中国化肥面源污染EKC验证及其驱动因素-2019年精选文档

中国化肥面源污染EKC验证及其驱动因素

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大量权威研究表明，在诸多引致因素中，因过量和不合理施用化肥所带来的养分流失逐渐成为中国农业面源最主要的来源之一［1-4］。中科院南京地理所对湖泊富营养化的研究表明，农田肥料污染的负荷平均为47%，农业面源污染物中总磷、总氮分别占滇池水污染物总负荷的46%和53%，占太湖水污染物总负荷的37%和13%。同时中国每年在粮食和蔬菜作物上施用的氮肥，有大约17.4万t流失掉，

而其中一半的氮肥从农田流入江河湖海，对当地、区域甚至全球范围的环境和生态系统功能产生严重的影响。有证据表明，化肥的过量和不合理的施用是一些地区湖泊和河流如滇池、淮河、巢湖和太湖等遭受污染和水体富营养化的主要来源之一（国家环保总局，2005年）。

随着经济的快速发展，在未来一段时间，中国农业集约化压力仍会不断加大，如果政府不采取相关管理与规制措施控制农户过量和不合理的化肥投入，中国化肥投入的面源污染问题将会更加严重。中国化肥投入面源污染的强度和所处的经济发展阶段，使如何控制化肥投入的面源污染成为中国可持续发展的关键问题之一。尽管环境保护者和政策制定者已经认识到化肥施用对农业环境的破坏和农业可持续发展的负面影响，但是人们还没有找

到切实有效的控制与管理手段。因此，探寻中国化肥投入面源污染时空演变规律及其驱动因素，意义重大。

环境库兹涅茨曲线的理论假设表明，经济增长通过改变经济规模、经济结构、技术水平，通过改变公众和政府环境的需求弹性，通过促进政府制定并实施相应的环境政策和制度等方面对生态环境的变化产生一系列的影响。研究者［5］认为经济增长与环境质量之间的关系类似于经济发展、收入分配之间的倒U型关系，也就是说，随着经济的发展，环境污染水平呈现出先上升后下降的倒U型曲线的变化特征。那么中国化肥投入的面源污染与宏观经济增长之间是否也存在这种耦合关系？如果存在，中国化肥投入面源污染环境库兹涅茨曲线变动规律的影响因素包括哪些方面？各因素的影响机理、影响方向与作用程度如何？ 1 中国化肥投入面源污染环境库茨涅茨曲线的验证 1.1 理论模型

参考前人研究［6］，本文选择如下经济增长――环境质量的回归方程来对中国化肥投入面源污染的环境库兹涅茨曲线进行模拟，模型的具体形式如下：

（1）、（2）式中，TN?it、TP?it分别为i省在t年化肥投入的总氮污染和总磷污染，α?0、α?1、α?2、β?1、β?2、β?3为模型系数，gdp?it为i省在t年剔除通货膨胀因素（以1990年为基期）后的人均GDP数量，ξ?it、δ?it为随机误差项。可以根据模型系数的符号对中国化肥投入面源污染与经济增

长之间的关系进行判别，以总氮污染为例，若α?1＞0且α?2＜0，表明化肥投入的总氮污染与经济增长之间存在EKC曲线的关系，也即对中国化肥投入面源污染的环境库兹涅茨曲线进行了验证。

1.2 变量选择与数据来源

施用与污染排放量之间的响应关系。同时，本文选取省际实际人均GDP作为衡量区域经济增长的指标，运用消费者价格指数把各年的人均GDP数据调整到以1990年为基期，将以上年为100的环比CPI换算成为以1990年为基期的定基比指数。其中，定基比指数的换算方法为：本年以1990年为100的定基比CPI=本年以上年为100的环比CPI×上年以1990年为100的定基比CPI指数/100，上述两方面指标的基础数据主要来源于历年《中国统计年鉴》、《中国农业统计资料》和《中国农业年鉴》。 1.3 计量结果与讨论

在进行分析之前，需要对变量的平稳性进行检验，单位根检验是基于以下方程：

y?it=ρ?iy?i,t-1+x?itδ+υ?it i=1,2...,N,t=1,2,...T(3)

上式中，N为面板单位数量，T为面板单位的时间跨度，x?it为外省变量，包括任何固定效应或时间趋势，υ为相互独立的异质扰动项。判别面板序列的平稳性准则为：若｜ρ?i｜＜1，则对应的数据序列平稳，而｜ρ?i｜=1，则所对应的序列为非平

稳数据。为了使平稳性检验的结果更可信，本文同时选择面板数据单位根检验中的LLC检验、IPS检验、Fisher ADF检验和Fisher PP检验等四种方法，具体的检验结果见表1。

检验结果表明，各变量的原始数据并不平稳，在对各变量取一阶差分后，除了DGDP没有通过Breitung检验外，其他变量均通过了数据的平稳性检验，可以对各面板数据序列进行计量分析。根据Hausman检验的结果，本文

选择截面固定效应模型对中国化肥投入面源污染EKC曲线进行模拟，模型的回归结果如下：

模型的回归结果（见表2和表3）验证了中国化肥投入面源污染环境库兹涅茨曲线的存在，也即人均GDP与化肥投入的总氮污染、总磷污染之间存在典型的倒U型曲线的关系，且R 2分别达到了0.982 413和0.889 806，具有很强的解释力。各污染变量EKC曲线模拟的方程结果分别为：

总氮污染：TN=10.445 21+0.010 714GDP+（-3.13E-08）GDP 2

总磷污染：TP=0.310 993+0.010 112GDP+（-4.25E-09）GDP 2

上述模拟结果向我们传达了两方面准确无误的信息：第一，伴随着经济的增长，中国化肥投入的面源呈现出先上升后下降的规律。但结合我国目前经济发展所处的阶段和政府环境管理与规制政策的完善程度，这种由于化肥过量和不合理施用所带来的环

境效应将会持续加剧，进而对社会经济的可持续发展产生一系列不良的影响。同时，由于地区社会经济发展的不均衡性，使得各地区化肥投入面源污染所处的阶段也存在差异。虽然我们并不能改变环境污染的变化路径，但我们可以通过制定并完善农业环境管理制度来实现EKC曲线的低值超越，实现经济与农业环境的协调发展。第二，在化肥投入数量和化肥施用强

度不断增加的前提下，中国化肥投入面源污染呈现出先上升后下降的现象，其中最重要的原因之一可能是农户化肥施用技术的进步带来了化肥施用结构的日渐合理和化肥利用效率不断增加，降低了化肥投入的面源污染。因此，进一步提高农户化肥施用的技术水平可能是控制并降低化肥投入面源污染的关键。 为了更清晰的阐明中国化肥投入面源污染环境库兹涅茨曲线变化的决定因素，进而找寻实现中国化肥投入EKC低值超越的政策着力点，本文接下来将对经济发展过程中我国农业化肥投入面源污染时空演变的驱动因素进行理论与实证分析。

2 中国化肥投入面源污染时空演变的驱动因素分析 2.1 理论模型

随着经济的发展，产业结构、技术水平、制度的变革以及农产品需求数量和结构等方面都将发生相应的变化，进而对农业生产结构、耕地利用方式和农业集约化程度的变动产生影响，并在环境因子的作用下对化肥投入面源污染产生不同的影响。同时，

经济发展带来人们对高质量农产品以及农业环境服务的需求增加，以及整个社会对环境的投资能力不断加强，这些因素会对生态环境的改善产生较强的正向影响。

具体而言，经济发展带来居民收入水平的提高和消费结构的转变，进而对农业生产结构的变动产生影响，最终对农业化肥投入的环境效应产生影响。农业结构变动的重要内容是种植业结构的变动，它的变化将导致化肥投入数量和强度发生变化，从而对农业面源污染产生不同的影响。种植业结构调整是经济发展规律的外在表现之一，是为了满足居民日益多元化农产品需求的结果，也是在耕地稀缺性增强的前提下追求单位耕地面积利润最大化的经济诉求，这必将带来耕地利用过程中农户等生产主体化肥要素投入方式与投入强度的变化，进而对农业环境的影响呈现出一定的特点。

经济发展伴随着技术进步，能够优化农业生产的要素投入品质、结构，降低化肥施用的面源污染效应，可以有效的减少环境压力。但我国农业技术进步不明显，农业技术推广体系不健全和农业技术使用主体的素质相对较低，可能使得经济发展对中国化肥投入面源污染的技术效应不能得到良好的发挥。随着经济的发展，政府的环境管理制度也将不断完善，这有助于对农户的生产行为和环境治理行为进行规范，进而有效降低化肥投入的面源污染程度。

随着农业资源稀缺程度不断提高，为了保障国家粮食安全和

农产品市场稳定，农业集约化的压力不断加大，而相关政策制度的制定并不完善，这将导致化肥投入面源污染等一系列环境问题的产生。具体的逻辑思路为：①随着经济的快速发展，工业化和城市化的逐步推进，城市人口和城镇就业人口的规模迅速扩大，进而增加了对农产品的需求，同时，以农产品加工部门与行业的迅速发展，农产品的中间需求增加，也会带来农产品需求数量的增加和需求强度的加大。为了满足不断增长的农产品需求，在耕地和农业劳动力日渐稀缺的环境下，化肥要素投入就成为解决问题的关键要素投入之一，施用数量的增加和施用技术的滞后，将形成面源污染效应，进而对生态环境产生潜在的不断加大的环境风险。②经济发展，城市公共建设用地和非农产业建设用地的需求大幅度增长，而耕地资源开发和利用的成本最低，所以必然会出现经济发展过程中耕地快速非农化的现象。目前，即使中国实行世界上最严格的耕地保护制度，所谓的占补平衡也并不能改变这一现状。总的来说，耕地面积减少和耕地质量的整体下降，农业生产集约化的压力不断加大，化肥施用的面源污染也可能呈现日益加重的趋势。③伴随着经济的快速发展，非农就业机会的增加，受比较利益因素的支配，大量农业劳动力从农业流向非农产业，从农村转移到城市。这将直接增加农业劳动力的机会成本，要素相对价格的变化将促使农户在农业生产过程中更多地采用耕地集约型和劳动力节约型的手段与技术，其中，化肥投入是最能够实现上述目标的要素，它的施用量必将呈现出增长态势，对

环境质量的下降具有较大的潜在的风险。

同时，也要看到，经济发展对化肥施用面源污染的控制与改善也具有一定的正向作用。具体为，随着经济发展程度的提高，人们对农产品质量及其生产环境的需求将不断提升，也就是说，经济的发展可以使农业环境质量纳入消费者效用函数，从市场需求约束的角度诱使农业生产者

和政府逐步关注农业环境质量。经济发展也为亲环境农业生产技术如测土配方施肥技术的使用和推广提供了强大的经济基础，最后，经济的发展将带来农民教育程度的提升，环境认知能力增强及环保意识更加深入，这些因素都能够对化肥施用面源污染的控制与改善产生积极影响。

基于上述分析，构建中国化肥投入面源污染环境库兹涅茨曲线变化规律驱动因素分析的理论模型，具体形式为：

Y?it=α?i+∑jγ?jiX?it+σ，其中Y?it表示化肥施用面源污染指标，X为各影响因素，γ为表征各因素影响方向和影响程度的回归系数，α为常数项，σ为误差项，i表示省份，t表示时间（年份）。

2.2 变量选择、指标选取和数据处理

本文主要选择1990-2008年中国各省（自治区和直辖市）化肥投入所带来的TN和TP污染量之和作为因变量，选取城乡二元环境管理制度、居民环境需求、农业技术进步、耕地需求程度、农民非农化程度、和种植业结构等为自变量，定量研究中国化肥

施用面源污染时空演变的影响因素。其中，人均GDP的处理与前文相同，剔除了通货膨胀因素的影响，统

一调整到以1990年为基期；复种指数为各地区农作物总播种面积与耕地面积的比值；蔬菜瓜果类作物播种面积占比是这几类作物的播种面积除以各地区农作物播种面积的结果； 农村居民收入结构是通过农村居民的工资收入除以纯收入得到；城乡居民收入差距用城乡居民收入比来衡量，其中城镇居民的收入为当年城镇居民人均可支配收入，农村居民收入为当年农村居民的人均纯收入。农业技术进步是通过采用非参数的DEA Malmquist指数方法将中国农业部门的全要素生产率分别为科技进步、纯技术效率和规模效率，各自变量与因变量之间的预期作用方向见表4。

2.3 计量方法及模型结果 （1）计量方法

本文在这部分的分析采用同时包括截面数据（省、直辖市和自治区）和时序数据（1990-2008）的面板数据，这是因为面板数据有着更大的数据样本数量，自由度也更大，同时，截面变量和时序变量的结合信息能够显著地减少缺省变量带来的问题。由于面板数据同时具备截面和时序的二维特性，模型的设定直接决定预设参数估计的有效性，所以首先必须对模型设定的形式进行假设检验，主要是检验模型参数在所有截面和时序样本点上是否具有相同的参数，这点对实证结果是否符合预期十分关键。本文

在面板数据估计上主要考虑齐性参数模型和变截距模型，也即根据Hausman检验结果来选择固定效应模型或随机效应模型，同时根据的结果来选择齐性参数方程或者变截距模型。 （2）模型结果

根据Hausman检验结果，本文选择截面固定效应模型进行分析，模型运行结果见表5。分析结果表明，消费者环境需求弹性的增加和亲环境技术的采用，有利于从整体上降低化肥 投入的面源污染问题；城乡收入差距变量的回归系数为正，可以解释为城乡二元环境管理体制是加剧中国化肥投入面源污染的重要原因之一；农户家庭工资性收入占家

庭总收入比重越高，说明农户家庭对农业的依赖程 度也就越低，往往更愿意通过增施化肥来替代农业劳动 力，而由于施肥理念和技术的滞后性，这必然带来化肥投入面源污染程度的加大；复种指数是衡量农业集约化程度的重要指标，近年来，随着复种指数不断上升，同时又由于科学施肥技术的开发和推广的滞后性，使得中国化肥投入面源污染的程度不断提高。随着农产品生产和需求环境的变化，农业生产结构出现了较大的变化，其中最重要的表现就是诸如蔬菜、瓜果类等经济作物播种面积的迅速扩大。由于这类经济作物具有生产周期短、水肥需求量大和经济效益高等特点，使得这些作物播种面积的扩大逐渐成为近年来中国化肥投入数量不断增长和农业化肥投入面源污染程度不断加重的重要原因之一，模型的运行结果也证实了

这一论断。

总体来看，农业技术进步能够对化肥投入面源污染进行改善，但规模效率并未通过显著性检验但影响方向与预期一致，可能是因为中国农户的耕地经营规模超小和零碎，抑制了农业技术环境改善效应的充分发挥。 3 结论及启示

本文从环境库兹涅茨曲线理论出发，利用1990-2008年的省际面板数据，对中国化肥投入面源污染的环境库茨涅茨曲线进行验证，并对经济增长过程中我国化肥投入面源污染时空演变规律的驱动因素进行了理论与实证分析，以期为实现EKC曲线的低值超越找寻政策着力点和工作抓手。

研究结论表明，中国化肥投入面源污染与宏观经济增长之间存在典型的倒U型曲线的关系，也即随着经济的发展，中国化肥投入面源污染成相处先上升后下降的趋势，为了尽早实现EKC曲线的低值超越，需要在提高居民环境需求的同时，加大政府亲环境政策的制定和实施力度与亲环境施肥技术的开发推广力度。在影响中国化肥投入面源污染时空演变的诸多因素中，居民收入水平和环境需求水平的提高，有利于降低农业环境的污染程度；农民非农就业程度的不断提高和农民非农收入的不断增长加重了中国化肥投入的面源污染；城乡二元经济结构和环境管理政策体制，加剧了化肥投入面源污染的程度；近年来蔬菜和瓜果类等经济作物的播种面积大幅度增长，使得单位耕地面积的化肥投入强

度快速加大的同时也加重了对环境的污染；复种指数不断增加，是造成化肥投入面源污染压力加剧的重要原因；农业技术进步有利于降低中国化肥投入的面源污染，但基于中国农户的超小规模经营和农业科技研发、推广和应用水平低下的现实，使得农业技术进步环境效应并未得到充分发挥。

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