云南省農業面源污染與農業經濟發展關系的實證研究
——基于EKC和Tapio脫鉤模型

鄒凱波，楊 智，戍國標，彭 菲，羅躍輝，劉 偉，李 銳

（云南省水利水電勘測設計研究院，云南 昆明 650021）

0 引言

農業作為云南支柱產業之一，對云南省的社會經濟建設和糧食安全保障具有至關重要的地位。然而，云南省在大力發展農業生產的過程中也逐漸出現了化肥、農藥及農膜不合理使用的現象，對農田土壤及環境都造成了嚴重的破壞，致使面源污染不斷加重。2015年，云南省化肥施用量（折純）為231.87萬t，單位耕地面積平均化肥施用強度為806.18 kg/hm2，是全國化肥平均施用水平（485.00 kg/hm2）的1.66倍，嚴重超出了國際公認的化肥施用生態安全上限（225 kg/hm2）［1］。未利用的化肥、農藥隨雨水沖刷進入到環境中，會產生資源浪費和污染環境等問題，不利于農業的可持續發展。因此，對于農業面源污染的管控已迫在眉睫。農業面源污染的形成與農業經濟的發展具有緊密聯系，探討農業面源污染與農業經濟水平間的關系，對云南省實現生態環境保護與農業生產協調發展具有重要的現實意義。

近年來，國內外學者對農業面源污染與經濟發展之間的關系已開展了大量的研究，其中具有代表性的是環境庫茲涅茨曲線（EKC）理論。Grossman等［2］提出用EKC來表述經濟增長與環境污染程度之間的長期關系。在EKC理論中，經濟發展早期環境質量逐漸惡化，而經濟發展到一定水平后，環境質量會逐漸改善。從研究區域看，陳棟等［3］基于EKC理論，對我國的農業經濟增長與農業面源污染進行了計量分析；周雪晴［4］對西南地區農業面源污染與經濟增長進行實證研究，結果表明貴州省、云南省的EKC曲線呈現倒“U”形；閆明濤等［5-6］研究了河南省、廣東省的農業面源污染與農業經濟增長的關系，結果表明農藥施用強度、地膜使用強度與人均農業總產值之間均存在倒“U”形關系；夏百川等［7］基于EKC理論對云南省經濟增長與工業環境污染關系進行實證研究。為了與EKC理論模型相互印證，不少學者還引入Tapio脫鉤模型［8］對環境污染與經濟增長進行實證研究，脫鉤理論主要解釋經濟增長與污染排放是否具有同步變化的關聯性。張郁等［9］對黑龍江墾區農業生產與面源污染進行脫鉤分析；苑清敏等［10］建立Tapio脫鉤模型研究了天津市經濟增長與資源環境之間的脫鉤關系及程度；鄒凱波等［11-12］將脫鉤模型與EKC理論有機結合，對中美兩國和我國西部地區的環境污染與經濟發展關系進行了分析，發現結合EKC理論與Tapio脫鉤模型能系統地表征環境污染與經濟發展之間的關系。

目前，針對云南省農業面源污染與農業經濟變化關系的綜合分析還相對較少。基于此，本文調查統計了2007—2021年云南省的化肥、農藥、農膜的使用情況以及人均農業總產值，借助EKC理論與Tapio脫鉤模型系統分析了云南省農業面源污染與農業經濟變化之間的關系，以期對云南省治理農業面源污染，改善云南省農業生產環境，促進農業資源可持續發展提供理論依據。

1 指標選取與研究方法

1.1 指標選取

本文使用農業總產值反映農業經濟的發展情況具有較為直觀的說服力，為提高指標的準確性和排除通貨膨脹的干擾，將各年的現價農業總產值轉換為以2007年為定基比的農業總產值，并將結果與當年農村人口總數相除得到最終的人均農業總產值RGAP（元/人），以此體現更為真實的農業經濟發展情況。

農業面源污染是指在農業生產中不合理或過量使用的各種農業生產資料，如化肥、農藥及農膜等，在降水或徑流沖刷作用下，通過農田地表徑流、農田排水和地下滲漏等方式進入受納水體所引起的污染［6,13］。本文在谷新輝等［14-16］研究的基礎上，將云南省人均農業總產值(RGAP)設定為農業經濟增長指標；將化肥施用總量CF(萬t)、農藥施用量AC(萬t)、農膜使用量AF(萬t)設定為云南省農業面源污染指標。本文使用數據來源于2007—2022年《云南省統計年鑒》以及《云南省國民經濟和社會發展統計公報》。

1.2 研究方法

1.2.1 EKC模型構建 EKC曲線能夠表示環境質量與經濟發展之間脫鉤的實現軌跡，即隨著經濟的發展，環境污染先惡化，當經濟發展到某一水平時，環境污染達到峰值，而后隨著經濟發展，環境污染也隨之下降，環境質量開始逐漸變好［2］。本文通過構建EKC多項式回歸模型對云南省經濟增長與農業面源污染的關系進行研究。EKC的簡化模型［11］的計算公式為：

式（1）中：Y為農業面源污染物指標；X為人均農業總產值RGAP；A、B、C和D為經濟產出影響系數；ε為隨機干擾項。系數B、C、D反映了Y與X之間關系曲線的形狀。經濟增長指標與農業面源污染指標間的關系主要有倒“U”形、“U”形、“N”形和倒“N”形等，具體規則如下：

（1）B＞0且C=D=0，X與Y呈線性正相關，農業面源污染隨著經濟增長不斷升高；

（2）B＜0且C=D=0，X與Y呈線性負相關，農業面源污染隨著經濟增長不斷降低；

（3）B＞0、C＜0且D=0，X與Y存在二次多項式函數關系，這也是EKC的基本關系方程，農業面源污染隨著經濟增長過程先升高再降低，即呈現倒“U”形曲線；

（4）B＞0、C＜0、D＞0，X與Y之間存在三次多項式函數關系，即呈正“N”形曲線；

（5）B＜0、C＞0、D＜0，X與Y之間存在三次多項式函數關系，即呈反“N”形曲線。

1.2.2 Tapio脫鉤模型構建 脫鉤理論研究主要集中在資源利用、環境污染、碳排放與經濟發展的關系方面［12］。世界經濟合作與發展組織在2002年首先提出了脫鉤理論的概念，并對脫鉤進行了定量分析［17］。本文利用Tapio脫鉤模型，對2007—2021年云南省農業面源污染和經濟發展的脫鉤關系進行測算，計算公式為：

式（2）中：e為脫鉤彈性系數；i為不同污染物的使用量；ΔVOLi為污染排放物的增量污染物排放量的變化率；GDP為經濟增長指標，ΔGDP為GDP變動的增量，ΔGDP/GDP為經濟增長的變化率。根據污染排放物的增量與經濟增長的變化量劃分出8種脫鉤狀態，參考鄒凱波等［11,18］的處理方法，將脫鉤彈性值進一步等分成若干個區間，并對其進行賦值，以此反映農業面源污染與經濟發展的協調程度（表1）。

表1 農業面源污染與經濟增長的脫鉤狀態分類表

2 實證分析

2.1 EKC曲線的結果與分析

分別使用線性函數、二次多項式函數和三次多項式函數對云南省化肥施用量CF、農藥施用量AC、農膜使用量AF分別與人均農業總產值RGAP進行擬合，結果表明三次多項式函數的擬合程度最優（表2）。對3種污染物與經濟增長水平進行曲線模型回歸發現，化肥施用量CF、農藥施用量AC、農膜使用量與RGAP三次方擬合的相關系數均大于0.90（表3），擬合程度良好，模型構建具有一定的經濟意義和可行性。

表2 農業面源污染指標與經濟增長指標擬合程度結果

2.1.1 化肥施用量的模擬結果與分析 由圖1可知，云南省農業經濟增長與化肥施用量整體表現為倒“U”形曲線特征。隨著農業經濟的發展，化肥施用量先逐年上升，在人均農業總產值為9716元左右處達到峰值，對應的年份大致為2016年，隨后化肥施用量開始呈現逐年下降的趨勢。

圖1 云南省化肥施用量與人均農業總產值的擬合曲線

2.1.2 農藥施用量的模擬結果與分析 由圖2可知，云南省農業經濟增長與農藥施用量整體表現為倒“U”形曲線特征。隨著農業經濟的發展，農藥施用量先逐年上升，在人均農業總產值為9716元左右處達到峰值，對應的年份大致為2016年，隨后農藥施用量開始呈現逐年下降的趨勢。

圖2 云南省農藥施用量與人均農業總產值的擬合曲線

2.1.3 農膜使用量的模擬結果與分析 從圖3可知，云南省農業經濟增長與農膜使用量整體表現為倒“U”形曲線特征。隨著農業經濟的發展，農膜使用量先是逐年上升，在人均農業總產值為12214元左右達到峰值，對應的年份大致為2019年，隨后農膜使用量開始呈現逐年下降的趨勢。

圖3 云南省農膜使用量與人均農業總產值的擬合曲線

通過對化肥施用量、農藥施用量、農膜使用量分別與人均農業總產值的EKC曲線進行分析可知，達到峰值后的農業面源污染指標由早到晚分別是農藥施用量、化肥施用量、農膜使用量。

2.2 脫鉤狀態的測算與分析

根據Tapio脫鉤模型測算以及脫鉤狀態分類表的賦值約定，分別得到化肥施用量、農藥施用量、農膜使用量的脫鉤彈性系數（表4）。

表4 云南省經濟增長與農業面源污染脫鉤彈性系數

2.2.1 化肥施用量脫鉤分析 由圖4可知，云南省化肥施用量與農業經濟增長之間的脫鉤狀態主要表現為弱脫鉤，其次是強脫鉤，個別年份還出現了擴張負脫鉤和增長連接。由于云南省農業經濟始終處于增長態勢，所以影響脫鉤關系的主要因素為農業面源污染指標使用量。2008—2011年間，化肥施用量的脫鉤狀態經歷了弱脫鉤—擴張負脫鉤—增長連接的變化過程，這說明農業經濟發展對化肥施用量的變化產生了持續沖擊；2012年后農業經濟的增長使得化肥的施用量有所改善，在2012—2016年間的5個年份均處于弱脫鉤，這說明隨著農業經濟的增長，化肥施用量緩慢增長；在2016年后，脫鉤指數持續呈上升態勢，始終保持在25以上，化肥施用量與農業經濟增長之間的脫鉤狀態始終保持在強脫鉤。

圖4 2008—2021年云南省化肥施用量脫鉤指數

2.2.2 農藥施用量脫鉤分析 由圖5可知，云南省農藥施用量與農業經濟增長之間的脫鉤狀態主要表現為強脫鉤，其次是弱脫鉤和擴張負脫鉤。由于云南省農業經濟始終處于增長態勢，所以影響脫鉤關系的主要因素為農藥施用量。2008—2012年間，農藥施用量的脫鉤狀態經歷了擴張負脫鉤—強脫鉤—擴張負脫鉤—弱脫鉤—擴張負脫鉤的變化過程，共經歷了3次擴張負脫鉤，這表明農業經濟緩慢增長，但污染卻大幅增長；2013年后，脫鉤指數從強脫鉤狀態切換到弱脫鉤狀態后，脫鉤指數始終保持上升態勢；2017年后，脫鉤指數始終保持在25以上，農藥施用量與農業經濟增長之間的脫鉤狀態保持在強脫鉤。

圖5 2008—2021年云南省農藥施用量脫鉤指數

2.2.3 農膜使用量脫鉤分析 由圖6可知，云南省農膜使用量與農業經濟增長之間的脫鉤狀態主要表現為弱脫鉤，其次是增長連接和強脫鉤，個別年份出現了擴張負脫鉤。由于云南省農業經濟始終處于增長態勢，所以影響脫鉤關系的主要因素為農膜使用量。2008—2013年間，農膜使用量的脫鉤狀態經歷了增長連接—擴張負脫鉤—增長連接—弱脫鉤的變化過程，說明農業經濟發展對農膜使用量變化產生了持續沖擊；2013年農膜使用量有所改善，在2013—2017年間5個年份均處于弱脫鉤，說明隨著農業經濟增長，農膜使用量緩慢增長；在2018—2020年間，脫鉤狀態經歷了強脫鉤—弱脫鉤—強脫鉤的變化過程，表明在2019年對于農膜減量的政策是有所松緩的，農膜減量化有所反彈；2020年后，脫鉤指數始終保持在25以上，并呈現出持續上升態勢，農膜使用量與農業經濟增長之間的脫鉤狀態保持在強脫鉤。

圖6 2008—2021年云南省農膜使用量脫鉤指數

化肥、農藥施用量及農膜使用量與農業經濟變化脫鉤程度均由波動狀態走向穩定的強脫鉤狀態。化肥、農藥的過量施用使得前期農業環境污染程度逐漸嚴重。隨著農業經濟的增長，人民的收入水平得到提升，開始追求優質的生態環境，環境污染的治理也逐漸得到重視。2015年我國農業農村部印發《到2020年化肥使用量零增長行動方案》《到2020年農藥使用量零增長行動方案》以及2020年農業農村部等四部門聯合印發實施《農用薄膜管理辦法》、云南省各級政府印發的各類規劃及環境保護工作要點中對于化肥農藥減量及農膜回收治理的要求等均在貫徹環境污染的治理，具體的舉措包括：通過建立科學施肥管理和技術體系，使得科學施肥水平得到明顯提升；對農膜的生產、銷售、使用、回收、再利用及監管等環節予以規范。此外，化肥、農藥施用量及農膜使用量隨著宏觀經濟形勢和政策調控變化較大，在政策法規的支持下，農業生產性服務業開始出現，這些新興行業主要為農業綠色轉型提供技術支持，它們的存在有力地促進了農業產業結構的進一步優化，使農業環境的狀況也得到了改善。這些政策在很大程度上對化肥、農藥及農膜的使用量起到了抑制作用，從而使得脫鉤指數上升，穩定維持在強脫鉤狀態。

3 結論與對策建議

3.1 結論

本文結合EKC理論與脫鉤模型綜合分析了云南省農業面源污染與農業經濟發展之間的關系。研究結論如下：（1）EKC曲線的結果表明化肥、農藥及農膜的使用量與經濟發展均呈現倒“U”形特征，說明政府近年實施的配方施肥、化肥農藥“零增長”以及農用薄膜管理辦法的實施等政策成效顯著。達到峰值時間由先到后分別是農藥施用量、化肥施用量、農膜使用量。對農膜的使用量應加強控制，因為處于倒“U”形曲線右側時間還不太長。（2）云南省從2007—2021年間化肥、農藥及農膜的使用量與經濟發展呈現強脫鉤狀態，說明農業面源污染與經濟發展已完全實現脫鉤關系，化肥、農藥及農膜的使用量將隨著農業經濟的增長而不斷減少。（3）化肥、農膜及農藥使用量的脫鉤關系和EKC曲線特征基本一致。在相同的農業經濟發展時期，脫鉤狀態出現的反復波動也說明云南省的經濟發展和面源污染之間的關系不會完全遵循經濟發展到一定水平，環境質量會自行得到改善的規律，需要一定人為政策進行干預才可能改變。采用不同的產業結構布局和生態環境治理決策會直接影響脫鉤關系和EKC曲線拐點的出現。

3.2 對策建議

從政策、技術及資金等方面入手，加強農業面源污染及農業環境問題過程機理的基礎研究，構建農業面源污染防治技術模式與體系。此外，對經濟結構進行調整，通過高新技術研制可降解度較高的農藥、化肥、農用薄膜等，促進環境友好型農業生產技術的推廣與應用，在農業經濟發展的同時又能將環境污染降到最低。

環境治理決策應有所側重，化肥與農藥的施用會直接對環境造成影響，其造成的面源污染具有廣域性、分散性的特點，不易受人為主觀控制，最好從源頭實施減量及增效措施。但農膜的使用分解周期長，對環境造成的污染比較滯后，能較好地落實農膜閉環管理政策，最易取得成效，因此應該更加重視對該類污染物的治理投資。

實施化肥農藥減量增效行動，優化生產布局，推進“源頭減量、循環利用、過程攔截、末端治理”工程。持續推進農膜回收行動，以標準地膜應用、專業化回收、資源化利用為重點，強化農膜回收利用示范點建設，健全回收網絡體系，試點農膜區域性綠色補償制度，加快可降解農膜的應用示范，著力解決農田“白色污染”問題。