(i/j)介于0到1之间。

公式表示的含义如下：

若u(i/j)接近u(j/i)的值，U(i，j)的值越大，经济与环境质量之间相互协调发展的程度越高。

若u(i/j)越偏离u(j/i)的值，U(i，j)的值越大，经济与环境质量之间相互协调发展的程度越低。

若当U(i，j)的值为1，即u(i/j)与u(j/i)相等时，两系统呈完全相互协调发展的状态。

动态协调度反映经济发展与环境质量的相互协调发展趋势：

其中，Us(t-T+1)，…，Us(t)为经济发展与环境质量在t-T+1至t中的各期静态协调度。在任意两个不同时刻t1和t2，令t1＜t2，如果Ud(t1)＜Ud(t2)，则表明经济与环境系统处于一条协调发展的轨道上。

三、实证结果分析

1.西部地区单因素模型

以西部地区工业废水排放量、工业废气排放量、工业固体废弃物产生量为因变量，以人均收入的一次方、二次方、三次方为自变量进行面板数据回归，分别建立混合回归模型、随机效应模型和固定效应模型，F检验拒绝建立混合回归模型假设，且Hausman检验接受建立随机效应模型假设，得到西部地区工业废水、工业废气、工业固体废弃物产生量个体随机效应模型：

其中，虚拟变量D1，D2，…，D11的定义是：

如果属于第i个个体，i=1，2，…，11其他

文章选取LLC、Breitung、IPS、ADF-Fisher、PPFisher检验方法对西部地区各变量面板数据进行平稳性检验。检验结果见表3所示。

从西部地区变量平稳性检验结果来看，Breitung、IPS、ADF-Fisher、PP-Fisher四种检验方法得出的结论基本一致：lnWaterit、lnGasit、lnWasteit、lnGDPit、(lnGDPit)2、(lnGDPit)3的原始序列均未通过平稳性检验，且各差分序列为平稳序列，由此可以判断，各变量均为一阶单整I(1)，可以进行协整分析。而根据 LLC方法的检验过程，可以看到：lnWaterit、lnGasit、lnWasteit、lnGDPit、 (lnGDPit)2、(lnGDPit)3的原始序列均已通过平稳性检验，各变量均为零阶单整I(0)，而lnWasteit的原始序列未通过平稳性检验，因此，可以判断以lnWasteit为被解释变量的回归方程是不可靠的。（1表示dlnwater工业废水排放变量的一阶差分；0表示显著性水平，下同。）

表3 西部地区变量平稳性检验

下面，针对各变量均为一阶单整I(1)的情况进行协整分析。利用Pedroni协整方法进行检验，在90%置信水平下均显著拒绝了工业三废排放与经济增长之间不存在协整关系的原假设。详细检验结果见表4。

表4 西部地区回归方程协整检验

西部地区工业三废的单因素模型拟合结果表明，工业废水与经济增长之间存在倒N形关系，1997-2012年，西部地区人均GDP对数在7.70至10.09之间波动并逐年增高，这意味着在本研究时段内，工业废水排放量随着经济增长逐年降低，随着经济实力的提高，工业废水污染状况得到改善。

西部地区工业废气排放拟合曲线呈S形走势，1997-2012年，西部地区人均GDP对数水平恰好处于S曲线的上升区间，从而形成了工业废气排放随经济增长逐渐攀升的规律。

工业固体废物排放与经济增长之间存在U形关系。通过一阶求导可以发现，在人均GDP的合理定义域内，工业固体废物排放量随着经济增长是逐渐提高的。

图1 西部地区工业废水拟合曲线

图2 西部地区工业废气拟合曲线

图3 西部地区工业固体废物拟合曲线

2.西部地区多因素模型构建以西部

地区工业废水排放量、工业废气排放量、工业固定费物产生量为因变量，以人均收入、第二/三产 业产值比重、单位 GDP电耗、治理废水项目投资额为自变量，分别建立混合回归模型、随机效应模型和固定效应模型，F检验拒绝建立混合回归模型假设，且Hausman检验接受建立随机效应模型假设，从而得到影响西部地区工业废水排放量、工业废气排放量、工业固体废物产生量的多因素模型：

其中，虚拟变量D1，D2，…，D11的定义是：

如果属于第i个个体，i=1，2，…，11其他

西部地区工业三废的多因素模型拟合结果表明，人均收入、产业结构、技术因素是影响环境质量的重要因素：工业废水、工业废气排放与人均收入呈较复杂的S形关系；第二产业比重下降会降低工业废水、工业废气排放压力；技术因素作用明显，单位GDP电耗每上升一单位将导致工业废气、工业固体废物排放分别增加0.47、0.90个单位。

3.西部地区协调度计算

对西部地区经济发展指标进行主成分分析，共提取出3个主成分，它们综合了经济发展原始数据的98.18%的信息，进而得到西部地区经济发展综合发展水平值。同理，对西部地区环境发展指标进行主成分分析，共提取出2个主成分，它们综合了环境发展原始数据的90.28%的信息，进而得到西部地区经济发展综合发展水平值。

表5 西部地区经济与环境综合发展水平

由表5可知，1997-2012年，西部地区经济发展的综合发展水平得分不断增加，且在2005-2008年经济发展综合发展水平提高速度最快，达3.4%，环境质量的综合发展水平得分也呈增长趋势，特别是在2004-2007年间增长速度最快。

利用西部地区经济与环境质量综合发展水平值进行回归分析，分别得到西部地区经济发展综合发展水平协调值与环境质量综合发展水平协调值，代入静态协调度计算公式，可得西部地区静态协调度得分。在此基础上，利用动态协调度计算公式可得西部地区动态协调度得分。计算结果见表6。

表6 西部地区协调度结果

由表6可知，西部地区经济发展与环境质量的静态协调度基本处于弱协调状态，其变动可以划分为四个阶段：1997-1998年有较大提升，1998-2001年却处于缓慢下降趋势，2001-2012年在波动中提升。其动态协调度总体上处于弱协调范围之内，并呈现逐年上升趋势，其中：1997-1999年上升最快，1999-2007年处于缓慢上升阶段，2007-2012年间上升较快。

四、结论与展望

本文以我国西部地区为研究对象，通过分析西部地区区域经济发展与环境质量之间的关系，构建了两者之间的指标体系，利用1997-2012年统计数据，对西部地区经济发展与环境质量之间是否符合环境库兹涅茨“倒U”关系的假设进行了验证。区域环境质量的单因素实证研究结果显示：西部地区工业废水排放方程呈现倒N形关系，西部地区工业废气排放方程均呈现出S形关系，西部地区工业固体废物排放方程呈U形关系，并不完全遵循环境库兹涅茨“倒U”规律。西部地区工业三废的多因素模型拟合结果表明，人均收入、产业结构、技术因素是影响环境质量的重要因素：工业废水、工业废气排放与人均收入呈较复杂的S形关系；第二产业比重下降会降低工业废水、工业废气排放压力；技术因素作用明显，单位GDP电耗每上升一单位将导致工业废气、工业固体废物排放的增加。通过构建经济、环境两系统发展水平的评价指标体系，测度区域经济与环境系统的综合发展水平，计算得出了西部地区经济—环境系统的协调度取值。实证结果表明，我国西部区域经济与环境的发展基本处于弱协调状态。

通过对我国西部地区经济发展与环境质量之间的实证分析可知，经济增长、产业结构、技术因素、环境治理、对外开放等因素对环境质量的影响程度不同。对于西部地区来说，产业结构的调整、技术要素进步均会对环境质量产生积极影响。可以从大力发展现代服务业、转变产业结构、淘汰落后产能等方面努力，促进环境的向好发展。另外，对外开放能够为西部地区带来环境质量的改善，因此，应该对该地区的对外开放政策加大优惠力度，鼓励其与国外先进工艺、管理的紧密交流与合作。对于西部地区来说，环境污染的治理工作取得了明显成效，但还应继续加大环保投资，促进污染压力的下降。

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（责任编辑：FMX）

In the Empirical Study of the Western Economic Growth and Environmental Quality

ZHANG Yi
（University of Denver，The United States Denver，Colorado）

This thesis is regarding to the research on the western region of China and analyzing the regional economic growth and the environmental quality.Meanwhile，this thesis constructs the single-factor and multi-factor models of economic development and environmental quality，and studies the coordination degree of those.First of all，through the principal component analysis，the comprehensive index is built about the developmental level of economy and environmental quality.The panel regression is made to fit the single-factor and multi-factors models of the economic development and the environmental quality.Second，the fuzzy membership function is used to calculate the coordination degree between the economic development and the environmental quality.The empirical results show that the relationship between environmental qualities and economic developments is not all EKC "inverted U"，but"inverted N"，"S-shaped"and"U-shaped".With the continuous development of economy，the pressure of the environmental quality will increase gradually.The coordination of environmental quality and economic development in western China is in a weak state.

Western region；Economic growth；Environmental quality；Regional economic

F062.2

A

1004-292X（2014）03-0111-06

2013-09-23

国家自然科学基金项目（71102170）。

张 一（1991-），男，北京人，博士，主要从事区域经济研究。