黃河流域生態保護和高質量發展的EKC檢驗

李 達,林龍圳,林 震,張紹文,安黎哲

1 北京城市學院城鎮化研究院, 北京 100083

2 北京林業大學生態文明研究院,北京 100083

3 北京林業大學黃河流域生態保護和高質量發展研究院,北京 100083

4 北京林業大學經濟管理學院,北京 100083

1 理論基礎與研究假設

黃河流域在我國經濟社會發展和生態安全方面具有十分重要的地位[1]。黃河發源于青藏高原,流經9個省區,全長5464km,是我國僅次于長江的第二大河流。截止2018年底,黃河流域覆蓋總人口4.2億,占全國30.3%；地區生產總值23.9萬億元,占全國26.5%。2019年9月18日,習近平總書記在鄭州主持召開黃河流域生態保護和高質量發展座談會并發表重要講話,對黃河治理作出重要指示。他指出：“治理黃河,重在保護,要在治理。要堅持山水林田湖草綜合治理、系統治理、源頭治理,統籌推進各項工作,加強協同配合,推動黃河流域高質量發展。”黃河流域生態保護和高質量發展是繼京津冀協同發展、長江經濟帶發展、粵港澳大灣區建設、長三角一體化發展之后的重大國家發展戰略。

黃河流域生態環境十分脆弱。一是黃河地區生態系統薄弱,上游局部地區天然草地生態功能退化嚴重,退化率在60%—90%。土地沙化問題突出,甘南黃河重要水源補給生態功能區草地已出現嚴重退化、沙化和鹽堿化[2]。黃河中游水土流失問題嚴峻,汾河等支流污染頻發；下游生態流量偏低、一些地方河口濕地萎縮。二是黃河流域產業結構亟待優化,能源基地集中,煤炭采選、煤化工、有色金屬冶煉及壓延加工等高耗水、高污染企業多,其中煤化工企業占全國總量的80%。流域生態環境風險較高,企業大多沿河分布,主要污染集中在支流[1]。三是黃河流域水質斷面劣V類水占比較高,工業、城鎮生活和農業面源三方面污染,加之尾礦庫污染,使得2018年黃河137個水質斷面中,劣V類水占比達12.4%,明顯高于全國6.7%的平均水平。因此,迫切需要關注黃河流域生態情況,在注重高質量發展的同時,將生態保護納入區域發展戰略目標,著重解決跨流域生態破壞和資源調配的問題[3,4]。高質量發展重點指經濟領域,也稱之為經濟高質量發展。經濟高質量發展是中國經濟面臨結構性矛盾、資源環境瓶頸、復雜多變的國內外形勢等對未來發展道路作出的重大戰略選擇,是更高質量、更具效率、更加穩定、更為開放的新時代中國經濟發展模式[5]。高質量發展既強調了經濟發展過程的高質量,又強調了經濟發展結果的高質量,因此,走高質量發展的新路子,是經濟發展新常態下的必然選擇[6]。

研究經濟發展與生態環境間關系的重要理論依據是環境庫茲涅茨曲線(Environmental Kuznets Curve,EKC)假說,該假說認為環境污染與人均收入之間存在倒U型非線性關系[7]：經濟發展初期,環境質量隨經濟增長而下降,當經濟增長跨過某一臨界值時,環境質量將隨著上升。目前,在經濟發展與生態環境的關系研究中應用環境庫茲涅茨曲線的實證較為豐富,如Selden等運用庫茲涅茨曲線實證檢驗了空氣污染與經濟發展的關系[8]；Martinez-Zarzoso等[9]、韓玉軍等[10]、Jie He 等[11]、鄒慶[12]、余東華等[13]和張明志[14]對經濟發展與CO2排放的關系進行了EKC檢驗；Panayotou T[15]、Brock 等[16]、Caviglia-Harris 等[17]、付才輝等[18]對經濟發展階段和環境污染的關系進行了實證研究；等。綜上,EKC假說是檢驗生態環境與經濟發展關系的基本經濟理論；若EKC確實存在,或者在到達一定的轉折點后,人均收入或財富的增長有助于改善環境質量,那么對環境破壞問題的解決還需依靠經濟增長本身[19]。因此,本文將之應用于對黃河流域的生態保護與高質量發展研究中,以檢驗高質量發展與區域生態保護的相互關系。

從現實經驗看,生態環境保護的途徑主要涉及兩個方面,一是提高污染物的處理率,二是減少污染物的排放量。以黃河流域工業SO2排放量和污水處理廠集中處理率為例(圖1),工業SO2排放量隨人均GDP增加呈衰減趨勢,污水處理廠集中處理率直觀上表現為隨人均GDP增加而升高的趨勢。

圖1 生態環境與經濟發展散點圖

為了檢驗黃河流域生態保護與高質量發展之間的相互關系,采用污染處理和污染排放兩組指標作為因變量。因此,提出如下研究假設：

黃河流域的高質量發展對污染處理率和污染排放量存在顯著影響,且前者與后兩者之間存在非線性的EKC關系。

2 模型構建、變量處理與數據來源

2.1 EKC檢驗模型

經驗研究發現,EKC曲線不一定呈“倒U型”,還可能呈“N型”、“倒N型”等三次曲線型[20]。有鑒于此,首先選擇EKC的三次方形式作回歸檢驗,在三次方形式不顯著的情況下,再剔除三次項,檢驗EKC的二次方形式[21]。首先,需要檢驗上述環境經濟學最基本的理論假說：環境問題是經濟發展所無法回避的客觀事實,即由經濟發展決定的環境庫次涅茨曲線“倒U型”假說。參考Grossman & Krueger的環境庫茨涅茨曲線,設定基準回歸模型為：

Protectionit=α0+α1HDit+α2HD2it+α3HD3it+Xitβ+δt+φj+εit

(1)

Pollutionit=α0+α1HDit+α2HD2it+α3HD3it+Xitβ+δt+φj+εit

(2)

式中,i表示地區或行業,t表示年份；Protectionit表示污染物處理率變量；Pollutionit表示污染物排放量變量；HDit表示高質量發展情況；α是待估系數；Xit是一組控制變量；φj表示地區或行業的固定效應；δt表示時間固定效應,用來控制隨時間變化的因素所產生的影響；εit是隨機誤差項。

其次,考慮到影響生態環境的因素變化在很大程度上具有慣性,前期結果往往對后期有影響[22],同時為緩解反向因果的可能性,在上述2個基本模型中引入滯后項控制滯后因素,動態面板數據模型設定為：

Protectionit=α0+τProtectioni(t-1)+α1HDit+α2HD2it+α3HD3it+Xitβ+δt+φj+εit

(3)

Pollutionit=α0+τPollutioni(t-1)+α1HDit+α2HD2it+α3HD3it+Xitβ+δt+φj+εit

(4)

式中,Protectioni(t-1)和Pollutioni(t-1)分別表示被解釋變量——污染物處理率和污染物排放量的一階滯后項。

2.2 變量說明、數據處理與來源

2.2.1被解釋變量

(1)污染物處理率。生態保護重在治理,主要治理措施集中在提高垃圾處理率和廢物利用率。目前,主要污染物包括工業固體廢物、工業和生活污水以及生活垃圾。因此,選擇一般工業固體廢物綜合利用率、污水處理廠集中處理率和生活垃圾無害化處理率衡量地區污染物處理情況。

(2)污染物排放量。當前研究主要將工業SO2、工業煙塵、工業廢氣、工業固體廢棄物、工業化學需氧量、工業廢水排放量等工業“三廢”等指標作為環境污染的變量[23]。其中,具有代表性的是工業廢水排放量、工業二氧化硫排放量、工業煙(粉)塵排放量等,由于工業煙(粉)塵排放量指標在黃河流域上游部分地區并不完整且僅有工業煙塵排放量,與中下游地區指標的統計量不具備一致性,因此,選擇工業廢水排放量和工業二氧化硫排放量作為衡量流域污染物排放量的指標。

2.2.2解釋變量

高質量發展的論述主要集中在“五大發展理念”和經濟高質量發展。(1)“五大發展理念”式的高質量發展,將高質量發展體系與五大發展理念有機結合,即堅持創新發展、協調發展、綠色發展、開放發展和共享發展[24]。因此,高質量發展是很好滿足人民日益增長的美好生活需要、體現新發展理念的發展,是創新成為第一動力、協調成為內生特點、綠色成為普遍形態、開放成為必由之路、共享成為根本目的的發展[25]。(2)經濟高質量發展,即商品和服務質量普遍持續提高,投入產出效率和經濟效益不斷提高,創新成為第一動力,綠色成為普遍形態,堅持深化改革開放,共享成為根本目的[26]。經濟高質量發展意味著資源配置效率高、工農業產品和服務的質量不斷提高、技術水平不斷升級、制約人民群眾生活質量的突出短板得以補齊、現代化諸方面的均衡發展、國土空間上的均衡發展、更加公平的成果分享以及綠色可持續的發展[27]。也有研究認為,GDP是經濟實力的反應,因此將人均GDP用以衡量城市經濟發展的質量[28]。

衡量經濟發展程度的人均GDP指標是其他(如創新、協調、綠色、開放和共享)發展的基礎或反饋,選取人均GDP作為衡量經濟高質量發展的自變量。

2.2.3控制變量

經濟發展通過經濟結構變遷、技術水平提升、環境政策制定、公眾環境需求等方面對生態環境的變化產生影響[29]。結合已有研究,在基準回歸模型中控制了一組區域特征變量,以盡可能地緩解遺漏變量偏誤。這組變量包括：服務發展,選取第三產業占GDP的比重做為衡量指標；社會研發投入,選取人均科技支出做為衡量指標；基礎設施,采用人均道路面積做為衡量指標；人口情況[30],采用地區人口總量做為衡量指標。

2.2.4數據來源與描述性統計

黃河流域樣本包括29個市級行政區2007—2017年共11年的平衡面板數據,鑒于數據可得性并考慮到區域覆蓋的全面性,選取西部地區的蘭州市、白銀市、吳忠市、銀川市、烏海市、巴彥淖爾市、鄂爾多斯市、包頭市、呼和浩特市、榆林市、延安市和渭南市等12個市,中部地區的沂州市、呂梁市、三門峽市、焦作市、洛陽市、鄭州市、新鄉市、開封市和濮陽市等9個市,東部地區為山東省的菏澤市、濟寧市、聊城市、泰安市、德州市、濟南市、淄博市、濱州市等8個市。各變量原始數據來源于：2007—2017年《中國統計年鑒》、《中國環境統計年鑒》以及相應各省(市)統計年鑒,部分缺失數據由插值法補齊。黃河流域整體被解釋變量、解釋變量以及控制變量的數據說明與變量統計描述見表1。

表1 區域變量描述統計表

黃河流域各市被解釋變量、解釋變量以及控制變量的數據說明與變量統計描述見表2。表2顯示,黃河流域區域間人均GDP差異較大,山東省菏澤市的平均值為1.59萬元/人,內蒙古自治區鄂爾多斯市達到了18.71萬元/人；2017年,山西省呂梁市為0.21萬元/人,內蒙古自治區包頭市為10.80萬元/人,兩者相差約52倍；整體來看,黃河西部資源型城市經濟發展較好,黃河中部地區較弱,黃河東部地區居中,呈現為“U”型趨勢的區域間經濟發展狀況。同時,黃河流域的生態保護力度差異也較為明顯；單位GDP工業廢水排放量從呼和浩特市的130.38kg/元跨越到吳忠市的1750.42kg/元；單位GDP工業SO2排放量從延安市的1.54kg/萬元增加到渭南市的30.40kg/萬元；污水處理廠集中處理率則均在60%以上；生活垃圾無害化處理率最低為50.54%,其中東部地區處理率最高；一般工業固體廢物綜合利用率的差異性較大。總體來看,黃河流域的生態保護情況和高質量發展水平表現為空間異質性。

3 實證檢驗與結果分析

3.1 靜態面板EKC檢驗

面板數據的回歸模型通過Hausman檢驗來判斷選擇固定效應、隨機效應還是混合效應模型。穩健Hausman檢驗表明,工業廢水排放量(0.334)和一般工業固體廢物綜合利用率(0.304)宜采用隨機效應模型；工業SO2排放量(0.000)、污水處理廠集中處理率(0.000)和生活垃圾無害化處理率(0.007)宜采用固定效應模型。回歸模型的結果顯示,一般工業固體廢物綜合利用率的三次曲線形式模型在10%顯著性水平上未能通過檢驗,故需要繼續檢驗二次曲線形式的回歸模型,并且均通過了1%顯著性水平的檢驗；其他因變量的三次曲線形式均通過了1%顯著性水平的檢驗,均采用三次曲線形式。

通過PGDP的一次、二次和三次項符號的正負方向(如表3),可判斷出：(1)工業廢水排放量和工業SO2排放量的EKC形狀為“倒N型”,(2)污水處理廠集中處理率和生活垃圾無害化處理率的EKC形狀為“N型”,(3)一般工業固體廢物綜合利用率的EKC形狀為“倒U型”。表明黃河流域生態保護與經濟高質量發展之間的確存在顯著的EKC關系,且不同類型生態保護或污染的EKC形狀存在差異,假設得到了驗證。由于各因變量EKC形狀、拐點的顯著差異,需分別對各因變量EKC的拐點、特征逐一分析。

表3 靜態面板回歸結果表

(1)工業廢水排放量。結果顯示,工業廢水排放量EKC 模型的形狀為“倒N”型,表明隨著經濟高質量發展,工業廢水排放量經歷了“下降→上升→下降”的變化過程,該曲線存在兩個拐點,通過對一元三次函數求導,得到拐點對應的PGDP分別為13.6666、32.4570。從黃河流域數據來看,內蒙古的鄂爾多斯市在2009年就已經跨過了第一個PGDP拐點,2012年內蒙古包頭市也跨過了第一個PGDP拐點,截止到2016年,只有這兩個地區的工業廢水排放量處于上升階段。然而根據2017年的數據,全部地區PGDP均位于第一個PGDP拐點左側,即均處于下降階段。

(2)工業SO2排放量。表2表明,工業SO2排放量EKC 模型的形狀為“倒N”型,表明隨著經濟高質量發展,工業SO2排放量經歷了“下降→上升→下降”的變化過程,該曲線存在兩個拐點,通過對一元三次函數求導,得到拐點對應的PGDP分別為14.4983、30.8139。從整體來看,內蒙古鄂爾多斯市在2010年跨過了第一個PGDP拐點,2012年內蒙古包頭市也跨過了第一個PGDP拐點,截止到2016年,這兩個市的工業SO2排放量處于上升階段。2017年,各市均未超過工業SO2排放量的第一個PGDP拐點,仍舊處于下降階段。

表2 各市變量描述統計表

(3)污水處理廠集中處理率。該因變量EKC 模型的形狀為“N”型,表明隨著經濟高質量發展,污水處理廠集中處理率經歷了“上升→下降→上升”變化過程,該曲線存在兩個拐點,通過對一元三次函數求導,得到拐點對應的PGDP分別為9.4560、36.9366。截止到2017年,只有山東省濟南市和內蒙古包頭市跨過了第一個PGDP拐點,污水處理廠集中處理率處于下降階段；其余各市均處于上升階段。說明,隨著高質量發展程度的上升,當前階段的污水處理率隨之升高,水污染控制效果較好。

(4)生活垃圾無害化處理率。該因變量EKC 模型的形狀為“N”型,表明隨著經濟高質量發展,生活垃圾無害化處理率經歷了“上升→下降→上升”變化過程,該曲線存在兩個拐點,通過對一元三次函數求導,得到拐點對應的PGDP分別為14.1086、31.2276。2009年,內蒙古鄂爾多斯市跨過了第一個PGDP拐點；2012年,內蒙古包頭市也跨過了第一個PGDP拐點,生活垃圾無害化處理率處于下降階段,并持續到2016年。2017年,黃河流域生活垃圾無害化處理率均處于第一個PGDP拐點左側,說明隨著經濟的高質量發展,當前階段各市生活垃圾無害化處理率也隨之上升。

(5)一般工業固體廢物綜合利用率。表2的匯報結果顯示,其EKC 模型的形狀為“倒U”型,表明隨著經濟高質量發展,一般工業固體廢物綜合利用率經歷了“上升→下降”變化過程,該曲線存在一個拐點,通過對一元二次函數求導,得到拐點對應的PGDP為11.2067。2007—2016年,黃河流域部分地區跨過了第一個PGDP拐點；但到了2017年,一般工業固體廢物綜合利用率均處于第一個PGDP拐點左側,說明隨著高質量發展程度的上升,當前階段各市一般工業固體廢物綜合利用率隨之升高。

總體來看,當前階段生態保護中染物處理率變量呈現隨人均GDP上升而升高的趨勢,污染物排放量變量呈現隨人均GDP上升而下降的趨勢,黃河流域生態保護與高質量發展耦合度較好,呈現協調發展的態勢。目前,污染物排放量的上升拐點還未到來,盡管內蒙古個別市曾突破或接近拐點,但隨著人均GDP的回落,污染物排放量最終回到了下降階段。說明隨著流域生態保護力度的加大,對地區經濟發展產生了一定的負向影響,在向高質量發展模式過渡時產生了“陣痛”。

3.2 動態面板EKC檢驗

為檢測影響生態環境的因素變化是否具有慣性,并排除反向因果的可能性,在引入一階滯后項后,對動態面板進行了EKC檢驗。結果表明,除工業SO2排放量外,其他環境變量均與一階滯后項呈正相關關系(如表4),說明污染物排放與污染物處理基本都存在長期持續性效應；控制變量與靜態面板的EKC檢驗結果較為一致。

表4 動態面板回歸結果表

盡管引入一階滯后項后,各環境變量EKC整體形狀未發生改變,但PGDP拐點產生了變化。工業廢水排放量PGDP拐點調整為13.1244、33.3938；工業SO2排放量PGDP拐點調整為14.3847、28.7073；污水處理廠集中處理率PGDP拐點調整為11.8623、31.6617；生活垃圾無害化處理率PGDP拐點調整為13.8790、33.0298；一般工業固體廢物綜合利用率PGDP拐點調整為11.7656。

此外,控制變量中,社會科技支出一方面加大了工業污染排放量,一方面又提高了污水處理廠集中處理率和生活垃圾無害化處理率,說明工業企業科技支出占比較大,黃河流域省份依然是工業導向的發展模式；服務業的發展對工業污染排放量產生了明顯的抑制效果,同時提高了污染物和垃圾的處理率,說明形成以服務業為主的產業結構是解決生態問題的關鍵手段。人口集聚也對工業污染排放量產生了明顯的抑制效果,同時污水處理廠集中處理率和生活垃圾無害化處理率也有明顯上升,有研究表明隨著城市化程度的提高,城市群的污染物排放呈下降趨勢[31],說明城鎮化是減少生態破壞的另一種有效方式；人均道路面積的提高只對工業SO2排放量產生了微弱的抑制效應,對其他環境變量影響不顯著,說明通過改善基礎設施可能并不會有效提高生態保護情況。

4 研究結論與啟示

黃河流域生態保護和高質量發展是重大國家戰略,厘清該地區生態保護和高質量發展的關系格外重要。本文通過靜態和動態面板模型對29個黃河流域市的污染物處理率與污染物排放量之間的EKC關系進行了檢驗,研究證實生態保護與高質量發展之間存在顯著的非線性EKC關系,且不同環境變量間的EKC形狀存在差異。主要研究結論包括：

(1)黃河流域生態保護第一個人均GDP拐點在11.8—14.4萬元/人出現。該結果與韓玉軍等[10]的估計結果較為相近,截止到2017年,第一人均GDP拐點尚未被跨過,污染物處理率將繼續提高、工業污染物排放量也將持續下降,釋放了黃河流域生態保護向好的信號。黃河上游的內蒙古包頭市和鄂爾多斯市較為特殊,曾多次跨過第一個拐點,但在未達到第一個拐點時,人均GDP大幅下降并回落到第一個拐點左側。也說明,部分地區的經濟發展模式可持續性較差,需要調整經濟發展模式。

(2)黃河流域整體污染排放量處于下降階段、污染物處理率處于上升階段。黃河流域高質量發展情況存在嚴重的區域不均衡——人均GDP差異較大,且黃河上游的資源型城市人均GDP較高,與我國“東高西低”的總體經濟發展趨勢相悖。盡管尚未達到第一個人均GDP拐點,仍舊導致黃河流域脆弱的生態環境承受了了較大壓力。

(3)生態保護存在一階滯后效應。前期的污染物排放量和污染物處理率對未來生態環境情況產生了顯著正向影響,說明,不論是減排還是治污都受到“存量”因素的影響,做好生態保護不僅要關注減增量,還要時刻保持去“存量”的思維。

(4)人口集聚對工業污染排放量產生了顯著的抑制效果,并對污染治理率產生了顯著的促進作用。說明,通過人口的轉移、集聚,可以產生生態保護的正外部性,應鼓勵黃河流域加快發展城鎮化。2017年,黃河流域千萬級人口城市只有山東的菏澤市,迫切需要提高人口要素流動性、形成勞動力集聚效應,應促進上游地區勞動力流出以降低對生態保護的壓力。

黃河流域首要任務是做好生態保護,其次是要實現高質量發展。本文研究結論對流域發展具有重要政策啟示。目前,黃河流域遠未達到高質量發展的目標,但脆弱的生態環境已經遭到較為嚴重的破壞,地方政府(尤其是黃河流域上游區域)面臨生態保護與經濟發展的雙重壓力。特別是,第一人均GDP拐點尚未跨過,很有可能隨著經濟發展,加劇生態破壞程度。這就要求地方政府一方面加強生態管控,減少引入高污染企業,通過經濟結構轉型,逐步縮小污染增量；另一方面,通過生態產業化和產業生態化,恢復綠水青山并將之打造為金山銀山，以減少污染存量、創造經濟增量。此外,要推進黃河流域的勞動力要素集聚,通過“人地”同轉等方式,率先試驗上游欠發達地區人口向經濟發達地區的集聚,減少人口對生態的壓力；同時,提升未轉移人口的人均資源量、實現經濟高質量發展。總體而言,要減少黃河流域在未來某個時點出現污染排放與經濟共同增長的可能性,必須通過資源保護、要素流動與經濟發展的聯動效應,扎實推進。

此外,本文研究仍存在不足和需改進之處,包括在生態保護控制變量的選擇上仍存在一定主觀性、未考慮東中西部不同區域間污染排放和污染治理可能存在的空間異質性或空間溢出效應等問題,有待進一步探索。