燕山—太行山片区农村经济发展与农业碳排放EKC曲线研究

任辉滨+李建民

摘要：以保定西部8县为例，对该地区1997～2012年农业碳排量进行测算，并运用EKC曲线模型对保定西部地区农村经济发展与农业碳排放的关系进行验证。结果表明，保定西部地区农业碳排放量在逐年升高，但近几年增长速度开始放缓；EKC模型显示保定西部地区农业碳排放和农村经济发展水平之间存在着明显的倒“U”型曲线关系，且即将进入下降阶段，然而多种因素会对该趋势产生影响，该区域仍面临经济发展和生态保护的双重压力。最后提出科学降低化肥、农药、塑膜的使用量，采用先进农业技术降低机械碳排量，发展新型农业经济等策略。

关键词：环境库兹涅茨曲线；燕山-太行山片区；农业碳排放

中图分类号：F327 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）19-4757-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2014.19.065

Relationship between Rural Economic Development and Agricultural Carbon Emission Based on in Yanshan-Taihang Mountain Areas Environmental Kuznets Curve Model

REN Hui-bin， LI Jian-min

（Business College， Agricultural University of Hebei， Baoding 071000， Hebei， China）

Abstract： Taking calculated 8 counties in Baoding city as an example. The agricultural carbon emission in this area from 1997 to 2012. The relationship between environment and rural economy development was analyzed by environmental kuznets curve model. The results showed that the agricultural carbon emission was increasing. The rate of agricultural carbon emission growth was slowed down. The relationship between carbon emission and agricultural economy development presented an “U”-shaped curve. The trend was influenced by many factors. Advices were proposed to reduce application rate of fertilizers， pesticides and plastic film， to use new advance technology of agriculture and to develope new agricultural economy.

Key words： environmental kuznets curve（EKC）； Yanshan-taihang mountain areas； agricultural carbon emission

燕山-太行山片区保定区域（下文简称保定西部地区）位于保定市西部，地处京津等发达城市周边，面积为130万hm2，2012年末总人口为323.2万人，乡村人口为283.5万人；区域共包含8县，分别为涞水、阜平、涞源、望都、易县、唐县、曲阳、顺平。该区域属于重要生态功能区，担负着京津冀等地区重要城市的绿色生态安全屏障、水源涵养和供给、土壤保持等多项生态任务。该地区环境质量要求高、生态任务重。随着国家对农业的支持力度不断加大，该区域农村经济迅猛发展，农民人均纯收入从1997年的1 779.78元增长到2012年的4 068.62元，年均增长速度达到5.67%，成为推动保定地区经济发展的重要动力。然而在该区域农村经济飞速增长的同时，农业生产过程中化肥、农药、塑膜等污染性农用物资的大量使用给环境带来的压力日益明显，其中，1997～2012年，该区域化肥、塑膜使用量增幅分别达到27.05%和24.75%，影响到区域重要生态功能的持续发挥及农业的可持续发展。

面对农村经济发展与农村生态保护的双重压力，处理好二者的关系是该地区的当务之急。由于碳排放可以衡量大多数农用物资对环境的压力，因此本研究从农业碳排放的角度出发，对保定西部地区1997～2012年农业生产资料的碳排放进行测算，并对该区域农业碳排放与农村经济发展的关系进行环境库兹涅茨曲线（Environmental kuznets curve， EKC）模拟验证，以求找出两者的内在联系，这对保定西部地区协调农村经济发展和生态保护的关系、制定相关环保政策具有重要指导意义。

1 环境库兹涅茨曲线（EKC）简介

生态环境与经济发展之间的关系一直以来都是各国学者研究的热点。20世纪90年代初期，美国学者在对66个国家的14种环境污染物在12年间的变化规律进行深入研究后，发现环境质量状况与经济发展水平之间存在着倒“U”型曲线关系[1]，即一个国家或地区在经济发展初期，由于该国或地区的生产技术水平比较落后，导致环境污染程度随着经济发展而不断地升高，但是当该国或地区经济发展到一定程度，伴随着科学技术和人民生活水平的提高，该国或地区的环境污染程度会逐渐降低[2]，这和美国经济学家库兹涅茨1955年提出的库兹涅茨曲线（Kuznets curve）非常相似，因此形象的称之为环境库兹涅茨曲线。

EKC模型提出后，国内学者纷纷运用此方法对经济发展与环境质量的关系进行验证。张晖等[3]、牟新利等[4]、王义加[5]从农村面源污染角度进行分析，结果表明农村面源污染与经济发展水平呈现倒“U”型曲线关系。林伯强等[6]采用EKC模拟和二氧化碳实际预测法两种方式对中国二氧化碳排放量的拐点进行研究，并对拐点影响因素进行分析。李国志等[7]、许广月等[8]对中国东、中、西部地区二氧化碳排放量的变化进行分析，发现东部、中部地区二氧化碳排放量与经济增长呈倒“U”型曲线关系。

2 燕山-太行山片区（保定区域）农业碳排放现状分析

2.1 碳排放计算方法

碳排量计算所用数据来源于《河北农村统计年鉴（1998-2012）》，包括保定区域8县的化肥折纯量、农药使用量、塑料薄膜使用量、机耕面积、有效灌溉面积和农业机械总动力6项，其中2012年数据系根据《保定经济统计年鉴（2013）》统计数据补充而来。根据相关学者的研究[1，9，10]，农业生产要素的碳排量可使用以下公式进行计算：

Et=Em+Ef+Ep+Ec+Ei （1）

式（1）中，Et表示农业生产总碳排放量，Em、Ef、Ep、Ec、Ei分别表示农用机械、化肥、农药、塑料薄膜以及农业灌溉所产生的碳排放量。其中，农业机械的碳排放计算公式为：

Em=（Am×B）+（Wm×C） （2）

式（2）中，Am为机械耕地面积，Wm为农业机械总动力，B、C为转化系数，分别为16.47 kg/hm2、0.18 kg/kW[1]。其余农业生产要素碳排放计算公式分别为：

Ef=Tv×δf；Ep=Tp×δp；Ec=Tc×δc；Ei=Ti×δi

上式中，Tf、Tp、Tc、Ti分别为化肥折纯使用量、农药使用量、塑料薄膜使用量、有效灌溉面积，δf、δp、δc、δi分别为各农业生产要素碳排放转化系数，取值分别为0.896 kg/kg、4.934 kg/kg、5.180 kg/kg、266.480 kg/hm2[9，11]。

2.2 总体区域农业碳排放现状分析

2.2.1 区域碳排放总量及人均排放量趋势分析 依据上述方法和《河北农村统计年鉴》相关数据，对燕山太行片区保定区域1997～2012年农业生产中的碳排放量进行测算。从农业碳排放总量变化趋势（图1）可以看出，该地区农业生产要素碳排放整体呈现上升趋势，从1997～2012年该区域农业碳排放总量从96 228.06 t增长到118 570.20 t，增加了22 342.14 t，增长幅度为23.22%，平均增长速度为1.42%。从变化趋势上还可以看出，该地区农业碳排量自1997～2000年增长速度较慢且比较稳定。2001～2003年碳排放量出现大幅波动，原因为小麦、玉米等高化肥需求作物的最低收购价格涨幅较小，农民受其影响改种其他作物，小麦、玉米种植面积波动较大，导致化肥、农药等使用量出现较大波动。2004～2007年保定西部地区农业碳排放量快速上升，主要是因为2003年底和2004年初小麦、玉米等收购价格大幅上涨，种植面积扩大，化肥、农药等使用量增多所致，其中2007年化肥使用量（折纯量）比2005年增加了7 862 t，增长幅度达到8.54%。2008～2012年该地区农业碳排放总体为增长态势，但速度有所放缓，原因是随着该地区农村生活水平提高，农民意识到环境保护的重要性，同时该区域农业生产技术也在提高，化肥、农药的使用效率有所提升。但是，由于该区域农业生产对化肥等物资依赖程度较高，且利用率较低，该地区农业碳排放总量仍有可能出现快速增长的趋势。从人均碳排放量的变化趋势（图1）可以看出，该区域人均碳排放量从1997年的36.342 6 kg上升到2012年的41.826 0 kg，增长幅度为15.09%，人均碳排放量的变化趋势与碳排放总量的变化情况基本一致，自1997～2000年增长速度较慢且比较稳定，2001～2003年人均碳排放量出现一定波动，2004～2007年人均碳排放量快速增长，2008～2012年人均碳排放量总体仍呈上升趋势，但增长速度开始放缓。

2.2.2 各途径碳排量特征分析 从各排放途径碳排放量计算结果（表1）可知，1997～2012年化肥使用产生的碳排放量所占比例平均为80.98%，排名第一，化肥的过量使用是该区域碳排放不断增加的主要原因；农药使用产生的碳排放量所占比例平均为14.24%，是该区域农业所占比例碳排放的第二大途径；农用塑料薄膜产生的碳排放量所占比例平均为2.39%，排名第三；农业机械的碳排放量所占比例平均为2.37%，排名第四；农田灌溉碳排放量所占比例最小，平均仅为0.02%。

从各个途径的碳排放量变化趋势（表1）上看，1997～2012年保定西部地区农业生产过程中，化肥、农业机械使用所产生的碳排放量均呈现稳定、快速的增长趋势；塑料薄膜使用产生的碳排放量呈现一定程度的波动，但总体呈现增长趋势，原因是塑膜使用量的外界影响因素较多；农药使用和农田灌溉所产生的碳排放量未出现明显增长，但因每年病虫害程度和降雨量不同，使用量不稳定，碳排放量呈波动式变化。从1997～2012年，耕作机械碳排量的增长幅度为32.22%，平均增长速度最快，为1.88%；化肥的碳排量增长幅度为27.05%，平均增长速度排名第二，为1.61%；塑料薄膜碳排量增长幅度为24.75%，平均增长速度排名第三，为1.49%；农药产生的碳排放量每年在15 000 t左右波动；农田灌溉碳排放量则在25 t左右波动。

2.3 区域内各县农业碳排放现状分析

从表2中可知，各县2012年农业碳排放总量排序结果前4名为易县、唐县、顺平、望都。这些地区都是以种植业为主的农业大县，由于农业生产规模化程度较低，再加上种植户自身条件的限制，“高投入、高消耗”的粗放型农业发展模式在这些地区普遍存在。其中，易县由于现代农业起步晚，生态保护、耕地保护等多方面存在不足，化肥、农药等物资利用效率相对较低，碳排放量较高。就各排放途径碳排量比较而言，化肥使用产生的碳排放量排名前四的县为唐县、易县、望都、顺平；农用机械使用产生的碳排放量排名前四的县为曲阳、易县、唐县、望都；塑料薄膜使用产生的碳排放量排名前四的县为顺平、涞水、易县、望都；农田灌溉产生的碳排放量排名前四的县为易县、望都、曲阳、顺平；农药使用产生的碳排放量排名前四的为易县、曲阳、顺平、唐县；人均碳排放量较高的四县为望都、顺平、易县、唐县。

3 研究区域农业碳排放与经济发展的EKC验证

3.1 变量选择与数据来源

本研究采用环境库兹涅茨曲线模型（EKC）对保定西部地区农村经济发展与农业碳排放的内在联系进行验证。通常EKC模型所用数据有时序、截面、平行3类，在实证过程中采用时序数据进行验证。选取该区域农村人均碳排放量作为被解释变量，由于农民碳排放偏好主要由农民个体收入决定，且选取该区域农村人均纯收入指标作为解释变量比选取农村总收入更能反映农村经济发展状况，因此本研究选取农村人均纯收入作为解释变量。1997～2012年该区域农村人均碳排放量、农村人均纯收入指标具体数据见表3，其中人均纯收入来源于《保定经济统计年鉴》1998～2013年数据，人均碳排放量系运用上文数据计算所得。

3.2 EKC模型的选取

本研究选取国际常用的简约式二次环境库兹涅茨曲线（EKC）模型对保定西部地区农村经济发展水平和农业碳排放之间的关系进行验证，模型具体形式如下：

Y=β0+β1X+β2X2+ε （3）

选取该区域农村人均碳排放量Y作为农业碳排放水平指标，并将其作为被解释变量；选取该区域人均纯收入X作为农村经济发展水平指标，将其作为解释变量；β0，β1，β2分别为EKC模型的待定系数，ε为模型的随机干扰项。模型待定系数β0，β1，β2取值不同，农业碳排放量指标与农村经济发展水平指标间的关系也不同：

1）当β2<0且β1>0时，农业碳排放量指标Y和农村经济发展水平指标X形成的二次曲线开口向下，表现为倒“U”型，即二者为环境库兹涅茨（EKC）曲线关系。

2）当β2>0且β1<0时，农业碳排放量指标Y和农村经济发展水平指标X形成的二次曲线开口向上，表现为正“U”型。

3）当β2=0，β1≠0时，农业碳排放量指标Y和农村经济发展水平指标X表现为线性关系。

4）当β2≠0时，根据二次曲线的性质，可知曲线拐点为■。

3.3 计量模型运算结果

运用Eviews5.0软件，使用表3中的数据对环境库兹涅茨曲线（EKC）模型的待定系数进行估计，运算结果如表4所示。

通过表4中的估计结果，可知决定系数R2=0.894 516，自变量X对因变量Y具有较高的解释意义，F值=64.600 87（Prob=0.000）方程整体回归显著，DW统计量为1.373 593，通过检验，拟合方程为：

Y=22.841 8+0.009 669X+（-1.23×10-6）X2 （4）

回归方程的二次项的系数为-1.23×10-6，一次项系数0.009 669大于0，这表明农村人均碳排放量和农村人均纯收入之间存在着倒“U”型的EKC曲线关系。根据二次函数的性质，可知该曲线方程的拐点为3 930.49，其含义为：当保定西部农村人均纯收入达到3 930.49元时，农村人均碳排放量将会随着人均纯收入的增加而逐渐降低。

从图2可看出，保定西部地区2012年农村人均纯收入为4 068.62元，已超过3 930.49元。该地区整体农业碳排放即将进入下降阶段，其原因一方面是因为随着农业生产技术水平的提高，农民对化肥、农药、塑料薄膜等农业生产资料的利用效率越来越高，另一方面是由于农民生活水平的提高，对生活环境质量的要求也逐渐提高。但是，EKC曲线仅仅是对农业碳排放和农村经济发展水平两者以前经验数据的描述，很多不确定性因素的变动都可能会对该趋势产生影响，如农业政策、自然因素等，较长时期内该地区仍面临着农村经济快速发展和生态治理的双重压力。此外，从区域内部各县2012年实际农村人均收入情况来看，阜平（3 262元）、唐县（3 698元）、涞源（3 079元）、曲阳（3 308元）、顺平（3 283元）这5个县的农村人均纯收入还低于拐点值3 930.49元，这些县的人均碳排放量还将会升高。

4 燕山-太行山片区（保定区域）农业减排策略

研究结果表明，1997～2012年保定西部地区农业碳排放量为上涨趋势，但近些年增长速度开始降低，且EKC模型验证结果显示农村人均纯收入与人均碳排放量两者呈倒“U”型曲线关系，2012年该区域农村人均纯收入为4 068.62元，已超过EKC模型拐点数值3 930.49元，农业碳排放量即将进入下降阶段。然而，多种不确定性因素都会对该趋势产生较强影响，很长时期内该地区仍面临着农村经济快速发展和生态环境保护的双重压力，对此提出以下对策。

4.1 科学降低化肥、农药、塑膜使用量

从各碳排放途径的排放量看，2012年该地区化肥、农药、塑料薄膜的碳排量之和为115 568.83 t，所占比例高达97.46%，远远超过其他途径产生的碳排放。其中化肥碳排放量最高，所占比例为82.35%；农药碳排放量位居第二，所占比例为12.89%，必须采取措施降低这些物资的使用强度。但是，降低这些农用物资的使用量，并不是不使用这些物资，而是科学地减少不必要的浪费，合理、高效地利用这些物资。保定西部地区应大力推广测土配方施肥技术、化肥深施技术，提高化肥使用效率，提倡农民使用有机肥、生物肥、农家肥等代替传统化肥，如秸秆还田、使用沼渣沼液代替传统化肥等方式；通过农业技术讲座、科普宣传的方式让农民科学掌握农药使用剂量，提高农药的使用效率，引导农民使用生物农药或其他低毒农药，并向农民推广生态防治法，如：利用害虫天敌、杀虫性植物、微生物等方式进行农作物除虫，减少农药用量；推广新型揭膜技术，降低塑膜的残留率，采取措施鼓励农民使用生物降解、光降解等新型农膜代替传统农膜，不仅节约农民揭膜成本，还能降低环境污染，减少碳排放。同时，对于化肥、农药、农膜用量较高的县域，如易县、顺平、唐县等地，应加强管理，并结合具体情况采取恰当方式，减少碳排放。

4.2 采用先进农业技术，降低机械碳排放

保定西部地区农业机械的碳排放量从1997年的2 250.13 t增长到2012年的2 975.48 t，增长幅度为32.22%，年平均增长速度达到1.88%，是所有碳排放途径中增长速度最快的。为减少该地区农用机械的碳排放，应在耕作、播种、灌溉等生产环节采用先进的技术，如：保护性耕作技术、精量化播种技术、节水灌溉技术等，降低能耗，减少碳排放。其中，应用保护性耕作方式比普通的农业耕作方式节省15%～20%的机械动力，还可减少20%～35%的石化燃料使用量[12]。其次，淘汰落后的高污染、高能耗农业机械设备，鼓励农机生产企业与科研院所合作，根据当地自然条件，研发适合当地农业生产的设备。

4.3 发展新型农业经济，降低农业碳排放

通过实证分析，表明保定西部农业碳排放和农村经济发展水平之间存在着明显的倒“U”型EKC曲线关系。说明经济发展会对农业生产中的碳排放产生显著影响，管理部门应当依托当地优势资源，提高农民的收入，增强其减排热情。充分利用该地区紧邻京津冀地区发达城市的区位优势，依托京津冀市场对高端有机农产品的巨大需求，大力发展有机农业。同时，还应注意制定相关的农业减排法规，防止农户在生产中为了追求短期利益而对环境造成不可逆转的破坏。

参考文献

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[12] 王心颖，王 松，张宗毅.农业机械化节能减排技术体系的构建[J].中国农机化，2010（4）：6-10.

4.2 采用先进农业技术，降低机械碳排放

保定西部地区农业机械的碳排放量从1997年的2 250.13 t增长到2012年的2 975.48 t，增长幅度为32.22%，年平均增长速度达到1.88%，是所有碳排放途径中增长速度最快的。为减少该地区农用机械的碳排放，应在耕作、播种、灌溉等生产环节采用先进的技术，如：保护性耕作技术、精量化播种技术、节水灌溉技术等，降低能耗，减少碳排放。其中，应用保护性耕作方式比普通的农业耕作方式节省15%～20%的机械动力，还可减少20%～35%的石化燃料使用量[12]。其次，淘汰落后的高污染、高能耗农业机械设备，鼓励农机生产企业与科研院所合作，根据当地自然条件，研发适合当地农业生产的设备。

4.3 发展新型农业经济，降低农业碳排放

通过实证分析，表明保定西部农业碳排放和农村经济发展水平之间存在着明显的倒“U”型EKC曲线关系。说明经济发展会对农业生产中的碳排放产生显著影响，管理部门应当依托当地优势资源，提高农民的收入，增强其减排热情。充分利用该地区紧邻京津冀地区发达城市的区位优势，依托京津冀市场对高端有机农产品的巨大需求，大力发展有机农业。同时，还应注意制定相关的农业减排法规，防止农户在生产中为了追求短期利益而对环境造成不可逆转的破坏。

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[12] 王心颖，王 松，张宗毅.农业机械化节能减排技术体系的构建[J].中国农机化，2010（4）：6-10.

4.2 采用先进农业技术，降低机械碳排放

保定西部地区农业机械的碳排放量从1997年的2 250.13 t增长到2012年的2 975.48 t，增长幅度为32.22%，年平均增长速度达到1.88%，是所有碳排放途径中增长速度最快的。为减少该地区农用机械的碳排放，应在耕作、播种、灌溉等生产环节采用先进的技术，如：保护性耕作技术、精量化播种技术、节水灌溉技术等，降低能耗，减少碳排放。其中，应用保护性耕作方式比普通的农业耕作方式节省15%～20%的机械动力，还可减少20%～35%的石化燃料使用量[12]。其次，淘汰落后的高污染、高能耗农业机械设备，鼓励农机生产企业与科研院所合作，根据当地自然条件，研发适合当地农业生产的设备。

4.3 发展新型农业经济，降低农业碳排放

通过实证分析，表明保定西部农业碳排放和农村经济发展水平之间存在着明显的倒“U”型EKC曲线关系。说明经济发展会对农业生产中的碳排放产生显著影响，管理部门应当依托当地优势资源，提高农民的收入，增强其减排热情。充分利用该地区紧邻京津冀地区发达城市的区位优势，依托京津冀市场对高端有机农产品的巨大需求，大力发展有机农业。同时，还应注意制定相关的农业减排法规，防止农户在生产中为了追求短期利益而对环境造成不可逆转的破坏。

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