中國化肥面源污染EKC驗證及其驅動因素

李太平 張 鋒 胡 浩

(1．南京農業大學經濟管理學院，江蘇南京210095;2．江蘇省農業科學院農業經濟與信息研究所，江蘇 南京210014)

中國化肥面源污染EKC驗證及其驅動因素

李太平1張 鋒2胡 浩1

(1．南京農業大學經濟管理學院，江蘇南京210095;2．江蘇省農業科學院農業經濟與信息研究所，江蘇 南京210014)

基于1990－2008年全國各省、市、自治區的面板數據，本文首先對中國化肥投入面源污染的庫茲涅茨曲線進行驗證，并對經濟發展過程中我國化肥投入面源污染時空演變規律的驅動因素進行理論與定量探析，以期為協調農業環境與經濟增長和諧發展，進而實現中國化肥投入面源污染庫茲涅茨曲線的低值超越找尋政策著力點。結果表明，中國化肥投入面源污染與宏觀經濟增長之間存在典型的倒U型曲線的關系。在影響中國化肥投入面源污染時空演變的諸多因素中，居民收入水平和環境需求水平的提高，有利于降低農業環境的污染程度;農民非農就業程度的不斷提高、城鄉二元環境管理體制、蔬菜和瓜果類等經濟作物的播種面積大幅度增長和復種指數的提高是中國化肥投入面源污染不斷加劇的重要原因。農業技術進步有利于降低中國化肥投入的面源污染，但由于中國農戶的經營規模小和農業科技研發、推廣和應用水平低下，使得農業技術進步環境效應并未得到充分發揮。

化肥;面源污染;EKC;驅動因素

大量權威研究表明，在諸多引致因素中，因過量和不合理施用化肥所帶來的養分流失逐漸成為中國農業面源最主要的來源之一［1－4］。中科院南京地理所對湖泊富營養化的研究表明，農田肥料污染的負荷平均為47%，農業面源污染物中總磷、總氮分別占滇池水污染物總負荷的46%和53%，占太湖水污染物總負荷的37%和13%。同時中國每年在糧食和蔬菜作物上施用的氮肥，有大約17．4萬t流失掉，而其中一半的氮肥從農田流入江河湖海，對當地、區域甚至全球范圍的環境和生態系統功能產生嚴重的影響。有證據表明，化肥的過量和不合理的施用是一些地區湖泊和河流如滇池、淮河、巢湖和太湖等遭受污染和水體富營養化的主要來源之一(國家環保總局，2005年)。

隨著經濟的快速發展，在未來一段時間，中國農業集約化壓力仍會不斷加大，如果政府不采取相關管理與規制措施控制農戶過量和不合理的化肥投入，中國化肥投入的面源污染問題將會更加嚴重。中國化肥投入面源污染的強度和所處的經濟發展階段，使如何控制化肥投入的面源污染成為中國可持續發展的關鍵問題之一。盡管環境保護者和政策制定者已經認識到化肥施用對農業環境的破壞和農業可持續發展的負面影響，但是人們還沒有找到切實有效的控制與管理手段。因此，探尋中國化肥投入面源污染時空演變規律及其驅動因素，意義重大。

環境庫茲涅茨曲線的理論假設表明，經濟增長通過改變經濟規模、經濟結構、技術水平，通過改變公眾和政府環境的需求彈性，通過促進政府制定并實施相應的環境政策和制度等方面對生態環境的變化產生一系列的影響。研究者［5］認為經濟增長與環境質量之間的關系類似于經濟發展、收入分配之間的倒U型關系，也就是說，隨著經濟的發展，環境污染水平呈現出先上升后下降的倒U型曲線的變化特征。那么中國化肥投入的面源污染與宏觀經濟增長之間是否也存在這種耦合關系?如果存在，中國化肥投入面源污染環境庫茲涅茨曲線變動規律的影響因素包括哪些方面?各因素的影響機理、影響方向與作用程度如何?

1 中國化肥投入面源污染環境庫茨涅茨曲線的驗證

1．1 理論模型

參考前人研究［6］，本文選擇如下經濟增長——環境質量的回歸方程來對中國化肥投入面源污染的環境庫茲涅茨曲線進行模擬，模型的具體形式如下:

(1)、(2)式中，TNit、TPit分別為 i省在 t年化肥投入的總氮污染和總磷污染，α0、α1、α2、β1、β2、β3為模型系數，gdpit為i省在t年剔除通貨膨脹因素(以1990年為基期)后的人均GDP數量，ξit、δit為隨機誤差項。可以根據模型系數的符號對中國化肥投入面源污染與經濟增長之間的關系進行判別，以總氮污染為例，若α1＞0且α2＜0，表明化肥投入的總氮污染與經濟增長之間存在EKC曲線的關系，也即對中國化肥投入面源污染的環境庫茲涅茨曲線進行了驗證。

1．2 變量選擇與數據來源

本文在進行化肥投入面源污染EKC驗證的時，采用的是總氮污染(TN)和總磷(TP)污染作為化肥投入面源污染的指標。已有的關于農業面源污染定量測度的方法主要有四種:①利用自然科學領域的大量模擬和實驗，構建數學模型對農業面源污染負荷進行測度。但這類方法的監測成本較高，而且相關記錄和普查數據較為缺乏，因此在大尺度區域采用加總小流域模擬結果的方法是不現實的;②以綜合調查數據為基礎的定量分析方法。近年來，中國學者對國內重點流域和部分小流域進行了多次的非點源污染調查，在此基礎上，學者構建了基于單元綜合調查評價方法和清單分析方法，使之能夠適用于大尺度區域的農業面源污染的測度;③尋求相應的替代指標，如利用化肥施用量或化肥施用密度指標表示化肥施用帶來的面源污染，這些指標忽略了其對水環境質量的真實影響，無法在同一尺度上比較各地農業面源污染的程度;④OECD養分平衡分析方法，該方法用氮、磷素的盈余量來表示農業活動對農業環境的污染程度。該方法具備簡單易行的優點，可以在較大程度上反映農業生產活動對水環境的影響，但養分平衡法并不能反映出氮磷素是留存在土壤中還是流失到大環境中，養分的流向存在“黑箱”的問題。

因此，基于單元的綜合調查評價方法在測度和分析化肥施用農業面源污染方面具有無可比擬的優點，也能夠較好地適用于大尺度的農業面源污染的測度［7］。本研究利用清單分析的思路，并充分考慮不同區域土地利用類型和化肥施用強度對面源污染影響差異性，以省(市、自治區)為基本核算單位，對中國化肥施用的面源污染程度進行測度。該方法主要評估農業生產中化肥施用產生的污染物，在降水和灌溉過程中通過地表徑流和排水等途徑匯入地表水體引起的氮、磷污染。它的核心思想是以農業活動為出發點，以農業統計數據為依托，以單元為核心，假設一定的化肥施用量對應一定的面源污染排放量，綜合多種分析方法建立化肥施用與污染排放量之間的響應關系。同時，本文選取省際實際人均GDP作為衡量區域經濟增長的指標，運用消費者價格指數把各年的人均GDP數據調整到以1990年為基期，將以上年為100的環比CPI換算成為以1990年為基期的定基比指數。其中，定基比指數的換算方法為:本年以1990年為100的定基比CPI=本年以上年為100的環比CPI×上年以1990年為100的定基比CPI指數/100，上述兩方面指標的基礎數據主要來源于歷年《中國統計年鑒》、《中國農業統計資料》和《中國農業年鑒》。

1．3 計量結果與討論

在進行分析之前，需要對變量的平穩性進行檢驗，單位根檢驗是基于以下方程:

上式中，N為面板單位數量，T為面板單位的時間跨度，xit為外省變量，包括任何固定效應或時間趨勢，υ為相互獨立的異質擾動項。判別面板序列的平穩性準則為:若|ρi|＜1，則對應的數據序列平穩，而|ρi|=1，則所對應的序列為非平穩數據。為了使平穩性檢驗的結果更可信，本文同時選擇面板數據單位根檢驗中的LLC檢驗、IPS檢驗、Fisher-ADF檢驗和Fisher-PP檢驗等四種方法，具體的檢驗結果見表1。

檢驗結果表明，各變量的原始數據并不平穩，在對各變量取一階差分后，除了DGDP沒有通過Breitung檢驗外，其他變量均通過了數據的平穩性檢驗，可以對各面板數據序列進行計量分析。根據Hausman檢驗的結果，本文選擇截面固定效應模型對中國化肥投入面源污染EKC曲線進行模擬，模型的回歸結果如下:

表1 各變量面板單位根檢驗結果Tab．1 Result of variables panel unit root test

模型的回歸結果(見表2和表3)驗證了中國化肥投入面源污染環境庫茲涅茨曲線的存在，也即人均GDP與化肥投入的總氮污染、總磷污染之間存在典型的倒U型曲線的關系，且R2分別達到了0．982 413和0．889 806，具有很強的解釋力。各污染變量EKC曲線模擬的方程結果分別為:

總氮污染:TN=10．445 21+0．010 714GDP+(－3．13E－08)GDP2

總磷污染:TP=0．310 993+0．010 112GDP+(－4．25E－09)GDP2

上述模擬結果向我們傳達了兩方面準確無誤的信息:第一，伴隨著經濟的增長，中國化肥投入的面源呈現出先上升后下降的規律。但結合我國目前經濟發展所處的階段和政府環境管理與規制政策的完善程度，這種由于化肥過量和不合理施用所帶來的環境效應將會持續加劇，進而對社會經濟的可持續發展產生一系列不良的影響。同時，由于地區社會經濟發展的不均衡性，使得各地區化肥投入面源污染所處的階段也存在差異。雖然我們并不能改變環境污染的變化路徑，但我們可以通過制定并完善農業環境管理制度來實現EKC曲線的低值超越，實現經濟與農業環境的協調發展。第二，在化肥投入數量和化肥施用強度不斷增加的前提下，中國化肥投入面源污染呈現出先上升后下降的現象，其中最重要的原因之一可能是農戶化肥施用技術的進步帶來了化肥施用結構的日漸合理和化肥利用效率不斷增加，降低了化肥投入的面源污染。因此，進一步提高農戶化肥施用的技術水平可能是控制并降低化肥投入面源污染的關鍵。

表2 中國化肥投入總氮污染EKC曲線模擬結果Tab．2 EKC curves of simulation result of total nitrogen pollution by chemical fertilizer inputs in China

表3 中國化肥投入總磷污染EKC曲線模擬結果Tab．3 EKC curves of simulation result of total phosphorus pollution by chemical fertilizer inputs in China

為了更清晰的闡明中國化肥投入面源污染環境庫茲涅茨曲線變化的決定因素，進而找尋實現中國化肥投入EKC低值超越的政策著力點，本文接下來將對經濟發展過程中我國農業化肥投入面源污染時空演變的驅動因素進行理論與實證分析。

2 中國化肥投入面源污染時空演變的驅動因素分析

2．1 理論模型

隨著經濟的發展，產業結構、技術水平、制度的變革以及農產品需求數量和結構等方面都將發生相應的變化，進而對農業生產結構、耕地利用方式和農業集約化程度的變動產生影響，并在環境因子的作用下對化肥投入面源污染產生不同的影響。同時，經濟發展帶來人們對高質量農產品以及農業環境服務的需求增加，以及整個社會對環境的投資能力不斷加強，這些因素會對生態環境的改善產生較強的正向影響。

具體而言，經濟發展帶來居民收入水平的提高和消費結構的轉變，進而對農業生產結構的變動產生影響，最終對農業化肥投入的環境效應產生影響。農業結構變動的重要內容是種植業結構的變動，它的變化將導致化肥投入數量和強度發生變化，從而對農業面源污染產生不同的影響。種植業結構調整是經濟發展規律的外在表現之一，是為了滿足居民日益多元化農產品需求的結果，也是在耕地稀缺性增強的前提下追求單位耕地面積利潤最大化的經濟訴求，這必將帶來耕地利用過程中農戶等生產主體化肥要素投入方式與投入強度的變化，進而對農業環境的影響呈現出一定的特點。

經濟發展伴隨著技術進步，能夠優化農業生產的要素投入品質、結構，降低化肥施用的面源污染效應，可以有效的減少環境壓力。但我國農業技術進步不明顯，農業技術推廣體系不健全和農業技術使用主體的素質相對較低，可能使得經濟發展對中國化肥投入面源污染的技術效應不能得到良好的發揮。隨著經濟的發展，政府的環境管理制度也將不斷完善，這有助于對農戶的生產行為和環境治理行為進行規范，進而有效降低化肥投入的面源污染程度。

隨著農業資源稀缺程度不斷提高，為了保障國家糧食安全和農產品市場穩定，農業集約化的壓力不斷加大，而相關政策制度的制定并不完善，這將導致化肥投入面源污染等一系列環境問題的產生。具體的邏輯思路為:①隨著經濟的快速發展，工業化和城市化的逐步推進，城市人口和城鎮就業人口的規模迅速擴大，進而增加了對農產品的需求，同時，以農產品加工部門與行業的迅速發展，農產品的中間需求增加，也會帶來農產品需求數量的增加和需求強度的加大。為了滿足不斷增長的農產品需求，在耕地和農業勞動力日漸稀缺的環境下，化肥要素投入就成為解決問題的關鍵要素投入之一，施用數量的增加和施用技術的滯后，將形成面源污染效應，進而對生態環境產生潛在的不斷加大的環境風險。②經濟發展，城市公共建設用地和非農產業建設用地的需求大幅度增長，而耕地資源開發和利用的成本最低，所以必然會出現經濟發展過程中耕地快速非農化的現象。目前，即使中國實行世界上最嚴格的耕地保護制度，所謂的占補平衡也并不能改變這一現狀。總的來說，耕地面積減少和耕地質量的整體下降，農業生產集約化的壓力不斷加大，化肥施用的面源污染也可能呈現日益加重的趨勢。③伴隨著經濟的快速發展，非農就業機會的增加，受比較利益因素的支配，大量農業勞動力從農業流向非農產業，從農村轉移到城市。這將直接增加農業勞動力的機會成本，要素相對價格的變化將促使農戶在農業生產過程中更多地采用耕地集約型和勞動力節約型的手段與技術，其中，化肥投入是最能夠實現上述目標的要素，它的施用量必將呈現出增長態勢，對環境質量的下降具有較大的潛在的風險。

同時，也要看到，經濟發展對化肥施用面源污染的控制與改善也具有一定的正向作用。具體為，隨著經濟發展程度的提高，人們對農產品質量及其生產環境的需求將不斷提升，也就是說，經濟的發展可以使農業環境質量納入消費者效用函數，從市場需求約束的角度誘使農業生產者和政府逐步關注農業環境質量。經濟發展也為親環境農業生產技術如測土配方施肥技術的使用和推廣提供了強大的經濟基礎，最后，經濟的發展將帶來農民教育程度的提升，環境認知能力增強及環保意識更加深入，這些因素都能夠對化肥施用面源污染的控制與改善產生積極影響。

圖1 中國化肥投入面源污染時空演變驅動因素分析框架Fig．1 Analytic framework of driving factors of fertilizer non-point source pollution evolution in China

基于上述分析，構建中國化肥投入面源污染環境庫茲涅茨曲線變化規律驅動因素分析的理論模型，具體形式為:Yit=αi+∑jγjiXit+σ，其中 Yit表示化肥施用面源污染指標，X為各影響因素，γ為表征各因素影響方向和影響程度的回歸系數，α為常數項，σ為誤差項，i表示省份，t表示時間(年份)。

2．2 變量選擇、指標選取和數據處理

本文主要選擇1990－2008年中國各省(自治區和直轄市)化肥投入所帶來的TN和TP污染量之和作為因變量，選取城鄉二元環境管理制度、居民環境需求、農業技術進步、耕地需求程度、農民非農化程度、和種植業結構等為自變量，定量研究中國化肥施用面源污染時空演變的影響因素。其中，人均GDP的處理與前文相同，剔除了通貨膨脹因素的影響，統一調整到以1990年為基期;復種指數為各地區農作物總播種面積與耕地面積的比值;蔬菜瓜果類作物播種面積占比是這幾類作物的播種面積除以各地區農作物播種面積的結果;農村居民收入結構是通過農村居民的工資收入除以純收入得到;城鄉居民收入差距用城鄉居民收入比來衡量，其中城鎮居民的收入為當年城鎮居民人均可支配收入，農村居民收入為當年農村居民的人均純收入。農業技術進步是通過采用非參數的DEA-Malmquist指數方法將中國農業部門的全要素生產率分別為科技進步、純技術效率和規模效率，各自變量與因變量之間的預期作用方向見表4。

2．3 計量方法及模型結果

(1)計量方法

本文在這部分的分析采用同時包括截面數據(省、直轄市和自治區)和時序數據(1990－2008)的面板數據，這是因為面板數據有著更大的數據樣本數量，自由度也更大，同時，截面變量和時序變量的結合信息能夠顯著地減少缺省變量帶來的問題。由于面板數據同時具備截面和時序的二維特性，模型的設定直接決定預設參數估計的有效性，所以首先必須對模型設定的形式進行假設檢驗，主要是檢驗模型參數在所有截面和時序樣本點上是否具有相同的參數，這點對實證結果是否符合預期十分關鍵。本文在面板數據估計上主要考慮齊性參數模型和變截距模型，也即根據Hausman檢驗結果來選擇固定效應模型或隨機效應模型，同時根據的結果來選擇齊性參數方程或者變截距模型。

表4 模型變量名稱及其解釋Tab．4 Name and interpretation of model variables

(2)模型結果

根據Hausman檢驗結果，本文選擇截面固定效應模型進行分析，模型運行結果見表5。分析結果表明，消費者環境需求彈性的增加和親環境技術的采用，有利于從整體上降低化肥投入的面源污染問題;城鄉收入差距變量的回歸系數為正，可以解釋為城鄉二元環境管理體制是加劇中國化肥投入面源污染的重要原因之一;農戶家庭工資性收入占家庭總收入比重越高，說明農戶家庭對農業的依賴程度也就越低，往往更愿意通過增施化肥來替代農業勞動力，而由于施肥理念和技術的滯后性，這必然帶來化肥投入面源污染程度的加大;復種指數是衡量農業集約化程度的重要指標，近年來，隨著復種指數不斷上升，同時又由于科學施肥技術的開發和推廣的滯后性，使得中國化肥投入面源污染的程度不斷提高。隨著農產品生產和需求環境的變化，農業生產結構出現了較大的變化，其中最重要的表現就是諸如蔬菜、瓜果類等經濟作物播種面積的迅速擴大。由于這類經濟作物具有生產周期短、水肥需求量大和經濟效益高等特點，使得這些作物播種面積的擴大逐漸成為近年來中國化肥投入數量不斷增長和農業化肥投入面源污染程度不斷加重的重要原因之一，模型的運行結果也證實了這一論斷。

表5 中國化肥投入面源污染驅動因素分析結果Tab．5 Analytic result of driving factors of fertilizer non-point source pollution in China

總體來看，農業技術進步能夠對化肥投入面源污染進行改善，但規模效率并未通過顯著性檢驗但影響方向與預期一致，可能是因為中國農戶的耕地經營規模超小和零碎，抑制了農業技術環境改善效應的充分發揮。

3 結論及啟示

本文從環境庫茲涅茨曲線理論出發，利用1990－2008年的省際面板數據，對中國化肥投入面源污染的環境庫茨涅茨曲線進行驗證，并對經濟增長過程中我國化肥投入面源污染時空演變規律的驅動因素進行了理論與實證分析，以期為實現EKC曲線的低值超越找尋政策著力點和工作抓手。

研究結論表明，中國化肥投入面源污染與宏觀經濟增長之間存在典型的倒U型曲線的關系，也即隨著經濟的發展，中國化肥投入面源污染成相處先上升后下降的趨勢，為了盡早實現EKC曲線的低值超越，需要在提高居民環境需求的同時，加大政府親環境政策的制定和實施力度與親環境施肥技術的開發推廣力度。在影響中國化肥投入面源污染時空演變的諸多因素中，居民收入水平和環境需求水平的提高，有利于降低農業環境的污染程度;農民非農就業程度的不斷提高和農民非農收入的不斷增長加重了中國化肥投入的面源污染;城鄉二元經濟結構和環境管理政策體制，加劇了化肥投入面源污染的程度;近年來蔬菜和瓜果類等經濟作物的播種面積大幅度增長，使得單位耕地面積的化肥投入強度快速加大的同時也加重了對環境的污染;復種指數不斷增加，是造成化肥投入面源污染壓力加劇的重要原因;農業技術進步有利于降低中國化肥投入的面源污染，但基于中國農戶的超小規模經營和農業科技研發、推廣和應用水平低下的現實，使得農業技術進步環境效應并未得到充分發揮。

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Authentication of the Kuznets Curve in Agriculture Non-point Source Pollution and Its Drivers Analysis

LI Tai-ping1ZHANG Feng2HU Hao1
(1．College of Economics ＆ Management，Nanjing Agricultural University，Nanjing Jiangsu 210095，China;2．Agricultural Economy and Information Research Institute，Jiangsu Academy of Agricultural Sciences，Nanjing Jiangsu 210014，China)

Based on the panel data of each provinces from 1990 to 2008，this paper authenticates Environmental Kuznets Curve hypothesis of the non-point source pollution of fertilizer input in China，then the paper analyzes the drivers of the non-point source pollution change of fertilizer input．The results show that China’s chemical fertilizer input point source pollution and economic growth exists between the typical inverted U-curve relationship．China’s chemical fertilizer input in influencing the spatial and temporal evolution of point source pollution of many factors，income levels and raising the level of environmental needs，help to reduce pollution in the agricultural environment;farmers increasing levels of non-agricultural employment，urban and rural environmental management system vegetables and melons and other economic crops and cropping acreage increased substantially increase fertilizer input is risingpoint source pollution，an important reason．Technological advances in agriculture is conducive to reducing China’s chemical fertilizer input point source pollution，but because of China’s small-scale farmers and agricultural science and technology research and development，promotion and application of low level，making the environmental effects of technological advances in agriculture have not been fully realized．

Fertilizer;non-point source pollution;EKC;Drivers

F323．22

A

1002－2104(2011)11－0118－06

10．3969/j．issn．1002－2104．2011．11．020

2011－08－06

李太平，博士，副教授，主要研究方向為農業經濟理論與政策。

中央高校基本科研業務費專項資金資助項目“我國食品安全的風險管理研究”(編號:KYZ201009);國家社會科學基金重大招標項目“建設以低碳排放為特征的農業產業體系和產品消費模式研究”(編號:10zd＆031);江蘇省普通高校研究生科研創新計劃項目“近一個世紀以來中國農家經濟及農戶耕地利用行為研究——與Buck資料的比較”(編號:X09B—063R)。

(編輯:常 勇)