区域环境质量与经济发展关系模型研究

第13卷第4期2004年7月长江流域资源与环境Resources and Environment in the Yangtze BasinVol.13No.4J uly2004 文章编号:100428227(2004)0420317205区域环境质量与经济发展关系模型研究王学山1,2,3,吴　豪4,陈　雯1(1.中国科学院南京地理与湖泊研究所,江苏南京210008;2.中国科学院研究生院,北京100039;3.山东师范大学人口资源与环境学院,山东济南250014;4.南京市环保局,江苏南京210000)摘　要:环境库兹涅茨曲线是目前环境经济领域被广泛引用的一个计量模型。

针对当前人们大多通过实际观测资料,利用回归分析,估计环境质量转折点,而理论研究相对较少的现状,从社会福利最大化角度出发,通过设定物品消费偏好指数,建立了一个两物品模型。

通过数学推理,首先推导出了区域环境最佳投资水平,在此基础上从理论上证明了环境库兹涅茨曲线存在的依据,以及在环境质量最低点和环境质量发生根本性好转的转折点的社会总投资水平。

研究表明,环境质量演化过程曲线取决于社会经济发展状况,它与非环境物品生产函数和排污生产函数的技术参数,居民收入水平以及对环境物品和非环境物品的消费偏好,国民收入分配政策等有关,而非仅仅与经济增长状况有关。

因此,在经济发展过程中适时地调整产业结构和国民收入分配政策、采用新技术、提倡合理的消费观念等是加速环境质量演化过程的重要措施。

关键词:环境库兹涅茨曲线;环境投资;消费偏好;环境质量转折点文献标识码:A 环境库兹涅茨曲线是由美国学者Grossman& Krueger于1991年根据经验数据最先提出的[1,2]。

它是目前环境经济学领域讨论区域环境质量与经济发展关系广泛引用的计量模型。

其核心是,在一国经济发展的早期阶段,环境污染水平随收入的增长不断上升;当经济发展到较高水平,收入达到某一特定值之后,进一步的收入增长将导致污染水平降低和环境质量的改善。

自1990年代以来,人们通过对多种具体污染物的研究证实了环境库兹涅茨曲线的存在性。

因而如何解释污染排放量与收入水平之间的这种倒“U”字型关系也成为环境经济学界研究的热点问题之一[3]。

目前,人们对环境库兹涅茨曲线的研究大致可分为两类。

第一类,利用各地的实际资料进行回归分析研究;第二类,利用经济学的相关概念和理论从理论上加以证明。

如James Andreoni&Arik Levin2 son(2001)从个人的角度建立微观模型,进而推导出多人模型[4];陈艳莹以家庭为单位建立微观模型,利用博弈论证明了库兹涅茨曲线成立的一般条件[3];王海建利用Lucas的人力资本积累内生经济增长模型,讨论了人均消费与环境质量在长期增长过程中的相互关系[5]等。

但这些研究中类似不变替代弹性的假设不能令人信服,因为环境物品与非环境物品的替代弹性随着收入水平的变化而变化。

此外,上述理论研究虽然都涉及到了环境质量演化的拐点问题,但都没有从理论上确定出拐点的具体位置。

由于人们对各种消费品的组合关系,取决于效用最大化的理性预期,所以,在物品价格和消费预算一定的条件下,人们对各种消费品的数量组合关系取决于对物品的消费偏好(即无差异曲线的形状),并由此决定了消费品组合点的最佳位置。

因此,在效用最大化前提下,各种消费品之间的替代率(在价格一定的条件下)决定于人们对物品的消费偏好强度。

本文由此出发,对区域环境最佳投资水平以及环境库兹涅茨曲线拐点位置的确定进行初步的理论探讨。

收稿日期:2003204201;修回日期:2003206230 基金项目:中国科学院知识创新项目“沿海地区人地关系演化机理与调控途径研究”(KZCX22307)和“工业绿色化:环境压力下的制造业响应及生态效应”(CXNIG LAS2A02209)资助. 作者简介:王学山(1968～　),男,山东省临朐人,副教授,在读博士生,主要从事生态经济学、区域经济学研究.1　环境物品———准公共物品本文所涉及的环境概念,是指在特定区域空间中直接或间接影响人类社会生存和发展的所有生物和非生物要素,通过特定的生态联系形成的有机统一整体[6]。

从本文的角度出发,环境物品的特征概括起来主要有以下几个:(1)在阀值范围内的相对稳定性。

即环境各组成要素之间不停地进行物质、能量流动和信息交换,其中任何一个要素的变化都会影响到整体相应的生态关系,但相对于整体生态关系而言,任何生态环境要素的变化都存在一个上限,在这个范围内要素的变化都不会导致生态环境的退化或破坏,即环境阀值。

但这种变化一旦超过阀值,生态环境将发生破坏性的巨大变化,甚至导致生态环境的毁灭。

(2)弥散性。

由于构成生态环境的许多要素(如空气、水、生物物种等)具有弥散性,不具弥散性的要素(如岩石、土壤等)也会通过与其他要素之间的生态联系对整体生态关系产生影响。

(3)消费上的平等性。

不论环境质量好坏与否,客观上生活在同一个区域中的任何人都平等地享受相同质量的环境物品。

(4)环境质量的可控性。

经验表明,区域环境质量演化的轨迹主要取决于区域经济活动对环境的影响以及环境建设投资水平的高低与投资结构状况。

因此,环境投资是影响环境质量的重要方面,即环境质量具有可控性。

产权经济学认为,所有物品皆可划分为三大类:即私人物品、公共物品和介于二者之间的准公共物品(或俱乐部物品)[7]。

私人物品,是指那些在使用或消费时,不存在“外部性”,且具有排他性、竞争性的物品。

与私人物品相比,公共物品具有以下特征:第一,不可分性。

即公共物品在消费过程中只能保持其完整性,而不能将其分割出售。

第二,非竞争性。

即对某种公共物品,增加消费者并不改变其生产成本,即边际生产成本为零。

同时,也不会减少任何一个消费者对该物品的消费量。

第三,非排他性。

即由于公共物品的非竞争性,使得每增加一个消费者的边际生产成本为零。

因此,排除任何一个消费者都是缺乏效率的。

因此,公共物品具有“外部性”。

准公共物品,是指那些介于纯私人物品和纯公共物品之间的物品。

这种物品具有以下特征:第一,可拥挤性。

即准公共物品客观上存在一个相对固定的消费容量,一旦超过这个容量,那么,边际生产成本将呈指数形式急剧上升。

因此,对准公共物品的消费客观上存在一个最佳消费范围;第二,排他性。

由于准公共物品在消费上具有可拥挤性,所以,人们可以根据其最佳消费容量,通过一定方式确定消费者资格,进而决定消费者数量。

因而准公共物品具有排他性;第三,非对抗性。

即在准公共物品的最佳消费容量之内,单个消费者的消费量不会影响或减少其他消费者对同一物品的消费。

对比环境物品的特性,我们可以发现,环境物品的阀值相对稳定性范围,对应准公共物品的可拥挤范围;弥散性对应及消费上的平等性,对应准公共物品消费上的非对抗性;而环境质量的可控性,对应准公共物品的排他性。

因此,环境物品本质上属于准公共物品。

2　环境最佳投资水平的确定环境投资的目的,在于通过人工投资以现时经济福利的减少为代价,换取长期社会总福利最大化,从而提高社会经济发展的可持续水平。

因此,区域环境建设应符合社会总福利最大化的要求。

假设社会只生产和消费环境和非环境两种物品,且存在社会福利函数:W=t(U i)其中,W代表社会总福利;U i代表社会人i所获得的效用。

假设每个人所获得的效用是其所消费的环境物品质量和非环境物品数量的函数。

即:U i=u(x1,x2)其中, x1,x2分别代表i所消费的环境质量和非环境物品的数量,且x1,x2>0。

假设函数形式为:Q i=f i(K i,)其中,Q i为相应的环境质量或非环境物品产量;f\-i为相应的生产函数;K i≥0为生产所需要的广义资本(包括人力资本在内);i∈(1,2)。

假设区域社会总投资为K,环境和非环境物品投资分别为K1,K2,K=K1+K2。

那么,环境最佳投资问题转变为,在满足K=K1+K2条件下,求∫∞W dw的极大值问题。

显然,存在最优解K31,K32。

为了便于处理,假定上述函数形式分别为:M ax∫∞0W dw=∫∞0U j du(1) s.t　U j=∏x1aj x2bj j∈(1,2,……,m)(2)813长江流域资源与环境 第13卷　Q i=A i k i,i∈(1,2)(3)令:a j,b j≥0,且a j+b j=1,j∈(1,2,……,m)(4) K1,K2>0, 且K=K1+K2(5)式中,a j,b j分别为居民对环境和非环境最终产品的消费偏好强度指数;A i为技术参数;K1,K2为分别用于生产环境和非环境物品的资本,i∈(1,2);将(2)代入(1)可得:M ax∫∞0W dw=∫∞0∑m j=1∏x1a j x2b j dx(6) 由环境物品的特性可知,生活在同一区域内的所有居民消费同一质量的环境物品,因此令x1=x,则(6)变为:M ax∫∞0W dw=∫∞0Xaj∑m j=1x1a j x2b j dx(7) 由于∑x2=1n Q2=1nA2K2,令∑x2=1n Q2=Y(1n为非环境最终消费品所占非环境物品总量的比重)。

假设存在代表性居民(其收入和消费都为全部居民的平均水平),并假设他对两种物品的消费偏好强度指数分别为a,b,居民总数为m,那么,(7)变为:M ax∫∞0W dw=∫∞0X0m(1m n Y)b dk8) 根据上述条件,可得满足的最优解:K31=a2-a K32 (9)K31=a2K (10)由此可知,环境建设最佳投资水平K31取决于当地居民对环境物品消费偏好强度指数和总投资能力。

由于不同区域之间生产函数不一定相同,而总投资能力取决于非环境物品生产能力,所以不同区域的环境投资水平曲线不同。

另一方面,虽然x1与x2各自的效用函数为严格凹函数,但由经验可知x1的效用随着x2数量的增长而增加,x2的效用则随x2的增长而降低(可以用类似民意调查资料证明),即a是x2的单调增函数,b是x2的单调减函数。

因此,a,b与x2的关系如图1所示。

3　环境质量演化曲线与环境质量转折点 由于a,b取决于Y及其所占Q2的比重1/n,即区域国民收入分配政策。

又由于区域环境的破坏图1　环境物品与非环境物品消费水平和消费偏好关系图Fig.1　Relationship Between the Level of Environmental,Non2environmental Consumption and Consumption Preference主要是区域经济活动的结果,因此,在不考虑自然因素及消费的情况下,非环境物品生产函数,同时也是污染生产函数。

设其技术参数为λ,则相应的污染生产函数为:Q’2=λK2(11) 由于环境质量X的获得,实质上是通过人工投资减轻污染生产所造成的影响和环境自然净化的综合作用的结果。