基于EKC理論的經濟增長與環境質量協整關系分析?
——以廣東省為例

盧洪友 張靖妤

基于EKC理論的經濟增長與環境質量協整關系分析?
——以廣東省為例

盧洪友 張靖妤

在環境庫茲涅茨曲線假說的基礎上,利用時間序列數據和協整技術分析探討了廣東省1995－2012年環境質量與經濟增長的關系。文章選取二氧化碳(CO2)和二氧化硫(SO2)為環境質量指標,人均GDP為經濟增長指標,研究結果表明,兩類空氣污染物與人均國內生產總值存在長期協整關系。進一步地,二氧化硫排放和經濟增長存在倒U型關系,符合EKU假說,人均收入拐點出現在25001.72元左右(以2000年價格為基期);而二氧化碳排放和GDP呈現正向關系。此外,因果檢驗結果表明,不管在短期或長期,廣東省的經濟水平和環境因素為單向因果關系,即經濟發展導致環境質量變化,而非反向影響。這意味著推行污染減排政策和加大環境污染治理的費用投入并不會阻礙經濟增長。對于廣東而言,提升環境治理水平、提高環境質量可能是實現經濟長期可持續增長的有效政策工具。

經濟增長;環境質量;環境庫茲涅茨;協整;廣東

一、引 言

廣東省是中國經濟增長最快的省份之一,GDP一直保持每年約10%的速度增長。快速的經濟增長提高了人們的生活質量和社會福利水平,但與此同時廣東付出了嚴重的環境代價。作為南方最大流域的珠江口已成為僅次于渤海灣的全國第二個重點污染海域;廣東每年酸雨頻率居高不下,成為酸雨重災區,66.7%以上的城市受酸雨污染,包括廣州市在內的17個城市已被國務院納入酸雨控制區。廣東省水環境監測中心的調查顯示,全省每年由于水環境污染造成的直接經濟損失達260億元,每年因酸雨污染造成的經濟損失達40多億元。隨著經濟的發展和工業化、城市化的不斷推進,環境污染與經濟增長之間的關系日益受到重視。國外環境經濟學家關于經濟增長與環境變化關系的研究中,最著名的是庫茲涅茨環境曲線(EKC)假說。Grossman&Krueger(1991)的實證研究首次表明,環境質量和經濟發展之間存在“倒U型”關系,即在經濟發展的初始階段,人均收入的增加伴隨著環境惡化程度的加劇;但隨著人均收入水平越過某個拐點,環境質量開始提升。由于類似于庫茲涅茨1995年提出的收入和不平等水平之間的關系,這種環境發展模式被稱為環境庫茲涅茨曲線(Selden&Song,1994)。

按照環境庫茲涅茨曲線的觀點,在經濟發展初期環境污染不可避免,隨著經濟增長,環境污染問題將得到改善。但如果地區發展忽視環境保護,單純依靠經濟增長自動解決環境問題,后果將十分嚴重。因為環境污染程度一旦超過了生態系統對應的不可逆轉值,即使日后經濟水平到達環境庫茲涅茨曲線的拐點,環境破壞也會愈演愈烈。如圖1所示,只有配合適當的環境保護政策,將環境惡化的峰值控制在不可逆轉值之下,環境質量得到改善才會成為可能,這也是強調政府采取行動治污減排的意義所在。

因此,環境庫茲涅茨曲線從宏觀上為觀察經濟增長與環境質量的演進提供了經驗性的分析,表明經濟增長和環境質量存在某種必然聯系。為了研究地區性的這種聯系,本文選取廣東省1995－2012年相關的經濟發展和環境污染數據,利用時間序列和協整分析方法,檢驗廣東省環境庫茲涅茨曲線,并進一步探討廣東省經濟增長與環境質量的變化規律。

圖1

二、文獻綜述

國內外學者對環境質量與經濟增長之間的關系進行了長期大量的探討。對于環境庫茲涅茨曲線的研究主要集中于對人均收入和污染指標等其他變量的回歸分析。主要分為兩大類環境指標:空氣質量指標和污染排放指標。Grossman&Krueger(1995)選取了城市空氣二氧化碳濃度、空氣顆粒物等14類污染物指標,發現除了PM10隨著經濟增長單調減少,其余13類污染物和人均收入呈現倒U型關系。在人均收入到達8000美元后,大部分環境問題開始改善。類似地,Shafik&Bandyopadhyay(1992)基于149個國家的投資增長、能源替代、貿易開放度等指標,建立GDP對數和多類污染物指標的多項式,發現在森林退化和城市空氣質量惡化方面出現倒U型關系。另一方面,Selden&Song(1994)則關注地方污染排放,他們發現二氧化硫對應的人均GDP拐點出現在10000美元,略高于氮氧化物和碳排放的收入,在被研究的國家中大部分收入拐點都較高,未來全球污染排放將繼續增加。Levinson(1998)引入汽車尾氣的鉛污染,以汽油含鉛量和汽油消費量分別作為污染強度和污染活動指標,進一步證實了環境庫茲涅茨曲線的存在,通過分別估算兩類指標對國民收入的影響,發現伴隨收入的增長,環境質量的改善主要取決于減少污染強度,而非遏制污染活動。

根據EKC的假設,經濟發展將在未來改善環境問題,但在實證檢驗環境庫茲涅茨曲線過程中,卻發現環境質量和經濟之間的關系并非總為倒U型。Holtz Eakin&Selden(1995)基于全球40多個國家的面板數據進行敏感性分析,發現盡管隨著經濟的發展,二氧化碳邊際排放量遞減,但全球排放的二氧化碳將繼續以1.8%的速度增長,環境污染和經濟增長是一種單調關系。Hettige等(2000)利用工業廢水污染探討了收入和環境質量的關系,發現廢水污染隨著經濟發展加劇。de Bruyn等(1998)研究了4個國家包括二氧化碳、氮氧化物和二氧化硫在內的污染物,得出污染排放和收入正相關,但隨著經濟結構改變和技術效應的產生將有望實現減排。

有關環境庫茲涅茨曲線早期的研究,大部分使用跨國面板數據來估計各種環境指標和人均收入之間的關系,然而從嚴格的計量經濟學的觀點來看,盡管其中一些研究給出了支持環境庫茲涅茨曲線假說的證據,但并不表明每個樣本國家將會遵循相同的污染發展路徑。因此從跨國面板數據轉向單一國家時間序列數據研究也成為了EKC研究的新趨勢。Akbostanci等(2009)認為,只有單一國家的研究才能提供不同污染物EKC是否存在的答案。他們對土耳其1968－2003年二氧化碳、二氧化硫和可吸入顆粒物排放進行了傳統參數回歸,結果不支持EKC的假說,并得出結論,土耳其環境空氣污染不會隨著經濟增長自動消失。Lindmark(2002)指出,受各國具體形態特征影響,一國時間序列數據比跨國面板數據能更有效分析EKU模式的動態演變。Francis Tan(2014)認為特定國家或地區的案例研究優于跨國的整體分析,因為實證分析在總體層面無法捕捉和解釋每個國家經濟環境的復雜性及各國的歷史。

劉燕等(2006),于峰、齊建國、田曉林(2006)以二氧化硫、工業三廢排放量等指標表征環境污染水平,利用省級面板數據考察國家層面的經濟發展與環境之間的關系,研究結果表明我國的經濟增長與工業廢水、二氧化硫之間表現為一種倒N型曲線關系,與工業廢氣之間表現為N型曲線關系,而只有與工業固體廢物之間表現為一種倒U型曲線關系。對于不同地區、不同污染物而言,經濟增長與環境質量之間的關系不盡相同,表現為環境庫茲涅茨曲線呈現地域性和時間性差異。針對省級地區層面,楊丹輝、李紅莉(2011)引入山東省污染物排放指標和環境監測指標,建立11種環境指標與人均GDP之間的計量經濟模型,結果顯示盡管部分環境指標處于下行通道,但山東省環境目前整體狀況和未來趨勢不容樂觀。徐彤(2011)使用2000－2007年陜西省10個地區面板數據,考察陜西省經濟增長、環境污染及產業結構之間的關系。研究發現:自西部大開發以來,隨著陜西省經濟不斷增長,部分工業污染物排放量出現先下降再回升的變化趨勢;在經濟發展水平較低的地區,工業污染物排放總量和增量較少;在經濟增長水平中等的地區,工業污染水平在快速上升;只有經濟增長達到較高水平時,工業污染物的排放量才會開始下降。對于我國經濟增長和環境質量的研究,因研究方法、樣本數據、實證模型等的不同而呈現出豐富的研究結論。本文試圖從長期協整關系的角度考察地區性空氣污染物與人均國內生產總值之間的相互作用,檢驗廣東省環境庫茲涅茨曲線,進一步探討廣東省經濟增長與環境質量的變化規律。

三、指標選取與數據

在實證分析中,本文采用廣東省1995－2012年時間序列數據,數據皆取自《中國環境年鑒》《中國能源統計年鑒》《廣東統計年鑒》,并由此整理所得。為了消除數據的劇烈波動以及異方差的影響,所有變量數據轉化為對數形式。

一是經濟增長指標。本文選取人均GDP作為經濟增長的衡量指標,考慮到名義人均GDP無法剔除價格波動的影響因素,故選擇以2000年的價格為基期,計算1995－2012年實際人均GDP。

二是環境污染指標。本文選取二氧化硫SO2排放量(萬噸)和二氧化碳CO2排放量(萬噸)作為環境質量的影響指標,以上均為年排放量數據。在環境指標的選取上,取決于數據的可得性和代表性,二氧化硫和二氧化碳分別主要引起地方和全球性環境問題。在廣東,導致二氧化硫排放的主要經濟活動是煤炭和化石燃料的燃燒,化學工廠制造和汽車尾氣。二氧化硫的排放對人體健康有嚴重的影響,引起肺損傷和其他呼吸系統疾病;同時對自然環境造成損害,導致局部地區酸雨的產生。相比之下,二氧化碳影響涉及全球,范圍更廣,也是當今全球變暖的主要驅動力之一。

由于廣東省的二氧化碳排放量數據無法直接獲取,需要進行測算。目前已經得到認可的二氧化碳排放公式為:

其中,EMc、EMo、EMg分別為煤炭、石油、天然氣的消耗標準煤量,而fc、fo、fg對應煤炭、石油、天然氣消耗的碳排放系數。表1為化石燃料的二氧化碳排放系數。

表1 化石燃料的二氧化碳排放系數

四、模型構建

本文基于Fodha(2010)的分析框架設定模型,分析廣東省二氧化碳、二氧化硫兩類空氣污染物排放和經濟增長的關系。長期經濟增長與環境質量之間的關系可以表示為收入的對數形式,本文加入人均GDP的三次方項來捕捉污染與收入之間可能會存在的三次關系,方程設定如下①與使用截面數據和面板數據的模型不同,我們沒有納入如人口密度、貿易強度、空間活動強度等其他影響變量。本文實證目的主要是檢驗環境惡化和經濟增長之間的協整關系,引入額外變量并不會消除數據單位根以及變量的內生性問題。:

CO2為二氧化碳排放量(萬噸),SO2為二氧化硫排放量(萬噸),Y為人均GDP。α1、α2、α3分別為二氧化碳排放對人均GDP、人均GDP二次方、人均GDP三次方的長期彈性系數。

公式(1)(2)刻畫了環境—經濟關系的各種形式。以二氧化碳為例:

α1＞0,α2＝α3＝0,環境污染和經濟單調遞增;

α1＜0,α2＝α3＝0,環境污染和經濟單調遞減;

α1＞0,α2＜0及α3＞0,環境污染和經濟呈現N型關系;

α1＜0,α2＞0及α3＜0,環境污染和經濟呈現倒N型關系;

α1＜0,α2＞0及α3＝0,環境污染和經濟呈現U型關系;

α1＞0,α2＜0及α3＝0,環境污染和經濟呈現倒U型關系,即符合EKC假說。環境庫茲涅茨曲線的收入拐點Y＝e(－0．5α1/α2)。理論上,我們希望看到α3＝0的前提下,α1為正,表明經濟增長伴隨更多的二氧化碳排放到環境中;α2為負,意味經濟經過一定程度的增長,清潔技術變得更先進,經濟開始發揮對污染排放的抑制作用。

五、實證檢驗

實證估計的目的是檢驗經濟和環境變量之間如何相互作用及其長期動態因果關系。本文基于時間序列數據分析環境庫茲涅茨曲線,如果變量為非平穩時間序列,有可能導致經濟指標和環境質量指標的虛假回歸,數據的平穩屬性決定了檢驗方法的選取。為此,我們利用ADF、PP、KPSS這三類單位根檢驗方法,以檢驗變量的時間序列平穩性,其中選擇KPSS檢驗是作為對ADF和PP檢驗的補充;其次,在變量為一階單整的基礎上,對變量進行Johansen協整檢驗,以選擇合適的因果檢驗模型。如果Johansen檢驗顯示變量不存在協整關系,則在向量自回歸模型(VAR)一階差分的基礎上進行因果檢驗;反之,則基于誤差修正模型(ECM)。因此,第三步是選擇適當類型的因果檢驗。

Johansen協整檢驗用于估計多元環境下不同協整變量的個數及協整關系的參數。對于本文模型,檢驗包括以下四維VAR模型:

其中,Xt＝(Ln P,Ln Y,(Ln Y)2,(Ln Y)3)′,Ln P表示二氧化碳和二氧化硫排放量的對數,Ln Y、(Ln Y)2、(Ln Y)3分別是人均GDP對數的n次方。σt是代表時間趨勢的k×1階向量,衡量由于技術創新等原因導致環境質量改善。

進一步,方程(3)可改寫為誤差修正形式:

根據(3),環境和經濟因素可能存在兩類獨立的因果關系來源。即如果向量中的調整系數λ≠0,則模型通過誤差修正項,顯示污染物排放量和人均收入存在長期均衡關系;如果λ＝0,則通過滯后動態項,滯后差分項的系數表明存在短期動態。鑒于環境和經濟因素可能存在短期動態和長期均衡兩種關系,下文分別進行短期格蘭杰因果檢驗和弱外生性檢驗。

在進行實證估計之前,對數據的單位根進行檢驗。表2為單位根檢驗結果。可以看到,所有的變量在經過一階差分后變得平穩。因此,我們認為所有的變量都是一階單整。非平穩變量如果存在協整關系,有可能出現虛假回歸,導致結果不可靠。因此,我們繼續檢驗變量的長期協整關系。為了確定協整關系的數量,我們使用跡檢驗和最大特征值檢驗。跡檢驗的原假設為最多存在r個協整向量。檢驗從最多存在0個協整關系的原假設開始,如果原假設被拒絕,則下一次的原假設中協整向量個數設為1,依次進行,直到接受原假設。對于最大特征值檢驗,原假設為剛好存在r個協整向量,被擇假設為剛好存在r+1個協整向量,同樣地,檢驗從0個協整向量開始。

表2 單位根檢驗

表3 二氧化碳排放量指標的協整檢驗

表4 二氧化硫排放量指標的協整檢驗

Johansen協整檢驗對滯后長度的選擇十分敏感,因此我們利用AIC和SIC檢驗VAR模型的最優滯后長度。考慮到樣本大小,我們最初考慮最大滯后長度為3,但計量結果表明最優滯后長度為1,故下文均以此滯后長度進行檢驗。表3和表4分別為跡檢驗和最大特征值檢驗結果③協整檢驗在不同趨勢設定下進行,通過查看AIC和SIC發現模型沒有趨勢和截距。。在5%的顯著性水平上,結果表明兩類空氣污染物的排放量和人均GDP存在長期協整關系。

通過方程擬合,得到二氧化硫和人均GDP的回歸結果:

α1＜0,α2＞0及α3＜0表明二氧化硫排放和人均GDP之間為倒N型關系,但圖2呈現倒U型走勢。這是由于曲線左側第一個拐點較低,導致其散落在數據集之外。本文二氧化硫排放模型證實了環境庫茲涅茨曲線假說,說明隨著經濟增長,二氧化硫的排放量會經歷一個先增加后減少的過程。在人均收入水平達到25001.72元時,二氧化硫排放量開始下降,這個情況大約在2005年,此時廣東已經能夠有效地減少二氧化硫的排放。

廣東省二氧化硫和人均GDP的關系率先出現倒U型情況,與二氧化硫自身的特點及廣東省政府的治污力度分不開。二氧化硫易溶于水,尤其在雨水較為豐沛的廣東地區,空氣中排放的二氧化硫形成酸雨。二氧化硫形成的污染危害是即期的,后果主要由排放地承擔,且這種危害不易轉移。這就要求地方政府對該類污染物的影響在短期內做出反應。其次,與政府2004年首次提出綠色廣東概念,全面進行環境治理的舉措分不開。2005年,廣東省政府與各地區簽署主要污染物排放總量控制目標責任書,要求廣東省“十一五”期末化學需氧量和二氧化硫排放量在2005年的基礎上均削減15%。此后,廣東逐年加大環保治理的支出,2006年環保投入達2000億元,占全省GDP的比例連續4年達到2.5%以上。以上舉措有力地減少了二氧化硫的排放,實現了廣東的環保拐點。此外,廣東省環保支出連年遞增也表明,盡管污染減排機制在不同地區有差別,但最終污染水平應該是消費的邊際效用減少和污染的邊際負效用遞增的均衡結果。收入達到一定水平后,污染的邊際負效用將超過消費的邊際正效用,也就需要花更多的資源在減少污染效用上,以達到效用最大化。

同理,本文得到二氧化碳和人均GDP的回歸結果:

圖2 二氧化硫排放量與人均GDP曲線變動圖

圖3 二氧化碳排放量與人均GDP曲線變動圖

二氧化碳模型與人均GDP的長期協整系數在95%置信度下顯著,說明模型擬合的可靠性。α1＞0,α2＜0及α3＞0一系列參數表明,二氧化碳排放量和人均GDP存在N型關系,而進一步計算模型的解發現,曲線兩個拐點對應的值較低且互相接近。故如圖3所示,二氧化碳－人均GDP的關系實際上更接近于單調遞增的曲線。由長期彈性系數可得,每一單位人均GDP的增加帶來11.75%單位二氧化碳排量的增長。廣東二氧化碳仍未進入環境庫茲涅茨曲線拐點,未來二氧化碳排量將繼續伴隨著人均實際GDP的增加而上升,堅持節能減排、繼續加大環境治理力度仍是廣東長期可行的環境政策。

根據環境庫茲涅茨假說,環境退化在經濟發展的早期不能避免,因為此階段國家和地區更注重工業化發展帶來的經濟收入,另一方面沒有足夠的資源、先進的技術以控制污染。而隨著經濟越來越繁榮,政府開始解決市場失靈問題,在環境公共服務方面的調控作用越來越大。但二氧化碳排放與其他地區性環境污染物帶來的環境危害不同,碳排放形成的負外部性范圍更廣,每一個國家或地區的排放都有可能影響整個地球的環境質量,從這個角度而言,二氧化碳減排具有公共品的性質。此外,較之二氧化硫,二氧化碳帶來的環境危害具有更長的潛伏期,導致地區實施單邊碳減排的激勵較小。由此,本文推測這也是為何在經濟較為發達的廣東地區,二氧化碳的經濟－污染路徑呈現單調遞增趨勢,尚未出現收入拐點的原因之一。

為了檢驗環境質量惡化和經濟增長之間單向或者雙向的長期協整關系,我們簡化并引入基于誤差修正模型的因果檢驗,包括格蘭杰因果檢驗和弱外生性檢驗。如果在控制了環境變量的歷史值后,經濟變量的歷史值仍能對環境變量有顯著的解釋能力,則我們認為經濟變量對環境變量存在格蘭杰影響。如表5所示,兩類檢驗的結果均顯著表明,收入增長導致二氧化碳和二氧化硫排放量增加;且弱外生性檢驗發現,不存在環境惡化對經濟增長的反饋機制,表明二者為單一因果關系。這種可能性歸因于以下幾點:經濟水平越高的地區,人們對環境質量的要求也相應更高;此外,經濟增長有利于促進經濟產業結構轉型,加快推進潔凈式生產,技術進步帶來治污能力的提升。這種單向關系表明,廣東可以在經濟增長的情況下,實現污染物的減排,提升環境質量。

表5 格蘭杰因果關系和弱外生性檢驗

六、結論

本文在環境庫茲涅茨曲線假說的基礎上,利用時間序列數據和協整技術分析探討了廣東省1995－2012年環境質量與經濟增長的關系。實證結果表明,二氧化碳、二氧化硫兩類污染物的排放量和人均GDP存在顯著的長期協整關系。其中,二氧化碳排放量與人均GDP線性遞增,目前尚未出現二氧化碳排放量減少的拐點;二氧化硫排放量符合環境庫茲涅茨曲線,與經濟增長呈現倒U型關系,當人均收入水平約為25001．72元時,二氧化硫排放量開始下降,廣東省這種收入情況出現在2005年前后。此外,因果檢驗結果表明,不管在短期或長期,廣東省的經濟水平和環境因素為單向因果關系,即經濟發展導致環境質量變化,而非反向關系。

盡管目前呈現二氧化硫污染物隨著人均收入水平降低的情況,但還應考慮到任何忽視環境保護而片面追求經濟增長的行為,都有可能導致嚴重的環境后果。地區的發展進程不僅需要經濟增長,還需以環境承載力為支撐。為此,文章提出以下建議。第一,制定有效的產業發展和部門減排政策,積極進行區域環保規劃,同時推進全省產業結構優化,走新型工業化道路,減緩經濟增長帶來的環境惡化問題。第二,進一步加大環境污染治理投入,同時實行嚴格的環評審批、環保準入制度和環境監管制度。廣東省經濟增長和環境質量的單向關系表明,推行污染減排政策和加大環境污染治理的費用投入并不會阻礙經濟增長,對于廣東而言,提高環境治理水平、提升環境質量可能是實現經濟長期可持續增長的有效政策工具。

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■責任編輯 余紅偉

Economic Growth and Pollutant Emissions in Guangdong Province: An Empirical Analysis of the Environmental Kuznets Curve

Lu Hongyou and Zhang Jingyu
(School of Economics and Management,Wuhan University)

This paper investigates the relationship between economic growth and pollutant emissions for Guangdong province,during the period 1995－2012．The investigation is made on the basis of the environmental Kuznets curve hypothesis,using time series data and cointegration analysis．Carbon dioxide(CO2)and sulfur dioxide(SO2)are used as the environmental indicators, and GDP as the economic indicator．Our results show that there is a long-run cointegrating relationship between the per capita emissions of two pollutants and the per capita GDP．An inverted U relationship between SO2emissions and GDP has been found,with income turning point approximately equals to 25001.72 yuan．However,a monotonically increasing relationship with GDP is found more appropriate for CO2emissions．Furthermore,the causality results show that the relationship between income and pollution in Guangdong is one of unidirectional causality with income causing environmental changes and not vice versa,both in the short-run and long-run．This implies that an emission reduction policies and more investment in pollution abatement expense will not hurt economic growth．It could be a feasible policy tool for Guangdong to achieve its sustainable growth in the long-run．

Environmental Kuznets Curve;Cointegration;Guangdong

?盧洪友、張靖妤,武漢大學經濟與管理學院,電子郵箱:hongylu＠sohu．com,1016128683＠qq．com,本課題受國家社科基金重大招標項目(11&ZD041)資助,感謝匿名評審人,文責自負。

①原假設為變量有一個單位跟,AIC用于選擇滯后長度,最大值為4。

②原假設為變量是平穩的。