減污技術(shù)與環(huán)境庫茲涅茨曲線——基于內(nèi)生增長模型的理論解釋

佘群芝 王文娟

（中南財經(jīng)政法大學(xué) 經(jīng)濟(jì)學(xué)院，湖北 武漢 430073）

一、引言

經(jīng)濟(jì)增長是否一定能帶來環(huán)境質(zhì)量的改善？自Grossman和Krueger發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長與環(huán)境質(zhì)量之間的倒U型曲線關(guān)系后，這一問題得到廣泛關(guān)注。Grossman和Krueger在研究北美自由貿(mào)易協(xié)議對環(huán)境的影響時，發(fā)現(xiàn)人均收入與污染物（二氧化硫和粉塵）排放之間存在倒U型曲線關(guān)系，即隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，污染物排放先遞增后遞減［1］，這個關(guān)系后來被稱為環(huán)境庫茲涅茨曲線（Environment Kuznets Curve，EKC）。

對EKC倒U型特征形成的原因解釋一般從經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、消費者的環(huán)境意識、環(huán)境管制等角度出發(fā)，但近年來技術(shù)因素在EKC形成機(jī)制中的作用受到越來越多的關(guān)注。本文在內(nèi)生增長的框架內(nèi)，從減污技術(shù)出發(fā)分析EKC倒U型曲線形成的原因。本文結(jié)構(gòu)安排如下：第二部分是文獻(xiàn)綜述，第三部分建立模型，第四部分通過對模型進(jìn)行穩(wěn)態(tài)分析和比較動態(tài)分析來闡述減污技術(shù)、經(jīng)濟(jì)增長和環(huán)境質(zhì)量之間的關(guān)系，第五部分是結(jié)論和建議。

二、文獻(xiàn)綜述

對于倒U型EKC曲線拐點形成的原因一般有以下幾種解釋：

1．從經(jīng)濟(jì)增長的源泉角度，即考慮經(jīng)濟(jì)增長的結(jié)構(gòu)效應(yīng)。經(jīng)濟(jì)增長在初期通過資本推動，在后期會通過人力資本推動，而由于資本密集型生產(chǎn)通常也是污染密集型，因此這種結(jié)構(gòu)變化會導(dǎo)致污染物排放先增后減，環(huán)境質(zhì)量先惡化然后不斷改善［2］。

2．從消費者環(huán)境意識角度。收入達(dá)到一定水平后，人們對環(huán)境質(zhì)量的要求會提高，若政府能對這種變化迅速作出反應(yīng)并采取有效措施，環(huán)境質(zhì)量會在人均收入提高到一定水平后得到改善［3］。當(dāng)消費者感受到的邊際污染損害彈性（income elasticity of marginal damage）大于1時，污染會隨收入增加而減少；若該彈性小于1，則隨著收入增加污染還是會增加［4］。該解釋假設(shè)政府能對消費者的環(huán)境訴求迅速作出反應(yīng)，這使其在現(xiàn)實中的適用性受到局限。

3．環(huán)境管制的門檻效應(yīng)。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的初期階段，污染沒有被管制，或者即使有管制生產(chǎn)者也不愿采取減污行動［5］，因此初期階段污染不斷增加；當(dāng)收入達(dá)到一定水平后，污染管制開始出現(xiàn)或者開始發(fā)揮效力，污染開始減少。這種解釋也存在局限性：門檻效應(yīng)的實現(xiàn)同上文的第二種解釋一樣，都要假定政府的政策反應(yīng)隨收入增加而變強(qiáng)，這與現(xiàn)實情況不太相符；另外這種解釋假設(shè)一旦發(fā)生減污行為，污染就會減少，但實際上當(dāng)減污效率較低時，污染增加的速度會大于減污的速度。

近年來一些學(xué)者試圖從技術(shù)角度解釋EKC的形成。一種看法認(rèn)為EKC的形成是減污投入規(guī)模報酬遞增的結(jié)果，隨著減污規(guī)模擴(kuò)大，其效率也會增加，即減污的規(guī)模效應(yīng)會形成其技術(shù)效應(yīng)。在這種情形下，即使經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)等其他因素不發(fā)生變化，污染也會減少，最終形成EKC［6］。在這種解釋中，減污投入的增加與減污技術(shù)進(jìn)步被看做是同時發(fā)生的，環(huán)境支出越多，減污技術(shù)便越先進(jìn)，減污效率也越高。

另一種看法是單純從技術(shù)進(jìn)步角度分析EKC的形成原因。Stokey認(rèn)為EKC的形成是經(jīng)濟(jì)體在跨越一定收入水平門檻時開始使用污染較小的生產(chǎn)技術(shù)所致［7］。De Groot批判了用結(jié)構(gòu)變化對EKC進(jìn)行解釋的理論，認(rèn)為干中學(xué)形成的減污技術(shù)是EKC形成的關(guān)鍵［8］。Dinda認(rèn)為投資從生產(chǎn)領(lǐng)域轉(zhuǎn)向減污領(lǐng)域，才能形成EKC倒U型曲線，而其隱含條件是，要有持續(xù)的動力（如技術(shù)進(jìn)步）促進(jìn)資本積累，才有足夠的投資轉(zhuǎn)向減污領(lǐng)域，從而形成污染—產(chǎn)出之間的倒U型關(guān)系［9］。Brock和Taylor認(rèn)為EKC和Solow模型之間是緊密聯(lián)系的，他們在Solow模型中納入減污技術(shù)后發(fā)現(xiàn)EKC成為經(jīng)濟(jì)增長向穩(wěn)態(tài)路徑收斂過程中的副產(chǎn)品［10］。Smulders通過建立包含環(huán)境變化和內(nèi)生技術(shù)進(jìn)步的經(jīng)濟(jì)增長模型，發(fā)現(xiàn)當(dāng)且僅當(dāng)“骯臟”生產(chǎn)技術(shù)最終被更清潔的生產(chǎn)技術(shù)取代時，EKC中向下傾斜的部分才會出現(xiàn)［11］。陸旸等對環(huán)境支出和環(huán)境質(zhì)量的最優(yōu)增長路徑進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在減污技術(shù)規(guī)模收益不變的情況下，污染隨著產(chǎn)出的增加呈現(xiàn)倒U型增長路徑［12］。樊海潮將污染減排技術(shù)內(nèi)生化，發(fā)現(xiàn)人們對環(huán)境質(zhì)量的關(guān)心會最終促進(jìn)污染減排技術(shù)的發(fā)展，從而使環(huán)境質(zhì)量得到持續(xù)改善［13］。李時興認(rèn)為倒U型EKC的實現(xiàn)取決于偏好對收入的邊際效應(yīng)與污染消減效率的相對大小，而不足的環(huán)境投入及較低的技術(shù)水平是EKC呈現(xiàn)單調(diào)上升或N型的主要原因［14］。

可以看出，EKC形成機(jī)制的理論出發(fā)點從經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、政府管制和消費者心理訴求等因素，逐漸向污染治理投入和減污技術(shù)轉(zhuǎn)變。本文在Brock和Taylor建立的新古典模型基礎(chǔ)上［10］，進(jìn)一步考慮在內(nèi)生增長的框架內(nèi)減污技術(shù)和EKC的關(guān)系。我們將環(huán)境質(zhì)量納入效用函數(shù)，建立包含最終產(chǎn)品生產(chǎn)、人力資本開發(fā)和減污三個部門的內(nèi)生增長模型，同時增加減污投入比可變的假設(shè)，通過對模型動態(tài)最優(yōu)化均衡結(jié)果的分析，對EKC的形成機(jī)制進(jìn)行理論解釋，考察減污技術(shù)、減污投入在EKC形成過程中的作用，并探討既促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長又促進(jìn)環(huán)境質(zhì)量改善的途徑。

三、模型建立

假設(shè)一個封閉的經(jīng)濟(jì)體中存在三個部門：最終產(chǎn)品部門、人力資本開發(fā)部門和減污部門。最終產(chǎn)品部門的生產(chǎn)要素為物質(zhì)資本和人力資本，生產(chǎn)過程中排放污染物。經(jīng)濟(jì)體的人口總數(shù)單位化為1，人力資本一部分投入到最終產(chǎn)品部門，另一部分投入到人力資本開發(fā)部門。最終產(chǎn)品的一部分投入到減污部門。經(jīng)濟(jì)總量、減污技術(shù)和減污投入共同決定污染物的排放水平。消費者的效用由消費量和污染量共同決定。

（一）模型假設(shè)

1．最終產(chǎn)品部門

2．人力資本開發(fā)部門

本文借用Lucas對人力資本積累的設(shè)定［15］，定義人力資本積累方程為：H．＝AH（H－HY）。其中AH＞0為人力資本開發(fā)部門的技術(shù)參數(shù)，H為經(jīng)濟(jì)體總的人力資本數(shù)量，H－HY為人力資本開發(fā)過程中使用的人力資本數(shù)量。

3．減污部門

經(jīng)濟(jì)規(guī)模、減污投入比、減污技術(shù)水平和環(huán)境自身清潔能力共同決定環(huán)境質(zhì)量。本文沿用Brock和Taylor對污染物排放的假設(shè)［10］，假定生產(chǎn)一單位最終產(chǎn)品會排放Ω單位污染物。減污技術(shù)不變時減污投入的規(guī)模報酬不變，邊際報酬遞減。定義減污水平A代表投入FA單位的最終產(chǎn)品進(jìn)行減污，當(dāng)減污水平為A時，總的污染物排放減少了ΩA單位。假設(shè)無污染物排放時的環(huán)境質(zhì)量用0表示，E表示實際環(huán)境質(zhì)量與0之間的差額，則E為負(fù)值。設(shè)環(huán)境自我清潔能力為η，則環(huán)境質(zhì)量的流量可表示為：

式（1）到式（2）的依據(jù)是減污技術(shù)不變時減污投入的規(guī)模報酬不變假設(shè)。結(jié)合式（4）和上文假設(shè)，有a（0）＝1，a′＜0，a″＞0，根據(jù)這些特征我們可令a（FA／F）＝（1－FA／F）γ＝θγ，γ＞1。這里我們假設(shè)減污技術(shù)水平為外生，其增長率為g（＞0），則Ω的增長率為－g。

4．消費偏好

性的倒數(shù)；ω是環(huán)境偏好參數(shù)。

（二）考慮環(huán)境約束的穩(wěn)態(tài)增長路徑

假設(shè)社會計劃者的目標(biāo)是實現(xiàn)代表性消費者在無限時域內(nèi)的效用最大化，那么該動態(tài)最優(yōu)化問題可以表示為：

上述最優(yōu)化問題的現(xiàn)值漢密爾頓函數(shù)為：

控制變量分別是C、HY和θ，H最大化的一階條件是：

協(xié)狀態(tài)方程為：

橫截性條件為：

防汛原則是以防為主、防重于搶。防洪可分為工程和非工程兩個部分。其中，非工程部分包括洪水預(yù)報警報系統(tǒng)、洪水保險、行洪道清障、洪泛區(qū)管理、超標(biāo)準(zhǔn)洪水緊急措施、防洪調(diào)度等措施。工程部分主要包括堤、水庫、河道整治工程、分洪工程，根據(jù)不同功能和修建目的而分成擋、泄、蓄幾個類型。防范施工技術(shù)也是主要圍繞擋、泄、蓄3個類型進(jìn)行展開的［8］。

四、減污技術(shù)、經(jīng)濟(jì)增長和環(huán)境質(zhì)量

通過對模型的穩(wěn)態(tài)分析和比較動態(tài)分析，我們得到如下命題：

命題1：若減污投入比不變，則當(dāng)消費的跨期替代彈性1／ε小于1時，減污技術(shù)進(jìn)步率大于穩(wěn)態(tài)經(jīng)濟(jì)增長率，此時經(jīng)濟(jì)體在向穩(wěn)態(tài)路徑過渡的過程中能夠形成倒U型EKC曲線。

gθ＝0時根據(jù)式（13）有：

將式（15）代入式（11）得：

命題2：ε＞1時，在穩(wěn)態(tài)路徑上，若g＞g0（g0＝（AH－ρ）（ω＋ε）／［ε（ω＋1）］），則穩(wěn)態(tài)時減污投入比的增長率小于零，相對于g＝g0的情形，產(chǎn)出增長率增加，環(huán)境改善速度加快；反之，若g＜g0，則穩(wěn)態(tài)減污投入比增長率大于零，相對于g＝g0的情形，產(chǎn)出增長率下降，環(huán)境改善速度變慢。

由式（13）可知，當(dāng)g＞（AH－ρ）·（ω＋ε）／［ε（ω＋1）］時＞0，這表示當(dāng)g＞g0時，在維持消費者效用最大化的路徑上，最終產(chǎn)品中分配給消費和再生產(chǎn)的比例不斷增加，而分配給減污的比例不斷下降。同時有＞（AH－ρ）／ε和＜（AH－ρ）（1－ε）／［ε（ω＋1）］，即相對于g＝g0的情形，產(chǎn)出的穩(wěn)態(tài)增長率提高，環(huán)境質(zhì)量改善速度也加快。產(chǎn)出的穩(wěn)態(tài)增長率提高是因為有更多的資源分配到再生產(chǎn)領(lǐng)域；在減污投入比例降低時環(huán)境質(zhì)量改善速度加快可能的原因為：一是減污技術(shù)進(jìn)步率處于較高水平，二是伴隨著產(chǎn)出增長率的提高，雖然被分配給減污的最終產(chǎn)品比例有所減少，但由于最終產(chǎn)品總量的增加，導(dǎo)致最終形成的減污投入總量增加。

反之，當(dāng)g＜（AH－ρ）（ω＋ε）／［ε（ω＋1）］時，＜0，這表明當(dāng)g＜g0時，在穩(wěn)態(tài)路徑上，最終產(chǎn)品中分配給減污的比例不斷增加，而分配給消費和再生產(chǎn)的比例不斷減少。同時有＜（AH－ρ）／ε和＞（AH－ρ）（1－ε）／［ε（ω＋1）］，即相對于g＝g0的情形，產(chǎn)出的穩(wěn)態(tài)增長率降低，環(huán)境質(zhì)量改善速度也變慢。產(chǎn)出的穩(wěn)態(tài)增長率降低是因為投入到再生產(chǎn)領(lǐng)域的最終產(chǎn)品比例減少；環(huán)境質(zhì)量改善速度變慢可能的原因為：一是減污技術(shù)進(jìn)步率較低，二是雖然減污投入比增加，但由于經(jīng)濟(jì)增長放緩，導(dǎo)致最終減污投入總量的減少。

命題3：減污技術(shù)進(jìn)步率增加、人力資本開發(fā)效率提高、消費者時間偏好率下降，都能夠提高穩(wěn)態(tài)經(jīng)濟(jì)增長率并使環(huán)境改善速度加快。

表1和對外生變量的偏導(dǎo)數(shù)

表1和對外生變量的偏導(dǎo)數(shù)

／?g ／?AH ／?ρ?g＊Y ＞0 ＞0 ＜0?g＊E ＜0 ＜0 ＞0

五、結(jié)論和建議

本文在Brock和Taylor建立的新古典模型基礎(chǔ)上［10］，建立包含三個部門的內(nèi)生增長模型，將環(huán)境質(zhì)量納入效用函數(shù)，同時增加減污投入比可變的假設(shè)，通過對模型動態(tài)最優(yōu)化均衡結(jié)果的穩(wěn)態(tài)和比較動態(tài)分析，得到如下結(jié)論和政策建議：

第一，在減污投入比不變時，消費者跨期替代彈性小于1是倒U型EKC曲線拐點形成的條件，而這一條件是通過減污技術(shù)進(jìn)步率大于穩(wěn)態(tài)經(jīng)濟(jì)增長率來實現(xiàn)的。因此，減污技術(shù)進(jìn)步率的提高，對于經(jīng)濟(jì)體跨越EKC拐點、實現(xiàn)環(huán)境質(zhì)量的改善至關(guān)重要。政府要進(jìn)一步重視環(huán)境科研，加大研發(fā)投入，并通過技術(shù)引進(jìn)、鼓勵企業(yè)開發(fā)和應(yīng)用減污技術(shù)等手段，提高減污技術(shù)在全社會的應(yīng)用程度和實施效果。

第二，在消費者效用最大化路徑上，減污技術(shù)與減污投入之間存在互補(bǔ)關(guān)系，但是只有在減污技術(shù)進(jìn)步率較高時，兩者之間的互補(bǔ)才有利于經(jīng)濟(jì)增長和環(huán)境改善。在減污技術(shù)進(jìn)步率較低時，社會資源更多地投向減污領(lǐng)域并不能使環(huán)境質(zhì)量得到改善，反而由于投向生產(chǎn)領(lǐng)域的資源減少，經(jīng)濟(jì)增長率還會隨之降低。因此，加快推進(jìn)減污技術(shù)水平的進(jìn)步，是進(jìn)行環(huán)境友好型經(jīng)濟(jì)建設(shè)的核心。

第三，減污技術(shù)進(jìn)步越快，人力資本開發(fā)效率越高，消費者更注重未來效用的獲取，則穩(wěn)態(tài)經(jīng)濟(jì)增長率便越高，同時環(huán)境質(zhì)量改善速度也越快。人力資本是經(jīng)濟(jì)增長的要素之一，對環(huán)境質(zhì)量的改善也起到關(guān)鍵作用。勞動力素質(zhì)的提高，是節(jié)能減排政策得以有效貫徹實施的基礎(chǔ)，更是相關(guān)技術(shù)發(fā)明得以產(chǎn)生的源泉。消費引導(dǎo)著經(jīng)濟(jì)體新一輪的投資方向、結(jié)構(gòu)和規(guī)模，消費方式與“兩型”社會建設(shè)目標(biāo)的實現(xiàn)密切相關(guān)。政府要積極倡導(dǎo)健康、理性的消費方式，避免過度消費帶來的資源浪費和環(huán)境破壞。

［1］Grossman，G．M．，Krueger，A．Environmental Impacts of a North American Free Trade Agreement［Z］．NBER Working Paper，No．3914，1991．

［2］Gale，L．R．，Mendez，J．A．The Empirical Relationship between Trade，Growth and the Environment［J］．International Review of Economics and Finance，1998，7（1）：53—61．

［3］Gawande，K．，Berrens，R．P．，Bohara，A．K．AConsumption Based Theory of Environmental Kuznets Curve［J］．Ecological Economics，2001，37（3）：101—112．

［4］Lopez，R．，Mitra，S．Corruption，Pollution and the Environmental Kuznets Curve［J］．Journal of Environmental Economics and Management，2000，40（4）：137—150．

［5］Selden，T．，Song，D．Neoclassical Growth，the J Curve for Abatement，and the Inverted－U Curve for Pollution［J］．Journal of Environmental Economics and Management，1995，29（7）：162—168．

［6］Andreoni，J．，Levinson，A．The Simple Analytics of the Environment Kuznets Curve［J］．Journal of Public Economics，2001，80（11）：269—289．

［7］Stokey，N．L．Are There Limit to Growth［J］．International Economic Review，1998，39（1）：1—33．

［8］De Groot，H．L．F．Structural Change，Economic Growth and the Environmental Kuznets Curve Perspective［Z］．OCFEB Research Memorandum，No．9911，1999．

［9］Dinda，S．A．Theoretical Basis for the Environmental Kuznets Curve［J］．Ecological Economics，2005，53（3）：403—413．

［10］Brock，W．A．，Taylor，M．S．The Green Solow Model［J］．Journal of Economic Growth，2010，15（5）：127—153．

［11］Smulders，S．，Bresschger，L．，Egli，H．Economic Growth and the Diffusion of Clean Technologies：Explaining Environmental Kuznets Curves［J］．Environment Resource Economic，2011，49（12）：79—99．

［12］陸旸，郭路．環(huán)境庫茲涅茨倒U型曲線和環(huán)境支出的S型曲線：一個新古典增長框架下的理論解釋［J］．世界經(jīng)濟(jì)，2008，（12）：82—92．

［13］樊海潮．技術(shù)進(jìn)步與環(huán)境質(zhì)量：個體效用的作用分析［J］．世界經(jīng)濟(jì)文匯，2009，（1）：50—57．

［14］李時興．偏好、技術(shù)與環(huán)境庫茲涅茨曲線［J］．中南財經(jīng)政法大學(xué)學(xué)報，2012，（1）：31—38．

［15］Lucas，R．E．On the Mechanics of Economic Development［J］．Journal of Monetary Economics，1988，22（3）：3—42．