基于庫茲涅茨曲線理論的武漢市水環境實證研究

黃慧星 黃歌

Empirical Study on Water Environment in Wuhan Based on Kuznets Curve Theory

HUANG Hui-xing; HUANG Ge

摘要：基于庫茲涅茨曲線理論，在調查分析武漢市經濟發展與水環境現狀的基礎上，依據武漢市2003-2017年工業廢水排放量與人均GDP為原始數據建立EKC曲線模型。實證研究發現，武漢市工業污水排放總量與人均國民生產總值之間呈現倒“N”型關系，且兩個拐點分別為2008年和2009年。在研究武漢市相關政策的基礎上，針對武漢市水環境污染與經濟發展的現狀給出相關建議，提出可持續發展策略。

Abstract： Based on Kuznets curve theory， on the basis of investigation and analysis of Wuhan's economic development and water environment status quo， EKC curve model is established according to Wuhan's industrial wastewater emissions and per capita Gross Domestic Product from 2003 to 2017 as the original data. The empirical study found that the relationship between the total amount of industrial wastewater discharged and the per capita GNP in Wuhan City was inverted "N"， and the two inflection points were 2008 and 2009 respectively. Based on the study of Wuhan's relevant policies， this paper gives relevant suggestions on the current situation of Wuhan's water environment pollution and economic development， and puts forward sustainable development strategies.

關鍵詞：庫茲涅茨曲線;經濟增長;水環境污染;實證研究

Key words： Kuznets curve;economic growth;water pollution;empirical research

中圖分類號：X820.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）32-0261-04

0? 引言

水自古以來就被認為是生命之源，人的身體百分之七十都是由水構成的。不僅是個體，人類群體的發展也一刻都離不開水源。我國擁有龐大的淡水資源的總量，位于世界第四位，可是龐大的人口基數使得人均淡水資源擁有量不足世界平均水平的四分之一，水資源短缺問題十分嚴峻。同時，隨著我國經濟持續高速增長，對環境也造成了難以估料的破壞，使得水環境的危機進一步加劇。自十八大提出“綠水青山就是金山銀山”的理念以來，國家對環保的重視程度也越來越高。經濟發展造成水環境破壞，而保護水環境勢必會對經濟發展起到一定的制約作用。因此，研究水環境污染與經濟發展之間的關系，從而有效緩解水污染與經濟發展之間的矛盾，是當下應迫切關注的話題。

1995年，美國經濟學家庫茲涅茨[1]首次提出經濟發展與收入差距變化關系的倒“U”形曲線假說，因此被命名為庫茲涅茨曲線。1996年Panayotou[2]借用1955年庫茲涅茨界定的人均收入與收入不均等之間的倒“U”型曲線，首次將這種環境質量與人均收入間的關系稱為環境庫茲涅茨曲線（EKC）。后續對于EKC的研究不斷。2006年，蔡珞珈等[3]研究1985-2004年湖北省工業“三廢”與人均GDP的關系得出廢水排放呈現“N”型關系，廢氣排放、固廢產生與人均GDP的關系則類似于“U”型環境庫茲涅茨曲線的右半部分，并沒有達到轉折點。2007年，胡明秀等[4]分析武漢市1991-2000年漢江武漢段及東湖水質的各項指標與武漢人均GDP的關系，得出選擇不同的指標與人均GDP之間呈現不同的曲線。2008年，梁四寶[5]采集山西省1991-2006年工業三廢的數據以及多項空氣污染數據分別探究與人均GDP的關系，得出不同的指標使結果呈現“U”型倒“U”型“N”型等不同的類型。2016年，胡景好等[6]利用洎水河流域1997-2013年總氮、總磷的數據，得出總氮、總磷與人均GDP呈現“N”型關系。王惠等[7]利用淮河流域2005-2014年間安徽省8個地級市的人均工業廢水、廢氣、固體廢物與人均GDP的數據，分別得出人均工業廢氣排放量隨著人均國民生產總值的增長表現出逐年遞增的趨勢，而人均工業廢水拍放量和人均工業固廢排放量與人均國民生產總值之間呈現“U”型關系。武漢市作為“中部崛起”戰略的領頭城市，近年來經濟發展迅猛，而水環境污染問題也比較突出。因此，以EKC曲線理論分析武漢市水環境污染與經濟增長之間的關系，從而給出相關指導建議，具有重要的實際意義。

1? 庫茲涅茨曲線理論

EKC曲線的本質具體表現為隨著經濟的增長，環境先遭受破壞，污染指標隨經濟增長而增長;隨著經濟的持續增長，物質條件的改善使得人們理念發生轉變，開始意識到保護環境的重要性，經濟增長后相應的對環境污染問題的投入也會增加，經濟增長的部分發揮主導效應使污染指標反而表現為下降趨勢。即環境污染與經濟增長之間為倒“U”型曲線關系。但是，EKC曲線的形態并不總是保持為經典的倒“U”型，由于區域經濟發展水平不同，不同地區往往有不同的表現形式。眾多的研究中也出現過“N”型、倒“N”型、“U”型、倒“U”型、線型等不同形式。

正是由于地區的差異性，并不代表不符合經典倒“U”型的曲線就不是EKC曲線，相反正是存在差異性，才需結合當地特有的經濟形式以及環境條件用EKC曲線進行詮釋。一個地區經濟的發展導致水環境污染的相關變化，其實是經濟增長的那部分是造成水環境污染還是被用來緩解、改善水環境污染的問題。當經濟增長所帶來的收益導致水環境的污染力度大于經濟增長收益中部分被用來緩解水環境的力度時，會表現為隨著經濟的增長水環境污染逐漸加重，反之則水環境污染逐漸降低。

2? 武漢市經濟與水環境現狀

2.1 武漢市經濟發展狀況

在中國，武漢市地處優越的中心位置，位于江漢平原東部、長江和長江最大的支流漢江都貫穿武漢，水、陸交通十分便利，古來就有“九省通衢”的美稱。武漢市優越的地理條件使得其經濟發展迅猛，近年來一舉成為中部崛起戰略的領頭城市。其實武漢市生產總值早在2014年就超過萬億元，成為中國“萬億”俱樂部的成員。地區生產總值位于且長期位于全國前十，2017年具武漢市統計局初步核算，武漢市地區生產總值達到13410.34億元，按可比價格計算，比2016年增長8.0%。

2.2 武漢市工業發展狀況

武漢市巨大的經濟產值以及保持高速的增長率是多方產業綜合的結果。武漢正處于工業化中級階段，工業產值增長迅速，武漢市2003年至2016年工業產值表見表1所示。2012年武漢市工業總產值達到萬億水平，2013年武漢市工業中僅規模以上工業總產值就達到萬億水平。從2003年至2016年共14年期間，規模以上工業的總產值增加了約10倍。工業發展得如此迅猛必定會對環境產生一定的影響。對于水環境而言，工業發展產生的廢水中含有的大量氮、磷以及重金屬元素，前者會導致藻類瘋長從而破壞水質，后者會使得自然水域的調節系統失效。

2.3 武漢市水污染現狀

武漢市現有湖泊147個，湖泊水域縱橫交錯、面積廣闊，水域總面積達到2187平方公里，占全市總面積的四分之一，素有“百湖之市”的美譽。總體水量大、水資源豐富不代表武漢就沒有水危機，相反武漢市水污染相對嚴重，存在著“優于水也憂于水”的危機。2017年中全市重點檢測的80個湖泊水質優于Ⅲ類的湖泊約占百分之十二，水質為Ⅳ類的約占百分之四十四，劣質Ⅴ類湖數量高達百分之十五。由此可見，武漢市水環境現狀不容樂觀，存在著嚴重的污染問題。

3? 武漢市水環境實證研究

3.1 研究指標

歷年來對于EKC曲線的研究表明，選取的指標不同，得到的結果會略有偏差。為了能準確衡量水環境與經濟發展的關系，在借鑒前人的基礎上，筆者收集并選取武漢市2003年至2017年間歷年工業廢水排放總量代表武漢市的水污染情況，2003年到2017年武漢市人均GDP代表武漢市經濟發展水平，以此來研究武漢市水環境污染與經濟發展之間的聯系。

根據統計學原理，由于對原始數據進行取對數處理不會改變數據的性質和相關關系，但變量的尺度得到了壓縮，數據將更加平穩，也能消弱模型的共線性、異方差性等問題，具有一定的優勢。因此對工業污水排放總量以及人均GDP數據采用對數變換，能更加便捷地統計推斷并得到數據之間的關系。工業污水排放總量以及人均GDP數據具體數據見表2所示，缺失的數據采用“*”表示，后經spss軟件自動擬合處理并排除。

3.2 公式選取

3.2.1 模型構造

對于環境庫茲涅茨曲線的研究公式，目前主要有線性、二次，三次等，為了保證所選模型能夠準確表征兩者之間的關系，依次構建模型，見式（1）至式（3）所示。

式中：Yi表示武漢市歷年工業污水排放量，Xi表示武漢市歷年人均GDP，a0表示常數項，b1，b2，b3代表回歸系數，εi代表誤差項。

3.2.2 模型擬合度檢驗

利用spss數據分析軟件，對武漢市2003-2017年工業廢水排放總量和人均GDP進行了數據擬合，擬合結果見表3所示。三種模型的可決系數（R2）分別為0.834，0.834，0.986，采用三次方程模型擬合結果的顯著性最高。因此選用三次方程模型作為此次研究的模型。

3.2.3 模型顯著性檢驗

對擬合度最高的三次模型，利用spss分析軟件對曲線進行回歸檢驗，檢驗結果見表4所示，結果顯示模型在0.0001的誤差內顯著，顯著性表示使用該三次曲線模型能夠很好的表現水污染與經濟之間的關系。

3.3 EKC曲線形式多樣性

根據所用三次模型：

當回歸系數b1，b2，b3的取值符號不同時，EKC曲線所展示出的形態也不同，根據三次函數的性質可知：

當b1≠0時，b2=b3=0，此時二次項以及三次項皆無，三次模型轉換為一次線性模型。即b1>0時，環境與經濟的關系表現為正相關，代表經濟越好水環境污染越嚴重，b1<0時，水環境與經濟的關系表現為負相關，代表經濟越好水環境污染越少。

當b3=0時，此時無三次項，模型轉換為二次函數模型。即b2>0時，水環境與經濟呈現“U”型關系，代表隨著經濟的不斷增長水環境污染會經歷先減少后變多的情況，而b2<0時，水環境與經濟的關系呈現倒“U”型關系，即為典型的環境庫茲涅茨曲線，代表隨著經濟的不斷增長水環境污染會經歷先嚴重后逐步改善的過程。

當回歸系數都不為0時，此時模型表現為三次函數的形態，即b1>0，b2<0，b3>0時環境與經濟呈現“N”型關系，代表隨著經濟的發展水環境污染會經歷先嚴重后改善再嚴重的過程;而b1<0，b2>0，b3<0時水環境與經濟呈現倒“N”型關系，代表隨著經濟的發展水環境污染會經歷先減少后增多再減少的一個過程。

3.4 曲線分析

3.4.1 曲線形式

利用spss軟件進行曲線擬合，算出回歸系數以及常量的值，見表5所示。

各系數的顯著性表現皆良好。將數據代入式（3），結果見式（4）所示：

對原數據散點圖以及擬合結果所得三次曲線進行繪制，結果見圖1所示。

由圖1可見，曲線擬合結果與實際數據的軌跡吻合度很高，這再次說明了所選模型能夠很好的表現出水污染與經濟增長的關系。設拐點的橫坐標分別為lnXm，lnXn（lnXm

整體表現為：隨著經濟持續增長，水環境污染指數呈現整體下降趨勢。

階段性表現為：第一階段（lnXlnXn），隨著武漢市經濟持續增長，武漢市的水環境污染指標反而出現下降，并且下降速率增大。顯然，這樣的結論與倒“U”型形態的傳統EKC曲線并不相符。

3.4.2 數學分析

為詳細分析曲線的成因，對曲線進行數學分析。對式（4）進行簡化，以P表示武漢市工業廢水排放總量的對數值（lnY），Q表示武漢市人均GDP的對數值（lnX），簡化結果見式（5）所示。

對式（5）進行求導，以求得拐點對應的年份，求導結果見式（6）所示。

令式（6）為零則能夠得到式（4）圖像的兩個拐點lnXm，lnXn的值，lnXm=1.469，lnXn=1.566即對應的人均GDP為Xm=4.345，Xn=4.787。

故此對照表2可以得知，兩個拐點分別在2008年左右以及2009年左右。武漢市的水環境污染指標在2008年到2019年這一段時間內有小幅度的增加，而在2008年前以及2008年后武漢市的水環境污染一直在隨著武漢市經濟的發展而改善。2003年到2017年共15年的時間，武漢市的人均GDP指標增長了將近6倍，而水污染指標降低了近3倍。

3.4.3 曲線成因分析

隨著武漢市經濟的增長，治理污水、保護水環境的重要性也不言而喻，武漢市人民政府大力出臺了治污政策以及管控污水排放的政策。據筆者初步統計，2013年到2018年間武漢市各級政府機構關于污水治理、管控等相關方面的政策規定文件達百項以上。

在拐點之前。武漢市嚴格控制“小造紙，小水泥，小火電”等企業，對某些污染嚴重的企業直接做了吊銷執照的處理。2007年武漢市出臺了《武漢市節能減排綜合性工作方案》，提出了對主要污染物排放總量減少10%的約束性指標。2008年武漢市又出臺《武漢市建設領域節能減排工作實施方案》要求武漢市各區建設完善的污水處理廠。2008年，2009年連續兩年實施污染物總量減排的方案，并且2009年要求各區加快建設污水處理廠。具體措施的出臺使得在2007年到2009年這段環境惡化期內，武漢市水環境污染表現出了惡化期經歷時間短、惡化程度輕的現象。

在拐點之后。武漢市度過了水環境污染加重的時期，根據EKC曲線的理論武漢市的水環境質量將會得到持續改善。環境不會無端改善，這與武漢市在此期間繼續嚴抓水環境污染有很大的關系。2011年武漢市環保局出臺《武漢市2011年整治違法排污企業保障群眾健康環保專項行動工作方案》，對武漢市的違法排污企業進行大力整治。2015年武漢市《武漢市主城區污水收集與處理專項規劃》出臺，對武漢市的治污工作進行了整體規劃。2017年武漢市又提出了“四水共治”的戰略目標。可見武漢市對于水污染的重視程度有所提高。目前武漢市污水治理也在不斷創新與改革中，今年武漢市進行了國內首個基坑降水管道臨時排水試驗。

各項政策的出臺和治污措施的落實，在一定程度上保障了武漢市在經濟持續增長的同時，水生態環境也不斷改善。

4? 措施建議

武漢市的水環境與經濟發展的庫茲涅茨曲線不是經典的倒“U”型形態，這說明武漢市有著自己獨特的經濟發展與水環境的關系，根據EKC曲線經典倒“U”型結構而提出的“先發展，后治理”的觀點，并不符合武漢市的發展規律。因此，針對武漢市經濟增長的特點，對于水環境污染的治理提出以下幾點建議：

堅持持續治污。將治污工作當成日常事務進行。根據筆者對武漢市2003年到2017年共15年的數據得出的EKC曲線能夠反映這15年間的武漢市水環境污染與經濟增長的關系，并能根據后續曲線對武漢市經濟持續增長后的水環境污染情況進行簡單預測。但是這個預測具有一定的局限性，受政策、經濟、技術等影響，武漢市的環境庫茲涅茨曲線有可能會呈現出不同的結構。所以應持續治污，防止出現水環境污染與經濟增長的EKC曲線關系節點。

著力全面治污。根據武漢市2003年到2017年的工業廢水排放總量來表征武漢市水環境的整體概況具有一定的局限性。這也是環境庫茲涅茨曲線所存在的局限性，所以僅僅以筆者上述研究結論而認為武漢市水環境污染會持續的改善的觀點也是不對的，從整體性著手，工業以外的對于水環境造成的污染也需大力整治。

轉型綠色投資。減少對污染程度高、發展力度小、人民需求小的企業的投資;轉而增大對高新技術產業和一些污染相對較少的企業的投資。

發展循環經濟。采用科技手段，推進污染大的企業向綠色環保型企業轉變，建立起循環型的工業體系。

健全法律法規。通過建立健全相應的水環境治理的法律法規，加強監管力度，使得EKC曲線能夠持續的朝經濟增長水環境污染程度減輕的方向發展。

5? 結語

通過選取武漢市2003年至2017年工業廢水排放總量和人均GDP作為研究庫茲涅茨曲線的指標，得出武漢市水環境污染與經濟發展呈倒“N”型關系，不符合傳統的倒“U”型結構。庫茲涅茨曲線的地域差異在武漢市表現為隨著經濟的發展水環境污染整體性改善，階段性加深，而水環境污染的改善并不會隨著經濟的增長而自發改善，如果只注重經濟的發展而不對水環境的變化產生任何的管制措施，那么水環境的破壞將嚴重阻礙經濟發展，所以武漢市應注重發展與環境的關系，在保證發展的前提下，控制水環境污染，走可持續發展之路。

參考文獻：

[1]KUZNETS S.Economic growth and income inequality[J]. The American Economic Review，1995（ 8） ： 1-28.

[2]PANAYOUTOU T，PERRINGS C A，MOLER K G，et al. Conservation of biodiversity and economic development： the concept of transferable development right[J].Environmental and Resource Economics，1994，4（1）： 91-110.

[3]蔡珞珈，黃蔚.湖北省經濟增長與環境污染關系研究[J].當代財經，2006（08）：90-93.

[4]胡明秀，周環珍.漢江武漢段與東湖水質指標變化趨勢研究——基于環境庫茲涅茨曲線（EKC）方法[J].武漢工業學院學報，2007（01）：68-72.

[5]梁四寶.經濟增長與環境質量——基于山西省環境庫茲涅茨曲線的實證檢驗[J].經濟管理，2008（Z3）：50-54.

[6]胡綿好，袁菊紅.基于EKC模型的洎水河流域經濟增長與氮磷排放關系研究[J].鄱陽湖學刊，2016（02）：111-117，128.

[7]王惠，王樹喬，李小聰.淮河流域的工業環境庫茲涅茨曲線再檢驗——來自2005—2014年安徽省地級市面板數據[J].水利經濟，2017，35（02）：22-25，68，76.

作者簡介：黃慧星（1999-），男，湖北洪湖人，本科，研究方向為工程造價。