王延吉， 趙 靜， 王 穎， 金明姬*

(1.延邊大學農學院；2.延邊大學理學院:吉林 延吉 133002)

近年來，隨著我國經濟的發(fā)展，引起的環(huán)境問題也日益嚴重。在農業(yè)生產領域，農業(yè)面源生態(tài)環(huán)境破壞嚴重。農業(yè)面源污染的主要來源包括農業(yè)生產過程中的農藥、化肥及農膜等的過度使用，以及人畜糞便的不合理排放與農村生活污染源等。農業(yè)面源污染是造成水體富營養(yǎng)化污染的主要原因，也是引起土地肥力下降，土壤退化的主要原因[1]。

目前，國內外學者們廣泛針對環(huán)境壓力與經濟發(fā)展間關系進行討論，既而環(huán)境庫茲涅茨曲線(EKC)假說也成為當下的熱點問題[2]。EKC假說源于經濟增長與環(huán)境壓力關系的爭論，EKC假說認為在經濟發(fā)展早期環(huán)境質量會逐漸惡化，而經濟發(fā)展到一定水平后，環(huán)境質量將會逐漸得到改善，即環(huán)境壓力與經濟發(fā)展呈倒“U”型關系。但不少學者[3-6]也指出，環(huán)境壓力與經濟發(fā)展不僅僅是倒“U”型關系，也會出現(xiàn)線性關系、“U”型關系、“N”型關系及反“N”型關系等。

綜上，本文結合延邊地區(qū)農業(yè)面源污染源及經濟發(fā)展方面的基礎數(shù)據(jù)，采用環(huán)境庫茲涅茨曲線模型，分析延邊地區(qū)主要的農業(yè)面源污染源與經濟增長水平間的相關關系。為此，探究延邊地區(qū)農業(yè)面源污染源與經濟增長水平間的演替規(guī)律，為控制延邊地區(qū)農業(yè)面源的污染提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 變量選取與數(shù)據(jù)來源

當前EKC模型研究過程中常用到的數(shù)據(jù)有時間序列數(shù)據(jù)、截面數(shù)據(jù)及平行數(shù)據(jù)等3種。文中使用2004—2015年時間序列數(shù)據(jù)對EKC模型進行模擬。延邊地區(qū)農業(yè)面源污染源主要有農業(yè)農資污染與畜禽養(yǎng)殖過程中產生的畜禽養(yǎng)殖污染[7]，故文中的農業(yè)面源污染變量選取化肥投入密度、農膜投入量、農藥投入量及畜禽糞尿豬糞當量排泄密度；而針對經濟方面的變量則選取農業(yè)人均總產值[8]。文中所涉及到的相關變量基礎數(shù)據(jù)均取自《2015年延邊朝鮮族自治州統(tǒng)計年鑒》。

1.2 模型的建立

采用的EKC模型基本形式如下：

E=a0+a1B+a2B2+a3B3+ε

式中，E代表農業(yè)面源污染指標；B為農業(yè)人均總產值；ε為隨機誤差項；a0，a1，a2，a3為模型系數(shù)；模型系數(shù)的不同取值，可反映農業(yè)面源污染狀況同經濟發(fā)展水平間的不同變化關系(表1)。

表1 農業(yè)面源污染狀況與經濟發(fā)展水平間的變化關系

其中，倒“U”形曲線轉折點，即農業(yè)面源污染狀況達到轉折點所對應的經濟發(fā)展水平的計算公式如下：

B=-a1/2a2

據(jù)EKC假說農業(yè)面源污染狀況與經濟發(fā)展水平呈倒“U”形曲線關系[9]，而反映倒“U”型曲線關系的基本函數(shù)有二次函數(shù)型與三次函數(shù)型。因此，本文通過應用Origin軟件對模型進行擬合并檢驗，選取模型系數(shù)，確定最優(yōu)的回歸方程，以此描述延邊地區(qū)農業(yè)面源污染狀況與經濟發(fā)展水平間的關系。

1.3 數(shù)據(jù)處理

1) 畜禽糞尿排放量 有關畜禽糞尿排放量的估算，目前大多采用排污系數(shù)法[10-12]，故本文采用排污系數(shù)法對延邊地區(qū)不同畜禽糞尿排放量進行了估算，具體公式如下：

畜禽糞尿排放量=飼養(yǎng)量×糞尿日排泄系數(shù)×飼養(yǎng)周期

式中，對飼養(yǎng)量的統(tǒng)計，豬、家禽的年末存欄數(shù)包含在年末出欄數(shù)中，故用年末出欄數(shù)代表飼養(yǎng)量；而牛、馬、驢、騾、羊、鹿以年末存欄數(shù)代表飼養(yǎng)量。在各種畜禽飼養(yǎng)周期的選取中本文采用了不同的基礎數(shù)據(jù)，豬以199 d計，牛、馬、驢、騾、羊、鹿以365 d計，家禽以55 d計。文中通過大量的文獻調查，引用了如表2所示的不同畜禽糞尿排泄系數(shù)。

2) 畜禽糞尿豬糞當量排泄密度的計算 考慮到不同畜禽糞尿中的肥效養(yǎng)分差異，本文結合各類畜禽糞尿中的含氮量，將各類畜禽糞尿統(tǒng)一換算成了豬糞當量，其公式如下：

畜禽糞尿豬糞當量=各類畜禽糞尿產生量×豬糞當量換算系數(shù)

式中，各類畜禽糞尿豬糞當量換算系數(shù)[13]如表3。因表3中沒有涉及驢、騾、鹿，故采用馬的豬糞當量換算系數(shù)。結合計算所得畜禽糞尿豬糞當量與耕地面積基礎數(shù)據(jù)，計算延邊地區(qū)畜禽糞尿豬糞當量排泄密度。

表2 畜禽糞尿排泄系數(shù)

表3 各類畜禽糞尿豬糞當量換算表

2 結果與分析

2.1 化肥投入密度的模型擬合與評價

現(xiàn)代農業(yè)的最終目的是為人類提供足夠豐富的糧食，而糧食產量的增加途徑有2種：1) 增加耕地面積;2) 增加單位土地面積的產量[14]。增加耕地面積受國土總面積的限制，因此人們通過施用大量化肥，增加單位土地面積產量，達到糧食增產的目的。但長期過量的施用化肥不僅會阻礙農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，也會加重農業(yè)面源污染。

據(jù)統(tǒng)計，2004—2015年,延邊地區(qū)化肥投入量如圖1。2004年以來延邊地區(qū)化肥投入量逐年增加，其中,2004—2010年,化肥投入量增幅相對較小，2010—2012年,3年的化肥投入量增幅較大，但2012—2015年,化肥投入量增幅又有所減少。在分析年份中2015年的化肥投入量最多,為17.28萬t。

從化肥投入密度來看，2004—2010年,化肥投入量雖逐年增加，但因耕地面積的不斷變化，化肥投入密度變化較大，期間2008年出現(xiàn)了一個小峰值，達到385.6 kg/hm2。但2011—2015年，隨化肥投入量的大幅增加，化肥投入密度未受耕地面積影響逐年上升，在2015年達到分析年份的最大值，為440.5 kg/hm2。為控制化肥污染，發(fā)達國家制定了225 kg/hm2的化肥投入安全警戒線[15]，可以看出分析年份延邊地區(qū)化肥投入密度遠遠超過該警戒值。同時，2011—2015年,延邊地區(qū)化肥投入密度也高出全國平均水平的390 kg/hm2。

圖1 化肥投入量及投入密度變化趨勢

基于EKC模型并結合化肥投入密度與農業(yè)人均總產值相關基礎數(shù)據(jù)(表4)，進行擬合驗證結果如圖2，延邊地區(qū)化肥投入密度與農業(yè)人均總產值間呈“U”型曲線關系，其最優(yōu)擬合回歸方程為：E化肥=3.069×10-5B2-0.111 B+454.271，方程的相關系數(shù)R2為0.88，在0.05水平上呈顯著相關。

表4 2004—2015年延邊地區(qū)化農業(yè)人均總產值

圖2 化肥投入密度與農業(yè)人均總產值的擬合曲線

化肥投入密度的擬合呈“U”型曲線，化肥面源污染壓力隨經濟的增長呈先下降后增加的趨勢。其原因可能是早期延邊地區(qū)土壤中的養(yǎng)分較豐富，土壤肥力較高，投入少量化肥也可達到糧食產量的增產目的，促進經濟的發(fā)展。但隨農業(yè)生產活動的不斷開展，土壤中原有養(yǎng)分得到消耗，肥力降低，此時糧食產量的增產取決于化肥的投入量。但化肥投入量的加大，在促進經濟發(fā)展的同時，也會增大環(huán)境壓力，加重農村面源污染。故當前延邊地區(qū)政府有必要針對農民開展環(huán)保意識及農業(yè)科普知識等方面的宣傳活動，盡可能的減少化肥面源污染壓力。

可預測延邊地區(qū)在農業(yè)生產過程中對化肥的使用不進行相應控制時，接下來的一段時間內化肥污染將會持續(xù)上升。因此，有必要加大對環(huán)境節(jié)約型農業(yè)生產技術的研究與推廣，改變農民的傳統(tǒng)生產模式，提高化肥的使用效率。

2.2 農膜投入量的模型擬合與評價

農膜可提高土壤溫度，保持土壤濕度，有效改善培育條件，在農業(yè)生產中發(fā)揮重要作用[16]。但因其主要成分為聚乙烯，化學穩(wěn)定性強，在土壤中很難自然降解，故殘膜的不斷積累對土壤和水質造成一定危害，將加重農業(yè)面源污染。

由于數(shù)據(jù)的可得性，農膜投入量統(tǒng)計了2004—2013年10年的數(shù)據(jù)，其結果如圖3。2004—2013年,延邊地區(qū)農膜投入量不斷變化，整體呈波動上升的趨勢。2004—2005年,農膜投入量相對較少,低于1 500 t；而2006年農膜投入量大幅增加，增加至2005年的2倍之多；2006—2013年,農膜年平均投入量為3 010 t，2008年時達到分析年份中的最高值,為3 505 t，2011年開始一直處于其平均投入量之上。

圖3 農膜投入量變化趨勢

基于EKC模型并結合農膜投入量與農業(yè)人均總產值相關基礎數(shù)據(jù)，進行擬合驗證結果如圖4。延邊地區(qū)農膜投入量與農業(yè)人均總產值呈倒“U”型曲線關系，其最優(yōu)擬合回歸方程為：E農膜=-9.345×10-4B2+5.023B-3 420.226，方程的相關系數(shù)R2為0.64。根據(jù)方程，計算出轉折點所對應農業(yè)人均總產值為2 687元，2011年延邊地區(qū)農業(yè)人均總產值就已超過2 687元，在2011年之后隨著經濟水平的發(fā)展，農膜所帶來的面源污染逐漸得到改善。

農膜投入量的擬合呈倒“U”型曲線，農膜面源污染壓力隨經濟的增長呈先增加后下降的趨勢，其原因可能是由于農膜的保溫、保濕等優(yōu)點，以及消費者們對反季節(jié)性蔬菜的需求，使得農民們大量依賴農膜開展蔬菜大棚生產，導致延邊地區(qū)農膜投入量持續(xù)增加。但由于農膜自身的難降解性，以及可能會導致的持久性污染，延邊地區(qū)農委大力推廣用液態(tài)地膜代替農膜，使得隨經濟的增長農膜投入量呈下降的趨勢。農膜的使用在促進經濟發(fā)展同時，也會加重農業(yè)面源污染。因此，政府應給予一定的引導和干預，推廣使用新型高效產品，而在使用農膜時也要做好回收、處理等工作，盡可能的將危害降到最低。

圖4 農膜投入量與農業(yè)人均總產值的擬合曲線

2.3 農藥投入量的模型擬合與評價

農藥作為有效控制農林作物病蟲草鼠等危害的制劑，農藥的使用是確保農民增產增收的有效途徑。但農藥的不合理使用，不僅破壞農田生態(tài)環(huán)境，加重農業(yè)面源污染，也會使糧食蔬菜中的農藥殘留量超標，危害人體健康。

應統(tǒng)計數(shù)據(jù)的可得性，農藥投入量統(tǒng)計了2004—2013年10年的數(shù)據(jù)，其結果如圖5所示。2004—2013年,延邊地區(qū)農藥投入量變化幅度較大，整體呈波動上升的趨勢。2004—2006年,農藥投入量在分析年份中最低，均小于410 t；但2007年農藥投入量大幅增加，從2006年的408 t，增加到2007年的2 108 t，增加了5倍之多；之后的2007—2009年,農藥投入量不斷增加，到2009年達到一個小峰值，為2 671 t；而2010年農藥投入量又有1次大幅降低，降到1 458 t；2011—2013年,農藥投入量又不斷增加，到2013年達到分析年份中的最高峰，為2 836 t。

圖5 農藥投入量變化趨勢

基于EKC模型并結合農藥投入量與農業(yè)人均總產值相關基礎數(shù)據(jù)，進行擬合驗證結果如圖6所示，延邊地區(qū)農藥投入量與農業(yè)人均總產值呈倒“U”型曲線關系，其最優(yōu)擬合回歸方程為：E農藥=-1.07×10-3B2+6.176B-6 093.901，方程的相關系數(shù)R2為0.74，在0.05水平上呈顯著相關。根據(jù)方程，計算出轉折點所對應農業(yè)人均總產值為2 886元，2012年延邊地區(qū)農業(yè)人均總產值就已超過2 886元，在2012年之后隨著經濟水平的發(fā)展，農藥所帶來的面源污染逐漸得到改善。

農藥投入量的擬合呈倒“U”型曲線，農藥面源污染壓力隨經濟的增長呈先增加后下降的趨勢。其原因可能是分析年份初期，為增加糧食產量，促進經濟的發(fā)展，農民在農業(yè)生產過程中大量使用農藥。但隨高效、超高效低毒農藥品種的出現(xiàn)，以及人們對食品安全問題的不斷重視，現(xiàn)階段農業(yè)人均總產值已超過拐點值，表明隨經濟發(fā)展農藥投入所導致的農業(yè)面源污染逐漸改善，污染程度呈下降趨勢。若在未來農業(yè)發(fā)展中合理施用農藥，農藥將在農業(yè)面源污染中所占比例降低。

圖6 農藥投入量與農業(yè)人均總產值的擬合曲線

2.4 畜禽糞尿豬糞當量排泄密度與經濟增長的模型擬合與評價

隨畜禽養(yǎng)殖方式的規(guī)?；?、集約化，延邊地區(qū)不斷涌現(xiàn)出不同規(guī)模的畜禽養(yǎng)殖場。規(guī)?；B(yǎng)殖場的不斷發(fā)展壯大，也促使畜禽糞尿排放量的與日俱增，但因目前對畜禽糞尿治理水平有限，畜禽養(yǎng)殖污染成為農業(yè)面源污染的主要污染源。

通過排污系數(shù)法及畜禽糞尿生豬當量換算方法計算所得2004—2015年延邊地區(qū)畜禽糞尿豬糞當量排放量及其排泄密度如圖7所示。2004—2015年,延邊地區(qū)畜禽糞尿豬糞當量排放量由于受飼養(yǎng)量的影響，整體呈先上升后下降又緩慢上升的趨勢。在分析年份中，2010年排放量達到最大值，為558.4萬t；而2011年排放量達到最低值，為276.4萬t，降至2010年的一半左右；2012—2015年,其排放量有所上升，但上升幅度較小，2015年排放量只達到313.4萬t。

2004—2015年,延邊地區(qū)畜禽糞尿豬糞當量排泄密度呈先下降后上升并趨于穩(wěn)定的趨勢；2004—2010年畜禽糞尿豬糞當量排放量雖不斷上升，但受耕地面積的影響，其排泄密度整體呈小幅下降趨勢；而到2011年受飼養(yǎng)量影響，排泄密度下降幅度較大，從2010年的15.84 t/hm2下降到2011年的7.37 t/hm2，達到分析年份中的最低值；2011—2015年,畜禽糞尿豬糞當量排泄密度整體呈小幅上升并趨于穩(wěn)定的趨勢，到2015年其排泄密度達到7.99 t/hm2。

圖7 畜禽糞尿豬糞當量排放量及排泄密度變化趨勢

基于EKC模型并結合畜禽糞尿豬糞當量排泄密度與農業(yè)人均總產值相關基礎數(shù)據(jù)，進行擬合驗證結果如圖8所示，延邊地區(qū)畜禽糞尿豬糞當量排泄密度與農業(yè)人均總產值呈“N”型曲線關系，選取最優(yōu)擬合回歸方程為：E畜禽=4.434×10-6B3-3.189×10-2B2+66.625B-24 422.679，方程的相關系數(shù)R2為0.92，在0.05水平上呈顯著相關。根據(jù)方程，計算出的2個轉折點所對應農業(yè)人均總產值分別為1 538與3 258元。2006與2013年延邊地區(qū)農業(yè)人均總產值就已達到1 538與3 258元，即在延邊地區(qū)2006與2013年分別出現(xiàn)第1個轉折點與第2個轉折點。

圖8 畜禽糞尿豬糞當量排泄密度與農業(yè)人均總產值的擬合曲線

畜禽糞尿豬糞當量排泄密度的擬合呈“N”型曲線，畜禽糞尿面源污染壓力隨經濟增長呈先增加后下降再上升的趨勢。其原因可能是經濟發(fā)展初期，延邊地區(qū)在沒有強化畜禽養(yǎng)殖環(huán)境管理工作的情況下，大力發(fā)展畜禽養(yǎng)殖業(yè)，從而出現(xiàn)畜禽糞尿面源污染壓力隨經濟增長上升的趨勢。但隨國家對畜禽養(yǎng)殖環(huán)境管理工作的加強，為保證延邊地區(qū)畜禽養(yǎng)殖業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展，政府加大養(yǎng)殖場內部環(huán)境管理和投資力度，開發(fā)新技術合理處理畜禽糞尿，致使出現(xiàn)第1個轉折點，隨后畜禽糞尿面源污染壓力隨經濟增長呈下降趨勢。但隨著市場對肉禽蛋類需求的不斷增加，畜禽養(yǎng)殖業(yè)將會不斷發(fā)展，畜禽糞尿豬糞當量排泄密度將會出現(xiàn)第2個轉折點，即畜禽糞尿面源污染壓力隨經濟增長再次呈上升趨勢。為降低污染情況，未來如何對畜禽糞尿進行有效處理及合理利用將成為畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的重點。

3 討論與結論

本文運用2004—2015年時序數(shù)據(jù)對延邊地區(qū)化肥投入密度、農膜投入量、農藥投入量及畜禽尿豬糞當量排泄密度與農業(yè)人均總產值的EKC關系進行了模擬評價，其結果表明：1) 當前延邊地區(qū)化肥投入密度處于“U”型曲線的右側，可預測延邊地區(qū)在農業(yè)生產過程中對化肥的使用不進行相應控制時，接下來的一段時間內化肥污染將會持續(xù)上升；2) 與農膜、農藥投入量EKC曲線模擬結果可知，當前延邊地區(qū)農膜、農藥投入量在倒“U”型曲線的右側，若在未來農業(yè)發(fā)展中合理使用農膜及農藥，農膜及農藥將在農業(yè)面源污染中所占比例降低；3) 畜禽糞尿污染EKC曲線模擬結果表明，當前延邊地區(qū)畜禽糞尿污染進入第2個轉折點，處于“N”型曲線的最右側，其污染狀況再次出現(xiàn)惡化趨勢。

總體上，延邊地區(qū)農業(yè)面源污染與農業(yè)人均總產值呈“U”型、倒“U”型和“N”型等曲線關系。這說明延邊地區(qū)農業(yè)人均總產值與農業(yè)面源污染的關系受到技術水平、生產方式及政策制度等多種因素的綜合影響。但本文選用了2004—2015年時序數(shù)據(jù)，樣本過少，若結合截面數(shù)據(jù)，研究結果將會更加全面。

參考文獻：

[1] 饒靜,許翔宇,紀曉婷.我國農業(yè)面源污染現(xiàn)狀、發(fā)生機制和對策研究[J].農業(yè)經濟問題,2011(8):81-87.

[2] Strenger C.Long-Term Agricultural GHG Emissions and Economic Growth:The Agricultural Environmental Kuznets Curve across Italian Regions[C]// EAAE 2011 Congress Change and Uncertainty Challenges for Agriculture,Food and Natural Resources.2011:376-388.

[3] 張暉,胡浩.農業(yè)面源污染的環(huán)境庫茲涅茨曲線驗證——基于江蘇省時序數(shù)據(jù)的分析[J].中國農村經濟,2009(4):48-53.

[4] 李海鵬,張俊飚.中國農業(yè)面源污染與經濟發(fā)展關系的實證研究[J].長江流域資源與環(huán)境,2009,18(6):585-590.

[5] 鄭新梅,鐘桂芬,謝軼嵩.南京市工業(yè)“三廢”排放量環(huán)境庫茲涅茨曲線分析[J].安徽農業(yè)科學,2016(12):84-86.

[6] 李君,莊國泰.中國農業(yè)源主要污染物產生量與經濟發(fā)展水平的環(huán)境庫茲涅茨曲線特征分析[J].生態(tài)與農村環(huán)境學報,2011,27(6):19-25.

[7] 程云,賈永全,ChenYun,等.黑龍江省畜禽糞便排放量估算與溫室氣體排放現(xiàn)狀的分析[J].黑龍江八一農墾大學學報,2016(6):126-131.

[8] 陳東,王良健.環(huán)境庫茲涅茨曲線研究綜述[J].經濟學動態(tài),2005(3):104-108.

[9] 陳華文,劉康兵.經濟增長與環(huán)境質量:關于環(huán)境庫茲涅茨曲線的經驗分析[J].復旦學報(社會科學版),2004(2):87-94.

[10] 張緒美,董元華,王輝,等.江蘇省農田畜禽糞便負荷時空變化[J].地理科學,2007,27(4):597-601.

[11] 閆麗珍，石敏俊，王磊．太湖流域農業(yè)面源污染及控制研究進展[J]．中國人口·資源與環(huán)境，2010，20(1)：99-107.

[12] 蔡金洲,范先鵬,黃敏,等.湖北省三峽庫區(qū)農業(yè)面源污染解析[J].農業(yè)環(huán)境科學學報,2012,31(7):1421-1430.

[13] 賈源旭,趙乂,金明姬.圖們江流域耕地畜禽糞尿承載現(xiàn)狀分析[J].黑龍江畜牧獸醫(yī),2015(21):101-104.

[14] 徐謙.我國化肥和農藥非點源污染狀況綜述[J].農村生態(tài)環(huán)境,1996,12(2)：39-43.

[15] 劉志欣,邵景安,李陽兵.重慶市農業(yè)面源污染源的EKC實證分析[J].西南師范大學學報自然科學版,2015(11):94-101.

[16] 張超坤.加強農膜污染治理,促進農業(yè)可持續(xù)發(fā)展[J].南方農業(yè)學報,2001(5):277-279.