農業經濟增長與污染排放的環境庫茲涅茨曲線驗證
——基于養豬大省湖南的數據分析

杜紅梅，蔣 禮

(湖南農業大學商學院，中國 長沙 410128)

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農業經濟增長與污染排放的環境庫茲涅茨曲線驗證
——基于養豬大省湖南的數據分析

杜紅梅，蔣 禮*

(湖南農業大學商學院，中國 長沙 410128)

生豬養殖業是湖南農業經濟增長的重要一翼，但其所帶來的環境污染問題也不容忽視.科學計算生豬養殖業的二氧化碳排放量，探討其與農業經濟增長的關系，對制定養殖環境減排政策具有重要的指導意義.基于環境庫茲涅茨曲線模型假說，依據湖南省1989—2013年的相關統計數據，在對湖南全省及主產區生豬養殖碳排放總量進行測算的基礎上，將其與反映農業經濟發展水平的農民人均純收入之間的關系進行了檢驗.最后依據分析結果，提出促進湖南生豬養殖業可持續發展的對策建議.

環境庫茲涅茨曲線；人均碳排放；低碳養殖

全球性的環境污染問題已成為不爭的事實，對人類生存、社會經濟、可持續發展等方面構成了嚴重的威脅.各國大力呼吁重視環境問題，促使環境壓力和經濟發展兩者關系的討論日益增多.而對于環境庫茲涅茨曲線的研究，正是研究熱點之一[1].上世紀70年代初，Ehrlich和Holdren提出IPAT等式，指出科技的發展可以補償人口、收入對環境的影響，從而降低環境的壓力[2].20世紀90年代初，美國經濟學家Grossman 和Krueger利用GEMS的城市大氣質量統計數據進行分析得出SO2、微塵和懸浮顆粒三種環境污染指標和人均收入之間呈現“倒U型曲線”，首次證實了環境質量與人均收入之間的關系[3].Panayoton借用1955年庫茲涅茨界定的經濟發展與收入不均等之間的“倒U型曲線”，第一次將環境質量與人均收入間的關系定義為環境庫茲涅茨曲線，形成了一個描述經濟發展與環境污染水平演替關系的計量模型[4].Selden 和Song重點研究了二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮和懸浮顆粒物四種污染物質，證實它們與收入水平都呈現出“倒U型”的關系，并且特別指出，世界性的大氣污染問題在未來將進一步惡化，各類污染物的排放將經歷一段很長的時期后才會逐步降低[5 ].這些研究表明：隨著人均收入水平提高，環境污染先是由低到高的加劇；當經濟發展達到一定的臨界點后，環境的質量將得到改善，環境污染會由高點慢慢的回落.雖然國外眾多學者的研究證實了環境庫茲涅茨曲線的存在，但也有一些實證研究不支持環境庫茲涅茨曲線假說.Shafik 和Bandyopadhyay 的研究表明城市的衛生狀況和飲用水的安全程度是隨著人均收入的增加而好轉的，但城市固體廢棄物和河水質量卻隨著經濟的發展而惡化[6].韓國學者Jaekyu在對本國二氧化硫濃度與經濟增長研究后發現兩者呈現“倒U型”關系，而人均二氧化硫與經濟增長則存在單調遞增的關系[7].

面對中國經濟高速增長所帶來的愈益嚴重的環境問題，我國學者也開始了對環境庫茲涅茨曲線的研究.許廣月和宋德勇利用1990—2007年中國省域面板數據，證實了中國東部和中部地區存在人均碳排放的環境庫茲涅茨曲線，但西部地區尚不符合情況[8].曹大宇、李谷成基于1995—2005年的省際面板數據，對中國農業EKC假說進行了檢驗，得出人均化肥投入和人均農業產出之間不存在“倒U型”的EKC關系，而在人均農藥施用和人均農業產出之間則存在明顯的“倒U型”關系[9].邵鋒祥等對陜西省1978—2008年的經濟發展與碳排放量的關系進行了分析，發現陜西省的情況符合人均碳排放庫茲涅茨曲線“倒U型”的特征，通過預測將在2040年左右出現拐點[10].田素妍等選取了2003—2009年的省際統計數據，建立了經濟發展水平和畜禽養殖碳排放的計量模型，研究結論更具有政策意義[11].

總的來看，國內外對環境庫茲涅茨曲線經驗研究選取的研究對象主要集中在城市、工業污染，對于農業污染與經濟發展的關系研究相對不足，學者們各自的研究視角和使用的研究變量及數據都有所不同，有的研究結果支持環境庫茲涅茨假說，而有的不支持，這表明對環境庫茲涅茨假說的論證還有很長的路要走.湖南生豬養殖污染排放與農業經濟增長關系如何？是否也存在倒“U”型關系？如果存在，是否已到達轉折點？這些問題的探討對政府制定養殖污染減排政策具有重要價值.

1 研究方法

1.1 養豬業污染碳排放量估算

生豬養殖過程中的碳源一般分為腸道發酵、豬糞儲存、能源耗費3大類.其碳排放量主要指的是將生豬由仔豬喂養到出欄整個生長過程中所排放到空氣中的甲烷、氧化亞氮等溫室氣體換算成二氧化碳排放量的總和.本文在查閱國內外相關文獻資料的基礎上，參考了政府間氣候變化專家委員會(IPCC)在2006年發布的畜禽溫室氣體排放因子的界定，并運用趙勝男等[12]的畜禽養殖碳排放量的計算方法，確定湖南生豬養殖業碳排放的測算公式：

Qemi=Qpro-Quse，

Qpro=Qf+Qm，

(1)

其中，Qemi為生豬養殖碳排放量；Qpro為生豬養殖碳產生量；Quse為沼氣使用而減少的碳排放量；Qf為生豬腸道發酵甲烷排放量；Qm為生豬糞便管理系統碳排放量.

參考IPCC在2006年發布的相關信息，式(1)中生豬腸道發酵甲烷排放量的測算公式為：

Qf=EF×生豬出欄數×GWPCH4/1 000，

其中，Qf為腸道發酵甲烷排放量；EF為生豬腸道發酵的排放因子；GWPCH4為CH4的全球增溫潛勢值.

基于生豬糞便是沼氣發酵的理想原料這一科學觀念，由這一方式產生的碳排放來源主要有兩個方面，其一是糞便管理系統產生的碳排放量；其二是沼氣代替化石燃料產生的碳排放量.其計算公式為：

CMPm=CEMm+CENm+ERmf，

其中，CMPm為生豬糞便資源化利用的碳排放量；CEMm為糞便管理系統產生的CH4的量；CENm為糞便管理系統產生的N2O的量；ERmf為沼氣代替化石燃料產生的碳排放量.

而具體來看，糞便管理系統排放的CH4計算公式為：

CEMm=∑(RQ×FP/365)×EFMmm×GWPCH4/1 000，

其中，RQ為生豬的飼養量；FP為生豬的飼養期；EFMmm為糞便管理系統CH4排放因子.

再者，糞便管理系統排放的N2O計算公式為：

CENm=∑(RQ×FP×DN×GW)×EFNmm×(44/28)×GWPN2O/1 000，

其中，DN為生豬日均氮排放量；GW為生豬的平均體重；44/28為N2O與N的轉換系數；EFNmm為糞便管理系統N2O排放因子；GWPN2O為N2O的全球增溫潛勢值.

當在飼養過程中用沼氣代替化石燃料所產生的碳排放量的計算公式為：

ERmf=(CEMm×CVm×ηn/ηl)×EFl×R0×(44/12).

(2)

其中，CVm為沼氣熱值；ηn為沼氣熱效率；ηl為液化石油氣熱效率；EFl為液化石油氣的碳排放因子；R0為液化石油氣的氧化率；44/12為C和CO2的轉換系數.

由此，式(1)中的Quse可以采用“沼氣替代化石燃料產生的碳排放”式(2)來計算.

1.2 變量選取及數據來源

采用湖南省1989—2013年的相關統計數據驗證環境庫茲涅茨曲線.根據前文的生豬養殖碳排放量的測算方式，本文選取生豬養殖人均碳排放量(tCO2)來作為污染的衡量指標，以農民人均純收入作為經濟發展水平的衡量指標.湖南生豬養殖出欄量的統計數據來源于《湖南統計年鑒》，農民人均純收入數據來源于《湖南農村統計年鑒》，碳排放量計算所需各類參數來源于相關文獻[13-15]，詳情見表1，2.

表1 生豬養殖碳排放計算參數(一)

數據來源：《2006年IPCC國家溫室氣體清單指南》[13].

表2 生豬養殖碳排放計算參數(二)

數據來源：相關資料文獻.

1.3 環境庫茲涅茨曲線與模型設定

借鑒已有的研究成果，本文采用反映環境污染與經濟增長之間關系的簡約式回歸方程進行模擬：

Y=b0+b1X+b2X2+b3X3+μ，

(3)

其中，Y為環境污染指標，本文選取湖南省人均生豬養殖碳排放量；X為經濟發展水平指標，本文選取湖南省農村居民人均純收入；b0,b1,b2為模型系數；μ為隨機誤差項.在實際模型的構建中，分別對線性模型、二次曲線模型、三次曲線模型進行回歸分析，結果顯示三次曲線模型的擬合效果最好，其修正擬合優度均要大于線性模型和二次曲線模型，同時方程R方和各項系數均能通過顯著性檢驗.

模型系數根據實際情況不同而變化，可反映出環境污染狀況與經濟發展之間的關系，①若b1>0，b2<0且b3=0時，環境污染和經濟發展存在EKC關系；②若b1<0，b2>0且b3=0時，環境污染和經濟發展為U型關系；③若b1>0，b2<0且b3>0時，環境污染和經濟發展則為N型曲線關系；④若b1<0，b2>0且b3<0時，環境污染和經濟發展即為倒N型曲線關系.

根據(3)式中的回歸結果可以得出環境庫茲涅茨曲線的轉折點(TP)為：

X*=-b1/2b2.

(4)

2 結果與分析

2.1 湖南全省養豬業碳排放與農業增長的模型擬合

2.1.1 模型擬合結果 本文基于環境庫茲涅茨“倒U型”曲線假說，運用SPSS 22.0軟件進行計量模型估計，其擬合方程為：

Y=14.158+0.055X-5.508×10-6X2+1.091×10-10X3.

根據式(4)計算可得出相應的轉折點為4 993元.這一結果表明，當湖南省農民人均純收入超過4 993元時，湖南省的生豬養殖碳排放量呈現降低的趨勢.目前湖南省生豬養殖碳排放所造成的環境污染已經進入了轉折期，轉折發生于2010年.同時，也說明了湖南省人均生豬養殖碳排放量與湖南省農村居民人均純收入之間存在顯著的“倒U型”曲線，其R2的結果為0.983，對環境庫茲涅茨曲線具有充分的解釋意義.

表3 湖南生豬養殖碳排放量EKC模型匯總和參數估計

因變量：人均生豬養殖碳排放量(tCO2); 自變量：農村居民人均純收入(元/人).

圖1 人均生豬養殖碳排放量與農村居民純收入之間的模型擬合結果(圖中圓圈為數據點，實線為擬合曲線，下同)Fig.1 Model fitted result between carbon emission of Hog breeding per capital and net income of peasant (Circle dot presents data,and solid line is fitting curve)

2.1.2 曲線擬合特征 湖南省1989—2013年生豬養殖人均碳排放與農村居民人均純收入的關系符合環境庫茲涅茨曲線，并已經過了拐點(圖1).說明目前隨著湖南省農村經濟發展，農村居民純收入的逐步增加，人均生豬養殖碳排放量在逐步減少.從擬合庫茲涅茨曲線的形狀來看，湖南省的人均生豬養殖碳排放目前已渡過最嚴重的時期，進入“倒U型”曲線的右半部.表明隨著農業經濟的增長，湖南生豬養殖業正在向可持續化發展轉型.一方面是因為，人們的環境消費意識增強，對優質環境的要求越來越高，促使政府也更加重視環境法規的制定和嚴格執行；另一方面，隨著經濟的增長使得政府有了進行環境保護投資和環境技術改造的資金投入能力，所以湖南省生豬養殖的環境污染出現了下降趨勢，環境質量正在逐步的改善.

2.2 湖南8個生豬主產區碳排放與農業增長的模型擬合

2.2.1 模型擬合結果 本文基于環境庫茲涅茨“倒U型”曲線假說，運用SPSS 22.0軟件對湖南省8個生豬主產區的相關數據進行回歸分析，結果見表4.

表4 湖南省8個主產區生豬養殖碳排放EKC模型分析結果

2.2.2 模型擬合結果和曲線擬合特征分析 長沙市和湘潭市的生豬養殖人均碳排放量與農民人均純收入的擬合曲線呈“正U型”，表明這兩市的生豬養殖人均碳排放量在經歷了初期的下降后，從20世紀90年代開始呈快速增長趨勢.長沙市是湖南省的省會，無論在經濟總量上，還是經濟結構上都領先于湖南省其他城市，自長株潭一體化啟動后，長沙市對湖南省的經濟帶動作用就顯得更加重要.尤其在2003年以后，長沙市工業經濟步入“提速發展”的新階段以來，其產業結構已從1978年的一、二、三產業比例分別為33.3∶44.2∶22.5，調整到了5.74∶52.23∶42.03，由此可見，二、三產業已成為拉動長株潭城市發展的支柱產業，而農業所占的比重在不斷縮小，使得該地區生豬養殖所產生環境污染問題沒有得到政府足夠的重視以及科學的管控.

因此，長沙市和湘潭市的政府相關部門在推行環境保護政策時應當要分而治之，在追求規模增長的同時優化種養業結構，創新種養模式與技術，盡可能的縮短環境曲線的上升期間或降低曲線的拐點.

圖2 1989—2013年長沙市、湘潭市生豬養殖碳排放與農民人均純收入的擬合曲線Fig.2 Fitted curves between carbon emission of Hog breeding and net income of peasants in Changsha and Xiangtan during 1989—2013

其余6個生豬主產區的模型擬合結果以顯著程度排序依次為郴州市、常德市、邵陽市、衡陽市、永州市、和岳陽市，其R2檢驗值分別為0.988，0.987，0.985，0.984，0.983和0.965，顯著性均為0.000，說明這些地區的生豬養殖碳排放量和農民人均純收入的關系擬合效果良好，統計檢驗較為顯著，6個地區均符合環境庫茲涅茨曲線的特征，且都呈現出“正N型”的曲線關系.當農民人均純收入郴州市為2 789元、常德市為2 998元、邵陽市為3 007元、衡陽市為3 890元、永州市為3 142元、岳陽市為2 685元時，其地區經濟的增長能改善環境質量.

圖3 1989—2013年郴州市、常德市生豬養殖碳排放與農民人均純收入的擬合曲線Fig.3 Fitted curves between carbon emission of Hog breeding and net income of peasants in Chenzhou and Changde during 1989—2013

圖4 1989—2013年邵陽市、衡陽市生豬養殖碳排放與農民人均純收入的擬合曲線Fig.4 Fitted curves between carbon emission of Hog breeding and net income of peasants in Shaoyang and Hengyang during 1989—2013

圖5 1989—2013永州市、岳陽市生豬養殖碳排放與農民人均純收入的擬合曲線Fig.5 Fitted curves between carbon emission of Hog breeding and net income of peasants in Yongzhou and Yueyang during 1989—2013

從長期來看，這些地區所呈現出來的“正N型”曲線關系表明，湖南省生豬養殖環境污染和經濟增長兩者的關系并沒有長期維持在同一狀態下，而是在經濟發展到達一定水平后會重新組合，呈現出新的變化.結合湖南實際情況來看，自2008年湖南省政府頒布《湖南省人民政府關于推進生豬業持續健康發展的意見》，其中特別強調要建立規?；?、標準化養殖場和養殖小區，增加畜牧科技投入，加強技術創新，以上6個生豬主產區的人均碳排放量均得到了較好的控制.到2009年，國務院出臺《“促進中部地區崛起規劃”實施意見》，提出要促進傳統農業向現代農業、低效農業向高效農業轉變，推動優質農產品和特色農業成片規模發展.作為湖南農業支柱產業的生豬業也得到了更多的關注和重視.直至2010年中共中央、國務院發布的《關于加大統籌城鄉發展力度進一步夯實農業農村發展基礎的若干意見》一號文件中專門討論畜牧問題，強調要“加快發展畜牧水產規?；?、標準化、健康養殖，采取市場預警、儲備調節、增加險種、期貨交易等措施，穩定發展生豬業”，促進湖南生豬養殖業的健康發展成為當時政府工作的焦點.隨著一系列相關政策的頒布，湖南省生豬養殖業的污染排放問題得到高度重視，其養殖方式、技術條件都有了的相當的改進.但之后政府管控有所放松，使得生豬養殖的環境污染勢頭又有所抬頭.

3 結論和建議

3.1 研究結論

通過對湖南省1989—2013年的農業經濟增長和生豬養殖碳排放之間關系的實證分析，研究發現：(1)湖南省在樣本期間符合環境庫茲涅茨曲線假說，其經濟增長和環境污染之間呈現“倒U型”關系；(2)長沙市和湘潭市的生豬養殖碳排放量與農民人均純收入的擬合曲線呈“正U型”；(3)其余6個生豬主產區生豬養殖碳排放量與農民人均純收入都呈現出“正N型”的曲線關系.

3.2 對策建議

首先，優化產業結構、加快產業結構的升級.我省作為“農業大省、養豬強省”，不可能依靠縮減農業和養殖業規?；蛘呓档宛B殖業比重的方式來實現環境保護.政府及相關職能部門應該加強產業結構優化與升級的政策導向，改變重高產技術輕環保技術的不合理的技術投入結構，為實現種養協調發展提供有力的技術支撐[16].

其次，強化技術創新，加大創新技術推廣應用力度.科技進步是促進經濟發展和環境改善的最有效途徑，創新養殖模式、推廣生態養殖技術，提倡并鼓勵養殖場(戶)在養殖過程中采用新技術，降低生產過程中的污染排放.同時重視對改善能源消耗結構、減少碳排放等先進技術的運用，實現物料的再循環利用.

第三，加大環保投入，創新養殖污染管控政策手段.隨著現代科技水平的提高，社會各界對環境監控的手段也愈加豐富，測量結果也更為精準，更利于環境狀況的及時反饋.國際經驗表明，環保投入達到GDP的1%～5%時就可以控制污染，所以政府積極地、持續地進行生豬養殖業的環境管控，增加環保投入，加大治理力度，對于改善環境狀況是行之有效的.農業生產的不可替代性和對生態環境的依賴性決定了一旦生態環境遭到破壞，改善或恢復生態環境將付出更加高昂的成本代價.環境問題本質上就是經濟問題，市場經濟是利益經濟，因此對污染的管控除了應用命令控制型政策工具外，更多的應采用經濟激勵型工具，使生產經營主體控污成為自覺行為，以求湖南生豬養殖業盡快實現低碳養殖和經濟增長的“雙贏”局面，增強湖南省農業經濟增長的可持續性.

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(編輯 CXM)

Testing of Environmental Kuznets Curve Between the Development of Agricultural Economy and Pollution Emission： Data Analysis Based on Hunan Province

DUHong-mei,JIANGLi*

(College of Business,Hunan Agricultural University,Changsha 410128,China)

Pig breeding industry is an important wing of the development of Hunan agricultural economy,but the corresponding environmental problems can not be ignored.Computing the carbon dioxide emissions of pig breeding,and exploring its relationship with economic development have important guiding significance for the constituting of energy conservation policies.Based on the hypothesis of environmental Kuznets curve model and the relevant statistical data of Hunan province from 1989—2013,this paper calculates the total carbon emissions of Hunan province and its main producing areas,and tests its relationship with the farmers’ net income which reflects the development level of agricultural economy.And finally it put forward some countermeasures to promote the sustainable development of pig breeding industry.

environmental Kuznets curve; per capita carbon emission; low-carbon farming

10.7612/j.issn.1000-2537.2016.05.002

2015-10-10

湖南省高校創新平臺開放基金資助項目(13K067)；湖南省涉農企業發展研究中心資助項目(920390100027)；湖南農業大學人才基金資助項目(15RCPT03)

*通訊作者,E-mail：215625118@qq.com

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A

1000-2537(2016)05-0009-07