經(jīng)濟發(fā)展對海洋環(huán)境污染的沖擊響應(yīng)模式分析——基于青島市膠州灣的實證研究＊

紀(jì)建悅 于富洋 任仙玲

(中國海洋大學(xué)經(jīng)濟學(xué)院,山東 青島 266100)

一、引言

眾所周知,改革開放以來,我國經(jīng)濟快速發(fā)展,工業(yè)化和城市化進程加快,特別是沿海開放城市的經(jīng)濟發(fā)展突飛猛進,取得了經(jīng)濟發(fā)展的巨大成就。但是隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展,經(jīng)濟增長和環(huán)境的矛盾愈加突出,沿海城市經(jīng)濟增長產(chǎn)生大量的廢水、廢氣,廢物等污染物質(zhì)通過各種途徑排入到海洋中,對海洋環(huán)境造成污染。近年來,發(fā)展與環(huán)境問題日益成為人類生存所面臨的嚴(yán)峻問題。人口的急劇增加、資源的不合理利用,以及污染日益嚴(yán)重,使人類生存的環(huán)境呈現(xiàn)出越來越脆弱的趨勢。于是,對于人類活動與環(huán)境關(guān)系的研究開始逐漸深入。

很多學(xué)者對經(jīng)濟與環(huán)境進行過一些經(jīng)驗分析或簡單的統(tǒng)計分析。Rafael Reuveny定性分析了不發(fā)達國家的經(jīng)濟增長和環(huán)境退化壓力的沖突,認(rèn)為在現(xiàn)在的生物圈狀態(tài)下,不發(fā)達國家使環(huán)境退化程度下降,不能再依靠像從前發(fā)達國家那樣的增長方法。[1]Angelos Pagoulatos等建立了一個關(guān)于就業(yè)率、人均工資和每平方米污染的三方程不均衡調(diào)整模型,對經(jīng)濟與環(huán)境的關(guān)系做了一些簡單的統(tǒng)計分析。[2]國內(nèi)也有學(xué)者對某一區(qū)域經(jīng)濟增長與環(huán)境的協(xié)調(diào)關(guān)系進行了分析。秦云鵬等對青島市經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境污染之間的關(guān)系進行了分析,認(rèn)為環(huán)境具有承載力,經(jīng)濟引發(fā)環(huán)境問題是漸進的、長期的。[3]黃本春等對河北省中心城市經(jīng)濟發(fā)展水平與環(huán)境污染關(guān)系進行了研究,發(fā)現(xiàn)中心城市經(jīng)濟發(fā)展水平和環(huán)境污染之間不存在相關(guān)關(guān)系,出現(xiàn)這種結(jié)果的主要原因在各個城市的經(jīng)濟發(fā)展路徑不一致。[4]另外還有學(xué)者對區(qū)域海洋環(huán)境的污染情況進行了研究。付會將人口、經(jīng)濟、資源與環(huán)境作為一個復(fù)合系統(tǒng)進行研究,建立海洋生態(tài)承載力研究的系統(tǒng)動力學(xué)模型,狀態(tài)空間模型和多目標(biāo)規(guī)劃模型對青島膠州灣海洋生態(tài)承載力進行了研究。[5]狄乾斌運用系統(tǒng)科學(xué)的思想、經(jīng)濟學(xué)理論、系統(tǒng)動力學(xué)和模型分析等研究方法對海洋經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展進行了定性與定量相結(jié)合的研究。[6]

近年來很多學(xué)者對經(jīng)濟與環(huán)境的關(guān)系做了大量的研究,這些研究多為定性的研究,定量研究較少,還有一些學(xué)者在海洋環(huán)境方面進行了研究,但對于經(jīng)濟發(fā)展對海洋環(huán)境污染的沖擊響應(yīng)問題已有的研究并沒有進行深入地探討。

青島是我國的重要沿海開放城市,膠州灣是青島的母親灣,也是青島經(jīng)濟與社會發(fā)展的重要載體。而隨著近年來青島經(jīng)濟的快速發(fā)展,膠州灣沿岸排污口數(shù)量增多,陸源入海污染物量較大,與其他監(jiān)測海灣相比,膠州灣所受污染較重。

基于此,本文以青島為例,運用主成分分析法分別對青島經(jīng)濟發(fā)展和膠州灣海洋環(huán)境污染進行測度,獲得經(jīng)濟發(fā)展和海洋環(huán)境污染的綜合評價,然后利用格蘭杰因果關(guān)系和脈沖響應(yīng)函數(shù)分析青島經(jīng)濟發(fā)展與海洋環(huán)境污染之間的響應(yīng)關(guān)系。在此基礎(chǔ)上提出對策和建議。

二、經(jīng)濟增長和海洋環(huán)境污染的指標(biāo)選取和來源

關(guān)于海洋環(huán)境污染和經(jīng)濟增長的評價指標(biāo)是非常多的,根據(jù)指標(biāo)的全面性、綜合性、科學(xué)性、易得性和可操作性原則,以及根據(jù)青島的實際情況,大多數(shù)的污染物集中排放在膠州灣,所以我們選擇青島市廢水排放總量、氨氮年排放量、COD年排放量、近岸海域水環(huán)境特征值等作為膠州灣海洋環(huán)境的綜合評價指標(biāo)；選擇青島市人均生產(chǎn)總值、生產(chǎn)總值增長速度、海運客運量、港口集裝箱吞吐量等指標(biāo)作為青島市經(jīng)濟總體發(fā)展情況的綜合評價指標(biāo)。

對于數(shù)據(jù)樣本區(qū)間,我們選擇1998-2008年。青島市經(jīng)濟發(fā)展數(shù)據(jù)和青島市海洋環(huán)境的污染數(shù)據(jù)都來自《青島統(tǒng)計年鑒》(1999-2009版)。

三、運用主成分分析法對海洋環(huán)境污染進行綜合評價

主成分分析(Principal Component Analysis,簡稱PCA)是設(shè)法將原來眾多具有一定相關(guān)性(比如P個指標(biāo)),重新組合成一組新的互相無關(guān)的綜合指標(biāo)來代替原來的指標(biāo)。通常數(shù)學(xué)上的處理就是將原來P個指標(biāo)作線性組合,作為新的綜合指標(biāo)。最經(jīng)典的做法就是用F1(選取的第一個線性組合,即第一個綜合指標(biāo))的方差來表達,即Var(F1）越大,表示F1包含的信息越多。因此在所有的線性組合中選取的F1應(yīng)該是方差最大的,故稱F1為第一主成分。如果第一主成分不足以代表原來P個指標(biāo)的信息,再考慮選取F2,即選第二個線性組合,為了有效地反映原來信息,F1已有的信息就不需要再出現(xiàn)在F2中,用數(shù)學(xué)語言表達就是要求Cov(F1，F(xiàn)2）,則稱F2為第二主成分,依此類推可以構(gòu)造出第三、第四,……,第P個主成分。

(一)對膠州灣海洋環(huán)境污染情況進行綜合評價

運用spss18.0軟件,對膠州灣海洋環(huán)境污染情況進行主成分分析,得到表1的結(jié)果。

表1 主成分分析結(jié)果

表2 膠州灣海洋環(huán)境綜合評價值(主成分綜合得分)

根據(jù)膠州灣海洋環(huán)境綜合評價的得分,如下圖1。

圖1 青島市海洋環(huán)境污染情況的態(tài)勢圖

圖1和表2反應(yīng)了海洋環(huán)境的變化情況,從1999年到2002年,膠州灣海洋環(huán)境總體不斷惡化, 2002年以后,伴隨著政府對膠州灣海洋環(huán)境的治理,海洋環(huán)境狀況在波動中伴有不斷惡化的趨勢。

(二)對青島市的經(jīng)濟增長情況的綜合評價

對青島市經(jīng)濟體發(fā)展情況的主成分分析結(jié)果如表3。

表3 青島市經(jīng)濟發(fā)展情況的主成分分析

青島市經(jīng)濟發(fā)展總體情況的綜合評價結(jié)果如表4所示。

表4 青島市經(jīng)濟發(fā)展情況的綜合評價值結(jié)果

青島市經(jīng)濟總體發(fā)展情況的走勢圖如圖2。

圖2 青島市經(jīng)濟總體發(fā)展情況的態(tài)勢圖

圖2和表4反應(yīng)了青島市的經(jīng)濟總體發(fā)展情況,1998—2008年,青島市經(jīng)濟有個很大的發(fā)展,特別是從2001年到2005年經(jīng)濟發(fā)展較快,幾乎以線性的方式增長。2005年后經(jīng)濟發(fā)展速度相對減慢。2008年經(jīng)濟發(fā)展速度有所下降。

四、青島市經(jīng)濟發(fā)展與膠州灣海洋環(huán)境污染的格蘭杰因果檢驗

我們用前文測算出的膠州灣海洋環(huán)境污染綜合得分和青島市經(jīng)濟發(fā)展綜合得分來分別代表歷年膠州灣海洋環(huán)境污染狀況和青島市經(jīng)濟發(fā)展?fàn)顩r,從而進行格蘭杰因果分析。為了防止虛假回歸問題,在進行分析之前我們需要對兩組時間序列進行單位根檢驗,檢驗其是否是平穩(wěn)序列。格蘭杰因果檢驗不僅能夠檢驗出變量之間是否具有因果關(guān)系,還可以得出變量之間的因果影響是否具有時滯性。

1969年格蘭杰(Granger)提出了格蘭杰非因果性檢驗,能夠幫助我們判斷變量間是否存在因果關(guān)系,該因果性檢驗式如下：

則檢驗xt對yt不存在格蘭杰因果關(guān)系的零假設(shè)是：

H0：β1=β2=…βk=0

顯然,如果式中的xt的滯后變量的回歸參數(shù)估計值全部不存在顯著性，則上述假設(shè)不能被拒絕。換句話說，如果xt的任何一個滯后變量的回歸參數(shù)的估計值存在顯著性，則結(jié)論應(yīng)是xt對yt存在格蘭杰因果關(guān)系。上述檢驗可用F統(tǒng)計量完成。

其中,SSEr表示施加約束（零假設(shè)成立）條件后模型的殘差平方和。SSEu表示不施加約束條件下模型的殘差平方和。k表示最大滯后期。T表示樣本容量。在零假設(shè)成立條件下，F(xiàn)統(tǒng)計量漸近服從F(k,T-2k)分布。用樣本計算的F值如果落在臨界值以內(nèi)，接受原假設(shè)，即xt對yt不存在格蘭杰因果關(guān)系，否則，拒絕原假設(shè)，即xt對yt存在格蘭杰因果關(guān)系。

(一)單位根檢驗

如果隨機變量是非平穩(wěn)序列時,進行格蘭杰因果檢驗時有可能會出現(xiàn)偽回歸的現(xiàn)象。所以在進行格蘭杰因果性檢驗之前我們要先檢驗時間序列是否是平穩(wěn)序列。檢驗時間序列的非平穩(wěn)性我們采用ADF檢驗。我們采用如下自回歸模型檢驗單位根：

DF檢驗是1979年由Dickey和Fuller提出的。因為上式中含有D yt的滯后項，所以對yt的非平穩(wěn)性檢驗（H0：ρ=0）稱為增項DF檢驗或ADF檢驗。

利用 Eview s6.0,我們從含有漂移項和趨勢項(Trend and Intercep t)、只含漂移項(Intercep t)、無附加項(None)三方面對膠州灣海洋環(huán)境污染(E)和青島市經(jīng)濟發(fā)展(N)分別進行單位根檢驗,分析結(jié)果如下表5。

表5 單位根檢驗結(jié)果

表5中的結(jié)論部分,對于顯著性水平α=0.01、0.05、0.1都是符合的。D E和DN分別是膠州灣環(huán)境污染水平(E)和青島經(jīng)濟發(fā)展水平(N)的一階差分序列。D2E和D2N分別是膠州灣環(huán)境污染水平(E)和青島經(jīng)濟發(fā)展水平(N)的二階差分序列。從表中可以看出,膠州灣環(huán)境污染和青島經(jīng)濟發(fā)展都為不平穩(wěn)時間序列,經(jīng)過二階差分之后都是平穩(wěn)的,且Prob＜0.05,可以認(rèn)為漂移項和趨勢項對應(yīng)系數(shù)都不為零,E和N的二階差分序列都為平穩(wěn)時間序列,所以E和N都具有二階單整性,E～I(2), N～I(2)。如圖3。

圖3 E和N的二階差分時間序列走勢圖

(二)格蘭杰因果分析

根據(jù)格蘭杰因果分析的條件,由于E與N都是二階單整序列,我們便對它們的二階差分序列進行格蘭杰因果分析,結(jié)果如表6。

表6 格蘭杰因果分析結(jié)果

從表6中可以看出,在滯后期為1的時候,F值為7.9524,原假設(shè)D2Ndoes not Granger CauseD2E(青島經(jīng)濟發(fā)展水平不是膠州灣環(huán)境污染的格蘭杰原因)被拒絕,所以,青島市經(jīng)濟發(fā)展水平是膠州灣環(huán)境污染的格蘭杰原因。兩個原假設(shè)在沒有滯后期的情況都被接受,這說明,青島市經(jīng)濟發(fā)展造成膠州灣環(huán)境污染受到滯后期數(shù)的影響,即青島市經(jīng)濟發(fā)展并不能立刻產(chǎn)生環(huán)境污染,而是具有時滯性。原因是：這是因為膠州灣海洋環(huán)境本身也是有承載力的,能夠容納一定量的污染,甚至在生態(tài)沒有被破壞的時候,一部分污染還可能被吸收。只有在環(huán)境污染超出了環(huán)境承載力的時候,環(huán)境污染狀態(tài)才明顯的表現(xiàn)出來了。

五、青島市經(jīng)濟發(fā)展與膠州灣海洋環(huán)境污染的脈沖響應(yīng)函數(shù)分析

向量自回歸模型是1980年由西姆斯提出來的。這種模型采用多方程聯(lián)立形成,它是用模型中所有內(nèi)生當(dāng)期變量對它們的若干滯后值進行回歸,從而估計全部內(nèi)生變量的動態(tài)關(guān)系。脈沖響應(yīng)函數(shù)是指在向量自回歸(VAR)模型中 ,在擾動項上加一個標(biāo)準(zhǔn)差大小的沖擊,通過變量之間的動態(tài)聯(lián)系對變量的當(dāng)前值和未來值帶來影響。即脈沖響應(yīng)函數(shù)將描述系統(tǒng)對某一變量擾動的一個沖擊(或新生)所做出的動態(tài)反應(yīng) ,并從動態(tài)反應(yīng)中判斷變量間的時滯關(guān)系。

運用Eview s6.0,用膠州灣海洋環(huán)境污染(DE)和青島市經(jīng)濟發(fā)展 (DN)作為內(nèi)生變量建立VAR模型,并檢驗?zāi)Ｐ偷姆€(wěn)定性(詳細(xì)過程和結(jié)果本文略寫),并描繪了脈沖響應(yīng)函數(shù)曲線,具體結(jié)果如圖4。

圖4 膠州灣海洋環(huán)境污染對來自外界的一個標(biāo)準(zhǔn)差新息沖擊的反應(yīng)

從圖4可以看出,膠州灣海洋環(huán)境污染(DE)對來自自身的一個標(biāo)準(zhǔn)差新息立刻有所反應(yīng),污染增加量上升約10％,而后開始下降,到第三年達到最低增加值約-10％；隨后開始上升,呈現(xiàn)出明顯的弦波形態(tài)。最后保持在0的穩(wěn)定水平呈現(xiàn)出永久性效應(yīng)。

本期給青島市經(jīng)濟增長量(DN)一個單位標(biāo)準(zhǔn)差新息的正向沖擊,膠州灣海洋環(huán)境污染(DE)在初期沒有反應(yīng),沖擊為零,符合格蘭杰因果檢驗存在滯后性的結(jié)論。而后開始波動呈現(xiàn)出明顯的弦波形態(tài)。最后保持在0的穩(wěn)定水平,呈現(xiàn)出永久性效應(yīng)。這表明到最后如果經(jīng)濟增加量不變,膠州灣海洋環(huán)境污染增加量也會不變,即環(huán)境污染水平保持在某一個穩(wěn)定的水平,而不會減少。說明經(jīng)濟增長對膠州灣海洋環(huán)境污染影響的滯后性,并且其影響具有持久性。所以從長久的利益看來經(jīng)濟增長對膠州灣海洋環(huán)境質(zhì)量是很不利的。[7]

六、結(jié)論

本文利用青島市1998年至2008年的年度時間序列變量,運用主成分分析、格蘭杰因果性檢驗、脈沖響應(yīng)函數(shù)對青島市經(jīng)濟增長和膠州灣環(huán)境污染關(guān)系的分析結(jié)論如下：

(1)存在青島市經(jīng)濟增長對膠州灣海洋環(huán)境污染的單向的格蘭杰因果關(guān)系,但是受到時滯的影響,因為海洋環(huán)境本身有一個對人類活動造成影響的最大容納量,經(jīng)濟增長造成海洋環(huán)境污染的數(shù)量在海洋環(huán)境容量內(nèi)的時候,海洋環(huán)境污染的狀態(tài)沒有表現(xiàn)出來,只有當(dāng)海洋環(huán)境污染物存在的數(shù)量超過海洋環(huán)境的最大容納量,海洋環(huán)境的生態(tài)平衡和正常功能才會遭到破壞。

(2)在污染物存在的數(shù)量超出了海洋環(huán)境容量的時候,經(jīng)濟增長的一個外部沖擊對海洋環(huán)境污染水平的影響在較長時期內(nèi)不會恢復(fù)到初始水平,呈現(xiàn)出永久性效應(yīng)。

所以,我們在發(fā)展國民經(jīng)濟,尤其是重點發(fā)展沿海經(jīng)濟的時候,不能僅片面地追求經(jīng)濟的快速發(fā)展,否則由于經(jīng)濟的快速發(fā)展對海洋環(huán)境造成污染,導(dǎo)致海洋荒漠化,再治理則很難使海洋環(huán)境回到污染前的水平,從而會制約經(jīng)濟發(fā)展。所以我們在發(fā)展經(jīng)濟的同時,要注意對環(huán)境的保護,加大對海洋環(huán)境的治理。同時對產(chǎn)生的海洋環(huán)境污染問題要及時處理,使得污染物的數(shù)量總是處在海洋環(huán)境容納量的范圍內(nèi),這樣對海洋環(huán)境造成的危害就大大降低了。同時我們也看到在最近的幾年,青島市以舉辦奧帆賽為契機,對膠州灣海洋環(huán)境的治理有明顯的效果,應(yīng)該在保證青島市經(jīng)濟發(fā)展的同時加大對海洋環(huán)境的治理,環(huán)灣保護,擁灣發(fā)展,走可持續(xù)發(fā)展的道路。

注：青島市軟科學(xué)項目“青島市經(jīng)濟發(fā)展與膠州灣海洋環(huán)境污染的響應(yīng)模式分析”(09-1-1-102-(1)-zhc)資助。

[1]Rafael Reuveny The Effectsof Liberalism on the Terrestrial Environment[J]Conflict Management and Peace Science,24,no. 3(2007)：219-238.

[2]Angelos Pagoulatos,Stephan J Goetz,David L Debertin,et al.Interactions between economic grow th and environmental quality in U. S.Counties[J].Grow th and Change,2004,35(1)：90-108.

[3]秦云鵬,于曉黎,方景清.青島市經(jīng)濟增長引發(fā)環(huán)境污染的沖擊響應(yīng)模式分析[J].中國海洋大學(xué)學(xué)報自然科學(xué)版,2010,40(2)：117-121.

[4]黃本春,李國柱,李志穎.河北省中心城市經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境污染關(guān)系研究[J].中國國土資源經(jīng)濟,2006,(2)：33-35.

[5]付會.海洋生態(tài)承載力研究[D].中國海洋大學(xué),2009.

[6]狄乾斌.海洋經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的理論、方法與實證研究—以遼寧省為例[D].遼寧師范大學(xué),2007.

[7]紀(jì)建悅,于曉黎,方景青.能源消耗對環(huán)境污染的沖擊響應(yīng)模式分析[J].科技管理研究,2009,(10)：163-165.