基于協(xié)整檢驗的農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施對低碳農(nóng)業(yè)的影響研究

李 澗，鄭春梅

（北方工業(yè)大學，北京100144）

1 引言

“低碳經(jīng)濟”、“低碳技術(shù)”、“低碳發(fā)展”、“碳足跡”、“低碳城市”等一系列新概念的提出，旨在改善人類當前的高碳發(fā)展模式。低碳農(nóng)業(yè)是相對于“高碳農(nóng)業(yè)”而言的。低碳農(nóng)業(yè)是低碳經(jīng)濟發(fā)展的重要組成部分，這個概念要比廣義的生態(tài)農(nóng)業(yè)還要更廣泛，不僅包含了生態(tài)農(nóng)業(yè)倡導的低化肥、少農(nóng)藥、高效的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，還指在農(nóng)業(yè)能源消耗越來越多，種植、運輸、加工等過程對電力、石油和煤氣等能源使用增加的同時，更注重農(nóng)業(yè)的整體能耗與排放的降低。

對于低碳農(nóng)業(yè)的影響因素有許多學者進行過研究。師帥等（2013）基于黑龍江省近20年的數(shù)據(jù)進行協(xié)整分析，結(jié)果表明化肥、農(nóng)藥和農(nóng)膜的投入是增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳排放的主因。姚延婷等（2010）認為農(nóng)村用電量、農(nóng)業(yè)機械總動力、農(nóng)用柴油量、化肥施用量等是溫室氣體的主要來源。鄭恒（2010）分析我國溫室氣體現(xiàn)狀后得出幾個結(jié)論：化肥過量使用導致溫室其他排放增多；化石能源高消耗導致溫室氣體排放量大；農(nóng)業(yè)碳排放量與化肥施用量、能源消費顯著相關(guān)。漆雁斌（2010）通過計量回歸得出，農(nóng)業(yè)碳排放與能源消耗、化肥施用量和二氧化碳排放有著非常顯著的相關(guān)性?？梢钥闯鲛r(nóng)業(yè)碳排放的主要影響因素就是化肥、農(nóng)藥的過量使用、農(nóng)用機械總動力、農(nóng)村用電量，但對于農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施方面對于農(nóng)業(yè)碳排放的研究尚不足，本文將以農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施作為研究對象，分析其對低碳農(nóng)業(yè)的影響。

2 農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施對低碳農(nóng)業(yè)作用機制

農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施是低碳農(nóng)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)與前提。農(nóng)村教育文化等項目的建設(shè)可以從根本上提高農(nóng)村勞動者的素質(zhì)，從而實現(xiàn)農(nóng)村可持續(xù)發(fā)展。道路交通等項目的發(fā)展有利于加強農(nóng)村與外界社會的聯(lián)系和交流，會促使農(nóng)村傳統(tǒng)觀念改變（鞠晴江，2006）。政府加大對農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的投入，建立有效的農(nóng)業(yè)防災、救災體系，加強農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施、農(nóng)業(yè)生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，有利于提高低碳農(nóng)業(yè)的綜合生產(chǎn)力，增強農(nóng)業(yè)發(fā)展的活力，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)與農(nóng)村的可持續(xù)發(fā)展（韋寧衛(wèi)，2011）。

農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施分為物質(zhì)基礎(chǔ)設(shè)施與社會基礎(chǔ)設(shè)施兩大類，前者是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中必需的，但沒有直接參與生產(chǎn)活動的一些物質(zhì)條件，如農(nóng)用灌溉、公共水利設(shè)施、發(fā)電站、道路、運輸設(shè)施等，可以改善生產(chǎn)條件，抵抗逆境；后者是為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更好的進行而提供服務(wù)的一些非物質(zhì)或社會條件，如教育機構(gòu)、土壤保持機構(gòu)等，側(cè)重于提供農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需的社會條件。

3 農(nóng)業(yè)物質(zhì)基礎(chǔ)設(shè)施對低碳農(nóng)業(yè)的影響

農(nóng)業(yè)物質(zhì)基礎(chǔ)設(shè)施主要包括農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施、電力基礎(chǔ)設(shè)施、交通運輸基礎(chǔ)設(shè)施三大方面，它對于農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)活動有重要意義。

3.1 農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施

農(nóng)田土壤中含有大量的有機碳，其主要來源于以各種形式進入土壤的有機物料，特別是農(nóng)作物殘體，如秸稈、糞肥、綠肥等。影響其含量的因素有很多，其中土壤中的水分是主要影響因素之一。在干濕交替的季節(jié)里，土壤團聚體會崩潰，使得其體內(nèi)受到保護的有機碳暴露出來，致使土壤呼吸強度在極短的時間內(nèi)大幅度提高，消耗大量的有機碳。而在干燥或干旱的情況下，土壤微生物會因失水而大量死亡，這也會影響到有機碳的分解速率，改變其含量。降雨后，土壤微生物數(shù)量激增，活性增強，激發(fā)了土壤的呼吸強度，分解土壤有機碳增加（Orchard V A，Cook F J，1983；陳勝全、李凌皓、韓興國，2003），而降雨對土壤呼吸速率的影響因土壤溫度狀況而異（Singh J S，Gupta S R，1977）。農(nóng)田水利設(shè)施的任務(wù)就是灌溉與排水，人為的改變土壤水分狀況，它主要包括田間灌排工程、灌區(qū)、灌區(qū)抗旱水源工程、水庫、塘壩、蓄水池、水窖、水井、引水工程和泵站等。因此農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施可以影響到土壤有機碳的含量。

3.2 能源基礎(chǔ)設(shè)施

現(xiàn)階段能源的使用主要是指消耗化石能源，這一過程會排放大量的CO2，是一個高碳產(chǎn)業(yè)，而新型能源的發(fā)展與使用又是現(xiàn)階段實現(xiàn)低碳經(jīng)濟的重要切入點。因此，能源消耗是中國節(jié)能減排的重點，也是中國發(fā)展低碳經(jīng)濟的重要支撐。作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中必不可少的條件之一，能源消耗也是農(nóng)業(yè)碳排放的主要源頭之一，實現(xiàn)低碳農(nóng)業(yè)的發(fā)展同樣離不開對它的改革。

3.3 交通運輸基礎(chǔ)設(shè)施

交通運輸業(yè)一直是低碳經(jīng)濟關(guān)注的重點，汽車數(shù)量的急劇增加加劇了溫室氣體濃度的增長，隨著國家對農(nóng)業(yè)的重視，我國農(nóng)村有了很大的發(fā)展，農(nóng)村的交通運輸也成為發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)的重要組成部分。農(nóng)村交通運輸?shù)闹饕绞接泄?、鐵路、水路，這些對于農(nóng)產(chǎn)品的運輸來說是必不可少的，但同時占用了大量的土地資源，由于我國土地資源有限，人均耕地面積不到世界水平的40%，因此必須充分的利用有限的土地資源，選擇既能滿足需求，又能節(jié)約資源、低碳環(huán)保的運輸方式。同時，交通運輸基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，有助于加強農(nóng)村與外界的溝通與聯(lián)系，從而了解更多的科學知識與生產(chǎn)技能，促進低碳農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

4 模型選取與說明

本文將采用協(xié)整檢驗分析農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施與低碳農(nóng)業(yè)之間有無長期穩(wěn)定的關(guān)系。協(xié)整指的是多個非平穩(wěn)經(jīng)濟變量的某種線性組合是平穩(wěn)的，主要研究一些非平穩(wěn)的經(jīng)濟時間序列存在的長期均衡問題，步驟如下。

4.1 平穩(wěn)性檢驗

在對經(jīng)濟時間序列進行協(xié)整檢驗時，首先必須進行變量的平穩(wěn)性檢驗。即要求該時間序列數(shù)據(jù)的隨機過程的特征不會隨著時間推移而變化，之所以要對時間序列進行平穩(wěn)性檢驗，就是要克服“偽回歸”現(xiàn)象。

假設(shè)一個回歸模型為Yt＝?0＋?1Xt1＋u1，如果?1＝1，則該時間序列Yt存在一個單位根，這時就 被稱為單位根過程。對兩式兩邊減去后，得到如下結(jié)論：

其中，這時檢驗就?1＝1變?yōu)闄z驗β＝0是否成立，檢驗β＝0 是否成立的過程即單位根檢驗，本文采用ADF檢驗，其基本假設(shè)為：

原假設(shè)：Hβ ＝0，存在單位根；備擇假設(shè)：H0：QUOTEβ＜0，不存在單位根。

如果得到的ADF統(tǒng)計量大于顯著性水平下的臨界值，則接受原假設(shè)，表明存在單位根，序列是非平穩(wěn)的，反之亦然。

4.2 協(xié)整檢驗

對于時間序列的協(xié)整檢驗，常用的有兩種方法，一個是E-G 兩步法，由恩格爾和葛蘭杰共同提出，另一個是由為Johansan提出的極大似然法。協(xié)整關(guān)系檢驗最常用的方法是EG 兩步法，其過程如下：

第一步是對時間序列Yt的分量序列進行靜態(tài)回歸，公式表示為βTYt＝ut，其中｛ut｝為隨機誤差序列。利用觀測數(shù)據(jù)，通過普通最小二乘法進行擬合，得到殘差序列。然后，檢驗殘差序列的平穩(wěn)性，即利用ADF檢驗殘差序列是否平穩(wěn)。若殘差序列是平穩(wěn)的，則可以確定時間序列Yt的分量序列之間存在協(xié)整關(guān)系。第二步，為進一步考察因變量和自變量之間的短期波動對長期影響的關(guān)系，可以建立誤差修正模型ECM。

4.3 數(shù)據(jù)說明

本文研究是農(nóng)業(yè)設(shè)施建設(shè)對低碳農(nóng)業(yè)的影響，指標的選取如表1。

表1 指標與數(shù)據(jù)

（1）Y是單位耕種面積的農(nóng)業(yè)碳排放，即農(nóng)業(yè)碳排放與農(nóng)作物總播種面積的比。

（2）有效灌溉面積，在一般情況下，有效灌溉面積應(yīng)等于灌溉工程或設(shè)備已經(jīng)配備，能夠進行正常灌溉的水田和水澆地面積之和，它與農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)該是正相關(guān)關(guān)系，因此本文選用的是有效灌溉面積來反應(yīng)農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施對低碳農(nóng)業(yè)的影響。

（3）鄉(xiāng)道，道路的發(fā)展程度是衡量交通運輸是發(fā)展的重要指標，農(nóng)村道路主要有鄉(xiāng)道與村道，但由于村道在2006年才開始統(tǒng)計，因此本文只選用鄉(xiāng)道來反應(yīng)交通運輸基礎(chǔ)設(shè)施對低碳農(nóng)業(yè)的影響。

（4）農(nóng)用柴油消耗量，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中使用最多的能源是柴油，因此本文選用農(nóng)村用電量應(yīng)電力基礎(chǔ)設(shè)施對低碳農(nóng)業(yè)的影響。以上數(shù)據(jù)來源于《中國統(tǒng)計年鑒》、《中國農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》、《中國公路水路交通統(tǒng)計》。

5 模型檢驗與結(jié)果

5.1 單位根檢驗

首先對各個變量取自然對數(shù)以使數(shù)據(jù)趨勢線性化和消除時間序列中存在的異方差，同時其回歸系數(shù)又代表了彈性的意義。結(jié)果如表2。

表2 單位根檢驗

由表2可以 看 出，變 量lnY、lnX1、lnX2的ADF 統(tǒng)計量均大于10%臨界值，因此它們均是非平穩(wěn)時間序列變量，但lnX3在5%的顯著性水平下平穩(wěn)。在經(jīng)過一階差分后，D（LnY）、D（lnX1）、D（lnX2）、D（lnX3）的ADF統(tǒng)計量均小于10%臨界值，不存在單位根，即序列是平穩(wěn)的，即為一階單整，因此滿足協(xié)整檢驗的前提條件，可以檢驗lnY及主要相關(guān)變量之間是否存在協(xié)整關(guān)系。

5.2 協(xié)整檢驗與協(xié)整方程

先對變量做靜態(tài)回歸，即采用普通最小二乘法進行回歸。把所有變量引入方程，進行回歸分析，見表3。

由表3可以得出回歸方程：

由表3可知，模型的 為0.813921，說明模型的擬合優(yōu)度較高，樣本回歸方程的代表性較強。DW 值為1.87，在2的附近，說明模型中不存在自相關(guān)問題。從表3中可以看出lnX2和lnX3的回歸系數(shù)通過了顯著性水平為1%的顯著性檢驗，而lnX1的回歸系數(shù)通過了10%的顯著性檢驗。說明有效灌溉面積、農(nóng)用柴油量每增加1%，單位耕種面積的碳排放就增加43%、34%；每增加鄉(xiāng)道1%，單位耕種面積的碳排放就減少23%。對回歸方程的殘差序列進行平穩(wěn)性檢驗，即采用ADF檢驗殘差序列是否存在單位根。見表4。

表4 殘差序列的ADF單位根檢驗結(jié)果

上述結(jié)果表明，lnY和lnX1、lnX2、lnX3之間存在協(xié)整關(guān)系?；貧w方程的殘差序列在10%的顯著性水平下平穩(wěn)。

5.3 誤差修正模型的建立

通過上述協(xié)整分析，得出我國單位耕地面積碳排放與灌溉面積、鄉(xiāng)道、農(nóng)用柴油量之間存在長期的均衡關(guān)系，但是要想知道對于它們之間的短期動態(tài)均衡關(guān)系就必須建立誤差修正模型。誤差修正模型考慮了長期均衡關(guān)系以及短期調(diào)節(jié)作用。根據(jù)以上分析，以lnY的一階差分D（lnY）為因變量，lnX1的一階差分，D（lnX1）、lnX2的一階差分D（lnX2）、lnX3的一階差分D（lnX3）、滯后一起的誤差修正項e（-1）為自變量，建立誤差修正模型，見表5。

表5 誤差修正模型回歸分析結(jié)果

得到的誤差修正模型為：

由表5可以得知，為0.909386，說明模型的擬合優(yōu)度很高，樣本回歸方程的代表性強。DW 值為1.849890，在2 的 附 近，說 明 不 存 在 自 相 關(guān) 問 題。DlnX1、DlnX2、DlnX3均沒有通過檢驗，誤差項e（-1）的估計系數(shù)為-0.969449，體現(xiàn)了對偏離的修正，上一期偏離越遠，本期修正量越大，即系統(tǒng)存在誤差修正機制。

6 結(jié)語

（1）單位播種面積的農(nóng)業(yè)碳排放與有效灌溉面積、農(nóng)用柴油消耗量之間存在長期的均衡關(guān)系，且為正相關(guān)。究其原因可能是農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施的修建使得土壤水分狀況變化劇烈，不有利于土壤有機碳的固定。農(nóng)用柴油的消耗本身就是一個高碳的過程，因此消耗量越大，單位播種面積的碳排放越多。鄉(xiāng)道的修建使得農(nóng)產(chǎn)品可以迅速進入市場，降低了貯藏時間，減少了碳排放，并且便利的交通使農(nóng)民加強了與外界的聯(lián)系，增強了低碳意識。

（2）單位播種面積的農(nóng)業(yè)碳排放與鄉(xiāng)道之間存在長期的均衡關(guān)系，且呈負相關(guān)。這可能是因為鄉(xiāng)道的修建使得農(nóng)產(chǎn)品可以迅速進入市場，降低了貯藏時間，減少了碳排放，并且便利的交通使農(nóng)民加強了與外界的聯(lián)系，增強了低碳意識。

（3）單位播種面積的農(nóng)業(yè)碳排放與有效灌溉面積、鄉(xiāng)道、農(nóng)用柴油量之間沒有明顯的短期動態(tài)均衡關(guān)系。這可能是因為農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施修建包含了技術(shù)進步的因素與農(nóng)村固定投資，科學技術(shù)的進步是一個緩慢的過程，科技進步產(chǎn)生的實際效應(yīng)傳導到低碳農(nóng)業(yè)上需要一定的時間。而農(nóng)村固定投資在一定時期內(nèi)不會發(fā)生變化，也導致了農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施與碳排放之間沒有顯著的短期動態(tài)均衡。

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