經(jīng)濟增長、能源消費與大氣污染排放的關(guān)系分析
——以湖南省為例

黃鈺杰 劉志成

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，湖南 長沙 410001）

近年來，我國城市化進(jìn)程的加快和工業(yè)的迅速發(fā)展，高消耗能源以及大量排放所造成的資源浪費和環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重。湖南省作為中部的工業(yè)大省，經(jīng)濟發(fā)展迅速，長株潭經(jīng)濟一體化更是使得區(qū)域環(huán)境污染同質(zhì)化現(xiàn)象日趨明顯，這造成了大量污染物排放與湖南省經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展和能源消費之間的矛盾，也成為阻礙經(jīng)濟綠色健康發(fā)展的主要因素。

許多學(xué)者通過研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)濟增長、能源消費與大氣污染之間的關(guān)系頗深，必須將三者放在同一體系中進(jìn)行考察，明確其定量關(guān)系，才可以為制定大氣污染防護措施，建立可持續(xù)發(fā)展模式提供理論支撐。

一、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

能源消費、經(jīng)濟發(fā)展與大氣污染之間的關(guān)系一直繁雜多變。最初研究多圍繞在其中兩個因素之間展開，較少有對三者同時進(jìn)行考量。對經(jīng)濟增長和能源消費之間的因果聯(lián)系的探究，Tiffany Hui-Kuang（2016）[1]采用MRA和QCA分析方法發(fā)現(xiàn)能源消費對經(jīng)濟增長呈單方向的線性關(guān)系。在外國學(xué)者的基礎(chǔ)上，國內(nèi)的王峰光、戴劍勇（2014）[2]對湖南省經(jīng)濟增長與能源消費之間的因果關(guān)系進(jìn)行研究，構(gòu)建了新古典生產(chǎn)函數(shù)計量模型發(fā)現(xiàn)兩者之間存在雙向因果關(guān)系。Kais Saidi（2017）[3]在全球53國的面板數(shù)據(jù)上利用向量誤差修正模型發(fā)現(xiàn)歐洲國家的能源消費對于經(jīng)濟增長呈單向格蘭杰因果，但是在全球能源消費與經(jīng)濟增長存在雙向因果關(guān)系。

在經(jīng)濟增長與大氣污染排放方面，研究成果以EKC（環(huán)境庫茲涅茨曲線）為代表，用來分析經(jīng)濟增長與環(huán)境污染的關(guān)系。在李娟偉（2011）[4]看來，我國的國情決定了目前我國仍處在EKC曲線拐點的左側(cè)，經(jīng)濟的發(fā)展會使得環(huán)境質(zhì)量下降、污染物排放水平提高。張宇青等（2013）[5]通過對EKC理論的研究，發(fā)現(xiàn)在不同的國家或地區(qū)，不同的指標(biāo)選取都會使得該曲線存在區(qū)別，并認(rèn)為絕大多數(shù)曲線上的城市或地區(qū)已處于轉(zhuǎn)折點右側(cè)，也就是經(jīng)濟的發(fā)展會使大氣質(zhì)量水平越來越好。

在探究經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境污染的關(guān)系時，必不可少的要涉及能源消費因素。因為能源消費與經(jīng)濟發(fā)展之間是不可分割的，只有綜合考量能源、經(jīng)濟與環(huán)境之間的關(guān)系才能更好地把握三者之間的相互影響。Melike E.Bildirieia等（2017）[6]對七國集團 1961-2013年的數(shù)據(jù)使用馬爾可夫轉(zhuǎn)換向量自回歸模型（MS-VAR）進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)水電能源消費對環(huán)境污染是格蘭杰單向關(guān)系，經(jīng)濟增長與環(huán)境污染之間存在雙向因果關(guān)系。Faisal Mehmood Mirza等人（2017）[7]探討了巴基斯坦能源消費、CO2排放與經(jīng)濟增長之間的關(guān)系，利用Granger因果分析發(fā)現(xiàn)能源消費、CO2排放與經(jīng)濟增長三者存在持久平衡的雙向線性關(guān)系。國內(nèi)的學(xué)者中，郝園園，曹洪忠（2021）[8]根據(jù)長三角地區(qū)1995至2018年的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟增長對能源消費和碳排放存在單向的線性關(guān)系，并且三者之間存在長期均衡的正向影響。楊志清（2021）[9]利用主成分分析法與熵值法結(jié)合建立評價模型對河南省2005-2017年3E系統(tǒng)的綠色發(fā)展水平進(jìn)行評價分析。

本文借鑒3E系統(tǒng)理論模型思想，構(gòu)建了向量自回歸模型，實證研究明確了2000-2019年間湖南省經(jīng)濟增長、能源消費、大氣污染排放三者之間時間序列上的均衡狀態(tài)以及各變量之間的因果關(guān)系。

二、計量模型與實證研究

（一）研究模型與方法

1.本文借鑒3E理論模型思想，以能源-經(jīng)濟-環(huán)境為背景，塑造了三者之間的內(nèi)在聯(lián)系。參考陳丹臨（2020）[10]構(gòu)建的指標(biāo)體系。

2.向量自回歸（VAR）模型。VAR模型通過將系統(tǒng)內(nèi)所有的自變量或因變量的經(jīng)濟周期波動指標(biāo)的函數(shù)來構(gòu)建模型，進(jìn)而從單變量轉(zhuǎn)變?yōu)橛啥嘣獣r間序列組成向量，把所有變量的前期值和當(dāng)期變量進(jìn)行回歸分析，滯后指數(shù)為X的VAR（X）表達(dá)式為

其中，Yt為模型內(nèi)部決定的變量向量；Xt為模型以外因素決定的變量向量；μt是模型內(nèi)部造成波動干擾的變量向量，它們在同期時可能會相互影響，但不會與自身的滯后值有關(guān)聯(lián)；A1，A2，…，Ap，B是待估系數(shù)矩陣。

（二）數(shù)據(jù)來源與處理

本文數(shù)據(jù)來源于2001-2020年《湖南省統(tǒng)計年鑒》，結(jié)合《湖南省統(tǒng)計年鑒》披露的數(shù)據(jù)以及可操作性，本文使用湖南省人均GDP（萬元）代表經(jīng)濟增長指標(biāo)、人均能源消費量（噸/人）為能源消費指標(biāo)、人均大氣污染排放量（萬立方米/人）作為大氣污染排放指標(biāo)，并且取其對數(shù)值作為變量名在后續(xù)進(jìn)行計算。

（三）平穩(wěn)性ADF 檢驗

對于時間序列數(shù)據(jù)，必須本身或者其線性組合具有平穩(wěn)性才能進(jìn)行后續(xù)的協(xié)整檢驗并且建立回歸模型。所以要先運用ADF（單位根）檢驗方法進(jìn)行平穩(wěn)性檢驗，根據(jù)結(jié)果顯示，二階差分序列△2LnPGDP、△2LnPE、△2LnPWG在1%時都能通過平穩(wěn)性檢驗，，即為I（2）序列協(xié)整檢驗。

（四）協(xié)整檢驗

根據(jù)平穩(wěn)性檢驗結(jié)果，對其進(jìn)行協(xié)整檢驗可得到湖南省經(jīng)濟增長同能源消費、大氣污染排放之間的以下三個標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)整方程：

由上述協(xié)整關(guān)系式可以發(fā)現(xiàn)湖南省經(jīng)濟增長、能源消費以及大氣污染排放之間存在持久的平衡線性關(guān)系。大氣污染排放指標(biāo)每增長1個百分點，人均生產(chǎn)總值將增加0.9497%；人均能源消費每增長1個百分點，人均生產(chǎn)總值將提升0.6686%。

能源消費與大氣污染排放之間存在負(fù)的協(xié)整關(guān)系，同經(jīng)濟增長之間存在正的協(xié)整關(guān)系。長期來看人均工業(yè)廢氣排放每增加1個百分點，會對能源消費的影響下降0.0375個百分點；而人均生產(chǎn)總值每上升1個百分點會導(dǎo)致PE將增加0.5892個百分點。

同理，大氣污染排放與能源消費呈負(fù)協(xié)整關(guān)系，即人均能源消費量每上升1%，人均工業(yè)廢氣排放將下降0.0287%，說明能源消費對湖南省大氣環(huán)境的影響還不算特別大，與能源消費指標(biāo)相比，經(jīng)濟增長指標(biāo)每上升1%，污染物排放將增長0.6393個百分點。

（五）向量自回歸（VAR）模型估計

根據(jù)AIC原則和SC原則，該模型最優(yōu)滯后期為4期，運用特征根檢驗都落在圓內(nèi)，該模型平穩(wěn)，因此建立VAR（4）模型，模型結(jié)果如下：

表1 經(jīng)濟增長、能源消費與大氣污染排放的VAR（4）模型估計結(jié)果

從估計結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：

1.湖南省大氣污染排放對經(jīng)濟增長在滯后1期t值為4.33564，說明有顯著的正向影響，系數(shù)為0.2058，LNPE每增加1%，LNPGDP就增加0.205751%，但滯后1期之后的影響不顯著，到了滯后四期更是有顯著的負(fù)向影響。說明湖南省的大氣污染排放增長在短期內(nèi)會刺激經(jīng)濟增長，長期會導(dǎo)致經(jīng)濟增長倒退。

2.湖南省能源消費對經(jīng)濟增長在滯后兩期t值為5.18167證明短期內(nèi)有顯著的正向影響，系數(shù)為0.4724，從滯后三期開始t值為-1.09037影響不顯著。

3.湖南省經(jīng)濟增長在滯后一期對能源消費有顯著的正向影響，系數(shù)為2.401446，但滯后兩期及之后的影響不顯著，說明湖南省的經(jīng)濟增長在短期內(nèi)會促進(jìn)能源消費增多。

（六）格蘭杰因果關(guān)系檢驗

通過格蘭杰因果關(guān)系檢驗明確三者之間的因果關(guān)系，結(jié)果如下：

在10%的顯著性水平下，原假設(shè)除了接受能源消費不是大氣污染排放的格蘭杰原因以及大氣污染排放不是能源消耗的格蘭杰原因外，其余的都拒絕。說明湖南省經(jīng)濟增長與大氣污染排放互為因果，經(jīng)濟增長與能源消費也互為因果，而能源消費是大氣污染的單向因果關(guān)系。

（七）方差分解

將向量自回歸模型系統(tǒng)內(nèi)各因素進(jìn)行方差分解得到圖1。

圖1 湖南省2000～2019 年經(jīng)濟增長、能源消費與大氣污染排放的方差分解

由圖1可以得出：

1.湖南省經(jīng)濟增長變動方差主要由其自身解釋且持續(xù)高位，保持在70%以上；由大氣排放變動解釋的部分由11.51%緩慢降低至3.76%；由能源消費變動解釋的部分在第2期迅速達(dá)到17%，隨后緩慢增加保持在20%左右。

2.湖南省大氣污染排放變動方差由經(jīng)濟增長變動解釋的部分逐步降低，由73.09%降低至51%～52%之間；由能源消費變動的解釋部分逐步上升，在第2期迅速增加至16.42%，在第6期迅速增加至31.97%，隨后保持在32%～34%之間。

3.湖南省能源消費變動方差由其自身解釋的部分由第1期的64.50%迅速衰減至43.62%，隨后保持在37%～39%間。由經(jīng)濟增長變動解釋的部分呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，由第1期的34.87%迅速增加到第3期的60.37%，隨后緩慢降低，保持在52%～53%間；由大氣污染排放變動解釋的部分始終處于低位，不超過10%。

三、研究結(jié)論與建議

本文通過整合2000-2019年湖南省經(jīng)濟增長、能源消費以及大氣污染排放的時間序列數(shù)據(jù)，構(gòu)建三者之間的VAR模型，通過協(xié)整關(guān)系分析確定三者間持久平衡的關(guān)系，從而確定它們之間的因果關(guān)系，并利用方差分解法，得出經(jīng)濟增長、能源消費與大氣污染排放之間互相的影響程度以及長期發(fā)展方向。最終得到如下結(jié)論：

1.湖南省經(jīng)濟增長、能源消費以及大氣污染排放三者存在持久的互為正向影響關(guān)系，經(jīng)濟增長的加快與能源消耗、大氣污染排放量增加之間相互刺激，但大氣污染排放與能源消耗之間呈負(fù)協(xié)整關(guān)系，一方的增加另一方會有所減少。

2.從格蘭杰因果分析來看，湖南省經(jīng)濟增長與大氣污染排放、能源消費之間呈雙向因果關(guān)系，能源消費對于大氣污染排放來說是單向線性關(guān)系。證明能源消耗與大氣污染排放對經(jīng)濟增長存在著推動作用，但若不提高資源利用率與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的改變，會使得環(huán)境進(jìn)一步惡化，能源消費的需求一直處在高位。

3.從方差分解來看，湖南省經(jīng)濟增長主要是自身因素對其造成影響且一直處在高位，大氣污染排放對經(jīng)濟增長的影響持續(xù)降低，能源消費對經(jīng)濟增長的影響長期處在平穩(wěn)狀態(tài)；經(jīng)濟增長對能源消耗的貢獻(xiàn)程度一直都比較大，前期迅速增加，后期維持在一個高值；大氣污染受經(jīng)濟增長的影響前期有所下降但一直處在高位，受能源消費的影響迅速增加隨后一直保持。

立足于上述結(jié)論提出以下建議：

第一，開發(fā)利用新型清潔能源，促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)改革。目前湖南省能源結(jié)構(gòu)以煤炭為主，且受科研水平、經(jīng)濟成本、自然資源等多方面因素影響，在接下來較長期的時間內(nèi)難以發(fā)生根本性變化。因此，推動煤炭燃燒效率的增長，改善鍋爐熱效率，大力發(fā)掘煤氣化、液化等煤炭類深加工產(chǎn)品的潛在價值，有利于降低二氧化硫、煙塵等污染物的排放量，減少酸雨、霧霾等環(huán)境污染事件的出現(xiàn)頻次。與此同時，針對部分在技術(shù)改革方面存在困難的生產(chǎn)企業(yè)，相關(guān)部門在進(jìn)行綜合考量后可酌優(yōu)提供財政扶持與科研助力。同時，必須大力推動城市產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移與改革，積極發(fā)展電動汽車、生物制藥等優(yōu)質(zhì)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，同時進(jìn)一步加大科研投入與力度，逐步加大核能、地?zé)崮?、風(fēng)能、潮汐能、太陽能等新型清潔能源在湖南省能源結(jié)構(gòu)中的比例。

第二，改善革新生產(chǎn)結(jié)構(gòu)及方式，提高能源總體利用率。結(jié)合馬斯格雷夫與羅斯托經(jīng)濟成長階段理論可知，目前湖南省的經(jīng)濟發(fā)展階段仍處于走向成熟階段，重工業(yè)在經(jīng)濟發(fā)展中占據(jù)重要地位，其中原料指向型及動力指向型工業(yè)為主體，長期以來難以擺脫對石化能源、電力的高度依賴，所以在保證經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定增長的同時，必須革新生產(chǎn)方式，全力推行高效環(huán)保的新興生產(chǎn)工藝，大力引進(jìn)現(xiàn)代化高科技生產(chǎn)線，在發(fā)揮湖南省傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢的同時，保證大氣污染物排放量的穩(wěn)步降低。