基于環境庫茲涅茨模型的石家莊市經濟發展與空氣質量關系實證研究

王 瑋,強 杰,王 爍，任振科,張布宇

(石家莊市環境監測中心，河北石家莊 050022)

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基于環境庫茲涅茨模型的石家莊市經濟發展與空氣質量關系實證研究

王 瑋,強 杰,王 爍，任振科,張布宇

(石家莊市環境監測中心，河北石家莊 050022)

環境與經濟協調關系的研究可以定性地反映區域環境與經濟發展的綜合實力水平。環境庫茲涅茨曲線(EKC)假設反映的是經濟增長與環境質量之間呈現倒U型的曲線關系，通過建立模型，將石家莊市2000—2015年人均GDP與工業廢氣排放量及城市環境空氣中3項主要污染物(SO2，NO2，PM10)等4項指標進行擬合，發現EKC曲線并不完全符合傳統的倒“U”型。結果表明，石家莊市環境空氣中SO2和NO2與人均GDP之間存在比較明顯的三次曲線特征，整體呈現出倒“N”型，而工業廢氣排放量仍處于上升階段，表現為“N”型。典型的EKC理論不適用于解釋石家莊市PM10濃度的變化趨勢。政策分析表明，石家莊市正處于由工業化中期向后期的過渡中，迫切需要加強大氣環境治理，轉變經濟增長結構，提升經濟增長質量，向生態宜居城市轉變。

大氣污染防治工程；環境庫茲涅茨模型；經濟與空氣質量關系；石家莊市

王 瑋,強 杰,王 爍，等.基于環境庫茲涅茨模型的石家莊市經濟發展與空氣質量關系實證研究[J].河北工業科技,2016,33(5):397-403.

WANG Wei, QIANG Jie, WANG Shuo, et al.Empirical study on the relation of economic development and ambient air quality in Shijiazhuang City based on the Kuznets model [J].Hebei Journal of Industrial Science and Technology,2016,33(5):397-403.

經濟增長與環境質量變化密切相關。相關研究表明：一方面隨著工業化進程的深入，污染物排放不斷增加，經濟增長導致環境質量下降；另一方面環境質量惡化又會遏制經濟可持續增長與社會可持續發展。1955年，美國經濟學家庫茲涅茨在研究財富分配問題時，提出了著名的“倒U假說”。1991年，美國經濟學家GROSSMAN等[1]應用該理論定量描述了環境污染和經濟增長的關系，即環境庫茲涅茨曲線(environmental Kuznets curve，EKC)。EKC通過人均收入與環境污染之間的關系模型模擬，提出經濟發展與環境污染程度存在倒“U”型的關系，即在經濟發展過程中，環境狀況先是惡化而后得到逐步改善[2]。

國內外一些學者對EKC曲線進行了實證檢驗，如SHAFIK等[3]進行了關于煙塵、SO2等環境指標與人均GDP等經濟增長指標間的動態關系研究。PANAYOTOU[4]首次定義了環境質量與人均GDP之間的EKC曲線。李瑛珊[5]將1980年以來廣東人均GDP與工業“三廢”排放量進行擬合，發現廣東“三廢”排放與人均GDP之間存在比較明顯的三次曲線特征，工業“三廢”產生量與人均GDP擬合曲線處于不斷上升的階段，說明廣東處于由中期向后期轉變的過程中。劉婷婷等[6]研究發現寧夏工業廢水、廢氣以及生活污水排放量隨著經濟的發展仍處于上升期，預計到2020年寧夏人均GDP達到1萬美元時，工業廢氣和固體廢棄物將出現EKC拐點。張軍[7]運用環境庫茲涅茨曲線法分別對河南省“十五”、“十一五”環境與經濟協調發展水平進行定性評價，得出河南省“十一五”較“十五”期間更為協調。

目前，石家莊市一些研究人員對大氣顆粒物元素組分進行了特征分析，如康蘇花等[8]通過標識元素分析，發現顆粒物中無機元素主要來源于燃煤塵、建筑塵和土壤塵，TSP，PM10和PM2.5中無機元素具有較好的統計相關性和同源性。任毅斌等[9]為研究石家莊市采暖期大氣顆粒物的污染特征及其來源，對TSP，PM10和PM2.5的質量濃度、無機元素、水溶性離子和碳組分進行了分析。但鮮有對經濟發展與大氣環境質量關系的研究。筆者考察了石家莊市環境污染與經濟增長之間的演進關系，注意到：一方面以往的研究大多集中在省際研究，另一方面石家莊市作為河北省的省會城市，近年來正處于“轉型升級、跨越趕超、建設幸福石家莊”的關鍵時期。由此，在面對宏觀經濟下行壓力不斷加大和環境約束日益趨緊的嚴峻形勢下，結合當前實際情況，探索經濟增長與空氣質量間的動態關系，可以為石家莊市經濟與環境的可持續發展提供借鑒。

1 研究區域概況

石家莊市地處河北省中南部，環渤海灣經濟區。作為河北省省會，是全省政治、經濟、科技、金融、文化和信息的中心，是國務院批準實行沿海開放政策和金融對外開放的城市之一。石家莊市東與衡水市接壤，南與邢臺市毗連，西與山西省為鄰，北與保定市交界，轄區總面積共計15 848 km2，其中市區面積為2 206 km2[10]。近年來，石家莊市經濟快速發展，國內生產總值由2000年的994億元增至2015年的5 620億元，年均增長12.2%[11]。

2 模型分析

2.1 指標選取

為全面研究石家莊市環境質量與經濟發展的關系，結合國家污染減排考核指標，根據相關資料，本研究采用人均GDP來衡量經濟的發展水平；選取同時期的工業廢氣排放量及城市環境空氣中3項主要污染物(SO2，NO2，PM10)等4項指標來表征環境空氣的污染程度。以上數據來自2000—2015年石家莊市環境質量報告書、石家莊市統計年鑒及石家莊市國民經濟和社會發展統計公報。

2.2 模型建立

在實證研究中，一般以經濟增長指標為自變量，環境質量指標為因變量構建函數，用經濟增長指標(人均GDP)當作x軸，環境質量指標作y軸進行曲線擬合。描述EKC的函數模型通常有線性函數、二次多項式、三次多項式、Logistics函數和指數函數等，這種差異可以從宏觀上用環境與經濟社會發展的階段及其協調狀態的差異來解釋[6]。

2.3 擬合分析

借助SPSS20.0統計軟件，根據數據的可獲得性，利用石家莊市2000—2015年各種時間序列的環境質量、經濟數據，采用一次型、二次型、三次型及指數型等多種方式進行擬合試算，回歸擬合結果見表1。對比擬合結果發現三次回歸曲線能更好地反映石家莊市各項環境指標與人均國內生產總值之間的關系。6種擬合結果均顯示除PM10外，其他環境指標的擬合優度R2均大于0.7。查閱F分布表發現，F值在給定顯著水平α=0.01時，相應值為3.70，所選回歸方程F檢驗值顯示這些指標的回歸方程除PM10外具有一定顯著性。同時發現4項環境指標在三次回歸方程中sig值均小于0.05，說明4項環境指標均在三次回歸方程中可用且具有統計學的意義，三次模型模擬結果見圖1—圖4。

表1 石家莊市環境EKC的回歸結果

圖1 石家莊市2000—2015年人均GDP與 SO2年均濃度擬合曲線圖Fig.1 Fitting curve of SO2 in relation to GDP per capita in Shijiazhuang City during 2000—2015

圖2 石家莊市2000—2015年人均GDP 與NO2年均濃度擬合曲線圖Fig.2 Fitting curve of NO2 in relation to GDP per capita in Shijiazhuang City during 2000—2015

圖3 石家莊市2000—2015年人均GDP 與PM10年均濃度擬合曲線圖Fig.3 Fitting curve of PM10 in relation to GDP per capita in Shijiazhuang City during 2000—2015

圖4 石家莊市2000—2014年人均GDP 與工業廢氣排放量擬合曲線圖Fig.4 Fitting curve of industrial gas emission in relation to GDP per capita in Shijiazhuang City during 2000—2014

3 結果分析

圖1和圖2描述了2000—2015年人均GDP與SO2和NO2的走勢關系，其擬合優度R2分別為0.859，0.814，擬合效果較理想，整體呈現出倒“N”型，即隨著人均GDP的增長，SO2和NO2的濃度是下降的，到達一定的經濟水平，SO2和NO2的濃度是上升的，然后又會出現下降趨勢。這種狀態說明，隨著人均收入水平的提高，污染治理力度的加大，污染物濃度并非一直持續下降，還會出現反復。其政策含義在于，環境與經濟協調發展的結果不會自然而然地實現，而要靠積極的人為努力。

SO2和NO2的濃度作為表達生態環境好壞的一個指標，其濃度逐漸下降，代表生態環境質量逐步改善。通過對方程進行求導，得出SO2濃度與人均GDP擬合曲線的2個轉折點分別為28 735元與46 274元，NO2濃度與人均GDP擬合曲線的2個轉折點分別為25 645元與47 624元。即人均GDP達到28 735元、25 645元以前，SO2和NO2的濃度呈下降趨勢，生態環境是改善的，人均GDP達到28 735元、25 645元以后，隨著經濟的增長，SO2和NO2的濃度是上升的，即生態環境是逐漸惡化的，當人均GDP達到46 274元、47 624元以后，SO2和NO2的濃度逐步下降，生態環境的質量提高了。第1個轉折點對應的時間約是2008年，第2個轉折點對應的時間是2013—2014年。

理論上而言，“十五”時期石家莊市經濟規模和人口規模比較小，消耗的資源相對較少，需要投入的能源少，污染物排放增長率有所降低，SO2增長率僅為8%，低于此階段GDP年均增長率，因此資源環境的壓力初步得到緩解，全市發展與環境的宏觀調控作用得到了較為充分的發揮，環境質量改善取得明顯成效。進入“十一五”后，隨著經濟的進一步發展，石家莊市自2008年起進入“三年大變樣”時期，環境質量也開始逐步惡化。造成此現象發生的原因主要有：1)由于此時石家莊市正處于向工業化中級階段向高級階段發展過程中，第二產業成為其經濟增長的主要推動力量，約占石家莊市國內生產總值的比例為50.2%。工業結構以單一的資源依賴性工業為主，形成了以電力、制藥、冶金、建材、化工、化肥、紡織等行業為主體的工業體系。這種“高開采、高消耗、高排放、低利用、低效益”的粗放型經濟增長方式，必會消耗大量的能源和資源，加重城市空氣環境的污染。其中，電力煤氣生產和供應業作為市區耗煤和污染最嚴重的行業，其燃煤消耗量和SO2、煙塵排放量分別占市區第二產業總量的66%，52%和57%。由于石家莊市工業總體生產技術落后，高能耗、高資源消耗、污染嚴重的企業多，而高附加值、高科技含量的企業相對較少，導致大量污染物排入大氣，城市環境空氣污染水平居高不下。2)由于歷史和現實原因，在市區內分布著十余個熱電廠和集中供熱站。隨著城市集中供熱的快速發展，各熱電廠和集中供熱站都在擴大規模，但仍存在供熱布局不合理、供熱集中度不高，鍋爐容量小等問題。且石家莊供熱鍋爐以循環流化床鍋爐為主，雖然進行了爐內噴鈣脫硫治理，但由于設備磨損嚴重、脫硫運行成本高等原因，該爐型在實際應用中存在著設備磨損嚴重、回料系統結渣、床溫不易控制等現象。3)隨著城市規模不斷擴大，越來越多的村莊被納入市區。這些村莊的燃料以煤炭為主，燃煤量約在20萬t/年，每年向大氣中排放煙塵1.3萬t，二氧化硫0.19萬t。從整體上看，“城中村”雖然燃煤量少，但污染源分布面廣，無任何除塵脫硫措施，污染物排放負荷高、治理難度大。特別是冬季逆溫天氣條件下，“城中村”居民的煤煙低空排放直接導致了地面空氣污染，是影響市區空氣質量的一個很重要的原因。4)隨著社會經濟的迅速發展，全市機動車保有量快速增加，從2005年的38萬輛發展到2015年的210萬輛，年均增長比例達到20.92%，由此導致的機動車排放污染對環境空氣質量的影響也越來越大。

自2013年以來，隨著新《環境空氣質量標準》(GB3095—2012)[12]的推行，石家莊市為保障空氣質量明顯改善，采取了一系列舉措大力治理大氣污染。隨著技術水平逐漸提高，產業結構開始優化，政府加大環保資金的投入，諸如《燃煤電廠大氣污染物排放標準》(DB13/2209-2015)[13]等地方行業標準收嚴，環境質量隨著經濟的增長逐步改善，SO2和NO2的濃度開始呈下降趨勢。分析結果表明，隨著經濟的發展、污染治理設施的投入及污染防治水平的提高，石家莊市已能滿足《環境空氣質量標準》(GB3095-2012)中SO2年均濃度的標準限值(60μg/m3，質量濃度)，且預計當人均GDP達到56 821元時(即2016年時)能滿足NO2年均濃度的標準限制(40μg/m3，質量濃度)。

圖3描述了2000—2015年人均GDP與PM10的走勢關系，雖然整體也基本呈現倒“N”型，但其擬合優度R2僅為0.469，F檢驗值也較低，擬合效果較差，這意味著典型的EKC理論不適用于解釋石家莊市PM10濃度的變化趨勢。從歷年石家莊市PM10濃度實際情況來看，在2013年執行新《環境空氣質量標準》(GB3095—2012)之前，石家莊市人均GDP與PM10濃度擬合效果較好，擬合優度R2可達0.921。擬合優度自2013年起明顯變差的原因主要是《環境空氣質量標準》(GB 3095—2012)、《環境空氣質量評價技術規范(試行)》(HJ 663—2013)[14]嚴格了日均值和年均值的數據統計方法的同時增加了有效監測點位的要求。石家莊市作為首批實施新空氣質量標準的城市，將原有微量振蕩天平法PM10監測設備更換為β射線衰減法監測設備。數據統計方法與儀器及監測方法的變更造成基礎環境數據不符合正態分布，因此典型的EKC理論不適用于解釋石家莊市PM10濃度的變化趨勢。

圖4描述了2000—2014年人均GDP與工業廢氣排放量之間存在EKC曲線基本呈現“N”型特征，其擬合優度R2為0.710，擬合效果較理想，即隨著經濟的增長呈現先上升再下降然后上升的趨勢。通過對方程進行求導，得出該方程的拐點是人均GDP為28 566元與35 647元，拐點出現的時間約為2008年與2011年。即大約2008年以前，隨著石家莊人均GDP的不斷增加，工業廢氣排放量呈遞增趨勢，2008—2011年石家莊市工業廢氣排放量出現短暫下降，但在人均GDP達到35 647元后，工業廢氣排放量又出現了加速上升的趨勢，更接近于“U”型EKC的右半部分。可見經濟增長并不會自動導致環境質量的改善。

長期以來，石家莊市能源結構主要以煤炭型能源為主，天然氣等清潔能源以及非石化能源使用率較低。產業結構也主要以第二產業為主導，多以重工業為主，經濟增長的主要來源是醫藥、化工、鋼材、建筑等重污染行業，與電力、熱力的生產和供應業、非金屬礦物制品業、化學原料及化學制品制造業、黑色金屬冶煉及壓延加工業的比較嚴重的空氣污染也有很大的關系，這些行業排放廢氣多，污染嚴重，治理污染技術水平不高，資源利用能力較低。2008—2011年石家莊市工業廢氣排放量呈現短暫下降趨勢，其主要原因：1)這期間石家莊市經濟由于受國際金融危機等宏觀不利因素影響，市場需求減弱，經濟增速明顯放緩，資本市場和房地產市場深度調整，對實體經濟的影響逐漸加深，加上尚未解決的深層次矛盾和問題，經濟增長出現明顯回落。2)北京奧運會期間，石家莊市充分發揮首都“南大門”作用，深入開展“迎奧運、保平安、促發展”等活動。3)根據《石家莊市國民經濟和社會發展“十一五”規劃綱要》、《石家莊市環境保護“十一五”規劃》和《石家莊市“十一五”主要污染物總量削減目標責任書》要求，石家莊市委、市政府高度重視污染減排工作，為確保減排任務如期完成，為經濟發展爭取環境容量空間，努力實現環境與經濟社會協調、可持續發展，下大力推進污染減排工作，制訂出臺了一系列文件，把污染減排工作任務和污染物排放控制指標逐級、逐單位進行分解細化，強化對減排責任單位和責任人的責任約束，以“拒絕理由”的理念，切實加大領導力度。通過淘汰落后產能、大力推進重污染企業搬遷、著力推進能源結構調整，重點企業污染治理等方式，先后投入88.7億元用于污水處理廠新建或升級改造以及電廠和鋼廠脫硫，對熱電廠、鋼廠等20多個重點大氣污染源下達了限期治理計劃，督導企業加快脫硫、除塵與污染防治進度。

近年來石家莊市雖大力治理大氣污染，但是改善總體環境空氣質量的任務仍非常艱巨，必須在發展經濟的同時，轉變經濟增長方式，提高對控制廢氣排放量的重視，調整工業能源使用結構，提高清潔能源的使用率，引進空氣凈化的先進技術，有效控制工業廢氣排放量仍是減少當前石家莊市空氣污染的主要方向。

4 影響石家莊市EKC特征的因素分析與結果驗證

地區的環境污染主要由低水平的產業結構造成，石家莊市社會經濟的快速發展加劇了環境污染治理工作的艱巨性。如圖5所示，進入21世紀后，石家莊市經濟呈現出強勁的增長趨勢，GDP年均增長12.2%，三次產業結構比例由2000年的14.8︰46.1︰39.2調整為2015年的9.1︰45.1︰45.8。從人均地區生產總值和產業結構的特點來看，石家莊市工業化整體上已處于由中期向后期過渡階段。綜觀三大產業變化，第一產業比例逐漸回落，而二、三產業平穩增長，“十五”到“十二五”期間的絕大部分時期第二產業對經濟增長起著舉足輕重的作用，直到“十二五”末期，石家莊市第三產業比例才逐漸上升最終略微超過第二產業，產業結構才略趨于合理。因此，雖然2008年以后石家莊市經濟增長指標與3項污染物之間基本呈現倒“U”型EKC曲線，但仍存在不確定趨勢。未來，石家莊市整體上的資源消耗和污染物排放量都仍處于一個穩中有升的狀態，要實現污染減排及環境空氣質量達標的目標，就面臨著包括優化產業結構，大力提升第三產業比重；加大污染減排技術研究開發力度，提升技術水平，示范推廣污染減排清潔生產、循環經濟實用技術；完善市場機制，強制進行清潔生產審核，加快完善清潔生產技術服務體系等諸多方面的問題，需要資金和技術的大量投入。

圖5 石家莊市2000—2015年三大產業比例Fig.5 Proportion of three industrial sectors in Shijiazhuang City during 2000—2015

在對石家莊市近年來所頒布實施的環境政策的研究中發現，近年來石家莊市為打好節能減排攻堅戰，全面落實差別電價、階梯水價和差別排污費政策，積極探索實行節能減排與用地指標、財政補貼掛鉤機制。強化目標考核，嚴格執行節能減排工作問責制和“一票否決制”，將環境保護作為評價政府工作、考核領導干部政績的一項重要內容。2013年石家莊市委、市政府出臺了《石家莊市大氣污染防治攻堅行動方案(2013—2017)》。根據方案，石家莊市以壓煤、降塵、控車、遷企、減排、增綠為重點，強力推進九大防治工程60條措施的深入實施，加強大氣污染綜合治理，改善省會環境空氣質量。同時節能減排需要大量的資金與技術的投入[15]，2007—2014年石家莊市節能環保支出逐年增加，由2007年的2.9億元增至2014年的36.1億元，平均增幅為43.6%，節能環保支出平均增幅明顯大于同期公共財政預算支出平均增幅(19.8%)與GDP平均增幅(11.4%)，反映出石家莊市政府對環境保護的日益重視。

由石家莊市環境質量與經濟、環保目標等環境污染治理政策看出，石家莊市加大大氣污染防治力度，致使環境質量有新的突破，這與環境庫茲涅茨曲線的分析結果是一致的，說明分析結果合理、可信。

5 結 語

對石家莊市人均GDP與工業廢氣排放量及城市環境空氣中3項主要污染物(SO2，NO2，PM10)等4項指標進行擬合，發現EKC曲線并不完全符合傳統的倒“U”形式。結果表明：石家莊市環境空氣中SO2和NO2與人均GDP之間存在比較明顯的三次曲線特征，整體呈現出倒“N”型，第1個轉折點對應的時間是2008年，第2個轉折點對應的時間是2013—2014年。而工業廢氣排放量仍處于上升階段，表現為“N”型，雖然在個別年份出現減少，但仍然處于EKC的上升階段，尚未到達最高轉折點。典型的EKC理論不適用于解釋石家莊市PM10濃度的變化趨勢。雖然EKC的可靠性受樣本空間、模型選取以及數據精度等多方面的影響，且EKC曲線所呈現的狀態預示著石家莊市大氣環境質量問題并非可以自然而然地得到解決，但它在一定程度上反映了政府對大氣環境問題的認識程度和治理決心。

只有隨著公眾與政府對環境問題認識的提高，加大治理與保護力度，轉變發展方式，優化產業結構和能源結構，強化創新驅動，積極發展戰略性新興產業，完善配套環境管理政策，堅持經濟發展與環境保護相協調，形成政府統領、企業施治、市場驅動、公眾參與的大氣污染防治新機制，堅決打好大氣污染治理攻堅戰，才能從根本上改善大氣環境質量，實現環境效益、經濟效益與社會效益多贏。近年來，石家莊市的大氣環境質量逐步改善且與經濟發展之間更為協調， “十三五”期間石家莊市的環保工作仍將以治理城市環境空氣質量為重點，力爭早日實現天藍、地綠、氣爽的目標。

/Rerferences：

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Empirical study on the relation of economic development and ambient air quality in Shijiazhuang City based on the Kuznets model

WANG Wei, QIANG Jie, WANG Shuo, REN Zhenke, ZHANG Buyu

(Shijiazhuang Environmental Monitoring Center, Shijiazhuang, Hebei 050022, China)

The study of environmental and economic coordination can qualitatively reflect the comprehensive strength of regional environment and economic development level. Environmental Kuznets curve hypothesis reflects the economic growth and environmental quality between the inverted U-shaped curve relationship. By establishing the model, it is found that the EKC curve which is fitted by Shijiazhuang City's per capita GDP and four indicators including industrial emissions and three major pollutants (SO2, NO2, PM10) of urban ambient air during 2000—2015 is not fully consistent with the traditional inverted "U" form. The results show that there exists obvious cubic curve characteristics between SO2, NO2and per capita GDP in Shijiazhuang, and it shows a reverse "N". While industrial emission is still in the rising stage, showing a "N". Typical EKC theory is not suitable to explain the PM10concentration change trend in Shijiazhuang. Policy analysis shows that Shijiazhuang city is transiting from middle industrialization stage to late industrialization stage, so there is an urgent need to strengthen its management of atmospheric environment, transform the structure of economic growth, and improve the quality of economic growth, in order to build the ecological livable city.

air pollution control engineering； environmental Kuznets model； economic and ambient air quality relation； Shijiazhuang City

1008-1534(2016)05-0397-07

2016-04-29;

2016-05-30；責任編輯：王海云

河北省科技支撐計劃項目(16273714D)

王 瑋(1986—)，男，河北石家莊人，工程師，碩士，主要從事環境監測方面的研究。

E-mail:wayever@126.com

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10.7535/hbgykj.2016yx05007