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　　摘 要：可持續發展系統由環境、經濟與社會構成，且三者間長期存在復雜的相互作用與互動關系。本文基于EKC理論研究框架分析中國工業污染與經濟增長間的均衡關系，為了提高傳統灰色預測模型的精度，借助粒子群優化算法和布谷鳥搜索算法對未來幾年內中國工業污染水平進行預測。研究結果表明，近期中國工業污染水平雖整體呈下降趨勢，但污染總量和污染水平處于相對高位，這種傳統的以環境代價換取經濟增長的發展模式將在未來對中國的環境質量產生負面影響。研究成果將為政府完善宏觀經濟發展政策和實現可持續發展目標提供科學依據。

　　關鍵詞：工業污染;經濟增長;EKC理論;參數優化算法

　　一、引 言

　　十八大以來，為了增強經濟與社會長期發展后勁，中國政府以科學發展為主題，通過鼓勵引導社會與企業節約資源和積極參與循環經濟發展的方式，有效地推動了經濟結構轉型。由于中國以高能耗為依托的經濟高速增長和生態文明建設與環境治理工作間存在著不和諧甚至是矛盾關系，導致經濟繁榮發展的同時，給自然環境帶來了嚴重的污染并造成了巨大的資源浪費[1]。作為世界第二大經濟體的中國，在為世界經濟發展做出巨大貢獻的同時，更應承擔相應的環境保護與治理責任。中國應在可持續發展觀的指導下，高度重視改善經濟增長本身的質量和從本質上杜絕經濟增長背后隱藏的環境污染的隱患[2]，力求實現在經濟有序增長的同時，有效地培養經濟發展與生態環境保護間協調關系的宏偉目標。因此，中國經濟發展在從傳統粗放型向綠色可持續發展方式轉變過程中，應高度注重調整和改善經濟發展與環境污染間長期存在的互動關系[3]。政府通過改革和創新，能否將兩者關系轉變為和諧與正向影響關系是實現經濟與社會可持續發展宏偉目標的重要前提。

　　近幾年來，關于經濟發展與環境質量的協調關系研究已經成為學術界關注的焦點，圍繞經驗模型眾多學者展開了大量研究，試圖驗證環境質量與經濟發展間存在脫鉤關系。胡宗義等[4]采用半參數模型結合中國二氧化碳排放情況對KUC進行了再檢驗，研究表明現階段中國經濟增長和環境質量間不存在脫鉤現象，FDI成為了中國環境質量惡化的顯著影響因素。蘇為華和張崇輝[5]采用面板數據對中國經濟增長與環境質量間的互動關系進行分析，在利用聚類分析克服KUC同質假說的基礎上，驗證了環境質量與經濟發展間存在互動關系，不同聚類分組模式下經濟與環境間互動關系也呈現多樣性，不同區域環境質量與經濟發展間的脫鉤程度及方向存在著不一致。Hsiap和Chung[6]利用協整模型對EKC理論的適用性進行了再檢驗，結果表明巴西二氧化碳排放量和能源消耗量都分別與經濟增長存在脫鉤現象，充分驗證了EKC理論在巴西的適用性，并在此基礎上利用灰色預測和ARIMA模型對未來幾年巴西的能源消耗量和二氧化碳排放量進行了預測研究。在后續研究中，Hsiap和Chung[7]利用面板數據模型對“金磚四國”的KCU進行了再檢驗和比較，研究表明經濟增長與FDI和二氧化碳排放量間互為因果關系，“金磚國家”環境污染與經濟增長間的脫鉤現象并不明顯。

　　綜上所述，大多數學者對EKC理論的適用性進行了再檢驗，借此分析經濟發展對環境質量的影響程度。對現有實證性研究成果對比發現，雖然由于選取的研究對象、環境指標和曲線擬合方法各不相同，直接導致研究結果驗證的環境質量與經濟發展脫鉤程度也呈現出不同的狀態，甚至出現了背離EKC理論的情況，但大多學者基本上肯定了經濟發展過程中EKC理論存在的事實。也就是說即使現階段沒有出現環境質量與經濟發展的脫鉤現象，但在未來發展過程中經濟與環境間也將會出現脫鉤趨勢。綜上所述，前期研究方式主要歸為兩類：一是圍繞著EKC理論的適應性進行再檢驗，并試圖解釋EKC理論的形成原因;二是在曲線擬合的基礎上，通過相關預測方法對未來幾年內環境質量水平進行推算，為宏觀經濟政策的調整提供科學合理依據。對比以上兩種研究方式，前者比較注重對EKC理論的解釋，而后者則更加注重為宏觀政策調整提供現實性的實證依據和相關數據基礎。

　　2013年，中國廢水排放量695億噸，工業廢水排放量210億噸，占廢水排放總量的30%;二氧化硫排放量2 044萬噸，工業二氧化硫排放量1 835萬噸，占二氧化硫排放總量的90%;煙(粉)塵排放量1 278萬噸，工業煙(粉)塵排放量1 095萬噸，占煙(粉)塵排放總量的86%。由此可見，工業污染已經成為導致中國環境質量下降的重要因素。因此，研究分析中國經濟發展與工業污染間的長期均衡關系對社會的可持續發展具有較強的現實意義。本文高度重視科研成果的轉化率和實用性，為了提高未來對中國工業污染水平的預測精度和為政府調整與完善宏觀經濟發展政策提供準確的科學數據，本文將借助參數優化算法改進傳統預測模型并進行精確度較高的檢驗。

　　二、模型設定和數據說明

　　(一)模型設定

　　本文的研究思路是在借助EKC理論研究中國經濟增長與工業污染間的互動關系的基礎上，對未來中國工業污染的水平進行預測。本文將通過協整模型對經濟增長與工業污染間的長期均衡關系進行檢驗，并通過誤差修正模型對協整檢驗結果中偏離長期均衡關系的短期波動進行修正;在驗證中國經濟增長與工業污染協整關系基礎上，借助不同的參數優化算法優化灰色預測模型以提高預測精度，通過比較分析對未來幾年中國工業污染水平進行預測。本文分別采用了粒子群參數優化算法和布谷鳥參數優化算法。

　　1.粒子群優化算法

　　粒子群優化算法(Particle Swarm Optimization，PSO)是一種基于鳥群捕食行為研究的現代啟發式優化技術，PSO的不斷修正和迭代計算方式使之成為研究非線性回歸優化問題最有效的方法之一。PSO從生物種群行為特征中獲得啟發并用來解決優化問題。在PSO中，待優化問題的潛在解被想象成n維搜索空間中的某個粒子，每個粒子的搜索方向和距離都由相應的目標函數來決定。

　　2.布谷鳥搜索算法

　　布谷鳥搜索算法(Cuckoo Search，CS)的思想源于模擬某些種屬布谷鳥的寄生育雛行為，其采用相關的Levy飛行搜索機制，達到有效地求解最優化問題的目的。

　　在CS中，面對著n維搜索空間的多個候選解，CS以隨機游動方式在當前候選解的基礎上通過Levy搜索機制尋求新的方程解，經過目標條件的篩選后保留最優解，通過周而復始的不斷迭代，實現最優解的不斷優化。在CS中，為確定Levy搜索的最佳方式，隨機游動生成的新解需帶入相應的目標函數。

　　(二)指標選取和數據預處理

　　1.指標選取

　　基于中國工業污染的EKC理論適用性再檢驗，本文選取工業污染三廢排放量作為EKC理論的環境指標。具體如下：工業水污染選取指標為工業廢水排放未達標量;工業氣體污染選取指標分別為工業二氧化硫、工業煙塵和工業粉塵排放量;工業固體污染選取指標為工業固體廢物排放量。考慮到人口規模對經濟增長產生規模效用，因此，選取人均GDP作為衡量經濟發展的指標。本文使用的指標數據均源于官方公布的《中國統計年鑒》、《中國環境統計年鑒》和《環境統計年報》。考慮到數據的可獲得性和指標的完善性，數據選取的時間跨度為1986―2013年。

　　2.數據預處理

　　為充分驗證EKC理論在中國的適用性，本文經驗研究的時間跨度長達28年，但是在此期間中國的環境統計指標也發生了一定的變化。具體如下：為了更加準確地反映工業生產對環境的污染程度，本文選取工業廢水排放未達標量指標，但是2010年以后由于工業廢水排放達標量和達標率不再被統計，本文利用趨勢外推法推算出2011―2013年工業廢水排放達標率分別為96%、97%和97%，對應的工業廢水排放未達標量則分別達到96 967萬噸、73 123萬噸和65 038萬噸;同理，2010年以后工業煙塵和粉塵排放量也不再對外公布，本文也利用趨勢外推法并結合歷年兩種排放量比重，分別推算出2011―2013年工業煙塵排放量分別達到639萬噸、607萬噸和668萬噸，而工業粉塵排放量則分別為463萬噸、422萬噸和427萬噸。

　　為了反映經濟增長對工業氣體污染的影響，本文并未采取單一指標擬合方式分別檢驗工業二氧化硫、工業煙塵和工業粉塵排放EKC理論的適用性，而是將三種指標進行數據降維處理，合成反映工業氣體污染的綜合指標。采用KMO檢驗法發現樣本的KMO值為0.7320>0.5000，適合使用主成分分析法對三種單一指標進行降維處理。

　　可知，當選取兩個主成分時，方差的累計貢獻率達到了90%以上，因此，最終提取兩個主成分并根據主成分矩陣獲得反映工業氣體污染的綜合值。

　　三、經驗研究

　　(一)中國工業污染與經濟發展協整關系檢驗

　　本文分別對三種工業污染指標與經濟增長指標建立協整關系方程，將檢驗變量之間存在長期均衡關系的過程匯總，進一步驗證中國工業污染與經濟增長間存在著脫鉤關系。

　　1.平穩性檢驗

　　目前，序列平穩性檢驗所使用的兩種常用方法分別為ADF檢驗法和PP檢驗法。

　　在5%和1%顯著性水平下，廢水、廢氣和廢固三個被解釋變量的單位根檢驗結果都是一階差分平穩的。LGDP、LGDP2和LGDP3分別表示人均GDP取對數后的一次方、二次方和三次方形式。根據ADF檢驗結果，LGDP、LGDP2和LGDP3都是二階單整。

　　2.協整檢驗

　　由于自變量的單整階數高于因變量的單整階數，所以變量之間有可能存在協整關系。通過對環境污染變量和經濟發展變量進行協整檢驗，發現兩者間確實存在長期均衡關系。

　　中國工業污染指標與經濟發展指標間的三個協整關系成立。根據協整方程擬合的結果可知，中國工業廢水污染指標與經濟發展指標間存在正N型的變化趨勢，而中國工業氣體污染指標和工業廢固污染指標都與經濟發展指標間存在倒N型的變化趨勢。

　　3.誤差修正模型

　　根據以上分析可以得知，經濟增長與環境質量間存在長期協整關系。為了解決變量間短期波動與長期均衡的偏離，更加準確地檢驗中國工業污染與經濟發展間的長期均衡關系，本文將使用誤差修正模型對短期波動進行動態修正。在協整方程的基礎上建立誤差修正模型并使用OLS法對相應參數進行估計，根據AIC準則和SIC準則確定最優滯后期為0，最終建立誤差修正模型如下：

　　Δln(watert)=-0.0980+0.4440Δln(watert-1)+4.6430Δln(GDPt)-0.4820Δln2(GDPt)+0.0170Δln3(GDPt)-0.2240ECTt-1(6)

　　Δln(gast)=0.1090+0.1990Δln(gast-1)-5.0690Δln(GDPt)+0.5880Δln2(GDPt)-0.0260Δln3(GDPt)-0.9860ECTt-1(7)

　　Δln(solidt)=0.3540+0.1690Δln(solidt-1)-23.1730Δln(GDPt)+2.6460Δln2(GDPt)-0.1140Δln3(GDPt)-1.1190ECTt-1(8)

　　在誤差修正模型中，誤差修正項系數代表了對協整方程長期均衡偏離的修正速度。式(6)―式(8)所有的校正因子在1%水平下均顯著，表明誤差修正項在對短期偏離的調整上起到了至關重要的作用。總體上來說，工業污染物排放趨勢變化一部分是由誤差修正項的修正力度決定的，另一部分則是由短期人均GDP的振動導致的，這也從另一個角度再次驗證了工業污染與經濟增長之間存在長期均衡關系。

　　(二)中國未來工業污染水平的預測研究

　　為了給宏觀經濟政策和環境治理工作提供更加科學合理的依據，本文不僅使用傳統灰色預測模型對中國未來幾年內三種工業污染的排放情況進行預測，而且使用PSO和CS對灰色預測的結果進行修正。在此基礎上，通過預測精度比較確定最優的預測模型。首先，本文使用1986―2004年工業廢水排放未達標量、工業廢氣排放量綜合得分以及工業固體廢物排放量數據作為預測模型建立的訓練集;其次，使用2005―2013年的相應數據構建預測模型的驗證集并使用后驗誤差檢驗(Posteriori Error Test)和平均絕對百分比誤差(MAPE)檢驗來檢驗模型的預測精確度;最后，根據建立的預測模型來推測未來五年內三種工業的污染水平。

　　通過比較三種預測模型的預測精度，比照最小的后驗誤差C值和相對平均誤差可知：灰色預測模型的預測精度較好，除了工業固體廢物排放量的預測結果以外，其他的相對平均誤差均小于25%，C值均小于0.3500;使用PSO優化算法和CS優化算法對灰色預測結果進行優化后，預測精度進一步提高，所有指標預測結果的相對平均誤差值都小于20%，C值均保持在0.3000以下。

　　由此可知，經過PSO和CS優化后的灰色預測結果更加接近于真實值。在此基礎上，本文利用三種預測方法對中國2014―2018年的工業廢水排放未達標量、工業二氧化硫排放量、工業煙塵排放量、工業粉塵排放量以及工業固體廢物排放量5個指標進行預測，預測結果如表5所示。

　　本文通過協整檢驗和預測分析結果驗證了三種工業污染排放與經濟增長間脫鉤現象的存在，但三者間脫鉤程度最為明顯的是工業廢固的排放總量。從表5中可以看出，PSO和CS的結果分別表明，2014―2018年隨著經濟增長工業廢固排放量減少程度超過50%，經濟增長對工業廢固排放量減少的影響程度相當顯著;2018年工業廢水未達標排放量的PSO和CS的結果分別為46 321萬噸和48 256萬噸，相比2014年工業廢水未達標排放量分別減少29%和26%，工業廢水的減排效果低于工業廢固的減排效果;通過對三類工業廢氣預測結果的比較分析可知，除工業煙塵排放量隨經濟增長脫鉤程度顯著外，

　　通過使用PSO和CS對中國未來工業煙塵排放量進行預測發現，相比2014年而言，2018年的工業煙塵排放量將分別減少40%和30%。工業二氧化硫和工業粉塵排放量隨經濟增長減排效果不明顯，使用PSO和CS對未來中國工業二氧化硫和工業粉塵排放量進行預測發現，相比2014年而言2018年的工業二氧化硫排放量分別減少了2%和0.37%，而工業粉塵排放量則分別減少了10%和3%。綜上所述，雖然工業廢氣排放隨經濟增長呈現下降趨勢，但相比工業廢水和廢固污染而言，其排放量伴隨經濟增長出現的脫鉤現象并不明顯。因此，未來幾年工業廢氣排放的有效治理應成為中國政府宏觀經濟政策調整的主要方向。

　　四、結論與政策建議

　　本文通過對中國環境質量與經濟發展的實證研究，得出以下相關結論與政策建議：

　　(一)結論

　　1.EKC理論在中國的適用性

　　通過對中國工業污染物排放量與經濟增長數據進行研究，本文得出以下結論：伴隨著中國經濟的高速增長，工業污染物排放量總體呈現出先上升后下降的變化趨勢。雖然通過協整檢驗表明，三種工業污染排放曲線的擬合并沒有呈現出典型的EKC理論倒N型趨勢，但三種曲線都驗證了經濟增長與工業污染間脫鉤現象的存在。也就是說隨著經濟增長環境質量出現了一定的改善，這種現象基本符合傳統的EKC理論的假定。

　　2.中國工業污染排放總體呈下降趨勢，但污染水平仍處于高位

　　協整分析表明，中國工業廢水排放未達標量、工業廢氣排放量綜合得分以及工業固體廢物排放量與經濟增長之間存在長期的協整關系。結合預測分析結果可知，三種工業污染的排放都存在下降趨勢，因而由于工業污染帶來的環境質量下降問題將得到一定程度的改善。即工業廢水排放未達標量隨著經濟增長呈現出了正N型的變化趨勢。即雖然廢水排放量未達標量在2011年后出現了上漲的趨勢，但通過預測分析結果看，未來幾年內廢水排放未達標量將會隨著經濟增長出現下降趨勢，即環境質量將得到相應改善;工業廢氣排放量與工業固體廢物排放量將會隨著經濟增長呈現出倒N型的變化趨勢，即隨著經濟增長，工業污染將會呈現出先改善后惡化然后再改善的變化趨勢，雖然在經濟增長過程中工業廢氣和廢固排放呈現出了惡化的趨勢，但惡化程度已經逐漸趨緩。通過預測分析結果可以看到工業廢氣和廢固的排放量在未來幾年內將繼續保持下降趨勢。整體而言，中國工業污染排放總體呈下降趨勢，但經PSO和CS的預測結果可知，中國工業污染水平和工業排污總量仍處于高位，因此，需要通過政府的宏觀政策調整來實現快速減少工業污染排放總量和有效治理環境的目標。

　　(二)政策建議

　　以工業文明為代表的傳統經濟發展觀雖然推動了中國經濟高速增長，但卻給生態環境和資源利用造成了巨大危脅。國家并未把自然資源合理開發、自然環境妥善保護、環境污染的有效補償等納入發展機制中，只是單一片面地追求暫時性經濟高速增長的發展模式不僅不具備可持續發展動力，而且也將會使人類在生存環境和自然資源方面付出沉重的代價。

　　經濟可持續發展模式的核心是對以經濟增長為單一衡量指標的傳統發展觀的本質性轉變[8]。該發展模式在推動經濟有序增長過程中實現社會發展和生態保護協調發展等目標的同時，更注重改善經濟增長本身的質量和培養經濟可持續發展的源動力。為了適應新形勢的需要，政府可以從以下四個方面采取相應措施。

　　1.依靠制度創新推動中國經濟發展方式的轉變

　　技術創新和借鑒及引進多種形式的創新是實現經濟可持續發展和經濟結構合理轉變的戰略支撐。但是科學技術創新與經濟發展方式的轉變都是以制度創新為前提的，因此，中國政府應遵循合理、競爭與公平的原則進行制度創新。未來中國經濟發展的主要動力將來自于擴大的內需消費與現代化第三產業的發展，政府應在產業調整中科學合理地降低第二產業的比重，適當提高第三產業的比重，為實現經濟穩步發展、保護環境節約資源及推動社會可持續發展奠定良好的基礎。

　　2.提高傳統能源利用率，加大環保能源的開發與推廣

　　積極研發與推廣核電、太陽能、潮汐能及風能等清潔能源，最大程度降低經濟與社會對化石能源的使用與依賴。政府應通過大力推廣和普及可再生能源的使用，從本質上實現減少二氧化碳的排放和減緩全球變暖速度的目標[8]。但是由于特殊國情、技術和資金等復雜因素的限制，目前中國政府無法在短期內全面地在經濟領域內推廣新能源的使用。因此，應在加快新能源開發與推廣工作的同時，高度重視提高傳統能源利用率，加大對工業與生活污染排放的監督和管理以及對自然環境保護與環境污染補償等方面的工作，促進經濟發展與環境保護間和諧關系的形成。

　　3.加大對環保事業的關注與財政投入

　　政府應高度重視環境治理與大氣污染防治工作，處理好經濟發展與環境保護之間的復雜且相互影響的關系[9]。在司法層面上，政府應完善和解決《環保法》相關的技術與執行問題;在新《環保法》的執行環節上，政府應加大對環境污染企業的打擊與處罰力度;在具體管理環節上，應通過實施激勵和評價機制來鼓勵與引導企業進行產業結構升級及新型能源使用，以提高政策的實效性;在社會文化方面，政府應通過多種宣傳與教育途徑爭取在社會上培養一種節約資源、愛護環境和發展循環經濟的文化氛圍，為環境治理與環境質量改善奠定良好的社會基礎。

　　4.明確政府、社會與公民的環境保護責任

　　雖然環保政策在國家宏觀調控中的作用日益突出，但是目前國內特殊的產業結構與發展模式對中國調控型環保政策的反映具有一定的滯后性和局限性。全能政府已不復存在，公民和企業的積極參與已經成為了政府管理的重要組成部分。因此，在中國環境體系尚未完善的情況下，公眾對環境污染和能源合理消費方面的意識仍十分單薄，在造成了大量資源被浪費的同時，進一步降低了環境質量[10]。另外，政府對企業環保責任履行情況監督不力，企業更加重視經濟效益，這種忽視生態系統保護的行為不僅在一定程度上造成了新能源技術普及率低和工業污染頻發，而且導致了政府與公民和企業間的關系因環境污染而變得日益緊張。因此，政府應通過管制和引導雙重手段敦促公民與企業朝著履行環保責任的方向轉變。三方責任主體應通過建立信息共享和溝通交流機制，進一步明確各個主體在環境保護與能源消耗中應承擔的責任與義務，并通過全體社會成員的共同努力與協作實現推動中國經濟與環境可持續發展的宏偉目標。

　　5.推動經濟可持續發展過程中應始終遵循控制、公平與高效原則

　　控制是指政府通過制定實施宏觀經濟政策嚴格地控制中國工業對傳統能源依賴度和能源消耗與工業“三廢”的排出總量;公平是指雖然經濟發展與資源分布本身具有區域性差別，但是公民基本權益應是均等的，因此，政府在推動國家經濟與社會整體發展過程中，應將資源總量和生態權利按照人口平均地分配到各個區域。高效不僅指通過創新技術和管理水平來提高資源利用率與環境質量，更指基于區域間差異化的經濟發展水平和生態足跡，有針對性地分別構建綠色經濟生態政策以協調經濟發展與工業污染間的不和諧關系。

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