江蘇省農業面源污染與經濟增長關系的實證

張 鋒 胡 浩 張 暉

(南京農業大學經濟管理學院,江蘇南京210095)

江蘇省農業面源污染與經濟增長關系的實證

張 鋒 胡 浩 張 暉

(南京農業大學經濟管理學院,江蘇南京210095)

運用基于VAR模型的脈沖響應函數和方差分解的方法,考察了江蘇省1990-2007年農業面源污染與經濟增長的動態演進關系。研究結果表明:①經濟增長是影響江蘇省農業面源污染的重要原因,農業面源污染的環境庫茲涅茨曲線規律在一定程度上得到驗證;②農業面源污染對江蘇省經濟增長的影響不明顯,且具有一定滯后效應;③方差分解結果顯示人均G DP是解釋農業面源預測方差的重要變量,而農業面源污染對經濟增長的預測方差貢獻度則相對較小。因此,我們要充分關注江蘇省經濟快速增長對農業環境質量惡化所帶來的負面影響。同時,為了充分體現農業面源污染對江蘇省經濟增長的反作用,其關鍵前提是必須要對農業面源污染所導致的負外部效應進行清晰的界定,以及建立一個有效、完善的農業資源配置、污染權的市場交易機制,以充分發揮資源約束和環境惡化對涉農微觀經濟主體投資、生產和消費行為的影響,進而對經濟增長形成反作用。

農業面源污染;經濟增長;Granger因果檢驗;脈沖響應函數;方差分解

經濟增長和環境保護的兩難矛盾長期以來一直受到人們的關注。在經濟快速增長的過程中,由于人們對自然資源的開發利用強度不斷增強,現代生產要素的使用量持續增加,客觀上導致了整體環境質量的下降;另一方面,資源耗竭、環境惡化反過來也影響了經濟的可持續性發展。因此,為了達到保護環境、實現可持續發展的目的,我們必須轉變經濟增長方式,實現經濟增長與生態環境的協調。

改革開放以來,江蘇農業生產的集約化及畜牧業的規模化不斷深入,這一方面滿足了人們日益增長的對農畜產品的需求;另一方面也形成了一定的農業面源污染問題,給江蘇省社會經濟的可持續發展帶來一定的負面影響。因此,建構一個分析框架,運用計量經濟學的方法探討江蘇省農業面源污染與經濟增長之間的相互關系具有一定的理論與現實意義。

1 問題的提出

梳理已有的文獻,考察經濟增長對環境質量影響的研究較多,其中最具代表性的是直接對相關時序數據進行回歸,驗證(農業)環境庫茲涅茨(EKC)曲線的存在[1]。學者認為,經濟增長與環境質量變化之間的關系類似于經濟發展、收入分配之間的倒U型關系,具體的解釋為:在完全市場經濟條件下,在經濟增長的初級階段,產出的增加意味著人們必須大量開采自然資源,同時也必然帶來廢棄物的迅速增加,因此這段時期的經濟增長將導致整體環境質量的下降。當經濟增長超過一定臨界值水平后,人們對環境質量的認知程度提高、對安全產品需求的增加、經濟增長方式的轉變、產業結構的優化以及環境技術的使用等將使經濟增長有利于環境質量的改善[2]。

另一方面,資源耗竭、環境質量下降也影響著經濟長期、穩定的持續增長。環境變化影響經濟增長的作用機制表現為:①將環境質量變量引入生產函數,環境質量下降意味著自然資源供給數量和質量的下降,這必將對持續經濟增長形成制約[3-4];②將污染流量或存量納入消費者效用函數,研究者認為環境質量下降和污染將帶來消費者負的邊際效用,基于消費在經濟增長中的重要作用,環境質量的下降必將對經濟的持續增長形成一定的影響;③在經濟增長的模型中同時考慮到環境質量、污染對產出與消費的影響,此時污染往往同時具有負的邊際效用和正的邊際產出[5]。

但是,現有絕大多數文獻在考察農業環境庫茲涅茨倒U型曲線時,農業環境污染與經濟增長之間的這一雙向影響機制卻被大多數研究者所忽略,從而導致了變量內生性偏差問題,因為經濟增長本身也是由環境變化與其他因素所共同決定的內生變量,這方面的研究還需要進一步完善。

因此,本文主要采用基于VAR模型的分析方法,利用1990-2007年期間江蘇省農業“過剩氮量”作為農業面源污染指標來考察江蘇省經濟增長與農業面源污染在時序維度的雙向動態作用特征。本文有三個研究目的:在江蘇省,上述關于農業環境污染變量與經濟增長變量之間是否存在長期的均衡關系?如何解釋這類均衡關系的存在及其作用機制?這些結論對于江蘇省甚至中國未來農業生態環境、經濟、社會政策的制定有何啟示、參考與借鑒意義?

2 變量的選取、數據來源與實證方法

2.1 變量的選取與數據來源

本文衡量農業面源污染的指標主要是氮素。因為在農業面源污染中,除了農藥以外,化肥及家畜糞便排泄物等都可以用氮素進行衡量,這也是最重要的面源污染的“成分”。本文以農業生產中帶來的過剩氮①從養分平衡的視角,農戶單位面積肥料投入中所包含的“氮素”與單位面積耕地自有“氮素”(土地的基礎肥力)、農作物生長所需“氮素”之差額。作為衡量農業生產給環境帶來的污染程度的指標,并取其人均數量指標X作為分析變量。經濟增長水平則由人均國民收入衡量,與總量收入相比,人均收入更能反映出真實收入水平變化對環境質量的影響,而且收入變化影響環境質量的需求偏好效應主要體現在個人收入變化方面。數據由歷年《江蘇統計年鑒》整理、計算而得,其中人均 G DP是消除了通貨膨脹影響后的實際數值,單位是元/人。通過這兩類指標,構建農業生態環境污染狀況與經濟發展水平之間關系的計量模型。考慮到時間序列數據進行對數化后容易得到平穩序列,且不會改變時序數據的特征,因此,本文在實際分析中均采用兩變量的對數值。

2.2 實證方法

2.2.1 養分平衡法

曲勞(Truog)的養分平衡法理論,主要是以作物與土壤之間養分供求平衡為目的,根據作物的需肥量與土壤供肥之差,求得實現計劃產量所需肥料量。具體模型如下:

(1)式中S表示該地區農業生產所需的總氮量,Pi表示第i種農產品的單位耗氮量;Qi表示該地區當年第i種農產品的當年總產量;A表示土壤基礎肥力,即在不施任何肥料的情況下,土壤等提供的氮量,其中,土壤生物固氮量的估計值和單位作物含氮量的計算依據來自于“中國測土配方施肥網”,由于土壤的基礎肥力總是在不斷的變化,但是總體上具有一定的穩定性,因此,本研究假定 A值不變。

肥料缺口部分可以由有機肥或化肥提供,過剩氮測度的模型如下:

θ表示該地區的過剩氮總量,Xj表示第j種家畜糞肥含氮;Yj表示該地區當年第j種家畜年平均總飼養量。Ek為第K種化肥的單位氮量,Fk為該地區當年第K種化肥的年平均使用量。

2.2.2 VAR模型與脈沖響應函數

本文主要基于VAR方法來考察農業面源污染——收入變化關系。大多數情況下VAR模型各估計方程擾動項的方差——協方差矩陣不是對角矩陣,因此必須首先對其進行正交處理得到對角化矩陣,由 Sims(1980)提出的Choleski分解方法是最常用的方法。然而,Choleski分解法的關鍵問題在于估計結果嚴重地依賴于VAR系統中各個變量的排序關系,因此本文運用改進的廣義脈沖響應函數法來進行分析。

3 經濟增長與農業面源污染的沖擊響應分析

3.1 江蘇省過剩氮值的測量

表1為利用養分平衡法,對江蘇省農業生產的過剩氮量進行測算的結果。結果表明:江蘇省農業生產中過剩氮的產生是從1990年開始的。由于土壤的基礎肥力具有一定的穩定性,所以農業生產中的氮素主要來源于農作物生長過程中的肥料的投入。長期以來,江蘇省的肥料投入是以畜禽及人類糞便等有機肥為主,因此在早期的農業生產中并沒有“過剩氮”的產生。改革開放以后,農業生產的集約化和畜牧業的快速發展,使農業生產中開始出現過剩氮,而且有逐年增加的趨勢②1991-1992年江蘇省過剩氮量出現負增長的主要原因是由于雜交水稻等技術的成熟和推廣,主要農產品產量大幅增加,帶來的上述模型中∑PiQi的大幅增長。,給生態環境帶來嚴重的壓力。

表1 1978-2007年江蘇省農業生產的過剩氮值① 統計年鑒顯示,與1996年前相比,1996年江蘇省農業生產化肥的投入量大幅度增加,使得過剩氮量在1996年劇增 。農產品的價格、政府的支持以及農戶的“隨群效應”這三方面的合力使得化肥的投入量激增。Tab.1 Excessive nitrogen in agriculture production of Jiangsu Province from 1978 to 2007

表2 1990-2007江蘇省人均過剩氮量與人均G DPTab.2 Excessive nitrogen and per G DP in Jiangsu province from 1990 to 2007

表2為江蘇省人均過剩氮與人均G DP的實際數值。人均過剩氮量在1998年達到20.5千克后,基本處于穩定的狀態。

3.2 經濟增長與農業面源污染的沖擊響應分析

3.2.1 數據的單位根檢驗

直接對非平穩的時間序列進行回歸將導致謬誤回歸現象,在對變量進行協整分析之前,首先需要對變量的平穩性進行檢驗,只有變量在一階平穩,即I(1)條件下,才能進行協整分析,本文采用ADF單位根檢驗方法來檢驗變量的平穩性。檢驗結果表明,兩個變量都存在一階平穩(見表 3)。

表3 ADF單位根檢驗結果Tab.3 The result of ADF unit root test

表4 PP單位根檢驗結果Tab.4 The result of PP unit root test

為了驗證ADF檢驗結論的穩定性,本文同時采用了Phillips-Perron檢驗對上述時序變量的平穩性進行檢驗(見表4)。與ADF檢驗結果一致,Phillips-Perron檢驗也證明了兩個變量在一階差分的情況下平穩。

3.2.2 Johansen協整關系檢驗

協整檢驗結果表明,LNX和LNY之間存在穩定的協整關系。這一結果與理論研究結果一致,即在經濟發展過程中不可避免地伴隨著農業環境質量下降、農業面源污染增加的問題,即經濟發展與環境退化現象往往密切相關。

進一步分析協整檢驗結果,農業面源污染與人均國民收入之間存在長期的相關性,這種相關性的方向為負(見表5)。這一結果的經濟意義是顯然的,隨著我國經濟的增長、居民人均收入水平的提高,將有助于降低農業面源污染。

3.2.3 Granger因果關系檢驗

對各變量進行Engle-Granger因果檢驗以確定它們之間的相互影響關系(見表6)。檢驗結果表明,收入變化是導致農業生態環境質量變化的重要原因,但農業生態環境質量變化卻不是引起收入變化的原因。對這一結果大致可以有如下解釋:第一,改革開放以來,江蘇省經濟增長的基本源泉是像新古典經濟增長理論所強調的資本、勞動力等要素投入以及對外貿易的帶動作用,其中,長期以來物質資本積累是經濟增長的根本動力,而環境質量變化、自然資源對經濟增長的作用相對有限。第二,更為關鍵的是,把農業環境質量、自然資源納入經濟增長模型,前提假設是農業面源污染所產生的負外部效應能夠被市場定價機制進行內部化,影響涉農微觀經濟主體的行為,進而對經濟增長形成一定的影響。顯然,農戶的小規模分散經營,使得江蘇省的農業面源污染負的外部效應缺乏市場定價的基礎,因而極大地限制了農業生態環境變化對經濟發展影響力。最后,就江蘇省目前所處的發展階段來看,與發達國家相比,農業環境質量在居民效用函數中的比重相對較低①發達國家的農業生產基本實現(適度)規模化經營,并已經建立起相對完善的資源品、污染外部效應的產權交易市場,同時,發達國家居民也擁有較高的環境質量需求偏好,所以,發達國家的經濟增長和農業面源污染之間表現出雙向的因果關系。。這些因素都影響了農業面源污染與人均國民收入間的因果關系。

3.2.4 脈沖響應函數分析

運用GIRF方法考察江蘇省過剩氮量與人均國民收入之間的沖擊響應,得到分析結果見表7。首先,分析人均G DP對人均過剩氮量變化的沖擊反應,在整個沖擊響應期內LNX對LNY一個單位沖擊反應曲線大致呈現V型,計算分析期內人均 G DP的累計反應值可發現,當期農業面源污染對經濟增長的總體影響為負(-0.66615),即人均過剩氮量上升對經濟增長產生負面效應。其次,分析人均過剩氮量對人均 G DP變化的沖擊反應,沖擊響應曲線呈現倒U型規律,在此也驗證了農業面源污染環境庫茲涅茨假說(見圖1)。

表5 江蘇省農業面源污染與人均國民收入水平之間協整關系的檢驗結果Tab.5 The result of co integration test between agriculture non-point pollution and G DP

表6 江蘇省農業面源污染與人均國民收入之間Granger因果檢驗結果Tab.6 The result of Granger causality test between agriculture non-point pollution and per person G DP

表7 基于VAR脈沖響應函數分析結果Tab.7 The result of VAR impulsive response

人均G DP對人均過剩氮量的負值沖擊反應證實了農業環境質量變化、污染排放會對經濟增長的反作用,正如彭水軍等指出,隨著環境質量的惡化、污染排放的增多,人們對環境質量需求偏好的轉變、政府環境政策的干預、產業結構調整等都將對經濟增長方式產生外在壓力。與經濟增長對農業面源污染的沖擊影響不同,農業環境質量下降、污染排放增多對經濟增長的負面影響往往存在滯后效應。可能的解釋是盡管人們對于環境質量的需求偏好具有剛性,但環境政策實施一般具有滯后效應,而且與環保技術采用相適應的產業結構調整更是一個較長的過程。

圖1 LNY對LNX的脈沖響應沖擊的結果Fig.1 The result of response of LNYto LNX

表8 人均收入(LNX)的方差分解的結果Tab.8 The result of per person G DP(Lnx)’s variance decomposition

表9 人均過剩氮量(LNY)方差分解的結果Tab.9 The result of per person agriculture excessive non-point pollution(Lny)’s variance decomposition

4 經濟增長與農業面源污染的方差分解

方差分解技術的主要思想是,把系統中每個內生變量的波動按其成因分解為與各方程信息相關聯的n個組成部分,給出隨機信息對模型內生變量的相對重要性,即變量的貢獻占總貢獻的比例。人均過剩氮量與人均G DP的方差分解結果見表8和表9。

綜合方差分解的結果可以看出,總體而言,人均 G DP對解釋人均過剩氮量的預測方差起到了很大的作用,而人均過剩氮量對解釋人均G DP的預測方差的貢獻程度則相對較小。表9表明,人均 G DP解釋了人均過剩氮量的50%以上的預測方差,這一分析結果刻畫了改革開放以來江蘇省農業環境質量——收入變化之間的關系,即經濟增長、現代農業生產要素的使用,同時伴隨著對農業資源的過度開采與利用,是農業生態環境變壞的關鍵原因,導致了較大的農業生態環境壓力。相比較而言,人均過剩氮量對人均G DP的解釋程度相對較小,最高只達到30%,遠遠低于人均G DP對農業面源污染的預測方差的貢獻程度,對這一結論的解釋可以類似于本文對兩變量的Granger因果關系檢驗結果的解釋。

5 結論與啟示

本文實證考察了1990-2007年間農業面源污染與收入變化之間的長期均衡關系和Granger因果關系以及相互動態影響效應,得出江蘇省農業生態環境—收入的時序關系結果如下:

(1)對時序數據的平穩性檢驗發現人均過剩氮量指標及人均 G DP變量都具有一階單整現象,所以如果直接利用時序數據來對環境庫茲涅茨曲線關系進行回歸檢驗容易得出偽結論。

(2)運用Toda and Yamamoto(1995)提出的 Granger因果檢驗方法考察了人均過剩氮量與人均G DP之間的雙向因果關系,檢驗結果表明:人均 G DP增加是導致農業面源污染變化的重要原因,這一結果與江蘇經濟發展階段的一般事實也較為吻合。但是農業面源污染并不是導致人均G DP變化的原因。

(3)廣義脈沖響應函數法的模擬結果表明,一方面,經濟增長是影響江蘇省農業面源污染的重要原因,同時模擬結果也初步驗證了農業面源污染的庫茲涅茨曲線。

(4)方差分解結果表明經濟增長對解釋農業面源污染預測方差起著重要作用,但農業面源污染對經濟增長預測方差的貢獻度較小。

經濟發展會帶來農業面源污染的產生,這是許多研究者結論,也是本文的結論之一。然而,當經濟發展到一定水平后,農業面源污染的產生會趨于穩定,進而轉向減少。因此,如何減少在經濟發展過程中的面源污染的產生及提前實現倒U型的轉折具有一定的意義。這需要在進行實證的基礎上,從政策、技術等環節著手。另外要進一步探討農業面源污染對經濟增長的反作用,其關鍵是必須要對農業面源污染排放所導致的外部效應進行清晰的界定,并通過市場定價機制將農業面源污染負的外部效應進行內部化,以發揮資源配置的作用。

References)

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The Positive Analysis on the Relationship Between Agriculture Non-point Source Pollution and Economic Growth of Jiangsu Province

ZHANG Feng HU Hao ZHANG Hui
(College of Economics&Management,Nanjing Agricultural University,NanjingJiangsu 210095,China)

Based on the VAR model’s impulse response functions and variance decomposition,using the data from 1990 to 2007 of Jiangsu Province,this paper analyzes the dynamic relationship between agriculture non-point source pollution and economic growth.The results can be listed as follows:①Economic growth is the important reason of agricultural non-point source pollution in Jiangsu Province,and at the same time,the agricultural non-point source pollution of the Environmental Kuznets Curve hypothesis has been authenticated.②The impact of agricultural non-point source pollution on the economic growth is not obvious,and has a certain lag effect.Variance decomposition results show that per capita G DP is an important variable to explain the predicted variance of agricultural non-point source,while contribution degree of agricultural non-point source pollution on predicted varicance of economic growth is relatively small.Therefore,we should pay attention to alleviate negative effects of the rapid economic growth of Jiangsu Province to the quality of agricultural environment.Meanwhile,in order to fully reflect the negative effect of agricultural non-point source pollution to the economic growth inJiangsu Province,the key premise is that we must clearly define the negative external effectsof the agricultural non-point source pollution,and establish an effective,comprehensive market tradingmechanism of agricultural resource product,and pollution rights in order to give full play of the role of resource constraints and environmental degradation to the main agriculture-related micro-economic investment,production and consumption behavior.

agriculture non-point source pollution;economic growth;granger causality test;impulse response function;variance decomposition

F323.22

A

1002-2104(2010)08-080-06

10.3969/j.issn.1002-2104.2010.08.015

2010-03-06

張鋒,博士生,主要研究方向為農業經濟和環境經濟。

＊該文為國家自然科學基金項目(編號:70873060)和2007年國家教育部哲學社會科學研究重大課題攻關項目(編號:07JZD0007)的階段性成果,該文同時得到江蘇省普通高校研究生科研創新計劃項目(編號:X09B—063R)的支助。

(編輯:田 紅)