江西省农业经济发展与农业面源污染的EKC实证检验

谷新辉，周桂明，王 军

(1．宜春学院 经济与管理学院,江西 宜春 336000；2.广西师范大学 经济与管理学院，广西 桂林 541001)

化肥、农药等化学品的大量使用不仅破坏了土壤的整个生态系统，而且导致了土壤酸化、板结，使大量的农田最终丧失了耕种价值。江西省作为中国的农业大省，粮食、蔬菜、油料和水果等主要农业产品种植面积和产量在全国占有较大的比重，也是全国重要的农业产品供给基地之一。近年来，江西省农业经济发展呈现稳中有进、稳中向好的良好态势。然而化肥农药的大量使用对区域农业的增产增收起了重要作用。据江西省统计年鉴的数据显示，农用化肥、农药的施用总量呈不断上升的趋势。2005年，江西省农用化肥的施用总量是3.03×106t，到了2013年农用化肥施用总量增加达4.13×106t，而耕地面积却大幅度下降，单位面积的农作物农用化肥施用量呈现持续不断上升的趋势，2005年江西省单位面积耕地的化肥使用投入量是472kg/ha，是国际组织标准安全线(225kg/ha)的2倍。而后随着江西省农业生产产值的不断增加，农作物生产过程中的化肥使用投入量也不断持续地增长，至2009年江西省单位面积耕地化肥的使用投入量就己经达到755kg/ha，约为国际组织标准的3.35倍，也远远超过全国农用化肥单位面积平均投入量434.3kg/ha。调查分析，农药投入使用量过多容易造成有毒物质残留农业产品表面，造成农业产品品质下降，影响食品安全，也是农业环境污染的一个重要来源。然而自2005以来，江西省农业生产中，农药的施用量呈逐年增长的趋势。江西省农作物单位面积的农药使用量从2005年的15.8kg/ha攀升至2017年的20.1kg/ha。2005年至今，江西省的农药使用投入量又呈现持续缓慢增长的局面。构建计量模型，分析江西省农业面源污染主要来源的化肥及农药使用量变化与江西省农业经济发展之间的关系，提出相应政策对减少农业化学品投入减缓农业面源污染，实现农业绿色转型发展具有重要的意义。

一、文献综述

农业生产过程中化学物质的过度使用，使土壤、水体、食品等受到了严重的污染，农业可持续发展面临着十分严峻的挑战。对工业经济发展与环境问题的关系，国内外学者使用环境库兹涅茨曲线(Environmental Kuznets Curve，EKC)假说开展理论和实证研究。EKC假说认为经济增长与污染排放呈现出先升后降的“倒U型”曲线特征，即随着经济的发展，环境质量会逐步恶化，当经济增长到某个特定水平时，环境质量恶化情况会随经济发展而得到遏制并逐步向好。在农业经济领域，EKC假说是否适用，国内外研究并不多。农业生产活动中持续增加化学品投入，腐蚀了土壤表层、降低了土壤肥力、造成了水土污染，又影响了后续的农业经济发展。沈能、王艳从宏观和中观的层面出发，选取了1998-2010年中国29个省(区)的空间面板数据，检验了农业环境EKC曲线特征及空间效应，得出农业增长与污染排放之间呈现出倒U型曲线特征[1]。张晖和胡浩选取江苏省1978-2007年的农业生产数据，测算了农业面源污染主要来源于过剩氮的总量，以农业生产中带来的过剩氮作为衡量农业面源污染程度的指标，最终验证了农业面源污染的“倒U型”EKC曲线规律，并提出政府应在积极引导农民合理使用肥料、提高肥料利用效率的同时，也应农业面源污染的治理力度方面多关注[2]。李太平等利用清单分析法对农业生产中化肥施用的面源污染程度进行测度，构建建立EKC模型对1990-2008年省级面板数据进行检验，发现人均GDP与化肥投入的总氮污染、总磷污染之间均存在经典的“倒U型”曲线关系[3]。李伊涵、杜红梅通过对洞庭湖区1995-2015年的农业经济增长与农膜污染排放量之间关系进行实证分析，得出洞庭湖区农业环境污染与农业经济增长的关系大致符合环境库兹涅茨曲线“倒U型”假说，且已经过转折点[4]。王延吉,赵静等选用2004-2015年延边地区的时序数据，得到化肥投入密度与农业人均总产值呈“U”型曲线关系，且现阶段处于“U”型曲线的右侧[5]。何麟至利用湖北省人均GDP和面源污染指标进行回归分析得出农业经济增长和面源污染指标可能会呈现线性、“U”型、“N”型和倒“N”型的曲线关系，而不一定是大多数经济学家所验证的单一倒“U”型形态[6]。饶静、许翔宇和纪晓婷则是从宏观、中观和微观三个层面分析了我国农业面源污染发生机制，发现农业面源污染具有污染源多样性、非特定性、不确定性等特点，且已对我国农业现代化和农业发展产生严重的影响[7]。为探讨江西省农业经济发展与农业环境之间的关系，在此选取江西省11个地级市2003-2016年的化肥、农药投入使用量数据，并将化肥和农药投入使用量作为衡量农业面源污染的两个指标，将相应地区的农业生产总产值作为衡量农业经济发展的指标，并将EKC曲线理论作为实证分析的基础，最后得出相关结论，为江西省在农业经济政策及农业的可持续发展提供些许具有建设性的对策建议。

二、数据来源及描述

文中所涉及数据均来源于江西省统计年鉴。为提高数据的平稳性、避免异方差的出现，在实证分析中将各变量的数据进行对数化处理。当前EKC模型研究过程中常用到的数据有时间序列数据、截面数据及面板数据等3种[8]。在此使用江西省2003-2016年面板数据对EKC模型进行模拟。江西地区农业面源污染源主要有农业生产过程中农药和化肥的使用，农业面源污染变量选取化肥使用量、农药投入量两个污染指标，相应投入量单位为吨；经济方面的变量则选取农业生产产值，产值单位为万元人民币。将农药投入量、化肥投入量作为被解释变量[9]，分别命名为Y1,Y2；农业生产产值作为解释变量，命名为X1。对数化处理后的各变量名称分别为lnY1、lnY2、lnX1、(lnX1)2、(lnX1)3。各变量统计描述如表1所示。

表1 各变量的统计描述

三、模型方法与构建

(一)模型方法

采用经济增长—环境质量的简约式回归方程，亦既传统的EKC曲线方程来分析：

Yit=β0+β1X1it+β2X1it2+β3X1it3+Zit

(1)

式中Y为环境指标，X1指人均收入；Zit表示随机误差项，下标i代表一个国家或地区，t指时间；β0是常量，βk(k=1，2，3…)是解释变量的系数[10]。该模型依βk的不同而呈现X1与Y的不同关系，从理论上说明环境与收入间的关系并非倒U型所唯一代表。

将对数模型与EKC曲线模型结合，以农药投入量、化肥投入量分别作为被解释变量，农业生产产值作为解释变量，将农业人口、耕地面积、农业投资、城乡差异、农业比重等严格作为外生控制变量[11]。现构建如下模型：

LnY =β0+β1LnX1+β2(LnX1)2+β3(LnX1)3+Z

(2)

其中Z严格外生控制，Y可分别代入化肥使用投入量(Y1)以及农药使用投入量(Y2)两个变量。为方便阐述，代入Y1被解释变量的记为模型1，代入Y2被解释变量的记为模型2。模型系数的不同取值，可反映农业面源污染状况同农业经济可持续发展水平间的不同关系，也即可使拟合出的EKC曲线呈现出各式的形态，具体见表2。

表2 农业面源污染状况与农业经济可持续发展水平之间的关系

(二)模型构建

由于面板数据同时具有截面与时序的两维特性，模型设定直接决定了参数估计的有效性，因此必须对模型设定形式进行假设检验，主要是检验模型参数在所有截面、时序样本点上是否相同。面板数据模型的估计有混合面板模型、变截距面板模型以及变系数面板模型、随机系数面板模型四类，而变截距面板模型估计又可分为固定效应模型(fiX1edeffectmodel，FE)和随机效应模型(randomeffectmodel，RE)。通常很少采用变系数模型(Greene，1994)，因此不考虑变系数面板模型，而根据Hausman检验来在固定效应模型和随机效应模型中进行选择，之后根据F检验来确定是否为变截距模型，确定最终模型为固定效应变截距模型还是随机效应变截距模型[12]。Hausman检验统计量构造如下：

表2 模型1——Hausman检验结果

表3 模型2——Hausman检验结果

Hausman检验结果显示，P值为0.0000，结果显著，故强烈拒绝原假设，认为应该使用固定效应模型更优。

确定了所选取的面板数据所适用的模型为固定效应模型，对其进行F检验，F检验的原假设为“H0：all ui=0”。F检验结果如表4、表5所示。

表4 模型1—F检验结果

表5 模型2— F检验结果

F检验原假设为截距项不变，即所有个体一致无差异。但从实证检验结果看来，两个模型的F检验结果均表明P值显著为0.0000，则表明模型1和2所基于的面板数据均应建立固定效应变截距模型。

四、实证分析

(一)回归分析结果

江西省11地区面板数据中两个被解释变量化肥使用量和农药使用投入量分别与解释变量农业生产总值的回归结果如表6所示。

表6 模型1回归分析结果

表7 模型2回归分析结果

由表6、表7的回归分析结果可以得出的结论是，模型1和2的模型系数取值均符合(β1<0，β2<0，β3<0)的区间，由此可初步猜想农业面源污染状况与农业经济可持续发展水平间呈倒“N”型曲线关系，即江西省农业的农药使用量和化肥使用量会先随着经济发展水平的增长而减少，过了第一个转折点后，其会随着经济水平的提高而增加；随后，一直增加到过了第二个转折点后，农药和化肥的使用量又会随着农业生产产值的提高而逐渐回落。换言之，江西省的农业环境质量和农业经济可持续发展水平间的关系呈现出倒“N”型的形状，即农业生态状况先随经济农业产值的提高改善，而后农业产值增加到第一个转折点后，农业生态状况便随经济水平的不断发展而逐步趋向恶化，此种情况一直持续到第二个转折点出现，当农业生产产值提高到第二个转折点之后，农业生态状况又再次随着经济水平的提升而慢慢改善。

(二)面板单位根检验

单位根检验主要用于检验和判断面板数据中各变量的平稳性程度，防止出现伪回归的现象。单位根检验共分为两种：相同单位根检验和不同单位根检验。为最大程度的确保单位根检验的准确性及结果可参照性，全文分别对所选用的面板数据进行了相同单位根检验—LLC检验(Levin-Lin-Chu检验)以及不同单位根检验—IPS检验(Im-Pesaran-Shin检验)。各变量单位根检验结果如表8所示。

表8 面板单位根检验结果

表8的结果显示，所有变量均通过两种不同的单位根检验，且均为一阶单整，由此可知，该面板数据是平稳的，也说明文中的变量化肥使用投入量、农药投入使用量以及农业生产产值是长期平稳的，是可以为全文所选取的固定效应变截距模型的准确性而提供足有力的依据。

(三)面板协整检验

对模型1和2进行了面板协整检验，以估计被解释变量lnY1和lnY2与解释变量lnX1之间是否存在长期均衡稳定的关系。表9的检验结果表明，P值结果显著，则说明被解释变量lnY1与lnX1间，以及被解释变量lnY2与lnX1之间均存在长期稳定均衡的动态关系，由此可得农业生产过程中所投入使用的化肥量以及投入使用的农药量与农业农业总产值间具有相互影响互动关系。

表9 面板协整检验结果

lnY2与lnX1的协整检验结果StatisticValueZ-valueP-valueGt-8.074-20.610.000 Ga-0.5283.8671.000 Pt-4.511-0.1090.456Pa-0.4332.0150.978

(四)格兰杰因果检验

面板单位根检验以及面板协整检验表明江西省农业的化肥使用量和农药使用量均与农业生产产值存在长期均衡的动态关系，为进一步验证江西省农业面源污染状况与其农业生产产值之间的交互影响关系，需要进一步在已有的基础上进行格兰杰因果检验，检验结果如表10所示。表10的检验结果表明：农业生产产值是江西省农业的化肥使用量和农药使用量的格兰杰原因，即说明农业经济的可持续发展水平对于江西省农业生态环境具有影响作用，也初步验证了环境库兹涅茨曲线理论同样适用于江西地域。但化肥投入使用量和农药使用投入量是可以影响农业生产产值的格兰杰原因这一论断在检验结果中并不显著体现。

表10 农业面源污染状况相关变量与农业生产总值的格兰杰因果检验结果

(五)EKC模型的拟合估计

根据上述的回归结果，可得出模型1的拟合方程：

lnY1=-179.357lnX1+13.782×(lnX1)2-0.35×(lnX1)3+783.506

(1)

从拟合方程中可得出化肥使用投入量与农业生产产值的拟合曲线应为倒“N”型，既先呈现正“U”型，再呈现倒“U”型形态。化肥使用投入量与农业生产产值的拟合曲线见图1。

图1 化肥使用投入量与农业生产产值的拟合曲线

农业面源污染指标农药使用量lnY2与农业生产产值lnX11的EKC拟合估计

根据上文所述的回归结果，可得出模型2的拟合方程：

lnY2=-181.062lnX1+13.933×(lnX1)2-0.355×(lnX1)3+786.393

(2)

从拟合方程中可得出农药使用投入量与农业生产产值的拟合曲线应为倒“N”型，既先呈现正“U”型，再呈现倒“U”型形态。农药使用投入量与农业生产产值的拟合曲线见图2。

图2 农药使用投入量与农业生产产值的拟合曲线

江西省农业生产过程中的化肥投入使用量与农业生产产值间呈现倒“N”型曲线关系。在第一个阶段中，江西省的农业生态环境随农业经济水平的提高而慢慢改善。当农业的经济发展水平在某一特定年份增长至越过第一个农业生产产值转折点后，进入第二阶段，即农业面源污染状况随着经济水平能力的增加而加剧，恶化的状况一直持续至农业生产产值水平达到第三个转折点为止，而后进入第三个阶段，随着经济发展水平不断地提升，江西省农业生产过程中的化肥使用量逐渐随着农业生产产值的增加而减少，同时也意味着农业面源污染状况的逐步改善。其次，由于当时江西省出台的大部分政策均侧重于第二产业和第三产业的发展，未重视到农业经济在总体经济中的贡献。于是在农业生产过程中由于化肥肥料的价格和可获得性以及农民生活水平提高的有限，在2003年前农业生产过程中并未出现大量化肥肥料的投入使用，由此便有了随着经济水平的提升而化肥肥料使用量却不断减少的现象。

五、结论与建议

(一)结论

从所选取的面板数据所进行的相同单位根检验LLC检验和不同单位根检验IPS检验及面板协整检验的结果表明，化肥使用量、农药投入量与农业生产产值之间存在长期均衡稳定的动态关系，即农业面源污染状况与农业经济可持续发展水平之间存在互相影响关系这一定论从实证检验的结果看来是成立的。

从格兰杰因果检验结果来看，可知从总体层面上出发，江西省农业生产产值是农作物生产过程中化肥投入使用量和农药使用量的格兰杰原因；换言之，江西省农业经济的可持续发展水平对江西省的农业生态环境会产生影响作用。因此，为提高生态环境质量，首先应提升江西省农业经济的可持续发展水平，做到经济、环境同时空同地域提升。

从化肥投入使用量、农药投入使用量分别与农业生产产值的EKC拟合曲线来看，两者所拟合出的曲线均为倒“N”型曲线，不同于大多数文献所验证的倒“U”型。化肥和农药分别与农业生产产值所拟合的曲线表明从2005年开始，江西省11市均已越过第一个转折点，进入第二个阶段，即随着经济的发展，农药和化肥等会导致农业面源污染加剧但却可以增加农作物产量的化学物品的使用量会不断增加，原因可能是所分析年份区间中的越过第一个转折点的年份初期，农民为增加农作物产量，促进经济水平的发展，而在农作物生长的过程中大量投入使用农药和化肥，而后导致了农业面源污染状况的恶化。后随着高效、超高效低毒农药品种和改良后化肥品种的出现，以及人们对食品安全问题的不断重视，江西省已有个别省份越过第二个拐点，进入第三阶段，表明随经济发展农药化肥的投入所导致的农业面源污染状况逐步得到改善，污染程度呈下降趋势。对于江西省所有城市越过第二个转折点之后的曲线正“U”型还是正“N”型，将受到农业生产过程中的相关政策、化肥和农药成本、农民的环保意识和环保意识践行度等的影响。

(二)建议

完善农业环境监管体系，积极落实推进农业相关政策，大力发展现代绿色农业。从拟合的曲线来看，江西省农业面源污染状况与农业经济可持续发展水平之间的关系正往好的方向发展，但若农业环境监管体系不完善，相关农业政策落实不到位等都可能会再次加剧农业面源污染的程度，恶化农业生态环境和农业生产环境。因此建立系统地针对农业生产环境的影响评价机制，完善好事先预测、事中调节事后反馈的机制体系将有助于农业环境的生产状况，有利于控制和改进农业化学物质的投入使用量。

加大农业生产财政补贴力度，积极推行绿色环保肥料的使用，激励生产者环境友好行为的发生。政府在完善农业环境监管体系的同时也应积极加大农业生产财政补贴力度，同时积极推行绿色环保肥料的使用，以及减少销售企业税收，通过种种方法降低经济负外部性的产生，为生产者提供外在激励，从而激励生产者环境友好行为的发生。

推广现代绿色农业概念，提高农民环保意识，积极推进农业可持续发展。可持续发展的概念自提出以来就备受瞩目，而农业可持续发展更是重中之重的课题。政府通过环境教育和宣传传播等渠道来提高农民对可持续发展农业和循环农业的重视程度，逐步培养起农民的环境保护责任意识。除此之外，对有对土地负责、对环境负责意识的农民进行一定程度上的鼓励，并鼓励有条件的农业生产者生产高品质、无污染、高性价比的有机农产品，也是促进农业可持续发展的必经之路。因此，要有效地治理农业环境污染，必须加强农业生产者的环境意识，建立科学的农业环境政策体系，完善社会经济制度，健全有效的环境规制体系。

随着中国社会的主要矛盾发生了根本性改变，新时代下三农工作也不断落实推进，习近平同志指出，农业农村农民问题是关系国计民生的根本性问题，必须始终把解决好“三农”问题作为全党工作重中之重。从江西省的经验来看，重视并解决好农业面源污染状况和农业经济可持续发展之间关系的问题是大力发展乡村振兴战略的重要关卡。