農業發展與環境協調性評價及其影響因素分析

梁流濤 (河南大學環境與規劃學院,河南 開封 475004)

農業發展與環境協調性評價及其影響因素分析

梁流濤*(河南大學環境與規劃學院,河南 開封 475004)

利用中國1997～2009年間省際面板數據,在方向性距離函數模型的框架下測度農業環境技術效率,評價農業發展與環境的協調程度,并考察其演變的時空特征和驅動機制.結果表明:農業發展與環境協調性整體偏低,并且研究期內呈現波動狀態;不同省(市)環境與農業發展協調性差異較大,其空間分布與經濟發展水平、農業生產條件存在著對應關系;經濟發展水平、農業結構變動、農業基礎設施投資、農業資源稟賦和農業環境管理政策等因素對農業發展-環境協調性產生重要影響,這應是農業環境管理政策創新的重點.

協調性；農業發展；環境技術效率

改革開放30年以來,我國農業經濟全面發展.然而,農業發展與環境保護的矛盾日益突出.在農業集約化程度較高的重要流域由于過度使用化肥、農藥等農業化學品,而引起的農業面源污染危害已經遠遠超過工業點源污染,成為水體富營養化的主要來源[1].據報道,每年近20億t的畜禽糞便和100多億t的養殖污水有90%以上的未經過任何處理或簡單處理后直接排入河流、湖泊[2],造成了嚴重的環境污染.此外,農業生產殘留物如秸稈等不合理利用造成的污染也不容忽視.因此,客觀上迫切需要協調農業發展、資源利用與生態環境保護之間的矛盾.

經濟發展與環境協調性的衡量主要是將環境污染納入到經濟效率的分析框架,分析環境污染對經濟效率的影響.一些學者試圖將污染作為一種“壞”產出引入到經濟效率測度模型中.但由于受傳統的生產率測度模型(如 Tornvist指數和Fischer指數)的限制, “壞”產出的價格信息又很難獲取,因而無法將“壞”產出納入到生產率的模型.隨著生產率測量方法的不斷深入 Fare 等[3]引入距離函數,提出 Malmquist生產率指數的計算方法.雖然解決了價格信息的問題,但對于存在“壞”產出的狀況,傳統距離函數顯得無能為力.針對這個問題,Chung等[4]引入方向性距離函數.由于方向性距離函數模型同時考慮了“好”產出的提高和“壞”產出的減少,也不需要考慮價格信息,并繼承了傳統效率分析技術的系統性和結構性框架,因此具有較高的可信性[5].國外關于方向性距離函數模型的研究成果已經很多,國內學者也開始關注這個問題[6-8],但國內在農業生產領域的研究還不多見.基于此,本研究擬以省際面板數據為基礎,運用方向性距離函數模型測度農業環境技術效率,衡量環境與農業發展的協調性,并探討農業發展與環境協調性變化的驅動機制,為農業環境政策的制定提供依據.

1 研究方法與數據

1.1 環境技術效率與農業發展-環境的協調性評價方法

衡量農業發展與環境的協調性,最關鍵的是全面科學地反映資源投入、經濟增長和環境污染之間的關系,將環境因素引入到經濟系統的分析框架.為此,本研究將農業生產中產生的不受歡迎的副產品(各種污染物)定義為“壞”產出,正常的產品稱為“好”產出.Fare等[5]將包括“壞”產品在內的產出與要素資源投入之間的技術結構關系稱為環境技術.假設某個地區農業生產中使用 N種投入 x =(x1, x2,xN) ∈得到M種好產出y =(y1, y2,ym)∈和T種壞產出 b = (b1, b2, bT)∈,生產可行性集可以表示為:

生產可行性集P( x)具有以下特點:①一個地區如果沒有“壞”產出,就沒有“好”產出,也就是說二者是同時存在的,從而將環境因素納入到分析框架中.用公示表達為:(y, b)∈ P( x),且b=0,那么y= 0.②產出弱可處置性(weak disposability of outputs),即“好”產出和“壞”產出同比例減少,仍然在生產可行性集中.這個特性表明污染的減少是要付出代價的.

運用數據包絡分析方法可以將滿足上述特點的環境技術模型化,假設每一個時期 t=1, 2,…,T ,第 K個(k=1,2…)決策單元(地區)的投入和產出值為 (xk,t,yk,t,bk,t).

雖然環境技術的構造對環境技術概念的解釋很有好處,但是對于計算卻是很困難的.為了計算環境技術效率,需要通過方向性距離函數將這樣的生產過程模型化.方向性距離函數有投入和產出兩種視角.由于本研究所要實現的是在既定的產出下,達到最大的“好”產出和最小的“壞”產出,因此使用基于產出視角的方向性距離函數:

g=(gy,gb)是產出擴張的方向向量.方向性距離函數需要選擇不同的方向向量.當方向向量是 g=(y,?b),并且壞產出在技術上具有弱可處置性.可以利用DEA來求解方向性距離函數:

可見,方向性環境距離函數是采用非參數線性規劃技術,計算某個地區在某一時期相對于環境前沿生產者的距離,即生產者相對于環境生產前沿,產出擴張與污染縮減的最大可能倍數.環境技術效率值介于0～1之間.落在環境生產前沿面上的地區的效率值為 1,表示該地區與其他地區相比,投入產出和污染排放處于最佳的水平,資源投入最少產出最多、污染排放最少,該地區農業發展與環境處于高度協調狀態.環境技術效率能夠較全面地描繪現實農業生產與理想狀態(給定技術結構和要素資源投入水平,產出最大、污染排放最少的地區)的差距,因此可以根據環境技術效率取值的大小定義環境與農業發展的相對協調程度.如果環境技術效率取值范圍是(0.9,1],則將該地區定義為“優質協調地區”,即資源投入少、產出多、污染排放少地區;定義環境技術效率在(0.8, 0.9]之間為“良好協調地區”;環境技術效率取值范圍(0.7, 0.8]之間為“中等協調發展地區;環境技術效率在(0.6, 0.7]之間為“不協調地區”;如果環境技術效率小于 0.6則為“嚴重不協調地區”.

1.2 指標選擇

按照上述理論方法探討農業發展與環境的協調性,最重要的是選擇合適的投入和產出指標,指標的選擇主要包括“好”產出、“壞”產出和投入3個方面.

(1) “好”產出.“好”產出主要選擇農林牧漁產值和糧食產量,并對原始數據進行了精致,主要是以不變價對農業產值進行統一折算.

(2) “壞”產出.對于如何全面、科學地表達一個地區的環境破壞和資源損耗整體水平,國內外現有研究尚未給出統一答案,相關研究普遍采用具體污染指標.本研究也采用這種思路,用農業生產中的COD, TN和TP排量作為“壞”產出環境指標.

(3) 投入指標.農業生產的投入指標可以用土地、資本和勞動力投入的數量來表征[9].鑒于數據的可獲得性,用農用地面積來表示對土地的投入,資本的投入用農田化肥施用量和農業機械總動力來表示,勞動力投入用農業生產中的實際勞動人員來表示.

1.3 農業面源污染核算

農業面源污染定量核算方法主要包括3類:一是利用基于小流域的大量模擬和試驗,通過數學模型進行測度.但由于監測成本較高[10],在大尺度區域采用加總各小流域模擬結果的方法是不現實的.二是尋求相應的指標替代,如,利用化肥、農藥使用量、畜禽糞便排放量、水土流失等指標代替農業面源污染排放,此類指標無法在同一尺度上比較區域農業面源污染的差異.三是以綜合調查為基礎的分析方法.國內學者進行了一系列的面源污染調查,并建立了基于單元的綜合調查評價方法[11]以及清單分析方法[12],能夠適用于大尺度區域的測度.綜合以上方法,本研究擬利用清單分析的思路,假設一定的農業活動對應一定的農業污染排放量,綜合多種分析方法建立農業活動和污染排放量之間的響應關系.農業面源污染核算的技術路線具體見圖1.

圖1 農業面源污染核算技術路線Fig.1 Technical Route of agriculture non-point source pollution accounting

(1) 污染類型識別與產污分析.主要是對面源污染源進行分析,首先要識別主要的面源污染類型,明確面源污染調查的范圍和評估內容.大量研究表明,種植業和養殖業是農業污染的主要來源[13-14].現代農業的專業化、集約化打破了傳統的種植業和養殖業之間物質和能量循環,形成農業系統“高投入、高產出、高廢物”的生產模式,導致大量廢物不能有效利用,它們和過量投入一起成為水環境污染的主要來源[15].此外農村生活污染源對生態環境的影響也不容忽視[1].因此,主要分析農田化肥、畜禽養殖、農田固體廢棄物以及農村生活四種污染類型.核算的污染物主要COD、TN、TP 3類.

(2) 單元確定與統計調查.這兩個過程相互影響,調查單元是指產生污染物并對面源污染具有一定貢獻率的獨立單位.本研究以農業活動為出發點,以農業統計數據為依托,以單元為核心,以省市為核算單位,對農業面源污染源分析、分解,并建立調查的基本單元(見表 1).并將已確定的單元作為調查統計的對象.各省(市)的調查指標數據主要來自歷年的《中國統計年鑒》、《中國農村統計年鑒》、《中國環境統計年鑒》以及各省市農業統計資料.

(3) 產污過程調查與分析.主要對面源污染物流失情況進行定量分析的過程,是確定單元排放系數取值的基礎.通過文獻調研,綜合樣本地區的研究結論[12,16-18],并重點參閱了文獻[19]和[20]中的分省或不同區域各參數取值,最終建立不同產污單元省際層次上各農業污染產污強度系數、資源綜合利用系數和流失系數的數據庫.

表1 農業面源產污核算單元Table 1 Unit of agriculture non-point source pollution accounting

(4) 農業污染評估.主要是對各種污染物的排放量進行估算的過程,其計算公式如下[12]:

式中:E為農業和農村污染的排放量;EUi為單元i指標統計數;iρ為單元i污染物的產污強度系數;iη為表征相關資源利用效率的系數;PEi為農業和農村污染的產生量,即不考慮資源綜合利用和管理因素時農業生產和農村生活造成的最大潛在污染量;Ci為單元i污染物j的排放系數,它由單元和空間特征(S)決定,表征區域環境、降雨、水文和各種管理措施對農業污染的綜合影響.

2 農業發展與環境協調性時空特分析

根據方向性距離函數的理論,采用非參數線性規劃技術,測度出1997～2009年31個省(市)環境技術效率,并根據環境技術效率取值的大小衡量環境與農業發展的相對協調程度.

2.1 靜態評價

從2009年環境技術效率得分看,北京、黑龍江、上海和西藏的環境技術效率較高,環境與農業發展處于高度協調狀態.山西、云南、陜西、甘肅、寧夏、貴州、廣西、安徽、河北、重慶等地區的協調度小于 0.7,處于不協調甚至極不協調狀態.為了更進一步反映環境與農業發展的協調狀況,通過匯總的方式計算出1997～2009年間各地區環境技術效率的平均得分,將不同地區按照協調性大小進行歸類.①優質協調地區:西藏和吉林;②良好協調地區:黑龍江、上海、北京、遼寧;③一般協調地區:四川、福建、江蘇、廣東、海南、內蒙古、江西、浙江、重慶;④不協調地區:天津、新疆、山東、貴州、湖南、湖北、青海等省市;⑤嚴重不協調地區:河南、河北、安徽、云南、廣西、寧夏、甘肅、山西、陜西.

從靜態分析情況看,中國大陸31個省市中大部分地區環境與農業發展處于不同程度的失衡狀態.值得注意的是,農業環境技術效率與農業污染排放絕對量之間不存在對應關系,并不是污染排放量大,環境技術效率就低,農業發展與環境的協調性就差.可能的解釋是:在經濟發展水平較高的地區,人們對農產品的消費己由數量的滿足轉向質量的提高階段,對環境質量較為重視,政府通過發展蓄積起來的經濟實力開始轉向農業環境整治,同時農業的清潔生產技術已經開始應用,能夠有效減少農業污染.

2.2 動態評價

1997～2009年間平均環境技術效率為0.692,并且呈現波動狀態.為了考察協調性的動態變化,將研究期分三個階段(1997～2000年、2001～2004年與 2005～2009年),其協調度的平均值分別為0.677、0.645、0.742.近年來農業發展與環境協調性增加的主要原因:國家大規模的推行以稅費減免為主要內容的“惠農新政”,加強農業生產基礎投資,重視農業環境治理,力求改變農業基礎設施薄弱和農業生產環境污染嚴重的狀況,有利于提升農業發展與環境協調性.

表2列出了不同階段各省(市)的平均環境技術效率.按照不同階段協調性的變化可以進行如下歸類:①保持協調發展的地區:吉林和西藏;②一直處于不協調發展的地區:天津、河北、山西、內蒙古、安徽、浙江、江西、山東、河南、湖北、湖南、廣西、陜西、甘肅、青海、寧夏、新疆等省市自治區;③從不協調向協調轉化的地區:北京、遼寧、黑龍江、上海、福建、江蘇、廣東、海南;④協調性惡化的地區:重慶、四川、貴州和云南4地區.從動態分析來看,經濟發展水平較高的東部地區大都保持著協調發展的態勢或者已經向協調狀態轉化,而經濟發展水平較低的中部和西部地區大都保持著不協調的態勢或者協調性不斷惡化.

表2 全國各省市不同階段的環境技術效率Table 2 Environmental ecological efficiency of different provinces

3 農業發展-環境協調性影響因素分析

3.1 模型設定及估計

利用 1997～2009年 31個地區的面板數據,采用多元回歸方法檢驗農業發展-環境協調性與影響因素之間的關系,模型形式設定為:

式中:ETE表示環境技術效率;zi代表影響因素;iβ是被估計參數;μ是標準白噪聲;α是截距項.

影響因素指標的選擇主要考慮區域經濟發展水平、農業結構、農業生產設施條件、農業資源稟賦、環境管理制度等方面.①區域經濟發展水平指標選擇人均 GDP,并引入了平方項. ②農業結構變動指標考慮農業產值結構變動和部門內部結構兩個方面,分別用畜禽養殖業產值比重(Ani)和糧食作物與經濟作物的比例(Plastr)來表示.③對于農業基礎設施條件,用農業基礎設施的投資來表示(Inv).④用人均經營耕地數量(Acul)來代替經濟發展中對農業資源需求的供給狀況,該指標能夠反映一個區域農業資源的稀缺程度.⑤環境管理制度和政策(Ins)通常很難直接衡量,主要有兩種思路:一是采用指標代替的方法[21],但環境管理制度是多方面,僅僅用其中的一方面來代替缺乏令人信服的解釋;二是利用專家打分法得到環境管理制度的量化指標[22],能夠綜合對環境管理制度進行評價,避免了指標替代法的片面性,具有一定的優越性.本研究也擬采用這種思路,通過專家打分的特爾菲方法,對農業污染管理制度進行量化.主要是以與農業污染管理相關政策的頒布和執行情況為基準,按照“很差、差、一般、好、很好”五個等級,請專家對不同時段和不同區域的農業環境政策的執行情況進行打分,并根據打分結果賦值,最后通過加權求和的方法得到農業環境管理制度的量化指標.

由于面板數據同時具有截面、時序的兩維特性,模型設定直接決定了參數估計的有效性,因此,必須對模型設定形式進行假設檢驗.利用Eviews 5.1軟件進行回歸,根據F-test和Hausman檢驗選擇合適的模型,各項回歸參數見表3.

表3 環境技術效率影響因素回歸結果Table 3 Regressive result of effects on environmentalecological efficiency

3.2 模型結果分析

經濟發展水平對農業發展與環境協調性的影響.回歸分析結果表明,人均GDP的系數為正,并且人均 GDP平方的系數為負,這說明人均GDP和環境技術效率之間符合環境庫茲涅茨曲線假說.隨著經濟發展水平的提高,公眾對農業環境質量的要求也逐步提高.

農業結構對農業發展與環境協調性的影響.從種植業結構來說,模型結果表明,糧食作物在種植業中的比重的增加,能夠提高農業發展與環境的協調性.近二十年來糧食作物播種面積所占的比重不斷減少,而經濟作物播種面積呈迅速上升趨勢.這導致了施肥總量和施肥結構的變動,傳統的糧食作物施肥量穩步增長的同時,很多新興的經濟作物化肥施用水平也達到很高的水平.增加了農業污染產生的潛在危險,不利于農業與環境的協調發展.從農業產值結構變動來說,回歸結果顯示,畜牧業產值比重的提高能夠提升農業發展與環境的協調性,和王兵等[23]的研究結論一致.這與畜牧業附加產值較高,單位產值的污染排放強度較低有很大的關系.

農業生產基礎設施對農業發展與環境協調性的影響.模型結果顯示,回歸系數為正,這是符合預期的.一方面隨著對農業基礎設施投入水平的提高,農業基礎設施建設也逐步完善,這對于提高農業綜合生產能力和產出水平起到了積極的作用;另一方面一些基礎設施比如,農田水利設施、節水灌溉設施、農業生態建設工程,也能夠上減少農業生產中的污染排放和生態破壞.

農業資源稟賦對農業發展與環境協調性的影響.農地資源豐富的地區,可以通過推行土地適度規模經營,提高致污性投入的利用效率,從而減少污染排放量,增加農業發展與環境的協調度.回歸結果顯示,耕地資源稟賦對農業發展-環境協調性的影響不顯著.可能的解釋是我國人多地少,人均耕地資源稟賦較少,農業生產中實行家庭承包責任制,人為地將土地劃分為若干小塊,土地經營規模普遍偏小,不能夠通過規模經濟減少農業致污性投入.

環境管理制度對農業發展與環境協調性的影響.從回歸系數來看,農業環境管理制度對農業環境技術效率影響較為顯著,符號為負.可能的解釋是我國的環境制度與農業環境污染特征的不適應性、農業環境管理制度不健全等在很大程度上限制了其正面效應的發揮.因此,農業環境污染管理制度改革的重點是逐步完善農業環境管理體制.

4 結論

4.1 1997～2009年間全國農業環境技術效率的平均值為 0.692,農業發展與環境的協調性整體偏低,大部分地區環境與農業發展處于不同程度的失衡狀態.并且在研究期內農業發展與環境的協調度具有較大的波動性,除了受天氣因素影響外,最主要的是農業環境技術效率的增長機制存在著很大的不穩定性.

4.2 綜合靜態和動態兩方面的分析結果,經濟發展水平較低的中部和西部地區的大部分省市的環境與農業增長處于失衡狀況,并且在研究期內大都一直處于失衡狀態;經濟發展水平較高的東部的大部分省市農業發展與環境關系較為和諧,并且在研究期內大都一直保持著協調狀態或者逐步向協調狀態轉變.因此,不同地區在環境管理中應實行差別化的管理政策,以確保農業可持續發展.對于協調性較高東部的地區,應注重農業發展質量的提高,大力推行作物生產高效與清潔生產技術等現代農業科技,加強農業生產的科學規劃,整合零散農業生產資源,建立減少化肥、農藥、農膜投入的激勵機制.對于協調性較低的地區來說,應依托當地資源稟賦條件,加強與周圍鄰近地區的交流和合作,改進農業投入要素的質量,縮小與最佳生產前沿面的距離.

4.3 農業發展與環境協調性的影響因素是多方面的.經濟發展水平的提高促進了農業環境技術效率的改善,主要原因是經濟發展水平的提高使得人們有更大的意愿和能力治理農業環境污染,從而增大資源環境與農業發展的協調性;農業結構變動兩個層次(種植業結構和農業產值結構)都對農業環境技術效率產生重要影響;農業基礎設施投資投入量的增加能夠提高農業發展與環境的協調性;環境制度與農業環境污染特征的不適應性、農業環境管理制度不健全等在很大程度上限制了其正面效應的發揮.

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Coordination of agricultural growth with environment.

LIANG Liu-tao*(College of environment and planning, Henan University,Kaifeng 475004 ,China). China Environmental Science, 2012,32(9)：1702～1708

The paper based on the inter-provincial panel data from 1997 to 2009, make use of directional distance function model to measure the evaluate the coordination of environment with agricultural development,explore its spatial and temporal characteristics,and the evolution of driving mechanism. The environment and agricultural development coordination were quite different in different provinces. A higher level of economic development, better conditions for agricultural production in the eastern of country, more harmonious in the agricultural development and the environment. The impacts which effect coordination of agricultural development with environmental was multifaceted, such as level of economic development, agricultural structure, agricultural infrastructure investment, agricultural resource endowments, agricultural environmental management institutional and so on.

coordination；agriculture development；the efficiency of environmental technology

2011-12-05

教育部人文社會科學研究一般項目(11YJC790095)資助

* 責任作者, 講師, ltliang@henu.edu.cn

X820

A

1000-6923(2012)09-1702-07

梁流濤(1981-),男,河南開封人,博士,講師,主要研究方向為資源環境管理.發表論文10余篇.