萬永坤，董鎖成

(1.蘭州商學(xué)院 經(jīng)貿(mào)學(xué)院，蘭州 730020;2.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101)

1 問題的提出

國內(nèi)外對環(huán)境質(zhì)量變化與經(jīng)濟增長的研究始于20世紀60年代，之后大量科學(xué)文獻對其相互之間的影響進行了深入分析，這些研究主要集中在經(jīng)濟與環(huán)境的相互作用方面，認為經(jīng)濟活動或人均收入的變動將對環(huán)境變化產(chǎn)生影響，指出經(jīng)濟發(fā)展意味著更大規(guī)模的經(jīng)濟活動與資源需求量，因而對環(huán)境產(chǎn)生負面影響;但同時經(jīng)濟發(fā)展又通過技術(shù)進步(更為環(huán)保的新技術(shù)的使用)和結(jié)構(gòu)效應(yīng)(產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級與優(yōu)化)減少了污染排放、改善了環(huán)境質(zhì)量，因此，環(huán)境質(zhì)量與經(jīng)濟發(fā)展間呈倒U型曲線關(guān)系，之后眾多文獻都對經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境之間的關(guān)系進行了檢驗［1－7］。

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)是人類作用于生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)，它的組合類型和強度在很大程度上決定了經(jīng)濟效益、資源利用效率和對環(huán)境的脅迫，因為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不僅決定著資源消耗的種類和水平，而且產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級又使得資源從利用效率低的產(chǎn)業(yè)向利用效率高的產(chǎn)業(yè)移動，提高了資源利用效率、減少污染排放量，從而減輕了環(huán)境污染［8－11］。但是，上述研究都是從經(jīng)濟總量的角度分析經(jīng)濟增長與環(huán)境質(zhì)量之間的關(guān)系，忽略了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與環(huán)境質(zhì)量之間的雙向反饋機制，雖然也有少量文獻從產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的角度考察了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與環(huán)境質(zhì)量之間的關(guān)系［12－14］，但沒有準確揭示二者相互作用的機理，都存在著不足。因此，本研究從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的角度來分析產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與環(huán)境質(zhì)量互相影響、互相作用的演變機理，考察產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與污染排放物之間的動態(tài)關(guān)系。

2 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與環(huán)境質(zhì)量耦合機理

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)是一個國家或地區(qū)各種資源(包括人力資源、財力以及自然資源)與物質(zhì)資料在國民經(jīng)濟各部門和各地區(qū)的配置狀態(tài)及相互制約方式。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的改變會引起資源利用形態(tài)的改變和資源利用方式的多樣化，主要包括不同資源配置比例、產(chǎn)業(yè)比例和地區(qū)比例，即產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)決定了生產(chǎn)中的各種自然資源、物質(zhì)材料以及勞動力的配置方向和流量，因此，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)決定著資源的消耗種類和水平，這正是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與環(huán)境質(zhì)量密切相關(guān)的原因。

2.1 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與環(huán)境質(zhì)量交互耦合的概念

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的直接表現(xiàn)是資金、勞動力、水、土地等資源按不同方式配置到不同的部門，形成一定的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，并通過資源利用和能源消耗不斷向區(qū)域排放廢物來影響環(huán)境質(zhì)量;而區(qū)域環(huán)境污染信息不斷地反饋到?jīng)Q策部門和市場，通過政策干預(yù)和市場調(diào)節(jié)控制人們的活動強度和污染凈化水平，從而達到產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與環(huán)境質(zhì)量之間的平衡，在此過程中技術(shù)因子起著非常重要的作用。我們把產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與環(huán)境質(zhì)量兩個系統(tǒng)通過各自的耦合元素相互作用、彼此影響的現(xiàn)象稱之為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與環(huán)境質(zhì)量交互耦合［15］，這其中主要包括兩方面的效應(yīng):一是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對環(huán)境質(zhì)量的脅迫效應(yīng)，不同的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)決定著不同資源利用方式，資源的生態(tài)效應(yīng)取決于資源利用方式，而資源的濫采、濫用、過度利用等，會使資源基礎(chǔ)受到削弱，特別是可能造成可更新資源的再生機制遭到破壞，加劇了環(huán)境質(zhì)量壓力。二是環(huán)境質(zhì)量對產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的約束效應(yīng)，環(huán)境質(zhì)量惡化使生態(tài)平衡和自然資源遭到嚴重破壞，降低環(huán)境容量和自凈能力，提高經(jīng)濟活動的成本，加快資源流動而影響產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，這種影響通常使環(huán)境質(zhì)量惡化的地區(qū)內(nèi)具有良好的經(jīng)濟實力和文化素質(zhì)的居民流出，并使技術(shù)和資金也隨之流失，從而加大了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的難度;當然環(huán)境質(zhì)量惡化到極限時，可移動資源全部流出，區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也極端化，即產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整不能超越環(huán)境最大容量。

因此，經(jīng)濟發(fā)展過程中人類的活動究竟對環(huán)境產(chǎn)生什么樣的影響，主要取決于經(jīng)濟體系中經(jīng)濟增長的方式，即產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的類型，也就是說產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)是聯(lián)結(jié)經(jīng)濟活動與環(huán)境質(zhì)量的重要紐帶，在經(jīng)濟活動方面，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)是各種生產(chǎn)要素的“資源轉(zhuǎn)換器”;在環(huán)境質(zhì)量方面，它又是各種“污染物種類和數(shù)量的控制體”［16］。

2.2 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與環(huán)境質(zhì)量耦合演變機理

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)是一個特殊區(qū)域的人口、經(jīng)濟、社會發(fā)展系統(tǒng)，它通過人類活動不斷從周圍的生態(tài)環(huán)境攫取物質(zhì)和能量，通過技術(shù)應(yīng)用、制度安排等手段，一方面提高資源利用效率，減少污染物的排放量，抑制環(huán)境惡化(即結(jié)構(gòu)效應(yīng));另一方面又會促進經(jīng)濟總量的增長，導(dǎo)致更多的資源消耗，帶來更多的污染物排放量，從而惡化環(huán)境質(zhì)量(即總量效應(yīng))，所以產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)是一個典型的耗散結(jié)構(gòu)。同時，一定區(qū)段的環(huán)境質(zhì)量通過不斷與人類活動進行著物質(zhì)、能量和信息的交換，又構(gòu)成了一個典型的開放系統(tǒng)，根據(jù)熱力學(xué)第二定律和熵變定律也可以將產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與環(huán)境質(zhì)量的耦合演變機理作出描述，環(huán)境質(zhì)量遵循熵變方程［17－18］:

式中:dS為環(huán)境質(zhì)量的熵變;dSi為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與環(huán)境質(zhì)量之間的熵交換引起的熵流，其值可正可負也可以為零;dSe為經(jīng)濟總量增長導(dǎo)致環(huán)境質(zhì)量變化所產(chǎn)生的熵流，且dSe＜0。從系統(tǒng)的發(fā)展來看，環(huán)境質(zhì)量熵變S是時間積累，即S的時間積分:

環(huán)境質(zhì)量熵變的外在表現(xiàn)就是在時間Δt內(nèi)環(huán)境質(zhì)量因產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演變所引發(fā)的可能軌跡［13］，其軌跡可以用熵變定律得到解釋。

2.2.1 當dS=dSi+dSe＜0時，即|dSe|＞dSi或dSi＜0，這表明通過脅迫效應(yīng)和約束效應(yīng)，總量效應(yīng)使得環(huán)境質(zhì)量曲線從S0移動到S1，而結(jié)構(gòu)效應(yīng)使得環(huán)境質(zhì)量曲線從S1移動到S2。即環(huán)境質(zhì)量從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整獲取的正熵流不足以抵消因產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整帶動經(jīng)濟增長所引起的環(huán)境質(zhì)量變化所產(chǎn)生的負熵流，或產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整使得環(huán)境質(zhì)量的熵變也為負，說明產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)展的有序度降低，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的現(xiàn)實表現(xiàn)為對資源無序和過度開發(fā)利用，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)開始失調(diào)，出現(xiàn)畸化趨勢，生態(tài)壓力不斷上升，環(huán)境污染持續(xù)增加，環(huán)境質(zhì)量開始惡化(圖1)。

圖1 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整導(dǎo)致環(huán)境質(zhì)量惡化Fig.1 Environmental deterioration by adjustment of industrial structure

2.2.2 當 dS=dSi+dSe=0，即 dSi=|dSe|，這表明通過脅迫效應(yīng)和約束效應(yīng)，使得環(huán)境質(zhì)量曲線從S0移動到S1，而結(jié)構(gòu)效應(yīng)使得環(huán)境質(zhì)量曲線從S1移動到S2。環(huán)境質(zhì)量從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整獲取的正熵流與經(jīng)濟增長導(dǎo)致環(huán)境質(zhì)量變化所產(chǎn)生的負熵流絕對值相等，說明因產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整帶動經(jīng)濟增長使得新增資源投向不同行業(yè)、部門所生產(chǎn)的污染，與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變動所引起的環(huán)保投入增加、新技術(shù)的應(yīng)用等所引起污染排放量的減少量相等，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與環(huán)境質(zhì)量的脅迫和約束機制剛好抵消，環(huán)境質(zhì)量基本穩(wěn)定(圖2)。

圖2 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整導(dǎo)致環(huán)境質(zhì)量平穩(wěn)變化Fig.2 Stationary condition of environment by adjustment of industrial structure

2.2.3 當 dS=dSi+dSe＞0，即|dSe|＜dSi，這表明通過脅迫效應(yīng)和約束效應(yīng)，總量效應(yīng)使得環(huán)境質(zhì)量曲線從S0移動到S1，而結(jié)構(gòu)效應(yīng)使得環(huán)境質(zhì)量曲線從S1移動到S2。即環(huán)境質(zhì)量從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整獲取的正熵流在抵消因產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整帶動經(jīng)濟增長所引起的負熵流后還有盈余，說明產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的有序度不斷增加，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與環(huán)境質(zhì)量的脅迫和約束機制迫使產(chǎn)業(yè)調(diào)整更趨于協(xié)調(diào)、有序發(fā)展，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)更加合理、科學(xué)，環(huán)境質(zhì)量壓力持續(xù)下降(圖3)。

圖3 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整導(dǎo)致環(huán)境質(zhì)量好轉(zhuǎn)Fig.3 Environmental improvement by adjustment of industrial structure

3 模型建立與數(shù)據(jù)說明

由于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不僅具有時序維度特征，同時也具有截面特征，即不僅單個地區(qū)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)將隨著經(jīng)濟發(fā)展水平的變化而改變，而且不同發(fā)展水平地區(qū)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)差異度也很大。因此，本研究采用甘肅時間序數(shù)據(jù)進行實證分析，模型建立、指標選取、數(shù)據(jù)來源和原始數(shù)據(jù)處理如下:

3.1 模型的建立

由于技術(shù)進步本身就體現(xiàn)在資源配置方式和資源利用效率上，即反映在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中，根據(jù)以上對產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與環(huán)境質(zhì)量交互耦合機理分析，我們可以建立如下方程對其進行驗證:

式中:S為環(huán)境質(zhì)量變化;Si為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對環(huán)境質(zhì)量的影響，即結(jié)構(gòu)效應(yīng);Se為經(jīng)濟增長對環(huán)境質(zhì)量的影響，即總量效應(yīng)。

對(3)式求全微分方程可得:

對(4)式兩邊同除以S得:

式中:B0為常數(shù)項。

3.2 指標選取

3.2.1 環(huán)境質(zhì)量?？紤]到數(shù)據(jù)的可獲得性，本研究采用污染物排放量指標來度量環(huán)境污染程度與環(huán)境質(zhì)量，由于污染排放物分為3類:氣體污染排放物、液體污染排放物及固體廢棄物，根據(jù)數(shù)據(jù)可獲得性，本研究所選取的污染排放物變量包括廢水排放量、工業(yè)廢氣排放量和工業(yè)廢棄物排放量3類指標反映環(huán)境質(zhì)量狀況。

3.2.2 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。因不同產(chǎn)業(yè)污染物排放種類與數(shù)量各不相同，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)分別采用農(nóng)業(yè)、輕工業(yè)、重工業(yè)、建筑業(yè)和服務(wù)業(yè)所占總產(chǎn)值的比重的時間序列，來測度各產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對環(huán)境質(zhì)量的影響。

3.2.3 經(jīng)濟增長。為了測度產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整帶動經(jīng)濟增長所造成的環(huán)境效應(yīng)，我們采用地區(qū)生產(chǎn)總值增長速度來代表經(jīng)濟增長。

文中所采用的各項數(shù)據(jù)均來源于《1996—2011年甘肅統(tǒng)計年鑒》和《1996—2011年甘肅環(huán)境狀況公報》，其中地區(qū)生產(chǎn)總值按可比價格計算，其余數(shù)據(jù)經(jīng)計算整理。

3.3 實證分析

表1 回歸方程參數(shù)估計及檢驗Tab.1 Estimation of regress functions

在Eviews 6.0統(tǒng)計軟件的支持下，對公式(6)分別用3類環(huán)境指標與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟增長的關(guān)系進行回歸分析及參數(shù)檢驗，得到結(jié)果如表1所示。

3.3.1 廢水排放量。甘肅農(nóng)業(yè)、漁業(yè)和輕工業(yè)發(fā)展可以減少廢水的排放量，尤其是農(nóng)業(yè)和輕工業(yè)由于廢水的循環(huán)利用，大大減少了廢水排放量;而林業(yè)、牧業(yè)、重工業(yè)、建筑業(yè)、服務(wù)業(yè)等產(chǎn)業(yè)的增長都會帶來廢水排放量增加，尤其是牧業(yè)、重工業(yè)、建筑業(yè)對廢水排放量影響最大，影響因子分別達到 537.729 2，40.563 2，144.281 2，這主要是因為牧業(yè)和建筑業(yè)在生產(chǎn)過程中沒有完善的環(huán)保設(shè)施、尤其是在落后地區(qū)，所產(chǎn)生廢水往往都是直接排放，并且多數(shù)都造成二次污染;重工業(yè)在生產(chǎn)過程中由于國家和地方政府都有嚴格環(huán)保措施，并進行監(jiān)督管理，廢水排放量雖然逐年下降，但由于甘肅經(jīng)濟以重工業(yè)為主，而重工業(yè)又多為煉鋼、鉛鋅礦采選、冶煉和原油加工及石油制品制造為主，僅這三大行業(yè)所排放的廢水就占工業(yè)廢水總排放量的30%以上。不容忽視的是服務(wù)業(yè)的快速發(fā)展也將帶來大量的廢水排放量。

3.3.2 工業(yè)廢氣排放量。農(nóng)業(yè)和林業(yè)由于植物的光合作用有利于減少工業(yè)廢氣的排放量，而輕工業(yè)和服務(wù)業(yè)由于產(chǎn)業(yè)自身特點，對工業(yè)廢氣排放量的影響因子分別達到－10.764 6和－4.120 1;而牧業(yè)、漁業(yè)和建筑業(yè)由于缺乏相應(yīng)的環(huán)保設(shè)施，對工業(yè)廢氣的排放影響較大，尤其是建筑業(yè)對工業(yè)廢氣影響達到47.472 1。

3.3.3 工業(yè)固體廢物排放量。農(nóng)業(yè)、林業(yè)、輕工業(yè)和服務(wù)業(yè)的發(fā)展有利于減少工業(yè)廢物，對工業(yè)固體廢物影響最大的是牧業(yè)和建筑業(yè)，分別達到2.759 5和2.515 0。

此外，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整帶動經(jīng)濟總量增長產(chǎn)生了大量廢水、工業(yè)廢氣和工業(yè)固體廢物，尤其是對廢水、工業(yè)廢氣影響最大，影響因子分別為615.409 3和677.724 1，這是因為甘肅省經(jīng)濟主要是以高耗能、高污染的重工業(yè)為主。近十年來，重工業(yè)所占地區(qū)生產(chǎn)總值的比重從23.64%上升到了31.76%，對工業(yè)廢水排放增長5.6%、工業(yè)廢氣排放增長305.7%、工業(yè)固體廢棄物增長2.16%起到了巨大的推動作用，由此帶來了大量污染物，嚴重影響了環(huán)境質(zhì)量。

4 結(jié)論

綜上所述，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的類型決定了生產(chǎn)過程中的資源消耗種類和數(shù)量，進而決定了環(huán)境的質(zhì)量，因而，合理的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)將對資源的開采與消耗起到積極的調(diào)節(jié)作用，從而極大地緩解經(jīng)濟發(fā)展過程中人類活動對環(huán)境質(zhì)量的破壞。因此，應(yīng)對氣候變化，促進可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)當以科學(xué)發(fā)展觀為統(tǒng)領(lǐng)，以推動技術(shù)進步、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整優(yōu)化升級為主線，以深化改革開放、創(chuàng)新體制機制為動力，統(tǒng)籌謀劃、重點突破，盡快形成綠色發(fā)展的長效機制，促進傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造升級和新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，促進經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整和經(jīng)濟發(fā)展方式轉(zhuǎn)變，為提高經(jīng)濟增長的質(zhì)量和效益、促進經(jīng)濟在更長一段時期內(nèi)平穩(wěn)較快可持續(xù)發(fā)展奠定重要基礎(chǔ)，為此:(1)堅持把科技進步和創(chuàng)新作為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)化升級的支撐，著力提高自主創(chuàng)新能力，大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，從而提高資源利用效率，減少污染物排放量。(2)著眼于構(gòu)建現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系，下大氣力改造提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，重點改造提升制造業(yè);培育發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，加快形成先導(dǎo)性、支柱性產(chǎn)業(yè)，切實提高產(chǎn)業(yè)核心競爭力和經(jīng)濟、社會效益;把推動服務(wù)業(yè)大發(fā)展作為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級的戰(zhàn)略重點，大力發(fā)展生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)和生活性服務(wù)業(yè)，同時也要注重對第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中所產(chǎn)生的廢棄物的綜合治理。(3)推動能源生產(chǎn)和利用方式變革，構(gòu)建安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟、清潔的現(xiàn)代能源產(chǎn)業(yè)體系;按照適度超前原則，科學(xué)統(tǒng)籌發(fā)展，構(gòu)建便捷、安全、高效、清潔的服務(wù)產(chǎn)業(yè)體系。

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