二 環境效應研究的主要路徑

對人口發展、經濟增長中的環境問題（例如，污染排放及其對生態環境的破壞）和人類活動引起環境變化的研究由來已久。早期經典的、在國際上影響力較大的著作有兩部：一是1962年美國生物學家雷切爾·卡遜（Rachel Carson）的小說《寂靜的春天》（Silent Spring）中提到由于科技和經濟的發展，特別是人類通過化學殺蟲劑等有害物的利用導致生物多樣性減少，破壞了生態環境；二是1972年以美國丹尼斯·米都斯（Dennis Meadows）教授為首組成的羅馬俱樂部成員在《增長的極限》報告中，提出如果工業化、人口增長按照現有趨勢發展，在不久將來不可再生資源耗盡和環境惡化的問題會面臨增長的極限，也即零增長（Meadows，et al.，1983）。正是這兩部著作的廣泛影響，自20世紀60～70年代以來，對人類活動與環境問題的研究引起了國際社會和學術界的廣泛關注，經歷半個世紀方興未艾。從學科大類上看，對環境效應的研究有環境經濟學和地理學科兩個主要視角[1]，但是研究的實現路徑不并統一，主要有以下幾個主要路徑：影響因素分析、變化曲線模擬、動態最優化模型演繹、經濟社會系統的環境評價、基于遙感數據等的地學效應研究等。

（一）環境經濟學視角

基于經濟學視角，從研究路徑上看，環境變化分析路徑有四條主線：一是通過因子分解以及實證檢驗探討環境變化的影響因素；二是以環境經濟學的規范分析方法檢驗環境庫茲涅茨曲線假說，以對不同地區環境效應（主要是環境污染）變化的線性和非線性趨勢進行討論；三是在引入環境負效用的條件下，基于經濟增長或城市化的效用最大化目標函數考察動態最優模型；四是充分考慮經濟社會發展和自然、環境協調等綜合因素的環境質量評價。

1.IPAT模型

Holdren和Ehrlich在20世紀70年代早期（1971，1972，1974）提出了環境質量IPAT恒等式式（2-1），用來分析影響環境系統變化的各種要素。根據該恒等式來看，環境效應受到人口總量、人均經濟總量以及單位經濟總量三個變量的綜合驅動，其中人均經濟總量實質上就是反映人口富裕程度，單位經濟總量的環境效應一般認為是技術水平的表征。

I_i=aPb_iAc_iTd_ie_i　　　　　　（2-2）

更多學者在實證研究中，將IPAT恒等式變化成計量經濟模型式（2-2）（Dietz and Rosa，1997；Marian，2001；Waggoner and Ausubel，2002；York，Rosa and Dietz，2003），這里，i表示地區，a，b，c，d分別為參數，e表示誤差項。這樣，可以根據被考察地區的統計數據檢驗人口、富裕程度以及技術水平對環境的實際影響作用。近年來，國內有學者在IPAT模型基礎上，對其進行改寫或轉換來研究環境問題，例如，劉耀彬（2011）在考慮城市化進程中的IPAT模型時，將城市化率（U）引進，得到城市化環境效用模型為：

在恒等式（2-3）的基礎上按照式（2-2）的方法構建計量模型，并對特定被考察地區進行城市化環境問題的實證檢驗。可見，“IPAT”框架為研究環境質量的影響因素提供了一個有效的實現路徑，對實證研究具有借鑒意義；但是，由于不能動態考察驅動力與環境之間的變化趨勢，對經濟活動過程中的環境變化規律研究尚有不足之處。

2.EKC模型

最早由Grossman 和Krueger（1991）根據發達國家的經驗研究，提出環境庫茲涅茨曲線（Environment Kuznets Curve，EKC）假說，認為在經濟發展的初期會出現環境惡化，隨著經濟發展進入較高水平的階段，環境質量開始不斷改善。隨后，諸多研究進一步證實了該理論假說的存在性（Bandyopadhyay，1992；Panayotou，1993；Selden and Song，1994；Torras and Boyce，1998；Dinda，2004）。但是，不少學者對該假說持批評或質疑態度，認為EKC假說缺乏系統的理論體系支撐，并且指標選擇不具有代表性、計量模型的檢驗估計存在漏洞（Stern，1998，2004；Borghesi and Vercelli，2003等）；另外，也有學者通過實證研究發現，并不存在環境庫茲涅茨曲線（Perman and Stern，2003；Agras and Chapman，1999）。

歸納起來，環境庫茨涅茨曲線檢驗的結果有“倒U形、正U形、正N形、倒N形”（見圖2-1），由于缺乏對環境效應機理的理論分析，單純地通過數據計量模擬的方法檢驗城鎮化對環境驅動的演變趨勢，并沒有多大實際意義。特別是對不同地區差異化的環境效應變化趨勢的解釋也不夠充分。可見，缺乏對動態變化的機理研究或驅動力分析是環境庫茨涅茨曲線檢驗研究方法天然的不足之處，這種通過特定地區的統計數據來分析環境效應變化趨勢，由于遵循從個別到一般的分析邏輯，引來諸多爭議。不過，EKC假說的重要意義在于提供了一個考察兩個變量關系的動態研究思路，引起學術界較為廣泛的關注；并且，該研究路徑的不足之處正是下一步深化研究的重要方面。

圖2-1 傳統環境庫茨涅茨曲線檢驗的各種結果

3.Ramsey環境模型

1928年，弗蘭克·普倫普頓·拉姆齊（Frank Plumpton Ramsey）發表《儲蓄的數學理論》一文，討論動態最優化問題（Ramsey，1928）。該文中提及的動態最優化模型后來通常被稱作拉姆齊（Ramsey）模型，該模型曾受到凱恩斯的高度評價，許多西方經濟學家也認為該模型在一定程度上取代了IS-LM模型，成為現代宏觀經濟學研究的經典范式。具體地，最初模型中的最優化由三個部分組成：最小化極度滿足（假定存在資本K或消費C的極限滿意，記作B）、最大化消費效用（所有時間t加總后得到的效用，記作U（C））；最小化的負效用（勞動L帶來的痛苦，記作V（L）），用公式表達如式（2-4）所示（湯為本，2004）。

1965年，卡斯（Cass）和庫普曼斯（Koopmans），對Ramsey模型進行了發展（學術界通常對改進了模型稱作Ramsey-Cass-Koopmans模型），同樣在假設不存在技術進步、人口固定增長率的條件下，得到考慮時間偏好的效用模型，如式（2-5）所示，其中，為單位時間資本變動量，f（k）為產出，n為人口增長率。

對于環境效應研究，Ramsey及其改進模型的價值在于：一是效用滿足最大化方法同樣適用環境犧牲研究領域；二是可以把環境犧牲視作勞動過程中的痛苦或負效用；三是考慮了人口增長和時間這兩個動態變量。正因為如此，近年來國際上不少學者將Ramsey模型及其思想引入環境研究領域中。目前較有代表性的研究有以下幾方面。

一是1998年，Ebert從福利最大化定價角度構建福利函數。其中假定企業生產兩類產品，即臟（Dirty）產品X和干凈（Clean）Y產品，生產成本記作C（X，Y），兩類產品的需求逆函數分別表示為P_X（X）和P_Y（Y），且函數斜率向下傾斜，即dP_X/dX＜0，dP_Y/dY＜0，另外X產品會帶來額外成本或叫毀壞成本，記作D（X），此時全社會的福利記作W（X，Y），并且可以用式（2-6）表示。在此模型的基礎上，進一步根據邊際概念討論有環境管制和無環境管制下的社會福利最大化問題。

二是2003年，Xepapadeas在討論經濟增長和環境關系的時候，將污染引入經濟增長模型，并通過Ramsey-Cass-Koopmans模型實現展開討論，全社會效用函數記作式（2-7）（Xepapadeas，2003）。其中，N（t）是t時期的污染排放，為t時期的人均資源消耗量，E（t）為t時期的環境質量，ρ同樣表示時間的偏好率或未來效用的貼現。根據式（2-7）的基礎模型，進一步可以得到環境污染的經濟增長最優化模型，以及最優化的排放稅率模型、非線性的最優排放模型。該研究在效用最大化目標約束下，充分考慮了環境效用的經濟增長問題，為該領域的深化研究做了較好的思路上的鋪墊。

作為國內學術界最新研究的代表，王家庭、郭帥（2011）在索洛生產函數和Ramsey-Cass-Koopmans（拉姆齊-卡斯-庫普斯曼）效用函數的基礎上，通過數理推導，將環境污染引入城市化進程效用分析框架，構建了生態環境約束下的最佳城市規模模型。

其中，U（c，x）=C1-ε/（1-ε）-Bxφ

k=K/AL，x=X/AL，θ=YA/Y

這里，c（t）為t時期的消費者消費，x（t）為t時期的污染存量，ε為消費效用的邊際彈性，φ的含義與ε一致但區別在于當φ大于1時，就用來衡量污染排放的邊際效應彈性，B用來表示環境污染對人的影響；Y，K，L，A分別為索洛生產函數中的產量、資本、勞動以及知識（技術進步），θ表示消除污染的技術進步系數，δ為資本的折舊率，η為城市對環境的自我凈化能力，α表示凈化能力為正。另外，通過推導，n，g為索羅模型中相當于勞動力和知識的中間變量函數。該研究充分考慮了引入污染問題的生產函數和效用最大化問題，揭示了生產進程對環境污染的影響以及一般規律，具有重要學術價值。

顯然，Ramsey模型思想對研究經濟增長中的環境現象具有重要借鑒價值，尤其在充分考慮時間變量的情況下，認為全社會效用取決于干凈產品產出和臟產品的產出。

4.人口、經濟、社會與環境綜合評價

隨著全球氣候變化和環境問題的愈加突出，國際學術界、非官方組織、官方機構等更加關注用科學的測算方法從數值上衡量環境變化的實際程度。從國內研究發展看，自20世紀90年代以來，人口、資源與環境經濟學作為一門二級學科取得了較快的發展（蔡翼飛，2010）。基于可持續發展思想和人口、資源與環境經濟學學科理論框架，近年來開展了許多關于地區人口、資源、經濟、環境等協調發展的綜合評價工作（陳靜、曾珍香，2004；劉志亭、孫福平，2005；徐盈之、吳海明，2010）。其中，城市地區生態環境的評價也得到了廣泛的關注，例如，通過構建環境可持續發展指標體系對城市化進程的戰略環境進行分析、評價和預測（車秀珍等，2001）或直接構建城市生態環境（李靜等，2009）或生態城市評估指標體系（張坤民等，2003）。這類研究，將環境因素納入整個地區可持續發展評價中，具有實際意義。但是從測度結果看，由于指標體系龐雜、研究側重點不同、判斷標準不一致，往往同一對象的研究結論并不統一，一定程度上失去可比性。

當然，從數理上有，對一地區人口、經濟、社會和環境協調發展的綜合評價最終落腳點是能提出更加科學的地區發展方案和對策建議。其中，代表性的觀點有李善同和劉勇（2002）提出的地區差異性發展方案，即：對貧困地區，應該將解決貧困和溫飽作為首要任務，隨后再加大對社會和環境領域的投資建設；對經濟發達而環境污染較為嚴重的地區，則優先加強技術進步及其污染防范和治理的投入；對生態問題區域，把生態保護和建設、遏制生態惡化作為頭等大事。

（二）地理學科視角

由于人類活動的環境影響直接體現在地理環境的變化上，為此環境效應研究實際上是人地關系研究的重要內容之一。通過文獻梳理發現，更多對環境效應的探討和分析集中在自然科學、人文地理學研究領域，并運用生態學、地理學、地質學等基本知識和分析方法對自然環境的變化進行縱向或橫向的對比研究。從人類活動的分類上看，除了農業活動之外，對環境變化影響較大的還是大量的建設及生產、生活活動，而這些活動較多集中在城鎮地區。一般認為，城鎮建設和發展會導致地質（土壤性質、空氣、光照、水文、熱量、地表結構、氣候等）變化，嚴重情形下會導致地質災害。

從研究內容上看，目前關注較多的有以下幾個方面：一是城鎮化進程的加速導致建設用地的擴張和生態綠色的減少，從而改變城市地區的熱環境（柯銳鵬、梅志雄，2010）；二是城鎮化建設導致河網體系發生變遷，改變水環境（陳德超，2003）；三是當城鎮化的人類活動強度超過地質自然承載力會產生地質災害，例如，地面下沉、地震、地裂縫崩塌等（侯金武，2008）。在研究方法上，近年來越來越多經濟地理專業研究方向的學者通過獲取衛星遙感數據（Modis影像），根據Envi和GIS等軟件分析，對地區城鎮化進程中的地質環境變化進行系統研究，包括城鎮土地規劃、地區葉面積指數、反照率、流域、植被覆蓋率等變化（王建凱等，2007；沈體雁等，2007；侯鵬等，2009；何報寅等，2010；黎治華等，2011）。

總體來看，運用地理學科的方法研究環境問題主要是對人口集聚區包括城鎮地區、鄉村部落區以及重大工程實施地區的地學效應數據變化進行比照分析。該研究路徑更加形象具體地刻畫了人類活動對生態環境的影響，對人類活動引起的災害風險分析具有重大意義。