我国工业化发展水平与工业污染排放关系分析

韩扬文，李亚亚，张 信

(1.北京科技大学土木与环境工程学院，北京 100083；2.天津大学环境科学与工程学院，天津 300072)



我国工业化发展水平与工业污染排放关系分析

韩扬文1，李亚亚2，张 信1

(1.北京科技大学土木与环境工程学院，北京 100083；2.天津大学环境科学与工程学院，天津 300072)

利用陈佳贵课题组对工业化阶段划分的方法，重新确定2001～2013年我国工业化指数，分析近十几年我国工业化发展水平变化趋势；再分析工业污染物排放强度和排放总量与工业化发展水平的关系，以及工业化发展水平与工业污染物排放的耦合规律，为后续我国工业化可持续发展提供指导建议。

工业化指标；工业化发展阶段；工业化发展水平；污染排放强度指数

我国工业化是人类历史上人口参与规模最大的工业发展过程，对资源的消费和对环境的影响更为突出，因而我国工业发展所受到的资源和环境约束比世界上其他国家更为显著。与所有工业化国家一样，我国的环境问题与工业化相伴而生。然而，与其他国家工业化问题不同，我国人口基数和城市规模都较大，形成了许多诸如“雾霾”这种“城市病”的区域性环境问题，环境形势极为严峻。特别是进入21世纪，随着我国工业化进程的加快，严峻的客观现实迫切需要我们解决工业化与环境问题之间的矛盾与问题。

关于经济发展水平与污染排放关系的研究，国内外从环境经济学和可持续发展角度进行污染物排放的研究多偏向于研究单一或多种污染物排放状况与经济发展水平的关系，且通常引用环境库兹涅茨曲线(Environmental Kuznets Curve，EKC)假说进行分析。例如，Selden等[1]采用跨国面板数据计算得出4种重要空气污染指标与人均GDP呈倒U型关系，并预计未来10年全球污染排放量将会持续快速增长；Hilton等[2]对48个国家20年间汽车尾气中的铅排放量与人均GDP之间的关系进行了研究，结果表明两者呈倒U型关系；Annicchiarico等[3]采用1960～2003年的历史数据验证了意大利经济增长与CO2排放量之间存在EKC关系；Mao等[4]论证了黄河区域的农业灌溉带来的污染与经济增长关系存在倒U型曲线关系。当然，也有一些学者发现对于不同发展阶段的国家和区域而言，环境污染与经济发展并非总是存在倒U型关系[5-6]。如沈满洪等[7]与吴玉萍等[8]分别利用浙江省和北京市的经济与环境数据得出了不同的曲线特征，其中浙江省表现为N型曲线，而北京市则为显著的倒U型曲线；Galeottia等[9]利用面板数据分析得出CO2排放量与人均GDP更倾向于N型关系；Gani等[10]以生态经济角度探索水污染排放的管理模型等。综上所述，研究大多以EKC曲线为模型进行趋势研究，并没有通过曲线对各省份进行可持续发展阶段划分，也缺少水污染与经济发展协调程度的分析。

工业化阶段是一个国家或地区经济发展过程的重要阶段，对其判断同工业化的定义一样，目前尚没有形成一个公认的标准。国际上众多知名学者对工业化阶段的量化测评研究通常是从工业结构、产业结构、就业结构、人均收入水平、城镇化率等方面进行测度，主要代表人物有霍夫曼的工业结构四阶段理论[11]，西蒙·库茨涅茨的产业结构划分理论[12]，科林·克拉克的“配第-克拉克定理”根据就业结构将工业化分为初期、中期、后期3个阶段[13]，钱纳里等的人均收入六阶段理论[14]，联合国工业发展组织经济发展阶段划分法将工业分为农业结构阶段、工业初兴阶段、工业加速阶段、工业国阶段[15]，以及国内比较典型的陈佳贵课题组工业化水平综合评价法[16]，这些典型的工业化阶段量化划分方法得到了国内外的普遍认可和广泛采用。

1 研究方法

选取2001～2013年我国工业污染物排放数据、我国环境指标数据和相关的社会经济发展数据，以我国工业化发展水平、污染物排放强度和环境质量为研究对象，运用综合评价法、主成分分析、曲线拟合法等方法，全面系统地研究我国工业化发展水平与污染物排放、环境质量的关系。

1.1 陈佳贵课题组工业化水平综合评价法

陈佳贵工业化水平综合评价法是由中国社会科学研究院经济学部课题组提出的，相对而言是目前衡量我国工业化阶段的最具代表性的方法。该方法基于经典工业化理论，选取人均GDP、三次产业产值结构、制造业增加值占总商品增加值比重、人口城镇化率、就业结构等5个指标来衡量我国地区工业化进程，各个指标的阶段划分标准见表1。

表1 工业化不同阶段的标志值

注：A代表一次产业；I代表二次产业；S代表三次产业。

基于上述指标体系和各个工业化阶段的标准值，选择阶段阈值法进行指标的无量纲化，用加权合成法来构造计算反映一国或者地区工业化水平和进程的综合指数(用层次分析法确定权重)，根据工业化水平综合指数划分相应的工业化阶段(表2)。人均GDP、三次产业产值结构、制造业增加值占总商品增加值比重、人口城镇化率、就业结构权重分别为0.36、0.22、0.22、0.12、0.08。

表2 工业化各阶段的划分标准与表示方法

根据陈佳贵课题组的研究结果，2002～2010年我国处于工业化中期阶段。2010年工业化水平综合指数为66，达到工业化阶段的临界值，说明2010年我国已结束了工业化中期阶段，并在2010年之后进入工业化后期阶段。

1.2 原始数据标准化

数据标准化的实质是对数据指标直接进行无量纲标准化处理，以消除因数据指标的量纲差异而对评价结果造成的外在影响。采用z-score标准化方法，标准化以后指标变量的范围为-1～1，其形式如下：

式中，X、Y分别为原始数据、标准化后的数据；μ、σ分别为2001～2013年全国相同指标的均值和方差。

1.3 主成分分析

1.3.1 主成分确定。利用SPSS软件对标准化处理后的数据Xi进行主成分分析，得到工业化水平评价指标相关矩阵的特征值以及主成分的载荷矩阵。前两个主成分Y1和Y2的累积方差贡献率，很好地保留了原来指标的信息，可以用这两个主成分代替原来的5个指标。根据两个主成分的载荷矩阵，计算出各指标在两个主成分线性组合中的系数，并得出评价指标与两个主成分之间的线性组合：

Y1=a1*X1+a2*X2+a3*X3+a4*X4+a5*X5

Y2=b1*X1+b2*X2+b3*X3+b4*X4+b5*X5

1.3.2 权重计算。根据公式，由各指标Xi在两个主成分中的系数ai和bi以及两个主成分的方差贡献率d1、d2，得出主成分综合得分模型的系数ki，之后进行系数归一化得到各指标的权重wi。ki计算公式为：

1.3.3 构造综合评价模型。工业化水平综合指数I计算公式为：

根据以上公式，计算得出2001～2013年我国工业化水平综合指数。

1.4 污染物排放强度计算

设定全国工业大气和水污染排放指标的污染物排放强度[17]计算公式如下：

式中,Iidui，t为t年工业i类污染物(i为SO2、NOx、烟粉尘、COD、固废)的排放强度；Eidui，t为 t年工业i类污染物排放量；IAVt为t年工业增加值。考虑到数据的可获取性和连续性，选取2001～2013年相关数据进行计算。同时，为消除不同年份价格变动带来的影响，在计算过程中工业增加值水平均换算为以2001年为基期的数值。

1.5 工业污染排放总量指数计算

为了方便分析工业化多种污染物排放综合情况，设定工业化污染排放总量指数EIidu，计算公式为：

EIidu=1/5EIDSO2+1/5EID烟粉尘+1/5EIDCOD+1/5EIDNH3-N+1/5EID固废

式中，EIDSO2、EID烟粉尘、EIDCOD、EIDNH3-N、EID固废分别表示工业SO2、NOx、烟粉尘、COD、NH3-N排放量；1/5表示相应权重。

1.6 污染排放强度综合指数计算

根据污染物排放强度指数，设定工业化污染物排放综合强度指数Iidu，计算公式为：

式中，IiduSO2、Iidu烟粉尘、IiduCOD、IiduNH3-N、Iidu固废分别表示工业SO2、NOx、烟粉尘、COD、NH3-N排放强度指数；1/5表示相应权重。

2 结果与分析

2.1 我国工业化发展水平变化趋势

为便于分析我国工业化水平发展趋势，在陈佳贵课题组提出的工业化指标评价标准基础上，将产业结构指标用第二三产业产值比重(即非农产业产值比重)、第三产业与第二产业产值之比代替，就业结构指标以第二三产业就业人数比重(即非农产业就业比重)表示。总体上，2001～2013年我国工业化水平不断提高，多数指标均处于不断上升的趋势，仅制造业增加值占总商品增加值比重在近几年出现小幅度的下降(表3)。

表3 2001～2013年我国工业化相关指标[18]

陈佳贵评价法采用阶段阈值法对各指标进行标准化处理，能更好地评判工业化阶段，但是会影响各指标的整体趋势变化。因此，在综合前述方法的基础上，采用工业化最终实现标准(即进入后工业化阶段的标准)对各指标进行无量纲化，以各指标数据除以工业化实现标准值并转化为百分数得出。人均GDP、三产产值比二产产值、非农产业产值比重、制造业增加值占总商品增加值比重、人口城镇化率、非农产业就业比重的实现标准分别为60 000元/人、1、90%、60%、75%、90%。三产产值比二产产值、非农产业产值比重均反映产业结构水平，两者经指标标准化之后取相同权重得到产业结构水平得分。2001～2013年我国工业化发展水平的各项基础指标得分见表4。

表4 2001～2013年我国工业化发展水平各项基础指标得分

各项指标权重的确定采用主客观相结合的方法，首先采取主成分分析法得出各项指标的权重，之后结合陈佳贵评价法中经层次分析法得出的权重进行修正，即两者取平均，从而得出最终权重(表5)。

根据各项指标得分和权重，经线性加权之后，得出2001～2013年我国工业化发展水平综合得分。根据2001～2013年工业化发展水平得分，可以大致得出分值在50～75范围内为工业化中期阶段，75～100之间为工业化后期阶段。从工业化发展水平变化趋势来看(图1)，2001～2005年我国工业化发展水平增长相对较慢，年均增长速度约为2.3%；2005～2013年工业化发展水平增长较快，年均增长率约为3.7%。

表5 工业化发展水平各项指标权重

2.2 我国工业污染排放水平变化趋势

造成环境污染、降低环境质量的最重要因素是指最终排入环境的污染物排放量，其量的大小能相对较好地反映环境污染水平。因此，选取工业COD排放量、工业氨氮排放量、工业二氧化硫排放量、工业烟(粉)尘排放量以及工业固体废弃物排放量5类指标，来分析工业污染的综合排放水平，分别从污染物排放总量和排放强度两方面进行衡量。由图2可知，就全国整体而言，2001～2013年，随着工业化的快速发展，工业化水平的不断提高，工业污染排放总量和排放强度的综合水平总体上均呈降低趋势，其中排放强度降低趋势显著，而排放总量在“十五”期间先降低后上升，工业污染排放状况存在波动性，在2005年之后才出现较为稳定的降低态势。总体上，2001～2013年，即我国的工业化中后期阶段，随着工业化水平的迅速提高，工业污染排放水平不断降低。另外，工业污染排放总量除受工业化水平影响之外，还受到国家阶段性的环境保护控制政策影响，特别是“十一五”期间，国家开始实行主要污染物总量控制目标之后，工业化污染排放总量水平得到大幅度的下降。

2.3 工业化发展与污染物排放关系分析

相关性分析表明，工业化发展水平与工业污染排放总量的相关系数为-0.922，与工业污染排放强度的相关系数为-0.925，均在0.01水平下显著负相关。相比排放总量，排放强度与工业化发展水平之间存在更为显著的负相关性。工业化发展水平主要由结构化指标构建，而排放强度指标消除了工业发展规模的影响，从而能更好地反映与工业化发展水平的相互关系。近十几年来，我国工业化发展水平与污染物排放之间存在负相关关系，即随着工业化进程发展水平的提高，污染物排放总量有所下降，这与库兹涅茨曲线中工业化发展到中后期时环境污染的程度逐渐减缓是相符合的。也说明，当工业化发展到一定水平，各方面技术、设备、工艺以及环保措施的逐渐完善都会成为资源节约、循环利用、保护环境的有益手段。

为更好地分析工业化发展水平与工业污染排放水平之间的耦合关系，以工业化发展水平为横坐标，以工业污染排放强度水平为纵坐标进行拟合分析。由图3可知，2001～2013年，随着我国工业化发展水平的不断提高，工业污染排放强度逐渐降低，呈幂指数衰减。根据降低速度，曲线可分为两个阶段，前一阶段随着工业化水平快速上升，工业污染排放强度水平快速降低，后一阶段降低速度趋于缓慢，这也说明随着工业化发展水平的不断提高，污染物排放强度的削减潜力逐渐减小，削减难度将逐渐增大。从工业化发展阶段来看，当工业化发展水平处于50～75之间即工业化中期阶段时，工业污染排放强度降低速度较快，而进入工业化后期阶段时，工业污染排放强度降低速度减慢。现今我国已大体上迈入工业化后期阶段，工业产业结构不断优化，工业污染排放削减潜力明显降低，总体上未来污染物总量的控制应当更加注重加强产业内部结构的协调优化、提高资源利用效率和清洁生产技术水平。另外，由于我国地区工业化发展水平存在显著差异，相对而言欠发达地区工业污染排放削减有更大的潜力，应是国家工业污染防控的重点对象。根据工业化发展水平与工业污染排放强度的曲线拟合关系，在一定的工业化发展水平下，随着工业化发展水平的提高，污染排放水平将不断下降。说明伴随着工业化发展而出现的环境污染问题，其主要原因并不在于工业化发展本身，而在于粗放型的工业化经济增长方式，要解决环境污染问题，必须大力推进工业化，通过转变经济增长方式降低能耗和污染排放。随着工业化发展水平的提高，污染排放水平下降趋势减缓，这反映出工业化进程达到一定高度时，经济增长方式得到转变，在现有技术水平、环境制度体系的限制下，污染排放水平将相对稳定。在这种条件下，要实现污染排放水平的显著降低，就需要寻求新的解决途径，更新环境保护理念和战略措施。

3 结语

工业化发展引发的环境污染问题是发展中的问题，只能在不断发展中解决。我国是一个拥有13亿人口的发展中国家，发展才是硬道理，决不能因噎废食，因为没有发展的环境保护是没有意义的。我们必须正确处理好工业化发展和环境保护的关系，将两者有机结合，积极采取有效的措施降低工业化发展给环境带来的负面影响，使污染排放水平逐步降至生态环境系统可承载的范围之内，从而实现环境质量的根本转变。

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Analysis on Relationship between the Level of Industrialization Development and Industrial Pollution Emissions in China

HAN Yang-wen1, LI Ya-ya2, ZHANG Xin1

(1. College of Civil Engineering and Environmental Engineering, University of Science & Technology Beijing, Beijing 100083; 2. School of Environmental Science and Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072)

By using the method of Chen Jiagui group to determine the industrialization stage of 2001-2013, the variation trend of China’s industrialization development level was studied, and then the relationship between industrial pollution emission intensity, total amount and the level of industrialization was analyzed, as well as the coupling law between industraliztaion level and pollution emission, which will provide guidance for the sustainable development of industralization in China.

Industrialization index; Industrialization development stage; Level of industrialization; Pollution emission intensity

国家环保部“十三五”规划对外委托课题(课题一)，《我国经济形势发展和国际地缘政治格局变化对我国资源能源消耗、环境问题联动分析》。

韩扬文(1990-)，女，山西长治人，硕士研究生，研究方向：环境影响评价与环境规划。

2015-11-13

S 181.3

A

0517-6611(2015)35-108-04