洱海流域城乡经济发展与洱海湖泊水环境保护的实证分析_百

1、文章编号:1000-8462(200909-1546-06洱海流域城乡经济发展与洱海湖泊水环境保护的实证分析柯高峰,丁烈云(华中师范大学经济管理学院,中国湖北武汉430079摘要:以云南大理市洱海及其流域为例,通过建立湖泊水质指标演变与流域人均GDP增长的计量模型,对环境库兹涅茨曲线(EKC进行新的检验发现:基于时间序列数据的洱海水质指标与流域人均GDP的拟合曲线,与环境库兹涅茨曲线相比较呈现了不同特征和形状:既有经典的倒U型的曲线,也有U型、N型和同步型的曲线。倒U型的曲线表明洱海治理措施的有效性;U型、N型和同步型的曲线表明湖泊面源污染和富营养化控制的复杂性,湖泊面源污染和富营养化控制需要

2、寻求的新解决思路和多种措施的配合。在借鉴国外经验和国内有价值的研究成果的基础上,本研究将有利于通过结构调整对面源污染从源头实施总量控制,推进“工程治污”与“结构控源”措施的优化与配合,辅助湖泊水环境的规划与管理及决策。关键词:城乡经济发展;洱海水质;EKC;面源污染;湖泊富营养化控制中图分类号:F062.2文献标识码:A1EKC假说及本文的研究湖泊水环境与流域(区域经济协调发展的问题,更广义上是从环境与经济的关系探讨开始的。环境污染的日益严重和环境保护增加的成本,促使人们开始对环境在经济发展中的作用开始反思,并形成了“环境库兹涅茨曲线”(EKC的理论假说1-2,即在一个较长时期一个国家或区域的

3、环境压力和经济增长之间的关系呈现倒“U”形状。EKC假说的形成,为研究经济发展和环境的定量关系提供了理论依据和分析工具。从1991年开始,西方众多环境经济学家运用EKC分析个别环境指标与人均收人、外贸和国家开放度等之间的关系,取得了较好的结果。实证研究还表明环境压力和经济增长之间的关系还会出现其他情况:同步关系、U形关系和N形关系3-5。张晓在1999年首次运用EKC理论对中国宏观经济增长和主要污染物排放情况进行了比较分析和检验6,此后10年来,基于EKC理论针对全国和省级行政区域环境经济数据的实证研究呈现了逐年递增的趋势,其中工业经济和城市经济发展与环境(工业和点源污染的关系是学界研究的重点

4、。近年,朱智洺2004年、雷玉桃2007年通过我国水环境库兹涅茨曲线分析,得出了我国的水环境库兹涅茨曲线还处在“倒U型”曲线的增函数上升阶段7-8。周静、杨桂山2007年采用环境库兹涅茨曲线模型模拟了19801996年和19972004年工业废水排放量和人均GDP之间的关系,结果显示未来江苏省工业废水排放趋向于在经历较短时间的上升后逐渐下降9。仇方道,顾云海等研究徐州市经济增长与工业废水排放量之间虽然存在较强的互动作用关系,但并不是环境库兹涅茨曲线所表达的简单的倒“U”型关系10。目前从流域角度,针对城乡经济发展与城市湖泊水质量演变(或面源污染关系的定量研究还是空白。本文将运用大理州洱海流域1

5、9962007年的时间序列数据(表1,以“环境库兹涅茨曲线”( EKC的理论假说为分析工具,对洱海水质演变和流域经济发展的进行实证分析。基于数据的可获性和便利性,这里研究的洱海流域特指包括大理市和洱源县两个行政区在内的区域。以往的研究反映环境质量或环境压力的指标主要是工业污染物排放量,如废水、废气、固体废弃物等,一般没有反映工农业面源污染的指标,同时蕴含着环境在恶化前政府环境管制和工程治理措施缺失的假设。本文将研究政府干预和工程治理措施在当前条件下还不能第29卷第9期经济地理Vol.29,No.92009年9月ECONOM IC GEOGRAPHY Sept.,2009收稿时间:2009-04

6、-18;修回时间:2009-08-20对面源污染产生正面效应的情况下,湖泊水环境质量演变与城乡经济增长的关系。表1洱海主要水质指标与流域人均GDP变量表Tab.1For key water quality indicators and Erhai basinvariables GDP per capita table2变量指标的选取及其数据来源洱海是云贵高原第二大湖泊,是我国处于富营养化初期湖泊的典型代表,位于大理白族自治州境内大理市城郊,湖泊面积250km2,跨大理市和洱源县,属澜沧江湄公河水系,是苍山洱海国家自然保护区和国家风景名胜区的核心。洱海具有供水、农灌、发电、航运、水产养殖、旅游等

7、多种功能,对大理地区的发展起着举足轻重的作用。流域面积2565km2,流域人口超过80多万人,城市人口占35%以上,是一个城乡之间关联度较大的典型区域。流域人口占大理州1/4,经济总量占全州40%到50%。进入1990年代之后,流域社会经济发展加速。根据资料表明,1970年代前,洱海水量充沛,水质优良,生物多样性丰度较高。此后,由于受人类活动干预,湖泊富营养化步伐加快。到1985年,洱海水质已由贫营养级转到贫中营养级,1988年洱海水质又进入到中营养级,1990年代之后,尽管洱海整体上处于中营养水平,但各项水质指标的监测值均呈上升趋势,说明洱海水质正由中营养级向中富营养级转变11。199219

8、96年的5年间,表征富营养化状态的监测值围绕(卡森指数45轻微波动。1996后年富营养化状态(卡森指数连年攀升,其它水质监测指标也显示,洱海中富营养化水平不断加速,水质污染日益加剧,在1996年、1998年和2003年发生水华,严重影响流域城乡居民的生产和生活。流域的面源污染是洱海富营养化控制的首要问题。2002年2005年为类,主要污染因子为总磷和总氮;总磷和总氮是影响洱海水体水质的主要指标。根据云南省地表水水环境功能区划,洱海水体水质类别规划为类。近年来,洱海上游地域-洱源县南部,奶牛养殖与大蒜等经济作物的种植比例急剧增长,带来了洱海营养化状态急剧增长的发展趋势,洱海水污染加剧,氮磷污染突

9、出。据调查测算,洱海流域村镇每年大约产生垃圾15万t,污水1 036万t,粪便291万t,由村落污染、牲畜粪便产生的污染负荷为COD33889.4t/年,TN为7566.1t/年, TP为1552t/年,农村面源污染严重。在各种污染源中,农业非点源污染占河流、湖泊营养物负荷总量的70%以上。根据洱海流域工农业和旅游面源污染严重的实际情况,本文选取关联面源污染的指标表示水环境质量,数据主要源于水质监测部门(表1。表中19962001年的水质和富营养化监测指标数据来源于北京民族出版社2003出版的大理洱海科学研究;20022005年的数据来源于洱海项目编制组“国家水体污染控制与治理重大专项湖泊主题

10、洱海治理项目实施方案(建议稿;2006、2007年数据来源于云南省环境状况公报,其中表征富营养化状态的指数与此前表征富营养化的卡森指数可能有差别。但根据有关资料,可以佐证洱海近3年富营养化趋缓,数据仍然具有总体代表性。本文也用人均GDP表示经济增长(发展,洱海流域GDP是大理市GDP与洱源县GDP的和,人均GDP以人民币元为单位,以1996年的不变价格计算,是流域GDP与流域总人口的商取整数所得,流域总人口以万人为单位,忽略了万人以下人口的统计。数据主要综合中国知网中国宏观数据挖掘分析系统中19962006年云南经济年鉴、云南年鉴、大理市年鉴、中国城市年鉴以及20062007年大理市与洱源县国

11、民经济与社会发展统计公报获取。3模型构建与曲线拟合根据环境质量与经济发展存在倒U型、U型、N 型和同步型等不同情况的KEC理论假说及其研究的进展,本文构建了如下三种不同类型的简易计量模型:第9期柯高峰,丁烈云:洱海流域城乡经济发展与洱海湖泊水环境保护的实证分析1547洱海项目编制组.“国家水体污染控制与治理重大专项湖泊主题洱海治理项目实施方案(建议稿,2008年3月.编号:2008ZX07105-001-3。表2洱海水质变量与流域人均GDP 拟合曲线的模型检验与参数估计Tab.2Erhai basin water quality variables and per capita GDP cur

12、ve fitting and Parameter Estimation Model Checking水质变量曲线模型检验参数估计(以人均GDP 为自变量(因变量类型R 2F Sig.b 0b 1b 2b 3高锰酸盐指数SD (m 对数0.61616.0570.00219.675-1.8731548经济地理第29卷Y t =b 0+b 1X t +b 2X t 2(1Y t =b 0+b 1X t +b 2X t 2+b 3X t 3(2Y t =b 0+b 1lnX t (3式中:Y t 代表t 年的洱海水环境质量指标的均值,X t 代表t 年的人均GDP 。运用SPSS13.0软件,以选取的

13、五项水环境质量指标(总氮TN 、总磷TP 、透明度SD 、高锰酸盐指数CODMn 和富营养化状态指数TSI 的上述时间序列数据作为因变量,以上述人均GDP 的时间序列数据作为自变量,同时进行二次方程,三次方程和对数方程的回归分析和曲线拟合发现:以TN 、TP 、CODM n 、TSI 四项指标为因变量拟合二次方程、三次方程的效果较好,以SD 指标为因变量拟合二次方程、对数方程效果较好,而三次方程对于SD 为因变量的回归与拟合效果较差。因此,本文根据实际情况以上述方程(1、(2建立因变量TN 、TP 、CODM n 、TSI 与人均GDP 的计量模型;以方程(1、(3建立因变量SD 与人均GDP

14、 的计量模型,并运行软件进行回归分析和曲线拟合,各模型的回归分析结果(表2,曲线拟合效果图(图15。-2.7E-012-1.1-0.12-3.8E-0121.05E-011图1高锰酸盐指数与人均GDP 的拟合曲线Fig.1Permanganate index and per capita GDP of thefitting curve 图2总氮与人均GDP 的拟合曲线Fig.2TN per capita GDP and the fitting curve 图3营养状态指数与人均GDP 的拟合曲线Fig.3Nutritional status index and per capita GDP o

15、f thefitting curve图4总磷与人均GDP 的拟合曲线Fig.4TP per capita GDP and the fitting curve图5透明度与人均GDP的拟合曲线Fig.5Transparency and per capita GDPof the fitting curve4实证结果的分析与讨论从曲线拟合的结果看,选取的各项水质指标总氮TN、总磷TP、透明度SD、高锰酸盐指数CODMn、富营养化状态指数TSI与人均GDP的统计关系比较明显:拟合优度R2检验、F值检验、模型显著性P值检验都达到统计学要求,同时通过软件的运行,模型系数显著性T值检验也符合要求。可以判断洱海

16、水质演变与流域经济发展关系密切。下面通过过曲线拟合图形分析检验五项水环境指标与人均GDP的关系是否符合EKC假说。首先,高锰酸盐指数CODMn与人均GDP的拟合优度最佳,R2值接近1,且P值为0.000,显著性很强。对照CODM n与人均GDP的二次曲线和三次曲线拟合图发现,曲线呈现倒U型,样本观测值比较均匀地分布于曲线两侧。根据曲线图,理论上讲,以高锰酸盐指数CODM n为指标的水环境质量改善的“转折点”大致在人均GDP12500和15000元之间,流域人均GDP在此前,高锰酸盐的浓度越来越高,水环境处于恶化的趋势,过后出现改善。其次,总氮TN与人均GDP的拟合优度和显著性也都较强,从二次曲

17、线拟合图也可看出倒U的特征,观测值同样比较均匀地分布于曲线的两侧,但令人担忧的是拟合图形呈现的是倒U的上升阶段,我们可以看到的是攀升的“陡坡”,这说明总氮TN 浓度仍然有升高的趋势;理论上我们虽然可以算出转折点在人均GDP17500元左右,但从二次曲线图上几乎看不到转折点。同时三次曲线呈现了明显的N型发展趋势。如果是这样,则表明水质将出现恶化改善再恶化的可怕局面。第三,富营养化状态指数TSI与人均GDP拟合效果较好,显著性符合统计要求,二次曲线与三次曲线几乎重合,并呈现了明显的倒U型,观测值在曲线的上升阶段分布十分均匀,理论上的转折点接近人均GDP10000元,观测值在“转折点”附近偏离较大。

18、富营养化状态指数作为比较综合反映水体富营养化水平的指标,理论上较其它单一性指标相比应该更能反映水质和富营养化的变化趋势,但由于后两个样本观测值的统计口径和方法可能有差异,因此需要特别谨慎。我们似乎可以乐观地看到洱海富营养化趋势得到了根本的扭转,但对照其它指标如总氮TN和下述透明度SD指标却并非如此。第四,总磷TP与人均GDP拟合效果R2和显著性水平都达到统计要求。从图上看,观测值比较偏离曲线,但拟合的二次曲线和三次曲线都呈现了明显的倒U型,理论上的转折点处于10000元和12500元之间。第五,水体透明度SD与人均GDP拟合效果R2和显著性水平都达到统计要求。拟合的对数曲线与二次曲线是正U型的

19、左半侧,水体透明度SD 的指标观测值是由高到低的趋势,在二次曲线的转折点之前,随着经济的发展洱海水体透明度越来越低,水质环境趋向恶化。接下来再将上述实证结果与表1和曲线图所揭示的信息进行对照。单纯从数据表上看,19962003年洱海各项水质监测指标呈现恶化的趋势,并且几乎都在2003年达到最值,其中透明度SD达到了最小值,其它为最大值。这一年,洱海流域人均GDP接近10000元,由1996年的5000元上升到了9940元。同时2003年,出现了伴随着螺旋鱼腥藻的水华灾变,水体透明度下降为1.52m,很多湖湾区域,出现了多草多藻的“草藻”共生的现象。而从表1的数据指标看2003年之后的洱海水质演

20、变趋势看,是很令人乐观的,水质出现了明显的改善,根据最新的新闻报道和相关数据资料,也基本上可以判断洱海水质目前趋于改善。所以,我们似乎可以判断洱海水质恶化与改善的转折点就在2003年,流域人均GDP接近10000元的时候。从上述实证结果的曲线形状看,倒U型的曲线也说明洱海水环境治理和富营养化控制的及时性和和有效性。但由于有的曲线呈现了倒U型的左半侧,有的出现了同步型,甚至有N型的趋势。即使是倒U型,各项水质指标改善的转折点也互有差异,对应的年份也互不相同。这说明了富营养化控制和面源污染具有相当的复杂性,不同的污染源类型,产生了不同的水污染负荷,湖泊水污染防治要有全面和长期的规第9期柯高峰,丁烈

21、云:洱海流域城乡经济发展与洱海湖泊水环境保护的实证分析1549划。下一步,针对流域农业与农村的面源污染产生量进行源头调查,并计算其与湖泊污染负荷或富营养化的响应关系将有利于通过结构调整对面源污染从源头实施总量控制,推进湖泊水环境的规划与管理。在此基础上,对农业农村面源污染量的产生建立与工业“三废”一样的统计数据系统,将有助于EKC假说对面源污染压力的进一步检验,并更有助于从源头控制决策。5结论及其政策含义研究以富营养化初期湖泊洱海及其流域为例,通过建立湖泊水质指标演变与流域人均GDP增长的计量模型,对环境库兹涅茨曲线(EKC进行新的检验发现:基于同一湖泊不同水质指标与人均GDP 的曲线拟合,呈

22、现了与环境库兹涅茨曲线不同特征和形状的曲线,既有经典的倒U型的曲线,也有U 型、N型和同步型的曲线。倒U型的曲线表明洱海治理措施的有效性;U型、N型和同步型的曲线表明湖泊面源污染和富营养化控制的复杂性,湖泊面源污染和富营养化控制需要寻求的新解决思路和多种措施的配合。根据国际著名流域,诸如英国泰晤士河、法国塞纳河、日本琵琶湖、加拿大的圣劳伦斯河和欧洲莱茵河等流域水污染治理的经验,治理的规划、目标、工程技术、资金和流域管理体制等是湖泊水质保护要考虑的主要因素12。国内虽然目前还鲜有这方面成功的典型案例,但王西琴的研究表明,在推荐的产业结构和工业结构下,既可以保证经济按规划的速度发展,达到总的经济目

23、标,同时又能够满足水环境污染控制的目标,保护水环境13。周淑春、陈蓓等以万州区分水镇为例,构建了农业产业结构优化模型14。这些研究将有利于通过结构调整对面源污染从源头实施总量控制,推进工程措施与结构调整措施的结合,辅助湖泊水环境的规划与管理及决策。因此,我们可以从以下方面归纳本文研究的政策含义:人均GDP的增长与湖泊水质演变的关系反映了区域发展的动力与湖泊水环境保护之间的内在张力,本文研究初步从定量的角度印证了二者之间这种互动的规律性。但还应该看到的GDP增长的背后是经济结构驱动和产业发展的结果,从案例来说,表现为产业结构的不合理性,且主要是高污染的农业对湖泊产生了严重的负荷,因此,农业产业结

24、构的战略性调整是首要的政策含义。从城乡区域或流域协调发展的角度看,基于湖泊水质目标的农业产业结构调整只有与农村劳动力的培训、转移以及城乡一体化保障措施的配套实施,才能从根本上保持城乡区域的协调与和谐发展,这是其中比较重要的制度保证。城乡产业转移中,工程治污染与结构控源的措施缺一不可的,二者之间产生的污染必须优化到能满足湖泊水质目标即湖泊水环境承载力的要求,同时二者产生的成本也会受到相应的约束,因此,城乡区域(流域的经济发展与水质保护必须纳入到这样一个相应的多目标的战略规划模型中予以考虑。这将是后续研究关注的重点,也将是形成战略规划方案的关键。从洱海保护的历程看,目前已经经历了2004年以前水污

25、染防治的阶段和此后进4年以来,洱海流域保护治理两个阶段,但从湖泊面源污染和富营养化控制的依然严峻的形势和人类活动的惯性看,流域保护治理的基础上,只有推进流域城乡生态文明的建设和构建生态型的社会经济发展友好模式,才能从根本上协调城乡区域发展与湖泊水质保护的良好关系,因此,洱海的保护也必须推进到到生态文明流域构建的阶段,从而促进人与水的和谐。参考文献:1Soumyananda Dinda.Environmental Kuznets Curve Hypothesis:ASurveyJ.Ecological Economics,2004,49(4:431-455.2张帆,李东.环境与自然资源经济学M.

26、上海人民出版社,2007.3李玉文,徐中民.环境库兹涅茨曲线研究进展J.中国人口·资源与环境,2005(5:8-10.4Neha Khanna,Florenz Plassmann.The demand for environmentalqualityand the environmental Kuznets CurvehypothesisJ.Ecologi-cal Economics,2004,51:225-236.the Environmental Kuznets curveJ.Journal of Environmental Economics and Management,20

27、05,49(2:366-380.6张晓.中国环境政策的总体评价J.中国社会科学,1999(3:88-99.7雷玉桃.水环境与经济发展综合决策机制研究J.改革与战略,2007,161(1:20-22.8朱智洺.库兹涅茨曲线在中国水环境分析的应用J.河海大学(自然科学版,2004,32(4:387-388.9周静,杨桂山.江苏省工业废水排放与经济增长的动态关系J.地理研究,2007,26(5:934-936.10仇方道,顾云海.区域经济与环境协调发展机制以徐州市为例J.经济地理,2006,26(6:1023.11韩涛,彭文启,等.洱海水体富营养化的演变及其研究进展J.中国水利水电科学研究院学报,2

28、005,3(1:70-73.12郭焕庭.国外流域水污染治理经验及对我们的启示J.环境保护,2001(8:39-40.13王西琴,杨志峰,刘昌明.区域经济结构调整与水环境保护以陕西关中地区为例J.地理学报,2000,55(6:707-717.14周淑春.小城镇水环境与产业结构优化模型研究以万州区分水镇为例D.重庆大学2007年度硕士论文:59-67.1550经济地理第29卷第9期 柯高峰， 丁烈云： 洱海流域城乡经济发展与洱海湖泊水环境保护的实证分析 1551 CITY ECONOMIC DEVELOPMENT AND EMPIRICAL ANALYSIS OF THE LAKE WATER E

29、NVIRONMENTAL PROTECTION ERHAI LAKE AND ITS WATERSHED AS AN EXAMPLE KE Gao - feng，DING Lie - yun （Central China Normal University School of Economics and Management ，Wuhan 430079 ，Hubei ，China ） Abstr act: Erhai lake ，Yunnan Dali and its watershed as an example, through the establishment of lake and

30、river basin water quality objectives for the evolution of GDP per capita growth model, the environmental Kuznets curve (EKC found a new test: Based on the time-series data water quality objectives for the Lake Erhai basin per capita GDP and the fitting curve, shown with the environmental Kuznets cur

31、ve and shape of different features, both the classic inverted U-shaped curve, there are U-, N-type and synchronization of the curve type. Inverted U-shaped curve shows that the effectiveness of management measures Erhai; U-type, N-type and synchronization of the curves show that the lake-based non-p

32、oint source pollution and eutrophication control of the complex nature of non-point source pollution and lake eutrophication control need to seek new ideas and a variety of measures to solve the co-ordination. Key wor ds: urban and rural economic development ；Erhai Lake water quality；EKC；non-point s

33、ource pollution ； lake eutrophication control 作者简介： 柯高峰 （1975 ） 男， 湖北阳新人， 博士。 主要从事城乡环境规划与管理、 政府经济学等方面的研究。 E- mail: kegaofeng 0514。 （上接 1545 页 ） ENERGY ANALYSIS AND SUSTAINABILITY ASSESSMENT OF THE ECOLOGICAL- ECONOMIC SYSTEM OF TIANJ IN CITY MENG Wei - qing1，HAO Cui2，LI Hong - yuan2，JU Mei - ting2 (

34、1. College of Urban and Environment Science ，Tianjin Normal University，Tianjin 300387 ，China ； 2. College of Environment Science and Engineering ，Nankai University，Tianjin 300071 ，China Abstr act: Based on the methods of emergy analysis, this paper studied the emergy flow in the ecological economic system of Tianjin in 1998 2007，and the emergy sustainable index quantitative analysis on the ecological economic st