云南省农业面源污染与农业经济发展关系的实证研究——基于EKC和Tapio脱钩模型

邹凯波，杨 智，戍国标，彭 菲，罗跃辉，刘 伟，李 锐

（云南省水利水电勘测设计研究院，云南 昆明 650021）

0 引言

农业作为云南支柱产业之一，对云南省的社会经济建设和粮食安全保障具有至关重要的地位。然而，云南省在大力发展农业生产的过程中也逐渐出现了化肥、农药及农膜不合理使用的现象，对农田土壤及环境都造成了严重的破坏，致使面源污染不断加重。2015年，云南省化肥施用量（折纯）为231.87万t，单位耕地面积平均化肥施用强度为806.18 kg/hm2，是全国化肥平均施用水平（485.00 kg/hm2）的1.66倍，严重超出了国际公认的化肥施用生态安全上限（225 kg/hm2）［1］。未利用的化肥、农药随雨水冲刷进入到环境中，会产生资源浪费和污染环境等问题，不利于农业的可持续发展。因此，对于农业面源污染的管控已迫在眉睫。农业面源污染的形成与农业经济的发展具有紧密联系，探讨农业面源污染与农业经济水平间的关系，对云南省实现生态环境保护与农业生产协调发展具有重要的现实意义。

近年来，国内外学者对农业面源污染与经济发展之间的关系已开展了大量的研究，其中具有代表性的是环境库兹涅茨曲线（EKC）理论。Grossman等［2］提出用EKC来表述经济增长与环境污染程度之间的长期关系。在EKC理论中，经济发展早期环境质量逐渐恶化，而经济发展到一定水平后，环境质量会逐渐改善。从研究区域看，陈栋等［3］基于EKC理论，对我国的农业经济增长与农业面源污染进行了计量分析；周雪晴［4］对西南地区农业面源污染与经济增长进行实证研究，结果表明贵州省、云南省的EKC曲线呈现倒“U”形；闫明涛等［5-6］研究了河南省、广东省的农业面源污染与农业经济增长的关系，结果表明农药施用强度、地膜使用强度与人均农业总产值之间均存在倒“U”形关系；夏百川等［7］基于EKC理论对云南省经济增长与工业环境污染关系进行实证研究。为了与EKC理论模型相互印证，不少学者还引入Tapio脱钩模型［8］对环境污染与经济增长进行实证研究，脱钩理论主要解释经济增长与污染排放是否具有同步变化的关联性。张郁等［9］对黑龙江垦区农业生产与面源污染进行脱钩分析；苑清敏等［10］建立Tapio脱钩模型研究了天津市经济增长与资源环境之间的脱钩关系及程度；邹凯波等［11-12］将脱钩模型与EKC理论有机结合，对中美两国和我国西部地区的环境污染与经济发展关系进行了分析，发现结合EKC理论与Tapio脱钩模型能系统地表征环境污染与经济发展之间的关系。

目前，针对云南省农业面源污染与农业经济变化关系的综合分析还相对较少。基于此，本文调查统计了2007—2021年云南省的化肥、农药、农膜的使用情况以及人均农业总产值，借助EKC理论与Tapio脱钩模型系统分析了云南省农业面源污染与农业经济变化之间的关系，以期对云南省治理农业面源污染，改善云南省农业生产环境，促进农业资源可持续发展提供理论依据。

1 指标选取与研究方法

1.1 指标选取

本文使用农业总产值反映农业经济的发展情况具有较为直观的说服力，为提高指标的准确性和排除通货膨胀的干扰，将各年的现价农业总产值转换为以2007年为定基比的农业总产值，并将结果与当年农村人口总数相除得到最终的人均农业总产值RGAP（元/人），以此体现更为真实的农业经济发展情况。

农业面源污染是指在农业生产中不合理或过量使用的各种农业生产资料，如化肥、农药及农膜等，在降水或径流冲刷作用下，通过农田地表径流、农田排水和地下渗漏等方式进入受纳水体所引起的污染［6,13］。本文在谷新辉等［14-16］研究的基础上，将云南省人均农业总产值(RGAP)设定为农业经济增长指标；将化肥施用总量CF(万t)、农药施用量AC(万t)、农膜使用量AF(万t)设定为云南省农业面源污染指标。本文使用数据来源于2007—2022年《云南省统计年鉴》以及《云南省国民经济和社会发展统计公报》。

1.2 研究方法

1.2.1 EKC模型构建 EKC曲线能够表示环境质量与经济发展之间脱钩的实现轨迹，即随着经济的发展，环境污染先恶化，当经济发展到某一水平时，环境污染达到峰值，而后随着经济发展，环境污染也随之下降，环境质量开始逐渐变好［2］。本文通过构建EKC多项式回归模型对云南省经济增长与农业面源污染的关系进行研究。EKC的简化模型［11］的计算公式为：

式（1）中：Y为农业面源污染物指标；X为人均农业总产值RGAP；A、B、C和D为经济产出影响系数；ε为随机干扰项。系数B、C、D反映了Y与X之间关系曲线的形状。经济增长指标与农业面源污染指标间的关系主要有倒“U”形、“U”形、“N”形和倒“N”形等，具体规则如下：

（1）B＞0且C=D=0，X与Y呈线性正相关，农业面源污染随着经济增长不断升高；

（2）B＜0且C=D=0，X与Y呈线性负相关，农业面源污染随着经济增长不断降低；

（3）B＞0、C＜0且D=0，X与Y存在二次多项式函数关系，这也是EKC的基本关系方程，农业面源污染随着经济增长过程先升高再降低，即呈现倒“U”形曲线；

（4）B＞0、C＜0、D＞0，X与Y之间存在三次多项式函数关系，即呈正“N”形曲线；

（5）B＜0、C＞0、D＜0，X与Y之间存在三次多项式函数关系，即呈反“N”形曲线。

1.2.2 Tapio脱钩模型构建 脱钩理论研究主要集中在资源利用、环境污染、碳排放与经济发展的关系方面［12］。世界经济合作与发展组织在2002年首先提出了脱钩理论的概念，并对脱钩进行了定量分析［17］。本文利用Tapio脱钩模型，对2007—2021年云南省农业面源污染和经济发展的脱钩关系进行测算，计算公式为：

式（2）中：e为脱钩弹性系数；i为不同污染物的使用量；ΔVOLi为污染排放物的增量污染物排放量的变化率；GDP为经济增长指标，ΔGDP为GDP变动的增量，ΔGDP/GDP为经济增长的变化率。根据污染排放物的增量与经济增长的变化量划分出8种脱钩状态，参考邹凯波等［11,18］的处理方法，将脱钩弹性值进一步等分成若干个区间，并对其进行赋值，以此反映农业面源污染与经济发展的协调程度（表1）。

表1 农业面源污染与经济增长的脱钩状态分类表

2 实证分析

2.1 EKC曲线的结果与分析

分别使用线性函数、二次多项式函数和三次多项式函数对云南省化肥施用量CF、农药施用量AC、农膜使用量AF分别与人均农业总产值RGAP进行拟合，结果表明三次多项式函数的拟合程度最优（表2）。对3种污染物与经济增长水平进行曲线模型回归发现，化肥施用量CF、农药施用量AC、农膜使用量与RGAP三次方拟合的相关系数均大于0.90（表3），拟合程度良好，模型构建具有一定的经济意义和可行性。

表2 农业面源污染指标与经济增长指标拟合程度结果

2.1.1 化肥施用量的模拟结果与分析 由图1可知，云南省农业经济增长与化肥施用量整体表现为倒“U”形曲线特征。随着农业经济的发展，化肥施用量先逐年上升，在人均农业总产值为9716元左右处达到峰值，对应的年份大致为2016年，随后化肥施用量开始呈现逐年下降的趋势。

图1 云南省化肥施用量与人均农业总产值的拟合曲线

2.1.2 农药施用量的模拟结果与分析 由图2可知，云南省农业经济增长与农药施用量整体表现为倒“U”形曲线特征。随着农业经济的发展，农药施用量先逐年上升，在人均农业总产值为9716元左右处达到峰值，对应的年份大致为2016年，随后农药施用量开始呈现逐年下降的趋势。

图2 云南省农药施用量与人均农业总产值的拟合曲线

2.1.3 农膜使用量的模拟结果与分析 从图3可知，云南省农业经济增长与农膜使用量整体表现为倒“U”形曲线特征。随着农业经济的发展，农膜使用量先是逐年上升，在人均农业总产值为12214元左右达到峰值，对应的年份大致为2019年，随后农膜使用量开始呈现逐年下降的趋势。

图3 云南省农膜使用量与人均农业总产值的拟合曲线

通过对化肥施用量、农药施用量、农膜使用量分别与人均农业总产值的EKC曲线进行分析可知，达到峰值后的农业面源污染指标由早到晚分别是农药施用量、化肥施用量、农膜使用量。

2.2 脱钩状态的测算与分析

根据Tapio脱钩模型测算以及脱钩状态分类表的赋值约定，分别得到化肥施用量、农药施用量、农膜使用量的脱钩弹性系数（表4）。

表4 云南省经济增长与农业面源污染脱钩弹性系数

2.2.1 化肥施用量脱钩分析 由图4可知，云南省化肥施用量与农业经济增长之间的脱钩状态主要表现为弱脱钩，其次是强脱钩，个别年份还出现了扩张负脱钩和增长连接。由于云南省农业经济始终处于增长态势，所以影响脱钩关系的主要因素为农业面源污染指标使用量。2008—2011年间，化肥施用量的脱钩状态经历了弱脱钩—扩张负脱钩—增长连接的变化过程，这说明农业经济发展对化肥施用量的变化产生了持续冲击；2012年后农业经济的增长使得化肥的施用量有所改善，在2012—2016年间的5个年份均处于弱脱钩，这说明随着农业经济的增长，化肥施用量缓慢增长；在2016年后，脱钩指数持续呈上升态势，始终保持在25以上，化肥施用量与农业经济增长之间的脱钩状态始终保持在强脱钩。

图4 2008—2021年云南省化肥施用量脱钩指数

2.2.2 农药施用量脱钩分析 由图5可知，云南省农药施用量与农业经济增长之间的脱钩状态主要表现为强脱钩，其次是弱脱钩和扩张负脱钩。由于云南省农业经济始终处于增长态势，所以影响脱钩关系的主要因素为农药施用量。2008—2012年间，农药施用量的脱钩状态经历了扩张负脱钩—强脱钩—扩张负脱钩—弱脱钩—扩张负脱钩的变化过程，共经历了3次扩张负脱钩，这表明农业经济缓慢增长，但污染却大幅增长；2013年后，脱钩指数从强脱钩状态切换到弱脱钩状态后，脱钩指数始终保持上升态势；2017年后，脱钩指数始终保持在25以上，农药施用量与农业经济增长之间的脱钩状态保持在强脱钩。

图5 2008—2021年云南省农药施用量脱钩指数

2.2.3 农膜使用量脱钩分析 由图6可知，云南省农膜使用量与农业经济增长之间的脱钩状态主要表现为弱脱钩，其次是增长连接和强脱钩，个别年份出现了扩张负脱钩。由于云南省农业经济始终处于增长态势，所以影响脱钩关系的主要因素为农膜使用量。2008—2013年间，农膜使用量的脱钩状态经历了增长连接—扩张负脱钩—增长连接—弱脱钩的变化过程，说明农业经济发展对农膜使用量变化产生了持续冲击；2013年农膜使用量有所改善，在2013—2017年间5个年份均处于弱脱钩，说明随着农业经济增长，农膜使用量缓慢增长；在2018—2020年间，脱钩状态经历了强脱钩—弱脱钩—强脱钩的变化过程，表明在2019年对于农膜减量的政策是有所松缓的，农膜减量化有所反弹；2020年后，脱钩指数始终保持在25以上，并呈现出持续上升态势，农膜使用量与农业经济增长之间的脱钩状态保持在强脱钩。

图6 2008—2021年云南省农膜使用量脱钩指数

化肥、农药施用量及农膜使用量与农业经济变化脱钩程度均由波动状态走向稳定的强脱钩状态。化肥、农药的过量施用使得前期农业环境污染程度逐渐严重。随着农业经济的增长，人民的收入水平得到提升，开始追求优质的生态环境，环境污染的治理也逐渐得到重视。2015年我国农业农村部印发《到2020年化肥使用量零增长行动方案》《到2020年农药使用量零增长行动方案》以及2020年农业农村部等四部门联合印发实施《农用薄膜管理办法》、云南省各级政府印发的各类规划及环境保护工作要点中对于化肥农药减量及农膜回收治理的要求等均在贯彻环境污染的治理，具体的举措包括：通过建立科学施肥管理和技术体系，使得科学施肥水平得到明显提升；对农膜的生产、销售、使用、回收、再利用及监管等环节予以规范。此外，化肥、农药施用量及农膜使用量随着宏观经济形势和政策调控变化较大，在政策法规的支持下，农业生产性服务业开始出现，这些新兴行业主要为农业绿色转型提供技术支持，它们的存在有力地促进了农业产业结构的进一步优化，使农业环境的状况也得到了改善。这些政策在很大程度上对化肥、农药及农膜的使用量起到了抑制作用，从而使得脱钩指数上升，稳定维持在强脱钩状态。

3 结论与对策建议

3.1 结论

本文结合EKC理论与脱钩模型综合分析了云南省农业面源污染与农业经济发展之间的关系。研究结论如下：（1）EKC曲线的结果表明化肥、农药及农膜的使用量与经济发展均呈现倒“U”形特征，说明政府近年实施的配方施肥、化肥农药“零增长”以及农用薄膜管理办法的实施等政策成效显著。达到峰值时间由先到后分别是农药施用量、化肥施用量、农膜使用量。对农膜的使用量应加强控制，因为处于倒“U”形曲线右侧时间还不太长。（2）云南省从2007—2021年间化肥、农药及农膜的使用量与经济发展呈现强脱钩状态，说明农业面源污染与经济发展已完全实现脱钩关系，化肥、农药及农膜的使用量将随着农业经济的增长而不断减少。（3）化肥、农膜及农药使用量的脱钩关系和EKC曲线特征基本一致。在相同的农业经济发展时期，脱钩状态出现的反复波动也说明云南省的经济发展和面源污染之间的关系不会完全遵循经济发展到一定水平，环境质量会自行得到改善的规律，需要一定人为政策进行干预才可能改变。采用不同的产业结构布局和生态环境治理决策会直接影响脱钩关系和EKC曲线拐点的出现。

3.2 对策建议

从政策、技术及资金等方面入手，加强农业面源污染及农业环境问题过程机理的基础研究，构建农业面源污染防治技术模式与体系。此外，对经济结构进行调整，通过高新技术研制可降解度较高的农药、化肥、农用薄膜等，促进环境友好型农业生产技术的推广与应用，在农业经济发展的同时又能将环境污染降到最低。

环境治理决策应有所侧重，化肥与农药的施用会直接对环境造成影响，其造成的面源污染具有广域性、分散性的特点，不易受人为主观控制，最好从源头实施减量及增效措施。但农膜的使用分解周期长，对环境造成的污染比较滞后，能较好地落实农膜闭环管理政策，最易取得成效，因此应该更加重视对该类污染物的治理投资。

实施化肥农药减量增效行动，优化生产布局，推进“源头减量、循环利用、过程拦截、末端治理”工程。持续推进农膜回收行动，以标准地膜应用、专业化回收、资源化利用为重点，强化农膜回收利用示范点建设，健全回收网络体系，试点农膜区域性绿色补偿制度，加快可降解农膜的应用示范，着力解决农田“白色污染”问题。