二 环境效应研究的主要路径

对人口发展、经济增长中的环境问题（例如，污染排放及其对生态环境的破坏）和人类活动引起环境变化的研究由来已久。早期经典的、在国际上影响力较大的著作有两部：一是1962年美国生物学家雷切尔·卡逊（Rachel Carson）的小说《寂静的春天》（Silent Spring）中提到由于科技和经济的发展，特别是人类通过化学杀虫剂等有害物的利用导致生物多样性减少，破坏了生态环境；二是1972年以美国丹尼斯·米都斯（Dennis Meadows）教授为首组成的罗马俱乐部成员在《增长的极限》报告中，提出如果工业化、人口增长按照现有趋势发展，在不久将来不可再生资源耗尽和环境恶化的问题会面临增长的极限，也即零增长（Meadows，et al.，1983）。正是这两部著作的广泛影响，自20世纪60～70年代以来，对人类活动与环境问题的研究引起了国际社会和学术界的广泛关注，经历半个世纪方兴未艾。从学科大类上看，对环境效应的研究有环境经济学和地理学科两个主要视角[1]，但是研究的实现路径不并统一，主要有以下几个主要路径：影响因素分析、变化曲线模拟、动态最优化模型演绎、经济社会系统的环境评价、基于遥感数据等的地学效应研究等。

（一）环境经济学视角

基于经济学视角，从研究路径上看，环境变化分析路径有四条主线：一是通过因子分解以及实证检验探讨环境变化的影响因素；二是以环境经济学的规范分析方法检验环境库兹涅茨曲线假说，以对不同地区环境效应（主要是环境污染）变化的线性和非线性趋势进行讨论；三是在引入环境负效用的条件下，基于经济增长或城市化的效用最大化目标函数考察动态最优模型；四是充分考虑经济社会发展和自然、环境协调等综合因素的环境质量评价。

1.IPAT模型

Holdren和Ehrlich在20世纪70年代早期（1971，1972，1974）提出了环境质量IPAT恒等式式（2-1），用来分析影响环境系统变化的各种要素。根据该恒等式来看，环境效应受到人口总量、人均经济总量以及单位经济总量三个变量的综合驱动，其中人均经济总量实质上就是反映人口富裕程度，单位经济总量的环境效应一般认为是技术水平的表征。

I_i=aPb_iAc_iTd_ie_i　　　　　　（2-2）

更多学者在实证研究中，将IPAT恒等式变化成计量经济模型式（2-2）（Dietz and Rosa，1997；Marian，2001；Waggoner and Ausubel，2002；York，Rosa and Dietz，2003），这里，i表示地区，a，b，c，d分别为参数，e表示误差项。这样，可以根据被考察地区的统计数据检验人口、富裕程度以及技术水平对环境的实际影响作用。近年来，国内有学者在IPAT模型基础上，对其进行改写或转换来研究环境问题，例如，刘耀彬（2011）在考虑城市化进程中的IPAT模型时，将城市化率（U）引进，得到城市化环境效用模型为：

在恒等式（2-3）的基础上按照式（2-2）的方法构建计量模型，并对特定被考察地区进行城市化环境问题的实证检验。可见，“IPAT”框架为研究环境质量的影响因素提供了一个有效的实现路径，对实证研究具有借鉴意义；但是，由于不能动态考察驱动力与环境之间的变化趋势，对经济活动过程中的环境变化规律研究尚有不足之处。

2.EKC模型

最早由Grossman 和Krueger（1991）根据发达国家的经验研究，提出环境库兹涅茨曲线（Environment Kuznets Curve，EKC）假说，认为在经济发展的初期会出现环境恶化，随着经济发展进入较高水平的阶段，环境质量开始不断改善。随后，诸多研究进一步证实了该理论假说的存在性（Bandyopadhyay，1992；Panayotou，1993；Selden and Song，1994；Torras and Boyce，1998；Dinda，2004）。但是，不少学者对该假说持批评或质疑态度，认为EKC假说缺乏系统的理论体系支撑，并且指标选择不具有代表性、计量模型的检验估计存在漏洞（Stern，1998，2004；Borghesi and Vercelli，2003等）；另外，也有学者通过实证研究发现，并不存在环境库兹涅茨曲线（Perman and Stern，2003；Agras and Chapman，1999）。

归纳起来，环境库茨涅茨曲线检验的结果有“倒U形、正U形、正N形、倒N形”（见图2-1），由于缺乏对环境效应机理的理论分析，单纯地通过数据计量模拟的方法检验城镇化对环境驱动的演变趋势，并没有多大实际意义。特别是对不同地区差异化的环境效应变化趋势的解释也不够充分。可见，缺乏对动态变化的机理研究或驱动力分析是环境库茨涅茨曲线检验研究方法天然的不足之处，这种通过特定地区的统计数据来分析环境效应变化趋势，由于遵循从个别到一般的分析逻辑，引来诸多争议。不过，EKC假说的重要意义在于提供了一个考察两个变量关系的动态研究思路，引起学术界较为广泛的关注；并且，该研究路径的不足之处正是下一步深化研究的重要方面。

图2-1 传统环境库茨涅茨曲线检验的各种结果

3.Ramsey环境模型

1928年，弗兰克·普伦普顿·拉姆齐（Frank Plumpton Ramsey）发表《储蓄的数学理论》一文，讨论动态最优化问题（Ramsey，1928）。该文中提及的动态最优化模型后来通常被称作拉姆齐（Ramsey）模型，该模型曾受到凯恩斯的高度评价，许多西方经济学家也认为该模型在一定程度上取代了IS-LM模型，成为现代宏观经济学研究的经典范式。具体地，最初模型中的最优化由三个部分组成：最小化极度满足（假定存在资本K或消费C的极限满意，记作B）、最大化消费效用（所有时间t加总后得到的效用，记作U（C））；最小化的负效用（劳动L带来的痛苦，记作V（L）），用公式表达如式（2-4）所示（汤为本，2004）。

1965年，卡斯（Cass）和库普曼斯（Koopmans），对Ramsey模型进行了发展（学术界通常对改进了模型称作Ramsey-Cass-Koopmans模型），同样在假设不存在技术进步、人口固定增长率的条件下，得到考虑时间偏好的效用模型，如式（2-5）所示，其中，为单位时间资本变动量，f（k）为产出，n为人口增长率。

对于环境效应研究，Ramsey及其改进模型的价值在于：一是效用满足最大化方法同样适用环境牺牲研究领域；二是可以把环境牺牲视作劳动过程中的痛苦或负效用；三是考虑了人口增长和时间这两个动态变量。正因为如此，近年来国际上不少学者将Ramsey模型及其思想引入环境研究领域中。目前较有代表性的研究有以下几方面。

一是1998年，Ebert从福利最大化定价角度构建福利函数。其中假定企业生产两类产品，即脏（Dirty）产品X和干净（Clean）Y产品，生产成本记作C（X，Y），两类产品的需求逆函数分别表示为P_X（X）和P_Y（Y），且函数斜率向下倾斜，即dP_X/dX＜0，dP_Y/dY＜0，另外X产品会带来额外成本或叫毁坏成本，记作D（X），此时全社会的福利记作W（X，Y），并且可以用式（2-6）表示。在此模型的基础上，进一步根据边际概念讨论有环境管制和无环境管制下的社会福利最大化问题。

二是2003年，Xepapadeas在讨论经济增长和环境关系的时候，将污染引入经济增长模型，并通过Ramsey-Cass-Koopmans模型实现展开讨论，全社会效用函数记作式（2-7）（Xepapadeas，2003）。其中，N（t）是t时期的污染排放，为t时期的人均资源消耗量，E（t）为t时期的环境质量，ρ同样表示时间的偏好率或未来效用的贴现。根据式（2-7）的基础模型，进一步可以得到环境污染的经济增长最优化模型，以及最优化的排放税率模型、非线性的最优排放模型。该研究在效用最大化目标约束下，充分考虑了环境效用的经济增长问题，为该领域的深化研究做了较好的思路上的铺垫。

作为国内学术界最新研究的代表，王家庭、郭帅（2011）在索洛生产函数和Ramsey-Cass-Koopmans（拉姆齐-卡斯-库普斯曼）效用函数的基础上，通过数理推导，将环境污染引入城市化进程效用分析框架，构建了生态环境约束下的最佳城市规模模型。

其中，U（c，x）=C1-ε/（1-ε）-Bxφ

k=K/AL，x=X/AL，θ=YA/Y

这里，c（t）为t时期的消费者消费，x（t）为t时期的污染存量，ε为消费效用的边际弹性，φ的含义与ε一致但区别在于当φ大于1时，就用来衡量污染排放的边际效应弹性，B用来表示环境污染对人的影响；Y，K，L，A分别为索洛生产函数中的产量、资本、劳动以及知识（技术进步），θ表示消除污染的技术进步系数，δ为资本的折旧率，η为城市对环境的自我净化能力，α表示净化能力为正。另外，通过推导，n，g为索罗模型中相当于劳动力和知识的中间变量函数。该研究充分考虑了引入污染问题的生产函数和效用最大化问题，揭示了生产进程对环境污染的影响以及一般规律，具有重要学术价值。

显然，Ramsey模型思想对研究经济增长中的环境现象具有重要借鉴价值，尤其在充分考虑时间变量的情况下，认为全社会效用取决于干净产品产出和脏产品的产出。

4.人口、经济、社会与环境综合评价

随着全球气候变化和环境问题的愈加突出，国际学术界、非官方组织、官方机构等更加关注用科学的测算方法从数值上衡量环境变化的实际程度。从国内研究发展看，自20世纪90年代以来，人口、资源与环境经济学作为一门二级学科取得了较快的发展（蔡翼飞，2010）。基于可持续发展思想和人口、资源与环境经济学学科理论框架，近年来开展了许多关于地区人口、资源、经济、环境等协调发展的综合评价工作（陈静、曾珍香，2004；刘志亭、孙福平，2005；徐盈之、吴海明，2010）。其中，城市地区生态环境的评价也得到了广泛的关注，例如，通过构建环境可持续发展指标体系对城市化进程的战略环境进行分析、评价和预测（车秀珍等，2001）或直接构建城市生态环境（李静等，2009）或生态城市评估指标体系（张坤民等，2003）。这类研究，将环境因素纳入整个地区可持续发展评价中，具有实际意义。但是从测度结果看，由于指标体系庞杂、研究侧重点不同、判断标准不一致，往往同一对象的研究结论并不统一，一定程度上失去可比性。

当然，从数理上有，对一地区人口、经济、社会和环境协调发展的综合评价最终落脚点是能提出更加科学的地区发展方案和对策建议。其中，代表性的观点有李善同和刘勇（2002）提出的地区差异性发展方案，即：对贫困地区，应该将解决贫困和温饱作为首要任务，随后再加大对社会和环境领域的投资建设；对经济发达而环境污染较为严重的地区，则优先加强技术进步及其污染防范和治理的投入；对生态问题区域，把生态保护和建设、遏制生态恶化作为头等大事。

（二）地理学科视角

由于人类活动的环境影响直接体现在地理环境的变化上，为此环境效应研究实际上是人地关系研究的重要内容之一。通过文献梳理发现，更多对环境效应的探讨和分析集中在自然科学、人文地理学研究领域，并运用生态学、地理学、地质学等基本知识和分析方法对自然环境的变化进行纵向或横向的对比研究。从人类活动的分类上看，除了农业活动之外，对环境变化影响较大的还是大量的建设及生产、生活活动，而这些活动较多集中在城镇地区。一般认为，城镇建设和发展会导致地质（土壤性质、空气、光照、水文、热量、地表结构、气候等）变化，严重情形下会导致地质灾害。

从研究内容上看，目前关注较多的有以下几个方面：一是城镇化进程的加速导致建设用地的扩张和生态绿色的减少，从而改变城市地区的热环境（柯锐鹏、梅志雄，2010）；二是城镇化建设导致河网体系发生变迁，改变水环境（陈德超，2003）；三是当城镇化的人类活动强度超过地质自然承载力会产生地质灾害，例如，地面下沉、地震、地裂缝崩塌等（侯金武，2008）。在研究方法上，近年来越来越多经济地理专业研究方向的学者通过获取卫星遥感数据（Modis影像），根据Envi和GIS等软件分析，对地区城镇化进程中的地质环境变化进行系统研究，包括城镇土地规划、地区叶面积指数、反照率、流域、植被覆盖率等变化（王建凯等，2007；沈体雁等，2007；侯鹏等，2009；何报寅等，2010；黎治华等，2011）。

总体来看，运用地理学科的方法研究环境问题主要是对人口集聚区包括城镇地区、乡村部落区以及重大工程实施地区的地学效应数据变化进行比照分析。该研究路径更加形象具体地刻画了人类活动对生态环境的影响，对人类活动引起的灾害风险分析具有重大意义。