基于环境污染的经济增长模型——以广东省为例

一、问题的提出

当各个国家在大力发展经济时，一个严重问题摆在了我们面前：经济发展同时，环境却遭到了严重的破坏。并且从世界各国和地区,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。

有关学者从经验的数据得出了经济发展和环境污染之间“倒U”型的关系，即环境库兹涅茨曲线经验假说。“一般来说，在特定的生产能力下要想获得较高的经济增长，就要使用更多的污染物，从而放弃一定质量的环境，产生更高的环境污染水平。反之，若要减轻环境污染的危害，就势必以降低经济增长率为代价。”[1]（张巨勇，2004）人们都在疑问：发展中国家是否也存在这样的关系，是否也必须经历“先发展、后治理”的模式？

要回答这些问题，首先必须弄清楚，经济增长和环境污染之间到底存在什么样的关系，由哪些因素在影响这些关系的成立，具体怎么起作用。这不仅能帮助我们认清问题，并且对于我们进一步采取措施，促进经济发展，减少环境污染具有更加现实的意义。

本文就以William A. Brock and M. Scott Taylor（2004）的研究为基础，以广东省为例，考虑环境污染这个变量，分析经济发展和环境污染之间的关系，并找出影响因素及其作用。  

本文以下的部分是这样安排的，在第二部分中，理论回顾，对环境库兹涅茨曲线及国内外对这一问题的研究作简单评述，并对经济增长理论作一个简单的回顾；第三部分，以William A. Brock and M. Scott Taylor（2004）的研究为基础，考虑环境污染因素，分析当经济收敛于平衡增长路径时环境污染和经济增长（人均收入水平）的关系；第四部分，以广东省为例，建立计量经济模型进行实证分析；最后，结论与启示。

二、有关理论回顾

（一）关于环境库兹涅茨曲线的相关研究

1、环境库兹涅茨曲线提出的背景及意义

美国经济学家西蒙·库兹涅茨在1955 年提出经济收入差异与人均收入之间关系呈现倒形曲线关系. 该倒形曲线就被称为所谓的库兹涅茨曲线。

1990年美国经济学家格鲁斯曼（Grossman）和克鲁格（Krueger）在对66 个国家的不同地区内14 种空气污染和水污染物质12 年（空气污染物：1979-1990；水污染：1977-1988）的变动情况进行研究后发现，污染程度随人均收入增长先增长而后下降，其峰值大约位于中等收入阶段，即大多数污染物质的变动趋势与人均国民收入水平的变动趋势呈倒型关系。于是提出了 “环境库兹涅茨曲线（EKC）”假说。（见图1）很多经验研究也表明经济发展初期环境污染程度较轻, 但污染程度随着收入的增加而趋于严重；当收入达到一定程度时，环境污染反而会随着收入的增加而减少。

环境质量人均收入水平

图1：环境库兹涅茨曲线

如果环境库兹涅茨曲线(EKC) 及其所支持的命题是正确的，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。

2、国内外相关研究

继Grossman和Krueger(1993)之后，很多学者对环境污染和经济增长的关系作了相关研究。

（1）通过实证研究表明，大多数环境质量指标与人均收入之间的确存在倒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SO₂则先恶化而后改善，但固体废弃物和炭扩散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(即SO₂、CO₂、NO₂和SPM)排放问题，发现它们与收入之间都存在倒型的关系。Grossman和Krueger(1995)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。 Lucas(1996)验证了在二氧化硫、二氧化碳、二氧化氮、铅、氟利昂、固体废弃物等污染物与经济发展之间的倒U关系。

国内方面，吴玉萍等选取北京数据建立经济增长与环境污染水平计量模型, 发现了显著的倒U 形曲线特征, 而且比发达国家更早地达到了转折点, 认为北京施行了比较有效的环境政策。陈华文、刘康兵（2004）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论证了人均收入与环境质量之间的关系。结果发现，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，经济增长又会引致环境污染状况的改善。并且证实不同的环境质量指标对应于不同的转折点。

（2）认为不能简单地认为倒U型关系的存在。

Friedl和Getzner(2002)应用奥地利1960－1999年度经济增长与CO₂扩散量的时间序列数据检验假说，发现对数据拟合度最佳的是三次方型(型)而非通常的倒型关系。国内方面，范金(2000)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﹩24974058和﹩72766101985年美元中间价)。陆虹(2000)考察了我国人均CO₂扩散量与人均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CO₂扩散量的当前值与前期值之间确定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。

（二）关于新古典经济增长理论的简单回顾

Harrod.R.(1939)和Domar.E.(1946) 根据Keynes的理论分别独立地建立了经济增长理论。但是得出的结论过于悲观，且不稳定性的结果与二战后西方国家实际经济波动也不完全相符。Solow修正了Harrod模型的生产技术假定，得出了经济稳定增长模型，从而奠定了新古典增长理论的基础。Cass-Koopmans(1965)将消费者最优化分析引入到Solow模型中，从而内生化了储蓄率，建立了一个更为一般的经济增长模型。由于Cass-Koopmans采用的数学形式来源于Ramsey(1928)的论文。所以该模型又叫Ramsey-Cass-Koopmans模型。Diamond把做出决策的家庭看作是有限寿命的，就发展了一个“世代交叠模型”（overlapping-generations model）。David Romer的技术进步内生增长模型和Lucas的人力资本内生化增长模型都是在Solow模型基础上而得到的。

正如David Romer本人所说那样：“索洛模型是几乎所有增长问题研究的出发点，甚至于那些从根本上不同于索洛模型的理论通常也许在于索洛模型的比较中才能得到最好的理解。因此，要理解各种经济理论就得首先理解索洛模型。”[2]所以本文的分析，也以索洛模型为基础，引入环境污染的因素。

三、模型分析

1、模型的假设

[1]我们以Solow模型为基础[3]。该模型包含四个变量：产量（Y），资本（K），劳动（L）和“知识”或“劳动的有效性”（A）。 产出是关于有效劳动和资本的规模报酬不变的严格凹的函数。假定劳动、知识、资本三个存量随时间变动。劳动和知识（技术进步）以不变速度增长，资本由储蓄和折旧两部分决定。这样我们可以得到如下式子：

其中，n表示人口增长速度，g表示知识（技术）的增长速度。

[2]污染因素模型化

假设每单位经济活动产生单位的污染，总经济活动用F表示，污染是经济活动的副产品。[4]如果存在环保的努力，就会对产生的污染有一定消除作用，那么扩散到大气中的污染量就小于经济活动所产生的总污染量。假设“环保变量”是关于整个经济活动量F和用于环保所耗费的经济活动量的递增和严格凹函数；如果环保水平是P，那么环保使产生的总污染减少的量就为，这样，我们有：

扩散到环境中的污染量=经济活动产生的污染量—环保抵消的污染量

其中，。表示用在环保上的经济活动所占的比重，并且环保函数满足，满足凹性。环保对污染的减少具有积极作用，但是该作用是边际递减的，有时候我们可以采取一种特殊的形式。

[3]我们把假设1和假设2结合起来，并把环保努力考虑进去，产出中可以用来消费和投资的部分Y，就变成了。

   同时，为了使我们的假设更加符合实际，我们假定大自然具有自我净化的能力，所以污染的存量X（stock of pollution）和污染扩散变量E（flow of emissions）之间的关系应该用下面的式子来表示：   

其中，表示大自然自我净化的速度，表示环境状况非常好，处于原始质朴状态，不存在污染。

[4]环保技术的进步能提高环保的效率，从而能够更多地抵消污染量，也即对产生的污染量具有减低的作用，假定环保方面技术的进步降低的速度为。

至此我们完成了模型的全部假设，综合上面的假设，并产量、资本、污染化为密集形式，

我们就得到这样一个新的模型：

2、模型的分析

（1）模型均衡分析

假设生产函数Y满足稻田条件，当固定时，跟Solow模型中一样，经济会从任何一个初始值，收敛于唯一的点。当经济在平衡增长路径上时，总产出、总消费、总资本将以的速度增长，而相应人均产出、人均消费、人均资本将以g 的速度增长。其中，。但是，环境的恶化会破坏这一均衡的发生。从方程（6）中我们可以看出，当k沿着平衡增长路径趋近于固定值时，平衡增长路径上总的污染扩散增长速度，可能是正的，也可能是负的：

其中，表示平衡增长路径上总产出对其产生的影响，g_p表示环保努力中技术进步所产生的技术影响。这样我们从方程（3）可知，只有当时，在平衡增长路径上，污染存量X才可能会以不变的速度增长。

    假定在平衡增长路径上，持续经济增长能导致人均消费的上升和环境的改善。持续的增长，只有满足下面的条件，才可以实现。

    产品生产中技术的进步对人均收入的增长很关键，环保污染方面技术的进步必须超过总产出的增长速度，才能保证污染的降低和环境的改善。

（2）经济增长和环境污染关系分析

由于经济随着时间增长，所以污染的扩散量E会随时间而变化，那么在时间t它的表达式是：         

      其中，和是初始条件。由前面式子给出。

对上式两边同时对时间求偏导数，可以得到污染扩散量的增长速

  单位有效劳动的资本变化率为：

由上述（10）和（11）两个表达式，我们可以在二维图上画出动态变化。

图2：考虑环境污染的经济增长模型

  在图2的上半部分，是关于单位有效劳动资本变化率(a 倍的)和总扩散量增长变化率的一个关系图，其中，纵轴表示，横轴表示单位有效劳动资本。

我们假设增长是持续的，

从图2上的分析，我们可以得出以下几个命题：

命题一：如果增长是持续的，且，那么，扩散量增长的速度刚开始是正的，但很快就会变成负的。如果增长是持续的，且，那么扩散量的增长速度一直是负的。如果增长是不持续的，扩散量会随着时间降低，但一直是正的。

命题二：具有相同参数值而初始条件不同的经济，会产生不同的关于人均收入和扩散量的形状。扩散量的峰值和与之相联系的人均收入的峰值并不是唯一的。

命题三：扩散量E和人均收入水平之间存在着一种变量关系。可以用EKC来表示。如果，扩散量首先上升，然后随着人均收入下降。如果，那么，扩散量会随着人均收入一直下降。

四、以广东省为例，进行实证研究

通过上面的分析，我们可以看出，影响一个既定国家或地区的经济增长与环境质量之间的因素有：人均收入(以人均GDP度量)；人口密度；技术进步；环保努力的程度；初始禀赋条件。人均收入是主要影响变量；技术进步是重要的变量，我们用一个时间趋势作为技术进步的代理变量；而初始禀赋条件则可以通过回归模型中的常数项得到解释；为考察环保努力程度对环境的影响，我们用环保投入额占GDP的比率来表示环保努力程度。人均GDP数据来源于《广东省统计年鉴2004》。 

 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。空气质量指标是经验分析中使用最多的一类环境质量变量，本文试图利用广东省环保局提供1994-2004年的环保公报中空气质量的有关数据进行实证研究。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)、氮氧化物等大气主要污染物的浓度(mg/ m )。

我们的回归模型沿用简化型这一基准函数形式：

其中E_t为环境质量指标， t为时间趋势变量，y_t表示第t期的人均收入，X_k是影响环境质量的其他变量构成的k维向量，在本文中包括人口密度(以P表示)和环保努力程度(EVPR表示)，为误差项。利用SPSS统计软件，估计结果如下表：

表3　广东省1985－2003年环境经济计量模型估计结果（括号内为t检验值）

估计结果表明，三种环境质量指标均表现出随经济增长呈现先恶化而后改善的现象，即呈现倒型关系，尽管其转折点各不相同。SO₂表现为线性的三次方模型，由于三次方项的系数为负，这样，人均收入与SO₂的浓度的关系先呈倒型，然后呈正型关系，即随着收入水平的增长，SO₂的污染状况经历恶化——改善——再恶化的过程。另外，结果还显示环保努力程度对改善其环境质量有一正的影响。常数的数字表明经济的初始状况，是转折点的出现缩短。对NO_x 拟合最优的是一个线性的三次方模型，并且也先呈倒型，然后呈正型关系，即随着收入水平的增长，NO_x 的污染状况经历恶化——改善——再恶化的过程。结果还显示环保努力程度对改善其环境质量有一正的影响。同时显示技术的进步对环境质量的改善具有重要的政的作用。与前三者不同的是，SO₂的浓度与经济增长表现为正型关系：随收入水平的提高，其污染状况先是持续下降，在到达转折点后，则随人均GDP的增加而持续恶化。这两种结果还显示，人口的增长与改善环境质量存在着正的影响，这可能与我们的常识认识不符，经分析发现，因为人口增加与人均 GDP存在高度的相关性，从而可以看作是人均 GDP对改善环境质量有正的作用。这与有关研究提出广东省的经济增长与环境质量存在“N”型曲线的结果是一致（张玉媚，2003）。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的浓度表现为倒型关系，与环境库兹涅茨曲线假说一致。通过对实际情况的分析，我们认为这一现象与广东省20年来的经济发展是一致的，尽管广东经济取得了巨大发展，但所走的还不是一条环境与经济协调发展的道路，可以归结为“高增长，高污染”的模式。

五、结论与建议：

综合上面的分析，我们可得出：环境污染和人均收入水平之间存在EKC所描述的倒型关系，但是初始条件不同的经济，会产生不同的关于人均收入和污染扩散量的形状。峰值并不是唯一的。

同时模型中有三类的变量对这一关系具有影响作用:第一类：初始条件，影响扩散量和人均收入水平的峰值，但是对长期扩散量的增长速度，或者稳定状态的产出不产生影响的变量，第二类：储蓄率和环保强度，该类变量，对扩散量和收入水平都有影响，改变了稳定状态时的水平，对过度增长产生影响；但是对长期的增长速度不产生影响。第三类：科技进步和人口增长。改变了扩散量和收入的峰值，过渡增长和平衡增长路径上的增长。

我国处于工业化的中期阶段，在发展经济的过程中，也遇到了这样的“两难选择”。而一些学者引用外国经验认为“国家比较公认的环境库兹涅茨曲线的转折点是人均GNP 在4000～ 5000 美元左右。中国目前人均国民生产总值只有1000 多美元,如果这样，我们就走上了“先污染, 后保护; 先破坏, 后治理”的道路。而根据我们得出的结论，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入水平上实现环境质量的改善。所以只要我们加大环保科技的研发和宣传推广应用；并加快制定相应的环保政策和严格的环境质量标准；对环境保护法律严格执行；合理控制人口增长；相信一定横沟缩小两难区间, 扩大双赢区间。走一条“增长快、污染少”的新型道路。

参考文献：

 [1] David F. B radfo rd , Rebecca Sch lieckert , Stephen H. Sho re , “The Environmental Kuznets Curve: Exp lo ringA F resh Specificat ion”, CES if o w ork ing p ap er, No. 367, Nov. 2000.

 [2] Gro ssman, Gene M. and A lan Krueger,“Econom ic Grow th and the Environment”, Q uarterly J ou rnal of

E conom ics,M ay 1995.

 [3] Selden, T. M. and Song, D., 1994, “Environmental Quality and Development: is there a Kuznets curve for air pollution emissions?”, Journal of Environmental Economics and Management,Vol.27, 162-168.