环境污染与经济增长关系的内在机理研究
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摘要：利用2000～2010年11年的数据构建了综合污染指数这一综合考量环境污染程度的指标，验证了中国环境库兹涅茨曲线的存在并通过静态和动态分析结合的方法分析了环境污染与经济增长之间的内在机理，分析结果认为存在一种内在机制使EKC呈现出倒U型的形态。从正反两个方面研究了经济规模变化、技术进步和经济结构变化对环境—经济关系的影响。在肯定了EKC形态的基础上对传统的环境库兹涅茨曲线进行了修正。结果表明：随着经济的增长，经济发展模式会被市场这只“看不见的手”自动地拉入到循环经济的轨道中来，只要政府、企业和社会的共同努力就可以使传统的EKC出现跳跃，创造一种新的“无峰型”环境库兹涅茨曲线，从而完全规避掉触及“环境承载能力阀值”的风险。
关键词：环境污染；库兹涅茨曲线；循环经济
中图分类号：F124.5 文献标识码：A 文章编号：1001-8409（2012）11-0074-06
Between the Economic Growth and Environmental Pollution Mechanism Research
——Based on the Empirical Analysis of Comprehensive Pollution Index
YANG Lin1，GAO Hong-xia2
（1. School of Economics and Management， Tsinghua University，Beijing 100084；
2. School of Economics， Lanzhou University， Lanzhou 730000）
Abstract： This paper uses the 2000 to 2010 11 years data to build the comprehensive pollution index of the comprehensive consideration of environmental pollution index， show China Environmental Kuznets curve exists and through the analysis of static and dynamic analysis of the method of combining analysis of environmental pollution and economic growth between the inner mechanism， this paper analyses the results that there is an inherent mechanism of EKC displays inverted U shape. From positive and negative two aspects of research on economies of scale， technological progress and changes in economic structure change on the environment - economic relationship. In the EKC shape on the basis of traditional environmental Kuznets curve is corrected. Result shows that along with the economic growth， economic development pattern will be the market this " invisible hand " is automatically drawn into the path of circular economy in the past， as long as the government， enterprises and society together can make traditional EKC hop， to create a new " peak " environment Kuznets curve， so as to completely avoid touching the " environmental carrying capacity threshold " risk.
Key words： environmental pollution； kuznets curve； Circular economy
一、引言
和许多工业化国家一样，中国在走向工业化的过程中也面临着环境质量恶化、自然资源枯竭和经济增长之间的矛盾。从1950年代开始的中国工业化进程就逐步地造成了对环境的污染，尤其是改革开放以后，随着GDP的高速增长，工业化也快速推进。在连续几十年的资本性投资之后，以制造业为代表的中国经济奇迹日益引人关注，但是这种高速增长却是以牺牲环境为代价换来的，而且对中国经济自身造成了一些负面影响。
改革开放之初，中国面临着缺乏资金和技术的同时国内市场内需尚未启动的现实，为了在这种情况下实现经济的快速增长，中国采取了引入FDI和发展出口导向型经济的发展模式（如图1），试图通过FDI的进入解决资金和技术缺乏的问题，通过发展出口导向型企业解决内需不足的问题。中国从周边地区进口原材料、能源和一些自己无法生产的高技术零部件，中国生产出的产品又出口到欧美等国，利用低价优势抢占市场，最后中国的巨额外汇储备又通过购买外国国债的方式向欧美等国注入了巨大的流动性，进而支持了这些国家对中国产品的消费，成功地实现了供给创造需求的经济循环。事实证明这条道路是成功的，中国经济实现了长期的高速增长，但是中国在成为世界工厂的同时也付出了巨大的环境成本。中国经济曾经的成功是建立在大量产业转移到中国，同时中国利用低廉的成本甚至环境成本为全世界生产消费产品的基础上的，但是时至今日这种模式在为全世界创造大量便宜商品的同时也把大量生产中产生的污染物留在了中国，使中国的生态环境承担了巨大的风险。
1995年Grossman和krueger发现环境污染和经济增长之间也存在一个倒U型的关系，即随着经济的不断增长，环境污染呈现先加剧后减轻的趋势。根据钱纳里的工业化划分标准（见表1），可以按照人均GDP把人类社会划分为三个阶段六个时期。第一个阶段是前工业化阶段，产业以农业为主，很少或者没有现代工业。第二个阶段是工业化阶段，工业化初期是以食品、烟草、采掘、建材等劳动密集型产业为主的时期；工业化中期是所谓的重化工业阶段，制造业结构逐渐从轻工业为主的劳动密集型产业转化为以重工业为主的资本密集型产业；工业化后期第三产业迅速增长，尤其是新兴的金融、IT、咨询服务业等行业成功崛起并成为经济增长的新动力。第三个阶段是后工业化阶段，包括初级时期和高级时期，初级时期产业结构从以资本密集型产业为主导逐渐转变为以技术密集型产业为主导，人们的生活方式开始发生变化，高档耐用消费品开始被大众使用；高级时期时第三产业开始分化，知识密集型产业逐步从服务业中分离出来，成为经济的主导。从表1的结果来看，中国2011年4782美元的人均GDP处于工业化阶段的工业化中期。
王学山利用六种污染物的排放量证明了中国倒U型环境库兹涅茨曲线的存在[1]；于文金对江苏省的污染物排放量和经济增长数据进行了拟合，发现不同污染物和经济增长的拟合结果不同[2]；李刚通过对世界多个国家和地区的对比发现经济增长和环境污染之间存在双向关系，即环境污染会对经济增长的速度产生影响[3]。但是大部分的研究都只停留在对中国环境库兹涅茨曲线是否存在进行验证上面，没有进行更深入的研究。
二、研究模型、方法及数据
（一）污染物数据指标选取说明
传统的EKC研究模型是分开针对不同污染物（如二氧化硫、粉尘、烟尘、工业废气、工业废水等）进行研究的，对不同污染物得出的结论可能存在巨大差异。为了从一个整体的角度研究污染物的排放情况和经济增长之间的关系，本文采用综合污染指数Mij来衡量环境污染的程度，把工业废气、工业废水、工业固体废弃物这“工业三废”综合起来建立指标。
建立直线无量纲化指标：
Mij=60+[（Xij-X1n∑ni=1Xij，Sj=1n-1∑ni=1（Xij-X[TX-]j）2，n是样本的年份，跨度为11。对于三种污染物权重的确定，本文采用变异系数处理：Vj=Sj/|X[TX-]j|，j=1，2，3，权重为Wj=Vj∑mi=1Vi，j=1，2，3；m=3。
对三种污染物计算后的权重：工业废气为0.39、工业废水为0.35、工业固体废弃物为0.26。综合污染指标为：Msi=0.39Msi1+0.35Msi2+0.26Msi3。本文所有数据来自于《中国统计年鉴》、《中国工业经济统计年鉴》、《中国环境统计年鉴》和中经网数据库。
（二）回归模型的设定
参考国内外学者的研究成果，本文把环境库兹涅茨曲线的模型设定为：
lnMit=β1+β2lnyit+β3（lnyit）2+uit （1）
其中，i=1，2，3，4，5，…31表示31个省份，t=1，2，3，…11表示2000～2010年的11个年份。lnMit 表示第i个省份第t年的综合污染指数，lnyit表示第i个省份第t年的人均GDP，uit表示随机误差项。β2>0，β3
三、实证结果分析
（一）面板单位根与协整检验结果
对lnMit、lnyit、（lnyit）2进行单位根检验，结果表明数据都是非平稳的，对其一阶差分进行检验时结果表明其一阶差分都不存在单位根，所以数据是一阶单整的，结果见表2、表3、表4、表5。
由于数据是非平稳的，因此对EKC方程进行拟合前需进行协整检验，结果见表6。面板协整检验的结果表明数据在5%的显著性水平下均拒绝原假设，因此认为Inmit、Inyit、（Inyit）2之间存在长期稳定关系，可以对EKC方程作进一步估计。
因为EKC存在时间和截面两个维度的关系，单独使用时间序列方法和横截面模型方法均无法同时反映出截面和时间序列的变化，所以采用面板混合最小二乘法（PLS）进行估计，结果见表7。
（二）实证分析
根据各省人均GDP的截面数据，运用ARIMA（p，d，q）模型预测各省份的人均GDP达到拐点对应的年份，结果如表8所示。
我国不仅存在东中西部的区域差异，还存在着同一区域内的省域差异。这种差异表明中国不同地区之间发展不均衡的现象比较严重，要研究这种拐点到来时间出现差异的原因就必须弄清楚EKC出现的内在机理。EKC存在的假设是生态环境系统能够无限地承受人类活动带来的负面的影响，即不存在“环境承载能力阀值”，但是这个假设明显与现实不符，现实中因为自然环境的自我净化能力是有限的，所以环境系统能够承受人类活动带来的破坏的程度也是有极限的。图2显示了经“环境承载能力阀值”修正后的EKC，从该图可以看出存在“拐点”到来前触及“环境承载能力阀值”的风险，EKC会在A点戛然而止（A点之后的部分用虚线表示），传统EKC显示的那种随着经济增长，环境质量逐步提高的社会发展趋势也将成为一个不可能完成的任务。
四、环境改变的内在机制分析与政策建议
污染物排放量的变化主要受三个效应的影响：（1）规模效应，即产出增长带来的排污量变化；（2）结构效应，即产业结构变化带来的排污量变化；（3）技术效应，即技术进步带来的排污量的变化。
（一）经济—环境的静态效应分解
三个效应共同作用对经济—环境关系造成影响，这个过程用式（2）表示。
lnM=lnGM+lnJG+lnJS （2）
用GDP的变化表示经济规模GM的变化，用第二产业在GDP中的比重代表结构效应JG，用单位产出的污染密度代表技术效应JS。
一般认为一个经济体经济规模的扩大会消耗更多的能源，造成更多的污染，经济规模的扩大使人类生产出更多的产品，增加资本积累，扩大就业和消费，增加人类活动对环境的影响。用式（3）表示规模效应。
lngdpit=a1+a2lnagdpit+a3lnKit+a4lnLit+a5lnMit+εit （3）
其中，i=1，2，3，4，5，…31表示31个省份，t=1，2，3，…11表示2000～2010年的11个年份。Kit为第i个省份第t年的资本投资额的积累值，Lit为第i个省份第t年的年末从业人员总数，agdpit为第i个省份第t年的人均GDP，Mit为第i个省份第t年的综合污染指数。
经济结构的变化也会对经济—环境关系产生较大影响，用式（4）表示结构效应。
lncompit=c1+c2lnagdpit+c3lntradeit+c4ln（K/L）it+νit （4）
其中，i=1，2，3，4，5，…31表示31个省份，t=1，2，3，…11表示2000～2010年的11个年份。compit为第i个省份第t年第二产业在GDP产值中的比例，用于衡量产业结构的变化；agdpit为第i个省份第t年的人均GDP；tradeit为第i个省份第t年的对外贸易额，用于衡量开放经济条件下经济结构的变化；（K/L）it为第i个省份第t年的资本劳动比，用于衡量资本深化对经济结构的影响。
技术进步也是影响经济—环境关系的一个重要变量，用式（5）表示技术效应。
lnTit=b1+b2lnagdpit+b3lnzlit+b4lnMit+ωit （5）
其中，i=1，2，3，4，5，…31表示31个省份，t=1，2，3，…，11表示2000～2010年的11个年份。Tit为第i个省份第t年的污染排放除以总产出，Mit为第i个省份第t年的综合污染指数，agdpit为第i个省份第t年的人均GDP，zlit为第i个省份第t年政府在环境治理上的总投资。
将式（2）（3）（4）（5）联立，并对方程两边求偏倒数得：
（二）经济—环境的动态效应分解
动态研究方程是：
Et=∑nj=1YtEjtYit×YjtYt j=1，2，3，…，n （6）
其中：Et为污染物t时期的排放量，Yt为t期的GDP，Ejt为j部门在t期的污染物排放量，Yit为j部门在t期的增加值，Ejt/Yjt为j部门在t期的排放强度，Yjt/Yt为j部门增加值占GDP的比重。用Ijt表示Ejt/Yjt，用Sjt表示Yjt/Yt，则式（6）可表示为：
Et=∑nj=1YtIjtSjt（7）
做上述两式关于时间的微分，再除以Et得：
E.E=（Y.Y）+∑nj=1ej（Sj.Sj）+∑nj=1ej（Ij.Ij） （8）
其中ej为j部门排污量在总排污量中所占的比例，方程右边的Y.Y表示规模效应、∑nj=1ej（Sj.Sj）表示结构效应、∑nj=1ej（Ij.Ij）表示技术效应。利用该模型对2000～2010年污染物排放变动机理进行动态分析，结果见表10。
（三）效应分解结果的解释和政策建议
如表9所示：规模效应系数为正，且东部和中西部差别不大，即生产规模的扩大会使得污染物排放量逐渐增加，这表明随着经济的增长，污染物的排放量是逐步增加的，经济规模的增长是造成环境污染的主要原因。结构效应和技术效应系数值为负，表明经济结构的提升和技术进步是降低污染物排放量的主要原因。而且东部地区的技术效应对环境改善起的作用明显大于中西部地区，这是造成东部省区拐点到来时间明显早于西部省区的主要原因。
如表10所示：从2000～2010年规模效应系数为正且数值逐年增大，说明经济规模的扩大产生的污染物越来越多，是造成环境污染随经济增长加剧这一现象的主要原因。结构效应系数先为正值后来逐步变小最后变为了负值，证明产业结构的升级是一个逐步的过程，中国经济的产业结构正逐步由一个加剧环境污染的产业结构向一个改善环境质量的产业结构过渡。技术效应的系数也从正值逐步变小，最后变为负值且越来越小，说明技术进步也经历了一个从增加环境污染过渡到减轻环境污染的过程。东部地区规模效应和结构效应对减轻环境污染的作用明显强于中西部地区，而东部地区和中西部地区的规模效应却相差不大，说明技术效应和结构效应是使东部地区拐点到来时间早于中西部地区的主要因素。
技术进步对环境会产生两个方面的影响：一方面，技术进步使产能扩大，会消耗更多的资源，向环境排放更多的污染物；另一方面，技术进步提高了对资源的利用效率，促进了循环经济的发展，提高了对污染物的处理能力，减少了污染物排放。Grossman认为技术可分为清洁技术（Clean Technique）和肮脏技术（Dirty Technique），肮脏技术主要指生产活动制造污染的技术，清洁技术主要指污染治理和节能减排的技术。索洛经济增长模型认为经济长期增长的原因是技术进步，用拐点把EKC分为前后两个部分：在拐点前部分，因为政府环境监管宽松，同时资源价格较低，技术进步主要集中在提高产品产量、消耗更多自然资源的肮脏技术上；随着经济增长的持续，可利用的自然资源日益稀缺、部分资源枯竭、资源价格上涨，环境污染的危害日益暴露，政府环境监管措施日益严格，此时技术进步将主要集中在提高资源利用效率、推进循环经济发展、加快污染治理的清洁技术上来，这样经济社会就进入了拐点后部分。表10的结果显示开始时技术效应系数为正，表明技术进步加剧了环境污染，但是这个为正的系数逐步变小，在2003年（东部）和2004年（中部和西部）变为负数，并且这个负数的绝对值还随着时间推移越来越大，说明技术效应作用的转变是一个随着经济增长逐渐变化的过程，是渐变不是突变。
表10的结果显示开始时结构效应系数为正值，表明这时的经济结构还是一个加剧环境污染的经济结构，但是这个为正的系数逐步变小，在2005年（东部）和2007年（中部和西部）变为负数，并且这个负数的绝对值还随着时间推移越来越大，说明结构效应作用的转变和改善环境质量效果的出现和逐渐增强是一个长时间的过程。EKC的假设认为经济体存在一种自发的机制使经济—环境的关系呈现出一个倒U型的趋势，即倒U型EKC的出现是内生机制的结果。本文通过对EKC拐点的预测和效应分析基本支持了这种假设，认为在经济增长的过程中确实存在一种规律使经济—环境的关系自发地呈现出倒U型的形状。经济增长通过消耗资源和排放污染物先对环境造成污染，但是经济增长又能够通过技术进步、规模经济、资本积累、创造环境需求来治理环境污染、减少污染物的排放进而改善环境质量，这两种效应主导作用的互相转换最终导致了EKC的形成。
EKC出现的内在机理是规模效应、技术效应、结构效应三种效应不同作用的转换。在经济发展初期，以生产规模扩大造成的规模效应为主，环境污染随经济增长而逐渐恶化；在持续的经济增长之后，经济发展到了一个特定水平，经济结构优化（结构效应）和技术进步（技术效应）对环境的正面影响之和会超过规模效应对环境的负面影响，EKC的趋势发生逆转——拐点开始出现，环境恶化得到遏制，环境污染随经济增长而逐渐减轻。从资源利用的角度看，经济发展初期因为可利用资源充足、资源价格便宜、资源浪费现象较严重，很多没有得到合理利用的资源被当成废弃物排放到环境之中造成了环境的污染；随着经济增长的持续和资源的不断消耗，资源越来越稀缺，资源价格越来越高，为了降低成本，很多废弃物又被当作生产的资源循环利用，大大减少了污染物的排放。
EKC的变化趋势反映的是经济发展模式从传统的经济模式走向循环经济的发展模式这样一个过程：传统的观点将经济增长和环境保护对立起来，造成了环境—经济“两难”的困境，但是从经济增长的自身规律来看，市场这只“看不见的手”最终会把社会经济拖入循环经济的轨道中来，实现环境—经济的双赢。这样，只要我们能够加快这种趋势的发展，就完全有可能走出一条新的环境库兹涅茨曲线，即越过传统EKC的顶点和虚线部分从M点跳跃到N点，这也是一种使拐点提前到来的方法，此时的拐点是M和N点，EKC的趋势在此处发生逆转，如图3所示。
本文的结果表明规模效应会加重环境污染，结构效应和技术效应会减轻环境污染。因此要从技术效应方面推动技术进步转变，从以肮脏技术为主的技术创新逐步过渡到以清洁技术为主的技术创新；从结构效应方面推动产业结构升级，从粗放式高污染高能耗的经济结构逐步过渡到集约化低污染低能耗的经济结构。结构效应和技术效应对环境的改善作用随着经济的增长越来越大，未来的环境污染问题是可以随着经济增长而得到解决的，从2000～2010年的动态效应分析来看，结构效应和技术效应对环境正面影响的总和在未来会超过规模效应对环境的负面影响，总效应系数未来应该为负数，代表着随着经济增长环境质量会逐步好转。一个缓慢的经济增长速度会使拐点到来的时间延迟，使人们在更长时间上承受环境污染的痛苦。快速而稳健的经济增长可以使经济体内部积累更多的经济资源用于环境治理，而人均收入的提高激发了人们对良好环境质量的需求，环境需求成为提高人们效用水平的一个重要方面，增强了人们的环保意识，从而使得绿色消费观念深入人心、绿色生产技术被广泛采用；在市场经济条件下高速的经济增长还能利用市场机制激活改善环境的微观主体动因，使节能减排成为企业降低成本的一种手段，使经济发展进入循环经济的轨道。循环经济的原则是强调没有真正的废物，只有放错地方的资源，把原来排放到环境中的污染物变成生产用的原材料纳入到资源循环利用的体系中来，变废为宝既减少了污染物排放又降低了生产成本，实现了经济—环境的双赢。
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