基于脱钩与VEC模型的唐山市经济发展的环境响应分析

韩瑞玲，张秋娈，朱绍华

河北师范大学 旅游系，河北 石家庄 050024

基于脱钩与VEC模型的唐山市经济发展的
环境响应分析

韩瑞玲，张秋娈，朱绍华

河北师范大学 旅游系，河北 石家庄 050024

论文以脱钩模型为工具，判定了1992年—2014年唐山市经济发展的脱钩状态轨迹演化，结果表明：1992年—2014年，唐山市经济发展与污染物排放之间共有11个年份表现为强脱钩状态，2个年份表现为弱脱钩状态，证明唐山市经济增长过程中，环境压力主体呈现下降或是缓慢增长状态。通过Johansen协整检验和向量误差分析（VEC）挖掘经济与环境各指标间的相互作用关系，结果表明：GDP是影响工业SO2排放的直接原因；GDP与化学需氧量、工业SO2之间保持均衡关系，有利于唐山经济与环境的协调发展；而保持GDP与工业烟尘排放量的均衡关系，则不利于各变量指标的增长，表明唐山经济的增长一定程度上还是依赖于物质的投入和排放。

环境效应；脱钩；因果分析；VEC；唐山

一、引言

经济发展的环境响应问题在近些年来被持续高度关注。一方面，经济发展不能摆脱对自然资源的依赖，持续对资源和环境要素保持索取姿态；另一方面，环境对经济发展的反作用使得环境恶化和资源减少的态势未有根本改观。随着经济发展的要素化及高级化，环境响应的表现也逐步综合化和复杂化。经济新常态下，各国更加重视经济发展模式转轨与经济增长方式转变，强调用价值机制取代价格机制，把经济发展的目标定位于资源的优化配置与优化再生，以达到提质增效的目的。2008年以来，以“自然资本的非减化”为目标的可持续发展已成为世界各国的发展方向[1]。2012年，党的“十八大”报告提出要把资源消耗、环境损害、生态效益等纳入国民经济与社会发展的评价体系，提出构建包括生态文明在内的五位一体的新发展布局。作为人地关系研究的重要内容[2]，经济发展的环境响应研究在保持着其魅力的同时，又为社会及学术发展提出了新方向和新目标。

资源型城市是我国城市体系中最重要的部分，在提供初级资源产品、构建国家工业体系、支持现代化建设等方面做出了巨大贡献[3]，但也产生了诸多弊端，如城市经济结构不合理、自然环境破坏、就业压力沉重、社会民生问题突出等，使得资源型城市的可持续发展面临着严峻挑战。资源型城市经济发展对资源的惯性依赖，使得其资源环境压力会继续增加，进而制约城市的现代化进程。学者对资源型城市转型及其可持续发展问题的研究较系统[4-5]。但由于各资源城市的发展条件不一，具体的发展轨迹也有差异，因此有必要针对于不同类型的资源型城市经济-环境相互作用和系统耦合的研究基础，分析环境变化对人类活动压力的具体响应，探讨资源型城市实现可持续发展的机理及应对行动[6]。唐山是具有百年开采历史的综合型特大资源型工业城市，其依煤建市、因钢兴市，被誉为中国近代工业的摇篮。一直以来，唐山以钢铁、水泥、陶瓷、煤炭等传统资源型产业为主，钢铁产量约占全国总产量的12.5%左右，整体产业可持续发展能力弱。2013年，中国首次界定了262个资源型城市，唐山市是河北省唯一被定性为再生型的资源城市，其面临的主要任务是在有效经济转型的基础上，达到经济发展与环境的和平共处。

本文首先对唐山已有的经济运行轨迹进行判定，分析环境对经济发展与的响应表现，并以此作为判定经济与环境关系的重要切入点，对典型资源型城市的经济发展轨迹及其环境响应表现做以系统分析。为理清此关系，本文引入脱钩理论[7]。“脱钩”指经济活动的环境冲击逐步减少的过程，表征经济与环境之间的压力关系[8]，既包括去物质化，也包括去污染化[9]。脱钩理论根据研究结果将脱钩状态分类，进而判定经济与环境的具体关系[10]。国内外学者利用脱钩理论研究了一些经济发展与环境保护的关系问题，如经济走势对CO2排放的影响[11-12]、经济发展对资源利用的影响[13-14]、产业发展与环境关系[15-16]、人口与土地利用关系[17]，以及生态效率问题[18]等。能源利用效率的提高、工业结构的转变、技术的进步会有效改善区域经济与环境的脱钩状态关系[19]。利用脱钩分析，能够为区域发展、消费[20]和投资提供有效决策。积极的脱钩发展模式能有效降低对资源的依赖，降低生产成本，增强企业或区域的风险抵抗力和市场竞争力，还可以产生巨大的综合效益，如降低社会公共部门和企业的运行成本、提升整体环境质量、创造就业岗位等[21]。

经济学理论指出，传统的经济模型表述的变量之间存在一种“长期均衡”关系，但实际经济数据却是由“非均衡过程”生成的。经济发展与自然环境之间的关系在经济永恒前提的规律下保持着长时期关系，但并非绝对平稳。向量误差修正模型（Vector Error Correction Mode，VEC）则是对这种非均衡过程进行修正，使非均衡的动态数据逐步保持长期均衡过程。

本文利用脱钩模型和向量误差修正模型，对唐山市经济发展的环境效应进行了验证。首先，文章选用GDP指标反映经济状况，并构建了复合的污染排放指标，以表达研究区域的环境响应状态，从去污染的角度使用脱钩模型判定了唐山市经济发展与污染排放的总体脱钩状态变化。其次，利用VEC模型对指标进行单独分析，一是为了探明唐山市经济发展进程中的环境效应不同驱动因子的作用情况及各因子间的时间作用关系，二是判定指标间的相互调整表现，对比判定污染物综合发展走势与个体指标判定的趋势是否一致，充分发掘唐山市经济转型的机理并积极解决问题。

二、研究方法

（一）脱钩分析方法

本文运用Tapio脱钩指标模型进行污染物排放的脱钩状态分析，该模型是在OECD脱钩模型基础上发展起来的，并采用“脱钩弹性”重新定义了脱钩概念并对脱钩类型进行了细分[10]。具体脱钩模型如下：

式中，ε为脱钩弹性；GDP为区域经济总产值；EP为污染物排放量，选择化学需氧量（COD）、工业二氧化硫（SO2）排放量、工业烟尘（DUST）排放量3个指标，在进行数据归一化处理后，利用熵权法[22]，对3个指标进行赋权，得到污染物排放量的复合指标。依据指标发展状况及脱钩弹性值的不同可将脱钩类型分为6类（表1）。

表1 脱钩分类及解释

（二）向量误差修正模型（VEC）

1．单位根检验

具有经济属性的时间序列随机事件具有唯一性，该过程不可重复。对研究区各变量的时间序列进行单位根检验，主要验证各变量数据是否平稳[23]。若时间序列数据的均值、方差和协方差等不随着时间变化而变化，则该序列就是平稳序列，其在进行时间序列分析时不会产生“伪回归”现象[24]。各个变量序列为I（1）阶单整变量，是构成协整检验和误差修正模型的基础。

2．Johansen协整检验

一些时间序列经过组合后改变了原来的非平衡状态，变量之间存在着某种长期稳定的比例关系，即协整关系。协整检验主要检验非平稳序列的回归方程所描述的因果关系是否为伪回归，如果存在显著协整关系，则不是伪回归。反之亦然。Johansen检验是一种进行多变量协整检验较好的方法，其检验统计量主要有迹（Trace）统计量和最大特征值（Max-Eigen）统计量。由于Johansen检验是以VAR模型为基础的检验回归系数的方法，因此需要首先构建变量组的VAR模型，确定最优滞后阶数[25]。

3．Granger因果关系检验

Granger因果关系检验可以用来确定经济变量之间是否存在因果关系以及影响的方向。在进行因果检验之前，也需要对数据进行单位跟检验。该检验给出了每个内生变量相对于其他内生变量的格兰杰因果检验（Granger Causality）结果和相应概率值。Granger因果关系的检验思想为：如果X的变化引起了Y的变化，则X的变化应当发生在Y的变化之前。假设要检验变量X与变量Y之间的因果关系以及这种关系影响的方向，需要构建如下的检验回归方程：

其中，假定随机误差项ut和vt之间是不相关的。Granger因果关系检验的原假设是：“X不是引起Y变化的Granger原因”或“Y不是引起X变化的Granger原因”。对于上述检验回归方程的估计结果可分4种情况讨论：①存在从X到Y的单向因果关系。②存在从Y到X的单向因果关系。③存在从X到Y的双向因果关系。④X和Y之间不存在任何的单向因果关系。

4．向量误差修正模型（VEC）

VEC是对VAR（Vector Auto-regression Mode，矢量自回归）模型中变量间存在的协整关系进行修正的模型，该模型只能应用于具有协整关系的序列[23]。基于协整关系得到的误差修正项反映了变量之间长期均衡关系，即对长期均衡的偏离可以通过一部分短期调整而得到修正。误差修正模型的基本形式为：

（4）式中，△代表差分；ecmt-1=β'yt-1为误差修正项（β’为协整向量矩阵的转置形式），是VEC模型最核心的部分，其决定了长期均衡的趋势。α反映了变量之间偏离长期均衡状态时的被调整速度，即误差修正项的系数估计值；各解释变量的滞后差分项△yt-i的系数Γi等反映了各变量的短期波动对△yt的影响；εt为残差，其均值为零；p为差分解释变量的最优滞后阶数，由AIC、SC最小准则及LR检验来决定。

VEC模型在计算时将变量的原始值和变量的差分有机地结合并建模。从短期看，被解释变量的变动是由较稳定的长期趋势和短期波动共同决定的。短期内系统偏离均衡状态程度的大小直接导致波动振幅的大小。从长期看，协整关系式主要起到将非均衡状态拉回到均衡状态的引力线作用。

三、研究结果

（一）脱钩分析结果

1992年—2014年，唐山市GDP呈现增长趋势，年均增长7.96%；污染物排放（EP）呈现波动上升态势，年均增长5.7%。GDP与污染物排放（EP）之间主要以强脱钩状态为主（表2），共11个年份表现为强脱钩（占比47.82%），2个年份表现为弱脱钩（占比8.70%），各有5个年份表现为扩张负脱钩和衰退脱钩（各占比21.74%）。强脱钩和弱脱钩共13年。证明唐山市经济增长过程中，资源环境的压力主体呈现下降或是缓慢增长状态。脱钩状态的变化规律性不突出，主要受到GDP增长率和污染物排放（EP）增长率共同作用。

研究期内，按照经济增长，资源环境水平下降的判定标准，唐山市大多年份均表现出强脱钩状态。说明唐山的经济增长基本上能遵循保护环境的基本规律，使得经济与环境的矛盾能够相对缓和。在强脱钩的11个年份中，GDP在1994年增幅最高，主要因为唐山自1993年产权制度改革拉开帷幕，股份制经济从无到有，市场经济体系逐步建立，区域间要素流动逐步频繁。通过市场的调节，生产要素逐步向优势产业集中，工业增加值增长迅速。企业数量与规模逐步壮大，涌现出诸多知名企业。且此时主要工业产品如生铁、粗钢、钢材等产能表现出高速扩张趋势，带动了经济的整体发展。同样，在强脱钩年份中，污染物排放（EP）在2001年降幅最大，达到-16.14%。主要因为从2011年开始，化学需氧排放量（COD）相对之前大幅降低，环境压力短期内有所降低。

弱脱钩的年份有1995年、2005年，这两个年份EP增长率呈正增长。1995年市场经济的强有力带动，钢铁、电力、化工、建材等工业成为经济增长的主要力量，资源要素大量进入生产环节，工业污染排放量随之增加。2005年，唐山市重工业快速增长，对能源消耗量极大，轻重工业比重达到7.3∶92.7。

对于1996年、1997年、2000年、2003年、2011年这5个年份呈现扩张负脱钩状态，经济有所增长，但环境排放也大量增加。其中1996年、2000年因为工业SO2排放量均大幅增长，1997年化学需氧排放量（COD）增幅较大，2003年、2011年工业烟尘排放量（DUST）增幅明显，这其中一部分是因为经济发展的需要，另一部分是因为统计口径的差异。

1999年、2009年、2012年—2014年表现为衰退脱钩，主要受GDP负增长导致。20世纪90年代初，唐山市经济发展正处于震后重建的高潮期，国家的各项支持力度也很大，再加上唐山市的工业结构特征，其工业产品的市场前景非常广阔。但是，由于受亚洲金融危机和我国调整外商投资减免税政策影响，唐山市吸引外资连续几年出现较大幅度下降，合同外资由1993年的2.7亿美元减至1997年的1.2亿美元，1998年到2001年合同外资均未突破亿美元，经济活力受到影响。2009年的衰退脱钩主要因为受到2008北京奥运会的滞后影响。2012年后受到基于环境治理的结构改革的影响，以及2012年初爆发的钢贸信贷危机，更是造成行业资金紧张，钢铁市场价格持续低位运行，连带影响了2012年—2014年唐山GDP呈现下降走势。

研究期内，污染物排放（EP）变化率大多表现为负增长，仅有少数年份为正增长。所以，证明了总体上唐山物质资源投入量是在逐步下降的。

（二）VEC模型检验结果

1．单位根检验

首先，对4个指标进行对数化处理得到lnGDP、lnCOD、lnSO2与lnDUST，之后进行单位根检验（表3）。4个指标的一阶差分的t检验值均小于其5%水平下的临界值，通过了一阶单位根检验，说明其序列具备平稳性，不含有单位根，具备协整检验的条件。

表3 单位根检验结果

2．Johansen协整检验

建立包含lnGDP、lnCOD、lnSO2与lnDUST 4个指标的VAR模型，并进行Johansen协整检验（表4）。第一个假设为“存在零个协整关系”，该假设下的迹统计量54.046大于5%临界值47.856，因此拒绝原假设，认为至少存在1个协整关系。第二个假设为“至少存在1个协整关系”，接受原假设，认为存在1个协整关系，具备了VEC模型的条件。

表4 Johansen协整检验结果

3．Granger因果关系检验

建立包含lnGDP、lnCOD、lnSO2与lnDUST的4个指标的序列组，以进行Granger因果关系检验（表5）。结果显示，GDP是影响SO2的直接原因，但是SO2并不能对GDP产生直接影响。而COD、DUST指标与GDP之间并未发现明显的因果关系。说明，经济与环境指标之间的作用关系是个复杂的过程，包含了诸多要素和流程，并非简单的互相影响。

表5 Granger因果关系检验结果

（三）VEC模型检验结果

通过VEC模型，得到唐山经济发展与污染物排放关系发展的长期协整方程（5）和误差修正曲线（图1）。

e c mt-1=△l n G D P-0.7 4 3△l n C O D-3.190△lnSO2+0.278△lnDUST+12.647 （5）

图1 唐山市COD、工业SO2、工业DUST排放量与经济发展的VEC模型误差修正项曲线

经济增长GDP与COD、工业SO2排放量、工业DUST排放量指标之间存在长期均衡关系，且此关系围绕零值均线持续波动（图1）。1995年—1999年间，误差修正项的波动幅度较大，且1996年、1999年的误差修正项的绝对值表现最大，表明该时期短期波动偏离长期均衡关系比较大。2000年后，误差修正项曲线走势逐步靠近零均值曲线，长期均衡关系逐步稳定。在2005年之后，表现为先降后升的波动状态，到研究末期，误差修正项的绝对值又逐步增加。总体上，研究初期、末期波动幅度较大，研究中期波动幅度较小。

对误差修正项曲线进行变换，令ecmt-1等于0，则公式（5）可以推导为：

△lnGDP=0.743△lnCOD+3.190△lnSO2-0.278△lnDUST-12.647 （6）

可见，保持GDP与COD、工业SO2排放量的均衡关系，对各变量的增长有促进作用；而保持GDP与工业DUST排放量的均衡关系，则对各变量的增长有抑制作用。实际上，1992年—2014年期间COD与工业SO2排放量则呈现波动下降趋势，而工业DUST排放量呈现波动上升表现。这也进一步表明了COD和工业SO2在经济发展中的促进作用，说明唐山经济增长一定程度上还是依赖于物质的投入和排放。

进一步，利用计量经济软件，模拟了唐山经济与环境各指标相互作用的VEC模型短期校正方程关系式（7）～（10）：

lnGDP的短期变动由两部分组成：一是由于前期4个指标偏离长期均衡（ecmt-1）的影响；另一部分是由于GDP、COD排放量、工业SO2排放量、工业DUST排放量各个指标当期的短期变动。由式（7）可以看出，存在的1个协整向量ecm以-0.044的速度对前期的4个指标向长期均衡状态进行调整。

由于指标存在滞后期影响，各指标在前1期和前2期的变化对指标的影响也有差异。GDP、COD的前1期变化（△lnGDPt-1、△lnCODt-1）对lnGDP本期（△lnGDPt）的变化有正向促进作用，而工业SO2、工业DUST排放量（△lnSO2t-1、△lnDUSTt-1）的前1期变化对lnGDP本期的变化呈现抑制作用；同时，COD的前2期变化（△lnCODt-2）对lnGDP本期（△lnGDPt）的变化有正向促进作用，而GDP、工业SO2排放量、工业DUST排放量（△lnGDPt-2、△lnSO2t-2、△lnDUSTt-2）的前2期变化对lnGDP本期的变化呈现抑制作用。说明唐山的经济发展受到经济和环境要素的耦合作用影响，但呈现滞后效果，由于VEC模型的参数估计值整体比较小，接近于0，所以滞后作用表现不明显。同理可得到对于方程（8）、（9）、（10）的解释。

四、结论与讨论

本文利用脱钩模型和VEC模型，对1992年—2014年唐山市经济发展中的环境响应问题进行了分析。本文研究周期较长，共23年时间，这保证了脱钩状态的长期稳定性、趋势的客观性。利用脱钩分析，重在分析经济与环境作用的结果状态；利用计量经济学分析方法，重在分析各个指标的微观时间作用关系。本文具体研究结果如下：

1．1992年—2014年，唐山市经济发展GDP、污染物排放EP指标均呈现增长趋势。研究期内，GDP与EP之间共有11个年份表现为强脱钩状态，2个年份表现为弱脱钩。表明在唐山市经济增长过程中，资源环境的压力主体呈现下降或是缓慢增长状态。

2．Granger因果关系检验结果显示：GDP是影响工业SO2的直接原因，但是SO2并不能对GDP产生直接影响。而COD、工业DUST指标与GDP之间并未发现明显的因果关系。

3．误差修正曲线表明：GDP与COD、工业SO2排放量之间保持均衡关系，有利于唐山经济和环境的协调；而保持GDP与工业DUST排放量的均衡关系，则不利于各变量指标的增长。误差修正项曲线的波动趋势为研究中期波动幅度较小，研究初期和末期波动较大。

4．短期校正方程结果说明唐山的经济发展受到经济和环境要素的耦合作用影响，但经济、环境各指标对经济发展的影响有滞后作用，由于VEC模型的参数估计值整体比较小，所以滞后作用表现不明显。

5．脱钩结果与误差修正项结果均显示：随着经济发展，唐山的环境压力呈逐步减小趋势。

基于上文研究结果，本文对唐山市的经济发展提出了建议：

1．通过结构转型继续降低环境压力。受资源环境条件的制约，唐山市传统工业发展的可持续性受到极大挑战。1992年—2014年，唐山市第二产业的比重平均值为49.90%，其中以煤炭、铁、石油等为主的采选业的增加值所占比重最大。同时，唐山产业结构多样化指数23年呈现下降趋势。因此，应加大对能源、物质利用的结构优化和方式改造，加快产业结构转型升级，加速污染企业向郊区的搬迁；取缔重污染、低效耗能的企业；积极发展现代服务业，如物流、旅游等，如可利用“北方瓷都”的工业优势，以丰富的陶瓷文化为基础，发展唐山市陶瓷工业旅游；利用配套齐全、技术基础好的优势，强化装备制造业，打造区域支柱产业，使唐山由工业品制造中心转变为对区域进行流通、金融、科技、信息支持的经济中心；培育发展战略性新兴产业，可依赖曹妃甸地区，积极发展海洋产业；同时，还应重视产业之间的融合发展。

2．通过技术升级提升资源利用率。唐山市在新中国成立之初，得到了国家和各地区的人力、技术等多因素的支持，其工业基础相对较完备。但是其技术效应的带动作用不明显，技术进步速度落后于市场需求，使得对资源的依赖并未在短期内迅速降低。技术创新、高效率的生产方式才能真正实现技术脱钩的必需途径。因此，应重视传统产业的绿色转型，提高科技水平的研发和转化。还可利用技术提高二次资源利用率，如煤矸石发电、制砖技术、低品位矿石堆浸技术，以及从废液、烟尘中回收稀散元素的技术等。

3．通过规模经济效应保持经济-环境的长期均衡关系。唐山市在工业产业规模方面具有较大优势，但随着市场需求转化，产业结构调整的规模效应发挥需更加充分。因此，应重视由产业节点向产业链条转变，由产业分散发展向产业集群发展转变，发挥比较优势。发挥传统产业的技术密集优势和新兴产业的资本密集优势，提高规模效应。重视区域规模效应，唐山市作为京津冀区域东北地区的副中心，应主要加强与京津功能分工和配套协作，有效吸纳区域要素转移。未来，应增强规模效应发挥作用的力度，使得经济与环境的关系越来越和谐，避免先污染、后治理的“相对脱钩”转嫁。

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（责任编辑：周吉光）

HAN Rui-ling, ZHANG Qiu-luan, ZHU Shao-hua

Hebei Normal University, Shijiazhuang, Hebei 050024

First, the article adapts the decoupling model, and terminates the evolution of the decoupling state trajectory of Tangshan economic development from 1992 to 2014. The results illustrated that altogether 11 years showed a strong decoupling state, 2 years showed weak in the economic development and pollutant emissions of Tangshan City, which proves that in the process of economic growth, environmental pressure subjects showed decline or slow growth. Johansen co-integration test and vector error analysis (VEC) are used to explore the interaction between economic and environmental indicators, and the results show that GDP is the direct cause of industrial SO2emissions, maintain a balanced relationship with chemical oxygen demand and industrial SO2is benefit for the coordination between economic and environment. While, maintain the equilibrium relationship between GDP and industrial soot emissions is not conductive to the growth of the variable index, indicating that to some extent, the economic growth of Tangshan depends on material inputs and emissions.

environmental effects; decoupling; causal analysis; VEC; Tangshan city

F403.2

A

1007-6875(2017)03-0029-07

日期：2017-03-02

10.13937/j.cnki.hbdzdxxb.2017.03.006

国家自然科学基金青年科学基金项目（41301122）。

韩瑞玲（1984—），女，河北廊坊人，人文地理学博士，河北师范大学旅游系副教授，硕士生导师，主要从事区域规划与开发等研究；张秋娈（1974—），女，河北衡水人，人文地理学硕士，河北师范大学旅游系副教授，硕士生导师，主要从事经济地理等研究。

Environmental Response Analysis of Tangshan City’s Economic Development Based on Decoupling and VEC Model