劉光輝

(遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006)

人類(lèi)正在以前所未有的規(guī)模改變?nèi)颦h(huán)境，這是一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)。全球環(huán)境變化的人為驅(qū)動(dòng)力還沒(méi)有被充分認(rèn)識(shí)和理解，主要因素是缺乏適當(dāng)?shù)哪軌驅(qū)θ藶轵?qū)動(dòng)力和環(huán)境影響關(guān)系的分析技術(shù)和模型。本文主要對(duì)人為驅(qū)動(dòng)力和環(huán)境影響關(guān)系相關(guān)模型研究進(jìn)行分析。

1 環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線(xiàn)

Grossman 和Krueger 研究了三種環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)(SO2、微塵和懸浮顆粒)與收入之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)三種環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)都與收入呈倒U 形關(guān)系［1］。Arrow 和Bolin 等提出了環(huán)境壓力與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)之間呈倒U 形關(guān)系的假說(shuō)［2］。這與呈倒U 形的庫(kù)茲涅茨曲線(xiàn)相似，因此把它稱(chēng)為環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線(xiàn)假說(shuō)(或EKC 假說(shuō))。

環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線(xiàn)的基本涵義為:環(huán)境污染和環(huán)境退化是經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)過(guò)程中必然出現(xiàn)的衍生產(chǎn)物，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)達(dá)到一定水平又是改善環(huán)境的必要條件［3］。

另外，大量實(shí)證研究中環(huán)境壓力指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)指標(biāo)之間存在四種關(guān)系:倒U 形關(guān)系、同步關(guān)系、U 形關(guān)系和N 形關(guān)系。

張正棟［4］采用1970～2004 年的統(tǒng)計(jì)資料，用統(tǒng)計(jì)方法，研究了近35 年來(lái)海南島耕地變化過(guò)程與人口增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間動(dòng)態(tài)變化關(guān)系，結(jié)果表明海南人口增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展與耕地面積變化之間存在著比較明顯的呈類(lèi)似庫(kù)茲涅茨曲線(xiàn)倒“U”型關(guān)系，耕地減少量呈現(xiàn)先減小后增大再減小的趨勢(shì)。

張?jiān)疲?］等對(duì)1990～2001 年北京工業(yè)廢氣排放與工業(yè)總產(chǎn)值之間的變化關(guān)系進(jìn)行分析，結(jié)果表明工業(yè)廢氣排放與工業(yè)總產(chǎn)值之間呈“U 型+倒U型”的環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線(xiàn)特征，說(shuō)明環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線(xiàn)并不一定是倒“U”形模式，而是區(qū)域環(huán)境經(jīng)濟(jì)態(tài)勢(shì)的一個(gè)綜合反映。這為環(huán)境還處在非良好態(tài)勢(shì)地區(qū)的環(huán)境整治和調(diào)控提供了一個(gè)有力的理論支撐，并且說(shuō)明在經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)的同時(shí)保持相對(duì)較低的污染，甚至改善污染，是可能和可行的。

孟紅明［6］研究上海市經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和環(huán)境污染水平間的關(guān)系呈“倒U 型+U 型”環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線(xiàn)。這條由“倒U 型+U 型”兩組曲線(xiàn)構(gòu)成類(lèi)似“N型”的環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線(xiàn)，其曲線(xiàn)特征所揭示的理論意義在于隨著人均收入水平的提高，污染量或人均污染量并非必然經(jīng)歷一段時(shí)期的上升后逐漸下降，還會(huì)出現(xiàn)反復(fù)，即實(shí)踐中經(jīng)濟(jì)與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的結(jié)果不會(huì)自然地實(shí)現(xiàn)，而要靠積極的人為干預(yù)。

Alberto［7］對(duì)全球經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和溫室氣體間關(guān)系分析后表明，二者間呈同步關(guān)系。全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展使得溫室氣體排放增加，全球變暖，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與溫室氣體排放尚未到分離階段，溫室氣體排放和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)還在同步增長(zhǎng)。

研究者對(duì)國(guó)內(nèi)外經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與環(huán)境壓力間的關(guān)系的分析還有很多，在此不多敘述?？傊?，環(huán)境壓力和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)關(guān)系呈現(xiàn)多種類(lèi)型，這與選取的不同環(huán)境指標(biāo)、不同地域、不同發(fā)展模式等都有關(guān)系，而且影響也不盡相同，應(yīng)當(dāng)具體問(wèn)題具體分析。

2 IPAT 等式

IPAT 模型指出人類(lèi)對(duì)環(huán)境影響有三個(gè)主要驅(qū)動(dòng)力:人口、富裕度和技術(shù)。其表達(dá)式［8］為:

式中:I―環(huán)境影響(Impact)，以環(huán)境指標(biāo)表示，如資源能源消耗、廢物排放等;

P―人口(Population)，以人數(shù)表示;

A―富裕度(Affluence)，以人均年GDP 表示，A=GDP/P;

T―技術(shù)(Technology)，以單位GDP 形成的環(huán)境指標(biāo)表示，T=I/GDP。

IPAT 是一個(gè)數(shù)學(xué)等式。IPAT 等式表明I 是P、A、T3 種驅(qū)動(dòng)力的共同作用，且I 與P、A、T 間均成等比例變化關(guān)系，即任何一個(gè)驅(qū)動(dòng)力發(fā)生1%的變化都會(huì)引起環(huán)境壓力相應(yīng)發(fā)生1%的變化。但每個(gè)驅(qū)動(dòng)力不可能獨(dú)立于其它驅(qū)動(dòng)力而單一作用于環(huán)境沖擊，即環(huán)境變化是這些驅(qū)動(dòng)力共同作用的結(jié)果。

朱顯成等［9］將IPAT 方程進(jìn)行轉(zhuǎn)換，建立大連水資源效率模型。根據(jù)水資源效率模型，利用大連地區(qū)GDP 增長(zhǎng)數(shù)據(jù)、水資源供給和消耗的數(shù)據(jù)，分四種情況討論并計(jì)算出大連地區(qū)在“十一五”、“十二五”期間水資源合理用量和單位GDP 水資源消耗需要降低的倍數(shù)。

王正環(huán)等［10］對(duì)福建環(huán)境效率定量進(jìn)行測(cè)評(píng)，結(jié)果表明福建保持環(huán)境效率(單位GDP 的資源消耗量或單位GDP 的三廢排放量)年平均降低率在10%(或者資源利用效率年平均提高10%)，實(shí)現(xiàn)GDP 的“十一五”每年9%的增長(zhǎng)量，環(huán)境負(fù)荷會(huì)以每年約1.56%(均值)的速度逐年降低;要想實(shí)現(xiàn)2011 年到2015 年GDP 繼續(xù)保持9%的增長(zhǎng)速度同時(shí)維持環(huán)境負(fù)荷不變，環(huán)境效率(單位GDP的資源消耗量或單位GDP 的三廢排放量)年平均降低率至少應(yīng)達(dá)到約9%(均值)，或者資源利用效率年平均提高約9%。

何強(qiáng)等［11］以北京市為例，采用IPAT 模型框架以及嶺回歸技術(shù)，分析了人口、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)等因素對(duì)生態(tài)環(huán)境的具體作用方式和程度，結(jié)果表明在1987～2006 年，北京市經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和環(huán)境質(zhì)量之間的關(guān)系近似為線(xiàn)性負(fù)相關(guān)關(guān)系，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)對(duì)環(huán)境帶來(lái)的負(fù)向效應(yīng)明顯超過(guò)了技術(shù)進(jìn)步帶來(lái)的正向效應(yīng)，在人口因素中，城鎮(zhèn)人口的相對(duì)增加是生態(tài)環(huán)境壓力減輕的重要原因。

3 ImPACT 等式

Waggoner 等［12］對(duì)IPAT 等式進(jìn)行重新定義，提出ImPACT 等式，其表達(dá)式為:

式中:Im―環(huán)境影響(Impact)，以環(huán)境指標(biāo)表示，如資源能源消耗、廢物排放等;

P―人口(Population)，以人數(shù)表示;

A―富裕度(Affluence)，以人均年GDP 表示，A=GDP/P;

C―使用強(qiáng)度(Consumption)，以單位GDP 的消費(fèi)表示;

T―技術(shù)(Technology)，以單位消費(fèi)形成的環(huán)境指標(biāo)表示。

Waggoner 等將環(huán)境影響(Im)分解為人口(P)、富裕(A)、使用強(qiáng)度(C)和技術(shù)(T)的乘積，并探討了驅(qū)動(dòng)因子之間的組合對(duì)環(huán)境影響的杠桿調(diào)節(jié)作用。相比IPAT 等式，ImPACT 更清晰地呈現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中消費(fèi)和生產(chǎn)過(guò)程對(duì)環(huán)境的影響。Waggoner［13］利用ImPACT 等式研究了美國(guó)農(nóng)田面積的擴(kuò)張和灌溉水的變化。

焦文獻(xiàn)［14］應(yīng)用ImPACT 等式，分析了甘肅省1990～2003 年虛擬水消費(fèi)中人類(lèi)活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響。結(jié)果表明，相比1990～1995 年，1996～2000年和2001～2003 年甘肅省收入顯著提高，而使用強(qiáng)度(單位GDP 的農(nóng)產(chǎn)品消費(fèi)量)和效率(單位農(nóng)產(chǎn)品消耗的虛擬水量)大幅度改善，對(duì)環(huán)境影響(虛擬水消費(fèi)量)起到了調(diào)節(jié)作用。

徐中民等［15］在剖析經(jīng)典的IPAT 等式及其變種等式ImPACT 分析框架的基礎(chǔ)上，提出了一個(gè)新的可持續(xù)性評(píng)價(jià)研究框架―ImPACTS 等式，并討論了新等式的政策含義。在ImPACTS 等式中，新增項(xiàng)S代表社會(huì)資源的狀態(tài)(社會(huì)發(fā)展?fàn)顟B(tài))，m 代表管理，用來(lái)強(qiáng)調(diào)人類(lèi)采用協(xié)調(diào)的方式來(lái)解決超過(guò)可持續(xù)性尺度這一問(wèn)題的重要性，I 因此變成了集成的影響評(píng)價(jià)―對(duì)環(huán)境的影響和社會(huì)發(fā)展的損益評(píng)價(jià)。

4 STIRPAT 模型

IPAT 等式和ImPACT 等式中不能準(zhǔn)確表示驅(qū)動(dòng)力對(duì)環(huán)境影響的非比例效應(yīng)和非單調(diào)效應(yīng)。為了克服這一缺點(diǎn)，Rose 等［16］將IPAT 等式表示成隨機(jī)形式，即通過(guò)人口、富裕度和技術(shù)的隨機(jī)回歸分析各驅(qū)動(dòng)力對(duì)環(huán)境壓力的影響，簡(jiǎn)稱(chēng)為STIRPAT模型，與IPAT 等式和ImPACT 等式不同，STIRPAT 模型不是一個(gè)計(jì)算等式，而是一個(gè)隨機(jī)模型。STIRPAT 模型方程:

式中:a―比例系數(shù);

b，c，d―P，A，T 的相應(yīng)指數(shù);

e―誤差。

當(dāng)a=b=c=d=e=1 時(shí)，STIRPAT 模型方程就成為IPAT 等式。

將STIRPAT 模型方程兩邊取對(duì)數(shù)，并將T 表示在誤差e 中，以求與IPAT 等式一致，則STIRPAT 模型方程變?yōu)?

在上面的對(duì)數(shù)方程中，a1，e1分別是STIRPAT模型方程a，e 的對(duì)數(shù)。

用驅(qū)動(dòng)力變化對(duì)環(huán)境影響產(chǎn)生的變化來(lái)定義生態(tài)彈性，因此我們可以計(jì)算出STIRPAT 模型中每個(gè)驅(qū)動(dòng)力的彈性變化。人口驅(qū)動(dòng)力對(duì)生態(tài)彈性的影響表示人口變化對(duì)環(huán)境影響的反應(yīng)。富裕驅(qū)動(dòng)力對(duì)生態(tài)彈性的影響表示富裕變化對(duì)環(huán)境影響的反應(yīng)。由于在STIRPAT 模型中T 包括許多因素，下面討論將T 分解并在人口或富裕與影響之間的關(guān)系來(lái)得出T 對(duì)環(huán)境的影響。

對(duì)于STIRPAT 模型中的系數(shù)，如果影響系數(shù)=1.0 稱(chēng)為單位彈性，表明驅(qū)動(dòng)力和影響之間的等比例關(guān)系。驅(qū)動(dòng)力變化一定的百分比，則影響也變化相同的百分比。系數(shù)＞1.0 表明環(huán)境影響變化的速度超過(guò)驅(qū)動(dòng)力增加的速度。系數(shù)＜1.0(但＞0)表明非彈性關(guān)系，對(duì)驅(qū)動(dòng)力變化而引起的影響反應(yīng)較小。系數(shù)也可能是負(fù)值，當(dāng)系數(shù)=-1.0 時(shí)，表明單位負(fù)彈性，即驅(qū)動(dòng)力增加而影響以相同比例遞減。當(dāng)系數(shù)值＜-1.0 時(shí)，表明負(fù)彈性，即驅(qū)動(dòng)力增加而影響以較大比例遞減。當(dāng)系數(shù)值為0.0～-1.0 時(shí)，表示負(fù)的無(wú)彈性，即驅(qū)動(dòng)力增加而影響以較小比例遞減。

在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)需要在式(3)或式(4)增加社會(huì)或其他控制因素來(lái)分析他們對(duì)環(huán)境的影響，但增加的變量需要與方程(3)指定的乘法形式具有概念上的一致性［17，18］。某些經(jīng)濟(jì)和社會(huì)學(xué)理論預(yù)測(cè)影響和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的非單調(diào)關(guān)系，利用富裕度作為模型方程的二次項(xiàng)。即:

式(5)lnA 對(duì)求一階偏導(dǎo)數(shù)，可得到富裕度對(duì)環(huán)境影響的彈性系數(shù)為:

STIRPAT 模型和彈性系數(shù)的應(yīng)用，解決了實(shí)證分析中如何檢驗(yàn)各驅(qū)動(dòng)力變化對(duì)環(huán)境變化的影響問(wèn)題。

York［17］等人研究表明，人口數(shù)量對(duì)以CO2排放量和能源足跡表征的環(huán)境壓力的彈性系數(shù)都接近于1;而人均單位GDP 增長(zhǎng)對(duì)以能源足跡表征的環(huán)境壓力的彈性系數(shù)＜1 且＞0，即單位人均GDP每增長(zhǎng)1%，環(huán)境壓力上升但不會(huì)超過(guò)1%。

王琳［19］利用STIRPAT 模型，分析了蘇州市1978～2005 年人口、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和城市化水平對(duì)耕地面積變化的影響及富裕度與耕地占用之間的相關(guān)性。結(jié)果表明，人口數(shù)量的變化是引起耕地面積減少的主要因素;而第三產(chǎn)業(yè)增加值占地區(qū)生產(chǎn)總值比重和城市化率的變化對(duì)耕地面積的減少也發(fā)揮著重要作用;富裕度和耕地面積之間存在類(lèi)似環(huán)境Kuznets 曲線(xiàn)，并且蘇州市正處于該曲線(xiàn)的前期階段，屬于矛盾的凸顯期。

王立猛等［20］利用STIRPAT 模型，研究人口、富裕度和能源消費(fèi)間的環(huán)境壓力模型。結(jié)果表明，不同省份間人口數(shù)量和富裕度對(duì)環(huán)境壓力影響存在顯著差異;各省份人口數(shù)量對(duì)環(huán)境壓力都產(chǎn)生線(xiàn)性正效應(yīng)影響，但影響強(qiáng)度有明顯差異，最大者是最小者的8.079 倍。富裕度對(duì)環(huán)境壓力影響，有正效應(yīng)或者負(fù)效應(yīng);有線(xiàn)性作用或者彈性作用。

王立猛等［21］利用STIRPAT 模型，以1952～2003年中國(guó)能源消費(fèi)總量時(shí)間序列數(shù)據(jù)為例，分析人口數(shù)量、富裕度、能源強(qiáng)度和能源消費(fèi)的選擇行為等人類(lèi)驅(qū)動(dòng)力對(duì)環(huán)境壓力的影響。結(jié)果表明，人口數(shù)量或能源強(qiáng)度發(fā)生1%的變化，將分別引起環(huán)境壓力相應(yīng)發(fā)生1.992%或0.777%的變化;隨著富裕度的增加，富裕度對(duì)環(huán)境壓力的彈性系數(shù)逐漸增加。

孫克等［22］采用中國(guó)2000 年各省(區(qū)、市)的水足跡作為環(huán)境影響測(cè)算指標(biāo)，運(yùn)用空間自相關(guān)模型，分析了中國(guó)2000 年水足跡的空間分布特征;進(jìn)而利用STIRPAT 模型定量分析中國(guó)的人口數(shù)量和富裕程度等對(duì)環(huán)境的影響，結(jié)果表明，人口數(shù)量對(duì)環(huán)境影響顯著，而富裕程度對(duì)其影響較小;城市化率對(duì)環(huán)境沒(méi)有顯著影響;在控制人口變量的基礎(chǔ)上，現(xiàn)有樣本數(shù)據(jù)支持倒U 形的環(huán)境Kuznets 曲線(xiàn)假說(shuō)。

5 結(jié)論

環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線(xiàn)研究環(huán)境壓力和經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的相關(guān)關(guān)系，但尚不能建立全面反映環(huán)境壓力和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的量化關(guān)系。IPAT 等式、ImPACT 等式和STIRPAT 模型建立了人為驅(qū)動(dòng)力與環(huán)境壓力之間的數(shù)量關(guān)系。IPAT 等式、ImPACT 等式是數(shù)學(xué)等式，并假設(shè)人文驅(qū)動(dòng)力與環(huán)境壓力間存在線(xiàn)性關(guān)系，但不能分析如城市化、人口年齡結(jié)構(gòu)、地理位置、氣候條件等人文驅(qū)動(dòng)力對(duì)環(huán)境壓力的影響。STIRPAT模型通過(guò)對(duì)技術(shù)項(xiàng)的分解，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各種類(lèi)型人文驅(qū)動(dòng)因子對(duì)環(huán)境壓力的影響分析。以上模型的建立和發(fā)展為研究人為驅(qū)動(dòng)力與環(huán)境壓力的影響提供了方法支持。

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［22］孫克，徐中民.環(huán)境影響評(píng)價(jià)中人文因素作用的空間計(jì)量［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2009，29(3):1563-1570.