煤炭资源型城市工业化与生态环境的脱钩性研究

万伦来, 曹甜甜

(合肥工业大学 经济学院,安徽 合肥 230601)

0 引 言

目前,我国共有煤炭资源型城市63座,占全国资源型城市总量的53%,以煤炭为主的能源消费结构以及粗放型的经济增长方式,使得煤炭资源型城市在推进工业化的过程中引起的环境问题成为制约其工业化发展的重要因素。因此,厘清煤炭资源型城市工业化与生态环境之间关系的影响因素,寻找促进两者协调发展的路径,是煤炭资源型城市为实现进一步发展而亟待解决的重大问题。

国内外有关工业化对生态环境影响的研究成果较为丰富。国外学者主要是应用环境库兹涅茨曲线、“压力-状态-响应”框架,揭示人类活动、工业经济发展与生态环境的相互关系:文献[1]基于142个国家1971-2007年二氧化碳的排放数据,证明二氧化碳的排放符合EKC曲线特征,表明工业化对环境的破坏只是暂时经历的一个时期;文献[2]将PSR模型用来研究新西兰的环境状况。国内学者对工业化与生态环境之间关系的探究主要包含EKC假说验证、协调度研究:文献[3]基于对中国工业经济与生态环境协调发展中存在的问题,运用库兹涅茨曲线模型对我国工业经济与环境协调发展做出评价;文献[4]发现1986-2010年我国工业发展与环境协调关系大致呈“S”型趋势,由此证明中国工业环境污染状况正逐步改善;文献[5]以中国、日本等8个国家为例,运用修正后的协调度模型,研究分析其经济社会与能源环境的协调发展特征,为其他国家未来工业化进程中实现经济与环境协调发展提供理论支撑。

“脱钩”(decoupling)一词来源于物理学领域,与“耦合”(coupling)相对,其本质是指具有响应关系的2个或以上变量之间相互关系的消亡。Tapio定义了脱钩、耦合和负脱钩的区别,并对欧盟15国1970-2001年间交通量、二氧化碳排放量与经济发展的脱钩问题进行了研究[6];文献[7]运用脱钩分析方法研究巴西的经济与二氧化碳排放的关系,表明碳强度与能源结构是减排最关键的因素;文献[8]通过脱钩理论研究中国东部地区10个省份1979-2014年能源消耗与经济增长的脱钩状态;文献[9]选取北京、天津等低碳试点城市,通过脱钩模型分析其“十五”至“十二五”期间经济规模与碳排放的脱钩状态,结果表明,除北京、青岛在“十二五”期间为强脱钩状态,其余均呈现弱脱钩状态。还有学者将脱钩分析应用到耕地领域,研究耕地占用与经济增长的脱钩性。文献[10]研究表明河北省1990-2007年建设占用耕地与非农GDP之间呈现脱钩-复钩-脱钩-复钩-脱钩的M型曲线;文献[11]研究表明武汉市的耕地占用与非农GDP在1992-2013年间呈现脱钩-连接-复钩-脱钩-连接的倒U型曲线。就脱钩的测度方法来看,目前使用较多的主要有脱钩指数法、IPAT方程法、Tapio弹性分析法。

综上可见,有关工业化整体水平与生态环境关系的研究较少,而具体到煤炭资源型城市工业化对生态环境的影响更是少有探讨,并且大多数学者所使用的EKC假说验证以及协调度研究等,难以有效判断工业化与生态环境之间关系所处的阶段,而脱钩模型的使用能对此进行弥补。在脱钩的测度方法选择上,脱钩指数法对数据要求较为宽松,但结果容易受到基期选择的影响,准确度不足,IPAT方程法主要应用于对碳排放或能源消耗因素的分解研究,而Tapio弹性分析法既避免了脱钩指数法的准确度问题又满足特定变量的分析需求。因此,本文以我国典型煤炭资源型城市淮南市为研究对象,基于Tapio弹性分析法构建淮南市工业化与生态环境的脱钩模型,判断其工业化与生态环境的脱钩状态并对影响两者脱钩性的因素进行探讨分析。

1 研究方法

1.1 工业化与生态环境的综合评价

1.1.1 评价指标体系构建

经典工业化理论认为,工业化指一个国家或地区的人均收入和经济结构随着工业的发展而产生不断变化的过程,在这个过程中,人均收入不断增加、产业结构逐步升级、制造业所占国民收入的比例逐步提高、制造业部门的就业人口不断增加、人口城市化率不断提高。环境库兹涅茨曲线通常用经济活动中排放的各类废弃物来研究城市环境压力,主要包括工业“三废”等的排放量。结合煤炭资源型城市工业化对生态环境影响的实际情况,参考学界已有对工业化和生态环境的研究[12-14],本文从经济规模、产业结构、工业部门结构、空间结构、就业结构5个层次分别选择人均GDP、非农产值占GDP比重、工业增加值占总商品生产部门增加值比重、人口城市化率、非农就业人数占比5项指标来测度工业化综合水平,选取工业废水排放量、工业废固产生量、工业废气排放量、工业二氧化硫排放量、工业烟(粉)尘排放量测度环境压力,见表1所列。

表1 工业化与环境压力评价指标

1.1.2 数据来源与预处理

本文以典型煤炭资源型城市淮南市为研究对象,淮南市位于安徽省中北部,东经116°21′5″～117°12′30″,北纬31°54′8″～33°00′26″之间。

2017年淮南市原煤产量为7 396×104t,地区生产总值达1 060.18亿元,其中工业增加值428.48亿元,采掘业就业人数达7.7万人,占第二产业就业人数的10.74%,是中国亿吨煤基地、华东火电基地和煤化工基地的“三大基地”。

本文研究时间跨度为1990-2017年,数据来源于《安徽统计年鉴1991-2018》以及《中国城市统计年鉴》《淮南统计年鉴》。文中采用多重插补法对个别年份的缺失数据进行补齐;以1990年为不变价格,对含有价格因素的经济指标以居民消费价格指数进行平减;由于寿县在2016年从六安市划入淮南市,且寿县无煤炭资源,故本研究区范围不包括寿县。

1.1.3 指标权重计算

权重的大小反映了评价指标的相对重要程度,为尽量避免主观因素对各指标相对重要程度的影响,本文采用熵值法客观计算各指标权重。

(1) 为消除各指标在量纲、数量级上的影响,采用极差标准化,对工业化与环境压力原始数据进行无量纲化处理,由于本文所选指标均为正指标,仅考虑指标呈正效应时的标准化处理,即

(1)

其中:Xij为原始数据,代表第i个评价对象的第j项指标;Yij为指标的标准化值,0≤Yij≤1。

(2) 对无量纲化后的数据进行归一化处理,得到评价指标的比重Pij,即

(2)

其中,m为指标个数。

(3) 计算评价指标的熵值。计算公式为:

(3)

其中,k为调节系数,取值为 1/lnm。

(4) 计算各指标的权重Wj。计算公式为:

(4)

按照上述步骤分别对工业化和环境压力指标进行权重赋值,得到各指标权重Wj。

1.1.4 综合评价

Yij与权重值Wj相乘累加,可以得到淮南市1990-2017年工业化水平综合评价指数IDI和环境压力综合评价指数EPI。

1.2 脱钩模型

基于脱钩理论,参考Tapio弹性分析法,构建淮南市工业化与环境压力脱钩指数计算模型,即

(5)

其中:e为脱钩弹性系数,表示t时期环境压力与工业化的脱钩指数;ΔEPIt为环境压力变化率;ΔIDIt为工业化水平变化率。

为避免过分解读弹性值的细微变化,根据Tapio弹性脱钩模型划分标准,得出工业化与生态环境压力脱钩程度衡量标准,见表2所列。

表2 工业化与环境压力脱钩程度衡量标准

1.3 Granger因果关系检验

在工业化与生态环境关系方面,最理想的状态是工业发展的同时,对环境的压力减小,环境质量改善,即工业化与环境压力之间实现强脱钩。然而关键的问题是在推进工业化的进程中,如何减少对环境的污染与破坏,这就需要研究工业化进程中哪些因素的改变会对环境产生影响,找到实现脱钩的途径。本文针对煤炭资源型城市淮南市工业化与生态环境的脱钩变化过程,运用Granger因果关系检验体现工业化本质的各指标与环境压力是否构成因果关系。

2 实证结果及分析

2.1 淮南市工业化与环境压力的演变特征

淮南市1990-2017年间工业化综合指数与环境压力综合指数计算结果见表3所列,工业化与环境压力随时间变化趋势如图1所示。

从整体上来看,淮南市在1990-2017年间工业化综合指数呈现比较稳定的增长趋势,从1990年的14.33%增长到2017年的91.27%,在2000年前发展较为缓慢,2002-2012年工业化综合指数增长非常明显,处于工业化快速发展的阶段。这个时期是煤炭行业的黄金时期,煤炭资源型城市大力开采煤炭,工业经济也因为煤炭行业的兴起而繁荣。2013年开始出现转折,工业化综合指数增长放缓,2014年淮南市成为安徽省16个地市中唯一一个GDP负增长的城市,原因主要有2个方面,一方面受煤炭产能过剩的影响,另一方面受宏观经济增速放缓的影响,电力、建材、化工等下游行业的煤炭需求持续减少,煤炭产业供给大于需求,煤炭行业开始下滑,工业发展高度依赖煤产业的淮南经济受到较大冲击。面对经济下行的压力,淮南市开始依托重大产业项目推进工业转型,壮大非煤产业集群,力争扭转煤炭行业不景气带来的经济下滑,2015年后淮南市工业经济逐渐恢复增长势头。

表3 淮南市工业化与环境压力综合指数 %

图1 淮南市工业化与环境压力随时间变化趋势

淮南市环境压力综合指数随时间变化表现出阶段性特征,在2005年之前,环境压力虽有波动,但整体呈现下降态势。2005年后,环境压力呈现倒“U”型发展趋势,2007年环境压力急剧增长后一直保持较高数值,2015年开始逐渐下降。究其原因,在煤炭行业的黄金十年,淮南市依靠煤炭产业迅速发展经济,然而煤炭的开采、深加工等过程,产生了大量的煤矸石、粉煤灰等固体废渣以及二氧化硫、工业烟尘(粉尘)等煤烟颗粒物,导致环境压力急剧增大,2015年后工业“三废”的排放量逐渐减少,环境压力随之下降。

2.2 工业化与环境压力脱钩状态判断

根据(5)式,计算淮南市工业化与环境压力的脱钩指数,结合表2,得出脱钩状态,结果见表4所列。

表4 淮南市工业化与环境压力脱钩状态

从表4可以看出,1990-2017年间,淮南市工业化与生态环境经历了由脱钩到负脱钩再到脱钩的状态,其中有16个时期处于脱钩状态,11个时期处于脱钩不理想状态。淮南市工业化与生态环境的脱钩状态反复,表明淮南作为煤炭资源型城市,其工业发展与生态环境之间的关系处于动态变化过程中,具体来看分为如下3个阶段:

(1) 第1个阶段(1991-2003年)。淮南市工业化与环境压力脱钩状态较为理想,仅有4个时期处于负脱钩状态,在这个阶段,工业化缓慢而稳定发展,环境压力波动下降。

(2) 第2个阶段(2004-2014年)。淮南市工业化与环境压力处于脱钩不理想状态,工业化发展迅猛,但是增幅却小于环境压力的增加,表现为粗放型的工业发展模式。

(3) 第3个阶段(2015-2017年)。淮南市工业化与环境压力均为脱钩状态,说明淮南市近2年在推进工业化的过程中,开始加快调整产业结构,坚持节能减排,重点工业企业单位综合能耗逐渐降低,工业“三废”的排放总量逐年下降,由工业化引起的环境压力逐年减小。

淮南市环境压力分量与工业化的脱钩状态见表5所列。

表5 淮南市工业化与环境分量脱钩状态

从表5可以看出,淮南市环境分量与工业化之间的脱钩存在一定差异。其中,工业二氧化硫与工业化的脱钩形势最好,在研究时间跨度内有21个时期脱钩理想,2008年后工业二氧化硫一直处于脱钩状态;工业废水、工业废气以及工业烟粉尘与工业化的脱钩性一直表现为波动变化过程,脱钩状态不稳定,特别是工业废水在2017年出现了扩张负脱钩,是一个危险的信号。工业废气在研究时间跨度前半段脱钩状态较好,2004年后脱钩情况变差,工业烟粉尘的脱钩状态则相反,在研究时间跨度前半段脱钩状态较差,2004年后则开始有所改善;工业废固的脱钩性最差,仅有13个时期处于脱钩状态,源于淮南市的煤炭开采主要是在露天进行,开采过程中产生了大量的煤矸石、粉煤灰等固体废渣,目前,淮南市煤矸石的堆积量已经超过3×107t,但近2年工业废固表现出了强脱钩状态,这是一个比较乐观的信号,说明淮南市对工业废固的产生或处理情况有较大改善。

2.3 工业化与生态环境的因果关系检验

平稳性检验是进行Granger 因果关系检验的前提条件之一,数据不经过平稳性检验而直接进行Granger因果关系分析可能会出现伪回归现象。

本文运用ADF方法对淮南市环境压力指数(EPI)和衡量工业化水平的经济规模(ES)、产业结构(IS)、工业部门结构(ISS)、空间结构(SS)、就业结构(EMS)等时间序列进行平稳性检验,检验结果见表6所列。

表6 平稳性检验结果

从表6可以看出,1990-2017年间,淮南市环境压力指数、经济规模、产业结构、工业部门结构、空间结构和就业结构等时间序列均为非平稳序列,而经过一阶差分后,各序列均由非平稳序列变为平稳序列,即表现为一阶单整序列,可进行相应的协整分析,分析结果见表7所列。

表7 协整检验结果

从淮南市环境压力与工业化指标协整检验结果来看,环境压力与衡量工业化的各项指标存在2个协整关系。确定协整关系存在后,本文利用Granger因果关系检验法对淮南市工业化各项指标与环境压力之间的相互关系进行检验,结果见表8所列。

从表8可以看出,在1990-2017年间,淮南市的经济规模、产业结构、工业部门结构和就业结构的变动是其环境压力变动的Granger原因,空间结构的变动不是其环境压力变动的Granger原因。因此,为不断推进淮南市的工业化与生态环境协调发展,仍需持续对淮南市的产业结构进行优化升级,推进工业转型,大力发展高新技术产业和战略性新兴产业。

表8 Granger因果关系检验结果

3 结 论

本文分别从经济规模、产业结构、工业部门结构、空间结构、就业结构和工业“三废”排放量、工业二氧化硫排放量、工业烟(粉)尘排放量的角度构建工业化与环境压力的评价指标体系,运用Tapio脱钩模型判断其1990-2017年工业化与生态环境的脱钩状态,并通过Granger因果关系检验工业化指标与环境压力是否构成因果关系。主要得出以下结论:

(1) 1990-2017年,淮南市工业化水平呈现比较稳定的增长趋势,前期发展较为缓慢,波动上升,后期增长非常明显,处于工业化快速发展的阶段,2015年因煤炭行业下滑,工业化受到较大冲击,出现负增长。

(2) 环境压力阶段性特征明显,在2005年之前,环境压力虽时有波动,但整体呈现下降态势,2005年后环境压力呈现倒U型发展趋势,2007年环境压力急剧增长后一直保持较高数值,2015年开始逐渐下降。

(3) 淮南市工业化与生态环境经历了由脱钩状态到负脱钩状态再到脱钩状态的演变过程,说明近2年淮南市在推进工业化的过程中,生态环境也有所改善,具体来看工业二氧化硫脱钩形势最好;工业废水、工业废气以及工业烟粉尘的脱钩性一直表现为波动变化过程,脱钩状态不稳定;工业废固的脱钩性最差。

(4) Granger因果分析表明,淮南市的经济规模、产业结构、工业部门结构和就业结构的变动是其环境压力变动的Granger原因,推进工业转型和优化产业结构是煤炭资源型城市工业化与生态环境协调发展的关键动力。