基于EKC 理論的干旱區典型城市經濟增長與工業污染的耦合關系研究
——以烏魯木齊市為例

楊 姣，董 曄

（1.新疆師范大學 地理科學與旅游學院，新疆 烏魯木齊 830054；2.新疆師范大學 商學院，新疆 烏魯木齊 830054）

改革開放以來，特別是西部大開發政策實施后，烏魯木齊市經濟得到迅速發展。但與東南沿海城市相比經濟發展還有很大差距。烏魯木齊市是典型的干旱區城市，也是中國最大的干旱區城市［1］。隨著城市化進程加快和經濟的發展，烏魯木齊市環境與資源矛盾日益突出，環境污染、資源短缺等問題逐漸顯現［2—3］。

經濟發展與環境污染是當前研究重點。關于經濟增長與環境污染關系的研究，隨著經濟與環境主要理論——環境庫茲涅茨曲線（EKC）的提出變得更加廣泛。EKC 是Grossman 和Krueger 于1991 年首次提出，描述的是污染排放隨人均收入增加呈“倒U 型”曲線關系［4］。Shafik 和Bandyopadhyay［5］對經濟增長與環境污染之間的關系（EKC）進行了假設與證實。國外學者關于EKC 的研究主要集中在其是否存在，Selden 和Song 以及Brock 和Taylor 等［6-7］通過對指標選取與模型構建實證分析證明EKC 是存在的，經濟增長與環境污染之間是呈現“倒U 型”的曲線關系；Holtz 和Selden 以及Friedl 等［8-9］通過研究發現經濟增長與環境之間的關系并不是“倒U 型”曲線，而是“U 型”“N 型”等其他關系。國內關于EKC 的研究較晚，主要從兩類數據類型研究EKC 是否存在。有些學者選擇時間序列數據從不同的區域進行研究，發現經濟增長與環境污染之間EKC 關系與區域選擇以及指標選擇有關，有的地區經濟增長與環境污染之間呈“N 型”關系，經濟增長與有些環境污染指標之間呈“倒U 型”曲線關系［10-12］；有些學者選擇面板數據從不同區域進行研究發現EKC 曲線是存在的，但不同地區所處的“倒U 型”曲線位置不同［13-15］；還有些學者選取面板數據研究發現經濟增長與環境污染之間的關系呈現多種形態，如“N 型”關系［16—18］。

良好的生態環境是城市發展的重要基礎，烏魯木齊市作為干旱區城市，而且還是綠洲型城市，其發展需要穩定的綠洲資源保障，生態環境的破壞與污染將會嚴重影響城市的發展。本文在EKC 理論基礎上，選取烏魯木齊市2005—2018 年相關指標數據，研究經濟增長與環境污染之間的關系，為烏魯木齊市經濟與環境協調發展提出相關建議。

1 烏魯木齊市經濟增長與環境污染現狀

1.1 經濟增長現狀

西部大開發以來，烏魯木齊市經濟得到快速發展。2005 年烏魯木齊市GDP 為585.703 億元，2018 年增加到3 099.766 億元，其中工業產值在2005—2018 年間，呈現先增后減再增加的變化趨勢，2005 年工業產值為178.543 億元，2018 年工業產值為737.153 億元（圖1）；2015 年人均GDP 為2.444 萬元，2018 年增加到8.719 6 萬元（圖2）；2005—2018 年間，烏魯木齊市產業結構一直呈現“三、二、一”的結構模式，2005年三類產業產值比為2.24∶38.46∶59.3，2018年變化為0.8∶30.7∶68.5，第一產業比重呈下降趨勢，第三產業比重呈先減后增的變化趨勢，第二產業比重呈先增后減的變化趨勢，工業產值比重與第二產業比重變化趨勢相同（圖3）。

圖1 2005—2018 年烏魯木齊市GDP、工業產值及工業產值比重變化Fig.1 Changes of GDP，industrial output value and proportion of industrial output value in Urumqi from 2005 to 2018

圖2 2005—2018 年烏魯木齊市人均GDP 與工業產值變化Fig.2 Changes of per capita GDP and industrial output value in Urumqi from 2005 to 2018

圖3 2005—2018 年烏魯木齊市產業結構變化趨勢Fig.3 Change trend of industrial structurein Urumqi from 2005 to 2018

1.2 環境污染現狀

經濟快速發展帶來一系列環境問題，工業固體廢物產生量呈現先增后減再增加的變化趨勢。2005 年工業固體廢物產生量為329.84 萬噸，2018 年增加到967.39 萬噸。工業廢水排放量2005 年為4 197.01 萬噸，2009 年達到5 968.32 萬噸，成為2005—2018 年期間的最高值，2010—2018 年工業廢水排放量呈波動式下降趨勢，2018 年工業廢水排放量為2 739.06 萬噸。2005 年工業廢氣排放量為1 141.87 億標立方米，2018 年為3 447.81 億標立方米，其中，2014 年達到2005—2018 年間的最大值4 068.36 億標立方米。

2 烏魯木齊市經濟增長與環境污染關系實證分析

2.1 數據選取與處理

選取烏魯木齊市工業固體產生量、工業廢水排放量、工業廢氣排放量、SO2排放量以及煙（粉）塵排放量作為環境污染指標，烏魯木齊市人均GDP作為經濟增長指標。選取2005—2018 年時間序列作為樣本數據，數據來源于2006—2019 年《烏魯木齊市統計年鑒》。將環境污染指標與經濟增長指標進行無量綱處理（公式1），利用工業“三廢”表示綜合環境污染水平（公式2）。2005—2018 年各項指標量化值如表1 所示。

表1 2005—2018 年烏魯木齊市經濟發展水平與環境污染水平量化值Tab.1 Quantitative values of economic development level and environmental pollution level in Urumqi from 2005 to 2018

式中：i為年份，Y'ij為標準化后的賦值，Yij為各環境污染指標在i年的初始值，Yjmax為其最大值，Yjmin為最小值。

圖4 烏魯木齊市工業“三廢”排放量Fig.4 Emissions of industrial“three wastes”in Urumqi

式中：Yi為第i年的綜合環境污染水平，j代表工業“三廢”排放類型為公式（1）中的工業“三廢”標準化計算結果，為第i年第j種污染物排放量的標準化值，Wj為第j種污染物排放量的權重值。通過AHP 層次分析法確定工業“三廢”的指標權重，工業廢水排放量、工業廢氣排放量以及工業固體排放量的權重分別為0.22、0.43、0.35。

選取環境污染指標與經濟指標為時間序列的數據，為保證時間序列平穩性，利用EViews 軟件將各項指標進行ADF 檢驗，原序列中SO2排放量通過檢驗，表現為平穩，其他指標均表現為不平穩。將原序列進行一階差分后作ADF 檢驗，工業廢水排放量、工業廢氣排放量和SO2排放量通過檢驗，表現為平穩。將原序列二階差分后作ADF 檢驗，除工業固體廢物產生量以外，其他指標均通過檢驗表現為平穩（表2）。

表2 相關變量ADF 檢驗Tab.2 ADF test of related variables

將經濟指標與各環境污染指標作回歸分析，為保證回歸分析的準確性，利用EViews 軟件將各環境污染指標與經濟指標作協整檢驗，選擇Johansen 檢驗，Johansen 檢驗有特征根跡統計量（Trace）和最大特征值統計量（Max-Eigen）兩種，檢驗結果如表3 所示。Trace 和Max-Eige 及其所對應的P檢驗值表明，各環境污染指標與人均GDP 在5% 顯著性水平下拒絕零協整的原假設，都表現為至少存在一個協整關系，表明各環境污染指標與人均GDP 之間存在長期均衡關系，故人均GDP 與各污染指標可進行回歸分析。

表3 各環境污染指標與人均GDP 的Johansen 檢驗Tab.3 Johansen test of environmental pollution indicators and per capita GDP

2.2 模型建立

EKC 研究中，環境污染與經濟增長一般模型為：

式中：Y為各環境污染指標，X為經濟增長指標，Z為除經濟增長之外的其他影響因素，β0為常數項，β1、β2、β3、β4分別為變量系數，ε為誤差項。

通過人均GDP 與各環境污染指標散點圖發現，環境污染指標與人均GDP 之間存在二次關系，故本文采用如公式（4）所示的簡化模型。

公式（4）中各變量及其系數表達含義與公式（3）相同。

2.3 結果與分析

通過SPSS 軟件進行人均GDP 與各環境污染指標之間的回歸分析，結果見表4。人均GDP 除與煙（粉）塵排放量之間的回歸方程擬合程度低于0.7 外，與其他環境污染指標之間的回歸方程擬合程度較高，且顯著度P均小于0.05，并通過F檢驗，此回歸模型能夠較好地表達二者之間關系。人均GDP 與各環境污染指標之間的擬合曲線如圖5 所示。人均GDP 與工業廢水排放量之間的擬合曲線呈現出“倒U 型”，峰值的拐點出現在人均GDP 為40 000～50 000 元之間；人均GDP 與工業廢氣排放量之間的擬合曲線呈出“倒U 型”，主要表現為“倒U 型”的左半段。隨著經濟增長，工業廢氣排放量先增加再下降，拐點出現在人均GDP 為65 000～75 000 元之間；人均GDP 與工業固體廢物產生量之間的擬合曲線呈“倒U 型”，主要表現為“倒U 型”的左半段，拐點出現在人均GDP 為60 000～70 000 元之間；人均GDP 與煙（粉）塵排放量的擬合曲線呈出“倒U 型”，主要表現為“倒U 型”的右半段，拐點出現在人均GDP 為40 000～50 000 元之間；人均GDP 與SO2排放量之間的擬合曲線表現為“倒U 型”的右半段，2005—2018 年隨著經濟增長，SO2排放量下降，拐點出現在人均GDP 為25 000～35 000 元之間。標準化人均GDP 與環境污染水平之間的擬合曲線表現為“倒U 型”，隨著標準化人均GDP 的增加，環境污染水平呈先增后減的變化趨勢。

圖5 烏魯木齊市環境污染與人均GDP 擬合曲線Fig.5 Fitting curve of environmental pollution and per capita GDP in Urumqi

表4 烏魯木齊市經濟發展與環境污染關系模型Tab.4 Relationship model between economic development and environmental pollution in Urumqi

由以上分析看，烏魯木齊市經濟增長與環境污染之間呈“倒U 型”關系，EKC 能較好反映出經濟增長與環境污染之間的關系。首先，主要與產業結構變動、環境保護等方面有很大關系，尤其是在工業“三廢”排放治理方面，與控制污染源、加大治理投資力度有直接關系。烏魯木齊市經濟增長與各環境污染指標之間的“倒U 型”頂峰均已結束，隨著經濟的發展，環境污染在未來會呈現下降趨勢，即經濟發展帶來的環境問題會逐漸減弱。其次，烏魯木齊市是干旱區城市中工業化較發達的城市，前期隨著經濟發展工業污染增加，之后經濟增長對環境污染有改善作用，所以二者之間的關系呈“倒U 型”。

續圖5 烏魯木齊市環境污染與人均GDP 擬合曲線Continued Fig.5 Fitting curve of environmental pollution and per capita GDP in Urumqi

3 結論與建議

通過環境庫茲涅茨曲線（EKC），分析2005—2018 年烏魯木齊市人均GDP 與環境污染指標的回歸關系，得出以下結論：

（1）烏魯木齊市經濟增長與環境污染之間呈“倒U 型”關系。2005—2018 年期間，環境污染已超過EKC曲線的拐點，人均GDP 與各環境污染指標之間的擬合曲線達到拐點時所表現的經濟增長水平不同。

（2）烏魯木齊市人均GDP 與各環境污染指標的“倒U 型”關系表現不同。人均GDP 與工業廢水排放量之間的擬合曲線呈“倒U 型”；人均GDP 與工業廢氣排放量、工業固體廢物產生量之間的擬合曲線主要表現為“倒U 型”的左半段；人均GDP 與煙（粉）塵排放量、SO2排放量的擬合曲線主要表現為“倒U 型”的右半段；通過工業“三廢”表示的綜合環境污染水平隨著標準化人均GDP 的增加，呈現先增加后減少的變化趨勢，擬合曲線呈“倒U 型”。

根據相關研究結論，對烏魯木齊市經濟增長與環境污染問題提出以下建議：

（1）2005—2018 年期間，雖然烏魯木齊市環境污染已超過EKC 曲線的拐點，根據發展趨勢未來環境污染隨經濟增長呈現下降趨勢，但目前部分工業污染指標與經濟之間的關系仍然處于“倒U 型”的左半段，因此要在各方面控制污染排放，還需進一步加大在環保投資上的力度。

（2）盡管烏魯木齊市在工業污染方面做了很多改善措施，但各環境污染指標量還是處在一個較高水平，在今后經濟發展中要提高資源利用效率，特別是加強工業企業環保意識，鼓勵企業發展高技術產品，發展循環經濟，推動綠色和高質量發展。