产业结构与环境质量交互耦合机理研究——以甘肃省为例

万永坤，董锁成

(1.兰州商学院 经贸学院，兰州 730020;2.中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101)

1 问题的提出

国内外对环境质量变化与经济增长的研究始于20世纪60年代，之后大量科学文献对其相互之间的影响进行了深入分析，这些研究主要集中在经济与环境的相互作用方面，认为经济活动或人均收入的变动将对环境变化产生影响，指出经济发展意味着更大规模的经济活动与资源需求量，因而对环境产生负面影响;但同时经济发展又通过技术进步(更为环保的新技术的使用)和结构效应(产业结构的升级与优化)减少了污染排放、改善了环境质量，因此，环境质量与经济发展间呈倒U型曲线关系，之后众多文献都对经济发展与环境之间的关系进行了检验［1－7］。

产业结构是人类作用于生态环境系统的主要环节，它的组合类型和强度在很大程度上决定了经济效益、资源利用效率和对环境的胁迫，因为产业结构不仅决定着资源消耗的种类和水平，而且产业结构优化升级又使得资源从利用效率低的产业向利用效率高的产业移动，提高了资源利用效率、减少污染排放量，从而减轻了环境污染［8－11］。但是，上述研究都是从经济总量的角度分析经济增长与环境质量之间的关系，忽略了产业结构调整与环境质量之间的双向反馈机制，虽然也有少量文献从产业转移的角度考察了产业结构与环境质量之间的关系［12－14］，但没有准确揭示二者相互作用的机理，都存在着不足。因此，本研究从产业结构调整的角度来分析产业结构调整与环境质量互相影响、互相作用的演变机理，考察产业结构调整与污染排放物之间的动态关系。

2 产业结构与环境质量耦合机理

产业结构是一个国家或地区各种资源(包括人力资源、财力以及自然资源)与物质资料在国民经济各部门和各地区的配置状态及相互制约方式。产业结构的改变会引起资源利用形态的改变和资源利用方式的多样化，主要包括不同资源配置比例、产业比例和地区比例，即产业结构决定了生产中的各种自然资源、物质材料以及劳动力的配置方向和流量，因此，产业结构决定着资源的消耗种类和水平，这正是产业结构与环境质量密切相关的原因。

2.1 产业结构与环境质量交互耦合的概念

产业结构的直接表现是资金、劳动力、水、土地等资源按不同方式配置到不同的部门，形成一定的产业结构，并通过资源利用和能源消耗不断向区域排放废物来影响环境质量;而区域环境污染信息不断地反馈到决策部门和市场，通过政策干预和市场调节控制人们的活动强度和污染净化水平，从而达到产业结构与环境质量之间的平衡，在此过程中技术因子起着非常重要的作用。我们把产业结构与环境质量两个系统通过各自的耦合元素相互作用、彼此影响的现象称之为产业结构与环境质量交互耦合［15］，这其中主要包括两方面的效应:一是产业结构对环境质量的胁迫效应，不同的产业结构决定着不同资源利用方式，资源的生态效应取决于资源利用方式，而资源的滥采、滥用、过度利用等，会使资源基础受到削弱，特别是可能造成可更新资源的再生机制遭到破坏，加剧了环境质量压力。二是环境质量对产业结构的约束效应，环境质量恶化使生态平衡和自然资源遭到严重破坏，降低环境容量和自净能力，提高经济活动的成本，加快资源流动而影响产业结构，这种影响通常使环境质量恶化的地区内具有良好的经济实力和文化素质的居民流出，并使技术和资金也随之流失，从而加大了产业结构调整的难度;当然环境质量恶化到极限时，可移动资源全部流出，区域产业结构也极端化，即产业结构调整不能超越环境最大容量。

因此，经济发展过程中人类的活动究竟对环境产生什么样的影响，主要取决于经济体系中经济增长的方式，即产业结构的类型，也就是说产业结构是联结经济活动与环境质量的重要纽带，在经济活动方面，产业结构是各种生产要素的“资源转换器”;在环境质量方面，它又是各种“污染物种类和数量的控制体”［16］。

2.2 产业结构与环境质量耦合演变机理

产业结构是一个特殊区域的人口、经济、社会发展系统，它通过人类活动不断从周围的生态环境攫取物质和能量，通过技术应用、制度安排等手段，一方面提高资源利用效率，减少污染物的排放量，抑制环境恶化(即结构效应);另一方面又会促进经济总量的增长，导致更多的资源消耗，带来更多的污染物排放量，从而恶化环境质量(即总量效应)，所以产业结构是一个典型的耗散结构。同时，一定区段的环境质量通过不断与人类活动进行着物质、能量和信息的交换，又构成了一个典型的开放系统，根据热力学第二定律和熵变定律也可以将产业结构与环境质量的耦合演变机理作出描述，环境质量遵循熵变方程［17－18］:

式中:dS为环境质量的熵变;dSi为产业结构与环境质量之间的熵交换引起的熵流，其值可正可负也可以为零;dSe为经济总量增长导致环境质量变化所产生的熵流，且dSe＜0。从系统的发展来看，环境质量熵变S是时间积累，即S的时间积分:

环境质量熵变的外在表现就是在时间Δt内环境质量因产业结构演变所引发的可能轨迹［13］，其轨迹可以用熵变定律得到解释。

2.2.1 当dS=dSi+dSe＜0时，即|dSe|＞dSi或dSi＜0，这表明通过胁迫效应和约束效应，总量效应使得环境质量曲线从S0移动到S1，而结构效应使得环境质量曲线从S1移动到S2。即环境质量从产业结构调整获取的正熵流不足以抵消因产业结构调整带动经济增长所引起的环境质量变化所产生的负熵流，或产业结构调整使得环境质量的熵变也为负，说明产业结构发展的有序度降低，产业结构调整的现实表现为对资源无序和过度开发利用，产业结构开始失调，出现畸化趋势，生态压力不断上升，环境污染持续增加，环境质量开始恶化(图1)。

图1 产业结构调整导致环境质量恶化Fig.1 Environmental deterioration by adjustment of industrial structure

2.2.2 当 dS=dSi+dSe=0，即 dSi=|dSe|，这表明通过胁迫效应和约束效应，使得环境质量曲线从S0移动到S1，而结构效应使得环境质量曲线从S1移动到S2。环境质量从产业结构调整获取的正熵流与经济增长导致环境质量变化所产生的负熵流绝对值相等，说明因产业结构调整带动经济增长使得新增资源投向不同行业、部门所生产的污染，与产业结构变动所引起的环保投入增加、新技术的应用等所引起污染排放量的减少量相等，产业结构与环境质量的胁迫和约束机制刚好抵消，环境质量基本稳定(图2)。

图2 产业结构调整导致环境质量平稳变化Fig.2 Stationary condition of environment by adjustment of industrial structure

2.2.3 当 dS=dSi+dSe＞0，即|dSe|＜dSi，这表明通过胁迫效应和约束效应，总量效应使得环境质量曲线从S0移动到S1，而结构效应使得环境质量曲线从S1移动到S2。即环境质量从产业结构调整获取的正熵流在抵消因产业结构调整带动经济增长所引起的负熵流后还有盈余，说明产业结构调整的有序度不断增加，产业结构与环境质量的胁迫和约束机制迫使产业调整更趋于协调、有序发展，产业结构更加合理、科学，环境质量压力持续下降(图3)。

图3 产业结构调整导致环境质量好转Fig.3 Environmental improvement by adjustment of industrial structure

3 模型建立与数据说明

由于产业结构不仅具有时序维度特征，同时也具有截面特征，即不仅单个地区的产业结构将随着经济发展水平的变化而改变，而且不同发展水平地区的产业结构差异度也很大。因此，本研究采用甘肃时间序数据进行实证分析，模型建立、指标选取、数据来源和原始数据处理如下:

3.1 模型的建立

由于技术进步本身就体现在资源配置方式和资源利用效率上，即反映在产业结构中，根据以上对产业结构与环境质量交互耦合机理分析，我们可以建立如下方程对其进行验证:

式中:S为环境质量变化;Si为产业结构对环境质量的影响，即结构效应;Se为经济增长对环境质量的影响，即总量效应。

对(3)式求全微分方程可得:

对(4)式两边同除以S得:

式中:B0为常数项。

3.2 指标选取

3.2.1 环境质量。考虑到数据的可获得性，本研究采用污染物排放量指标来度量环境污染程度与环境质量，由于污染排放物分为3类:气体污染排放物、液体污染排放物及固体废弃物，根据数据可获得性，本研究所选取的污染排放物变量包括废水排放量、工业废气排放量和工业废弃物排放量3类指标反映环境质量状况。

3.2.2 产业结构。因不同产业污染物排放种类与数量各不相同，产业结构分别采用农业、轻工业、重工业、建筑业和服务业所占总产值的比重的时间序列，来测度各产业结构调整对环境质量的影响。

3.2.3 经济增长。为了测度产业结构调整带动经济增长所造成的环境效应，我们采用地区生产总值增长速度来代表经济增长。

文中所采用的各项数据均来源于《1996—2011年甘肃统计年鉴》和《1996—2011年甘肃环境状况公报》，其中地区生产总值按可比价格计算，其余数据经计算整理。

3.3 实证分析

表1 回归方程参数估计及检验Tab.1 Estimation of regress functions

在Eviews 6.0统计软件的支持下，对公式(6)分别用3类环境指标与产业结构、经济增长的关系进行回归分析及参数检验，得到结果如表1所示。

3.3.1 废水排放量。甘肃农业、渔业和轻工业发展可以减少废水的排放量，尤其是农业和轻工业由于废水的循环利用，大大减少了废水排放量;而林业、牧业、重工业、建筑业、服务业等产业的增长都会带来废水排放量增加，尤其是牧业、重工业、建筑业对废水排放量影响最大，影响因子分别达到 537.729 2，40.563 2，144.281 2，这主要是因为牧业和建筑业在生产过程中没有完善的环保设施、尤其是在落后地区，所产生废水往往都是直接排放，并且多数都造成二次污染;重工业在生产过程中由于国家和地方政府都有严格环保措施，并进行监督管理，废水排放量虽然逐年下降，但由于甘肃经济以重工业为主，而重工业又多为炼钢、铅锌矿采选、冶炼和原油加工及石油制品制造为主，仅这三大行业所排放的废水就占工业废水总排放量的30%以上。不容忽视的是服务业的快速发展也将带来大量的废水排放量。

3.3.2 工业废气排放量。农业和林业由于植物的光合作用有利于减少工业废气的排放量，而轻工业和服务业由于产业自身特点，对工业废气排放量的影响因子分别达到－10.764 6和－4.120 1;而牧业、渔业和建筑业由于缺乏相应的环保设施，对工业废气的排放影响较大，尤其是建筑业对工业废气影响达到47.472 1。

3.3.3 工业固体废物排放量。农业、林业、轻工业和服务业的发展有利于减少工业废物，对工业固体废物影响最大的是牧业和建筑业，分别达到2.759 5和2.515 0。

此外，产业结构调整带动经济总量增长产生了大量废水、工业废气和工业固体废物，尤其是对废水、工业废气影响最大，影响因子分别为615.409 3和677.724 1，这是因为甘肃省经济主要是以高耗能、高污染的重工业为主。近十年来，重工业所占地区生产总值的比重从23.64%上升到了31.76%，对工业废水排放增长5.6%、工业废气排放增长305.7%、工业固体废弃物增长2.16%起到了巨大的推动作用，由此带来了大量污染物，严重影响了环境质量。

4 结论

综上所述，产业结构的类型决定了生产过程中的资源消耗种类和数量，进而决定了环境的质量，因而，合理的产业结构将对资源的开采与消耗起到积极的调节作用，从而极大地缓解经济发展过程中人类活动对环境质量的破坏。因此，应对气候变化，促进可持续发展，应当以科学发展观为统领，以推动技术进步、产业结构调整优化升级为主线，以深化改革开放、创新体制机制为动力，统筹谋划、重点突破，尽快形成绿色发展的长效机制，促进传统产业改造升级和新兴产业发展，促进经济结构调整和经济发展方式转变，为提高经济增长的质量和效益、促进经济在更长一段时期内平稳较快可持续发展奠定重要基础，为此:(1)坚持把科技进步和创新作为产业结构调整和优化升级的支撑，着力提高自主创新能力，大力发展循环经济，从而提高资源利用效率，减少污染物排放量。(2)着眼于构建现代产业体系，下大气力改造提升传统产业，重点改造提升制造业;培育发展战略性新兴产业，加快形成先导性、支柱性产业，切实提高产业核心竞争力和经济、社会效益;把推动服务业大发展作为产业结构优化升级的战略重点，大力发展生产性服务业和生活性服务业，同时也要注重对第三产业发展过程中所产生的废弃物的综合治理。(3)推动能源生产和利用方式变革，构建安全、稳定、经济、清洁的现代能源产业体系;按照适度超前原则，科学统筹发展，构建便捷、安全、高效、清洁的服务产业体系。

［1］Lopez R.The Environment as A Factor of Production:The Effects of Economic Growth and Trade Liberalization［J］.Journal of Environmental Economics and Management，1994，27(2):163 －184.

［2］Bovenbergt A，Smulders S.Transitional Impacts of Environmental Policy in An Endogenous Growth Model［J］.International Economic Review，1996(37):861－893.

［3］包群，彭水军.经济增长与环境污染:基于面板数据的联立方程估计［J］.世界经济，2006(11):48－58.

［4］Grossman G，Krueger A.Environmental Impacts of the North American Free Trade Agreement［R］.Cambridge:National Bureau of Economic Research，1991.

［5］Panayoutou T.Empirical Tests and Policy Analysis of Environmental Degradation at Different Stages of Economic Development［R］.Geneva:International Labor Office，1993.

［6］List J，Gallet C.The Environmental Kuznets Curve:Does One Size Fit All［J］.Ecological Economics，1999(31):409－423.

［7］彭水军，包群.经济增长与环境污染——环境库兹涅茨曲线假说的中国检验［J］.财经问题研究，2006(8):3－17.

［8］史丹.结构变动是影响我国能源消费的主要因素［J］.中国工业经济，1999(11):38－43.

［9］路正南.产业结构调整对我国能源消费影响的实证分析［J］.数量经济研究，1999(12):53－55.

［10］史丹，张金隆.产业结构变动对能源消费的影响［J］.经济理论与经济管理，2003(8):30－32.

［11］徐博，刘芳.产业结构变动对能源消费的影响［J］.辽宁工程技术大学学报(社会科学版)，2004(5):499－501.

［12］彭立颖，童行伟，沈永林，等.上海市经济增长与环境污染的关系研究［J］.中国人口·资源与环境，2008，18(3):186－194.

［13］钱枫林，刘强，陈帮华，等.产业结构与环境污染的关系浅析［J］.商场现代化，2008(2):345－346.

［14］张燕.环境管制视角下污染产业转移的实证分析——以江苏省为例［J］.当代财经，2009，29(1):88 －91.

［15］黄金川，方创琳.城市化与环境质量交互耦合机制与规律性分析［J］.地理研究，2003，22(2):212 －220.

［16］刘文新，张平宇，马延吉，等.资源型城市产业结构演变的环境效应研究［J］.干旱区资源与环境，2007，26(2):18－21.

［17］吴雷，许秀英，陈俊良，等.利用耗散结构中的熵变计算探讨城镇生态系统的发展方向［J］.城市环境与城市生态，2000，13(2):42 －44.

［18］刘耀彬，宋学锋.城市化与环境质量耦合模式及判别［J］.地理科学，2005，32(4):408 －414.