基于EKC 理论的干旱区典型城市经济增长与工业污染的耦合关系研究——以乌鲁木齐市为例

杨 姣，董 晔

（1.新疆师范大学 地理科学与旅游学院，新疆 乌鲁木齐 830054；2.新疆师范大学 商学院，新疆 乌鲁木齐 830054）

改革开放以来，特别是西部大开发政策实施后，乌鲁木齐市经济得到迅速发展。但与东南沿海城市相比经济发展还有很大差距。乌鲁木齐市是典型的干旱区城市，也是中国最大的干旱区城市［1］。随着城市化进程加快和经济的发展，乌鲁木齐市环境与资源矛盾日益突出，环境污染、资源短缺等问题逐渐显现［2—3］。

经济发展与环境污染是当前研究重点。关于经济增长与环境污染关系的研究，随着经济与环境主要理论——环境库兹涅茨曲线（EKC）的提出变得更加广泛。EKC 是Grossman 和Krueger 于1991 年首次提出，描述的是污染排放随人均收入增加呈“倒U 型”曲线关系［4］。Shafik 和Bandyopadhyay［5］对经济增长与环境污染之间的关系（EKC）进行了假设与证实。国外学者关于EKC 的研究主要集中在其是否存在，Selden 和Song 以及Brock 和Taylor 等［6-7］通过对指标选取与模型构建实证分析证明EKC 是存在的，经济增长与环境污染之间是呈现“倒U 型”的曲线关系；Holtz 和Selden 以及Friedl 等［8-9］通过研究发现经济增长与环境之间的关系并不是“倒U 型”曲线，而是“U 型”“N 型”等其他关系。国内关于EKC 的研究较晚，主要从两类数据类型研究EKC 是否存在。有些学者选择时间序列数据从不同的区域进行研究，发现经济增长与环境污染之间EKC 关系与区域选择以及指标选择有关，有的地区经济增长与环境污染之间呈“N 型”关系，经济增长与有些环境污染指标之间呈“倒U 型”曲线关系［10-12］；有些学者选择面板数据从不同区域进行研究发现EKC 曲线是存在的，但不同地区所处的“倒U 型”曲线位置不同［13-15］；还有些学者选取面板数据研究发现经济增长与环境污染之间的关系呈现多种形态，如“N 型”关系［16—18］。

良好的生态环境是城市发展的重要基础，乌鲁木齐市作为干旱区城市，而且还是绿洲型城市，其发展需要稳定的绿洲资源保障，生态环境的破坏与污染将会严重影响城市的发展。本文在EKC 理论基础上，选取乌鲁木齐市2005—2018 年相关指标数据，研究经济增长与环境污染之间的关系，为乌鲁木齐市经济与环境协调发展提出相关建议。

1 乌鲁木齐市经济增长与环境污染现状

1.1 经济增长现状

西部大开发以来，乌鲁木齐市经济得到快速发展。2005 年乌鲁木齐市GDP 为585.703 亿元，2018 年增加到3 099.766 亿元，其中工业产值在2005—2018 年间，呈现先增后减再增加的变化趋势，2005 年工业产值为178.543 亿元，2018 年工业产值为737.153 亿元（图1）；2015 年人均GDP 为2.444 万元，2018 年增加到8.719 6 万元（图2）；2005—2018 年间，乌鲁木齐市产业结构一直呈现“三、二、一”的结构模式，2005年三类产业产值比为2.24∶38.46∶59.3，2018年变化为0.8∶30.7∶68.5，第一产业比重呈下降趋势，第三产业比重呈先减后增的变化趋势，第二产业比重呈先增后减的变化趋势，工业产值比重与第二产业比重变化趋势相同（图3）。

图1 2005—2018 年乌鲁木齐市GDP、工业产值及工业产值比重变化Fig.1 Changes of GDP，industrial output value and proportion of industrial output value in Urumqi from 2005 to 2018

图2 2005—2018 年乌鲁木齐市人均GDP 与工业产值变化Fig.2 Changes of per capita GDP and industrial output value in Urumqi from 2005 to 2018

图3 2005—2018 年乌鲁木齐市产业结构变化趋势Fig.3 Change trend of industrial structurein Urumqi from 2005 to 2018

1.2 环境污染现状

经济快速发展带来一系列环境问题，工业固体废物产生量呈现先增后减再增加的变化趋势。2005 年工业固体废物产生量为329.84 万吨，2018 年增加到967.39 万吨。工业废水排放量2005 年为4 197.01 万吨，2009 年达到5 968.32 万吨，成为2005—2018 年期间的最高值，2010—2018 年工业废水排放量呈波动式下降趋势，2018 年工业废水排放量为2 739.06 万吨。2005 年工业废气排放量为1 141.87 亿标立方米，2018 年为3 447.81 亿标立方米，其中，2014 年达到2005—2018 年间的最大值4 068.36 亿标立方米。

2 乌鲁木齐市经济增长与环境污染关系实证分析

2.1 数据选取与处理

选取乌鲁木齐市工业固体产生量、工业废水排放量、工业废气排放量、SO2排放量以及烟（粉）尘排放量作为环境污染指标，乌鲁木齐市人均GDP作为经济增长指标。选取2005—2018 年时间序列作为样本数据，数据来源于2006—2019 年《乌鲁木齐市统计年鉴》。将环境污染指标与经济增长指标进行无量纲处理（公式1），利用工业“三废”表示综合环境污染水平（公式2）。2005—2018 年各项指标量化值如表1 所示。

表1 2005—2018 年乌鲁木齐市经济发展水平与环境污染水平量化值Tab.1 Quantitative values of economic development level and environmental pollution level in Urumqi from 2005 to 2018

式中：i为年份，Y'ij为标准化后的赋值，Yij为各环境污染指标在i年的初始值，Yjmax为其最大值，Yjmin为最小值。

图4 乌鲁木齐市工业“三废”排放量Fig.4 Emissions of industrial“three wastes”in Urumqi

式中：Yi为第i年的综合环境污染水平，j代表工业“三废”排放类型为公式（1）中的工业“三废”标准化计算结果，为第i年第j种污染物排放量的标准化值，Wj为第j种污染物排放量的权重值。通过AHP 层次分析法确定工业“三废”的指标权重，工业废水排放量、工业废气排放量以及工业固体排放量的权重分别为0.22、0.43、0.35。

选取环境污染指标与经济指标为时间序列的数据，为保证时间序列平稳性，利用EViews 软件将各项指标进行ADF 检验，原序列中SO2排放量通过检验，表现为平稳，其他指标均表现为不平稳。将原序列进行一阶差分后作ADF 检验，工业废水排放量、工业废气排放量和SO2排放量通过检验，表现为平稳。将原序列二阶差分后作ADF 检验，除工业固体废物产生量以外，其他指标均通过检验表现为平稳（表2）。

表2 相关变量ADF 检验Tab.2 ADF test of related variables

将经济指标与各环境污染指标作回归分析，为保证回归分析的准确性，利用EViews 软件将各环境污染指标与经济指标作协整检验，选择Johansen 检验，Johansen 检验有特征根迹统计量（Trace）和最大特征值统计量（Max-Eigen）两种，检验结果如表3 所示。Trace 和Max-Eige 及其所对应的P检验值表明，各环境污染指标与人均GDP 在5% 显著性水平下拒绝零协整的原假设，都表现为至少存在一个协整关系，表明各环境污染指标与人均GDP 之间存在长期均衡关系，故人均GDP 与各污染指标可进行回归分析。

表3 各环境污染指标与人均GDP 的Johansen 检验Tab.3 Johansen test of environmental pollution indicators and per capita GDP

2.2 模型建立

EKC 研究中，环境污染与经济增长一般模型为：

式中：Y为各环境污染指标，X为经济增长指标，Z为除经济增长之外的其他影响因素，β0为常数项，β1、β2、β3、β4分别为变量系数，ε为误差项。

通过人均GDP 与各环境污染指标散点图发现，环境污染指标与人均GDP 之间存在二次关系，故本文采用如公式（4）所示的简化模型。

公式（4）中各变量及其系数表达含义与公式（3）相同。

2.3 结果与分析

通过SPSS 软件进行人均GDP 与各环境污染指标之间的回归分析，结果见表4。人均GDP 除与烟（粉）尘排放量之间的回归方程拟合程度低于0.7 外，与其他环境污染指标之间的回归方程拟合程度较高，且显著度P均小于0.05，并通过F检验，此回归模型能够较好地表达二者之间关系。人均GDP 与各环境污染指标之间的拟合曲线如图5 所示。人均GDP 与工业废水排放量之间的拟合曲线呈现出“倒U 型”，峰值的拐点出现在人均GDP 为40 000～50 000 元之间；人均GDP 与工业废气排放量之间的拟合曲线呈出“倒U 型”，主要表现为“倒U 型”的左半段。随着经济增长，工业废气排放量先增加再下降，拐点出现在人均GDP 为65 000～75 000 元之间；人均GDP 与工业固体废物产生量之间的拟合曲线呈“倒U 型”，主要表现为“倒U 型”的左半段，拐点出现在人均GDP 为60 000～70 000 元之间；人均GDP 与烟（粉）尘排放量的拟合曲线呈出“倒U 型”，主要表现为“倒U 型”的右半段，拐点出现在人均GDP 为40 000～50 000 元之间；人均GDP 与SO2排放量之间的拟合曲线表现为“倒U 型”的右半段，2005—2018 年随着经济增长，SO2排放量下降，拐点出现在人均GDP 为25 000～35 000 元之间。标准化人均GDP 与环境污染水平之间的拟合曲线表现为“倒U 型”，随着标准化人均GDP 的增加，环境污染水平呈先增后减的变化趋势。

图5 乌鲁木齐市环境污染与人均GDP 拟合曲线Fig.5 Fitting curve of environmental pollution and per capita GDP in Urumqi

表4 乌鲁木齐市经济发展与环境污染关系模型Tab.4 Relationship model between economic development and environmental pollution in Urumqi

由以上分析看，乌鲁木齐市经济增长与环境污染之间呈“倒U 型”关系，EKC 能较好反映出经济增长与环境污染之间的关系。首先，主要与产业结构变动、环境保护等方面有很大关系，尤其是在工业“三废”排放治理方面，与控制污染源、加大治理投资力度有直接关系。乌鲁木齐市经济增长与各环境污染指标之间的“倒U 型”顶峰均已结束，随着经济的发展，环境污染在未来会呈现下降趋势，即经济发展带来的环境问题会逐渐减弱。其次，乌鲁木齐市是干旱区城市中工业化较发达的城市，前期随着经济发展工业污染增加，之后经济增长对环境污染有改善作用，所以二者之间的关系呈“倒U 型”。

续图5 乌鲁木齐市环境污染与人均GDP 拟合曲线Continued Fig.5 Fitting curve of environmental pollution and per capita GDP in Urumqi

3 结论与建议

通过环境库兹涅茨曲线（EKC），分析2005—2018 年乌鲁木齐市人均GDP 与环境污染指标的回归关系，得出以下结论：

（1）乌鲁木齐市经济增长与环境污染之间呈“倒U 型”关系。2005—2018 年期间，环境污染已超过EKC曲线的拐点，人均GDP 与各环境污染指标之间的拟合曲线达到拐点时所表现的经济增长水平不同。

（2）乌鲁木齐市人均GDP 与各环境污染指标的“倒U 型”关系表现不同。人均GDP 与工业废水排放量之间的拟合曲线呈“倒U 型”；人均GDP 与工业废气排放量、工业固体废物产生量之间的拟合曲线主要表现为“倒U 型”的左半段；人均GDP 与烟（粉）尘排放量、SO2排放量的拟合曲线主要表现为“倒U 型”的右半段；通过工业“三废”表示的综合环境污染水平随着标准化人均GDP 的增加，呈现先增加后减少的变化趋势，拟合曲线呈“倒U 型”。

根据相关研究结论，对乌鲁木齐市经济增长与环境污染问题提出以下建议：

（1）2005—2018 年期间，虽然乌鲁木齐市环境污染已超过EKC 曲线的拐点，根据发展趋势未来环境污染随经济增长呈现下降趋势，但目前部分工业污染指标与经济之间的关系仍然处于“倒U 型”的左半段，因此要在各方面控制污染排放，还需进一步加大在环保投资上的力度。

（2）尽管乌鲁木齐市在工业污染方面做了很多改善措施，但各环境污染指标量还是处在一个较高水平，在今后经济发展中要提高资源利用效率，特别是加强工业企业环保意识，鼓励企业发展高技术产品，发展循环经济，推动绿色和高质量发展。