資源型城市工業(yè)“三廢”的環(huán)境庫茲涅茨曲線實(shí)證分析
——以邢臺(tái)市為例

翟蘭英，趙彥紅，王艷超，朱 琛，李玉平

（邢臺(tái)學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院，河北邢臺(tái) 054001）

20世紀(jì)50年代，經(jīng)濟(jì)學(xué)家Kuznets提出了庫茲涅茨假說，用來分析人均收入水平與分配公平程度之間關(guān)系。1993年P(guān)anayotou借用庫茲涅茨假說，首次提出環(huán)境庫茲涅茨曲線，研究人均收入與環(huán)境污染間的關(guān)系[1]。該理論假定：如果沒有一定的環(huán)境政策干預(yù)，一個(gè)國(guó)家或區(qū)域的環(huán)境污染隨著經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)先惡化，越過轉(zhuǎn)折點(diǎn)后逐步改善，即環(huán)境污染變動(dòng)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展變動(dòng)趨勢(shì)間呈現(xiàn)倒“U”型關(guān)系。隨后，國(guó)內(nèi)外關(guān)于EKC假說的相關(guān)研究大量涌現(xiàn)[2-5]。在大量的EKC實(shí)證研究中，除了呈現(xiàn)常規(guī)的倒“U”型曲線關(guān)系外，還出現(xiàn)了諸如同步關(guān)系、“U”型關(guān)系、“N”型關(guān)系和倒“N”型關(guān)系等[6-8]。

近幾年關(guān)于經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境污染方面的實(shí)證研究中，常寧等（2010） 基于環(huán)境庫茲涅茨曲線假說，運(yùn)用上海市 1981～2007年數(shù)據(jù)分析工業(yè)污染與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)之間的關(guān)系，并通過因素分解法找出上海市經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中工業(yè)污染的主要影響因素[9]；楊麗霞（2010） 經(jīng)過實(shí)證調(diào)查數(shù)據(jù)分析：浙江省污染排放工業(yè)三廢指標(biāo)并不符合倒U形走勢(shì)，而呈現(xiàn)N形和向右上方傾斜的直線走勢(shì)[10]；陳曉峰（2011） 搜集了1985-2009年數(shù)據(jù)，四類環(huán)境污染物質(zhì)，針對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)建立經(jīng)濟(jì)學(xué)模型，研究四類環(huán)境污染物質(zhì)和經(jīng)濟(jì)形勢(shì)變化之間的關(guān)系和因果聯(lián)系[11]；段顯明，郭家東（2012） 在調(diào)查研究中搜集選取1985年以來24年數(shù)據(jù)，分析了浙江省環(huán)境污染與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)相關(guān)關(guān)系，并為浙江省經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與污染防控提出寶貴建議[12]；李紅艷等（2013） 在經(jīng)濟(jì)學(xué)環(huán)境污染問題研究中，借助1990—2010年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)西安市的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與環(huán)境3大指標(biāo) (工業(yè)廢氣、廢水、固體廢物)之間的關(guān)系進(jìn)行擬合，分析出西安市的環(huán)境質(zhì)量變化主要是由經(jīng)濟(jì)因素引起的[13]；郭嘉銘（2015） 等分析了呼和浩特市經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和工業(yè)廢氣排放量的關(guān)系后發(fā)現(xiàn)，工業(yè)廢氣排放量與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)同向變動(dòng)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展仍屬于粗放型[14]。

但到目前為止，還沒有學(xué)者對(duì)邢臺(tái)市的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和工業(yè)污染狀況進(jìn)行相關(guān)研究。因此，本文試圖通過邢臺(tái)市2003-2015年的人均GDP和工業(yè)“三廢”排放量的原始統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，運(yùn)用環(huán)境庫茲涅茨模型，結(jié)合京津冀協(xié)同發(fā)展的要求，探討邢臺(tái)市工業(yè)化進(jìn)程中經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與環(huán)境質(zhì)量變化之間的關(guān)系，以促進(jìn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

一、研究區(qū)概況

邢臺(tái)市位于京津冀區(qū)域冀中南地區(qū)中心，東以衛(wèi)運(yùn)河為界與山東省相望，西依太行山與山西省毗鄰，南與邯鄲市相連，北分別與石家莊市、衡水市接壤。地處北緯 36°50′～37°47′，東經(jīng) 113°52′～115°49′，總面積 12 486 km2。2015 年末，總?cè)丝跒?80.39萬。該區(qū)域氣候?qū)倥瘻貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，年平均氣溫13℃，年降水量558.7 mm，四季分明，土壤肥沃，礦產(chǎn)資源豐富。邢臺(tái)市利用其獨(dú)特的區(qū)位優(yōu)勢(shì)和優(yōu)越的自然條件，經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展。2015年國(guó)民生產(chǎn)總值為1764.7億元，第一、二、三產(chǎn)業(yè)比重為15.6∶45.0∶39.4。邢臺(tái)市是全國(guó)重要的煤炭基地和以裝備制造、煤鹽化工、新能源、汽車工業(yè)、新型建材為主的新型工業(yè)基地，是中原經(jīng)濟(jì)區(qū)的北方門戶。根據(jù)資源保障能力和經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展能力對(duì)資源型城市進(jìn)行科學(xué)分類，邢臺(tái)市屬于成熟型的資源型城市[15-16]。

二、數(shù)據(jù)來源與研究方法

（一） 數(shù)據(jù)來源

本文數(shù)據(jù)來源于邢臺(tái)市環(huán)境狀況公報(bào)（2003-2015年）[17]、河北經(jīng)濟(jì)年鑒 （2004-2016年）[18]、河北年鑒（2004-2016年）[19]和中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒（2004-2016年）[20]。

（二） 研究方法

1.環(huán)境庫茲涅茨曲線（EKC）理論

環(huán)境庫茲涅茨曲線（EKC） 理論研究主要采用經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和環(huán)境指標(biāo)，其計(jì)量模型最常用的是線性方程、一元二次方程、一元三次方程；在EKC實(shí)證研究中，除了呈現(xiàn)常規(guī)的倒“U”型曲線關(guān)系外，還出現(xiàn)了諸如同步關(guān)系、“U”型關(guān)系、“N”型關(guān)系、倒“U”型+正“U”型關(guān)系、“N”型+倒“U”型關(guān)系和倒“N”型+“N”型+“U”型關(guān)系等[21]。

結(jié)合邢臺(tái)市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境污染的特點(diǎn)，本文選取線性方程、一元二次方程、一元三次方程進(jìn)行擬合，模型形式如下：

式中：i為年份，自變量xi為第i年人均GDP，yi為第i年工業(yè)廢氣排放量、工業(yè)廢水排放量及工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量，作為環(huán)境污染水平的代理變量；β0為常數(shù)項(xiàng)，β1、β2、β3為待定系數(shù)，εi為隨機(jī)變量。β1、β2、β3的取值不同，即可得到不同的經(jīng)濟(jì)水平和環(huán)境污染之間相關(guān)關(guān)系及曲線型態(tài)。環(huán)境庫茲涅茨曲線的系數(shù)與曲線型態(tài)之間的關(guān)系見表1。

表1 環(huán)境庫茲涅茨曲線的系數(shù)與曲線型態(tài)之間的關(guān)系

2.灰色GM（1，1） 預(yù)測(cè)模型

灰色預(yù)測(cè)是對(duì)某一指標(biāo)在一定范圍內(nèi)變化的、與時(shí)間序列有關(guān)的過程進(jìn)行預(yù)測(cè)，其預(yù)測(cè)的結(jié)果是該指標(biāo)在未來各個(gè)時(shí)刻的具體數(shù)值。最常用的灰色預(yù)測(cè)模型為GM（1，1） 模型。在對(duì)人均GDP和工業(yè)污染物進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)時(shí)，只需要研究一個(gè)變量，因此本文選用灰色GM（1，1）預(yù)測(cè)模型。具體計(jì)算方法在此不再贅述，可參見相關(guān)文獻(xiàn)[22-23]。

三、指標(biāo)選取與結(jié)果分析

（一） 指標(biāo)選取

環(huán)境污染可以從多個(gè)維度進(jìn)行度量分析，基于國(guó)內(nèi)外學(xué)者的共識(shí)及環(huán)境庫茲涅茨假說，本文選取人均GDP作為自變量，綜合反映經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)狀況，工業(yè)“三廢”排放量或產(chǎn)生量作為因變量，綜合反映環(huán)境污染狀況（見表2）。

（二）擬合結(jié)果分析

依據(jù)表2中數(shù)據(jù)分別對(duì)人均GDP和工業(yè)廢氣排放量、工業(yè)廢水排放量、工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量擬合線性、一元二次和一元三次曲線（表3），從擬合結(jié)果看，一元三次方程的決定系數(shù)R2最大，其可信度比線性和二次方程都高，方程的擬合程度最好，能更好地描述人均GDP與工業(yè)“三廢”之間的關(guān)系，所以文中采用一元三次方程進(jìn)行研究。結(jié)果表明：三個(gè)擬合方程均顯示β1＜0，β2＞0，β3＜0，表明人均GDP和工業(yè)“三廢”排放量或產(chǎn)生量之間均呈倒“N”型三次曲線關(guān)系，反映出隨著經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，環(huán)境質(zhì)量開始惡化，達(dá)到轉(zhuǎn)折點(diǎn)后又開始改善。但是由于各自R2值有所不同，曲線走勢(shì)也有所差異（見圖1～圖3）。

表2 2003-2015年邢臺(tái)市人均GDP與工業(yè)“三廢”排放指標(biāo)

表3 工業(yè)“三廢”排放量與人均GDP擬合方程

1.經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與工業(yè)廢氣排放量之間的關(guān)系

人均GDP與工業(yè)廢氣排放量擬合曲線為：y=1095.2-0.168x+2E-05x2-4E-10x3（見圖 1）。從關(guān)系系數(shù)看，β1＜0，β2＞0，β3＜0，即在 2003-2015 年間邢臺(tái)市工業(yè)廢氣排放量與人均GDP之間呈倒“N”型曲線，但處于倒“N”的中間階段，也可以認(rèn)為是先“U”型后倒“U”型的曲線，說明在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過程中，隨著人均GDP的增加，工業(yè)廢氣的排放量將隨之降低，直到到達(dá)一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，之后，工業(yè)廢氣排放量將隨著人均GDP的增加而升高，直到再到達(dá)另一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，之后會(huì)隨著人均 GDP的增加而降低，其中拐點(diǎn)分別出現(xiàn)在2003年和2013年，對(duì)應(yīng)的人均GDP為7710元和21033元，這意味著人均GDP和工業(yè)廢氣的排放量的長(zhǎng)期關(guān)系將存在。

圖1 邢臺(tái)市人均GDP與工業(yè)廢氣排放量的擬合曲線

2.經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與工業(yè)廢水排放量之間的關(guān)系

人均GDP與工業(yè)廢水排放量擬合曲線為：y=4189.8-0.2075x+7E-05x2-2E-09x3（見圖 2）。從關(guān)系系數(shù)看，β1＜0，β2＞0，β3＜0，2003-2015 年間邢臺(tái)市工業(yè)廢水排放量與人均GDP之間仍呈倒“N”型曲線，從曲線趨勢(shì)上看表現(xiàn)為倒“U”型的左半部分，所有散點(diǎn)均距離擬合曲線很近，2003年至2011年工業(yè)廢氣排放量隨人均GDP的增加呈上升趨勢(shì)，2011年以后開始呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。但無法預(yù)測(cè)前拐點(diǎn)的位置，后拐點(diǎn)出現(xiàn)在2011年，相應(yīng)的GDP為19391元。3.經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量之間的關(guān)系人均GDP與工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量擬合曲線為：y=1095.2-0.168x+2E-05x2-4E-10x3（見圖3）。從關(guān)系系數(shù)以及表現(xiàn)出的趨勢(shì)看，2003-2015年間工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量與工業(yè)廢氣排放量的曲線相似，2003-2013年間，隨著經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，工業(yè)固體廢物的產(chǎn)生量呈緩慢上升趨勢(shì)，2013年后開始緩慢下降，但無法預(yù)測(cè)前拐點(diǎn)的位置，后拐點(diǎn)出現(xiàn)在2013年，相應(yīng)的GDP為20133元。

圖2 邢臺(tái)市人均GDP與工業(yè)廢水排放量的擬合曲線

圖3 邢臺(tái)市人均GDP與工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量的擬合曲線

綜上所述分析，結(jié)合邢臺(tái)市經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)和環(huán)境污染狀況，結(jié)果顯示人均GDP和工業(yè)“三廢”排放指標(biāo)之間均呈倒“N”型三次曲線關(guān)系，即工業(yè)“三廢”對(duì)環(huán)境的污染程度隨著人均 GDP的增加而下降，當(dāng)?shù)竭_(dá)一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)后會(huì)隨著人均GDP的上升而上升，再達(dá)到一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)后，會(huì)隨著人均GDP的上升而下降。這反映了人均 GDP和工業(yè)“三廢”對(duì)環(huán)境污染的長(zhǎng)期關(guān)系將存在。目前，邢臺(tái)市已經(jīng)度過了隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展環(huán)境不斷惡化的庫茲涅茨環(huán)境曲線的初期階段，在2013年左右工業(yè)“三廢”排放量達(dá)到峰值后，逐步開始下降。究其原因：第一是堅(jiān)持規(guī)劃引領(lǐng)，制定了一系列大氣污染防治的相關(guān)文件，把工業(yè)企業(yè)整治、拆除燃煤鍋爐、揚(yáng)塵污染控制作為重點(diǎn)防治任務(wù)，同時(shí)開展取締非法開采和礦山關(guān)閉、停產(chǎn)整治、地貌恢復(fù)等行動(dòng)，實(shí)現(xiàn)末端治理向全過程控制、精細(xì)化管理的轉(zhuǎn)變；第二，近年來，在全方位治理水環(huán)境的目標(biāo)下，開展重點(diǎn)水污染企業(yè)專項(xiàng)整治，對(duì)直接排污的所有涉水工業(yè)企業(yè)進(jìn)行深度治理或關(guān)停，規(guī)劃工業(yè)園區(qū)，實(shí)現(xiàn)集中治污，嚴(yán)格執(zhí)行區(qū)域總量和排放濃度雙控制要求；第三，加強(qiáng)對(duì)固體廢物的環(huán)境管理，加大重點(diǎn)企業(yè)的清潔生產(chǎn)審核力度，提高能源利用率，減少資源浪費(fèi)和固體廢物的產(chǎn)生量。

（三）預(yù)測(cè)結(jié)果分析

依據(jù)表2中的近幾年數(shù)據(jù)，采用灰色預(yù)測(cè)GM（1，1） 模型對(duì)未來的人均GDP和工業(yè)廢氣排放量、工業(yè)廢水排放量和工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)公式及預(yù)測(cè)結(jié)果見表4、表5。

表4 邢臺(tái)市人均GDP與工業(yè)“三廢”排放量的預(yù)測(cè)公式

表4中的X分別代表人均GDP、工業(yè)廢氣排放量、工業(yè)廢水排放量和工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量，k代表年份。通過對(duì)上述模型的精度進(jìn)行檢驗(yàn)，由此得到人均GDP、工業(yè)廢水排放量、工業(yè)固體廢物排放量的平均相對(duì)誤差為0.64%、2.43%和0.08%，相對(duì)精度分別為99.36%、97.57%和99.92，均大于90%；工業(yè)廢氣排放量的平均相對(duì)誤差是12.85%，相對(duì)精度為87.15%，仍大于80%，上述預(yù)測(cè)模型可信，預(yù)測(cè)值可用。

表5中的預(yù)測(cè)結(jié)果顯示：未來的人均GDP逐年增加，而工業(yè)“三廢”排放量或產(chǎn)生量會(huì)逐年下降。到2020年，人均GDP增至26975元，工業(yè)廢氣排放量、工業(yè)廢水排放量、工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量分別下降到2970.58億標(biāo)立方米、9397.49萬噸和632.23萬噸。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，未來的人均GDP逐年增長(zhǎng)是必然的；對(duì)于工業(yè)“三廢”排放量或產(chǎn)生量來說該預(yù)測(cè)是基于現(xiàn)有的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝流程以及配套控制和處理設(shè)施而展開的。但由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變，政府制定的重點(diǎn)污染企業(yè)整治、加強(qiáng)清潔生產(chǎn)等各類政策措施不斷落實(shí)，邢臺(tái)市工業(yè)“三廢”的排放會(huì)繼續(xù)好轉(zhuǎn)。

表5 2016-2020年邢臺(tái)市人均GDP與工業(yè)“三廢”排放量的預(yù)測(cè)值

四、結(jié)論與討論

（一） 結(jié)論

本文利用邢臺(tái)市2003-2015年經(jīng)濟(jì)、環(huán)境數(shù)據(jù)，通過對(duì)邢臺(tái)市的工業(yè)“三廢”與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)關(guān)系進(jìn)行實(shí)證分析，得出邢臺(tái)市工業(yè)污染物的EKC曲線不符合倒“U”型關(guān)系，而是屬于倒“N”型三次曲線關(guān)系。由于各自R2值相差較小，曲線走勢(shì)比較相似。其中工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量與人均GDP的擬合度最高，其次是工業(yè)廢氣排放量，最低的是工業(yè)廢水排放量。分析結(jié)果總體顯示經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與工業(yè)“三廢”對(duì)環(huán)境的污染程度之間，在經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的早期，環(huán)境質(zhì)量會(huì)隨之改善，當(dāng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)到一定程度時(shí)，環(huán)境質(zhì)量開始惡化，越過轉(zhuǎn)折點(diǎn)后環(huán)境質(zhì)量再次改善。

預(yù)測(cè)結(jié)果顯示：未來的人均GDP逐年增加，工業(yè)“三廢”的排放量或產(chǎn)生量逐年下降。政府在重視經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，需要繼續(xù)加大環(huán)境保護(hù)力度，保證經(jīng)濟(jì)和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。

（二） 討論

根據(jù)以上對(duì)邢臺(tái)市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境質(zhì)量關(guān)系的實(shí)證分析，從經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)兩方面提出建議，來協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的關(guān)系。第一要制定科學(xué)、循環(huán)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)。從上述分析可以看出，邢臺(tái)市經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的同時(shí)，也給環(huán)境帶來了嚴(yán)重的影響。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，想要實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，必須摒棄以環(huán)境為代價(jià)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)。第二應(yīng)推動(dòng)能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)，調(diào)整輕重工業(yè)比例。對(duì)以采礦業(yè)為主和高耗能、高污染和低收益的產(chǎn)業(yè)進(jìn)行改善，走新型工業(yè)化道路，并加快發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)。第三加強(qiáng)環(huán)境治理，完善法律法規(guī)體系。政府要繼續(xù)加大對(duì)環(huán)境治理的投入力度，進(jìn)一步完善環(huán)保投入機(jī)制和法律法規(guī)，嚴(yán)格控制企業(yè)的污染物排放。依據(jù)污染物排放達(dá)標(biāo)的要求，政府應(yīng)建立完善的獎(jiǎng)懲機(jī)制，健全市場(chǎng)體制。第四應(yīng)注重科技發(fā)展，采用先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)開展企業(yè)清潔生產(chǎn)試點(diǎn)，積極開發(fā)和推廣資源節(jié)約、發(fā)展高新技術(shù)，推進(jìn)企業(yè)節(jié)能減排，增強(qiáng)環(huán)保意識(shí)，從源頭控制污染。

本研究只選取了2003-2015年的環(huán)境經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，時(shí)間序列不是很長(zhǎng)，因此對(duì)模擬結(jié)果會(huì)產(chǎn)生一定影響。由于數(shù)據(jù)和指標(biāo)選取不同、時(shí)間周期不同，分析結(jié)果也會(huì)存在差異。目前邢臺(tái)市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展正處于穩(wěn)步上升階段，應(yīng)遵循國(guó)家對(duì)京津冀協(xié)同發(fā)展的要求，著力加大環(huán)境治理的力度，使其經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展同時(shí)又很好地控制環(huán)境污染。后續(xù)將會(huì)對(duì)邢臺(tái)市環(huán)境質(zhì)量進(jìn)一步關(guān)注，對(duì)EKC曲線的變化機(jī)制方面進(jìn)一步研究。