经济增长、能源消费与大气污染排放的关系分析——以湖南省为例

黄钰杰 刘志成

（湖南农业大学，湖南 长沙 410001）

近年来，我国城市化进程的加快和工业的迅速发展，高消耗能源以及大量排放所造成的资源浪费和环境污染问题日益严重。湖南省作为中部的工业大省，经济发展迅速，长株潭经济一体化更是使得区域环境污染同质化现象日趋明显，这造成了大量污染物排放与湖南省经济可持续发展和能源消费之间的矛盾，也成为阻碍经济绿色健康发展的主要因素。

许多学者通过研究发现，经济增长、能源消费与大气污染之间的关系颇深，必须将三者放在同一体系中进行考察，明确其定量关系，才可以为制定大气污染防护措施，建立可持续发展模式提供理论支撑。

一、国内外研究现状

能源消费、经济发展与大气污染之间的关系一直繁杂多变。最初研究多围绕在其中两个因素之间展开，较少有对三者同时进行考量。对经济增长和能源消费之间的因果联系的探究，Tiffany Hui-Kuang（2016）[1]采用MRA和QCA分析方法发现能源消费对经济增长呈单方向的线性关系。在外国学者的基础上，国内的王峰光、戴剑勇（2014）[2]对湖南省经济增长与能源消费之间的因果关系进行研究，构建了新古典生产函数计量模型发现两者之间存在双向因果关系。Kais Saidi（2017）[3]在全球53国的面板数据上利用向量误差修正模型发现欧洲国家的能源消费对于经济增长呈单向格兰杰因果，但是在全球能源消费与经济增长存在双向因果关系。

在经济增长与大气污染排放方面，研究成果以EKC（环境库兹涅茨曲线）为代表，用来分析经济增长与环境污染的关系。在李娟伟（2011）[4]看来，我国的国情决定了目前我国仍处在EKC曲线拐点的左侧，经济的发展会使得环境质量下降、污染物排放水平提高。张宇青等（2013）[5]通过对EKC理论的研究，发现在不同的国家或地区，不同的指标选取都会使得该曲线存在区别，并认为绝大多数曲线上的城市或地区已处于转折点右侧，也就是经济的发展会使大气质量水平越来越好。

在探究经济发展与环境污染的关系时，必不可少的要涉及能源消费因素。因为能源消费与经济发展之间是不可分割的，只有综合考量能源、经济与环境之间的关系才能更好地把握三者之间的相互影响。Melike E.Bildirieia等（2017）[6]对七国集团 1961-2013年的数据使用马尔可夫转换向量自回归模型（MS-VAR）进行分析，发现水电能源消费对环境污染是格兰杰单向关系，经济增长与环境污染之间存在双向因果关系。Faisal Mehmood Mirza等人（2017）[7]探讨了巴基斯坦能源消费、CO2排放与经济增长之间的关系，利用Granger因果分析发现能源消费、CO2排放与经济增长三者存在持久平衡的双向线性关系。国内的学者中，郝园园，曹洪忠（2021）[8]根据长三角地区1995至2018年的数据发现经济增长对能源消费和碳排放存在单向的线性关系，并且三者之间存在长期均衡的正向影响。杨志清（2021）[9]利用主成分分析法与熵值法结合建立评价模型对河南省2005-2017年3E系统的绿色发展水平进行评价分析。

本文借鉴3E系统理论模型思想，构建了向量自回归模型，实证研究明确了2000-2019年间湖南省经济增长、能源消费、大气污染排放三者之间时间序列上的均衡状态以及各变量之间的因果关系。

二、计量模型与实证研究

（一）研究模型与方法

1.本文借鉴3E理论模型思想，以能源-经济-环境为背景，塑造了三者之间的内在联系。参考陈丹临（2020）[10]构建的指标体系。

2.向量自回归（VAR）模型。VAR模型通过将系统内所有的自变量或因变量的经济周期波动指标的函数来构建模型，进而从单变量转变为由多元时间序列组成向量，把所有变量的前期值和当期变量进行回归分析，滞后指数为X的VAR（X）表达式为

其中，Yt为模型内部决定的变量向量；Xt为模型以外因素决定的变量向量；μt是模型内部造成波动干扰的变量向量，它们在同期时可能会相互影响，但不会与自身的滞后值有关联；A1，A2，…，Ap，B是待估系数矩阵。

（二）数据来源与处理

本文数据来源于2001-2020年《湖南省统计年鉴》，结合《湖南省统计年鉴》披露的数据以及可操作性，本文使用湖南省人均GDP（万元）代表经济增长指标、人均能源消费量（吨/人）为能源消费指标、人均大气污染排放量（万立方米/人）作为大气污染排放指标，并且取其对数值作为变量名在后续进行计算。

（三）平稳性ADF 检验

对于时间序列数据，必须本身或者其线性组合具有平稳性才能进行后续的协整检验并且建立回归模型。所以要先运用ADF（单位根）检验方法进行平稳性检验，根据结果显示，二阶差分序列△2LnPGDP、△2LnPE、△2LnPWG在1%时都能通过平稳性检验，，即为I（2）序列协整检验。

（四）协整检验

根据平稳性检验结果，对其进行协整检验可得到湖南省经济增长同能源消费、大气污染排放之间的以下三个标准化协整方程：

由上述协整关系式可以发现湖南省经济增长、能源消费以及大气污染排放之间存在持久的平衡线性关系。大气污染排放指标每增长1个百分点，人均生产总值将增加0.9497%；人均能源消费每增长1个百分点，人均生产总值将提升0.6686%。

能源消费与大气污染排放之间存在负的协整关系，同经济增长之间存在正的协整关系。长期来看人均工业废气排放每增加1个百分点，会对能源消费的影响下降0.0375个百分点；而人均生产总值每上升1个百分点会导致PE将增加0.5892个百分点。

同理，大气污染排放与能源消费呈负协整关系，即人均能源消费量每上升1%，人均工业废气排放将下降0.0287%，说明能源消费对湖南省大气环境的影响还不算特别大，与能源消费指标相比，经济增长指标每上升1%，污染物排放将增长0.6393个百分点。

（五）向量自回归（VAR）模型估计

根据AIC原则和SC原则，该模型最优滞后期为4期，运用特征根检验都落在圆内，该模型平稳，因此建立VAR（4）模型，模型结果如下：

表1 经济增长、能源消费与大气污染排放的VAR（4）模型估计结果

从估计结果可以发现：

1.湖南省大气污染排放对经济增长在滞后1期t值为4.33564，说明有显著的正向影响，系数为0.2058，LNPE每增加1%，LNPGDP就增加0.205751%，但滞后1期之后的影响不显著，到了滞后四期更是有显著的负向影响。说明湖南省的大气污染排放增长在短期内会刺激经济增长，长期会导致经济增长倒退。

2.湖南省能源消费对经济增长在滞后两期t值为5.18167证明短期内有显著的正向影响，系数为0.4724，从滞后三期开始t值为-1.09037影响不显著。

3.湖南省经济增长在滞后一期对能源消费有显著的正向影响，系数为2.401446，但滞后两期及之后的影响不显著，说明湖南省的经济增长在短期内会促进能源消费增多。

（六）格兰杰因果关系检验

通过格兰杰因果关系检验明确三者之间的因果关系，结果如下：

在10%的显著性水平下，原假设除了接受能源消费不是大气污染排放的格兰杰原因以及大气污染排放不是能源消耗的格兰杰原因外，其余的都拒绝。说明湖南省经济增长与大气污染排放互为因果，经济增长与能源消费也互为因果，而能源消费是大气污染的单向因果关系。

（七）方差分解

将向量自回归模型系统内各因素进行方差分解得到图1。

图1 湖南省2000～2019 年经济增长、能源消费与大气污染排放的方差分解

由图1可以得出：

1.湖南省经济增长变动方差主要由其自身解释且持续高位，保持在70%以上；由大气排放变动解释的部分由11.51%缓慢降低至3.76%；由能源消费变动解释的部分在第2期迅速达到17%，随后缓慢增加保持在20%左右。

2.湖南省大气污染排放变动方差由经济增长变动解释的部分逐步降低，由73.09%降低至51%～52%之间；由能源消费变动的解释部分逐步上升，在第2期迅速增加至16.42%，在第6期迅速增加至31.97%，随后保持在32%～34%之间。

3.湖南省能源消费变动方差由其自身解释的部分由第1期的64.50%迅速衰减至43.62%，随后保持在37%～39%间。由经济增长变动解释的部分呈现先增加后降低的趋势，由第1期的34.87%迅速增加到第3期的60.37%，随后缓慢降低，保持在52%～53%间；由大气污染排放变动解释的部分始终处于低位，不超过10%。

三、研究结论与建议

本文通过整合2000-2019年湖南省经济增长、能源消费以及大气污染排放的时间序列数据，构建三者之间的VAR模型，通过协整关系分析确定三者间持久平衡的关系，从而确定它们之间的因果关系，并利用方差分解法，得出经济增长、能源消费与大气污染排放之间互相的影响程度以及长期发展方向。最终得到如下结论：

1.湖南省经济增长、能源消费以及大气污染排放三者存在持久的互为正向影响关系，经济增长的加快与能源消耗、大气污染排放量增加之间相互刺激，但大气污染排放与能源消耗之间呈负协整关系，一方的增加另一方会有所减少。

2.从格兰杰因果分析来看，湖南省经济增长与大气污染排放、能源消费之间呈双向因果关系，能源消费对于大气污染排放来说是单向线性关系。证明能源消耗与大气污染排放对经济增长存在着推动作用，但若不提高资源利用率与产业结构的改变，会使得环境进一步恶化，能源消费的需求一直处在高位。

3.从方差分解来看，湖南省经济增长主要是自身因素对其造成影响且一直处在高位，大气污染排放对经济增长的影响持续降低，能源消费对经济增长的影响长期处在平稳状态；经济增长对能源消耗的贡献程度一直都比较大，前期迅速增加，后期维持在一个高值；大气污染受经济增长的影响前期有所下降但一直处在高位，受能源消费的影响迅速增加随后一直保持。

立足于上述结论提出以下建议：

第一，开发利用新型清洁能源，促进能源结构改革。目前湖南省能源结构以煤炭为主，且受科研水平、经济成本、自然资源等多方面因素影响，在接下来较长期的时间内难以发生根本性变化。因此，推动煤炭燃烧效率的增长，改善锅炉热效率，大力发掘煤气化、液化等煤炭类深加工产品的潜在价值，有利于降低二氧化硫、烟尘等污染物的排放量，减少酸雨、雾霾等环境污染事件的出现频次。与此同时，针对部分在技术改革方面存在困难的生产企业，相关部门在进行综合考量后可酌优提供财政扶持与科研助力。同时，必须大力推动城市产业转移与改革，积极发展电动汽车、生物制药等优质高新技术产业，同时进一步加大科研投入与力度，逐步加大核能、地热能、风能、潮汐能、太阳能等新型清洁能源在湖南省能源结构中的比例。

第二，改善革新生产结构及方式，提高能源总体利用率。结合马斯格雷夫与罗斯托经济成长阶段理论可知，目前湖南省的经济发展阶段仍处于走向成熟阶段，重工业在经济发展中占据重要地位，其中原料指向型及动力指向型工业为主体，长期以来难以摆脱对石化能源、电力的高度依赖，所以在保证经济持续稳定增长的同时，必须革新生产方式，全力推行高效环保的新兴生产工艺，大力引进现代化高科技生产线，在发挥湖南省传统产业优势的同时，保证大气污染物排放量的稳步降低。