甘肃省农民收入增长与农业面源污染呈现倒“U”型吗？

李珉格，侯庆丰

（1.甘肃农业大学理学院，甘肃兰州 730070；2.甘肃农业大学，甘肃兰州 730070）

一、引言

甘肃省位于西北地区，全年降水量少，缺水严重，属于干旱地区，农业基础相对比较薄弱，自然条件也没有其他地区好，生态条件比较脆弱，土壤被侵蚀的比较严重，这样的农业生产环境对农作物的生长不是很有利，因此会较多的使用有利于农作物生长的化学物品，以提高其产量，而化学用品的过量投入和其较低的利用率，又会使土壤富营养化，这就使得环境遭到破坏，荒漠化更为严重。

改革开放以来，甘肃省农业和农村的生产条件有很大的提高，但是农业仍然是该省的薄弱环节，农民的收入增长的也相对比较缓慢，而增加农民收入正是解决“三农”问题的核心，要想解决好“三农”问题，环境污染问题就要得到重视。

环境污染包括点源污染和面源污染，点源污染相对面源污染来说相对比较稳定，而且来源也很明确，也具有预见性，治理相对比较容易，而面源污染具有很强的不确定性，治理难度比点源污染难度更大。农业面源污染是指在农业生产活动中，农田中的泥沙、营养盐、农药及其他污染物在降水或灌溉过程中通过农田地表径流、壤中流、农田排水和地下渗漏进入水体而形成的污染。目前农业面源污染包括：化肥污染、农药污染、农膜污染、畜禽粪便的污染、农业废弃物的污染等。而现阶段关注最多的就是化肥污染、农药污染以及农膜污染。农业面源污染对农业生产环境的影响是非常大的，而且分散程度比较广，还具有随机性，不容易被监测到，要想提高农产品的产量，农业面源污染的问题就要得到解决，但是现在农民对农业面源污染的问题不是很重视，而且农民作为农业生产活动的主要人物，对环境的保护意识也不是很强；应对面源污染的技术太少，基本还是运用点源污染的技术来治理，但效果不是很理想；在政策上对化肥等化学投入品的扶持仍然很多，这影响了有机肥的施用，仍然存在牺牲环境来发展农业的现象，这就导致农业面源污染愈加严重。

在过去，农民的主要收入来源是从事农业活动，但仅仅靠自然气候和环境获得农产品的速度是比较缓慢的，农民们的生活水平得不到提高，因此农户开始使用化肥来提高农产品的产量。化肥的使用在短期内确实提高了农作物的产出量，但长期施用化肥对环境造成了很大的破坏，会造成土壤板结，导致农产品的产量会相对下降，并且大量使用还会使蔬菜瓜果品质大打折扣，还会危害人体健康。现在，虽然部分农户不仅仅依靠农业活动为生，开始向非农活动转变，但化肥的过量施用问题仍然严峻。甘肃省近年来随着测土配方施肥、水肥一体化等技术的推广，化肥在推动粮食产量连续丰收、农民收入持续增加中发挥了不可替代的作用。但目前也存在化肥过量施用、盲目施用等现象，不仅增加了农业投入成本，还造成地下水和空气等环境污染，导致耕地质量不断下降。因此解决过量施用化肥对环境的污染问题对甘肃省来说非常重要。

根据上述分析，提出关于化肥投入强度的假设一：化肥投入强度与农村居民人均可支配收入之间的关系符合环境库兹涅茨曲线。

在甘肃省旱作农业生产发展的过程中，农膜起到了至关重要的作用。全膜双垄沟播技术的推广，更是给全省带来了新的突破口。农膜，又称地膜，是铺在农作物上的塑料薄膜，它可以给土壤保湿，并提高地面的温度，还可以促进农作物快速生长，防止杂草丛生，它在农业生产中起着非常重要的作用。虽然农膜提高了农作物的产量，但是随着农膜逐渐递增的使用量，它对环境的危害也是极大的，对农业生产环境也造成了威胁，因为在农作物收获后，农膜会留在地里，难以降解，污染了土地，可能对食物的安全也有一定的影响。甘肃省是典型的干旱地区，气候环境对农作物的生长不是很有利，因此很早就开始使用农膜，但“白色污染”的问题也随之出现，怎样才能在提高农业经济的同时，也不会对环境造成很大的破坏，这也成为了甘肃省的一大难题，因此农膜的过量使用对环境的危害成为了甘肃省农业发展面临较为突出的问题之一。

为此，提出关于农膜使用强度的假设二：农膜使用强度与农村居民人均可支配收入之间的关系符合环境库兹涅茨曲线。

二、研究理论与文献综述

（一）研究理论

环境库兹涅茨曲线，简称EKC 曲线，它说明了农业经济增长与环境之间的关系呈倒“U”型，前期随着农业经济的增长，人们为了提高农业产出而大量施用化肥、农药等对环境有污染的化学物质，使环境遭到破环，环境污染问题愈加严重，但达到某个拐点后，由于人们的生活条件提高，保护环境的意识越来越强烈，环境污染速度放缓，又由高变低，因此，环境又会随着农业经济的增长得到改善。

环境库兹涅茨曲线是通过建立模型来模拟人均收入和环境污染指标之间的关系，来说明经济的发展对环境污染的影响程度，也就是验证是否符合随着经济发展，环境污染程度先逐渐恶化，随后得到改善的关系。从三个方面来解释这个曲线，第一是经济规模效应与结构效应，二是环境服务的需求与收入的关系，第三是政府对环境污染的政策与规制。

经济规模效应与结构效应的解释是，随着人均收入的增长，经济规模也会变得越来越大，这就需要投入更多的资源，，而且随着经济的增长和资源消耗的增加，废弃物排放量也相应的增加，从而使得环境污染程度变大；结构效应是随着收入水平的提高，产出结构和投入结构发生了变化。在早期阶段，经济结构从农业向能源密集型重工业转变，增加了污染排放，随后经济转向低污染的服务业和知识密集型产业，投入结构变化，单位产出的排放水平下降，环境质量改善。

从环境服务的需求与收入方面来解释，这方面是根据人们对环境的消费倾向来讨论的，在过去，人们处于解决温饱问题的时期，经济发展比较缓慢，人们的收入也相对较低，而且关注点主要在怎么摆脱贫困，怎么使经济得到增长，因此对环境的需求不是很高，对环境的保护意识不是很强，因此使得环境遭到破坏，之后，随着人们收入的提高，对环境的需求也随之提高，人们开始重视环境的保护，因此环境得到改善。

从政府对环境污染的政策与规制方面来看，过去政府的财政收入较低，对环境保护的投入较少，导致环境随着经济的增长而恶化，当经济发展达到一定水平后，政府的财政收入增加，并出台了一系列关于环境保护的政策和措施，这使得环境污染程度得到改善。

1991 年美国经济学家Grossman 和Krueger 最先通过实证研究了环境质量与人均收入之间的关系，1992 年世界银行的《世界发展报告》扩大了环境质量与收入关系研究的影响。1993 年Panayotou 第一次把环境质量与人均收入之间的关系称为环境库兹涅茨曲线（EKC）。

（二）文献综述

在众多文献中，有很多对EKC 假说做了实证检验，其中尚杰等（2017）[1]研究证明了黑龙江省农业面源污染来源中，农药施用强度与人均农业总产值呈倒“U”型，化肥施用强度和畜禽粪便排泄密度与人均农业总产值呈“N”型，地膜施用强度与人均农业总产值呈倒“N”型；孔令英和王云（2020）[2]研究证明了山东省的农民收入、农民收入结构与农业面源污染之间均存在倒“U”型的EKC 曲线关系；晏琪和陈尧（2019）[3]研究证明了农药、化肥、地膜指标的农业环境库兹涅茨曲线皆为倒U 型；揭昌亮等（2018）[4]研究证明了中国化肥面源污染与农业增长之间存在显著的“倒U 型”的EKC 关系；洪业应（2013）[5]研究证明了重庆市农业经济发展与化肥投入强度之间存在显著的库兹涅茨曲线关系；陈栋和刘鹏凌（2018）[6]研究证明了我国1995—2015 年农药使用量与经济增长之间呈现正N 型变化趋势，周芳（2019）[7]研究证明了西藏总氮排放量与农业经济增长之间的EKC 曲线以及总磷排放量与农业经济增长之间的EKC 曲线均为N 形；于骥等（2016）[8]研究证明了四川省化肥、农用薄膜和农药的面源污染与农业生产总值符合EKC 曲线的拟合结果；史磊和井晓文（2016）[9]研究证明了青岛市三类农业面源污染物排放量与农业经济增长之间存在“正N”型关系；张中华（2015）[10]研究表明人均农林牧渔产值与单位面积化肥流失量、单位面积农药流失量、单位面积农膜残留量之间存在显著“倒U 型”曲线，且进入转折期，而畜禽粪便排放量呈现“倒U 型+U 型”曲线，现在处于“U 型”曲线的上升阶段。

在大部分用实证验证环境库兹涅茨曲线的文献中，基本上都是想要验证环境与农业经济增长之间的关系是否符合倒“U”型，而绝大部分结果得到的都是符合，但也不排除有其他结果，因为每个地区的环境气候条件都有很大不同，因此本文针对甘肃省的农业面源污染与农民收入增长之间的关系进行研究，提出假设：甘肃省的农业面源污染与农民收入增长之间存在环境库兹涅茨曲线关系。并提出解决对策。

三、实证分析

（一）数据与变量

本文数据来源于《甘肃农村统计年鉴》（2000—2017 年），选取了甘肃省1999—2016 年农村居民人均可支配收入、耕地面积、农膜覆盖面积、化肥施用折纯量以及农膜使用量的时间序列数据，其中化肥施用折纯量等于化肥实物量与某种化肥有效成分含量的百分比的乘积。

为研究甘肃省农业面源污染与农民收入增长之间的关系是否符合环境库兹涅茨曲线，选取的变量要具有代表性。将农村居民人均可支配收入设为自变量X；农业面源污染主要包括化肥污染、农膜污染和农药污染等，由于数据的限制，本文将化肥投入强度和农膜使用强度作为衡量农业面源污染的指标，记为因变量Y，因为随着时间的变化，农民耕地面积也会有所改变，过去，农民主要以种地来获得收入，而现在有很多农民从事非农活动，且退耕还林也会影响耕地面积，因此需要把耕地面积这一因素考虑进来。其中，化肥投入强度由化肥施用折纯量除以耕地面积得到，农膜使用强度由农膜使用量除以农膜覆盖面积得到。

用STATA 软件做出1999—2016 年化肥投入强度和农膜使用强度的变化趋势，如图1、图2 所示。从图1 看出，1999—2015 年，化肥投入强度一直在逐年递增，从2015 年开始减少，2016 年化肥投入强度比2015 年减少了11%，主要因为最近几年，甘肃省为了促进发展循环农业，发展有机肥生产企业139家，同时，甘肃省还将开展农业绿色发展行动，在粮食、果品、蔬菜等特色优势产区大力推广测土配方施肥、水肥一体化、秸秆还田、增施有机肥、新型肥料替代等技术措施，减少了化肥施用量，提高化肥使用效率。由图2 可知，从总体上看，2005—2016 年农膜使用强度一直逐年递增，甘肃省在20 世纪80年代左右就开始推广使用农膜，90 年代农膜的使用已经普及，近十年来，农膜的发展迅速，地膜的覆盖面积排到了全国的第二名，仅次于新疆。近年来，甘肃省又推进了全膜双垄沟技术，致使农膜使用强度大大提升。

图1 化肥投入强度变化趋势

图2 农膜使用强度变化趋势

（二）模型的建立

为研究农业面源污染与农村居民人均可支配收入之间的关系是否符合倒“U”型的环境库兹涅茨曲线，我们将化肥投入强度与农膜使用强度设为因变量y，把农村居民人均可支配收入设为x，设出一次函数、二次曲线模型和三次曲线模型：

式中，y 表示化肥投入强度与农膜使用强度，x表示农村居民人均可支配收入，a0为常数，a1、a2和a3代表回归方程的参数。

在一次函数中，当a1＞0 时，y 与x 呈正相关，当a1＜0 时，y 与x 呈负相关；在二次曲线中，当a1＞0，a2＜0 时，y 与x 的关系呈倒“U”型曲线，当a1＜0，a2＞0时，y 与x 的关系呈“U”型；在三次曲线中，当a1＞0，a2＜0，a3＞0 时，y 与x 的关系呈“N”型，当a1＜0，a2＞0，a3＜0 时，y 与x 的关系呈倒“N”型。

本文运用STATA 软件对模型进行参数估计，通过P 值、F 值以及拟合优度R2选取最合适的模型，以确定拐点并进行分析。

（三）单位根检验

为保证数据的平稳性，要进行单位根的检验。

首先对各变量数据进行对数标准化处理，因为这样既可以消除数据的异方差影响，使数据更加适合进一步分析，更具有实际意义，还可以研究变量之间的弹性关系。用cf 表示化肥投入强度，af 表示农膜使用强度，income 表示农村居民人均可支配收入。用STATA 软件对变量进行描述性分析，根据分析结果可知，各变量和其对数变量的数据中没有极端数据，数据间的量纲差距也在可接受的范围内，因此可以进行下一步分析。

pp 检验的原假设是数据存在单位根，运用STATA软件分别对取了对数的变量以及一阶差分变量和二阶差分变量进行pp 检验，分析结果如表1 所示，可以看出取对数的化肥投入强度经过二阶差分后达到平稳，取对数的农膜使用强度不存在单位根，取对数的农膜使用强度经过一阶差分后达到平稳。

表1 PP 单位根检验分析结果

（四）结果分析

用STATA 软件分别对化肥投入强度和农膜使用强度与农村居民人均可支配收入进行了非线性回归，得出的结果如表2、表3 所示。

表2 化肥投入强度模型估计结果

表3 农膜使用强度模型估计结果

1.化肥投入强度的结果与分析。由表2 可以看出二次函数模型的系数均通过了检验，且拟合优度R2为0.94，而三次函数模型中的二次项系数与三次项系数均不显著，因此应建立二次函数模型来描述化肥投入强度与农村居民人均可支配收入之间的关系，并根据表2 中得出的估计参数得到回归方程：

用SPSS 对其做出环境库兹涅茨曲线如图3 所示，由此可看出化肥投入强度与农村居民人均可支配收入的关系呈倒“U”型，符合环境库兹涅茨曲线，从而验证了假设一的成立。从图3 中可看出，化肥投入强度的转折点已经出现，且现在已经进入转折点后期，“拐点”出现在2014 年，前期甘肃省化肥投入强度一直随农村居民人均可支配收入的增加呈现逐年增加的趋势，从2014 年开始随着农村居民人均可支配收入的增加，化肥的投入强度开始逐年下降。在2015 年初，农业部制定并发布了《化肥使用量零增长行动方案》，此方案一出，各级农业部门集结各方力量，开展“到2020 年化肥使用量零增长行动”，大力推进化肥减量增效，因此化肥投入强度在后期有所降低。

2.农膜使用量的结果与分析。由表3 可以看出一次函数和三次函数的各个系数均通过了显著性检验，一次函数的拟合系数R2为0.58，三次函数的拟合系数R2为0.72，而二次函数的二次项系数未通过显著性检验，因此用三次函数模型来描述农膜使用强度与农村居民人均可支配收入之间的关系是否符合环境库兹涅茨曲线，并由表3 的估计结果可以得出回归方程为：

y=0.07x-1.48伊10-5x2+1.06伊10-9x3+20.69912

图3 农村居民人均可支配收入与化肥投入强度的EKC 曲线

根据回归方程可以看出农膜使用强度与农村居民人均可支配收入之间的关系呈“N”型，用SPSS做出它们之间的关系的回归曲线如图4 所示，并从图4 的曲线可以看出，出现了两个拐点，第一个拐点是在2011 年，拐点处的农村居民人均可支配收入为3 909.4 元，2011 年之前农膜使用强度随农村居民人均可支配收入逐年增加，第二个拐点出现在2014 年，拐点处的农村居民人均可支配收入为5 736元。2011—2014 年期间，随着农村居民人均可支配收入的增加，农膜使用强度有所下降，甘肃省在此期间大大加强了对地膜的回收，初步形成“地膜增产增收、旧膜回收利用、资源变废为宝、农业循环发展”，且在2014 年，甘肃省实施了《甘肃省废旧农膜回收利用条例》，还颁布了《聚乙烯吹塑农用地面覆盖薄膜》强制性地方标准，推进废旧农膜回收利用，对农业面源污染的防治有很大的促进作用，可以更好的治理农村“白色污染”，条例的实施和标准的提出，使农作物的生长环境也得到极大改善，促进了农业可持续发展。在此同时，省财政还安排了专项资金，对废旧农膜回收加工企业给予资金补助，废旧农膜回收利用网络体系已基本建成，废旧农膜回收利用的市场化机制已初步形成。据统计，2016 年全省废旧农膜回收利用率已达到78%。为了加强从农膜污染的根源防治，甘肃省还出台了一系列地方法规，并提高了农膜的生产标准。而从2014 年往后，农膜使用强度又随着农村居民人均可支配收入逐年增加，如果不严加管理控制，农膜使用强度还会继续增加，但总的来看农膜使用强度与农村居民人均可支配收入存在EKC 关系，因此农膜使用量的管控应成为甘肃省未来工作的重中之重，由此可得假设二成立。

图4 农民人均可支配收入与农膜使用强度的EKC 曲线

四、对策

甘肃省由于地理位置和自然条件的问题，治理农业面源污染变的尤为重要，只有提供良好的农业生产环境，农作物才能更好的生长，农业经济才会大幅度增加，虽然甘肃省现在面源污染处于转折后期，随着农民收入的增长有所下降，但如果不继续做好防控措施，那么“反弹”的可能也会存在，为此，从以下几个方面提出对策：

（一）继续推进实施一系列政策，提高农民补贴

现在的农村，以牺牲环境来提高收入的现象仍有存在，政府应出台更多政策来规范农民施用化学物品的用量及其比例，使化学用品的投入更加合理；也应更加完善农民的补贴制度，加大惠农补贴，提高粮食的收购价格，增加农民直补和农业机械购置的补贴，还可以让农民用废旧农膜来换取新的农膜，这样可以大大提高农膜的回收率；除此之外，为了让农民们尽量施用少量的化学投入品，也应适当的增加化学用品的价格。

（二）大力推广先进技术

要进一步推进科学先进的农业生产技术，大力宣传推广环保、节约和可循环的新技术，如推进灌溉与施肥为一体的农业新技术，它可以减少水与化肥的使用量，提高农作物生长速度并使其增产；尽可能使用可降解的农膜，减少农膜对土壤的污染等；研发一些与化肥农膜等效果相似，但对环境的污染程度相对较低的化学用品。

（三）大力宣传环保知识，提高农民的环保意识

环境保护对农业生产和农民的生活都是相关联的，农民们保护环境意识的提高也是改善农业面源污染的一个关键，没有他们对其的参与，农业生产环境也是不能得到很好的改善，因此各级部门应对农户进行环保知识讲解，使环保不再是他们的知识盲区，只有让他们自己明白环保对农业生产的重要性，而且也是他们每个人应尽的义务，一味的为了提高收入而“消耗”环境，只会适得其反，要想使收入稳定提高，就要使得环境和收入达到一定的平衡，这样既能更好的改善农业面源污染的问题，对农民收入的提高也有很大的帮助。