环境污染与工业结构：基于Divisia指数分解法的研究，本文主要内容关键词为：解法论文,环境污染论文,指数论文,结构论文,工业论文，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：C813 文献标识码：A 文章编号：1002-4565(2009)12-0068-06
一、引言
自20世纪70年代以来，经济的可持续发展问题成为经济学研究的一大热点，在经济增长过程中出现的环境污染和资源耗竭问题日益为广大学者所关注。在这类研究中，环境库兹涅茨曲线比较直观地反映了经济增长和环境污染的关系。Grossman和Krueger(1991,1995)对该问题的开创性研究催生了大量的实证文献，其中不少研究结果证实了倒U型环境库兹涅茨曲线的存在，但也有很多学者得到了截然不同的实证结果，这引发了学界的广泛争论。值得注意的是，这一争论是建立在各自研究的基础之上的，不同的研究者所运用的模型、方法、数据等都可能存在差别。
对于经济增长影响环境污染的具体渠道和机制却鲜有学者关注。如果仅依靠简单计量的结果，而不深入分析其中的影响机理，学界的争论恐怕将没有任何结果。事实上，早在1991年，Grossman和Krueger就曾指出，经济增长可能通过3种渠道影响环境，即规模效应、结构效应和技术效应。这一观点虽然被广泛地用来解释经济增长和环境污染的关系，但是针对以上效应的实证研究仍然十分缺乏。有鉴于此，笔者试图对环境污染的结果进行分解，定量分析经济增长影响环境污染的3种渠道，通过对比不同效应来揭示其中的相互关系。
全文的结构安排如下：第二部分对已有文献进行回顾；第三部分介绍所使用的分解方法；第四部分对中国的工业污染数据进行分析；最后是简短的结论性评述。
二、文献回顾
环境库兹涅茨曲线的研究源自Grossman和Krueger(1991)的开创性贡献。他们在对多种污染物的排放与经济增长的关系的研究中发现，
、烟尘和一些水污染的指标（缺氧量和重金属浓度）与经济增长之间呈现出和库兹涅茨曲线相似的倒U型关系。后来的学者把这一关系命名为环境库兹涅茨曲线(EKC)。Shafik和Bandyopadhyay(1992)与Panayotou(1993)等运用不同的跨国数据进行了实证分析，结果部分证实了Grossman和Krueger(1991)的研究。此后又有诸多学者（Cropper and Griffiths,1994; Cole et al.,1997；Stern和Common,2001; Dasgupta et.al.,2002等）对该问题进行了探讨，虽然使用的数据不一样，实证的结果也互有差异，但基本都使用Grossman和Krueger(1991)的分析框架与方法。
大致相同的方法产生了各自不同的结果，日益丰富的实证文献带给我们的却是更多的困惑。不少学者开始尝试从另外的角度来考虑这一问题。Grossman和Krueger(1991)和De Bruyn(1997)提出将环境污染分解成规模效应、结构效应和技术效应，对以上3种效应的区分有助于理解经济增长影响环境的潜在机制。De Bruyn(1997)分析了1980-1990年荷兰与西德的二氧化硫排放情况，通过使用Divisia指数分解方法研究发现，两国单位产出的二氧化硫排放减少主要归功于技术效应，结构变化所起的作用非常有限。De Bruyn认为，技术效应可能源自3方面的原因：能源消耗结构、能源利用效率以及污染处理技术。进一步对OECD国家的实证检验表明收入较高的国家倾向于制定更加严格的环境治理目标。Selden，Forrest和Lockhart(1999)对美国1970-1990年6种污染物排放进行了考察。他们将污染分解为规模效应、结构效应、能源消耗强度、能源消耗结构以及其他技术效应。结果表明，结构效应可以减少污染，但作用不明显；污染下降主要是由于能源消耗强度降低和其他技术效应的作用；能源消耗结构对污染所起的作用则相对模糊。与此类似，Bruvoll和Medin(2003)对1980-1996年挪威的10种空气污染物排放进行了分解，结果大致相同。能源消耗强度以及其他的技术效应是污染减少的主要原因；而生产结构以及能源种类的变化对减少污染所起的作用不明显。Zhang(2000)对中国1980-1997年的二氧化碳排放进行了分解，认为人均GDP和人口是污染增加的主要因素；能源消耗强度的下降是污染减少的主要因素。Hamilton和Turton(2002)使用几乎相同的方法研究了OECD国家1982-1997年的二氧化碳排放，发现人口和人均GDP的增长提高了整体污染水平；而能源消耗强度、化石能源使用以及污染排放密度是污染排放减少的主要影响因素。Stern(2002)构建了一个可计量的分解模型，对64个国家1973-1990年的二氧化硫排放的分析表明，规模效应和技术效应分别是污染变化两方面的重要原因。而投入结构和产出结构的变化，对污染的影响存在较大的国别差异。
以上各种分解方法不尽相同，下文拟在DeBruyn(1997)的基础上，采用目前在能源研究中广泛使用的Divisia指数分解方法对中国的污染排放进行分析。与De Bruyn(1997)不同的是，我们将在已有研究的基础上对Divisia分解方法进行改进。
三、分解方法
根据Grossman和Krueger(1991)的思想，经济增长通过3种效应影响环境污染。这可以表示为：
注意到以上的分析是在连续时间的前提下进行的，为了能够将该思想运用于对各年离散时间的分析，借鉴Divisia指数的方法，首先对式(1)两边取对数并对时间求导可得：
进一步地，根据定积分的定义可以得到：
所以：
由于
在时间[0,T]内的各时间点上有所变化，我们无法确切地算出两个括号内的积分值。根据Boyd et al．(1988)提出的方法，可以取两个端点值的算术平均，即：
其中，
。该方法被称为算术平均Divisia指数(AMDI)方法，De Bruyn(1997)使用的就是该方法。这种方法简单易行，但是分解结果会留下残差，而且无法处理零值。有鉴于此，Ang和Choi(1997)提出了改进的对数平均Divisia指数(LMDI)方法，他们构造了对数平均函数。对于两个不同的正数x和y，其对数平均数定义为：
式(10)是基本的计算公式，式(11)和(12)分别表示3种效应的乘法和加法形式，在具体的计算和作图中也可以使用。
四、实证分析
为分析中国工业污染变化的效应分解，我们使用1994-2007年18个主要工业行业①的数据进行考察。这18个工业行业涵盖了所有工业行业的大部分（包括40个工业行业中的32个），能够反映中国工业的整体情况。工业污染排放我们考虑四种污染物指标，即工业废水、工业废气、工业二氧化硫和工业烟尘。工业粉尘和工业固体废弃物的排放数据缺失较多，有待数据完善后再加以分析。
各工业行业污染的原始数据来自历年《中国环境年鉴》，各工业行业增加值、历年消费者价格指数数据来自历年《中国统计年鉴》。部分数据来自国家统计数据库。2004年各工业行业的增加值数据没有公布，取其前后两年的算术平均值。各工业行业增加值按消费者价格指数进行调整，使用1994年不变价格。
（一）工业污染的整体变化趋势
首先不妨从整体上来分析我国工业污染的变化趋势。工业废水排放随人均GDP的增加有一个先下降而后上升的过程，转折点出现在2000年前后。工业废气排放与人均GDP为显著的正相关关系，随着人均GDP的增长，工业废气排放也呈不断上升的趋势。工业二氧化硫随人均GDP的增加呈现倒U型曲线，拐点出现在2006年前后。值得一提的是，在所考察的期间内，工业二氧化硫并没有出现明显的下降趋势。工业烟尘的排放相对而言没有明显的规律，呈现不断波动的趋势。
（二）工业污染的效应分解
我们进一步将我国各污染物排放效应进行分解，以分析污染变化的原因。各年均以1994年为基期，通过式(10)计算出各年相应的污染变化各效应的值，并按式(11)取对数，将各效应写成和的形式。
从总的污染变化来看，从1994-2007年间，工业废水的排放出现了不同程度的下降，但是从2003年开始废水排放又出现不断增加的趋势。再考察各分解效应发现，规模效应为各年污染增加的主要原因。不过1995年是个例外，规模效应为负，使得污染减少。而且，规模效应的影响呈逐年上升的趋势。结构效应对工业废水污染的影响效果极不明显，而且方向不够明确，无法确定结构效应对工业废水排放的影响大小和作用方向。技术效应的变化反映了单位GDP的工业废水排放自1994年来呈不断下降的趋势，且在1998年后下降的速度有所加快。在几乎所有的年份技术效应的作用超过了规模效应的影响，从而使得工业废水排放有所下降。例外的是1995年，该年技术效应为正，增加了整体的工业废水排放。
工业废气的情形与工业废水很不一样②。从总的污染排放效应来看，自1994年以来各年的工业废气排放呈不断增加的趋势。类似地，废气排放增加的速度也有加快的趋势。仔细分析3种分解效应可以看出，除个别年份（1995和1996年）外，规模效应对废气污染的增加起到了主要的作用。值得注意的是，在2002年以前规模效应的增加小于总效应的增加，结构效应和技术效应也对污染增加起到了一定的作用；而从2003年起，规模效应超过了总体效应，这是因为技术效应在一定程度上抵消了规模效应的作用。总体而言，结构效应对废气排放有增加的作用，尽管这一作用在大部分的时间里都不明显，而且这一作用的大小有不断下降的趋势。技术效应的变化值得重视，在大部分的时间里，技术效应对废气排放的作用为正，这出乎我们的意料。甚至在个别年份（如1995、1996、1997和1998年），技术效应是废气污染增加的主要原因，直到2002年以后，单位增加值的废气排放才有下降的趋势，并在一定程度上缓解了废气污染增加的趋势。
考察工业二氧化硫排放的情况。在2001年以前，二氧化硫的排放呈现上下起伏的情形，此后污染排放不断增加，直到最近几年排放量趋于稳定。与前面2种污染物的情形类似的是，除个别年份外，规模效应的影响是工业二氧化硫排放增加的主要原因。而不同之处在于，结构效应倾向于增加工业二氧化硫的排放，且作用不容忽视。结构效应在3种效应的对比中扮演着微妙的角色。2003年以前，规模效应的大小始终无法超过技术效应的影响，结构效应的存在很大程度上抵消了技术效应。由于结构效应的大小没有出现较大的波动，这也在一定程度上稳定了2001年以前二氧化硫排放量的起伏。在2003年以后，规模效应的作用已经超过了技术效应，结构效应在这段时间的下降则多少缓解了污染增加的速度。在所考察的年份技术效应始终为负，这体现了单位增加值生产的二氧化硫排放量自1994年来逐年减少，有力地遏制了二氧化硫排放的增加。
工业烟尘的总体污染效应变化也没有明显的变动趋势，且呈现不断波动的情形。在3种分解效应中，规模效应与其他污染物一样，是污染增加的主要原因。结构效应的变化则与二氧化硫的情形类似，在一定程度上增加了工业烟尘排放，不过这一影响在2001年后逐年减弱。技术效应一直在缓冲以上两种效应带来的工业烟尘排放压力，而且在不少年份起到了明显的效果。可以看到，从1999年以来，技术效应的作用基本上扭转了此前工业烟尘上下波动的局面，单位增加值的工业烟尘排放在逐年下降，最终将会改善整体的工业烟尘排放状况。
综合以上的分析可以看出，规模效应的影响是工业污染增加的主要原因，技术效应是减少污染的最重要力量，这与诸多学者（De Bruyn,1997; Hamilton and Turton,2002; Zhang,2000等）的分析结果一致。此处的技术效应反映的是单位增加值的污染排放，除工业废气外，其他3种污染物的技术效应基本都从1998年起呈逐年下降的趋势，这一定程度上反映了我国实行可持续发展战略和减少单位GDP能源消耗所取得的成果。工业废水的技术效应仍然有待加强，这一定程度上说明了控制工业废气排放的难度，但也应该清醒地认识到，不少地区的工业废气排放并未得到及时有效的处理。另外一个值得注意的问题是，结构效应的变化在一定程度上增加了我国的工业污染。这可能反映了我国工业行业结构仍然是以污染密集型行业为主，或者各主要工业行业的污染排放没有得到有效地遏制。不过也应该看到，结构效应的负面作用在近年来有所下降，这也许表明我国的工业行业结构正朝低能耗、低污染的方向过渡。这一问题应该引起足够的重视，要保证我国经济的可持续发展，必须坚决地取缔高污染企业和行业；要提高我国经济发展的效率，必须坚决地淘汰高能耗企业和行业。工业行业的结构调整必须要充分考虑环境影响。
（三）各工业行业污染的效应分解
为分析污染变化的具体原因，我们进一步考察各行业的结构效应和技术效应。从工业废水的排放情况来看，电力、煤气及水的供应业，造纸及纸制品业，化工原料及化学制品制造业结构效应为正，即这3个行业工业增加值所占份额相对1994年有所上升，其中前两个行业的份额先增加后减少，而化工原料及化学制品制造业的份额在近年不断增加。另一方面，黑色金属冶炼及压延工业，纺织业，非金属矿物制造业结构效应为负，即行业增加值所占份额相对1994年有所降低，从变化趋势来看，黑色金属冶炼及压延工业的增加值份额先减后增，纺织业和非金属矿物制造业的增加值份额则不断减少。大部分行业的技术效应都为负，起主要作用的是化工原料及化学制品制造业，电力、煤气及水的供应业，造纸及纸制品业，机械、电气、电子设备制造业。黑色金属冶炼及压延工业的技术效应开始为正，后来为负。以上行业的结构效应和技术效应在很大程度上左右着整体工业废水排放的变化，在控制工业废水污染的过程中应当加以重视。
类似地，可以分析其他污染物的情况。在工业废气的排放中，以下行业需引起注意。电力、煤气及水的供应业的结构效应为正，且先增加后减少；技术效应为负，且趋于减少。非金属矿物制造业的结构效应为负，逐年上升；技术效应为正。而黑色金属冶炼及压延工业的结构效应为负，趋于下降；同时技术效应为正。
就工业二氧化硫而言，电力、煤气及水的供应业的结构效应为正，非金属矿物制造业和黑色金属冶炼及压延工业的结构效应为负。大部分行业的技术效应为负，其中电力、煤气及水的供应业的技术效应最为明显，非金属矿物制造业和黑色金属冶炼及压延工业的技术效应都经历了由正转为负的过程。
在工业烟尘的排放中，电力、煤气及水的供应业的结构效应为正，且呈先增后减的趋势，非金属矿物制造业和黑色金属冶炼及压延工业的结构效应为负，前者的增加值份额在减少后趋于稳定，而后者的份额有所增加。大部分行业的技术效应为负，其中比较重要的是电力、煤气及水的供应业，化工原料及化学制品制造业和机械、电气、电子设备制造业。非金属矿物制造业的技术效应先增加后减少，最终由正变负。在治理工业烟尘时以上行业应该引起重视，尤其是电力、煤气及水的供应业。
对于以上结构效应一直为正的部分行业，在以后的产业调整中需在保证经济正常运行的条件下适当地减少这类行业的比重，同时可以考虑增加一些结构效应为负的行业的生产。另外也可以看出，大部分行业的单位增加值的污染排放均有所减少，在未来的行业生产中要继续坚持节能降耗，保证各经济行业的可持续发展。对于一些技术效应仍然为正的行业，应积极转变生产方式，改进生产工艺，减少各生产环节的能源消耗和污染排放。
五、结论
根据Divisia的因素分解思想，我们推导了污染排放的对数平均Divisia指数(LMDI)方法。通过将该方法运用于我国工业行业的污染效应分解，可以得到以下几个结论。首先，对比国外同类文献的研究结果，我们的分析也得到了类似的结论，即规模效应的影响是工业污染增加的主要原因，技术效应是减少污染的最重要力量。尽管各污染物排放的变化趋势不一致，这一结论仍然反映了伴随我国经济的快速增长环境压力不断增加的现状。
其次，结构效应在一定程度上增加了我国的工业污染。这表明我国的工业行业结构仍然偏向于污染密集型，未来需要逐步淘汰和取缔一些环境污染严重、能源消耗过大的行业，促进产业结构的调整，全面推行清洁生产。并努力改进现有生产技术，鼓励和支持各工业行业发展循环经济，促进再生资源的回收利用。
注释：
①注释中添加18个工业，删掉附录Ⅱ。
②2007年的工业废气排放数据没有公布。
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