新环境库兹涅次曲线：工业用水与经济增长的关系

2014-07-18张陈俊章恒全

中国人口·资源与环境 2014年5期

张陈俊　章恒全

摘要：基于2002-2010年省际面板数据模型，选取工业用水的绝对指标和相对指标，分别对我国31个省份进行全国以及地区分组研究工业用水与经济增长的关系，结果表明：①工业用水与经济增长之间的关系和所选指标与区域分组密切相关，工业用水的绝对指标与经济增长之间分别呈现“N”型、倒“U”型、“N”型和单调递增形态，工业用水的相对指标与经济增长之间分别呈现倒“N”型、倒“N”型、“U”型和倒“N”型形态；②当前，就工业用水绝对指标而言，只有东部组别中的北京、天津和上海获得了经济增长与工业用水下降的“双赢”；就工业用水相对指标而言，全国组别中的北京、天津和上海，东部组别的全部省份以及西部组别中的内蒙古获得了经济增长与工业用水强度下降的“双赢”。因此，各地区发展经济的同时，要注意产业结构调整、技术创新等，提高工业用水效率。其次，要有效地缩小地区社会经济发展差距，获得工业用水下降与经济增长的“双赢”。最后，给我们提供一个积极的信号：工业用水不会一直增加，在跨过某个转折点后，会出现停止增长，甚至下降的趋势。

关键词：工业用水；经济增长；新环境库兹涅次曲线；双赢； “两难”困境

中图分类号 F2249；TV2139 文献标识码 A文章编号 1002-2104（2014）05-0116-08

水是生命之源、生产之要、生态之基，人多水少、水资源时空分布不均是我国的基本国情和水情。当前我国水资源面临的形势十分严峻，水资源短缺、水污染严重、水生态环境恶化等问题日益突出，已成为制约经济社会可持续发展的主要瓶颈①。工业用水将成为用水量增长最快的部门，未来十年工业用水量要比十年前增长一倍多[1]，2011年，我国工业用水量为1 4618亿m3，占用水总量的比重为239%，比2010年工业用水量增加了145亿m3，万元工业增加值（当年价）用水量为78 m3，比2010年万元工业增加值（当年价）用水量减少了3 m3，与世界发达国家相比存在较大的差距，为了减少工业用水量和提高工业用水效率，2012年国务院文件《国务院关于实行最严格水资源管理制度的意见》中明确提出：“到2015年，万元工业增加值用水量比2010年下降30%以上，到2020年，万元工业增加值用水量降低到65 m3以下，到2030年用水效率达到或接近世界先进水平，万元工业增加值用水量（以2000年不变价计）降低到40 m3以下。”工业用水量的减少和效率的提高，对缓解我国水资源压力具有重要的作用，也有利于资源、环境和经济的可持续发展，于是，对工业用水量的相关研究具有重要的理论和实践意义。

不乏对工业用水的相关研究，邓朝晖等利用VAR模型研究中国经济增长与水资源利用的长期均衡关系及其动态变化，得到经济增长与工业用水之间存在长期的均衡关系，GDP的增加导致工业用水的增加，工业用水量对GDP的方差分解平均贡献度仅为0428%，几乎可以忽略[2]；沈大军等将工业用水纳入C-D函数，分析工业用水的边际效益及产值弹性等[3]；贾绍凤等从中国用水实际、供水价格上升趋势、经济增长方式的转变、日益严重的环境立法和中国水资源本身的限制5个方面，分析得到目前中国的工业用水已经将近顶峰，何时达到顶峰[4]？王浩等在对国内外工业用水比较分析的基础上，对我国未来工业用水增长态势进行了趋势展望，按照流域分类预测我国未来工业用水量，同时提出保持工业经济持续发展的水资源利用对策与政策[5]。

本文主要研究工业用水与经济增长之间的关系，对两者关系的研究文献甚少。贾绍凤等通过发达国家的经验数据研究发现，发达国家的工业用水随着经济增长存在一个由上升到下降的转折点，工业用水的变化模式或许可以

用库兹涅次曲线形式表示[6]。李周等利用部分发达国家的时间序列数据和截面数据探讨是否存在水资源库兹涅次曲线，随后利用中国工业用水的时间序列数据进行验证，发现北京市以及部分省份的工业用水变化呈现倒“U”型库兹涅次曲线[7]。中国工业用水与经济增长之间是否存在库兹涅次曲线？如果存在，那么出现工业用水转折的拐点何时出现？

库兹涅次曲线最早被用于描述经济增长与收入分配的关系，在经济发展初期，经济增长会加剧收入不平等，但是当经济增长突破某一特定的“转折点”，收入分配便变得平等[8]，随后出现环境库兹涅次曲线，很多学者对库兹涅次曲线进行改进和实证分析[9-11，15]。经济增长与工业用水之间是否呈现这种关系形态呢？借用Munasinghe的理论[12]，在经济发展的初期阶段，节约保护水资源的可觉边际收益太小，以至于无法放弃经济增长所带来的巨大收益，但是水资源越来越稀缺以及水危机的出现，相对于物质产品的日益丰富，与水资源稀缺性相比，物质产品与服务的边际效用递减，于是节约保护水资源受到重视，市场主体将更加重视水资源的利用，所以经济增长与工业用水之间的关系研究将会受到广泛关注。

从现有的工业用水与经济增长的关系的研究来看，主要集中于定性分析，定量分析研究甚少；同时数据要么是时间序列数据，要么是截面数据，在分析时存在很多不足之处。鉴于此，本文基于2002-2010年的省际面板数据，按照三分法将全国分为东部、中部和西部地区，选取工业用水的绝对指标和相对指标，分别研究其与经济增长的关系，从而清楚地认识到我国工业用水与经济增长之间的关系。如果进行整体回归，则意味着每个省份经历着相似的工业用水变化趋势，但是实际并非如此，也就是不符合“同质性”假定，进而无法得到精确的结果。经济发达区域，第三产业的迅速发展以及工业内部耗水量大的部门逐渐被耗水小的部门所取代，发达地区在节水技术等各个方面优于欠发达地区，所以工业用水将率先下降，按照东中西部三分法划分，一定程度上反映了地区的不同经济发展水平，同时也能反映出工业用水下降的时间的不同。

22 数据说明

本文所需数据根据《中国统计年鉴》（2003-2011年）整理计算所得，为2002-2010年中国31个省份的省际面板数据（不包括港澳台地区），被解释变量为工业用水量与工业用水强度指标，其中工业用水强度指标根据工业用水量除以工业产值所得，解释变量为人均GDP、人均GDP的平方项以及人均GDP的立方项，为了消除价格因素的影响，使数据具有可比性，人均GDP指标以及工业产值指标根据2002年的不变价格（2002=100）进行调整。由于我国区域经济发展存在明显的差距，如果进行整体回归，会影响结果的精确性，所以按照东中西部地区三分法对我国工业用水与经济增长的关系进行分组研究，中国31个省份划分情况见表1。

31 工业用水量与经济增长的关系

从面板数据模型的回归结果可以看出，全国组别中，工业用水量与经济增长之间呈现“N”型关系形态，虽然模型的系数通过了显著性检验，但是该方程却没有实数解，所以不存在拐点，没有办法进一步判断工业用水量在何时出现拐点，此处可以近似地认为工业用水量与经济增长满足单调递增的关系，即当经济增长时，工业用水量也会随之增加。

东部组别中的Y3没有通过显著性检验，但是Y2通过了检验，同时系数为负，所以工业用水量与经济增长之间呈现倒“U”型的关系形态，拐点值为56 361元（按照2002年不变价格调整），当人均GDP低于56 361元时，工业用水量会随着经济增长而增加，当人均GDP超过56 361元后，工业用水量就会随着经济增长而下降，在东部组别的11个省份中，只有北京、天津和上海3个省份跨过了拐点，工业用水量会随着经济增长而下降，获得了经济增长与工业用水量下降的“双赢”，而剩下的8个省份都没有跨过拐点，处于曲线的上升段，工业用水量随着经济增长而增加，处于经济增长与工业用水量增加的“两难”困境，与全国组别中的东部省份比较，北京、天津和上海三个地区的关系现状不一致。

中部组别中的工业用水量与经济增长之间呈现“N”关系形态，虽然模型的系数都通过了显著性检验，但是方程没有实数解，所以不存在拐点值，也就没有办法进一步判断工业用水量将在何处出现转折，和全国组别类似，近似地认为工业用水量与经济增长之间呈现单调递增的关系，工业用水量随着经济增长而增加，与全国组别中的中部省份相比较，所有8个省份的当前关系形态完全一致。

西部组别中的Y3和Y2两项都没有通过显著性检验，Y项通过了检验，工业用水量与经济增长之间满足单调递

增的关系，工业用水量随着经济增长而增加，于是面临经济增长与工业用水量增加的“两难”困境，与全国组别中

的西部省份相比较，所有12个省份的当前关系形态也完全一致。

全国及东中西部组别的工业用水量与经济增长的关系形态可以从图3中清楚地看出。

强度与经济增长之间呈现倒“N”型关系形态，系数都通过了显著性检验，同时，存在两个拐点，分别为41 476元和56 076元，当人均GDP小于41 476元时，工业用水强度随着经济增长而下降，当人均GDP大于41 476元，并且小于56 076元时，工业用水强度随着经济增长而上升，当人均GDP大于56 076元时，工业用水强度又会随着经济增长而下降。全国组别的31个省份中，河北、辽宁、福建和山东等24个省份处于曲线的一次下降段，其中辽宁、福建和山东3个省份的人均GDP比较靠近第一个拐点，随着经济增长，工业用水强度将会较快的进入曲线的上升段，前景不容乐观，进入经济增长与工业用水强度增加的“两难”困境，而剩下的省份也将陆续进入曲线的上升段；江苏、浙江、广东和内蒙古4个省份处于曲线的上升段，其中江苏和浙江2个省份的人均GDP比较靠近第二个拐点，随着经济增长，工业用水强度不久会跨过拐点，处于曲线的二次下降段；目前，只有北京、天津和上海3个省份处于曲线的二次下降段，获得了经济增长与工业用水强度下降的“双赢”，除了江苏和浙江会很快跨过拐点，进入“双赢”形态之外，其他省份在短时间内都将经历着经济增长与工业用水强度上升的“两难”困境。

东部组别中，工业用水强度与经济增长之间呈现倒“N”型关系形态，虽然系数通过了显著性检验，但是方程却没有实数解，所以没有办法进一步判断工业用水强度变化的拐点，可以近似地认为工业用水强度与经济增长之间呈现单调递减的关系，随着经济增长，工业用水强度将会下降。

中部组别中的Y3的系数没有通过显著性检验，但是Y2系数通过了显著性检验，并且系数为正值，所以工业用水强度与经济增长之间呈现“U”型关系形态，拐点值为22 642元，当人均GDP小于22 642元时，随着经济增长，工业用水强度会下降，而当人均GDP大于22 642元时，工业用水强度随着经济增长而上升，虽然安徽和江西2个省份目前处于曲线的下降段，但是距离拐点很近，随着经济增长，很有可能进入经济增长与工业用水强度上升的“两难”困境，是否处于这一困境，当然也会受到产业结构、技术变化等因素的影响。

西部组别中，工业用水强度与经济增长增长之间呈现倒“N”型关系形态，存在两个拐点，分别是21 209元和36 672元，当人均GDP小于21 209元时，工业用水强度随着经济增长而下降，当人均GDP大于21 209元且小于36 672元时，工业用水强度会随着经济增长而上升，当人均GDP大于36 672元时，工业用水强度将会随着经济增长而再次下降。西部组别12个省份中，广西、四川和贵州等6个省份处于曲线的一次下降段，其中广西和四川的人均GDP比较接近第一个拐点，将进入经济增长与工业用水强度上升的阶段，而其他省份也会陆续进入这一阶段；重庆和陕西等5个省份处于曲线的上升段，距第二个拐点较远，所以短时间内将面临经济增长与工业用水强度上升的“两难”形态；只有内蒙古处于曲线的二次下降段，处于经济增长与工业用水强度下降的“双赢”形态。

全国及东中西部组别的工业用水强度与经济增长的关系形态可以从图4中清楚地看出。

3.3 进一步分析

从前文分析可知，不论绝对指标，还是相对指标，工业用水与经济增长之间的关系形态都是多样化的，关系形态与指标选择和区域范围存在密切的关系。在EKC实证研究中，大都选择污染物的绝对指标[15-17]，而不是选取单位产出的污染物排放或是单位面积的污染物排放等相对指标，绝对指标和相对指标的选择会影响到变量的关系形态；区域范围的大小，同时伴随着全国政策与地区政策的差异性，也将影响到曲线的形状与拐点位置[18]。东部地区社会经济发达，较高的产业集聚效应和管理技术水平，产生规模经济效应，单位水资源投入的产出较高，同时地方的财政能力和固定资产投资能力更强，水资源的二次利用能力和工业用水重复利用率更高，同时，第三产业的比重在不断的增加，第二产业比重基本保持稳定或下降，加上节水技术的采用、水价上升压力以及政府严格限制水资源取水许可制度，导致工业用水量在减少或是工业用水强度在下降；而中西部地区在管理技术、地方财政能力以及承受的人口环境压力等方面与东部发达地区存在较大的差距，导致出现面临经济增长与工业用水量增加（工业用水强度增加）的“两难”困境。

对EKC的多种关系形态的解释有很多，可以将部分解释用于分析工业用水与经济增长之间的关系，从需求的收入弹性角度[19]、规模效应、结构效应和技术效应[20]、“污染天堂”假说[21]和市场机制因素[22]等等。本文采用规模效应、结构效应和技术效应解释工业用水与经济增长之间的关系形态，规模效应是指随着经济的发展，企业会增加对水资源的需求；结构效应是指随着经济增长，资源密集型产业会向技术密集型和服务业产业转移，从而减少工业用水，同时，工业经济内部结构也会发生变化，由于水价的提高和政府对水资源利用的管制等影响因素，用水效率低的部门逐渐向用水效率高的部门转移，企业也会主动地提高用水效率，从而减少工业用水量；经济增长产生结构效应的同时，也会推进技术进步，由于高技术的采用，工业用水重复利用率会提高，减少工业用水量，从而工业用水强度也会下降。规模效应会增加工业用水，而结构效应和技术效应会减少工业用水量，国家或者地区工业用水量的变化受到三个方面的综合影响，当规模效应强于结构效应与技术效应时，工业用水就会随着经济增长而增加，当规模效应弱于结构效应与技术效应时，工业用水就会随着经济增长而减少，能源（资源）消耗变化因素即被分解为规模效应、结构效应和技术效应[23]。

4 结论与建议

本文基于2002-2010年省际面板数据，按照三分法将31个省份分为东部组别、中部组别和西部组别，分组研究工业用水（绝对指标和相对指标）与经济增长之间的关系，得到如下结论：

第一，工业用水与经济增长之间呈现不同的关系形态，与指标选取和区域范围具有密切的关系。从工业用水绝对指标来看，全国组别、东部组别、中部组别和西部组别分别呈现“N”型、倒“U”型、“N”型和单调递增的形态；从工业用水相对指标（工业用水强度）来看，全国组别、东部组别、中部组别和西部组别分别呈现倒“N”型、倒“N”型、“U”型和倒“N”型的形态，所以工业用水与经济增长之间的关系并不是唯一的，而是多样的，这也证明了同时选择绝对指标和相对指标，并且进行分组研究的必要性。

第二，从工业用水的绝对指标来看，全国组别、中部组别和西部组别都没有拐点，认为工业用水与经济增长之间呈现单调递增的关系，只有东部组别存在拐点，同时，只有北京、天津和上海跨过拐点，取得了经济增长与工业用水下降的“双赢”。从工业用水的相对指标来看，全国组别中，24个省份处于曲线的一次下降段，其中辽宁、福建和山东前景不容乐观，将很快进入经济增长与工业用水强度增加的“两难”困境，剩下的省份也将陆续进入上升段，4个省份处于曲线上升段，其中，江苏和浙江将很快跨过拐点，进入曲线的下降段，当前，只有3个省份处于曲线的二次下降段，获得经济增长与工业用水强度下降的“双赢”；东部组别没有拐点值，被视为单调递减的关系；中部组别中，只有安徽和江西处于曲线的下降段，但是前景不容乐观，会很快跨过拐点，和剩下的省份一样，面临着经济增长与工业用水强度增加的“两难”困境；西部组别中，6个省份处于曲线的一次下降段，随着经济增长，其中广西和四川将进入曲线的上升段，剩下的省份也将陆续进入这一阶段，5个省份处于曲线的上升段，短时间内仍将处于经济增长与工业用水强度增加的“两难”困境，当前，只有内蒙古处于曲线的二次下降段，获得经济增长与工业用水强度下降的“双赢”。

基于以上分析，得出如下建议：①各地区在发展经济的同时，要注重产业结构的优化升级，由耗水多的劳动—资本密集型向耗水少的技术—知识密集型转变，以及国家和企业都得加大技术研发，提高工业用水的效率；②国家的相关政策要向中西部倾斜，缩小中西部地区与东部发达地区的社会经济差距，对工业用水的下降起到正向促进作用；③部分地区工业用水伴随着经济增长而下降，而某些地区却随之增长，所以不能忽略环境管制、水价因素、区域间产业转移和“虚拟水”战略等对工业用水下降所起的作用，应该采取多种措施走出经济增长与工业用水增加的“两难”困境，同时，也给我们一个积极的信号：工业用水不会一直增加，在跨过某个转折点后，会出现停止增长，甚至下降的趋势。

（编辑：常勇）

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