劉華軍，閆慶悅，孫曰瑤

（1.山東財政學(xué)院經(jīng)濟學(xué)院，山東 濟南 250014；2.山東大學(xué)經(jīng)濟學(xué)院，山東 濟南 250100）

中國二氧化碳排放的環(huán)境庫茲涅茨曲線
——基于時間序列與面板數(shù)據(jù)的經(jīng)驗估計

劉華軍1，閆慶悅1，孫曰瑤2

（1.山東財政學(xué)院經(jīng)濟學(xué)院，山東 濟南 250014；2.山東大學(xué)經(jīng)濟學(xué)院，山東 濟南 250100）

本文利用時間序列數(shù)據(jù)和省際面板數(shù)據(jù)，選取排放總量、人均排放量、排放強度作為二氧化碳排放指標(biāo)對中國二氧化碳排放的環(huán)境庫茲涅茨曲線進行了經(jīng)驗估計。1952—2007年的時間序列協(xié)整檢驗表明，排放總量、人均排放量與人均收入之間存在單調(diào)遞增的關(guān)系，而單位GDP排放量與人均收入之間支持倒U型的環(huán)境庫茲涅茨曲線，拐點位于1319元。1995—2007年省際面板數(shù)據(jù)協(xié)整檢驗表明，排放總量與人均收入呈單調(diào)遞增關(guān)系，單位GDP排放量與人均收入之間呈單調(diào)遞減關(guān)系。而人均排放量與人均收入之間存在倒N型關(guān)系，兩個拐點分別位于3304元和44049元。目前除北京、上海、天津外，其他各省的人均二氧化碳排放量仍位于上升階段。

環(huán)境庫茲涅茨曲線；二氧化碳排放；碳減排

1 引言

2009年哥本哈根全球氣候大會前夕，中國政府宣布到2020年單位GDP碳排放強度比2005年下降40%～45%，并采取切實措施減緩碳排放。這不僅展現(xiàn)了中國作為一個高度負責(zé)任大國的形象，也保證了中國未來發(fā)展的碳排放空間，同時也使中國大力推進低碳發(fā)展的任務(wù)變得更加緊迫。然而，中國作為一個發(fā)展中大國，在完成減排承諾的同時必須要充分考慮到自身的經(jīng)濟發(fā)展，因此研究二氧化碳排放與經(jīng)濟發(fā)展之間的關(guān)系對于中國經(jīng)濟和環(huán)境政策的制定具有重要的意義。

環(huán)境庫茲涅茨曲線（EKC）作為研究環(huán)境污染與經(jīng)濟發(fā)展之間關(guān)系的一個重要工具，實證地觀察中國二氧化碳排放的環(huán)境庫茲涅茨曲線，是了解中國經(jīng)濟發(fā)展與二氧化碳減排可行性關(guān)系的重要途徑。精確地估計二氧化碳排放的環(huán)境庫茲涅茨曲線，進而對其形態(tài)和拐點進行正確判斷，對于中國二氧化碳減排政策的制定具有重要意義。本文借鑒國內(nèi)外關(guān)于二氧化碳排放環(huán)境庫茲涅茨曲線的理論與經(jīng)驗研究成果，利用中國1952—2007年的時間序列數(shù)據(jù)和1995—2007年的省際面板數(shù)據(jù)，分別選取排放總量、人均排放量、排放強度作為二氧化碳排放指標(biāo)對中國二氧化碳排放的環(huán)境庫茲涅茨曲線進行經(jīng)驗估計，得到更多關(guān)于二氧化碳排放與經(jīng)濟發(fā)展之間關(guān)系的有用結(jié)論，為中國碳減排提供參考。

2 文獻綜述

現(xiàn)有研究在以下四個方面體現(xiàn)出明顯差異。第一，碳排放指標(biāo)的選擇?，F(xiàn)有文獻采用的二氧化碳排放指標(biāo)包括三類：排放總量指標(biāo)［1］、人均排放量指標(biāo)［2］、排放強度指標(biāo)［3］。應(yīng)該說，以上三種指標(biāo)各有利弊，總量排放指標(biāo)無法刻畫人口規(guī)模以及經(jīng)濟發(fā)展水平，而人均排放量指標(biāo)和排放強度指標(biāo)則可以彌補總量排放指標(biāo)的不足。第二，樣本選擇與數(shù)據(jù)?，F(xiàn)有的經(jīng)驗研究大多采用跨國截面數(shù)據(jù)或跨國面板數(shù)據(jù)，僅有少數(shù)幾篇文獻是針對單個國家，如加拿大［4］等。第三，計量模型的設(shè)定。在環(huán)境庫茲涅茨曲線的經(jīng)驗研究中，對計量模型的恰當(dāng)設(shè)定問題一直在討論當(dāng)中［5］?，F(xiàn)有文獻采用的計量模型包括參數(shù)估計、非參數(shù)估計、半?yún)?shù)估計等。目前大多數(shù)文獻是利用參數(shù)估計方法對二氧化碳環(huán)境庫茲涅茨曲線進行實證檢驗。在參數(shù)估計過程中，有的文獻采用了單位根檢驗和協(xié)整檢驗技術(shù)，而多數(shù)文獻則采用直接回歸。然而直接回歸忽視了數(shù)據(jù)存在單位根的可能性，因此容易導(dǎo)致偽回歸。第四，研究結(jié)論?，F(xiàn)有研究對二氧化碳環(huán)境庫茲涅茨曲線假說的經(jīng)驗證據(jù)是非?；靵y的［6］，換言之，二氧化碳排放的環(huán)境庫茲涅茨曲線存在多種形態(tài)。例如，一些研究已經(jīng)證實了二氧化碳存在倒U型的環(huán)境庫茲涅茨曲線［7］。而另一些研究卻發(fā)現(xiàn)二氧化碳排放與人均收入之間呈單調(diào)遞增的線性關(guān)系。此外，還有大量研究得出了N型的二氧化碳環(huán)境庫茲涅茨曲線［8］。當(dāng)然，二氧化碳環(huán)境庫茲涅茨曲線除了存在以上三種形態(tài)外，有的研究表明二氧化碳與人均收入之間根本不存在長期關(guān)系，當(dāng)然也就不存在倒U型的環(huán)境庫茲涅茨曲線。

3 數(shù)據(jù)與模型

3.1 數(shù)據(jù)來源選擇及處理

（1）二氧化碳排放數(shù)據(jù)。本文的全國層面及省際層面的二氧化碳數(shù)據(jù)均采用IPCC方法估算的數(shù)據(jù)。其中國家層面數(shù)據(jù)跨度為1952—2007年。在省際排放量估算中，由于將重慶并入四川省計算，同時因為數(shù)據(jù)缺失，樣本中不包括海南、寧夏、西藏及港澳臺地區(qū)，全部樣本為1995—2007年27個省。

（2）其他數(shù)據(jù)。中國1952—2007年的人口數(shù)及各省1980—2007年的人口數(shù)來源于歷年《中國統(tǒng)計年鑒》。中國1952—2007年及各省1995—2007年的真實GDP，根據(jù)歷年《中國統(tǒng)計年鑒》統(tǒng)計數(shù)據(jù)按照2005年不變價進行平減而得到。

3.2 計量模型設(shè)定

本文采用參數(shù)估計模型來檢驗中國的二氧化碳環(huán)境庫茲涅茨曲線。參數(shù)估計采用簡化的環(huán)境庫茲涅茨曲線回歸模型，如下式所示：

其中，y表示二氧化碳排放。x表示人均收入（用GDP/P表示）；下標(biāo)i表示省份（在檢驗國家層面的數(shù)據(jù)時，可以將其去掉）。t表示時間；α為常數(shù)；βk是第k個解釋變量的系數(shù)；ε為隨機誤差項。為了消除原始數(shù)據(jù)的異方差性，對所有變量取自然對數(shù)，用Ln表示。該模型可以檢驗二氧化碳排放與經(jīng)濟發(fā)展之間存在的不同關(guān)系即二氧化碳環(huán)境庫茲涅茨曲線的不同形態(tài)和拐點。為了綜合檢驗中國的二氧化碳環(huán)境庫茲涅茨曲線，我們在經(jīng)驗分析中分別采用排放總量（用CO2表示）、人均排放量（用CO2/P表示）和單位GDP排放量（用CO2/GDP表示）作為二氧化碳排放指標(biāo)。

4 經(jīng)驗估計

4.1 中國二氧化碳排放的環(huán)境庫茲涅茨曲線

圖1描述中國1952—2007年的二氧化碳排放的變動趨勢，由圖中可以看出，全國二氧化碳排放量與人均二氧化碳排放量走勢基本保持持續(xù)增長的走勢。然而，與排放總量和人均排放量相比，單位GDP二氧化碳排放量從總體上呈現(xiàn)M型的走勢，特別地，在1978年之后，我國的單位GDP二氧化碳排放量總體上呈現(xiàn)持續(xù)減少的趨勢，但是在2002年之后又呈現(xiàn)出小幅攀升的態(tài)勢。

（2）時間序列的單位根檢驗與協(xié)整關(guān)系檢驗。使用ADF檢驗和PP檢驗方法對變量進行單位根檢驗（PP檢驗中所使用的模型設(shè)定均和ADF檢驗中相應(yīng)的變量完全一致），檢驗結(jié)果（限于篇幅，略去）表明所有原始序列均為非平穩(wěn)序列，且它們的一階差分均為平穩(wěn)序列，所以原始序列均為一階單整序列。同時我們使用Johansen協(xié)整檢驗技術(shù)對變量間的協(xié)整關(guān)系進行了檢驗，檢驗結(jié)果（限于篇幅，略去）表明，在5%的顯著性水平下均拒絕了變量之間不存在協(xié)整關(guān)系的原假設(shè)，因此可以對LnCO2、Ln（CO2/P）、Ln（CO2/GDP） 分 別 人 均GDP及其平方、立方項進行回歸。

（3）時間序列的回歸估計結(jié)果。我們根據(jù)模型（1）分別將全國二氧化碳排放量、人均二氧化碳排放量和單位GDP二氧化碳排放量三個排放指標(biāo)作為被解釋變量對人均GDP及其平方項和立方項進行OLS回歸（見表1）。在實際估計中采用White穩(wěn)健標(biāo)準(zhǔn)差來得到系數(shù)的t統(tǒng)計值。同時，由于對這三個方程進行直接回歸時的DW都比較小，表明回歸殘差存在較強的序列相關(guān)，因此我們在回歸方程中加入了 AR（1）、AR（2）項，殘差的 LM檢驗的F統(tǒng)計值和伴隨概率表明成功消除了序列自相關(guān)。

從回歸結(jié)果看，三個方程的系數(shù)在5%的顯著性水平下均通過檢驗，回歸方程調(diào)整后的R2分別達到 0.995897、0.992970、0.982193，說明擬合良好。此外，從回歸方程的人均GDP及其平方項、立方項的系數(shù)看，均滿足若 β1＞0，β2＜0，β3＞0，說明二氧化碳排放總量、人均二氧化碳排放量和單位GDP二氧化碳排放量與人均GDP之間均存在N型關(guān)系。但是N型的環(huán)境庫茲涅茨曲線是否存在拐點，還需要進一步結(jié)合擬合圖形來說明。圖2分別描述了排放總量、人均排放量和單位GDP排放量與人均GDP之間的擬合曲線關(guān)系。由圖2可知，盡管回歸結(jié)果表明全國二氧化碳排放總量、人均排放量與人均GDP之間存在N型關(guān)系，但是這種N型關(guān)系是非常微弱的，換言之，隨著人均GDP的不斷提高，二氧化碳排放總量、人均排放量均呈現(xiàn)出不斷增長的態(tài)勢。因此，以二氧化碳排放總量和人均排放量作為排放指標(biāo)，二氧化碳環(huán)境庫茲涅茨曲線不存在拐點。此外，結(jié)合圖3我們發(fā)現(xiàn)，與二氧化碳排放總量和人均排放量不同，單位GDP排放量與人均GDP之間存在較為明顯的倒U型關(guān)系，拐點位于人均GDP=1319元，換言之，到 1975年（人均 GDP=1708.17元，2005年不變價）我國的單位GDP的二氧化碳排放量達到峰值，此后單位GDP排放量隨著人均GDP的不斷提高而逐漸下降。但是我們也注意到，圖3中單位GDP排放量與人均GDP的擬合曲線圖的尾部出現(xiàn)了上翹的態(tài)勢，這說明最近幾年我國的單位GDP排放又出現(xiàn)了抬頭的趨勢。

4.2 中國二氧化碳排放的環(huán)境庫茲涅茨曲線

環(huán)境庫茲涅茨曲線不僅具有時間序列特性，而且也體現(xiàn)截面特征［9］，同時考慮到單純的時間序列數(shù)據(jù)存在一定的缺陷，如樣本容量小、不能體現(xiàn)區(qū)域空間差異，而面板數(shù)據(jù)兼有時間序列數(shù)據(jù)和截面數(shù)據(jù)的特征，因此下面我們利用中國27個省1995—2007年的面板數(shù)據(jù)對中國二氧化碳排放的環(huán)境庫茲涅茨曲線進行經(jīng)驗估計，作為上面時間序列估計的補充。

（1）面板數(shù)據(jù)的單位根檢驗與協(xié)整關(guān)系檢驗。本文使用LL檢驗和IPS檢驗方法對面板數(shù)據(jù)進行單位根檢驗（在兩者結(jié)論不一致時，則認為變量為非平穩(wěn)，繼續(xù)進行差分檢驗）。檢驗結(jié)果（限于篇幅，略去）表明，所有變量為一階單整。值得注意的是，人均GDP平方項和立方項的單整階數(shù)和人均GDP是一致的，這一結(jié)果支持了格蘭杰和豪爾曼的研究，即如果人均GDP為一階單整，則其平方也是一階單整［10］。同時我們使用面板數(shù)據(jù)協(xié)整檢驗技術(shù)對變量之間的協(xié)整關(guān)系進行了檢驗，檢驗結(jié)果（限于篇幅，略去）表明，所有檢驗的統(tǒng)計值在5%的顯著性水平下均拒絕了面板數(shù)據(jù)之間不存在協(xié)整關(guān)系的原假設(shè)，因此可以進行面板數(shù)據(jù)回歸。

（2）模型設(shè)定檢驗。環(huán)境庫茲涅茨曲線的形態(tài)和拐點在很大程度上取決于估計方法正確與否，因此對估計模型的設(shè)定進行檢驗至關(guān)重要。本文通過如下檢驗來確定面板數(shù)據(jù)的模型形式：首先構(gòu)造F統(tǒng)計量判斷是否所有個體效應(yīng)為零，進行固定效應(yīng)和齊性參數(shù)的篩選；然后通過BP拉格朗日乘數(shù)檢驗（Breusch-Pagan LM test）進行隨機效應(yīng)和齊性參數(shù)檢驗；最后用Hausman檢驗進行固定效應(yīng)與隨機效應(yīng)之間的篩選。另外，由于面板數(shù)據(jù)往往容易存在異方差和自相關(guān)問題，所以還須要對殘差是否存在異方差和自相關(guān)進行Modified Wald檢驗和Wooldridge檢驗。檢驗結(jié)果表明，被解釋變量為LnCO2的回歸方程適用于固定效應(yīng)模型，但方程的殘差存在異方差性。被解釋變量為Ln（CO2/P）、Ln（CO2/GDP）的回歸方程適用于隨機效應(yīng)模型，但方程的殘差存在異方差性。

（4）估計結(jié)果。對于被解釋變量為LnCO2的回歸方程，我們采用Stata軟件中可以得到固定效應(yīng)模型的穩(wěn)健型標(biāo)準(zhǔn)誤并同時糾正異方差問題的xtscc命令來對其進行參數(shù)估計。對于被解釋變量為Ln（CO2/P）、Ln（CO2/GDP）的回歸方程，我們采用能夠消除異方差問題的可行廣義最小二乘法（FGLS）來對其進行參數(shù)估計。表2報告了面板數(shù)據(jù)的回歸結(jié)果。在回歸過程中，由于被解釋變量為LnCO2回歸方程的人均GDP的平方項和立方項不顯著，因此將其剔除后重新回歸，結(jié)果顯示人均GDP的系數(shù)β1在1%的顯著性水平下顯著，且β1＞0，這表明二氧化碳排放總量與人均GDP之間存在單調(diào)遞增關(guān)系，因此不存在拐點。而被解釋變量為 Ln（CO2/P）、Ln（CO2/GDP）的回歸方程所有變量在1%顯著性水平下均顯著，從回歸估計結(jié)果來看，人均GDP及其平方項、立方項的系數(shù)均滿足 β1＜0，β2＞0，β3＜0，說明人均排放量和單位GDP排放量與人均GDP之間均存在倒N型關(guān)系。但是倒N型的二氧化碳環(huán)境庫茲涅茨曲線是否存在拐點，還需進一步結(jié)合擬合曲線圖形來說明。

圖3分別描述了各省二氧化碳排放總量、人均排放量和單位GDP排放量與人均GDP之間的擬合曲線關(guān)系。從擬合曲線的形態(tài)我們發(fā)現(xiàn)，人均二氧化碳排放量和人均GDP之間的關(guān)系呈現(xiàn)出倒N型，與參數(shù)估計結(jié)果一致，拐點有兩個，其中上拐點位于3304元，下拐點位于44049元。下拐點具有重要的意義，因為下拐點的存在表明二者在一定區(qū)間內(nèi)（人均GDP大于3304元）存在倒U型關(guān)系。從各省的人均GDP數(shù)據(jù)看，到2007年，所有省份的人均GDP均超過3304元，而只有北京、上海、天津的人均GDP超過44049元，由此表明，目前只有北京、上海、天津的人均二氧化碳排放量隨著人均GDP的的增加而降低，而其他各省的人均排放量仍位于上升的階段。而從單位GDP排放量與人均GDP的擬合曲線圖來看，二者呈現(xiàn)出L型關(guān)系，換言之，單位GDP二氧化碳排放量隨著人均GDP的增加而不斷遞減，因此不存在拐點，當(dāng)然參數(shù)估計的結(jié)果也無法得到拐點（因為 β22－3β1β3＜0）。

5 結(jié)論

研究結(jié)論如下：①時間序列協(xié)整檢驗表明二氧化碳排放總量、人均排放量與人均收入之間存在單調(diào)遞增的關(guān)系。然而，單位GDP二氧化碳排放量與人均收入之間存在尾部微微上翹的倒U型關(guān)系，拐點位于1319元。②面板數(shù)據(jù)協(xié)整檢驗表明二氧化碳排放總量與人均收入呈現(xiàn)單調(diào)遞增關(guān)系，單位GDP二氧化碳排放量與人均收入之間存在單調(diào)遞減關(guān)系。而人均二氧化碳排放量與人均收入之間存在明顯的倒N型關(guān)系，兩個拐點分別位于3304元和44049元。到2007年，只有北京、上海、天津的人均二氧化碳排放量隨著人均GDP的的增加而降低，而其他各省的人均二氧化碳排放量仍位于上升的階段。

選取不同的二氧化碳排放指標(biāo)以及使用不同的估計方法得出的不同的二氧化碳排放的環(huán)境庫茲涅茨曲線也充分說明了二氧化碳排放比其他本地污染物與經(jīng)濟發(fā)展之間關(guān)系的更具復(fù)雜性。盡管我們的時間序列數(shù)據(jù)經(jīng)驗研究表明，單位GDP二氧化碳排放量隨著人均收入的提高而不斷下降，但是二氧化碳排放總量、人均GDP排放量都是不斷增加的，因此政府必須對二氧化碳減排做出積極的政策反應(yīng)，況且時間序列的單位GDP二氧化碳排放的環(huán)境庫茲涅茨曲線尾部出現(xiàn)了上翹的態(tài)勢，如果不采取積極的二氧化碳排放政策，那么不但二氧化碳排放總量無法達到拐點，而且我國政府所做出的到2020年單位GDP碳排放降低40%～45%的承諾也難以兌現(xiàn)。同時，根據(jù)面板數(shù)據(jù)的經(jīng)驗研究結(jié)論，盡管人均二氧化碳排放量與人均收入之間存在倒U型的關(guān)系，但是只有少數(shù)幾個省份位于下降區(qū)間，而絕大多數(shù)省份的二氧化碳在未來很長一段時期內(nèi)將繼續(xù)增加，這無疑增加了二氧化碳減排政策落實的難度，因為降低二氧化碳排放必然要對這些省份的經(jīng)濟發(fā)展提出巨大挑戰(zhàn)，這也要求我國政府在制定和實施二氧化碳減排政策的同時，考慮到我國不同的對經(jīng)濟發(fā)展的不同要求，從而因地制宜地制定減排政策。

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（責(zé)任編輯 胡瓊靜）

Empirical Estimation of Environmental Kuznets Curve of Carbon Dioxide Emissions in China

Liu Huajun1，Yan Qingyue1，Sun Yueyao2
（1.School of Economics，Shandong University of Finance，Jinan 250014，China；2.School of Economics，Shandong University，Jinan 250100，China）

Using China’s 1952—2007 time-series data and 1995—2007 provincial panel data,the paper takes respectively gross emissions,per capita emissions and emission intensity as the index of carbon dioxide emissions to estimate the environmental Kuznets curve of carbon dioxide emissions of China.Findings are as follows:（1）Time series data cointegration test shows that the relationship of gross emissions,per capita emissions and per capita income is monotonically increasing,while there is inverted U-type relationship between carbon dioxide emissions of the unit GDP and per capita income with the inflection point at 1319 yuan.（2）Panel data cointegration tests show that relationship between gross emissions and per capita income is monotonically increasing and the relationship between carbon dioxide emissions of unit GDP and per capita income is monotonically decreasing while there is N-type relationship between per capita carbon dioxide emissions and per capita income with two inflection point located at 3304 yuan and 44,049 yuan.At present,only Beijing,Shanghai,Tianjin’s per capita carbon dioxide emissions are decreasing as their per capita GDP increase,while per capita carbon dioxide emissions of other provinces continue to rise.

environmental Kuznets curve； carbon dioxide emissions； carbon emission reduction

F205

A

全球戰(zhàn)略規(guī)劃項目基金（SPF）項目“不同經(jīng)濟條件下中國特色的低碳之路”，山東省自然科學(xué)基金項目“我國低碳經(jīng)濟發(fā)展與政策責(zé)任研究”（ZR2010GM016）。

2010-09-20

劉華軍（1979-），男，山東廣饒人，經(jīng)濟學(xué)博士，副教授，碩士生導(dǎo)師；研究方向:品牌經(jīng)濟、低碳經(jīng)濟等。