基于ARDL方法的江苏省资源利用与经济增长关系分析

王 远，郭培坤，周 婧，朱晓东，陆根法

南京大学环境学院，污染控制与资源化研究国家重点实验室，江苏 南京 210093

基于ARDL方法的江苏省资源利用与经济增长关系分析

王 远，郭培坤，周 婧，朱晓东，陆根法

南京大学环境学院，污染控制与资源化研究国家重点实验室，江苏 南京 210093

资源利用与经济增长间的关系是资源与环境经济学研究的重要领域.目前国内外研究主要集中于探讨能源消费与经济增长间的因果关系，而未对区域资源总体投入与经济产出的关系开展实证研究.以江苏省为例，首次尝试运用物质流分析法以及最新发展的自回归分布滞后模型(ARDL)，对江苏省1990—2007年资源利用和实际GDP的因果关系进行检验和分析.采用了物质流分析指标中直接物质投入来表征区域资源利用量.ARDL边界检验结果表明，资源利用和经济增长间存在稳定的长期均衡关系.进一步因果检验表明，二者间存在着从资源利用到经济增长的单向格兰杰因果关系，反映出资源投入在一定程度上拉动了江苏经济增长.同时，对江苏省经济增长和资源保护战略提出了政策建议.

经济增长;资源利用;物质流分析;自回归分布滞后模型;江苏

Abstract:The relationship between resource use and economic grow th is a key area of study in Resource and Environmental Econom ics.A lthough a great deal of studies in China and internationally have been conducted on the causal link between energy consumption and economic growth，few results from empirical studies are available for causality between total resource use and aggregate output.This paper attempts，for the first time，to integrate the Material Flow Analysis(MFA)approach and the newly developed autoregressive distributed lag(ARDL)-bounds testing approach to examine the causal relationship between resource use and real GDP for Jiangsu Province over the period 1990-2007.We also use the proxy of resource use，namely direct material input(DM I)，a subaccount of MFA.The results of the ARDL bounds test indicate that there is a stable long-term balanced relationship between resource use and economic grow th.The results of the causality test show that there is a unidirectional Granger causal flow running from resource use to economic growth，which suggests that resource use spurs economic growth in Jiangsu Province.The estimation results also have policy implications for econom ic development and resource conservation strategies for Jiangsu Province.

Keywords:economic growth;resource use;material flow analysis;autoregressive distributed lag model;Jiangsu

进入21世纪，环境污染、资源短缺等问题凸显，资源利用与经济增长的关系成为研究的焦点.资源是国民经济的基础.一般而言，经济的发展速度越快，对资源的消耗就越多，但二者间的因果关系却不清楚.一方面，经济增长会拉动资源消费;另一方面，资源投入也可能是经济增长的引擎，理清二者间的因果关系，有助于区域经济发展与资源利用政策的制定.然而，针对这一研究需求和问题，由于缺乏综合衡量资源利用的分析方法和指标，该领域实证研究报道仍仅停留在探讨能源消费与经济增长之间的因果关系上.近年来，随着物质流分析(Material Flow Analysis，MFA)方法以及时间序列分析方法的发展，使得有可能通过格兰杰(Granger)因果检验技术来揭示资源利用与经济增长的因果关系.为此，笔者试图在该研究问题上做一些探索和尝试.

1 文献回顾

关于资源投入和经济增长的相互关系，与之相关的研究最早可追溯到 1978年 KRAFT［1］对美国GNP和能源消费因果关系的探讨.随后，其他工业国家(包括英国、德国、意大利、加拿大、法国、日本和希腊)也开展了相应的实证研究［2-7］.之后，双变量［6，8-10］和多变量［11-14］的协整和误差修正模型(Vector Error Correction Model，VECM)逐步应用到二者因果关系的讨论中.基于同样的方法和技术，国内学者研究了中国能源消费与经济增长的关系，丰富了对二者关系的认识［15-18］.由于不同国家或地区经济发展模式、发展阶段及能源消费模式的差异，因此不同国家、不同时期的样本数据、研究结果并未表现出一致性;同时，VECM模型要求数据具有大样本特征，而研究中国等发展中国家的宏观经济问题面临着有效样本数据较少等问题，因此应用VECM模型开展研究存在一定的限制.近年来，有些研究开始尝试应用一种新的协整检验方法——自回归分布滞后模型(Autoregressive Distributed Lag，ARDL)，对能源消费与经济增长的关系开展实证分析［19-26］，从研究方法和技术上加强了对二者关系的认识.

由于缺乏衡量社会经济系统中资源投入的统计和核算方法，现有实证研究仍仅限于能源消费与经济增长关系探讨，并未扩展到整个资源投入与区域经济增长因果关系的分析中.物质流分析是用来追踪和衡量资源在系统内外流动和利用状况的方法，包括流经经济系统开采、加工、生产、使用和作为废弃物处置回到环境中各环节内自然资源的流向和通量［27-28］.1995年，世界 资 源研究所 (WRI)的WERNICK等［29］首先提出了国家尺度的物质流分析框架;2001年，欧洲统计局总结了物质流分析的研究进展，提出了更全面的物质流分析框架和技术指南，并用于计算欧盟(EU－15)及其成员国的物质投入研究［30-33］.20世纪90年代末一些学者开始对我国经济系统物质输入输出开展了相关分析，获得了许多有价值的研究成果［34-40］.随着研究的深入，当前我国物质流分析已推广到省域层面，包括陕西、安徽、江苏、广东和浙江等省［41-45］.

基于物质流分析方法特点以及应用的成熟性，结合MFA方法和ARDL因果关系检验方法，以江苏省为例，分析其1990—2007年资源利用与经济增长之间的关系，试图揭示其资源利用与区域经济增长间内在的因果关系，以期为区域资源保护与利用政策的制订提供依据.

2 研究区域

江苏省位于中国东部，长江沿岸，全省面积102 600 km2，人口约76×106人.江苏省是我国的经济强省，至2007年底，该省 GDP已达25 560×108元，占全国总量的10.3%.同时，江苏省也是资源消费大省，全省能源消费总量占全国的7.6%，人均消费能源相当于 2.48 t标准煤，是全国平均水平的1.33倍.全省能源消费中原煤使用量的85%左右和原油使用量的90%左右依赖省外进口.资源短缺和环境污染加剧已成为制约其可持续发展的最主要因素.因此，研究江苏省经济增长与资源利用之间的关系，将可为该省制订科学合理的资源利用和经济发展战略提供理论和方法指导.

3 研究方法和数据

3.1 物质流分析方法

根据欧盟导则，物质流分析提供了一系列指标来描述和量化经济与环境系统之间的物质流动，其中最重要的物质输入指标包括直接物质投入.直接物质投入(Direct Material Input，DMI)是指所有直接进入人类经济系统的能用货币衡量的物质，包括研究区域内的本地采掘(Domestic Extraction，DE)和从其他经济系统进口(Imports)的物质.本地采掘包括化石燃料(煤、石油、天然气等)、矿物(金属矿物、工业非金属矿物、建材矿物等)和生物量(农业、林业、渔业等).进口物质包括研究区域外进入研究区域的化石能源、金属、工业矿产品以及对外经济贸易的成品和半成品.需要指出的是，文中进行物质流分析的结果，不是对江苏省进行全面的MFA核算，其目的是为了构造区域经济增长与资源利用二者关系分析中表示自然资源投入的物质流投入量指标.因而在数据选择上，只从江苏省经济发展过程中经济系统物质输入的一方进行计算，选取了直接物质投入指标进行分析.数据主要来源于江苏省统计年鉴及环境统计资料并根据欧盟导则［32］进行核算，综合计算后，以江苏省直接物质投入来表征江苏省资源利用量.

3.2 ARDL方法

ARDL(Autoregressive Distributed Lag)方法是一种较新的协整检验方法，由 PESARAN等［46］提出，由PESARAN等［47］推广和普及.与传统的协整检验方法相比，ARDL方法具有如下优点:①对数据的平稳性要求不严格，不要求数据序列是同阶单整，数据序列可以是I(0)或I(1);②更稳健、更适合对小样本的估计;③通过简单的线性变换导出动态的误差修正模型(Error-Correction Model，ECM)，该误差修正模型同时整合了短期动态和长期动态.

基于ARDL方法的优势，选用该方法对资源 －经济的关系进行分析.分析步骤:对表征区域经济增长的GDP和资源利用的 DMI序列进行单位根检验，进行单位根检验的主要有 ADF［48］(Augment Dickey-Fuller)，PP［49］(Dickey-Fuller)和 KPSS［50］检验法.若GDP和DMI序列都是I(0)或I(1)过程，可以通过方程(1)和(2)对二者的协整检验关系进行ARDL边界检验分析.

式中，ln GDPt和ln DMIt分别为实际GDP和DMI的自然对数值，相应地，Δln GDPt和 Δln DMIt分别为二者的差分值;α1，α2，β1和 β2代表了短期动态关系;α3，α4，β3和 β4代表了协整关系或长期动态关系.

ARDL边界检验过程:以方程(1)为例，协整关系的原假设为 α3=α4=0，备份假设为 α3≠α4≠0.边界检验使用F统计量进行联合显著性检验，如果接受原假设，意味着不存在协整关系，反之接受备择假设，意味着存在协整关系.PESARAN等［47］证明，在原假设成立的情况下，F统计量将服从一个非标准的渐进分布，并给出了F统计量的上下2个临界值，如果计算得到的 F统计量大于上临界值，则拒绝原假设，表明存在协整关系;假如计算得到的 F统计量小于下临界值，接受原假设，表明不存在协整关系.如果F统计量落在2个边界之间，ARDL方法将无法判定.

一旦证实存在协整关系，就可以通过 Granger因果检验技术分析两序列间的短期和长期因果关系.Granger因果检验的思想是:如果变量X的过去值能够显著地预测变量 Y，那么就说“X是由 Y Granger引起的”.如果变量是平稳的，可以使用变量为水平值的标准的 Granger因果检验;如果变量是非平稳的，并且它们之间存在协整关系，应使用误差修正模型进行 Granger因果检验.基于方程(3)和(4)对 GDP和 DMI数据序列进行 Granger因果检验.

在此，滞后阶数由信息准则(AIC或SBC)判定.式中，ECMt－1为滞后的误差修正因子.ECMt－1系数的t值检验代表了长期因果效应，而解释变量联合F值检验则代表了短期因果效应［51-52］.需要指出的是，只有方程(1)或(2)检验存在协整关系，对应的方程(3)或(4)的ECM系数估计才有意义［51，53］.

3.3 数据说明

主要使用时间序列数据对1990—2007年江苏省实际国内生产总值GDP和资源利用(由物质流分析中DMI指标量化得到)进行了实证分析.名义GDP和相关 DMI账户数据均来自江苏统计年鉴(1991—2008).文中，实际 GDP由名义 GDP通过GDP平减指数(以1990年为基准年)计算得到，同时依据欧盟物质流分析导则［20］计算了DMI账户.

4 江苏省资源投入分析

主要应用物质流分析方法对江苏省 1990—2007年资源投入及利用情况进行分析.自1990年起，江苏省DMI呈逐步上升的趋势，至2007年已达478×106t，是1990年的4.5倍左右(见图1).其间，本地采掘(DE)、进口(Imports)2个组成部分均呈增长趋势.其中，进口增幅最大，达10倍之多，占直接物质投入的比重也从1990年的23%迅速升至2007年的58%;本地采掘增长了3倍左右，占直接物质投入量的比重则从77%降至42%.以上数据表明，18年来江苏省资源投入的数量和结构均发生了明显的变化，区外物质在江苏省社会经济发展中的作用日益显著，其中能源和成品进口量的增加是关键因素，说明随着江苏省经济规模的扩大与居民消费能力的提高，自然资源相对贫乏的江苏省在经济发展过程中对省外生产和生活物质资源的依赖程度显著增加.

5 实证分析结果与讨论

5.1 平稳检验

虽然ARDL对变量协整关系的边界检验并不需要变量同阶单整，但由于 PESARAN等［47，51］对边界检验的F统计值是基于假定变量是I(0)或I(1)计算获得的，因此应用ARDL方法仍有一定的前提，变量单整阶数不能超过1.为此，在应用 ARDL方法前，采用ADF，PP和KPSS检验确定GDP和DMI时间序列的单整阶数.表1列出了ADF，PP和KPSS检验结果，其中，LGDP和 LDMI分别为对数化后的GDP和DMI;DLGDP和DLDMI分别为LGDP和LDMI的一阶差分.

表1 GDP和DM I对数序列单位根检验Table 1 Unit root test results of GDP and DMI logarithmic series

ADF和PP检验结果表明，LGDP序列在2种模型(包含趋势项、不含趋势项)设定中都是非平稳的，其一阶差分序列是平稳的.KPSS检验发现，LGDP序列非平稳，一阶差分序列在含有趋势项的模型设定中能以10%的显著性水平通过检验.对于LDMI序列，ADF和PP检验发现，其水平序列在2种模型设定中都是非平稳的，一阶差分序列在不含趋势项的模型检验中是平稳的.KPSS检验结果表明，LR序列一阶差分在2种模型设定中均是平稳的.综合3种单位根检验方法，LGDP和LDM I序列是单整的I(1)过程，适用ARDL方法.

5.2 ARDL边界检验

基于方程(1)和(2)，运用ARDL边界检验方法检验两序列的协整关系的存在性.首先，对方程(1)和(2)进行估计时，一般依据赤池信息准则(AIC)或施瓦茨贝叶斯准则(SBC)确定2变量一阶差分序列的合适滞后阶数.采用 SBC准则，确定序列最优滞后阶数为1.确定滞后阶数后，第2步根据方程(1)和(2)的F检验判定序列的协整关系的存在性，检验结果见表2.

表2 GDP和DM I对数序列边界协整检验Table 2 Bounds testing for co-integration estimation results between logarithmic series of GDP and DMI

从表2可以看出，方程(1)中实际GDP作为响应变量，其F统计量明显高于1%显著性水平下的临界值;而方程(2)中DMI作为响应变量，其F统计量要低于10%显著性水平下的临界值.检验结果表明，两序列间仅有一个协整矩阵.资源利用和经济增长二者存在协整关系，表明它们之间存在 Granger因果关系的可能，可以进一步通过误差修正模型具体检验二者的因果关系类型.

5.3 Granger因果检验

由于变量之间的检验存在协整关系，进一步在Granger因果检验中加入误差修正项，观测二者间因果关系.表3列出了带有误差修正机制的长期和短期因果关系检验结果，其中F统计量用于检验短期的因果效应，误差修正因子的t统计量(ECM t－检验)用于检验长期效应，最优的滞后阶数来源于SBC准则.在经济增长方程中，F统计量显示，在1%显著性水平上存在资源利用到经济增长的短期因果效应;此外，误差修正因子的t统计量具有预期的符号，印证了ARDL边界检验的结果，同时也表明在1%显著性水平上存在资源利用到经济增长的长期因果效应.相反地，在资源利用方程中，由于在边界检验中不存在协整关系的原假设未被拒绝，误差修正因子将不被估计.表明不存在经济增长到资源利用的因果关系.Granger因果检验结果表明，存在资源利用到经济增长的单向因果关系.

表3 GDP和DM I对数序列因果关系检验Table 3 Granger causality tests for logarithmic series of GDP and DMI

6 结果与讨论

主要应用ARDL－ECM模型，尝试性地对江苏省1990—2007年期间经济增长和资源利用的动态关系开展了实证分析.首先应用物质流分析方法考察了江苏省1990—2007年物质投入，重点分析了衡量区域资源利用的关键指标——直接物质投入(DMI)及其组成和结构.在ARDL边界检验的基础上，通过误差修正模型揭示经济增长和资源利用之间的各类因果关系.研究结果表明，经济增长和资源利用之间存在长期稳定的均衡关系，二者之间有着正向的关系.资源是经济增长的关键因素，即资源利用对江苏的经济增长有着正向的因果影响.

现有能源消费与经济增长关系的研究中，已有学者综合分析二者所存在的4种不同类型的因果关系，并进行政策阐述［54-55］，该研究相应地将其扩展到资源利用与区域经济增长的因果关系分析中(见表4).

表4 经济增长与资源利用因果关系的政策含义Table 4 A comparison of policy implications for causal relationship between economic growth and resource use

对照表4发现，当前江苏省是资源依赖型的经济体.这点可以从江苏的经济结构和资源消费结构得以解释.自20世纪80年代以来，江苏省正经历着快速工业化和城市化进程，区域经济发展主要依赖工业的增长.“十五”以来，江苏省工业化发展进程进一步加速，重化工业特征日益凸显，重工业在工业总产值的比重由 2000的 57.0%升至 2006年的67.2%.资源需求强度也随之增大，能源消费总量呈快速增长，工业能耗比重不断加大，“十五”以来工业能耗年均增长14.79%，2006年工业能耗占全省总能耗的比重高达82.2%.这样一个经济结构和资源消费分配结构反映出资源投入拉动工业产值增加，进而推动区域的经济发展.一方面，资源供应出现紧张将减缓和抑制工业产值和区域经济增长;另一方面，资源投入增长不但受到GDP以及工业产值增长的影响，同时还会受到工业结构以及资源利用效率等因素的影响.因此，未发现从经济增长到资源利用的格兰杰因果关系.

7 结论与建议

从资源利用到经济增长的单向因果关系表明，保持现有的经济结构，本地资源供应的短缺将会一定程度地阻碍区域经济产出;而保障资源供给是保持区域当前经济增长的必要条件.为此，江苏省应保持资源进口增长，以维持区域经济的稳定发展.另一方面，区域经济产出不但关系到资源等要素投入量，同时还关系到资源等要素的生产率.从这点来看，江苏省应当在冶金、化工、建材、电力和纺织等五大重点耗能行业进一步推行清洁生产、物质循环利用、余热余压综合利用和能量系统优化等措施，提高资源能源的利用效率;同时，加快发展核电和风电，积极开发利用太阳能和生物质能等新能源、可再生能源和替代能源，调整和优化能源供给结构.然而，江苏省要成功实现区域经济的长期可持续发展，必须尽快推进产业结构优化调整与升级进程，尤其是加快发展先进制造业和现代服务业，逐步替代传统高耗能高污染行业.通过大力发展高技术、高效益、低消耗、低污染的“两高两低”产业发展，转变经济发展模式，实现产业层次的跨越发展，从而形成资源节约、环境友好的经济结构和发展模式，提升区域经济发展质量.

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Ana lysis o f Re lationship between Resource Use and Econom ic G row th in Jiangsu Province Based on ARDL Bounds Testing App roach

WANG Yuan，GUO Pei-kun，ZHOU Jing，ZHU Xiao-dong，LU Gen-fa
State Key Laboratory of Pollution Control and Resource Reuse，School of the Environment，Nanjing University，Nanjing 210093，China

F205

A

1001－6929(2010)11－1428－07

2010－04－24

2010－06－29

国家自然科学基金项目(40701063);国家“十一五”科技支撑计划项目(2006BAC02A18)

王远(1975－)，男，福建福鼎人，副教授，博士，硕导，主要从事环境经济与政策研究，ywang@nju.edu.cn.