经济发展与农业面源污染关系的协整检验

收稿日期： 2011-08-14

作者简介：

张智奎，博士，高级工程师，主要研究方向为资源环境与经济发展。

基金项目： 国家水体污染控制与治理科技重大专项（编号：2012ZX07104-003）。

摘要

运用协整检验和Granger因果检验方法，考察了三峡库区重庆段1992-2009年经济发展与农业面源污染之间的相互关系。研究结果表明：①经济增长是影响三峡库区重庆段农业面源污染的主要原因，且种植业、养殖业和农村生活三大类污染源排放量与农村经济发展之间都具有协整关系；②短期内农业生产总值的变化引起三类农业污染源排放量的同方向变动，长期来看，农村经济发展对农业面源污染有减缓作用，这与传统的环境―经济增长库兹涅茨倒U型曲线所揭示的一般规律相同；③农业经济的发展和种植业、养殖业的污染排放量具有双向的因果关系，但是经济发展是农村生活污染排放量增长的原因，农村生活污染排放量不是经济增长的原因，它们之间是单向因果关系。因此，我们要密切关注库区经济增长对环境质量带来的负面效应，必须依赖科学技术进步，提高种植业中化肥、农药、农膜和秸秆等的利用率，根据当地农业发展的特点以及与河流的远近，规划好农业、林业、畜牧业的结构，大力发展环保型、生态型农业，以减轻农业面源污染，实现农业经济增长与保持环境质量之间的相互协调。

关键词 经济发展；面源污染；协整检验；三峡库区

中图分类号 F323.22

文献标识码 A

文章编号 1002-2104(2012)01-0057-05

doi:103969/jissn1002-21042012.01.010

农业是国民经济的基础产业，经济发展离不开农业作为支撑。近年来，随着经济发展对农业资源需求日益增加，农业资源的稀缺性表现尤为凸出。我国政府大力推行以增产增收为核心的农业发展战略，在农村经济的快速发展的同时农村环境不断恶化，由于大量现代农业生产投入―化肥、农药、农膜等得到了广泛应用，畜牧养殖业的规模化水平和生产总量不断提高，农田生态系统遭受严重的破坏，农村污染源增加、污染物增多、污染范围变广。农村生态环境恶化不仅直接影响农产品质量和农民收入，更为重要的是这些污染破坏了农村居住环境，影响了农村经济社会可持续发展的基础。农村是一个开放的生态系统，是食品和其他物资的来源，也是整个社会的一个有机组成部分，如果农村环境问题持续恶化，无疑会对整个社会的稳定发展构成极大威胁。

1 研究背景

重庆市直辖16年来，农业生产有了快速的发展，农业生产的集约化和畜牧养殖业的规模化，农村居民收入大幅增加，但非持续发展、高消耗的农业生产方式在该地区依然广泛存在，并带来的农业资源环境问题尤其是农业面源污染已成为制约区域农业可持续发展的重要因素之一。通过对2008年农业生产数据测算，三峡库区重庆段的化肥施用、有机肥施用、秸秆排放、畜禽养殖、生活污水、生活垃圾、农田侵蚀等7个污染源累积排放的COD、BOD5、TN、TP量分别为26.64×104、14.71×104、8.07×104、1.52×104t[1]。其COD的排放量超过当年工业、生活排放的总和16.74×104 t/a。据研究，造成三峡库区重庆段农业面源污染的主要污染物是TP、TN，贡献率分别为40.08%和36.83%；主要污染源是畜禽养殖和化肥施用，贡献率分别为58.21%和27.24%；主要影响因子是农业总产值，贡献率达到90%以上[2]。大量的N、P流失可能构成库区水体富营养化，破坏库区生态环境，危及库区农业和农村经济的发展。

实证检验环境质量和国民经济增长关系的演进规律是当前环境经济领域非常重要的一个问题。1991年，Grossman和 Krueger提出了环境库兹涅茨曲线（EKC）即经济发展早期环境质量逐渐恶化，经济发展到一定水平之后，环境质量会逐步改善，环境压力和经济增长之间呈现“倒 U”型关系[3]，从宏观尺度上提供了一种有益的经验性探索。经过20年的发展，国内外学者对环境与经济发展关系进行了大量的实证研究，有了较多的成果。然而关于面源污染与经济发展关系的文献并不多见。李海鹏等运用31个省的面板数据对经济发展与农业面源污染的EKC曲线进行实证分析，结果显示我国农业面源污染源排放量与经济增长总体上具有显著的倒“U”型曲线关系[4]。张峰等运用VAR模型分析了江苏省1990-2007年农业面源污染与经济增长的动态演进关系，认为经济增长是农业面源污染的重要原因，环境库兹涅茨曲线规律在一定程度上得到了验证[5]。搜索国内的有关文献，他们对二者关系的研究主要是集中于运用环境库兹尼茨曲线进行实证，对两者之间的动态关系并没有进行研究。本文针对三峡库区重庆段的经济发展与环境现状，利用三峡库区重庆段1992-2009年的面板数据，采用计量经济学的分析方法，考察库区重庆段经济发展与农业面源污染在时序维度的特征，采用单位根检验、协整检验、误差修正模型分析和Granger因果检验等分析方法，考察三峡库区重庆段经济增长与农业面源污染在时序维度的双向动态作用特征。

2 变量的选取与指标核算方法

2.1 变量的选取、数据来源

根据农业生产的特征，农业面源污染主要来源于种植业中农业生产投入的农资消耗、养殖业中的畜禽粪尿污染、生活污染中的农村生活污水排放和农村生活垃圾等方面。

种植业造成的污染包括化肥、有机肥的大量施用、农药的喷洒、农用薄膜弃于田间、秸秆的废弃与焚烧，种植业造成的污染源排放量用ZZY表示。畜禽养殖污染主要是由于未对畜禽养殖固体废弃物和废水进行及时、合理的处理引起的，养殖规模的扩大导致畜禽粪尿排泄量日益增多，未经处理的畜禽粪便被随意堆放，造成大量养分流失，带来严重的环境污染隐患。

畜禽污染源排放量用单位土地面积的猪、牛、羊和家禽这四类动物的年粪尿排泄量YZY表示。生活污染源排放量用SH表示。经济发展使用农业产值，用NYCZ表示。化肥、有机肥施用量、农药、农用薄膜的使用量、农作物秸秆总产量（按照稻谷、小麦、玉米的平均经济系数0.5、0.41和0.042，谷草比分别为1∶ 1、1∶ 1.44和1∶ 1.38

计算）、畜禽养殖粪尿总量[6]（参照彭里、王定勇的估算指标计算）、农业生产总值等数据均来源于1992-2009《重庆统计年鉴》，农村生活污水排放量和生活垃圾污染排放量时序数据为1992-2009年来源于重庆市环保局。经济发展选用库区重庆段的第一产业总值，数据来源于1992-2009《重庆统计年鉴》。

2.2 农业面源污染绝对实物排放量指标的核算

2.2.1 种植业污染源排放量的指标核算

根据重庆市环保局《三峡库区化肥农药污染源监测报告》，化肥的入河系数为8.36%，化肥污染源排放量=化肥施用量（折纯量）×入河系数；

有机肥污染源排放量=有机肥施用量×（1-有机肥利用率）×有机肥养分含量[7]×入河系数，有机肥的平均入河系数取0.01，其利用率为0.6抽样调查取得。

农药污染源排放量=农药使用量×入河系数，入河系数取0.04；

农用薄膜污染源排放量=农用薄膜使用量×入河系数，入河系数取0.04。

根据各种作物秸秆养分含量[8]和不同作物的秸秆产出系数[9]，平均入河系数为0.01，作物秸秆污染源排放量=某作物产量×某作物秸秆产出系数×（1-秸秆利用率）×秸秆养分含量×入河系数；

2.2.2 养殖业污染源排放量指标核算

根据《全国规模化畜禽养殖业情况调查及防治对策》国家环保总局（2002）推荐的畜禽粪便排放系数、畜禽粪便中污染物平均含量及入河系数，畜禽养殖污染源排放量=养殖总量×畜禽粪便排放系数×粪便中污染物平均含量×污染物入河系数；

2.2.3 生活污染源排放量指标核算

根据《重庆市小城镇污水综合处理研究》报告，重庆市农村生活污水排放指标为0.67升/（人/天）；参考重庆市环境监测中心的检测结果，入河系数乡村取0.30，可以计算生活污水污染物排放量(t/a)，生活污水污染排放量=乡村人口总数×农村生活污水排放系数×污水平均含量×入河系数；

根据国外相关资料和当地实际情况，重庆市农村生活垃圾排放量为0.67 kg/（天/人），入河系数乡村取0.20，可以计算生活垃圾污染物排放量(t/a)，生活垃圾污染排放量=乡村人口总数×农村生活垃圾排放系数×垃圾渗滤液平均含量×入河系数。

3 经济发展与农业面源污染动态关系的检验

3.1 经济发展与农业面源污染的协整关系检验

对于平稳时间序列所决定的经济系统，传统计量经济学中的最常用的方法是用普通最小二乘法估计他们之间的相互关系，从而确定其长期均衡趋势。然而对于非平稳的时间序列，如果运用此方法进行估计，其结果将会产生伪回归，估计就是无效的。Granger 和Enger的协整理论为寻求非平稳随机变量之间的长期均衡关系开辟了新的途径。如果一组非平稳时间序列存在一个不具有随机趋势的线性组合，那么这组序列就是协整的。Granger定理表明，对于两个具有协整关系的一阶单整I（1）变量一定有式（1）形式的误差修正模型存在：

Δyt=β1xt-λ•ecmt-1+μt=β1xt-λ(yt-1-β0-β1xt-1)+μt （1）

在式（1）中，ecmt-1=yt-1-β0-β1xt-1

表示第t-1期的非均衡误差项或短期波动幅度；而

λ(yt-1-β0-β1xt-1)

则是经济系统长期均衡机制对短期波动的抹平效果，我们称其为为误差修正项。λ表示误差修正项对Δyt的调整速度，被称为修正系数。式（１）成功地将一个经济系统的长期均衡关系和短期的波动有机地统一在一起，为测度经济系统的长期均衡趋势与短期波动提供了一种新的分析方法。

为了防止产生虚假回归现象，就需要对考察的时间序列进行相应的平稳性检验和协整关系检验，从而得到它们之间的长期均衡关系和短期波动关系。

首先，基于方程：

Δyt=ρ0+ρ1t+∑ k j=1 θjΔyt-1+μt （2）

为了克服数据中的异方差现象，对调整后的数据取自然对数，种植业污染源用LnZZY表示，养殖业污染源用LnYZY，农村生活污染源用LnSH表示，经济发展用LnNYCZ表示。使用Eviews6.0，对各时间序列做单位根检验，结果如表1所示。

由表1可知，第一产业总产值和所选用的各类农业面源污染源排放指标均满足一阶平稳条件，因此可以对该时

注：检验形式（C，T，K ）中的C，T，K 分别代表ADF检验模型中的常数项、趋势项和滞后阶数。C和 T取0 表示模型中不包括常数项和趋势项，滞后期的选择标准是以AIC和 SC的值最小为准则，表示一阶差分。

间段中的序列作协整检验。为了验证农业产值和种植业、养殖业和农村生活污染源排放指标可能存在的协整关系，可以运用恩格尔―格兰杰两步法进行协整检验。求出各污染源排放量的长期趋势方程

LnYt=α+βLnNYCZt+εt。对残差εt进行单位根检验，结果表明是平稳的白噪声（见表2和表3）。根据格兰杰协整定理，可以接受经济发展和农业面源污染源排放量之间存在协整关系。

经济发展和三大类农业面源污染源排放量均存在协整关系，协整向量分别为（0.302 7，0.652 4）、（8.721 9，0.799 3）和（2.191 7，0.224 5），建立相对应的误差修正项ECM如下：

种植业污染排放―经济发展ECM项： ECM(LnZZY)=LnZZYt-0.030 27-0.652 4LnNYCZt

养殖业污染排放―经济发展ECM项： ECM(LnYZY)=LnYZYt-8.721 9-0.799 3LnNYCZt

农村生活污染排放―经济发展ECM项： ECM(LnSH)=LnSHt-2.191 7-0.224 5LnNYCZt

根据上述的实证分析，可以建立各自的协整方程向量误差修正VEC模型，具体模型如下：

种植业污染排放―经济发展误差修正模型：

ΔLnZZYt=0.398 9+0.084 2ΔLnNYCZt-0.107 2ecmt-1

养殖业污染排放―经济发展误差修正模型：

ΔLnYZYt=0.057 9+0.130 7ΔLnNYCZt-0.077 2ecmt-1

农村生活污染排放―经济发展误差修正模型：

ΔLnSHt=0.048 5+0.024 9ΔLnNYCZt-0.318 4 ecmt-1

从协整的结果看，在短期内，经济发展不可避免地会导致农业环境质量的下降和农业面源污染增加，也就是说经济发展与环境退化现象往往密切相关；在长期，库区重庆段农业面源污染与农业经济发展之间存在长期的相关性，且这种相关性的方向为负，这说明，随着农村经济的发展、农村居民收入水平的提高，将有助于降低农业面源污染，这与环境经济学理论提出的倒U定律一致。

3.2 经济发展与农业面源污染的因果关系检验

上述协整检验结果表明经济发展与三大类农业面源污染之间存在一种长期的均衡关系。但是这种均衡关系能否构成因果关系，需要进一步的进行检验。检验结果见表4。

从表4的结果可以看出，有96%以上的概率说明农业经济的发展和种植业、养殖业的污染排放量具有双向的因果关系，但是经济发展是农村生活污染排放量增长的原因，农村生活污染排放量不是经济增长的地原因，它们之间是单向因果关系。

4 结论与建议

通过实证考察1992-2009年间三峡库区重庆段农业面源污染与农业经济增长之间的长期均衡关系以及Granger因果关系，结论如下：

首先，对时间序数据进行平稳性检验，结果发现种植业、养殖业和农村生活三大类污染源排放量与农业生产总值变量都具有一阶单整现象，它们与农村经济发展之间均具有协整关系。

其次，从实证结果的误差修正模型可以看出，模型的差分项反映了变量短期波动的影响，被解释变量的波动可以分为两部分：一部分是短期波动，另一部分是长期均衡。

根据模型的参数估计量，短期内农业生产总值的变化将引

起三类农业污染源排放量的同方向变动，如果农业总产值变动1%，将引起种植业污染排放量变化0.084 2%，养殖业污染排放量变动0.130 7%，农村生活污染排放量变动0.024 9%。而误差修正中ECM项的系数反映了对偏离长期均衡的调整力度，由系数估计值可以看出，各系数均在0.4以内，调整力度并不显著。此外，观察误差修正模型自变量

回归系数的符号，在具有协整关系的三大类污染排放量均与农业产值之间存在正的协整关系，即经济发展将会增加农业生产的污染物排放量，经济增长要以农业环境污染为代价，但在长期，农村经济的发展、农村居民收入水平的提高，将有助于降低农业面源污染，这与传统的环境―收入库兹涅茨倒U型曲线所揭示的一般规律相同。

最后，通过Granger因果检验方法分析了三大类污染指标与农业产值之间的因果关系。农业经济的发展和种植业、养殖业的污染排放量具有双向的因果关系，但是经济发展是农村生活污染排放量增长的原因，农村生活污染排放量不是经济增长的地原因，他们之间是单向因果关系。

总体上看，近20年来三峡库区经济发展造成的农业面源污染问题已较为严重，库区经济发展成为该地区环境公害的重要组成部分。尤其是2004年以来，库区经济发展处于加速时期，一方面经济增长保持很高的增长率；另一方面工业化、城市化和城乡一体化进程加快，库区农业面源污染压力势必会进一步加大，必须有效措施控制农业面源污染。而控制的关键在于强化环境政策的干预力度，它不仅需要进行经济结构调整，依赖科学技术进步，提高化肥、农药、农膜和秸秆等的利用率，促进环保型农业生产技术的推广与使用。同时也需要提高政府环境管理能力，提高农民的环保意识，通过电视广播等媒体大力宣传，并采用科技人员环保知识下乡等形式进行现场环境教育，让农民能够从自身做起，保护共同的美好家园。

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Cointegration Test on the Relationship Between Agricultural Nonpoint

Source Pollution and Economic Development

―Based on the Data Ananlysis of Chongqing Section of the Three Gorges Reservoir Region in 1992-2009

ZHANG Zhikui1 XIAO Xincheng2

(1. College of Economics and Management，Southwest University，Chongqing 400715,China;

2. School of Economics and Management,Yichun University, Yichun Jiangxi 336000,China）

Abstract Using cointegration and Granger causality test, this paper analyzes the mutual relationship between economic development and agricultural nonpoint source pollution based on the data of Chongqing section of Three Gorges Reservoir region from 1992 to 2009. The results can be shown as follows: The economic growth greatly affects the agricultural nonpoint source pollution in Chongqing section of Three Gorges Reservoir region. In addition, a cointegration relation between the emissions of three major pollutant sources（planting，aquaculture and rural life）and economic development does exist. The changes of the total value of agricultural production caused the same tendency of the emissions of three major pollution sources in the short term and economic development can slow down agricultural nonpoint source pollution, which is consistent with the general law revealed in the traditional environmenteconomic growth Kuznets inverted Ushaped curve. There is a bilateral causal relation between rural economic development and planting, aquacultural pollution emissions. However, the economic development is the reason for the growth of rural life pollution emissions while pollution emissions do not help the rural economic growth. Consequently, they are oneway causal relation. Therefore, We must pay close attention to the negative environmental effects that economic growth in the reservoir region has on the environment quality and improve the utilization of fertilizers, pesticides, plastic sheeting and straw in farming with the help of science and technology. According to the characteristics of local agricultural development as well as the proximity of the river, the structure of agriculture, forestry, animal husbandry should be well planned. Environmentfriendly, ecological agriculture should be greatly encouraged in order to reduce agricultural nonpoint source pollution and maintain the coordination between agricultural economic growth and environment quality.

Key words economic development; nonpoint source pollution; cointegration test；Three Gorges Reservoir region