山东省“三废”排放与经济增长关系及其影响研究*

高晓龙，戴铁军，陈 鸣

（北京工业大学循环经济研究院，北京 100124）

国内外大量研究采用环境库兹涅茨理论（Environmental Kuznets Curve，EKC） 分析环境压力与经济增长之间的关系，其为研究提供了宏观的研究尺度。理论表明，当一个国家（地区）经济发展水平较低的时候，环境污染的程度较轻，但随着人均收入的增加，环境污染由低趋高，环境恶化程度随经济的增长而加剧；当经济发展到达某个临界点或称“拐点”以后，随着人均收入的进一步增加，环境污染又由高趋低，其环境污染的程度逐渐减缓，环境质量得到改善，即环境污染程度与人均GDP呈现倒“U”型曲线关系。在发达国家和新兴工业化国家（地区）大量研究证明二氧化碳、二氧化硫、污水等与其经济增长呈现倒“U”型关系［1］，刘荣茂等［2-6］验证了环境库兹涅茨理论，但谢贤政等［7-8］的结论却不支持。笔者采用环境库兹涅茨理论分析山东省“三废”排放与经济增长之间的关系，并通过灰色关联度分析方法探究其成因，以期为制定环境政策和掌握经济发展规律提供依据。

1 研究方法

1.1 指标选取、数据的来源

构建污染物排放与经济发展水平之间关系的计量模型需要考虑：跨越不同发展阶段且有一定长度的时间序列；具有代表性的环境经济指标；具有可获得性的环境经济数据。鉴于以上3个条件，本研究时段选择1981—2012年；环境指标选取人均生活污水排放量、人均工业污水排放量、人均SO2排放量、人均烟尘排放量、人均工业固体废物排放量；经济指标选取山东省1981—2012年人均GDP（数据根据1980年价格水平进行调整）。数据来源于《山东省统计年鉴》 （1980—2012）。

1.2 计量模型的选择

在实际模型构建中，国内外学者通常选用的模型有公式（1）～（3）［9］：

式中：Y为人均“三废”排放量；X为人均GDP；α0、β1、β2、β3为模型参数；ε为随机误差项。其中模型参数β1、β2、β3具有重要意义，根据其取值的不同可反映环境状况与经济发展之间的关系。即：①当β1≠0，β2=0，β3=0时，环境状况与经济发展之间呈线性关系；②当β1＞0，β2＜0，β3=0时，环境状况与经济发展之间呈倒“U”型EKC；③当β1＜0，β2＞0，β3=0时，环境状况与经济发展之间呈“U”型曲线关系；④当β1、β2、β3都不为0时，环境状况与经济发展之间呈三次曲线关系。

分别对模型（1）～（3）进行模拟，并根据曲线的拟合度及参数的显著性结果选取模型。

1.3 灰色关联度方法

灰色模型理论（Grey Model）是邓聚龙于1982年创立的一门新兴横断学科。灰色关联度分析方法（Grey Relation Analysis，GRA） 是灰色理论的一种统计分析方法［10］，其基本思想是，以因素的数据列为依据，用数学的方法研究因素间的几何对应关系，两者曲线几何形状越接近，相应序列的关联度就越大，反之越小。所以灰色关联度分析弥补了传统回归分析的不足，对样本量和样本规律性的要求较低，适用于对环境库兹涅茨曲线成因的分析［11］。

根据灰色关联度的计算原理，分析山东省“三废”排放与影响因子的灰色关联度的基本步骤如下［12］。

1）选择参考序列和比较序列，并收集相关数据。本文分别以“三废”排放量（废水排放量、工业废水排放量、SO2排放量、烟尘排放量以及工业固废排放量）为参考序列：

污染物排放量的各影响因子数据为比较序列：

2）对数据进行无量纲化处理。由于收集的数据有不同的量纲，因此，首先需要对各序列进行初始化处理，即每个序列均除以该序列的平均值，从而得到新序列：

3）计算关联度系数。求出经初值化处理的参考序列Y0，比较序列Yi之间的关联度系数：

ρ为分辨系数，且ρ∈[0，1]，通常取ρ=0．5。

4） 计算关联度。参考序列X0与比较序列Xi之间的灰色关联度计算公式为：

2 结果分析

2.1 山东省“三废”排放与经济增长关系的模型

统计模拟结果（见表1） 表明，山东省1981—2012年人均“三废”排放量与人均GDP之间的关系并不都符合标准的环境库兹涅茨曲线（倒“U”型） 关系，还有直线、正“U”、“N”（三次曲线）以及倒“N”型曲线。由于多项式拟合取足够高的次数可以逼近任何一种散点图，R2越接近100%，因其损伤机理和趋势的信息，所以统计上采纳在拟合优度及显著性差异不大时，取低次方程模型拟合的原则，反映数据变化的趋势［13］。

表1 山东省“三废”排放与经济增长计量模型模拟结果

2.2 山东省“三废”排放量环境库兹涅茨曲线

曲线模拟结果（见图1～5）分别表明了人均环境污染排放与人均GDP之间的拟合关系：

人均生活污水排放量与人均GDP之间三次函数的拟合较二次函数优（决定系数R2=0．98，F检验值420．69，通过检验，P值小于0．01），故采用三次函数。根据参数统计结果，得出人均生活污水排放量（Y） 与人均GDP（X） 的函数关系为：Y=65．68+6．41X-8．85×10-5X2+4．81×10-8X3，拟合的环境库兹涅茨曲线见图1，呈“N”型。从拟合曲线看，人均污水排放量在人均GDP 2 000元/人处停滞后随着人均GDP的增长以极快的速度增长。说明随着人们生活水平的提高，生活污水排放量呈快速增长趋势。

图1 人均生活污水排放量库兹涅茨曲线

人均工业污水与人均GDP 3种拟合曲线都不太显著，选择三次模型（决定系数R2=0.865，F检验值60.55，通过检验，P值小于0.01） 较为适宜。根据参数统计结果，得出人均工业废水排放量（Y） 与人均GDP（X） 的函数关系为：Y=12 911-1.71X+5.59×10-4X2-3.15×10-8X3，拟合的环境库兹涅茨曲线见图2，呈倒“N”型。在人均GDP 2 000元/人处人均工业污水排放量变化范围比较大，后随着人均GDP增长快速增长，但达到2 000 kg/人的人均工业污染量之后又回落。

图2 人均工业污水排放量库兹涅茨曲线

人均SO2排放量与人均GDP的散点图（见图3）总体呈下降趋势，但过程起伏比较大。3种拟合曲线都不显著，所以都不采用。由图3可知，在人均GDP 2 000元/人左右时人均SO2排放量起伏比较大，后随着经济条件的改善，排放量总体呈现下降趋势，但过程中有些点浮动大，说明人均SO2排放量与人均GDP关系不显著。

图3 人均SO2排放量与人均GDP散点图及拟合曲线

人均烟尘排放量与人均GDP 3种拟合模型中，三次模型和二次模型拟合效果接近，为更能反映其变化的趋势，所以选择二次模型（R2=0.909，F检验值140.31，通过检验，P值小于0.01） 更合适。根据参数统计结果，得出人均烟尘排放量（Y） 与人均GDP（X） 的函数关系为：Y=18.49-3.7×10-3X+2.36×10-7X2，拟合的环境库兹涅茨曲线见图4，呈“U”型。由图分析，人均烟尘排放量随着人均GDP的增长快速下降，在触底后呈现反弹的趋势。

图4 人均烟尘排放量库兹涅茨曲线

人均工业固体废物与人均GDP的3种模型拟合效果相近，所以选择一次曲线更能反映其变化趋势（R2=0.982，F检验值1 571.7，通过检验，P值小于0.01），拟合方程为Y=2 465.67+0.15X。由图5可知，人均工业固体废物随着人均GDP增长而增长，呈现高度的线性相关关系。

图5 人均工业固废排放量库兹涅茨曲线

通过对人均生活污水、人均工业废水、人均SO2、人均烟尘以及人均工业固体废物排放量等指标与人均GDP的3种模型拟合，发现环境库兹涅茨曲线并不必然呈现倒“U”型关系，还有直线、“U”、“N”、倒“N”型。也进一步证明，随着经济条件改善，环境污染并不必然降低，还需要政府的政策调节。在人均GDP 2 000元/人时，人均SO2、人均烟尘排放量都比较严重，后随着经济条件的改善，污染程度有所减轻，但仍呈现反弹趋势。而人均生活污水、人均工业污水、人均工业固体废物排放量等随着经济增长，除人均工业废水排放量有回落趋势外，污染程度愈加严重。

2.3 山东省环境库兹涅茨曲线影响的灰色关联度分析

为进一步探究山东省环境库兹涅茨曲线成因，拟对1981—2012年环境质量状况（废水排放总量、工业废水排放量、SO2排放量、烟尘排放量以及工业固废排放量）与影响因子（见表2）之间进行灰色关联度分析；根据已有研究得到，影响主要来自经济发展水平、产业结构、能源生产、城镇化水平、交通运输以及环保效力等6个方面［9］，通过计算污染物排放与其影响因子的灰色关联度数值对拟合的库兹涅茨曲线进行成因分析。

通过关联度计算得到表3，列出了环境污染指标与不同影响因子之间的灰色关联度。其中，生活污水、工业污水排放量与不同影响因子之间的关联度都不显著，表明经济发展水平及城镇化水平不是影响生活污水和工业污水排放的重要因素，还有其他因子导致生活污水和工业污水排放量不断上升，需要进一步研究。

表2 影响山东省环境状况的经济、社会因子

二氧化硫和烟尘排放量的影响因子相同，而且关联度都很显著：GDP、工业产值、第二产业比重、城镇化率、城镇居民人均可支配收入、用气普及率、交通运输车辆以及城市人均绿化面积都在0.98以上，说明经济发展水平以及城镇居民生活水平对两者排放量的降低都起着重要作用；与原煤生产和能源生产总量的关联度分别为0.93、0.88，表明降低能耗水平，对产生污染的能源生产企业进行关停并转的措施是有效的。

工业固体废物与其影响因子之间的关联度都很显著，得到0.93以上。表明经济发展水平对排放量的增长仍然起着重要作用，过度依赖重化工业的产业结构，不仅阻碍城市化的进程，而且消耗大量的资源、能源，产生越来越多的工业固体废物亟待处置，对环境和人类健康产生重大影响［14］。

环境效力方面选择城市人均绿化面积因子作为改善空气质量的投入力度指标，也是间接的反映政府为改善环境质量的投入力度，但其与生活污水排放量、工业污水排放量之间的灰色关联度都不高，却同二氧化硫排放量、烟尘排放量以及工业固体废物排放量的灰色关联度呈现显著关系，说明空气质量改善的成果是显著的，但类似改善空气质量的投入力度对污水、固体废物的减量化作用微弱。所以加强政府对环境的保护力度尤为重要。

表3 环境质量指标与影响因子之间的灰色关联度

3 结论

1）通过山东省“三废”排放与经济增长的数据分析，表明倒“U”型的环境库兹涅茨曲线只是经验型曲线，而不是普遍的准则，环境库兹涅茨曲线还有直线、“U”、“N”、倒“N”等类型。结论表明，经济的增长并不必然带来环境质量的改善，即随着经济的增长，环境污染先增加，达到某一拐点（人均GDP值）后环境质量得到改善不是自发的，所以政府、社会团体以及每个公民在改善环境质量方面还有空间。

2）“三废”的不同库兹涅茨曲线也表明，山东省目前处于“局部改善，整体恶化”的境地，虽然空气质量有所改善，但生活污水、工业污水以及工业固体废物排放量仍在增长，有恶化的趋势。况且自然环境的自净能力是有限的，所以在经济高速发展的同时应考虑生态系统的承载力。

3）“三废”的环境库兹涅茨曲线的灰色关联度分析表明，经济发展水平以及城镇化率不是导致环境污染的唯一因素，产业结构、能源生产、交通运输以及环境效力都对其有影响，只是作用程度不同，而且影响因子对不同污染物排放量的影响程度需要进一步的研究。

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［14］山东省环境保护厅.环境质量状况公报（2003—2012）［EB/OL］.http://xxgk.sdein.gov.cn/xxgkml/hjzkgb/.