碳中和目標(biāo)下水環(huán)境污染與生態(tài)經(jīng)濟(jì)的關(guān)系研究
——以江蘇省為例

陳佳輝

（河海大學(xué)公共管理學(xué)院，南京 211100）

經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)向來(lái)是一組互生的矛盾關(guān)系，隨著人類對(duì)自然資源的開(kāi)發(fā)利用，環(huán)境承載力逐漸達(dá)到臨界值，其中尤以氣候變化最為嚴(yán)峻。為此，2020 年中國(guó)在聯(lián)合國(guó)第七十五屆大會(huì)上宣布將采取更有力的舉措，力爭(zhēng)于2030 年前二氧化碳排放達(dá)到峰值，爭(zhēng)取2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和。這為中國(guó)未來(lái)低碳轉(zhuǎn)型促進(jìn)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展、生態(tài)文明建設(shè)指明了方向、明確了目標(biāo)［1］。而促使社會(huì)經(jīng)濟(jì)體系按照預(yù)期的排放路徑實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，以碳循環(huán)與水循環(huán)尤為重要［2］，兩者作為地球重要的循環(huán)過(guò)程，不可避免地相互作用而又互相重疊，實(shí)現(xiàn)碳中和需要高效水循環(huán)系統(tǒng)的輔助和支撐，同時(shí)，對(duì)水環(huán)境的保護(hù)和治理，也有利于生態(tài)經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)效發(fā)展。因此，進(jìn)一步分析水環(huán)境污染與生態(tài)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系，既可以更有針對(duì)性地促進(jìn)雙方的正向互動(dòng)，也能更好地推動(dòng)碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

1 水環(huán)境污染與生態(tài)經(jīng)濟(jì)的相關(guān)性

水環(huán)境污染是環(huán)境污染的重要表現(xiàn)之一，表現(xiàn)為各種有害的化學(xué)物質(zhì)造成水的使用價(jià)值的降低或損失。自中共十八大以來(lái)，中國(guó)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)開(kāi)始優(yōu)化升級(jí)，經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)也帶來(lái)污染物的增加，諸如未經(jīng)無(wú)害化處理的工業(yè)污水排放至當(dāng)?shù)厮w，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需的化肥、農(nóng)藥等對(duì)周邊水系的影響，大量人口聚集的城市每天會(huì)產(chǎn)生大量的生活污水等，這些污水的排放勢(shì)必對(duì)水環(huán)境造成不可逆轉(zhuǎn)的影響。長(zhǎng)此以往，水環(huán)境態(tài)勢(shì)逐漸惡化，又反過(guò)來(lái)制約生態(tài)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，導(dǎo)致城鎮(zhèn)居民缺乏必要的干凈飲用水、工廠無(wú)法獲取所需的生產(chǎn)用水、農(nóng)業(yè)灌溉用水不足等。因此，需要選取水環(huán)境污染的主要源頭，就其與生態(tài)經(jīng)濟(jì)的關(guān)系進(jìn)行探析，并最終獲取具有顯著相關(guān)性的污染類別，研究其與生態(tài)經(jīng)濟(jì)之間的相互作用關(guān)系，以期尋找兩者之間的平衡。

1.1 研究區(qū)域概況

選取江蘇省作為此次研究對(duì)象，進(jìn)行水環(huán)境污染與生態(tài)經(jīng)濟(jì)的相關(guān)性分析。江蘇省位于東部沿海地區(qū)，地跨長(zhǎng)江、淮河南北，境內(nèi)地勢(shì)平坦，湖泊眾多，氣候宜人。作為經(jīng)濟(jì)大省，該區(qū)域的水環(huán)境污染與生態(tài)經(jīng)濟(jì)的關(guān)系具有鮮明的典型性和借鑒意義。整理該省2012—2021 年10 年的經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，如表1所示。

表1 2012—2021 年江蘇省經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

1.2 指標(biāo)選取

選取具有代表性的區(qū)域人均生產(chǎn)總值作為研究的因變量，并根據(jù)歷年《統(tǒng)計(jì)年鑒》公布的水環(huán)境污染指標(biāo)，選取工業(yè)廢水排放量、城鎮(zhèn)生活污水排放量、工業(yè)源COD 排放量、農(nóng)業(yè)源COD 排放量、城鎮(zhèn)生活源COD 排放量、工業(yè)源氨氮排放量、農(nóng)業(yè)源氨氮排放量和城鎮(zhèn)生活源氨氮排放量作為自變量，其水環(huán)境污染指標(biāo)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。使用python 3.7 軟件繪制8 個(gè)自變量之間的熱圖，數(shù)值表示相關(guān)系數(shù)，如圖1 所示。

表2 2012—2021 年江蘇省水環(huán)境污染指標(biāo)數(shù)據(jù)

由于直接選取8 個(gè)指標(biāo)探析其與生態(tài)經(jīng)濟(jì)的關(guān)系，會(huì)造成變量過(guò)多，不利于分析結(jié)果的合理性，且由圖1 可知，原始數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)普遍大于0.5，即各個(gè)變量之間存在較強(qiáng)的相關(guān)性，因此適合采用主成分分析法，提取出對(duì)生態(tài)經(jīng)濟(jì)具有較大影響的典型指標(biāo)。使用SPSS 25.0 軟件，將原始的指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理（Z-score），得到各個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)處理，獲取主成分矩陣求解結(jié)果和主成分載荷陣［3］，如表3、表4 所示。

圖1 不同自變量之間的熱圖

由表3 可知，提取出的前兩個(gè)主成分可以解釋全部方差的95.778%，即這兩個(gè)主成分能夠代表原8個(gè)指標(biāo)數(shù)值95.778%的相關(guān)性。結(jié)合表4 數(shù)據(jù)對(duì)主成分量進(jìn)行加權(quán)求和，得出主成分綜合分值，并根據(jù)綜合分值大小進(jìn)行降序排列，得到表5。

表3 矩陣求解主成分結(jié)果

表4 主成分載荷陣

由表5 可知，農(nóng)業(yè)源氨氮排放量和工業(yè)源COD排放量具有最明顯的表現(xiàn)，因此，選擇農(nóng)業(yè)源氨氮排放量和工業(yè)源COD 排放量作為最能代表水環(huán)境污染的指標(biāo)，進(jìn)一步探討其與生態(tài)經(jīng)濟(jì)的關(guān)系。

表5 環(huán)境污染指標(biāo)

2 水環(huán)境污染與生態(tài)經(jīng)濟(jì)之間計(jì)量模型的構(gòu)建

環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線（Environmental Kuznets curve，EKC）是分析區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境之間關(guān)系的重要工具［4］，其揭示了經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境質(zhì)量的關(guān)系：地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展初期，環(huán)境狀況較為良好，隨著生產(chǎn)力水平的不斷提高，環(huán)境質(zhì)量隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展而逐漸惡化；當(dāng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)到達(dá)某一特定的“轉(zhuǎn)折點(diǎn)”，環(huán)境質(zhì)量就隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展而逐漸改善［5］。

EKC 的本質(zhì)是研究經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)對(duì)環(huán)境質(zhì)量的影響，然而，由于受到現(xiàn)實(shí)環(huán)境的復(fù)雜性和各種不可預(yù)測(cè)因素的作用，經(jīng)濟(jì)-環(huán)境之間不是單一模式的影響關(guān)系。因而環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線并不單一地表現(xiàn)為倒U 型關(guān)系，其曲線形態(tài)也有可能變化為正U 型、正N 型、倒 N 型等形態(tài)［6］。

2.1 研究方法

線性回歸是通過(guò)對(duì)觀察到的數(shù)據(jù)擬合一個(gè)線性方程來(lái)模擬兩種或兩種以上變量之間關(guān)系的統(tǒng)計(jì)分析方法。一般而言，影響因變量y的因素往往不止一個(gè)，其受到n個(gè)影響因素，即自變量x1，x2，…，xn和不可預(yù)測(cè)的隨機(jī)因素ε的影響，因此可列出經(jīng)典線性回歸數(shù)學(xué)模型如下。

式（1）為因變量y對(duì)自變量x1，x2，…，xn的線性回歸方程，其中，βn（n=0，1，…，m）是偏回歸系數(shù)，εi（i=0，1，…，p）是互不相關(guān)的隨機(jī)變量。

根據(jù)本研究所選取的樣本數(shù)據(jù)，則式（1）可變?yōu)槿缦路匠獭?/p>

對(duì)于給定的t組樣本數(shù)據(jù)，可計(jì)算其條件均值，具體表現(xiàn)如下。

由微積分的原理可知，當(dāng)Q對(duì)的一階偏導(dǎo)數(shù)為 0 時(shí)，Q最小，即：

由式（5）可得：

和分別為線性回歸模型Yt=b1+b2xt+εt（t=1，…，u）的參數(shù)b1和b2的普通最小二乘法估計(jì)量［7］。

根據(jù)SPSS 軟件多種曲線回歸模擬分析的結(jié)果，比較P、R2和F3 項(xiàng)參數(shù)，從而建立工業(yè)廢水排放量與人均GDP 之間以及城鎮(zhèn)生活污水排放量與人均GDP 之間的最優(yōu)模型［8］。其中，P為顯著性水平，當(dāng)P＜0.05 時(shí)，則表示存在顯著差異，即回歸方程通過(guò)顯著性檢驗(yàn)；R2是衡量估計(jì)的模型對(duì)觀測(cè)值擬合優(yōu)度的高低，當(dāng)R2＞0.6 時(shí)，則表示回歸曲線擬合優(yōu)度較高，回歸方程可用于預(yù)測(cè)，總之，R2越接近1，則擬合優(yōu)度越高，越接近0，則擬合優(yōu)度越低；F用來(lái)檢驗(yàn)總體回歸方程的有效性，F(xiàn)越大，差異越明顯。

2.2 農(nóng)業(yè)源氨氮排放量與生態(tài)經(jīng)濟(jì)之間的關(guān)系模型

根據(jù)上述研究方法構(gòu)建計(jì)量模型，并結(jié)合表2的數(shù)據(jù)，使用SPSS 軟件進(jìn)行農(nóng)業(yè)源氨氮排放量與生態(tài)經(jīng)濟(jì)之間關(guān)系的線性（Linear）、二次（Quadratic）以及三次（Cubic）的回歸曲線模擬。其模擬結(jié)果如表6所示。首先，查看P，3 個(gè)回歸曲線的P均小于0.05，所以3 個(gè)回歸曲線均通過(guò)顯著性檢驗(yàn)；其次，查看R2，比較線性、二次和三次回歸曲線的R2可知，0.518＜0.6＜0.719＜0.732，即三次回歸曲線擬合優(yōu)度高于線性和二次回歸曲線，且高于0.6；最后，查看F，比較線性、二次和三次回歸曲線的F可知，8.582＜8.934＜9.562，三次回歸曲線的差異性最明顯；因此，綜合考慮發(fā)現(xiàn)，農(nóng)業(yè)源氨氮排放量與生態(tài)經(jīng)濟(jì)之間的關(guān)系以三次回歸曲線擬合更優(yōu)，為了更直觀地查看回歸曲線，借助SPSS軟件繪制兩者之間的三次回歸曲線。

農(nóng)業(yè)源氨氮排放量與生態(tài)經(jīng)濟(jì)之間的環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線如圖2 所示，結(jié)合表6 中的相關(guān)數(shù)據(jù)，可以得出農(nóng)業(yè)源氨氮排放量與生態(tài)經(jīng)濟(jì)之間的EKC 模型擬合方程為y=19.929-33.55x2+6.155×10-12x3，可以看出其并未呈N 型或倒N 型趨勢(shì)，而是更接近正U型環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線，這與傳統(tǒng)的倒U 型環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線恰好相反。根據(jù)EKC 擬合方程和圖2 可知，該曲線的極值點(diǎn)存在于人均GDP 的115 168 元與123 607 元之間，即2012—2018 年農(nóng)業(yè)源氨氮排放量與生態(tài)經(jīng)濟(jì)之間成反比，生態(tài)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)緩和了農(nóng)業(yè)源氨氮排放量；2019—2021 年農(nóng)業(yè)源氨氮排放量與生態(tài)經(jīng)濟(jì)之間成正比，生態(tài)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展加劇了農(nóng)業(yè)源氨氮量的排放。

圖2 農(nóng)業(yè)源氨氮排放量與生態(tài)經(jīng)濟(jì)的三次回歸曲線

表6 農(nóng)業(yè)源氨氮排放量與生態(tài)經(jīng)濟(jì)之間的關(guān)系模型

2.3 工業(yè)源COD 排放量與生態(tài)經(jīng)濟(jì)之間的關(guān)系模型

參照農(nóng)業(yè)源氨氮排放量與生態(tài)經(jīng)濟(jì)之間關(guān)系的模型設(shè)定方法，將相關(guān)數(shù)據(jù)導(dǎo)入SPSS，進(jìn)行工業(yè)源COD 排放與生態(tài)經(jīng)濟(jì)之間關(guān)系的線性、二次以及三次回歸曲線模擬。其模擬結(jié)果如表7 所示。首先，查看P，3 個(gè)回歸曲線的P均為0.000，小于0.05，所以3 個(gè)回歸曲線均通過(guò)顯著性檢驗(yàn)；其次，查看R2，比較線性、二次和三次回歸曲線的R2可知，0.85＜0.932＜0.944＜0.946，線性、二次和三次回歸曲線的R2均大于0.85，表明這3 個(gè)回歸曲線擬合優(yōu)度均較高，且三次回歸曲線擬合優(yōu)度高于二次和線性回歸曲線；最后，查看F，比較線性、二次和三次回歸曲線的F可知，59.522＜61.785＜110.479，表明線性回歸曲線的差異性最明顯，三次回歸曲線次之，二次回歸曲線最差；因此，綜合考慮，工業(yè)源COD 排放與生態(tài)經(jīng)濟(jì)之間的關(guān)系與線性回歸曲線更為擬合。為了更直觀地查看回歸曲線，借助SPSS 軟件繪制兩者之間的線性回歸曲線。

工業(yè)源COD 排放量與生態(tài)經(jīng)濟(jì)之間的環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線如圖3 所示，結(jié)合表7 中的相關(guān)數(shù)據(jù)，可以得出工業(yè)源COD 排放與生態(tài)經(jīng)濟(jì)之間的EKC 模型擬合方程為y=41.954-x，并不存在EKC 特征，而是呈單調(diào)遞減的線性負(fù)相關(guān)關(guān)系。根據(jù)EKC 擬合方程和圖 3 可知，2012—2021 年工業(yè)源 COD 排放量與生態(tài)經(jīng)濟(jì)之間呈負(fù)相關(guān)，即生態(tài)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)，減緩了工業(yè)源COD 的排放。

表7 工業(yè)源COD 排放量與生態(tài)經(jīng)濟(jì)之間的關(guān)系模型

圖3 工業(yè)源COD 排放量與生態(tài)經(jīng)濟(jì)的線性回歸曲線

3 小結(jié)與建議

收集整理江蘇省2012—2021 年10 年間的水環(huán)境污染和生態(tài)經(jīng)濟(jì)發(fā)展數(shù)據(jù)，以人均GDP 作為衡量生態(tài)經(jīng)濟(jì)的典型指標(biāo)，通過(guò)主成分分析法選取具有顯著相關(guān)性的水環(huán)境污染指標(biāo)，即農(nóng)業(yè)源氨氮排放量和工業(yè)源COD 排放量，進(jìn)而使用EKC 曲線構(gòu)建水環(huán)境污染與生態(tài)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相關(guān)性的計(jì)量模型，分析其與生態(tài)經(jīng)濟(jì)之間的作用關(guān)系：農(nóng)業(yè)源氨氮排放量、工業(yè)源COD 排放量與生態(tài)經(jīng)濟(jì)之間均呈非典型的EKC 曲線形態(tài)。其中，農(nóng)業(yè)源氨氮排放量與生態(tài)經(jīng)濟(jì)在2018 年以前呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，2018 年以后呈正相關(guān)關(guān)系；工業(yè)源COD 排放量與生態(tài)經(jīng)濟(jì)始終呈負(fù)相關(guān)。也就是說(shuō)，隨著生態(tài)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，工業(yè)源COD 排放量逐年減少，說(shuō)明中國(guó)工業(yè)產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化取得了良好的成效；農(nóng)業(yè)源氨氮排放量卻在2018年經(jīng)歷拐點(diǎn)，并隨著生態(tài)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，逐年上升，說(shuō)明現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)種植過(guò)程中過(guò)度使用化肥，且沒(méi)有做好農(nóng)業(yè)源廢水的處理工作。

為此，首先需要對(duì)各項(xiàng)水污染源頭采取控制措施：各工業(yè)企業(yè)對(duì)工業(yè)源廢水污染的控制要始終堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展的原則，不斷進(jìn)行生產(chǎn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，改進(jìn)生產(chǎn)工藝，推行清潔產(chǎn)品，提高工業(yè)廢水的二次利用率，實(shí)現(xiàn)一水多用，從源頭上遏制廢水產(chǎn)生；對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的面源污染，應(yīng)采用雙效汽提+蒸餾技術(shù)，將廢水的氨氮以濃氨水或氨氣的形式回收，同時(shí)可以將濃氨水或氨氣納入到生產(chǎn)環(huán)節(jié)，作為生產(chǎn)原料回用［9］，既削減了農(nóng)業(yè)源氨氮的產(chǎn)生量，又資源化氨氮廢水，一舉多得。水環(huán)境污染與生態(tài)經(jīng)濟(jì)之間既互相制約，又相互促進(jìn)。因此，在生態(tài)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展過(guò)程中，要秉持生態(tài)文明價(jià)值理念，使GDP 增加成為自然自我修復(fù)、恢復(fù)秩序的熵減過(guò)程，形成負(fù)熵GDP，使生態(tài)文明建設(shè)成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力和引擎［10］，實(shí)現(xiàn)水環(huán)境治理與生態(tài)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的和諧共生。