基于EKC模型的洎水河流域經(jīng)濟增長與氮磷排放關(guān)系研究

胡綿好+袁菊紅

[摘 要]本文以環(huán)境庫茲涅茨曲線（EKC）為理論基礎(chǔ)，采用1997—2013年人均GDP與江西洎水河水體中總氮（TN）、總磷（TP）含量數(shù)據(jù)，構(gòu)建了經(jīng)濟增長與環(huán)境質(zhì)量之間的回歸模型，分析了洎水河流域水體中TN、TP濃度隨人均GDP增長的變化趨勢及原因。結(jié)果表明，洎水河流域經(jīng)濟增長與氮磷排放之間的關(guān)系具有環(huán)境庫茲涅茨曲線特征，即呈倒“N”型特征；但水體中TN、TP濃度隨經(jīng)濟增長而減少或增加的轉(zhuǎn)折點并未完全跨越EKC拐點。目前，洎水河流域總體處于調(diào)整和優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，加快產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級促發(fā)展的新階段，因此，應(yīng)針對性地采取不同環(huán)境政策和經(jīng)濟發(fā)展政策，加大環(huán)保投入和加強執(zhí)法力度等措施，來降低水質(zhì)EKC拐點，實現(xiàn)流域經(jīng)濟和環(huán)境保護的協(xié)調(diào)發(fā)展。

[關(guān)鍵詞]環(huán)境庫茲涅茨曲線；環(huán)境經(jīng)濟；洎水河流域；氮磷排放

一、引言

洎水河為江西樂安河上游的一條較大支流，流域總面積557平方公里，流經(jīng)德興市區(qū)境內(nèi)達501平方公里，是德興市境內(nèi)的第二條大河，又被稱為德興的母親河。洎水河從上游到樂安河匯合點，匯集了中、小型規(guī)模不等的若干工礦企業(yè)，不合理的礦山開發(fā)已使該流域自然生態(tài)系統(tǒng)遭受破壞，水土流失較為嚴重。近年來，隨著德興市工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展、人口的急劇增加及人們生活水平的不斷提高，大量的工業(yè)廢水和生活污水未經(jīng)處理直接排入水體，造成洎水河流域污染加劇，整個流域內(nèi)多數(shù)河段水質(zhì)為Ⅲ、Ⅳ類，有些河段的水質(zhì)為Ⅴ和劣Ⅴ類①，河水污染較為嚴重。從某種意義上說，洎水河流域的經(jīng)濟增長在一定程度上是以犧牲環(huán)境、破壞資源為代價的，而水體污染對經(jīng)濟發(fā)展的消極作用亦日益凸顯，潛伏性極大。當前，生態(tài)破壞和環(huán)境污染已成為制約該流域經(jīng)濟發(fā)展、危害人民健康和社會穩(wěn)定的一個重要因素。經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境質(zhì)量的關(guān)系是當今環(huán)境經(jīng)濟學界研究的熱點課題。美國經(jīng)濟學家Grossman和Krueger1991年首次指出環(huán)境污染和人均收入之間呈倒“U”型關(guān)系，Panayotou于1993年首次將這條倒“U”型曲線命名為“環(huán)境庫茲涅茨曲線”。自此以后國內(nèi)外學者利用不同的數(shù)據(jù)來源和從不同角度，對此作了大量的理論探討與實證分析。彭鴻等學者研究發(fā)現(xiàn)，武漢市東湖人均GDP與湖水中總氮（TN）、氨氮（NH4-N）和高錳酸鉀指數(shù)（CODMn）之間呈“N”型曲線特征①。河南人均GDP與工業(yè)“三廢”排放量之間呈典型倒“U”型曲線，與工業(yè)二氧化硫（SO₂）排放量呈倒“N”型曲線②。研究還發(fā)現(xiàn)，水體中有機水污染物③和生化需氧量（BOD）④與經(jīng)濟發(fā)展之間呈典型的“U”型關(guān)系。然而，程曦研究卻發(fā)現(xiàn)，太湖經(jīng)濟發(fā)展與水體中TN、COD_Mn之間為典型的倒“U”型曲線，與化學需氧量（COD_Cr）之間為倒“N”型關(guān)系⑤。鄱陽湖流域人均GDP與水體中TN、TP之間呈典型的倒“U”型關(guān)系⑥?；春恿饔蛉司鵊DP與COD_Cr排放量之間呈典型倒“U”型曲線，與NH4-N排放量呈負線性相關(guān)關(guān)系⑦。顏蕾等研究還發(fā)現(xiàn)，重慶地區(qū)人均GDP與工業(yè)“三廢”排放量之間均呈“N”型關(guān)系⑧。山東地區(qū)人均GDP與工業(yè)固體廢物、廢水排放量之間呈線性關(guān)系，與煙塵排放量之間呈典型的“U”型關(guān)系⑨。國內(nèi)外學者不斷對EKC模型進行理論探討和實證分析，但由于每個人所選的數(shù)據(jù)差異和地區(qū)經(jīng)濟結(jié)構(gòu)及發(fā)展水平等差異，致使研究結(jié)果及局限性爭論較大⑩ 。因此，進一步完善經(jīng)濟增長與環(huán)境污染動態(tài)模型研究，弄清環(huán)境壓力和經(jīng)濟增長的關(guān)系，對改善環(huán)境質(zhì)量和促進經(jīng)濟社會發(fā)展仍具有重要的理論和現(xiàn)實意義。

中國區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展極不平衡，各個地方對污染治理的投入差別較大，很難建立統(tǒng)一的模型來描述整個國家的經(jīng)濟增長與環(huán)境污染之間的關(guān)系，因此只有按照經(jīng)濟發(fā)展水平進行分區(qū)研究，才能更好地解釋中國環(huán)境污染的實際狀況。洎水河流域長期以來采用粗放型的經(jīng)濟增長方式，造成了嚴重的環(huán)境與資源問題?，F(xiàn)今該流域正處在經(jīng)濟加速發(fā)展的關(guān)鍵時期，經(jīng)濟增長與資源利用、生態(tài)破壞和環(huán)境保護等問題日益突出。自2008年江西省委、省政府提出建設(shè)“環(huán)鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)”戰(zhàn)略構(gòu)想及將該流域納入“環(huán)鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)”內(nèi)以來，建設(shè)生態(tài)經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，加快發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，已成為洎水河流域?qū)嵤┬滦凸I(yè)化的必然選擇。因此，本研究利用環(huán)境庫茲涅茨曲線，通過構(gòu)建經(jīng)濟增長—環(huán)境質(zhì)量回歸模型，分析1997—2013年洎水河流域氮磷排放隨流域經(jīng)濟增長的變化規(guī)律，對在保持流域經(jīng)濟快速持續(xù)增長前提下逐步減少環(huán)境污染、實現(xiàn)流域綠色發(fā)展的目標，具有重要的現(xiàn)實意義，也為流域經(jīng)濟發(fā)展的綠色轉(zhuǎn)型提供理論依據(jù)。

二、數(shù)據(jù)來源與模型構(gòu)建

（一）變量選取與數(shù)據(jù)來源

洎水河流域地理位置為東經(jīng)117°29′—118°00′，北緯28°11′—29°00′，具體研究區(qū)域見圖1。為分析方便和考慮數(shù)據(jù)的可獲得性，本研究利用 1997—2013年洎水河流域的人均GDP和流域水體氮磷濃度數(shù)據(jù)，對經(jīng)濟增長與洎水河流域TN、TP之間的關(guān)系進行分析。

1.國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）和人均GDP（RGDP）數(shù)據(jù)

本研究中，GDP和RGDP數(shù)據(jù)由歷年《江西統(tǒng)計年鑒》和《德興市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》數(shù)據(jù)并按照當年價格計算而得，而用RGDP來表征反映洎水河流域經(jīng)濟發(fā)展狀況。

2.TN、TP數(shù)據(jù)

考慮到流域排放的氮、磷主要在洎水河形成匯集，洎水河水體TN、TP濃度的變化又基本上能反映整個流域氮磷排放量的變化，因此本研究選擇洎水河水體中氮磷的實測數(shù)據(jù)來代表整個流域的氮磷排放狀況。本研究反映氮磷排放水平的監(jiān)測數(shù)據(jù)由江西省環(huán)境監(jiān)測中心站提供，氮磷濃度以德興市的天門村和銀山站為檢測站點，以每年4月、8月和12月份（即平水期、豐水期和枯水期）實地測量的氮磷濃度而得。

（二）計量模型構(gòu)建

國際上基于環(huán)境庫茲涅茨曲線理論產(chǎn)生的計量模型，有時間序列數(shù)據(jù)的模型和面板數(shù)據(jù)的模型兩大類。而基于時間序列數(shù)據(jù)分析的模型中有兩種簡化形式，即二次多項式和三次多項式模型。本研究采用三次多項式模型對洎水河流域水體、濃度與之間是否存在曲線關(guān)系進行實證分析，其模型表達式為：

考慮到洎水河流域水體TN、TP濃度與RGDP之間可能存在的線性關(guān)系，本研究在經(jīng)濟增長—環(huán)境質(zhì)量的三次多項式回歸模型的基礎(chǔ)上進一步估計其一次線性模型和二次曲線模型形式。

三、結(jié)果與分析

（一）洎水河流域經(jīng)濟增長及水體氮磷濃度分析

由圖2可知，1997—2013年洎水河流域經(jīng)濟總體呈上升趨勢，國內(nèi)生產(chǎn)總值增長迅速，從1997年的17.19億元增長到2013年的133.94億元，年平均增長率達到13.82%。人均GDP從1997年的5800元增長到2013年的40600元，增長達7倍多，年平均增長率達13.05%。尤其是2005年以來，人均GDP的年均增長率高達16.24%。

由圖3可知，洎水河流域水體中TN、TP濃度在某個時段呈現(xiàn)下降和上升交替出現(xiàn)的不穩(wěn)定趨勢，但總體上洎水河流域水體TN、TP的濃度在1997—2011年這一時段中呈上升趨勢，但在2011年后下降趨勢明顯。1997年，洎水河流域水體中TN和TP濃度均值分別為1.853mg/L和0.134mg/L，到2013年TN和TP 濃度均值分別達到1.143mg/L和0.095mg/L。2011—2013年，洎水河流域水體中TN、TP濃度明顯出現(xiàn)下降趨勢。

（二）洎水河流域經(jīng)濟增長與TN、TP排放關(guān)系分析

利用1997—2013年洎水河流域人均GDP數(shù)據(jù)與流域水體TN、TP濃度數(shù)據(jù)，對經(jīng)濟增長—環(huán)境質(zhì)量的三次曲線模型及其一次線性模型形式與二次曲線模型進行最小二乘（OLS）回歸估計，得到模型估計系數(shù)（表1）?；貧w估計結(jié)果顯示，TN濃度與人均GDP的線性模型中各估計系數(shù)均達到了5%的顯著性水平，但R2僅為0.295，說明模型擬合度較低。雖然TN濃度與人均GDP的經(jīng)濟增長—環(huán)境質(zhì)量的二次曲線模型較其線性模型的擬合程度有微小的提高，R2由0.295提升為0.296，但模型不顯著。而TN濃度與人均GDP的三次曲線模型的擬合程度較線性模型和二次曲線有了明顯提高，R2達到0.65；各估計系數(shù)均達到1%的顯著水平；F值也有了提高，達到7.920。同樣，從R²來看，TP濃度與人均GDP的線性模型和二次曲線模型的擬合度較低，三次曲線模型的擬合效果則較好，R²達到0.539，且各估計系數(shù)多在5%的程度上顯著，模型的整體估計基本滿足顯著性要求（F值為5.067）。由此可知，經(jīng)濟增長—環(huán)境質(zhì)量的三次曲線模型形式對洎水河流域人均GDP數(shù)據(jù)與洎水河TN、TP濃度關(guān)系的模擬、解釋能力較強。因此，本研究選用經(jīng)濟增長—環(huán)境質(zhì)量的三次曲線模型形式的估計結(jié)果，分析洎水河流域人均GDP與TN、TP濃度之間的關(guān)系，以解釋經(jīng)濟增長與流域氮磷排放之間的非線性關(guān)系。

由表1和圖4可知，洎水河水體TN、TP濃度與流域人均GDP的三次曲線模型的估計方程如下（方程下面括號內(nèi)為T值）：

根據(jù)模型判定標準之一：若β₃<0，β₂>0且β₁<0，則當用橫坐標表示人均GDP，用縱坐標表示環(huán)境惡化程度時，環(huán)境惡化程度呈倒“N”型，說明洎水河流域水體TN、TP濃度與流域人均GDP之間呈“倒N”型曲線關(guān)系，即滿足模型關(guān)系。由洎水河流域水體TN、TP濃度與流域人均GDP的散點分布及其擬合曲線圖還可看出，洎水河流域氮磷在排放量初期，隨著人均GDP的增加而下降，到達第一個轉(zhuǎn)折點；隨后又隨著人均GDP的增加而上升，到達第二個轉(zhuǎn)折點；隨后又隨著人均GDP的增加而下降。兩個轉(zhuǎn)折點分別是人均GDP12917元和31900元，折合美元為2036.6美元和5019.7美元，第一個轉(zhuǎn)折點與EKC理論的轉(zhuǎn)折點（人均GDP4000—5000美元）差距較大，人均GDP不足使環(huán)境質(zhì)量自身得以改善；但第二個轉(zhuǎn)折點已達到了EKC理論的轉(zhuǎn)折點，人均GDP足以使環(huán)境質(zhì)量得到改善。然而，EKC拐點的形成是規(guī)模、結(jié)構(gòu)和技術(shù)三種效應(yīng)共同作用的結(jié)果，除了選擇合理的經(jīng)濟發(fā)展方式外，社會因素對EKC拐點形成也具有重要的影響①。王西琴等研究還認為，環(huán)境保護政策與治理投資等因素也是影響EKC拐點形成的重要因素②。若增加污染治理方面的投入，使污染減排收益規(guī)模增加，則對EKC拐點的形成具有正面效應(yīng)③。不同的經(jīng)濟發(fā)展階段，環(huán)境保護力度、環(huán)境政策以及管理手段的變化均會影響環(huán)境保護的成效，從而推動EKC曲線軌跡的演變。從《德興市2010年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》中我們也可以看出，該流域在環(huán)境保護力度和環(huán)境污染治理的投資總額明顯增大，如治理水土流失面積9000畝，關(guān)停了綠野活性炭廠等9家重點污染企業(yè)；2010年工業(yè)污染治理施工項目8個，共投資1179.6萬元，當年工業(yè)廢水排放量2439萬噸，達標率為96.32%，工業(yè)用水總量為18039萬噸，其中重復用水量達到14591萬噸。由此可見，洎水河流域目前經(jīng)進入了一個TN、TP排放隨經(jīng)濟增長而減少的時期，即在推動經(jīng)濟發(fā)展方式轉(zhuǎn)變同時，實現(xiàn)經(jīng)濟增長與環(huán)境保護逐步協(xié)調(diào)發(fā)展的時期。

四、討論

流域的經(jīng)濟發(fā)展過程與環(huán)境變遷過程緊密相關(guān)，了解地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展狀況，是分析經(jīng)濟增長與環(huán)境之間關(guān)系的基礎(chǔ)④。隨著洎水河流域沿岸采掘業(yè)、冶煉業(yè)、加工業(yè)等工業(yè)企業(yè)迅速發(fā)展，促進了流域經(jīng)濟的快速增長。多數(shù)發(fā)展中國家或地區(qū)的發(fā)展實踐表明，環(huán)境惡化、資源耗竭是經(jīng)濟起飛階段所面臨的難題，洎水河流域也難免會遇到同樣的問題，如20世紀90年代以來洎水河流域的水質(zhì)一直處于國家地表水Ⅴ級標準以下，1997年洎水河流域水體中TN和TP濃度均值分別達1.853mg/L和0.134mg/L。

本研究利用環(huán)境庫茲涅茨曲線，在探討洎水河流域經(jīng)濟增長與水環(huán)境污染之間的演變規(guī)律中發(fā)現(xiàn)，洎水河流域人均GDP與TN、TP濃度之間的關(guān)系，呈“倒N”型關(guān)系，該結(jié)果與Tsuzuki①和Wong②等人的研究結(jié)論相一致。洎水河流域TN、TP排放量在2006-2011年間波動上升，2011以后呈下降趨勢（圖4）?？紤]流域政策、經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、科技發(fā)展和環(huán)境需求等③因素，這與20世紀末以來開展的一系列洎水河流域污染治理措施相吻合。自《洎水河流域水環(huán)境綜合整治方案》出臺和實施以來，對企業(yè)治理力度的督促，局部環(huán)境質(zhì)量的改善，污染惡化趨勢控制和流域生態(tài)平衡的維護等方面起了重大的作用。2010年，德興市政協(xié)還把“洎水河流域一河兩岸建設(shè)與管理”作為年度政協(xié)常委會的重點調(diào)研課題，在實行節(jié)能減排和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整同時，增加了工業(yè)廢水治理和大城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投資，興建了相應(yīng)的污水處理裝置，生活污水處理能力增強，這些措施很大程度上減少了流域氮磷的排放量。根據(jù)發(fā)達國家的經(jīng)驗，一個國家在經(jīng)濟高速增長時期，環(huán)保投入要在一定時間內(nèi)持續(xù)穩(wěn)定占到國民生產(chǎn)總值的1.5%，才能有效地控制住污染；達到3.0%才能使環(huán)境質(zhì)量得到明顯改善④。洎水河流域在2005年以前環(huán)保投入占到國民生產(chǎn)總值的1.5%左右，“十一五”規(guī)劃期間（2006—2010年）環(huán)保投入占到國民生產(chǎn)總值的1.6%左右，“十二五”規(guī)劃期間（2011—2015年）的環(huán)保投入占到國民生產(chǎn)總值的1.8%左右，這三階段均處于污染有效控制階段。2005年以前洎水河流域河中水生生物幾乎絕跡，嚴重威脅了流域人民的身體健康，影響了人民群眾的生產(chǎn)、生活，這些現(xiàn)象已被重點匯報并已受到江西省環(huán)境保護局一級的高度重視⑤，洎水河流域中的污染物降低明顯。而“十一五”規(guī)劃期間，一方面是由于環(huán)保投入主要在環(huán)保設(shè)施、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟和COD、SO₂指標的減排中，再加上該流域的GDP增長在相當程度上還依賴于資源的高投入實現(xiàn)，經(jīng)濟粗放型增長方式還未從根本上轉(zhuǎn)變，科技產(chǎn)業(yè)投資比重明顯偏低，以粗放型經(jīng)營為特征的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)投資在流域仍占相當比重，所以雖然投入增加，但在水質(zhì)氮磷等污染物排放的有效處理中的效果不是很明顯。近年來由于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、新經(jīng)濟增長點的出現(xiàn)與環(huán)境政策的影響，環(huán)保投入在前期的基礎(chǔ)上再次增加，洎水河流域氮磷的排放量已呈現(xiàn)明顯下降趨勢，但要實現(xiàn)EKC的下降，促使洎水河水質(zhì)的持續(xù)改善，洎水河流域還需要進一步優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、加大環(huán)保設(shè)施升級和環(huán)保投入的力度，有效控制氮磷的排放，才能最終實現(xiàn)經(jīng)濟與生態(tài)的協(xié)調(diào)發(fā)展。雖然從總體上看本研究EKC形態(tài)僅導致反映洎水河流域在研究時段的經(jīng)濟、政治和技術(shù)條件下經(jīng)濟增長與TN、TP之間的關(guān)系，而經(jīng)濟增長與氮磷排放的關(guān)系另外還會受社會經(jīng)濟、科技技術(shù)、資源稟賦、區(qū)位條件和沿湖群眾參與等諸多因素的影響，導致研究結(jié)果因研究對象和研究時段等不同而出現(xiàn)差異，但該研究估計出的洎水河流域1997—2013年經(jīng)濟增長與TN、TP之間的關(guān)系，對協(xié)調(diào)經(jīng)濟增長與水環(huán)境保護的雙重目標具有重要的參考價值。

（感謝匿名審稿專家對本文提出寶貴意見。文責自負。）