中国区域污染与经济增长实证:基于面板数据联立方程

丁焕峰 李佩仪

(华南理工大学经济与贸易学院，广东广州510006)

中国区域污染与经济增长实证:基于面板数据联立方程

丁焕峰 李佩仪

(华南理工大学经济与贸易学院，广东广州510006)

考虑区域污染与区域经济增长的双向作用机制，构建联立方程模型，利用我国1998－2008年30个地区的面板数据，实证研究了6类区域污染物指标与区域经济增长的内在关系，对环境库兹涅茨曲线假说进行验证，探讨区域污染的主要影响因素。研究结果表明:①仅工业粉尘、工业SO2与GDP存在倒U型曲线关系，符合环境库兹涅茨曲线假说;工业废水、工业固废与GDP存在正的线性关系，工业废水中污染物化学需氧量、工业烟尘与GDP存在负的线性关系，不支持环境库兹涅茨曲线假说。指出并非经济发展到一定水平，区域污染问题就会得到全面解决。②人口规模对区域污染排放影响不显著;科技水平和能源利用率的提高能有效降低区域污染排放;政府环保管制未能有效控制区域污染排放;加大贸易开放程度对污染排放影响有正有负;产业结构不合理会加剧区域污染排放。③工业烟尘、工业SO2污染对区域经济增长有反作用。现阶段，我国区域污染对区域经济增长的反馈机制较弱，给我们敲醒了环保警钟。指出转变经济增长方式，走经济增长与环境保护协调发展的路子是我国今后的必然选择。

区域污染;区域经济增长;联立方程;环境库兹涅茨曲线

改革开放以来，“高投入、高消耗、高排放”的粗放型增长方式在推动我国经济高速增长的同时，也带来了资源短缺、环境污染与生态破坏等一系列发展难题，资源环境压力日趋严重，经济增长的可持续性正面临严峻的挑战。如何实现环境质量与经济增长的双赢，是当今经济学界关注的热点课题，引发了广泛的研究。目前最具代表性的研究是环境库兹涅茨曲线(Environmental Kuznets Curve，EKC)的提出及实证。Crossman＆Krueger［1］的实证研究指出环境污染与经济发展之间存在这样一种关系:起初逐步递增，达到顶点，然后下降，其形状类似于Kuznets［2］提出的关于收入分配和经济发展之间的倒 U型曲线，故Panayotou［3］将其定义为环境库兹涅茨曲线。即在经济发展初期，经济的发展依赖于资源开采和能源消耗，污染排放严重，生态环境负荷大，环境质量日益下降;在经济发展更高阶段，由于经济增长方式的转变，产业结构的调整和优化，技术进步，加上国家重视环境问题，颁布大量的环保政策，人们的环保意识也提高了，环境状况得到改善。环境库兹涅茨曲线提出后，国内外众多学者利用各国(地区、城市)环境质量与经济增长的时序数据、截面数据、面板数据(包括空间面板数据模型)，对EKC曲线假说进行实证检验，集中探讨环境质量与经济增长两者之间的关系［4－10］，EKC曲线是否成立、转折点的位置等引发了很多争论。在大量实证研究基础上，人们发现经济并不是影响环境的唯一因素。EKC曲线关系是一种长期现象，和多种因素有关，学者们开始尝试在EKC研究中加入人口密度、经济结构、技术进步、贸易开放度、环保政策等各种可能对环境质量产生影响的因素［10－12］，进一步分析环境质量与经济增长之间的关系。部分学者对变量选取的随意性、非关键性、不全面性等问题提出了质疑。随着对EKC研究的不断深入，一些学者指出，环境质量与经济增长之间是一种互动的双向关系，单方程模型估计忽略环境变化对经济增长的反作用，将会产生变量内生性偏差问题，可能导致实证结果的重大偏误。基于此，目前有小部分学者开始尝试构建联立方程模型以反映环境质量与经济增长之间的双向反馈机制［10，13－15］。本文拟利用 1998 － 2008 年间我国30个地区(不包含西藏地区)的面板数据，构建一个包含污染方程与产出方程在内的联立方程组模型对EKC假设进行实证检验，试图找出导致我国区域污染恶化的影响因素，揭示区域污染与区域经济增长之间的内在联系及相互影响机制，以期为我国区域污染空间治理及经济可持续发展提供科学依据。

1 经济计量模型设计及变量选取

1．1 经济计量模型设计

图1阐释了区域污染与区域经济增长之间的双向作用关系。区域经济增长对区域污染的影响体现在:①区域经济增长自身直接作用于区域污染:经济规模扩大，产出增加，在技术水平、产业结构、能源利用率、政府环保管制等条件没有发生变化时，污染作为产出的副产物，也在不断地增多;②区域经济增长通过科技水平、产业结构(科技水平、产业结构等本身也会对区域污染有直接影响)等间接影响区域污染。而区域污染对区域经济增长的影响则表现为:在经济发展初期，资源、污染的产权尚不明确、市场交易机制尚不完善，此时，污染具有负外部性，污染作为一种要素投入直接推动经济增长;经济发展到一定阶段，由于环境政策的制定与实施，使得厂商的生产面临必须采用符合环境法规规定的生产工艺及排污标准，环境成本内部化的结果将会使生产成本提高，从而降低生产规模［10］。

图1 区域污染与区域经济增长相互作用机理Fig．1 Mechanism between regional pollution and regional economic growth

基于此，本文构建包含污染方程与产出方程的联合方程模型实证考察区域污染与区域经济增长之间的关系。污染方程采用目前常用的带有三次项的拟合模型，并在模型中加入环境影响因子。产出方程则在Wang＆Yao［17］的经济增长模型中加入污染变量，以衡量区域污染对区域经济增长的影响。具体模型表达式为:

由此可见，EKC只是模型包含的几种关系之一。从④中，我们可以得出EKC的转折点为x=－β1/(2β2)。

根据前文的分析，模型假定区域污染与区域经济增长之间存在倒U型曲线关系;并假定区域污染对区域经济增长的影响为负。

1．2 变量选取

本研究的面板数据以1998－2008年我国除西藏地区外的30个地区作为样本。根据数据的可获得性和可比性，我们选取包括水污染、大气污染、固废污染在内的6类污染物指标衡量区域污染程度;选取地区生产总值(GDP)衡量区域经济发展水平;其他区域污染影响因素包括人口规模、科技水平、政府环保管制、贸易开放水平、产业结构、能源利用率;其他产出要素包括物质资本存量①，人力资本存量及劳动力投入量。原始数据主要来源于对应年份的《中国统计年鉴》和《中国环境年鉴》②。本文在进一步分析前先对以上变量进行对数化③处理。各变量的符号、名称及单位见表1。

表1 变量符号、名称和单位Tab．1 Variablemark、name and unit

1．3 数据处理

首先对全部区域污染影响因素与产出要素做正态性检验，检验结果表明各变量服从正态分布。其次分别对各区域污染影响因素、各产出要素做相关性分析，结果显示大多变量间的相关性在［－0．5，0．5］之间，说明各区域污染影响因素间、各产出要素间的相关性不高。计算病态数K(Condition Number)，K值 ＜30＜100，不存在强共线性。再次是平稳性和协整检验，一般而言时序数据需要进行平稳性检验和协整关系分析，否则容易造成伪回归。鉴于本文所选用样本的时期数比较短(11＜15)，且带有横截面数据构成面板数据，可不对各变量进行平稳性检验和协整分析。最后是空间相关性检验。本文的数据主要是省区数据，环境质量演变应该存在有一定的空间相关性。但本文的主要目的在于揭示区域污染与区域经济增长的内在相互作用机制，故假定各个地区的污染与只与本地区的经济增长相关，与其他地区不相关;各个地区的经济增长只对本地区的污染产生作用并且只受本地区污染排放的影响，忽略空间相关性对模型的影响。

2 联立方程组计量结果分析

具体对面板数据联立方程组进行估计时，需要注意几点:①面板数据模型的确定。面板数据的估计有齐性参数模型、变截距模型和变系数模型3类，其中变截距模型又可分为固定效应模型(Fixed EffectModel，FE)和随机效应模型(Random Effect Model，RE)。由于通常较少采用变系数模型，因此本文在面板数据估计过程中主要考虑齐性参数模型和变截距模型。根据Fix Effect检验判断选用齐性参数模型还是变截距模型;确定选用变截距模型后，根据Hauseman检验在FE和RE中做出选择。经检验发现，6类区域污染指标的污染方程与产出方程均支持固定效应模型。②联立方程组估计方法的选择。联立方程组的估计方法可以分为系统估计与单方程估计两大类。虽然系统估计方法可以对全部结构方程的参数同时进行估计，考虑方程组中多个方程的全部约束，但如果方程组中的一个或多个方程有设定误差，则误差将传递给其余的方程，且会导致参数的高度非线性，因此本文选择单方程估计方法。一般而言，单方程估计方法包括:狭义的工具变量法，间接最小二乘法，两阶段最小二乘法。鉴于本文的联立方程模型中外生变量个数远大于内生变量的个数，属于过度识别，我们选择二阶段最小二乘法进行估计，根据通常的做法，将所有的外生变量作为内生变量GDP(包括GDP平方项与GDP立方项)、区域污染的工具变量。③残差异方差与自相关的处理。考虑到不同地区截面异方差对估计

有效性的影响，采用截面加权回归法以消除截面异方差。根据D．W值判断回归残差是否存在序列自相关，并相应在估计方程中加入AR项，以消除残差序列自相关。

估计步骤:采用加权的二阶段最小二乘法对1998－2008年我国30个地区的区域污染与区域经济增长的面板数据进行回归。针对污染方程，首先对包括GDP平方项、立方项的方程进行估计，根据估计系数的 T统计值和Wald检验判断是否存在N型或倒N型曲线关系。若GDP的立方项不显著，则对剔除了GDP立方项的方程重新进行估计，根据估计系数的T统计值和Wald检验判断是否存在U型或倒U型曲线关系。若GDP的平方项仍不显著，则继续剔除平方项，重新进行估计。若存在其他不显著的区域污染影响因素，予以全部剔除，重新进行估计。而对于产出方程，由于我们要讨论污染对产出的影响，因此，即使污染的回归系数不显著，我们仍将其保留下来，若存在其他不显著的产出要素，则予以剔除，重新进行估计。估计结果见表2。

2．1 污染方程结果分析

2．1．1 区域污染与区域经济增长关系分析

在本文选取的6类污染指标中，只有工业粉尘排放量与工业SO2排放量同国内生产总值之间存在倒U型关系，符合环境库兹涅茨曲线假说。进一步计算其转折点，分别为49．36亿元(1998年基期价，下同)与13 359．73亿元。将2008年我国各地区实际GDP(见表3)与转折点相比较，可以发现，2008年我国30个地区的实际GDP水平均超过了工业粉尘排放量的转折点，位于环境库兹涅茨曲线的右半段，经济发展会抑制工业粉尘的排放。2008年我国只有广东、江苏、山东、浙江这4个地区越过了工业SO2排放量的转折点，位于环境库兹涅茨曲线的右半段，这些地区的GDP进一步增长有利于减少工业SO2的排放量;但尚有26个地区没有达到工业SO2的转折点，位于环境库兹涅茨曲线的左半段，这些地区的GDP增加会导致工业SO2污染恶化。

接受倒U型曲线关系，并不意味着污染排放会随着经济增长自动减少，换言之，经济增长并不必然最终带来环境的改善。我们了解到，在生态系统中，污染存量一旦超过了某一限度(生态阀值)，生态系统将失去自我恢复的能力，进而导致系统崩溃。考虑到生态阀值问题，我们对EKC曲线的走势做进一步讨论(见图2)。

若污染的峰值低于生态安全警戒线水平，EKC曲线的走势将与曲线a相似，区域污染将能减少到适合人类生存的水平;若污染的峰值超过生态安全警戒线(尚未超过生态阀值)，EKC曲线的走势将与曲线b相似，环境质量无法恢复到破坏前的状态;若污染超过生态阀值，污染与经济增长关系曲线的走势将与曲线c相似，不仅生态平衡遭到破坏，经济发展也可能会陷入停滞甚至倒退的困境中。告诫我们在发展经济的过程中，对环境污染问题不可以听之任之，走“先污染后治理”的路子。目前我国尚有将近90%的地区未达到估计的工业SO2的转折点，特别地，西部地区的实际GDP要超过倒U型曲线的临界值还需要很长的时间，加上西部地区的生态环境十分脆弱，自净能力差，若仍采用传统的“高投入、高污染、低效益”的发展模式，将会对其生态环境造成严重破坏，污染与经济增长的曲线关系将出现b曲线甚至是c曲线的走势。因此，在推进西部大开发进程中，我们要走经济发展与环境保护相结合的道路，在大力开发利用资源，将资源优势转变为经济优势的同时，将污染与破坏控制在环境可承受的范围内，使EKC曲线的环境恶化上升阶段变得平缓，峰值降低，在较低的污染水平达到转折点，实现经济发展与环境保护的良性互动(如曲线a的走势)。

表3 2008年我国各地区实际GDP 亿元(1998年基期价)Tab．3 Different regions’real GDP in China(2008)

图2 修正的环境库兹涅茨曲线Fig．2 Modified environmental Kuznets curve

其余4类污染指标与国内生产总值呈线性关系，与环境库兹涅茨曲线假说不吻合。其中工业废水排放量和工业固体废弃物产生量与国内生产总值呈正相关关系，意味着在本文选取的样本期间内，GDP的增长会加剧工业废水与工业固废污染。再次提醒我们，EKC曲线的出现并不是一种必然，有关方面亟需高度重视我国的工业废水污染与工业固废污染现状，加大对这2类污染的防治力度，采用清洁生产技术，发展循环经济，实现环境与经济的协调发展。而工业废水中污染物化学需氧量和工业烟尘排放量与国内生产总值呈负相关关系，即在现阶段，工业废水中污染物化学需氧量和工业烟尘排放量这2类污染得到了很好的控制，实现了环境保护与经济发展的双赢。

2．1．2 其他区域污染影响因素分析

(1)人口规模。6类污染指标方程的lnpop系数均无通过显著性检验，表明人口增长并不一定会导致环境恶化。人口增长对环境的影响有消极的一面，也有积极的一面。人口规模扩大使得生产规模不断扩大，资源压力增大，废弃物和污染物增多;而人们素质提高和科技进步有利于环境质量的改善。可见人口增长并不是区域污染加剧的主要影响因素。

(2)科技水平。Lnindsmoke和lnindSO2污染方程中的lnenvrd系数显著为负，证实了环保科研经费的投入的确能减少污染排放，然而其余4类污染指标估计方程中的lnenvrd系数均不显著，说明环保科研经费投入还未能有效抑制各类污染物的排放。除lnindcod、lnindsolid方程的lngrd系数不显著外，其余4类污染指标估计方程的lngrd系数均显著为负，说明政府科研经费支出能有效抑制大多污染物排放，改善环境质量。综合lnenvrd和lngrd的估计结果来看，可知技术进步能减少污染排放，提高污染治理水平，对环境保护意义重大;但现阶段，环保科研课题经费投入还未能充分发挥出其应有的作用。事实上，目前我国环保科研课题经费投入严重不足，2008年我国环保科研课题经费仅占政府支出的0．011%，且投资主体主要是国家和地方政府，少有社会资金注入。环保科研经费不足制约了环保科研的发展，科研成果少，难以转变成现实的生产力，科研与生产脱节。这一实证结果的政策意义在于:我们要进一步加大对节能环保技术研发的资金投入，增加政府财政支出，引入民间资本，拓宽资金来源;科研要与生产相结合，提高科研成果的转化率与产业率。

(3)政府环保管制。Lnindcod和lnindsolid污染方程中的lnpdf系数显著为正，其余4类污染指标方程中的lnpdf系数不显著，表明排污费征收未能有效减少污染排放。排污费征收理论上是促进企业和消费者防治污染、保护环境的一种有效途径，然而估计结果与理论不符。据了解，目前我国污染物排污费征收标准严重偏低，许多企业宁愿缴纳排污费也不愿意治理污染，不利于污染物的治理和排放。另外由于各种因素的制约，排污费不能足额征收，超额排污费征收未得到很好地落实。征得的排污费没有得到有效监管，部分地方出现挪用排污费的现象，排污费并未真正用于治理污染。Lnindwater、lnindcod、lnindsmoke和 lnindSO2方程的lnapi系数为正且通过显著性检验，意味着工业污染治理投资的增加导致污染物排放量的上升。我们的解释是:工业污染治理投资属于被动投资，是环境污染或者资源破坏已经产生危害时而被迫支付的对环境的一种补偿费用，即“先污染，后治理”。因而其投资额度越高，意味着污染程度越严重。可见当前我国环保管制未能有效控制污染排放，带给我们的启示是:要认识到政府在环境保护工作中的作用，强化环境管制，真正将各项与环境保护相关的政策措施落到实处，加大环境执法力度。

(4)贸易开发水平。Lninddust污染指标方程的lnopen系数显著为正，lnindsolid方程的FDI系数显著为正，符合“污染天堂”假说。发达国家的环境管制比较严格，迫使重污染产业向环保管制较宽松的发展中国家转移，随着贸易开放度提高，外商直接投资增加，我国环境污染加剧。Lnindsolid方程的lnopen系数为负，且均能通过显著性检验，与“污染天堂”假说相反，其经济涵义是贸易开放度提高有利于减少污染排放。加入世贸以来，为了满足各国的技术、质量、环保等标准，提高我国出口商品在国际市场的竞争力，国家不断加大科研力度，开发高科技含量、高附加值的环保产品，以供出口，取得了一定成效。这一经验值得借鉴与推广，我国也应制定相对严格的产品技术标准与环保质量标准，激励厂商积极采用清洁生产技术、采用无害或低害的新工艺，以达到减少污染排放的目标。另外，在引进外资时要特别注重外资的结构问题，引入具备高新技术和清洁生产技术的外资企业，促进我国技术创新，进而提高环境质量。

(5)产业结构。除lnindwater外其余5类污染指标方程的lnshaind系数显著为正。计算我国1998－2008年各地区第二产业比重平均值可知，第二产业比重有明显的上升趋势。可见产业结构对污染的影响作用体现在，第二产业在GDP所占比重上升导致污染排放增多。必须明确的是:工业化本身并不是导致环境恶化的原因，产业结构不合理，粗放的生产方式才是症结所在。目前我国正处于重化工业快速增长阶段，重工业粗放经营，“高投入、高消耗、高排放”等问题突出，资源与环境矛盾尖锐。加快产业结构升级，促进环保型产业发展，是促进经济发展，缓解环境压力的有效途径。

(6)能源利用效率。除lnindsolid外其余5类污染指标方程的 lnpower系数均为正，且通过显著性检验。1998－2008年我国各地区单位GDP能耗平均水平的变化轨迹具有明显的下降趋势，意味着单位GDP能耗的减少会抑制污染物排放。2008年，北京的能耗全国最低，每万元GDP仅消耗0．662 t标准煤，相当于全国平均水平的45%，但相对美国、日本等发达国家的0．38 t标准煤和0．14 t标准煤而言，还有相当大的距离，大力推进节能减排技术的开发将是我国今后发展的重点。

2．2 产出方程结果分析

(1)2类污染物指标(工业烟尘排放量、工业SO2排放量)对GDP的影响均显著为负，意味着区域污染排放增加，将导致产出减少，支持了污染对经济增长的反作用，表明高投入、高污染的粗放增长方式是不可持续的;4类污染物指标(工业废水排放量、工业废水中污染物化学需氧量、工业粉尘排放量、工业固体废弃物产生量)对GDP无显著影响，意味着部分污染物的负产出效应尚不明显。对此，我们的解释是:①我国经济增长的动力源自于多方资本、生产要素的投入，环境质量对经济发展的作用相对有限;②政府官员受GDP增长的政绩观影响，盲目上项目，办企业，降低环境准入门槛，对环境污染的执法力度、惩治力度不强;③界定环境污染负外部效应的产权保护和市场交易机制不尽完善，厂商基于短期的企业自身利润最大化目标，不愿使用清洁生产技术、淘汰旧设备，以控制污染的产生与排放;④人们的环保意识不高，环境质量在居民消费中并没有占到较大的比重。这些因素都制约了污染对产出变化的反馈作用。

(2)6类污染方程中物质资本存量、人力资本存量与劳动投入量对GDP的影响为正，且在1%显著性水平上通过显著性检验，证明这三者是推动我国经济增长的重要因素。

3 结论

鉴于区域污染与区域经济增长存在双向的作用关系，本文拟采用1998－2008年我国30个地区的面板数据，尝试构建一个包含污染方程与产出方程在内的联立方程组，实证分析区域污染与区域经济增长之间的关系。综合上述6类区域污染指标的面板数据联立方程估计结果，可以得出如下结论:

(1)区域污染与区域经济增长之间的关系具有不确定性。工业粉尘排放量、工业SO2排放量与GDP存在倒U型曲线关系，符合环境库兹涅茨曲线假说，通过计算其转折点发现，现阶段我国的工业粉尘已处于环境库兹涅茨曲线的右半段，污染状况有所缓解;目前我国将近90%的地区的工业SO2排放量仍处于不断增加的阶段，污染状况不断恶化。工业废水排放量、工业固体废弃物产生量与GDP存在正的线性关系;工业废水中污染物化学需氧量、工业烟尘排放量与GDP存在负的线性关系。

(2)人口规模对区域污染排放影响不显著;科技水平与能源利用率的提高能有效降低区域污染排放;政府环保管制未能有效控制区域污染排放;加大贸易开放程度对污染排放影响有正有负;产业结构不合理会加剧区域污染排放。

(3)区域污染对区域经济增长的负面影响得到验证。工业烟尘排放量与工业SO2排放量的估计结果均指出，区域污染排放增加将在一定程度上抑制区域经济增长。而工业废水排放量、工业废水中污染物化学需氧量、工业粉尘排放量、工业固体废弃物产生量这4类污染物指标对产出的影响并不显著。

(4)类污染物指标的估计结果均支持物质资本存量、人力资本存量与劳动投入量对区域经济增长的拉动作用。

区域污染与区域经济增长密切相关，但并不意味着经济发展到一定水平，区域污染问题就会得到全面解决。文章的实证检验结果与分析指出:提高经济发展质量，加大环保科研投入，加快技术创新步伐，严格政府环保管制，转变贸易增长方式、加强对FDI的环保规制以提高出口产品和引入外资的质量，优化产业结构，降低单位GDP能耗，建立健全污染的产权保护和市场交易机制，提高人们的素质、转变人们的环保观念等是促进经济与环境协调发展的重要保障。

(编辑:王爱萍)

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Regional Pollution and Regional Econom ic Grow th:A Simultaneous Estim ination Based on Panel Data M odel

DING Huan-feng LIPei-yi
(School of Economy and Commerce South China University of Technology，Guangzhou Guangdong 510006，China)

Based on the interactional mechanism between regional pollution and regional economic growth，this paper constructs a simultaneousmodel to investigate the relationship among six regional pollution indicators and regional economic growth．In thismodel，we use interprovincial panel data of 30 provinces in China duriring 1998－2008，in the purpose of verifying the hypothesis of Environmental Kuznets Curve(EKC)and trying to find out the main determinants affecting Chinese regional pollution．The results show that:First，the relation between GDP and two indicators(inddust and indSO2)present an reverse“U-shape”EKC curve;two indicators(indwater and indsolid)and GDP show positive linear relation;two indicators(indcod and indsmoke)and GDP show negative relation．So it does notmean that regional pollution problemswould be totally settled when the regional economic development reached a certain stage．Second，the effect of population size isn’t significant;technological progress and energy efficiency are the efficient ways to discourage pollution;government environmental pollution control regulation nearly has no effect on pollution;trade liberalization has both positive and negative impact on pollution;irrational industrial structure would intensify the pollution discharge．Third，Indsmoke and indSO2create a feedback loop with regional economic growth．Regional pollution feedback mechanism isweak in present stage．Transforming the mode of economic growth，and coordinating environmental protection with economic growth，are the choices of China．

regional pollution;regional economic growth;simultaneous equation;EKC

X22

A

1002－2104(2012)01－0049－08

10．3969/j．issn．1002－2104．2012．01．009

2011－06－18

丁焕峰，博士，教授，主要研究方向为区域外部性与区域发展、区域经济与产业发展等。

国家社会科学基金项目“中国区域基本公共服务:30年变化趋势、影响因素与均等化对策”(编号:08CJY055)。