农业经济增长与污染排放的环境库兹涅茨曲线验证——基于养猪大省湖南的数据分析

杜红梅，蒋 礼

(湖南农业大学商学院，中国 长沙 410128)



农业经济增长与污染排放的环境库兹涅茨曲线验证
——基于养猪大省湖南的数据分析

杜红梅，蒋 礼*

(湖南农业大学商学院，中国 长沙 410128)

生猪养殖业是湖南农业经济增长的重要一翼，但其所带来的环境污染问题也不容忽视.科学计算生猪养殖业的二氧化碳排放量，探讨其与农业经济增长的关系，对制定养殖环境减排政策具有重要的指导意义.基于环境库兹涅茨曲线模型假说，依据湖南省1989—2013年的相关统计数据，在对湖南全省及主产区生猪养殖碳排放总量进行测算的基础上，将其与反映农业经济发展水平的农民人均纯收入之间的关系进行了检验.最后依据分析结果，提出促进湖南生猪养殖业可持续发展的对策建议.

环境库兹涅茨曲线；人均碳排放；低碳养殖

全球性的环境污染问题已成为不争的事实，对人类生存、社会经济、可持续发展等方面构成了严重的威胁.各国大力呼吁重视环境问题，促使环境压力和经济发展两者关系的讨论日益增多.而对于环境库兹涅茨曲线的研究，正是研究热点之一[1].上世纪70年代初，Ehrlich和Holdren提出IPAT等式，指出科技的发展可以补偿人口、收入对环境的影响，从而降低环境的压力[2].20世纪90年代初，美国经济学家Grossman 和Krueger利用GEMS的城市大气质量统计数据进行分析得出SO2、微尘和悬浮颗粒三种环境污染指标和人均收入之间呈现“倒U型曲线”，首次证实了环境质量与人均收入之间的关系[3].Panayoton借用1955年库兹涅茨界定的经济发展与收入不均等之间的“倒U型曲线”，第一次将环境质量与人均收入间的关系定义为环境库兹涅茨曲线，形成了一个描述经济发展与环境污染水平演替关系的计量模型[4].Selden 和Song重点研究了二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮和悬浮颗粒物四种污染物质，证实它们与收入水平都呈现出“倒U型”的关系，并且特别指出，世界性的大气污染问题在未来将进一步恶化，各类污染物的排放将经历一段很长的时期后才会逐步降低[5 ].这些研究表明：随着人均收入水平提高，环境污染先是由低到高的加剧；当经济发展达到一定的临界点后，环境的质量将得到改善，环境污染会由高点慢慢的回落.虽然国外众多学者的研究证实了环境库兹涅茨曲线的存在，但也有一些实证研究不支持环境库兹涅茨曲线假说.Shafik 和Bandyopadhyay 的研究表明城市的卫生状况和饮用水的安全程度是随着人均收入的增加而好转的，但城市固体废弃物和河水质量却随着经济的发展而恶化[6].韩国学者Jaekyu在对本国二氧化硫浓度与经济增长研究后发现两者呈现“倒U型”关系，而人均二氧化硫与经济增长则存在单调递增的关系[7].

面对中国经济高速增长所带来的愈益严重的环境问题，我国学者也开始了对环境库兹涅茨曲线的研究.许广月和宋德勇利用1990—2007年中国省域面板数据，证实了中国东部和中部地区存在人均碳排放的环境库兹涅茨曲线，但西部地区尚不符合情况[8].曹大宇、李谷成基于1995—2005年的省际面板数据，对中国农业EKC假说进行了检验，得出人均化肥投入和人均农业产出之间不存在“倒U型”的EKC关系，而在人均农药施用和人均农业产出之间则存在明显的“倒U型”关系[9].邵锋祥等对陕西省1978—2008年的经济发展与碳排放量的关系进行了分析，发现陕西省的情况符合人均碳排放库兹涅茨曲线“倒U型”的特征，通过预测将在2040年左右出现拐点[10].田素妍等选取了2003—2009年的省际统计数据，建立了经济发展水平和畜禽养殖碳排放的计量模型，研究结论更具有政策意义[11].

总的来看，国内外对环境库兹涅茨曲线经验研究选取的研究对象主要集中在城市、工业污染，对于农业污染与经济发展的关系研究相对不足，学者们各自的研究视角和使用的研究变量及数据都有所不同，有的研究结果支持环境库兹涅茨假说，而有的不支持，这表明对环境库兹涅茨假说的论证还有很长的路要走.湖南生猪养殖污染排放与农业经济增长关系如何？是否也存在倒“U”型关系？如果存在，是否已到达转折点？这些问题的探讨对政府制定养殖污染减排政策具有重要价值.

1 研究方法

1.1 养猪业污染碳排放量估算

生猪养殖过程中的碳源一般分为肠道发酵、猪粪储存、能源耗费3大类.其碳排放量主要指的是将生猪由仔猪喂养到出栏整个生长过程中所排放到空气中的甲烷、氧化亚氮等温室气体换算成二氧化碳排放量的总和.本文在查阅国内外相关文献资料的基础上，参考了政府间气候变化专家委员会(IPCC)在2006年发布的畜禽温室气体排放因子的界定，并运用赵胜男等[12]的畜禽养殖碳排放量的计算方法，确定湖南生猪养殖业碳排放的测算公式：

Qemi=Qpro-Quse，

Qpro=Qf+Qm，

(1)

其中，Qemi为生猪养殖碳排放量；Qpro为生猪养殖碳产生量；Quse为沼气使用而减少的碳排放量；Qf为生猪肠道发酵甲烷排放量；Qm为生猪粪便管理系统碳排放量.

参考IPCC在2006年发布的相关信息，式(1)中生猪肠道发酵甲烷排放量的测算公式为：

Qf=EF×生猪出栏数×GWPCH4/1 000，

其中，Qf为肠道发酵甲烷排放量；EF为生猪肠道发酵的排放因子；GWPCH4为CH4的全球增温潜势值.

基于生猪粪便是沼气发酵的理想原料这一科学观念，由这一方式产生的碳排放来源主要有两个方面，其一是粪便管理系统产生的碳排放量；其二是沼气代替化石燃料产生的碳排放量.其计算公式为：

CMPm=CEMm+CENm+ERmf，

其中，CMPm为生猪粪便资源化利用的碳排放量；CEMm为粪便管理系统产生的CH4的量；CENm为粪便管理系统产生的N2O的量；ERmf为沼气代替化石燃料产生的碳排放量.

而具体来看，粪便管理系统排放的CH4计算公式为：

CEMm=∑(RQ×FP/365)×EFMmm×GWPCH4/1 000，

其中，RQ为生猪的饲养量；FP为生猪的饲养期；EFMmm为粪便管理系统CH4排放因子.

再者，粪便管理系统排放的N2O计算公式为：

CENm=∑(RQ×FP×DN×GW)×EFNmm×(44/28)×GWPN2O/1 000，

其中，DN为生猪日均氮排放量；GW为生猪的平均体重；44/28为N2O与N的转换系数；EFNmm为粪便管理系统N2O排放因子；GWPN2O为N2O的全球增温潜势值.

当在饲养过程中用沼气代替化石燃料所产生的碳排放量的计算公式为：

ERmf=(CEMm×CVm×ηn/ηl)×EFl×R0×(44/12).

(2)

其中，CVm为沼气热值；ηn为沼气热效率；ηl为液化石油气热效率；EFl为液化石油气的碳排放因子；R0为液化石油气的氧化率；44/12为C和CO2的转换系数.

由此，式(1)中的Quse可以采用“沼气替代化石燃料产生的碳排放”式(2)来计算.

1.2 变量选取及数据来源

采用湖南省1989—2013年的相关统计数据验证环境库兹涅茨曲线.根据前文的生猪养殖碳排放量的测算方式，本文选取生猪养殖人均碳排放量(tCO2)来作为污染的衡量指标，以农民人均纯收入作为经济发展水平的衡量指标.湖南生猪养殖出栏量的统计数据来源于《湖南统计年鉴》，农民人均纯收入数据来源于《湖南农村统计年鉴》，碳排放量计算所需各类参数来源于相关文献[13-15]，详情见表1，2.

表1 生猪养殖碳排放计算参数(一)

数据来源：《2006年IPCC国家温室气体清单指南》[13].

表2 生猪养殖碳排放计算参数(二)

数据来源：相关资料文献.

1.3 环境库兹涅茨曲线与模型设定

借鉴已有的研究成果，本文采用反映环境污染与经济增长之间关系的简约式回归方程进行模拟：

Y=b0+b1X+b2X2+b3X3+μ，

(3)

其中，Y为环境污染指标，本文选取湖南省人均生猪养殖碳排放量；X为经济发展水平指标，本文选取湖南省农村居民人均纯收入；b0,b1,b2为模型系数；μ为随机误差项.在实际模型的构建中，分别对线性模型、二次曲线模型、三次曲线模型进行回归分析，结果显示三次曲线模型的拟合效果最好，其修正拟合优度均要大于线性模型和二次曲线模型，同时方程R方和各项系数均能通过显著性检验.

模型系数根据实际情况不同而变化，可反映出环境污染状况与经济发展之间的关系，①若b1>0，b2<0且b3=0时，环境污染和经济发展存在EKC关系；②若b1<0，b2>0且b3=0时，环境污染和经济发展为U型关系；③若b1>0，b2<0且b3>0时，环境污染和经济发展则为N型曲线关系；④若b1<0，b2>0且b3<0时，环境污染和经济发展即为倒N型曲线关系.

根据(3)式中的回归结果可以得出环境库兹涅茨曲线的转折点(TP)为：

X*=-b1/2b2.

(4)

2 结果与分析

2.1 湖南全省养猪业碳排放与农业增长的模型拟合

2.1.1 模型拟合结果 本文基于环境库兹涅茨“倒U型”曲线假说，运用SPSS 22.0软件进行计量模型估计，其拟合方程为：

Y=14.158+0.055X-5.508×10-6X2+1.091×10-10X3.

根据式(4)计算可得出相应的转折点为4 993元.这一结果表明，当湖南省农民人均纯收入超过4 993元时，湖南省的生猪养殖碳排放量呈现降低的趋势.目前湖南省生猪养殖碳排放所造成的环境污染已经进入了转折期，转折发生于2010年.同时，也说明了湖南省人均生猪养殖碳排放量与湖南省农村居民人均纯收入之间存在显著的“倒U型”曲线，其R2的结果为0.983，对环境库兹涅茨曲线具有充分的解释意义.

表3 湖南生猪养殖碳排放量EKC模型汇总和参数估计

因变量：人均生猪养殖碳排放量(tCO2); 自变量：农村居民人均纯收入(元/人).

图1 人均生猪养殖碳排放量与农村居民纯收入之间的模型拟合结果(图中圆圈为数据点，实线为拟合曲线，下同)Fig.1 Model fitted result between carbon emission of Hog breeding per capital and net income of peasant (Circle dot presents data,and solid line is fitting curve)

2.1.2 曲线拟合特征 湖南省1989—2013年生猪养殖人均碳排放与农村居民人均纯收入的关系符合环境库兹涅茨曲线，并已经过了拐点(图1).说明目前随着湖南省农村经济发展，农村居民纯收入的逐步增加，人均生猪养殖碳排放量在逐步减少.从拟合库兹涅茨曲线的形状来看，湖南省的人均生猪养殖碳排放目前已渡过最严重的时期，进入“倒U型”曲线的右半部.表明随着农业经济的增长，湖南生猪养殖业正在向可持续化发展转型.一方面是因为，人们的环境消费意识增强，对优质环境的要求越来越高，促使政府也更加重视环境法规的制定和严格执行；另一方面，随着经济的增长使得政府有了进行环境保护投资和环境技术改造的资金投入能力，所以湖南省生猪养殖的环境污染出现了下降趋势，环境质量正在逐步的改善.

2.2 湖南8个生猪主产区碳排放与农业增长的模型拟合

2.2.1 模型拟合结果 本文基于环境库兹涅茨“倒U型”曲线假说，运用SPSS 22.0软件对湖南省8个生猪主产区的相关数据进行回归分析，结果见表4.

表4 湖南省8个主产区生猪养殖碳排放EKC模型分析结果

2.2.2 模型拟合结果和曲线拟合特征分析 长沙市和湘潭市的生猪养殖人均碳排放量与农民人均纯收入的拟合曲线呈“正U型”，表明这两市的生猪养殖人均碳排放量在经历了初期的下降后，从20世纪90年代开始呈快速增长趋势.长沙市是湖南省的省会，无论在经济总量上，还是经济结构上都领先于湖南省其他城市，自长株潭一体化启动后，长沙市对湖南省的经济带动作用就显得更加重要.尤其在2003年以后，长沙市工业经济步入“提速发展”的新阶段以来，其产业结构已从1978年的一、二、三产业比例分别为33.3∶44.2∶22.5，调整到了5.74∶52.23∶42.03，由此可见，二、三产业已成为拉动长株潭城市发展的支柱产业，而农业所占的比重在不断缩小，使得该地区生猪养殖所产生环境污染问题没有得到政府足够的重视以及科学的管控.

因此，长沙市和湘潭市的政府相关部门在推行环境保护政策时应当要分而治之，在追求规模增长的同时优化种养业结构，创新种养模式与技术，尽可能的缩短环境曲线的上升期间或降低曲线的拐点.

图2 1989—2013年长沙市、湘潭市生猪养殖碳排放与农民人均纯收入的拟合曲线Fig.2 Fitted curves between carbon emission of Hog breeding and net income of peasants in Changsha and Xiangtan during 1989—2013

其余6个生猪主产区的模型拟合结果以显著程度排序依次为郴州市、常德市、邵阳市、衡阳市、永州市、和岳阳市，其R2检验值分别为0.988，0.987，0.985，0.984，0.983和0.965，显著性均为0.000，说明这些地区的生猪养殖碳排放量和农民人均纯收入的关系拟合效果良好，统计检验较为显著，6个地区均符合环境库兹涅茨曲线的特征，且都呈现出“正N型”的曲线关系.当农民人均纯收入郴州市为2 789元、常德市为2 998元、邵阳市为3 007元、衡阳市为3 890元、永州市为3 142元、岳阳市为2 685元时，其地区经济的增长能改善环境质量.

图3 1989—2013年郴州市、常德市生猪养殖碳排放与农民人均纯收入的拟合曲线Fig.3 Fitted curves between carbon emission of Hog breeding and net income of peasants in Chenzhou and Changde during 1989—2013

图4 1989—2013年邵阳市、衡阳市生猪养殖碳排放与农民人均纯收入的拟合曲线Fig.4 Fitted curves between carbon emission of Hog breeding and net income of peasants in Shaoyang and Hengyang during 1989—2013

图5 1989—2013永州市、岳阳市生猪养殖碳排放与农民人均纯收入的拟合曲线Fig.5 Fitted curves between carbon emission of Hog breeding and net income of peasants in Yongzhou and Yueyang during 1989—2013

从长期来看，这些地区所呈现出来的“正N型”曲线关系表明，湖南省生猪养殖环境污染和经济增长两者的关系并没有长期维持在同一状态下，而是在经济发展到达一定水平后会重新组合，呈现出新的变化.结合湖南实际情况来看，自2008年湖南省政府颁布《湖南省人民政府关于推进生猪业持续健康发展的意见》，其中特别强调要建立规模化、标准化养殖场和养殖小区，增加畜牧科技投入，加强技术创新，以上6个生猪主产区的人均碳排放量均得到了较好的控制.到2009年，国务院出台《“促进中部地区崛起规划”实施意见》，提出要促进传统农业向现代农业、低效农业向高效农业转变，推动优质农产品和特色农业成片规模发展.作为湖南农业支柱产业的生猪业也得到了更多的关注和重视.直至2010年中共中央、国务院发布的《关于加大统筹城乡发展力度进一步夯实农业农村发展基础的若干意见》一号文件中专门讨论畜牧问题，强调要“加快发展畜牧水产规模化、标准化、健康养殖，采取市场预警、储备调节、增加险种、期货交易等措施，稳定发展生猪业”，促进湖南生猪养殖业的健康发展成为当时政府工作的焦点.随着一系列相关政策的颁布，湖南省生猪养殖业的污染排放问题得到高度重视，其养殖方式、技术条件都有了的相当的改进.但之后政府管控有所放松，使得生猪养殖的环境污染势头又有所抬头.

3 结论和建议

3.1 研究结论

通过对湖南省1989—2013年的农业经济增长和生猪养殖碳排放之间关系的实证分析，研究发现：(1)湖南省在样本期间符合环境库兹涅茨曲线假说，其经济增长和环境污染之间呈现“倒U型”关系；(2)长沙市和湘潭市的生猪养殖碳排放量与农民人均纯收入的拟合曲线呈“正U型”；(3)其余6个生猪主产区生猪养殖碳排放量与农民人均纯收入都呈现出“正N型”的曲线关系.

3.2 对策建议

首先，优化产业结构、加快产业结构的升级.我省作为“农业大省、养猪强省”，不可能依靠缩减农业和养殖业规模或者降低养殖业比重的方式来实现环境保护.政府及相关职能部门应该加强产业结构优化与升级的政策导向，改变重高产技术轻环保技术的不合理的技术投入结构，为实现种养协调发展提供有力的技术支撑[16].

其次，强化技术创新，加大创新技术推广应用力度.科技进步是促进经济发展和环境改善的最有效途径，创新养殖模式、推广生态养殖技术，提倡并鼓励养殖场(户)在养殖过程中采用新技术，降低生产过程中的污染排放.同时重视对改善能源消耗结构、减少碳排放等先进技术的运用，实现物料的再循环利用.

第三，加大环保投入，创新养殖污染管控政策手段.随着现代科技水平的提高，社会各界对环境监控的手段也愈加丰富，测量结果也更为精准，更利于环境状况的及时反馈.国际经验表明，环保投入达到GDP的1%～5%时就可以控制污染，所以政府积极地、持续地进行生猪养殖业的环境管控，增加环保投入，加大治理力度，对于改善环境状况是行之有效的.农业生产的不可替代性和对生态环境的依赖性决定了一旦生态环境遭到破坏，改善或恢复生态环境将付出更加高昂的成本代价.环境问题本质上就是经济问题，市场经济是利益经济，因此对污染的管控除了应用命令控制型政策工具外，更多的应采用经济激励型工具，使生产经营主体控污成为自觉行为，以求湖南生猪养殖业尽快实现低碳养殖和经济增长的“双赢”局面，增强湖南省农业经济增长的可持续性.

[1] SOUMYANADA DINDA.Environmental Kuznets curve hypothesis:a survey[J].Ecol Econ， 2004，49(4)：431-455.

[2] EHRLICH P R,HOLDREN J P.Impact of population growth[J].Science， 1971，171(3977):1212-1217.

[3] GROSSMAN G M,KRUEGER A B.Environmental impacts of a North American free trade agreement [C].Woodrow Wilson School,Princeton,NT,1992.

[4] PANAYOTON T.Empirical tests and policy analysis of environmental degradation at different stages of economic development [C].Working Paper WP238，Techology and Employment Programme,International Labor Office,Geneva,1993.

[5] SELDEN T,SONG D.Environmental quality and development:Is there a Kuznets curve for air pollution emission[J].J Environ Econ Manag,1994，27(35):147-162.

[6] SHAFIK N,BANDYOPADHYAY S.Economic growth and environmental quality: time-series and cross-country evidence[M].Washington DC:World Bank Publications,1992.

[7] JAEKYU LIM.Economic growth and the environment: some empirical evidence from South Korea[M].Sydeny:University of New South Wales,1997.

[8] 许广月，宋德勇.中国碳排放环境库兹涅茨曲线的实证研究——基于省域面板数据[J].中国工业经济， 2011,23(5)：37-47.

[9] 曹大宇，李谷成.我国农业环境库兹涅茨曲线的实证研究——基于联立方程模型的估计[J].软科学，2011，25(1)：76-80.

[10] 邵锋祥，屈小娥，席 瑶.陕西省碳排放环境库兹涅茨曲线及影响因素——基于1978—2008年实证分析[J].干旱区资源与环境， 2012，26(1):37-43.

[11] 田素妍，郑微微，周 力.中国低碳养殖的环境EKC曲线特征及其成因分析[J].资源科学， 2012,34(3)：481-493.

[12] 赵胜男,崔胜辉,吝 涛,等.福建省有机废弃物资源化利用碳减排潜力研究[J].中国人口·资源与环境,2010,20(1):30-35.

[13] IPCC.2006 IPCC guidelines for national greenhouse gas inventories—agriculture,forestry and other land use[R].Kanagawa:Institute for Global Environmental Strategies， 2006.

[14] 张培栋，杨艳丽，李光全,等.中国农作物秸秆能源化潜力估算[J].可再生能源， 2007，25(1)：80-83.

[15] IPCC.2006 IPCC guidelines for national greenhouse gas inventories—waste[R].Kanagawa:Institute for Global Environmental Strategies,2006.

[16] 匡远配.湖南省农村环境友好: 技术进步抑或结构调整[J].科技与经济,2012，25(1)：40-44.

(编辑 CXM)

Testing of Environmental Kuznets Curve Between the Development of Agricultural Economy and Pollution Emission： Data Analysis Based on Hunan Province

DUHong-mei,JIANGLi*

(College of Business,Hunan Agricultural University,Changsha 410128,China)

Pig breeding industry is an important wing of the development of Hunan agricultural economy,but the corresponding environmental problems can not be ignored.Computing the carbon dioxide emissions of pig breeding,and exploring its relationship with economic development have important guiding significance for the constituting of energy conservation policies.Based on the hypothesis of environmental Kuznets curve model and the relevant statistical data of Hunan province from 1989—2013,this paper calculates the total carbon emissions of Hunan province and its main producing areas,and tests its relationship with the farmers’ net income which reflects the development level of agricultural economy.And finally it put forward some countermeasures to promote the sustainable development of pig breeding industry.

environmental Kuznets curve; per capita carbon emission; low-carbon farming

10.7612/j.issn.1000-2537.2016.05.002

2015-10-10

湖南省高校创新平台开放基金资助项目(13K067)；湖南省涉农企业发展研究中心资助项目(920390100027)；湖南农业大学人才基金资助项目(15RCPT03)

*通讯作者,E-mail：215625118@qq.com

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1000-2537(2016)05-0009-07