资源型城市工业“三废”的环境库兹涅茨曲线实证分析——以邢台市为例

翟兰英，赵彦红，王艳超，朱 琛，李玉平

（邢台学院资源与环境学院，河北邢台 054001）

20世纪50年代，经济学家Kuznets提出了库兹涅茨假说，用来分析人均收入水平与分配公平程度之间关系。1993年Panayotou借用库兹涅茨假说，首次提出环境库兹涅茨曲线，研究人均收入与环境污染间的关系[1]。该理论假定：如果没有一定的环境政策干预，一个国家或区域的环境污染随着经济的增长先恶化，越过转折点后逐步改善，即环境污染变动与经济发展变动趋势间呈现倒“U”型关系。随后，国内外关于EKC假说的相关研究大量涌现[2-5]。在大量的EKC实证研究中，除了呈现常规的倒“U”型曲线关系外，还出现了诸如同步关系、“U”型关系、“N”型关系和倒“N”型关系等[6-8]。

近几年关于经济发展与环境污染方面的实证研究中，常宁等（2010） 基于环境库兹涅茨曲线假说，运用上海市 1981～2007年数据分析工业污染与经济增长之间的关系，并通过因素分解法找出上海市经济发展过程中工业污染的主要影响因素[9]；杨丽霞（2010） 经过实证调查数据分析：浙江省污染排放工业三废指标并不符合倒U形走势，而呈现N形和向右上方倾斜的直线走势[10]；陈晓峰（2011） 搜集了1985-2009年数据，四类环境污染物质，针对经济发达地区建立经济学模型，研究四类环境污染物质和经济形势变化之间的关系和因果联系[11]；段显明，郭家东（2012） 在调查研究中搜集选取1985年以来24年数据，分析了浙江省环境污染与经济增长相关关系，并为浙江省经济增长与污染防控提出宝贵建议[12]；李红艳等（2013） 在经济学环境污染问题研究中，借助1990—2010年的统计数据，对西安市的经济增长与环境3大指标 (工业废气、废水、固体废物)之间的关系进行拟合，分析出西安市的环境质量变化主要是由经济因素引起的[13]；郭嘉铭（2015） 等分析了呼和浩特市经济增长和工业废气排放量的关系后发现，工业废气排放量与经济增长同向变动，经济发展仍属于粗放型[14]。

但到目前为止，还没有学者对邢台市的经济增长和工业污染状况进行相关研究。因此，本文试图通过邢台市2003-2015年的人均GDP和工业“三废”排放量的原始统计数据，运用环境库兹涅茨模型，结合京津冀协同发展的要求，探讨邢台市工业化进程中经济增长与环境质量变化之间的关系，以促进经济和环境的协调发展。

一、研究区概况

邢台市位于京津冀区域冀中南地区中心，东以卫运河为界与山东省相望，西依太行山与山西省毗邻，南与邯郸市相连，北分别与石家庄市、衡水市接壤。地处北纬 36°50′～37°47′，东经 113°52′～115°49′，总面积 12 486 km2。2015 年末，总人口为780.39万。该区域气候属暖温带大陆性季风气候，年平均气温13℃，年降水量558.7 mm，四季分明，土壤肥沃，矿产资源丰富。邢台市利用其独特的区位优势和优越的自然条件，经济迅猛发展。2015年国民生产总值为1764.7亿元，第一、二、三产业比重为15.6∶45.0∶39.4。邢台市是全国重要的煤炭基地和以装备制造、煤盐化工、新能源、汽车工业、新型建材为主的新型工业基地，是中原经济区的北方门户。根据资源保障能力和经济社会可持续发展能力对资源型城市进行科学分类，邢台市属于成熟型的资源型城市[15-16]。

二、数据来源与研究方法

（一） 数据来源

本文数据来源于邢台市环境状况公报（2003-2015年）[17]、河北经济年鉴 （2004-2016年）[18]、河北年鉴（2004-2016年）[19]和中国统计年鉴（2004-2016年）[20]。

（二） 研究方法

1.环境库兹涅茨曲线（EKC）理论

环境库兹涅茨曲线（EKC） 理论研究主要采用经济指标和环境指标，其计量模型最常用的是线性方程、一元二次方程、一元三次方程；在EKC实证研究中，除了呈现常规的倒“U”型曲线关系外，还出现了诸如同步关系、“U”型关系、“N”型关系、倒“U”型+正“U”型关系、“N”型+倒“U”型关系和倒“N”型+“N”型+“U”型关系等[21]。

结合邢台市经济发展与环境污染的特点，本文选取线性方程、一元二次方程、一元三次方程进行拟合，模型形式如下：

式中：i为年份，自变量xi为第i年人均GDP，yi为第i年工业废气排放量、工业废水排放量及工业固体废物产生量，作为环境污染水平的代理变量；β0为常数项，β1、β2、β3为待定系数，εi为随机变量。β1、β2、β3的取值不同，即可得到不同的经济水平和环境污染之间相关关系及曲线型态。环境库兹涅茨曲线的系数与曲线型态之间的关系见表1。

表1 环境库兹涅茨曲线的系数与曲线型态之间的关系

2.灰色GM（1，1） 预测模型

灰色预测是对某一指标在一定范围内变化的、与时间序列有关的过程进行预测，其预测的结果是该指标在未来各个时刻的具体数值。最常用的灰色预测模型为GM（1，1） 模型。在对人均GDP和工业污染物进行分析和预测时，只需要研究一个变量，因此本文选用灰色GM（1，1）预测模型。具体计算方法在此不再赘述，可参见相关文献[22-23]。

三、指标选取与结果分析

（一） 指标选取

环境污染可以从多个维度进行度量分析，基于国内外学者的共识及环境库兹涅茨假说，本文选取人均GDP作为自变量，综合反映经济增长状况，工业“三废”排放量或产生量作为因变量，综合反映环境污染状况（见表2）。

（二）拟合结果分析

依据表2中数据分别对人均GDP和工业废气排放量、工业废水排放量、工业固体废物产生量拟合线性、一元二次和一元三次曲线（表3），从拟合结果看，一元三次方程的决定系数R2最大，其可信度比线性和二次方程都高，方程的拟合程度最好，能更好地描述人均GDP与工业“三废”之间的关系，所以文中采用一元三次方程进行研究。结果表明：三个拟合方程均显示β1＜0，β2＞0，β3＜0，表明人均GDP和工业“三废”排放量或产生量之间均呈倒“N”型三次曲线关系，反映出随着经济增长，环境质量开始恶化，达到转折点后又开始改善。但是由于各自R2值有所不同，曲线走势也有所差异（见图1～图3）。

表2 2003-2015年邢台市人均GDP与工业“三废”排放指标

表3 工业“三废”排放量与人均GDP拟合方程

1.经济增长与工业废气排放量之间的关系

人均GDP与工业废气排放量拟合曲线为：y=1095.2-0.168x+2E-05x2-4E-10x3（见图 1）。从关系系数看，β1＜0，β2＞0，β3＜0，即在 2003-2015 年间邢台市工业废气排放量与人均GDP之间呈倒“N”型曲线，但处于倒“N”的中间阶段，也可以认为是先“U”型后倒“U”型的曲线，说明在经济发展的过程中，随着人均GDP的增加，工业废气的排放量将随之降低，直到到达一个转折点，之后，工业废气排放量将随着人均GDP的增加而升高，直到再到达另一个转折点，之后会随着人均 GDP的增加而降低，其中拐点分别出现在2003年和2013年，对应的人均GDP为7710元和21033元，这意味着人均GDP和工业废气的排放量的长期关系将存在。

图1 邢台市人均GDP与工业废气排放量的拟合曲线

2.经济增长与工业废水排放量之间的关系

人均GDP与工业废水排放量拟合曲线为：y=4189.8-0.2075x+7E-05x2-2E-09x3（见图 2）。从关系系数看，β1＜0，β2＞0，β3＜0，2003-2015 年间邢台市工业废水排放量与人均GDP之间仍呈倒“N”型曲线，从曲线趋势上看表现为倒“U”型的左半部分，所有散点均距离拟合曲线很近，2003年至2011年工业废气排放量随人均GDP的增加呈上升趋势，2011年以后开始呈现下降趋势。但无法预测前拐点的位置，后拐点出现在2011年，相应的GDP为19391元。3.经济增长与工业固体废物产生量之间的关系人均GDP与工业固体废物产生量拟合曲线为：y=1095.2-0.168x+2E-05x2-4E-10x3（见图3）。从关系系数以及表现出的趋势看，2003-2015年间工业固体废物产生量与工业废气排放量的曲线相似，2003-2013年间，随着经济的增长，工业固体废物的产生量呈缓慢上升趋势，2013年后开始缓慢下降，但无法预测前拐点的位置，后拐点出现在2013年，相应的GDP为20133元。

图2 邢台市人均GDP与工业废水排放量的拟合曲线

图3 邢台市人均GDP与工业固体废物产生量的拟合曲线

综上所述分析，结合邢台市经济数据和环境污染状况，结果显示人均GDP和工业“三废”排放指标之间均呈倒“N”型三次曲线关系，即工业“三废”对环境的污染程度随着人均 GDP的增加而下降，当到达一个转折点后会随着人均GDP的上升而上升，再达到一个转折点后，会随着人均GDP的上升而下降。这反映了人均 GDP和工业“三废”对环境污染的长期关系将存在。目前，邢台市已经度过了随着经济的高速发展环境不断恶化的库兹涅茨环境曲线的初期阶段，在2013年左右工业“三废”排放量达到峰值后，逐步开始下降。究其原因：第一是坚持规划引领，制定了一系列大气污染防治的相关文件，把工业企业整治、拆除燃煤锅炉、扬尘污染控制作为重点防治任务，同时开展取缔非法开采和矿山关闭、停产整治、地貌恢复等行动，实现末端治理向全过程控制、精细化管理的转变；第二，近年来，在全方位治理水环境的目标下，开展重点水污染企业专项整治，对直接排污的所有涉水工业企业进行深度治理或关停，规划工业园区，实现集中治污，严格执行区域总量和排放浓度双控制要求；第三，加强对固体废物的环境管理，加大重点企业的清洁生产审核力度，提高能源利用率，减少资源浪费和固体废物的产生量。

（三）预测结果分析

依据表2中的近几年数据，采用灰色预测GM（1，1） 模型对未来的人均GDP和工业废气排放量、工业废水排放量和工业固体废物产生量进行预测，预测公式及预测结果见表4、表5。

表4 邢台市人均GDP与工业“三废”排放量的预测公式

表4中的X分别代表人均GDP、工业废气排放量、工业废水排放量和工业固体废物产生量，k代表年份。通过对上述模型的精度进行检验，由此得到人均GDP、工业废水排放量、工业固体废物排放量的平均相对误差为0.64%、2.43%和0.08%，相对精度分别为99.36%、97.57%和99.92，均大于90%；工业废气排放量的平均相对误差是12.85%，相对精度为87.15%，仍大于80%，上述预测模型可信，预测值可用。

表5中的预测结果显示：未来的人均GDP逐年增加，而工业“三废”排放量或产生量会逐年下降。到2020年，人均GDP增至26975元，工业废气排放量、工业废水排放量、工业固体废物产生量分别下降到2970.58亿标立方米、9397.49万吨和632.23万吨。随着经济发展，未来的人均GDP逐年增长是必然的；对于工业“三废”排放量或产生量来说该预测是基于现有的产业结构、生产工艺流程以及配套控制和处理设施而展开的。但由于经济发展方式转变，政府制定的重点污染企业整治、加强清洁生产等各类政策措施不断落实，邢台市工业“三废”的排放会继续好转。

表5 2016-2020年邢台市人均GDP与工业“三废”排放量的预测值

四、结论与讨论

（一） 结论

本文利用邢台市2003-2015年经济、环境数据，通过对邢台市的工业“三废”与经济增长关系进行实证分析，得出邢台市工业污染物的EKC曲线不符合倒“U”型关系，而是属于倒“N”型三次曲线关系。由于各自R2值相差较小，曲线走势比较相似。其中工业固体废物产生量与人均GDP的拟合度最高，其次是工业废气排放量，最低的是工业废水排放量。分析结果总体显示经济增长与工业“三废”对环境的污染程度之间，在经济增长的早期，环境质量会随之改善，当经济增长到一定程度时，环境质量开始恶化，越过转折点后环境质量再次改善。

预测结果显示：未来的人均GDP逐年增加，工业“三废”的排放量或产生量逐年下降。政府在重视经济发展的同时，需要继续加大环境保护力度，保证经济和环境协调发展。

（二） 讨论

根据以上对邢台市经济发展与环境质量关系的实证分析，从经济发展和环境保护两方面提出建议，来协调经济与环境的关系。第一要制定科学、循环发展的经济目标。从上述分析可以看出，邢台市经济迅速发展的同时，也给环境带来了严重的影响。从长远来看，想要实现经济和环境的可持续发展，必须摒弃以环境为代价的经济发展模式，发展循环经济。第二应推动能源产业结构优化升级，调整轻重工业比例。对以采矿业为主和高耗能、高污染和低收益的产业进行改善，走新型工业化道路，并加快发展第三产业。第三加强环境治理，完善法律法规体系。政府要继续加大对环境治理的投入力度，进一步完善环保投入机制和法律法规，严格控制企业的污染物排放。依据污染物排放达标的要求，政府应建立完善的奖惩机制，健全市场体制。第四应注重科技发展，采用先进生产技术开展企业清洁生产试点，积极开发和推广资源节约、发展高新技术，推进企业节能减排，增强环保意识，从源头控制污染。

本研究只选取了2003-2015年的环境经济数据，时间序列不是很长，因此对模拟结果会产生一定影响。由于数据和指标选取不同、时间周期不同，分析结果也会存在差异。目前邢台市的经济发展正处于稳步上升阶段，应遵循国家对京津冀协同发展的要求，着力加大环境治理的力度，使其经济快速发展同时又很好地控制环境污染。后续将会对邢台市环境质量进一步关注，对EKC曲线的变化机制方面进一步研究。