经济增长与环境质量：关于环境库兹涅茨曲线的经验分析，本文主要内容关键词为：环境质量论文,经济增长论文,曲线论文,经验论文,环境论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
［中图分类号］F061.2;F061.5 ［文献标识码］A ［文章编号］0257-0289(2004)02-0087-008
一、引言
持续的经济增长会给一个地区、国家乃至全球环境造成更大的损害吗？抑或收入及财富的增长有助于改善生态环境质量吗？从世界各国和地区，特别是发达国家和地区的经济发展史看，大多经历过为促进经济增长而引致环境恶化的发展阶段。显然，这些问题的答案对于发展中国家选择合适的发展战略是至关重要的。
当前对人均收入（一般以人均GDP度量）与环境质量之间关系的研究，是过去三十年里环境经济学领域中关于经济增长对环境影响讨论的一个逻辑扩展。20世纪60年代，许多学者在质量守恒原理基础上分析了经济增长对于环境的意义。经济系统中产出的增长必然导致环境资源抽取量的增加，同时向环境中排放各种废弃物的存量也在增加[1]。1971年，《罗马俱乐部报告》指出：由于一些重要环境资源是可耗竭的，并且自然环境对于经济系统产生的废弃物的吸收能力有限，使得世界经济的增长是不可持续的。经济学家们对此予以反驳，认为在市场机制的作用下，稀缺环境资源价格的上涨会引致人们用非稀缺资源对其进行替代，从而可以避免稀缺资源强加于经济增长的极限。而人类发展史上有关稀缺资源不断被替代的证据也恰好支持了这一观点，市场驱动的反馈机制将使世界经济免遭“资源危机”这一点已经成为公认的事实。于是，争论的结果将人们对环境经济学的研究兴趣从资源枯竭问题转向了环境污染问题。
20世纪90年代，一系列污染物，如二氧化碳(
)、氮氧化物(
)、二氧化硫(
)、甲烷(
)及氟利昂(CFCs)等的排放造成了严重的环境后果，这再次引起人们对于经济增长的环境可持续性问题的关注和讨论。在这一阶段，经济学界认为，市场机制所能够解决的问题是有限的，因为许多重要环境问题的发生具有市场外部性，并涉及到全球或地区性的公共产品问题。而环境库兹涅茨曲线(EKC)及其所支持的命题——人均收入的增长最终将引致环境质量的改善：在较低的收入水平上，污染水平随收入的增长而上升，但在较高的收入水平上，污染水平随收入的增长而递减——提供了一个替代的解决方案。环境库兹涅茨曲线是Grossman和Krueger在分析特定的制度变迁——北美自由贸易协定——对环境的可能影响时的一个产物。人们普遍担心美墨之间更自由的贸易政策和直接投资可能会恶化墨西哥的环境污染问题，并降低美国的环境管制标准。为检验这一点，Grossman和Krueger利用简化型回归模型首次进行了人均收入与环境质量之间关系的实证分析[2]，他们发现在人均收入与环境退化之间存在一个倒U型的关系，并且，当一国人均GDP达到4000-5000美元（1985年的美元价格）的转折点时，经济增长趋向于减轻环境污染问题，这个收入水平正好与当时墨西哥的人均收入水平相一致。
无疑，Grossman和Krueger的分析和发现意义重大。如果EKC确实存在，或者在到达一定的转折点后，人均收入或财富的增长有助于改善环境质量，那么对环境破坏问题的解决还需依靠经济增长本身。这直接意味着促进经济增长应成为国际社会的首要政策目标。直观地说，环境库兹涅茨曲线有其合理性。经济结构的变迁、资源使用效率的提高、投入构成的变化及生产技术的改进会改变经济系统对稀缺生态资源的需求状况。除经济结构变迁外的其他三种因素是受价格驱动的。生产技术的竞争性创新使单位产出所使用的投入下降，再加上自然资源价格的变化，结果引致产品生产工艺的改进和更高的废物回收利用率。在某些情况下还包括对稀缺资源的替代和清洁生产技术的引进。而经济结构的变迁与收入水平有着更直接的联系。有历史证据表明，随着国民收入水平的提高，经济活动对环境资源的需求量将减少，并且单位产出所产生的废弃物水平也会下降，从而推动经济结构的变迁。几乎每一个发达国家或地区都经历过从“大烟囱”产业向高新技术产业和服务业的转变，后者的单位产出对环境的影响比第一产业和第二产业低得多。
继Grossman和Krueger之后，许多实证研究都表明，在大多数环境质量指标与人均收入之间的确存在一个倒U型的关系。Shafik(1994)发现安全饮水和卫生状况随人均收入的增长而持续改善，对于悬浮颗粒物(SPM)和则先恶化而后改善，但固体废弃物和碳排放量随经济的增长呈现持续恶化现象。Selden和Song(1994)考察了四种重要的空气污染物
排放问题，发现它们与收入之间都存在倒U型的关系。Xepapadeas和Amri(1995)证实对于大气中的浓度也存在同样的结论。Grossman和Krueger使用比1993年的研究范围更广的环境质量指标数据进行跨国分析，发现没有证据表明环境质量会随经济增长而持续恶化，相反，大多数指标在经济增长的初始阶段出现恶化，而后呈现出稳定改善的过程[3]。
上述分析均采用跨国的面板数据(panel data)或横截面数据(cross-section data)，而对一国或地区的实证研究则不多见。因此，还不能确定经济增长与环境之间的这种倒U型的关系是否对每个国家或地区都成立。即使在某些国家或地区存在这种关系，并不必然意味着在另一些国家或地区成立。Friedl和Getzner(2002)应用奥地利1960-1999年度经济增长与排放量的时间序列数据检验EKC假说，发现对数据拟合度最佳的是三次方型（N型）而非通常的倒U型关系。国内方面，范金以我国81个大中城市1995-1997年度氮氧化物、二氧化硫、总悬浮颗粒物浓度和年人均降尘量的面板数据对环境库兹涅茨曲线进行实证分析，发现除氮氧化物浓度外，其余污染物与收入确实存在倒U型关系，但二氧化硫和总悬浮颗粒物的转折点处于几乎不可能达到的高收入水平上（分别为人均24974058和7276610美元，1985年美元不变价）[4]。陆虹考察了我国人均排放量与人均GDP的关系，通过三次样条插值法扩展数据和利用状态空间模型分析，表明人均GDP与人均排放量的当前值与前期值之间确实存在相互之间的交互影响作用，而不是呈简单的倒U型关系[5]。
本文应用上海市环保局1990-2001年度有关空气质量的环境指标数据，进行了人均收入与环境质量间关系的系统性分析。回归模型采用了包括线性(linear)、对数到线性(lin-log)、线性到对数(log-lin)及双对数(log-log)等多种函数形式，而非简单地就某个单一模型展开分析，并通过一系列统计检验，选取对经验数据拟合最优的模型作为估计结果。本文第二部分给出了环境库兹涅茨曲线的一个微观解释，第三部分描述文章分析所采用的环境质量指标、有关的解释变量、回归模型及其估计分析，第四部分则是经验研究所得出的结论。
二、环境库兹涅茨曲线：一个微观解释
在这一部分中，我们将考察环境库兹涅茨曲线存在的微观基础。为简化分析，我们主要考虑两个要素：对环境服务的需求和消费对污染排放的影响。这样，人均收入与环境质量之间的倒U型关系依赖于两个命题。与第一个要素相联系的命题是：环境所提供的服务，即环境舒适性，是一种奢侈品，也就是说，对环境舒适性的需求的收入弹性大于1。如果这一点成立，那么随着人均收入的增长，用收入换取环境舒适的意愿水平就会随之上升。而对于后者也有一个相应的命题：随着收入水平的上升，消费对污染的负效应递减。直观地看，随着国民收入水平的提高，经济结构会发生变迁，从而生产和消费结构也会随之变化。下面通过一个最优化模型来讨论EKC假说。该模型是对McConnell的简化[6]：我们忽略了动态选择过程。
我们假定消费者的偏好取决于消费水平C和环境提供的服务（环境舒适性）S，这样，效用函数可表述为：
U(C,S)
(1)
其中
。出于简化，假定效用函数具有可加可分性，即
。我们还假定环境质量是一种重要的生产性投入要素，于是生产函数可表述为消费引致的污染P和要素F的函数：
Y=Y(F,P)
(2)
其中F表示包含资本、劳动等要素在内的投入束，
，并且污染的边际损失递增
，污染水平的变化不影响要素的生产率
。此外，假定S是污染水平的函数：
S=S(P)
(3)
以及P取决于消费水平C和减排支出A：
P=P(C,A)
(4)
不失一般性，为简化分析，我们只考虑社会计划者将收入分配于消费和污染减排的情况。这样，他面临一个由消费C和环境服务S定义的生产可能性边界：
S=S(P(C,Y-C))
(5)
因此有：
在生产不受污染水平影响的情况下，环境服务与消费之间的边际转换率为：
这意味着生产可能性边界是凹的：
然而，当污染水平可以影响到生产活动时，边际转换率的符号就取决于
的符号。由于C=Y-A，那么
表示每增加一单位减排支出对消费的影响。只要每增加一单位额外的收入用于污染减排的净效应为负
，在环境服务与消费之间就存在一个权衡。通过污染减排而对环境质量的任何改善都意味着消费水平的下降。当每增加一单位额外的收入用于污染减排的净效应为零
时，生产可能性边界的斜率就趋近于无穷，这样，减少污染减排支出会在不增加消费的情况下使环境质量下降。
环境库兹涅茨曲线
环境服务是一种奢侈品的假定对社会计划者的偏好施加了一些额外的限制，如上图(a)所示，这表明随着经济的增长——由生产可能性边界向外移动时的生产扩展线表示——人们用环境的舒适性换取消费的意愿水平会下降。这与环境库兹涅茨曲线假说是一致的：消费水平的上升与经济处于较低收入水平时对环境服务的需求下降相联系，然而，在较高的收入水平上，消费水平的上升将与对环境服务的需求的增加相联系。
根据前述假定，社会计划者的最优化行为可用下面的模型来描述：
假定存在一个内解，则通过建立拉格朗日函数来解这个最优化模型，可得：
其中
为该有约束的效用最大化模型中二阶条件所涉及的加边海赛行列式，最大化的二阶条件要求满足
，这样，当收入增加时污染水平变化的符号取决于(9)式方括号中的表达式。当产品和劳务的生产对效用的影响（λ）和消费对污染的影响
都较大，而污染对环境服务的影响
较小时，污染水平随收入的增长而递增。减排对污染的影响
及污染对生产的影响
大小对污染的效应是不确定的，它取决于消费的边际损失的变化率
。
根据(9)式和(10)式及有关生产函数的假定，我们可求得对环境服务需求的收入弹性：
其中
是对环境服务需求的消费弹性。这样，正如EKC假说，我们可确定地得到如下结论：污染水平随收入增长先上升而后下降。在较低的收入水平上，如果消费对污染的边际影响及整个社会对产品和劳务的消费倾向都很高，或者污染减排的边际影响及人们对环境服务的消费倾向很小，收入增长会导致污染水平上升；另一方面，如果环境服务的确是一种奢侈品，收入增长将导致污染减排支出对消费支出比率的上升。当收入水平通过两个传导机制（消费和污染减排）对污染的净边际效应为负时，污染水平将随收入的上升而下降。这样，模型给出了一个关于经济增长与环境退化之间负相关(de-linking)的合理解释。
三、经验证据：数据、方法与估计分析
环境质量可以从多个维度进行度量。空气、水、自然环境的美化和生物物种的多样性都会影响到我们的生活，人类的生产活动受到气候、降雨及土壤养分等条件的制约，我们承受着过度拥挤、噪声、水体和大气污染、土壤退化、毁林等带来的不便。环境质量的每一个方面都会以不同方式对经济增长作出反应，因此，对经济增长与环境质量关系的经验分析应尽可能综合、全面。遗憾的是，这类分析往往受到缺乏数据的困扰而限制了其研究范围。只是在近年来一些国家和地区才开始注重对环境质量的某些方面展开仔细的评估，但也只有少量的环境指标数据可供参考。
空气质量指标是经验分析中使用最广的一类环境质量变量，本文试图借助于上海市环保局提供的1990-2001年度上海市大气污染数据进行有关EKC假说的实证研究。根据数据的可得性和可靠性，我们的空气质量数据包括二氧化硫、总悬浮颗粒(TSP)、氮氧化物和一氧化碳(CO)等大气主要污染物的浓度(mg/
)。数据样本中还缺乏一些重要的城市空气污染物，特别是产生臭氧空洞和温室效应的污染物，如CFCs、和等。从18世纪第一次产业革命开始，首先威胁人类生存和生活的是大气污染。大气污染直接导致城市、森林、草场、植被、水系等生态平衡的破坏，降低生态系统消纳污染物以及维持良性循环的能力。二氧化硫、氮氧化物和悬浮颗粒在许多城市的空气中浓度很高并严重影响到人类健康和自然环境。1995年，中国二氧化硫的年排放量居世界第一，上海、北京和天津的总悬浮颗粒、二氧化硫及氮氧化物的浓度不仅远高于世界卫生组织关于大气质量的年平均值，而且位于世界大城市大气污染前列[1]。二氧化硫和悬浮颗粒会引致肺部损伤及其他呼吸系统疾病，长江以南不少地区出现的酸雨，均与二氧化硫的存在有关。氮氧化物的危害表现在易引起慢性支气管炎、肺部纤维化、中枢神经受损和抑制植物生长、果叶脱落等方面。一氧化碳对人体的危害主要是引起煤气中毒。这些污染物的来源包括燃烧矿物燃料、汽车尾气、黑色金属和有色金属冶炼加工业、建材－非金属矿制品业和化学工业等。
研究一个既定国家或地区的经济增长与环境质量之间的关系，需要考虑对环境质量起决定作用的如下一些因素：人均收入（以人均GDP度量）；人口密度；技术；禀赋如气候、地理条件和资源禀赋等。我们主要分析人均收入对环境质量的影响，同时还考察上述其他因素的作用。人均收入用于分析经济增长对环境质量的直接影响，人口密度也是影响环境的一个重要因素。对于技术，如第一部分所述，它能够直接影响环境质量，我们可用一个时间趋势作为其代理变量。而禀赋则可以通过回归模型中的常数项得到解释。为考察贸易对环境的影响，模型还包含了“贸易开放度”这一变量，它定义为进出口贸易总额对GDP的比率。人均GDP数据来源于《上海统计年鉴2002》，并应用零售物价指数折算成以1985年为基期的实际GDP。
我们的回归模型沿用简化型这一基准函数形式，这样做有两个优点：首先，与估计结构型方程相比，简化型模型的估计结果可以告诉我们人均收入对环境质量的净影响；其次，简化型模型可以免去我们收集有关污染管制和技术状态数据的烦扰，这些数据很难获得且有效性存在疑问。具体地，我们以下式作为基本函数形式：
其中E为环境质量指标，t为时间趋势变量，
表示第t期的人均收入，
是影响环境质量的其他变量构成的k维向量，如在本文中包括人口密度（以P表示）和贸易开放度（以TRADE表示），
为误差项。为获得模型的正确设定，我们估计了该基本函数的线性(lineay)、对数到线性(lin-log)、线性到对数(log-lin）及双对数(log-log)等多种形式，并通过序列相关／自相关、模型的结构稳定性及数据的平稳性等一系列统计检验，选取对经验数据拟合最优的模型作为最终估计结果。
因为我们是采用时间序列数据进行分析，所以首先考察了数据的平稳性问题，通过应用ADF和phillips-Perron检验方法，表明所有变量其数据的水平值（包括取对数后的水平值）在10%的显著性水平上都是平稳的，因此，不必进行差分分析，可直接利用基准模型进行估计，其结果如下表所示。除CO，所有模型均不存在自相关，检验表明CO模型在P=0.013的显著性水平上存在二阶自相关，进一步对残差序列进行ARCH效应检验，在p=0.036上存在ARCH(2)效应，因此我们建立了一个ARCH(2)模型对CO进行估计分析。
下表还报告了各模型中对收入项系数的联合检验，所有p值均小于1‰，证明收入水平的确是环境质量的一个重要的决定因素。然而，在所有模型中，用于检验技术变迁对环境影响的时间趋势变量在统计上均不显著，因此，模型中没有报告其结果。贸易开放度对和CO有显著影响，人口密度仅在中是显著的。
环境库兹涅茨曲线假说检验
说明：括号中的数据为标准差，F(S)为拉姆齐RESET检验统计量，用于判断模型的结构稳定性或设定偏误。
*转折点与U型或倒U型曲线相对应，如图(b)所示。比方说，对于本文中的倒U型曲线，转折点是指该曲线由递增转向递减的那一人均收入水平。
估计结果表明，对于TSP而言，最优拟合函数是一个三变量的双对数模型，没有出现三次方项，平方项的系数小于零，因此人均GDP与TSP的浓度表现为倒U型关系，与环境库兹涅茨曲线假说一致。转折点发生在2990元处（所有的转折点都是1985年人民币不变价），低于其他研究的结果［如Shafik(1994)为3280美元，范金(2000)为7276610美元，均为1985年美元不变价］，但与上海市的实际情况相当吻合，目前上海市TSP的浓度处于一个稳定下降的过程。对拟合最优的是一个线性二次模型，并且也呈现倒U型关系。结果还显示人口密度对污染水平有一正的影响，但贸易开放度有助于改善其环境质量，转折点位于16667元处（可能由于我们的研究采用的是上海市的时间序列样本数据，所以得到的结论与范金(2000)不同，在他的结论中，人均GDP与的浓度呈正U型关系）。CO表现为线性的三次方模型，由于三次方项的系数为负，二次方项的系数大于零，这样，人均收入与CO的浓度的关系先呈正U型，然后呈倒U型关系，即随着收入水平的增长，CO的污染状况经历改善——恶化——再改善的过程。但从转折点看，正U型发生于6413元处，倒U型位于8825元的水平上，所以大体上，人均收入增长有助于改善CO的污染水平。另外，结论显示贸易开放度的提高会恶化CO的污染水平。与前三者不同的是，的浓度与经济增长表现为正U型关系：随收入水平的提高，其污染状况先是持续下降，在到达11139元的转折点后，则随人均GDP的增加而持续恶化。这与前人的许多研究相矛盾[2][3][8]]通过对实际情况的分析，我们认为这一现象与伴随经济发展的能源使用政策有关。上海市大气污染属以煤烟型为主的复合型污染，这与以燃煤为主要能源密切相关。随着经济的发展，石油、天然气等含硫低的能源使用比重逐渐上升，并从澳大利亚等国大量进口洁净煤，这种能源政策的变化可以解释正U型曲线向下倾斜的部分；然而，能源消费的增长效应可能超过能源的替代效应，这又会引致大气中浓度的上升。
四、结论
本文针对环境库兹涅茨曲线假说进行了较为系统的分析。文章首先给出了一个EKC的微观解释，并应用上海市环保局1990-2001年度有关空气质量的环境指标数据，通过回归一个简化型模型检验了人均收入与环境质量之间的关系。我们发现，对于多数指标而言，环境库兹涅茨曲线假说成立，即经济增长起初会造成环境质量恶化，但到达一个转折点后，经济增长将会改善环境污染状况。并且证实不同的环境质量指标对应于不同的转折点。因此，总体上讲，经济增长最终将引致环境质量的改善，对环境破坏问题的解决还需依靠经济增长本身。但另一方面，我们必须谨慎地看待这些发现。首先，尽管研究表明经济增长最终会改善环境质量，但没有理由相信这一过程会自动发生。对现有的污染减排实例的考察表明，收入增长与环境退化之间的负相关关系事实上是通过政策响应(policy response)来实现的。富裕国家或地区之所以享有更洁净的城市空气和更清洁的水源，在于制定了更严格的环境质量标准并对环境保护法律的严格执行。其次，既定形式的EKC反映特定时期的经济、政治和技术条件，但它不是一成不变的，而是有一个动态变化的过程，随着环保意识的提高和清洁生产技术的发展，完全有可能在比预期更低的收人水平上实现环境质量的改善。最后，在概念上接受这一倒U型关系并不意味着环境退化只是与经济发展阶段相联系的一个暂时现象，或者说经济发展到一定阶段环境恶化问题会自然得到解决。因为，如果环境退化超过一定的生态阈值，环境退化就变得不可逆了，环境得以恢复要么变得不可能，要么需要付出高昂的代价。因此，环境库兹涅茨曲线不能被用作“先污染，后治理”的借口，而是需要相应的政策措施来防止倒U型曲线超出生态阈值。
［收稿日期］2003-5