福建省環(huán)境庫茲涅茨曲線的實證研究

陳 沖

（福建師范大學，福建福州，350108）

福建省環(huán)境庫茲涅茨曲線的實證研究

陳 沖

（福建師范大學，福建福州，350108）

基于福建省1995-2012年經(jīng)濟增長與環(huán)境污染的相關數(shù)據(jù)，運用主成分分析法，將廢水排放量、工業(yè)廢氣排放量和工業(yè)固體廢物排放量綜合為一個衡量福建省環(huán)境污染程度的污染綜合指標。對經(jīng)濟增長與環(huán)境污染綜合指標建立誤差修正模型，實證結(jié)果顯示福建省經(jīng)濟發(fā)展符合環(huán)境庫茲涅茨理論，福建省環(huán)境污染和經(jīng)濟增長之間呈倒U型曲線，曲線的拐點為3.14萬元。通過對福建省環(huán)境庫茲涅茨模型的擴展，進一步分析了政府治污投資和科研投入在環(huán)境保護中的作用，根據(jù)研究結(jié)論提出環(huán)境保護方面的建議。

福建省；主成分分析；環(huán)境庫茲涅茨曲線；誤差修正模型

一、引言

1972年，梅多斯發(fā)表了《增長的極限》一書，他認為如果為了保持良好的生態(tài)環(huán)境就需要降低經(jīng)濟發(fā)展速度。[1]然而也有經(jīng)濟學家對此提出反駁，其中最著名的就是庫茲涅茨提出的“倒U型曲線”，在經(jīng)濟發(fā)展初期環(huán)境隨經(jīng)濟發(fā)展而惡化，但當經(jīng)濟達到和超越了某一臨界點，人均國民生產(chǎn)總值的提高反而會有助于減少環(huán)境污染。

2012年，福建省廢水排放總量25.62億噸、廢氣排放總量46.45萬噸、固體廢棄物產(chǎn)生量7719.54萬噸。隨著黨的十八屆三中全會提出深入貫徹落實科學發(fā)展觀，扎實做好各項環(huán)保工作，福建省更面臨著保持現(xiàn)有環(huán)境質(zhì)量、深入推進節(jié)能減排、防范環(huán)境風險的三大壓力。[2]

二、文獻回顧

（一）文獻研究

在經(jīng)濟增長與環(huán)境污染方面，國內(nèi)學者在實證和理論方面做了廣泛而深入的研究。黃瑜瑜等[3]（2012）通過對福建省1996-2009年碳排放總量和人均GDP的實證分析，驗證了庫茲涅茨假說，2013年將成為碳排放由增到減的轉(zhuǎn)折點。邵鋒祥和屈小娥[4]（2012）實證研究了1978-2008年陜西省碳排放與經(jīng)濟增長的關系，拐點的出現(xiàn)仍需要32.5年到2040年左右，同時驗證了技術進步能使碳排放減少。丁繼紅和年艷[5]（2010）以江蘇省經(jīng)濟增長與環(huán)境污染之間關系為研究對象，實證的結(jié)果顯示江蘇省綜合污染指數(shù)與人均GDP呈現(xiàn)N型曲線特征，環(huán)境污染隨著經(jīng)濟增長先出現(xiàn)惡化，之后得到改善，最后進一步惡化。許統(tǒng)生和梁可[6]（2011）通過主成分分析得出反映污染水平的綜合指數(shù)，建立對江西省人均GDP與污染綜合指數(shù)的模型。焦瑋[7]等對安徽1995-2009年期間經(jīng)濟增長與工業(yè)廢水排放、工業(yè)廢氣排放和人均工業(yè)廢棄固體構(gòu)造基于EKC曲線的拓展模型，得出經(jīng)濟增長與污染指標成N型曲線。包群和彭水軍[8]（2006）基于1996-2000年中國各省市環(huán)境指標的面板數(shù)據(jù)，倒U曲線的轉(zhuǎn)折點均高于人均收入3萬元，目前中國各地區(qū)仍處于庫茲涅茨曲線的左半段，環(huán)?？蒲泻唾Q(mào)易開放度增加均有顯著性正向影響。沈鋒[9]（2008）基于環(huán)境庫茲涅茨理論，對上海市環(huán)境污染和經(jīng)濟增長進行了實證研究，當人家GDP為36000元時，環(huán)境污染達到最低點，同時指出技術進步對環(huán)境質(zhì)量改變具有正負效應兩重性。周閩軍和柳平生[10]（2012）通過對福建省1990-2010年經(jīng)濟增長與環(huán)境污染的時間序列數(shù)據(jù)，建立福建省環(huán)境庫茲涅茨曲線的計量模型，得出福建省環(huán)境庫茲涅茨曲線呈二次正U型，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的重工業(yè)化導致福建二氧化硫排放增長。

（二）文獻評述

上述文獻研究成果，一些研究以碳排放與經(jīng)濟增長的關系展開，也有以污染綜合指標與經(jīng)濟增長的關系，研究角度不同得到的各地區(qū)的環(huán)境污染模型的曲線也不同。根據(jù)文獻研究，結(jié)合福建省經(jīng)濟發(fā)展的現(xiàn)狀，本文以福建省經(jīng)濟增長與環(huán)境污染程度的關系為研究對象，用廢水排放量、工業(yè)廢氣排放和工業(yè)廢棄固體這三個環(huán)境污染因素測度污染程度的綜合指標，驗證福建省經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境問題是否符合環(huán)境庫茲涅茨假說。

表1 主成分分析結(jié)果

三、計算福建省環(huán)境污染綜合指標

環(huán)境污染的因素有很多，包括廢水排放、廢氣排放、固體廢棄物排放和粉塵排放等，但這些污染物的排放量只是從一個方面反映了環(huán)境問題，而不能從整體度量環(huán)境污染的程度，因此我們有必要構(gòu)造一個衡量福建省污染程度的綜合指標。

（一）變量說明和數(shù)據(jù)來源

改革開放以來，福建省的主要污染來源于工業(yè)，而居民生活排放的污染物只占總排放量很小的一部分，因此在進行模型分析時可以忽略不計。[9]通過對經(jīng)濟增長與環(huán)境問題的相關文獻分析，確保數(shù)據(jù)可得性，選取福建省1995-2012年廢水排放量、工業(yè)廢氣排放量和工業(yè)固體廢物排放量度量環(huán)境污染的程度，分別用X1、X2和X3來表示。通過對三類污染物排放量進行主成分分析，得到污染綜合指標，用X4表示。數(shù)據(jù)來源是1996-2013年《福建省統(tǒng)計年鑒》各期數(shù)據(jù)整理而得，由于統(tǒng)計年鑒中沒有反應1996年數(shù)據(jù)，因此采用1995和1997年數(shù)據(jù)的均值來替代。

（二）計算污染綜合指標

由于污染排放量三個指標分別從三個方面反映環(huán)境污染的情況，為了研究福建省環(huán)境污染情況與經(jīng)濟增長是否符合環(huán)境庫茲涅茨假說，需要將三個指標綜合成為一個指標，通過對三個變量進行主成分分析，達到減少指標個數(shù)，在低維度空間將信息分解為互相不相關的部分以獲得有意義的解釋。[11]主成分系數(shù)通過主成分特征向量矩陣中每一指標數(shù)值除以相應的主成分特征值的平方根得到。

從表1中的累積貢獻率看，第1主成分和第2主成分的貢獻率達到89.7%，能很好地反映三類指標的總體變動情況，這樣可以用兩個主成分M1和M2來代替原來的三個指標，由三個指標與各自的主成分系數(shù)相乘得到，[5]計算公式如下：

M1=0.423622*X1+0.437735*X2-0.350201*X3（1）M2=0.532555*X1+0.327118*X2+1.053088*X3（2）

以每個主成分所對應的特征值（姿）占提取主成分特征值之和的百分比為權重，得到主成分綜合指標X4，公式如下：

四、福建省環(huán)境庫茲涅茨曲線的實證分析

環(huán)境庫茲涅茨理論認為當經(jīng)濟達到和超越了某一臨界點，人均國民生產(chǎn)總值的提高會有助于減少環(huán)境污染，但是環(huán)境庫茲涅茨曲線是用于分析發(fā)達國家和地區(qū)的模型，對發(fā)展中國家和地區(qū)是否適用仍需要進一步驗證，并且通過福建省環(huán)境庫茲涅茨曲線進行拓展，引入政府環(huán)境污染治理投資和科研投入這兩個變量，對政府在環(huán)保中的作用進行實證分析。

（一）模型的構(gòu)建

通過對國內(nèi)外學者關于環(huán)境庫茲涅茨曲線的實證模型的分析，以及福建省環(huán)境污染綜合指標持續(xù)增長的趨勢，模型采取二次項多項式擬合福建省環(huán)境污染與經(jīng)濟發(fā)展的關系。以X4t代表環(huán)境污染的綜合指標，以PGDP代表實際人均國民收入。X4t表示的是福建省總體污染綜合指標且數(shù)值較大且對數(shù)序列不會改變數(shù)據(jù)特征，因此在建模時對X4t取對數(shù)，建立福建省環(huán)境庫茲涅茨曲線的模型為：

1nX4t=琢t+β1PGDPt+β2（PGDPt）2（4）

式中：琢t為截距項，β1、β2分別為PGDPt和（PGDPt）2的待估系數(shù)。如果模型中，β1躍0且β2約0，曲線呈倒U型；當β1約0且β2躍0時，曲線是正U型。[3]X4t的樣本數(shù)據(jù)通過（3）式計算得到，人均實際GDP數(shù)據(jù)來源于《2013年福建省統(tǒng)計年鑒》，以1994年為基期。

表2 福建省污染綜合指標和人均實際GDP

（二）計量結(jié)果及分析

1.單位根檢驗

模型所要分析的是時間序列數(shù)據(jù)，在回歸分析前要保證時間序列是平穩(wěn)的，因為非平穩(wěn)的時間序列參與回歸會產(chǎn)生偽回歸問題。因此需要對變量序列進行單位根檢驗，判斷時間序列的平穩(wěn)性。通過EVIEWS6.0對時間序列數(shù)據(jù)1nX4t、PGDPt和（PGDPt）2進行單位根檢驗。如果變量的ADF對應的顯著性水平大于臨界值（琢= 0.05），變量是非平穩(wěn)的；否則就是平穩(wěn)的。[12]

從單位根（ADF）檢驗的結(jié)果可知，序列是一階單整的，PGDPt和（PGDPt）2序列是二階單整的，雖然被解釋變量與解釋變量之間的單整階數(shù)不同，但PGDPt和（PGDPt）2的線性組合可能是單整的，需要進一步對變量的時間序列進行差分處理或者協(xié)整分析。

表3 ADF檢驗值

2.協(xié)整檢驗與誤差修正模型

在實際的建模過程中，福建省環(huán)境污染的綜合指標和人均GDP的時間序列是非平穩(wěn)的，1987年Engle和Granger提出的協(xié)整理論認為，雖然一些經(jīng)濟變量本身是非平穩(wěn)序列，但它們的線性組合可能是平穩(wěn)的，被稱為協(xié)整關系。[11]對福建省環(huán)境污染綜合指標序列和人均GDP及其平方序列進行協(xié)整檢驗。

表4 協(xié)整檢驗結(jié)果

從表4可以看出，協(xié)整向量原假設None表示沒有一個協(xié)整關系，該原假設下計算的跡統(tǒng)計量值為34.33568，大于臨界值29.79707且概率P值為0.014，可以拒絕原假設，至少存在一個協(xié)整關系。協(xié)整向量原假設At most 1的含義是，最多有一個協(xié)整關系存在，該原假設下跡統(tǒng)計量值為9.009857，小于5%臨界值15.49471且概率P值為0.3645，可以接受該原假設，認為存在最多存在一個協(xié)整關系。因此，檢驗結(jié)果顯示存在一個協(xié)整關系。[12]通過E-G兩步法，對變量進行誤差修正模型估計，得到以LNX4為因變量的誤差修正模型。

第一步，進行協(xié)整回歸（OLS），檢驗變量間的協(xié)整關系，估計協(xié)整向量，得到的協(xié)整方程為：1nX4t=0.471679PGDPt-0.07504（PGDPt）2+10.37129（5）

對協(xié)整方程的殘差序列進行平穩(wěn)性檢驗，得到殘差序列5%顯著性水平下的t檢驗值為（-3.710482），P值為0.0298，因此殘差序列是平穩(wěn)的，可以判斷模型的變量之間存在協(xié)整關系。[12]

第二步，將第一步求得的殘差作為非均衡誤差項加入到誤差修正模型中，再次通過最小二乘法估計相應參數(shù)，得到誤差修正模型為：

誤差修正項為：

為檢驗誤差修正模型的準確性，通過誤差修正模型計算得到2012年的污染綜合指標的對數(shù)值為：1nX贊42012=11.05218。而2012年實際的污染綜合指標值為1nX42012=10.89592，可見誤差修正模型的相對誤差為1.4%，說明誤差修正模型對樣本數(shù)據(jù)的擬合效果很好。協(xié)整方程（5）表示污染綜合指標對數(shù)與PGDPt和（PGDPt）2長期的均衡關系，誤差修正模型的誤差修正項系數(shù)（-0.08998）的含義是，當短期波動偏離長期均衡時，將以（-0.08998）的調(diào)整力度將非均衡狀態(tài)拉回到均衡狀態(tài)。從協(xié)整協(xié)整方程來看，人均收入一次項系數(shù)為正，二次項系數(shù)為負，即福建省環(huán)境污染和經(jīng)濟增長之間呈倒U型曲線，表明福建省經(jīng)濟發(fā)展符合環(huán)境庫茲涅茨理論，計算福建省環(huán)境庫茲涅茨曲線的拐點：

拐點的含義是，當福建省人均國民收入小于3.14萬元時，環(huán)境污染會隨著經(jīng)濟增長而加重；當人均收入大于3.14萬元時，環(huán)境污染會隨著經(jīng)濟增長而減輕。從表2可以看出，2010年和2011年處于環(huán)境庫茲涅茨曲線的拐點，說明目前福建省的環(huán)境形勢最為嚴峻，環(huán)境污染程度處于最高點。

（三）政府治污投資和科研投入在環(huán)境保護中的作用

由于環(huán)境保護和治理污染有很強的外部性，屬于公共產(chǎn)品的供給范疇，因此保護環(huán)境都是政府的重要任務，而政府對治理污染的直接投資和科研投入，會對環(huán)境保護有積極影響。本文基于擴展的環(huán)境庫茲涅茨曲線來探究這一問題。[13]擴展的環(huán)境庫茲涅茨曲線形式為：

式中，Yt為政府治污投資和科研投入，分別用Y1t和Y2t表示，科研投入通過政府科研投入占GDP比重來衡量，數(shù)據(jù)來源為1996-2013年《福建省統(tǒng)計年鑒》各期數(shù)據(jù)整理而得。對時間序列取對數(shù)不會改變數(shù)據(jù)的特征，并且為保證在回歸分析時數(shù)據(jù)為同一個數(shù)量級，對序列取對數(shù)后的序列Y1t'和Y2t'進行回歸分析。

1.政府污染治理投資的影響

與估計福建省環(huán)境庫茲涅茨模型（4）的方法相同，先對時間序列進行單位根檢驗，然后進行協(xié)整檢驗，協(xié)整檢驗的結(jié)果顯示，1nX4、PGDPt、（PGDPt）2和Y1t'存在一個協(xié)整關系，協(xié)整方程的形式為：

從式（8）中可以看出，政府治理污染投資對福建省污染綜合指標的影響為負，影響系數(shù)為（-0.287418），含義是如果政府治污增加1%，那么環(huán)境污染綜合指標將下降0.29%。

2.政府科研投入的影響

同樣的方法得到1nX4t、PGDPt、（PGDPt）2和Y2t'存在兩個協(xié)整關系，協(xié)整方程的形式為：

從式（9）得知，政府科研投入對福建省污染綜合指標的影響為負，影響系數(shù)為（-0.117773），含義是如果政府科研投入增加1%，那么環(huán)境污染綜合指標將下降0.12%。

通過對式（8）和式（9）的估計，可以得知，政府治污投資增加1%，環(huán)境污染綜合指標將下降0.29%；政府科研投入增加1%，環(huán)境污染綜合指標將下降0.12%。實證分析結(jié)果表明，政府投資和科研投入在環(huán)境保護中的作用非常明顯。政府應加大對污染治理的直接投資力度的同時，增加社會科研投入，鼓勵發(fā)明節(jié)能環(huán)保技術和產(chǎn)品，有利于在企業(yè)生產(chǎn)和人民消費過程中減少污染物的排放量。

五、研究結(jié)論及啟示

（一）研究結(jié)論

通過主成分分析法，對福建省1995-2012年廢水排放量、工業(yè)廢氣排放量和工業(yè)固體廢物排放量度量環(huán)境污染的程度構(gòu)造一個衡量福建省環(huán)境污染程度的污染綜合指標。分析了福建省環(huán)境庫茲涅茨曲線，得到污染綜合指標隨人均GDP先增加再減少的拐點為3.14萬元，這一人均實際國民生產(chǎn)總值正是福建省目前的現(xiàn)狀，說明目前福建省經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護之間的矛盾最為嚴峻，需要政府在環(huán)境保護方面有所作為。在此基礎上，構(gòu)造擴展的環(huán)境庫茲涅茨曲線得知，政府治污投資增加1%，環(huán)境污染綜合指標將下降0.29%；政府科研投入增加1%，環(huán)境污染綜合指標將下降0.12%。

（二）政策建議

第一，加大環(huán)境污染治理投資力度。經(jīng)濟增長并不是能夠提高環(huán)境質(zhì)量的根本辦法，隨著福建省經(jīng)濟發(fā)展和經(jīng)濟實力的增強，政府有更大的財政能力用于環(huán)境污染綜合治理，政府加大治污力度可以使污染綜合指標快速下降，人與自然和諧相處的生態(tài)社會加快到來。

第二，提高節(jié)能環(huán)保的科研投入?？蒲畜w系的建設有助于將產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)提升到節(jié)能減排和低碳環(huán)保產(chǎn)業(yè)，有利于加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級和技術創(chuàng)新，增強社會和企業(yè)的科學技術水平，提高新能源普及和應用范圍。在未來幾年加大科研投入，推進低碳環(huán)保技術研發(fā)，淘汰高污染、高排放產(chǎn)能，實現(xiàn)生態(tài)美、百姓富的美麗福建的夢想。

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[責任編輯：姚青群]

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A

1008-7346（2014）03-0067-06

2014-08-30

陳沖，男，河南周口人，福建師范大學經(jīng)濟學院2012級碩士研究生。