长江中游城市群环境污染与经济增长关系的实证分析

长江中游城市群是长江经济带的三大城市群之一，具有重要的战略地位。运用主成分分析法和STIRPAT模型，对长江中游城市群全域及不同省份2003—2016年面板数据的环境污染与经济增长之间的关系进行分析，并从人口规模、产业结构、科技投入、外资利用四个层面分析影响环境污染水平的因素，最后得出结论：长江中游城市群全域、湖北和江西的环境污染与经济增长之间的关系呈先增后减再增的“N型”特征，湖南则呈“正U型”特征。从影响因素的角度来看，第二产业增加值占GDP的比重、人口密度、科技事业支出占财政总支出比重和人均实际利用外资额等因素对长江中游城市群的环境污染均存在一定的影响，且影响存在一定的区域差异。

一、引 言

长江中游城市群是以武汉城市圈、环长株潭城市群、环鄱阳湖城市群为主体形成的特大型城市群，是我国连接南北、承东启西的重要桥梁，也是实施中部崛起战略、全方位深化改革和推进新型城镇化的重点区域，在我国的经济发展中占据着极为重要的战略地位。作为长江经济带三大城市群之一，我国把长江中游城市群定位为中国经济新增长极、中西部新型城镇化先行区、内陆开放合作示范区和“两型”社会建设引领区。这种战略定位对长江中游城市群提出了较高的要求：一方面，希望具有良好自然条件和工业基础但经济潜力尚未得到充分发掘的湘鄂赣地区，能够成为中国经济的新支撑带；另一方面，又希望长江中游城市群避免某些东部发达地区在发展过程中走过的“先污染、后治理”的弯路，形成“创新、协调、绿色、开放、共享”的路径。

毋庸置疑，经济增长和环境保护的双重目标并不是截然对立的，而是有机统一的。正如2018年习近平在深入推动长江经济带发展座谈会上的重要讲话中指出的那样，推动长江经济带绿色发展，关键是要处理好绿水青山和金山银山的关系，生态环境保护的成败归根到底取决于经济结构和经济发展方式。要坚持在发展中保护、在保护中发展，建立以产业生态化和生态产业化为主体的生态经济体系。近年来，在生产成本不断上升和产业结构转型升级不断推进的背景下，东部沿海地区的一些产业正在逐步向中西部转移，长江中游城市群具有临近长、珠、闽地区的区位优势，又有长江黄金水道、京广和沪昆铁路等交通“大动脉”贯穿的优势，成为承接产业转移的首选之地，如何协调经济增长与环境污染之间的关系，成为长江中游城市群今后发展中的重要课题。本文将以长江中游城市群为研究对象分析长江中游城市群经济增长与环境污染水平之间的关系，并分析影响环境质量的因素，这对于协调长江中游城市群经济增长与环境污染之间的关系，实现“绿色崛起”具有非常重要的现实意义。

二、文献综述

自18世纪工业革命以来，全球工业化迅速扩张，经济快速发展，但环境恶化问题也成为人们不得不面对的重要问题。国内外学者对于环境污染与经济增长之间的关系进行了大量的研究，并证实了经济增长与环境污染之间存在一定的联系，其中最著名的就是环境库茨涅茨曲线（EKC曲线）。美国经济学家Grossman和Krueger首次实证研究了环境质量与人均收入之间的关系，指出环境污染与人均收入呈先增后减的“倒U型”关系。［1］（P223-250）此后众多学者对EKC曲线进行了大量的研究，且不同的学者对于EKC曲线存在不同的看法。Panayotou证实了环境污染与经济增长之间存在 “倒U型”关系，并根据库兹涅茨曲线的原理，首次将环境污染与人均收入之间的关系称为环境库兹涅茨曲线（EKC）。［2］Dinda认为，不同地区、不同的污染指标的EKC曲线可能存在不同的形状。［3］（P431-455）

我国由于经济发展起步较晚，环境污染问题出现相对较晚，对经济增长与环境污染之间的关系研究起步也相对较晚，但相关文献并不鲜见。袁鹏等人研究发现，环境效益与经济增长之间存在“倒U型”曲线关系。［4］（P79-88）张昭利等人研究发现，我国污染与经济增长之间的关系呈“倒N型”。［5］（P124）胡宗义等人运用空间滞后模型，验证了我国经济增长和环境污染之间存在“倒U型”关系。［6］（P13-18）宋锋华研究发现我国经济增长对环境污染的影响符合EKC曲线假说，且目前已处于“倒U型”曲线的下降部分，并存在显著的区域差异，东部地区基本处于曲线的右侧，中部和西部地区则处于左侧。［7］（P89-98）

众所周知，环境污染不仅仅是受到经济增长的影响，还受到其他诸多方面因素的影响。Grossman和Krueger还从规模效应、结构效应、技术效应三个方面解释了经济增长对环境质量的影响。［8］（P353-377）李斌等人研究发现，工业经济结构和技术进步能够促进工业废气减排。［9］（P112-122）包群等人研究发现，外资进入与人均污染排放水平之间存在显著的负相关性。［10］（P93-103）周侃等人研究发现，人口规模、城镇化水平和经济增长速度是污染物排放的主要驱动因素。［11］（P1911-1925）

对于长江中游城市群，肖腊珍、吴昌南、邓荣荣等人［12］（P114-116）［13］（P146-152）［14］（P170）分别对湖北、江西、湖南的环境污染与经济增长之间的关系进行了研究。白永亮等人选取鄂湘赣皖四省的省级数据探讨了经济增长与环境污染之间的关系和趋势，并分析了环境污染的深层次原因。［15］（P199-204）

综上所述，许多学者对环境污染与经济增长之间的关系进行了大量的研究，并取得了许多成绩。本文以长江中游城市群为特定研究对象，选取长江中游城市群28个地级市的面板数据，运用主成分分析法和面板数据模型，对长江中游城市群的环境污染与经济增长之间的关系进行研究，并从人口规模、产业结构、科技投入、外资利用四个层面分析影响长江中游城市群环境质量的其他因素。同时，在STIRPAT模型的基础上进一步扩展，构建扩展的STIRPAT模型，并采用可行广义最小二乘法（FGLS）的估计方法对四个区域的模型进行稳健性估计。

三、指标选取与模型建立

（一）指标选取

1.被解释变量。本文将在现有文献的基础上，根据数据的可获得性，选取工业废水排放强度、工业二氧化硫排放强度、工业烟（粉）尘排放强度三项指标，运用主成分分析法测算环境污染水平，将环境污染水平作为被解释变量。

2.解释变量。根据EKC曲线的原理可知，环境污染水平会随经济增长呈先增后减的趋势，本文的解释变量为经济增长，同时选取人均GDP作为衡量经济增长的指标。

3.控制变量。Grossman和Krueger的研究认为，规模效应、结构效应、技术效应将会对环境质量产生影响。［8］本文将在此基础上，从人口规模、产业结构、科技投入、外资利用四个层面选取指标，分析影响环境污染的其他因素。

人口规模。Grossman和Krueger指出人口规模将会对环境污染产生影响，人口规模越大，将会消耗更多的资源，产生更多的污染物，从而对环境产生负面影响。本文将选取人口密度作为衡量人口规模的指标。

产业结构。随着第二产业增加值占GDP的比重不断增加，大量的自然资源将会被消耗，同时产生大量的污染物，对生态环境产生负面影响。本文选择第二产业增加值占GDP的比重作为衡量产业结构的指标。

科技投入。技术进步将从两个方面影响环境质量：一方面，技术进步能够改进生产和污染治理技术，促进资源循环利用，减少污染排放；另一方面，技术进步能够促进产业结构优化升级，降低经济发展对污染型企业的依赖。一般而言科技事业支出占财政支出的比重越大，生产和污染治理的技术水平就会越高。本文将选择科技事业支出占财政支出的比重作为衡量科技投入的指标。

外资利用。外资引进从两个角度影响环境质量：一方面，外国企业通常将本国淘汰的污染企业转移至我国，造成环境污染加剧；另一方面，外资企业会将国外先进的生产技术和污染治理技术带到我国，从而有利于改善我国的环境状况。本文选择人均实际利用外资额作为衡量外资利用的指标。各变量含义见表1。

（二）模型建立

1999年，Ehrlich首次提出了IPAT模型，具体表达形式为“I=PAT”。其中，I表示环境压力，P表示人口规模，A表示经济水平，T表示技术水平。［16］（P63-73）York在传统的IPAT模型的基础上提出STIRPAT模型，具体形式为：

对模型两边同时取对数后，模型改写为：

表1 各变量的含义

式（2）中，P、A、T代表的变量与IPAT模型相同，模型系数，b、c、d表示待估参数，e表示误差项。国内外对于经济增长与环境污染之间关系的研究，多数是基于EKC曲线进行研究的，本文将在此基础上构造线性、二次和三次多项式模型进行研究，构建模型如下：

加入控制变量组后，模型改写成STIRPAT模型的扩展形式：

式（4）中，变量前“l”表示对变量取对数；各变量符号与表1中的符号含义相同；α0表示个体效应；αk、β1、β2、β3、β4表示待估参数；μit表示随机扰动项；n表示指数幂，且n=1，2，3。

（三）数据来源及说明

本文选取长江中游城市群28个地级市2003—2016年的面板数据，收集了工业废水排放量、工业SO2排放量、工业烟（粉）尘排放量、GDP总量、人均GDP、居民消费价格指数、实际利用外资额、第二产业增加值占GDP比重、年末人口总数、科技事业财政支出、财政总支出、地级市面积等原始数据。原始数据均来源于历年《中国城市统计年鉴》，以及各省历年统计年鉴、各地级市历年统计年鉴和《国民经济与社会发展统计公报》等。为消除价格因素的影响，本文中的GDP总量、人均GDP和人均实际利用外资额指标等经济指标是以2003年为基期，折算掉居民消费价格指数后的数据。选取的地级市包括湖北省的武汉、黄石、宜昌、襄阳、鄂州、荆门、孝感、荆州、黄冈、咸宁10个地级市，江西省的南昌、景德镇、萍乡、九江、新余、鹰潭、吉安、宜春、抚州、上饶10个地级市，湖南省的长沙、株洲、湘潭、衡阳、岳阳、常德、益阳、娄底8个地级市。

四、实证分析

（一）综合环境污染水平的测算

为了能够研究总体环境污染与经济增长之间的关系，本文将利用SPSS软件，采用主成分分析法，对长江中游城市群的工业废水排放强度、工业SO2排放强度、工业烟（粉）尘排放强度三个指标估算成一个能够反映环境污染水平的指标。

首先对原始数据进行KMO和Bartlett检验，以检验原有指标是否适合做因子分析。从表2的检验结果可以看出，KMO值为0.621，属于可接受的范围之内。Bartlett的球形度检验近似卡方值为359.462，通过了1%的显著性检验。因此，原变量可以进行因子分析。

本文采用最大方差旋转的主成分分析法对原有指标进行分析，得到旋转成分载荷矩阵及总方差解释（见表3）。从表3的结果可以看出，经过旋转和提取，前两个主成分F1和F2的累计方差贡献率为90.565%，能在较大程度上保留原有指标的信息，因此可以用F1、F2中的信息替代反映原有的三个指标。根据表3中的载荷数和特征值可以求出主成分系数，主成分系数的计算方法是主成分载荷矩阵中的载荷数除以对应特征值的开平方，结果如表4所示。

在求出主成分系数后，根据主成分系数表可以得出两个主成分线性组合:

再以F1和F2的特征值所对应的方差贡献率为权重，对两个主成分系数进行加权平均，并归一化，得出综合得分模型：

分别将工业废水排放强度、工业SO2排放强度、工业烟（粉）尘排放强度标准化后的数据代入（7）式，即可求出反映环境污染水平的数据。

（二）平稳性检验

1.单位根检验。面板单位根检验的方法有多种，本文选取LLC检验和ADF-Fisher两种检验方法进行检验。对长江中游城市群全域及三省各变量的水平值检验结果表明，全域地区的线性模型各变量均通过了10%的显著性检验，其他模型均包含存在单位根的变量，因此除全域的线性模型外，其他模型均存在不平稳的序列，而对其一阶差分进行检验时，两种检验方法的结果均表明拒绝存在单位根的原假设。因此，除线性模型外，其他模型各变量均为一阶单整I（1）。

表2 KMO和Bartlett的检验

表3 旋转成份载荷矩阵及总方差解释

表4 主成分系数表

表5 面板数据模型协整检验结果

2.协整检验。根据单位根检验结果，除全域地区的线性模型外，其他模型各变量均为一阶单整I（1）。为避免出现伪回归的现象，还需对其他模型进行协整检验。本文选取Kao检验和Pedroni检验两种检验方法进行协整检验，Pedroni检验结果选取基于联合组内尺度检验的Panel ADF统计量和基于组间尺度检验的Group ADF统计量进行检验，协整检验结果如表5所示。从表5可以看出，长江中游城市群全域及各省其他模型均存在长期协整关系，可以对模型进行估计。

（三）实证结果分析

为更好地对模型进行估计，本文将以人口规模、产业结构、科技投入、外资利用四个变量作为控制变量，对长江中游城市群全域及各省的环境污染与经济增长之间关系进行研究，并分析不同区域环境污染的其他影响因素。

1.环境污染与经济增长之间关系的实证分析。根据表6中的估计结果可以看出，不同地区的环境污染与经济增长之间的关系存在一定的差异。表6中，全域、湖北和江西三次多项式模型以及湖南的二次多项式模型中人均GDP的水平和平方项系数均通过了1%显著性检验，且拟合程度相对较高。因此，全域及湖北和江西两省均选择三次多项式模型进行估计，湖南省则选择二次多项式模型进行估计。

全域地区的Hausman检验结果显示拒绝随机效应模型比固定效应模型更有效率的假设，因

此选择固定效应模型进行估计。根据固定效应模型估计结果，α1=67.190>0，α2=-7.000<0，α3=0.240>0，表明α1、α2、α3均在1%的显著性水平上显著，说明长江中游城市群全域的环境污染水平与经济增长之间呈先增后减再增的“N型”形状。经济增长对环境污染存在两方面的作用力：一方面是过度追求经济增长而加剧环境污染的反向作用力，另一方面是经济增长能够促进技术水平提升从而有助于改善环境质量的正向作用力。在初期阶段，由于长江中游城市群的经济发展水平较低，人民对物质文化的需求相对较高，为提高地区的经济发展水平，满足人民的物质文化需求，而忽视了对环境的保护，环境污染水平提升；随着经济发展水平的提高，技术水平不断提升，人们对物质文化需求的迫切程度下降，对改善环境质量的需求不断提高，环境污染程度有所下降。近年来，随着东部沿海地区推行产业转型升级，部分污染型企业向中西部转移，长江中游城市群紧邻长三角和珠三角，是承接产业转移的首选之地，环境污染程度再次提升，这就使得长江中游城市群环境污染与经济增长之间的关系呈“N”型变动。

表6 长江中游城市群环境污染的面板估计结果

湖北和江西两省的Hausman检验结果表明选择固定效应模型进行估计更优。根据估计结果，湖北省三次多项式模型的α1=59.300>0，α2=-5.974<0，α3=0.198>0，江西省三次多项式模型的α1=102.8>0，α2=-10.44<0，α3=0.350>0，且均通过了1%的显著性检验，说明与全域地区的情况相同，湖北和江西两省的环境污染水平与环境污染水平之间的关系同样呈“N型”特征。

湖南省的三次多项式估计结果不显著，而根据二次多项式模型的Hausman检验结果显示应选择随机效应模型进行估计。结果显示，α1=-15.42<0，α2=0.711>0，均通过了1%的显著性检验，表明湖南的环境污染与经济增长之间呈“正U型”的关系。这主要是由于早期湖南省较早地把绿色发展作为经济发展的主线，2006年，湖南就提出了“生态湖南”的奋斗目标，积极推动“两型社会”建设，有效缓解了湖南环境污染与经济发展之间的矛盾。但近年来，在东部地区产业转移的背景下，湖南省作为与珠三角地区相邻的省份，是承接珠三角地区产业转移的重要省份，这势必会对湖南省的环境质量产生不利影响，环境污染又有上升的趋势。

2.影响因素分析。为进一步提高模型估计结果的可信度，本文将进一步对加入控制变量组后选取的模型进行异方差、自相关、截面相关检验，检验结果如表7所示。

表7 异方差、自相关、截面相关检验

由表7可以看出，长江中游城市群全域及湖北和江西两省的固定效应模型均存在异方差问题；长江中游城市群全域和湖北省的自相关检验均未通过10%的显著性检验，江西和湖南的自相关检验均通过了1%的显著性检验；全域、湖北和江西的截面相关检验通过了均1%的显著性检验，湖南省通过了10%的显著性检验。为了消除异方差、自相关、截面相关的影响，本文将采用可行广义最小二乘法（FGLS）的估计方法对四个区域的模型进行稳健性估计，估计结果如表8所示。从表8的估计结果可以看出，全域、湖北和江西的环境污染与经济增长之间的关系仍然符合“N型”曲线的特征，湖南省仍符合“正U型”曲线的特征。

表8 稳健性估计结果

第二产业增加值占GDP的比重对长江中游城市群全域及三省的影响均通过了1%的显著性检验，影响方向均为正向，影响系数分别为1.553、1.141、0.895、1.192，说明随着第二产业占GDP的比重提升1%，环境污染水平将分别提升1.553%、1.141%、0.895%、1.192%。这说明长江中游城市群全域及各省的产业结构仍相对不合理，经济发展过度依赖于第二产业的发展，而第三产业、高新技术等绿色产业对经济发展的贡献度相对较小，这势必会影响到长江中游城市群绿色发展的进程。

人口密度对全域地区环境污染的影响均通过了1%的显著性检验，对湖北和湖南的影响均通过了5%的显著性检验，影响方向均为正，对江西的影响方向同样为正，但并不显著。全域及湖北和湖南的影响系数分别为0.171、0.049和0.422，说明随着人口密度提升1%，全域、湖北和湖南的环境污染水平将分别提升0.171%、0.049%和0.422%。一般来说，人口密度与经济增长之间存在一定的相关性，劳动力总是倾向于向经济发展水平较高的区域流动，随着人口密度的不断提升，生活污染的产生量和能源的消耗量也将不断增加，环境质量随之下降。

科技事业支出占财政总支出的比重对全域、湖北、江西的环境污染水平存在反向影响，且均通过了1%的显著性检验，对湖南的影响方向也为反向，但影响并不显著。全域、湖北、江西的影响系数分别-0.280、-0.308、-0.131，这说明随着科技事业支出占财政总支出的比重提升1%，全域、湖北、江西的环境污染水平将分别下降江西0.280%、0.308%、0.131%。这与理论预期相符，一般而言，科技投入增加，生产和治理环境污染的技术会逐步提升，产业结构不断优化，最终使得环境污染水平不断下降。

人均实际利用外资额对于全域、湖北的环境污染均存在正向影响，且分别通过了10%和1%的显著性检验；对江西和湖南存在反向影响，分别通过了1%和10%的显著性检验。全域、湖北、江西和湖南的影响系数分别为0.021、0.101、-0.207和-0.100，说明随着人均实际利用外资额增加1%，全域和湖北的环境污染水平将分别提升0.021%、0.101%，江西和湖南的环境污染水平将分别下降0.207%和0.100%。这可能是由于全域地区和湖北省引入国外淘汰的污染企业带来的污染作用力，大于外资进入带来技术进步和产业结构优化带来的正向作用力，外资进入将加重环境污染程度，而江西和湖南两省则与此相反。

五、结论和政策建议

本文选取2003—2016年长江中游城市群28个地级市的面板数据，运用STIRPAT模型分析长江中游城市群全域及分省份环境污染与经济增长之间的关系，并从人口规模、产业结构、科技投入、外资利用四个层面分析影响环境污染水平的因素。研究结果发现：长江中游城市群的环境库兹涅兹曲线呈现“U”形和“N”形，主要原因在于近年来长江中游城市群承接了发达地区大量的污染性产业；规模效应、结构效应和技术效应在长江中游城市群不同程度的存在，在人口持续增长和产业升级无法一蹴而就的条件下，技术进步成为实现“波特假说”的重要手段；引入外资对不同地区环境质量的影响存在明显差异，坚持生态文明建设的地区在吸引外资上偏向于清洁生产型技术，能够改善地区环境质量。基于上述结论，本文的政策建议如下：

（一）转变发展理念，优化产业结构

做好长江中游城市群环保工作，首先要处理好绿水青山和金山银山的关系，共抓大保护，不搞大开发。政府要改变原有的以GDP论英雄的考核方式，坚持在发展中保护，在保护中发展。努力把长江中游城市群建设成为生态更优美、交通更顺畅、经济更协调、市场更统一、机制更科学的城市群。要改变长江中游城市群大多数城市的产业结构不合理的问题，优化原有的产业结构，注重产业结构的优化调整，重点发展经济效益高、污染小的第三产业、高新技术产业、绿色产业等，降低对第二产业的依赖程度。在承接产业转移的进程中，严格制定并执行产业准入制度，对环保不达标的企业坚决拒之门外。

（二）创新体制机制，增强绿色效能

技术进步是实现经济增长和环境保护双赢目标的关键钥匙，长江中游城市群现有的水体污染、大气污染以及土壤污染治理依赖于环保技术的进步。更为重要的是，未来破除无效供给、减少要素投入、转化新旧动能、实现绿色生产的着力点也依赖于技术进步。绿色环保技术的创新和使用离不开科技投入的持续增加，因此要合理设计环境规制政策以改变地方政府、企业和个人的成本收益比率，通过积极引进和自主开发相结合的方式增加绿色技术的使用。要以“山水林田湖生命共同体”理念为指导，建立健全包括自然资源保护管理、生态补偿和环境损害赔偿、环境税和排污权交易、垂直管理与公众参与等一系列制度在内的体制机制，提高生产过程中的绿色效能。

（三）提高人才素质，合理招商选资

人口的增加固然会增加产品的消耗，从而提高能源使用量和污染物排放量。但是，如果在不增加人口数量的条件下改善人口素质，则可以为技术创新和产业升级提供智力支持，从而减少能耗使用量和污染物排放量。因此，长江中游城市群应出台人才培养和引进政策，提高本地区人口素质，发展高新技术产业和绿色技术产业，从根本上实现本地区的可持续发展。在引入外资过程中，要变招商引资为招商选资，提高企业的准入门槛，对于污染较大的外资企业坚决拒之门外。长江中游城市群建设作为流域经济，涉及水、路、港、岸、产、城等多个方面，各城市要树立全局“一盘棋”观念，错位发展、协调发展、有机融合，实现经济增长和环境保护的合力，使长江中游城市群成为后发优势的典型。