山東省農(nóng)業(yè)面源污染的時空特征及影響因素分析

余秋菊，武以敏，高鳳偉，欒詩晴

宿州學院統(tǒng)計調(diào)查咨詢服務中心，安徽宿州，234000

山東省近二十年來不斷擴大規(guī)?？偭?，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結構，其中農(nóng)業(yè)發(fā)展取得了輝煌成就，山東省已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大省之一。2018年，山東省農(nóng)業(yè)增加值約占農(nóng)林牧漁業(yè)總增加值的55.143%。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴大以及農(nóng)藥、化肥、地膜等各種生產(chǎn)要素的投入，山東省農(nóng)業(yè)面源污染逐漸加重，主要產(chǎn)生水體富營養(yǎng)化、土壤次生鹽漬化和耕地通透性變差等污染現(xiàn)象。中共十八大和十九大會議中分別提出了建設“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”社會和“綠水青山就是金山銀山”理念，強調(diào)了人與自然和諧共生，堅定走生態(tài)文明發(fā)展道路。2021年，國家相關部門發(fā)布了《“十四五”全國農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》，其中將加強農(nóng)業(yè)面源污染防治作為總體要求之一。在此背景下，積極探討山東省農(nóng)業(yè)面源污染的來源以及影響因素具有重要的理論意義及實際意義。

目前，國內(nèi)外學者圍繞生態(tài)文明建設及綠色發(fā)展進行了研究，且環(huán)境污染一直是研究的熱門話題。如屈文波等[1]從非正式環(huán)境規(guī)制減排角度出發(fā)，利用動態(tài)空間面板模型探究公眾參與對環(huán)境污染的影響，研究表明公眾參與度的提高能夠有效減少環(huán)境污染物的排放，且環(huán)境污染具有空間溢出效應；施震凱等[2]利用面板數(shù)據(jù)模型研究進口復雜度對霧霾污染的影響效應，實證發(fā)現(xiàn)進口復雜度的提升能夠促進產(chǎn)業(yè)結構升級及技術創(chuàng)新等，進而對霧霾污染具有正向積極作用；姚成勝等[3]運用面板數(shù)據(jù)模型對全國31個省份的環(huán)境污染影響因素進行研究，研究表明大部分地區(qū)的工業(yè)集聚水平對環(huán)境污染產(chǎn)生了抑制作用，并且土地城鎮(zhèn)化水平、工業(yè)集聚水平對全國的環(huán)境污染均具有正向促進作用。梳理并歸納文獻[4-6]可知，關于綠色發(fā)展水平的研究主要體現(xiàn)在綠色發(fā)展效率的測算及影響因素分析，研究表明經(jīng)濟發(fā)展水平、產(chǎn)業(yè)結構、科技進步、外商直接投資等因素對綠色發(fā)展具有顯著的正向促進作用。同時注意到，國內(nèi)外大多數(shù)學者對高質量經(jīng)濟發(fā)展的研究僅僅從工業(yè)污染、霧霾污染、綠色發(fā)展等視角進行研究，而對農(nóng)業(yè)面源污染進行量化分析的研究偏少。

在此背景下，本文選取山東省17個地市作為研究對象，利用清單分析法和固定效應模型探究山東省17個地市的農(nóng)業(yè)面源污染排放量及其影響因素，并運用Moran’I指數(shù)、LISA散點圖、集聚圖等分析山東省17個地市農(nóng)業(yè)面源污染是否具有空間溢出效應。

1 研究方法

本文研究目的是運用清單分析法測算山東省17個地市的農(nóng)業(yè)面源污染排放量，且根據(jù)Moran’I指數(shù)、LISA散點圖、集聚圖等分析山東省17個地市的農(nóng)業(yè)面源污染排放的空間效應，并利用面板數(shù)據(jù)模型探究農(nóng)業(yè)面源污染的影響因素。

1.1 農(nóng)業(yè)面源污染排放量的測算

查閱文獻[7]，利用清單分析法測算農(nóng)業(yè)面源污染物全氮(TN)、全磷(TP)、化學需氧量(COD)。在現(xiàn)有研究基礎上進行擴展，得到農(nóng)業(yè)面源污染產(chǎn)污清單表，如表1所示。

表1 農(nóng)業(yè)面源污染產(chǎn)污清單

文中選取上表中五類污染源，其污染源產(chǎn)污系數(shù)分別來源于：肥料施用污染源中使用的系數(shù)參考梁流濤和張佳卓的文獻[8-9]、畜禽養(yǎng)殖中使用的系數(shù)參考《全國污染普查畜禽養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)污系數(shù)與排污系數(shù)手冊》、水產(chǎn)養(yǎng)殖中使用的排污系數(shù)參考《水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)污染源產(chǎn)排污系數(shù)手冊》、農(nóng)作物污染系數(shù)參考《全國種植業(yè)污染源普查排污系數(shù)測算實施方案》，其污染排放量的計算公式如下：

其中，E表示農(nóng)業(yè)面源污染排放量；EUi表示污染單元i的統(tǒng)計量；Pi為污染單元i的產(chǎn)生系數(shù)；Ci為污染單元i的流失系數(shù);PEi為農(nóng)業(yè)面源污染產(chǎn)生量。通過上面的污染排放量計算公式，可分別測算2009—2018年山東省及17個地市的農(nóng)業(yè)面源污染物全氮、全磷、化學需氧量排放量。

1.2 空間效應檢驗

運用全局Moran′s I指數(shù)檢驗山東省農(nóng)業(yè)面源污染的整體空間相關性，用局部Moran′s I指數(shù)檢驗各區(qū)域與周邊區(qū)域的空間相關性，用LISA統(tǒng)計量檢驗空間集聚現(xiàn)象。其全局Moran′s I指數(shù)和局部Moran′s I指數(shù)的計算公式分別如下[10]：

1.3 面板數(shù)據(jù)模型

面板數(shù)據(jù)同時含有橫截面和時間序列的數(shù)據(jù)，是對一組固定調(diào)查對象的多次觀測得到的數(shù)據(jù)，即由橫截面上個體在不同時間的重復觀測而形成的數(shù)據(jù)。在建立面板數(shù)據(jù)模型需要確定模型類別：根據(jù)對截距項和解釋變量系數(shù)的不同假設，可以將面板數(shù)據(jù)回歸模型具體劃分為混合回歸模型、固定效應模型和隨機效應模型三種，其中固定效應模型公式如下[10]：

yit=xitβ+zi′δ+ri+ui+εit

其中,yit,xit分別表示因變量和自變量在橫截面i和時間t上的數(shù)值，β,δ分別是系數(shù)項,zi是不隨時間變化的個體特征，ui+εit是復合擾動項，i=1,2,…N表示截面?zhèn)€體數(shù)，t=1,2,…N表示對每個截面的觀察時點數(shù)。

2 實證分析

2.1 時序變化分析

由于數(shù)據(jù)可獲取性，文中選取2009—2018年面源污染指標數(shù)據(jù)進行分析。根據(jù)清單分析法可得2009—2018年山東省農(nóng)業(yè)面源污染物全氮、全磷、化學需氧量的排放量，由于年份較多，本文選取2018年的農(nóng)業(yè)面源污染排放量進行分析。如表2所示。

表2 2018年山東省農(nóng)業(yè)面源污染物排放量

由表2可知，2018年山東省農(nóng)業(yè)面源污染物排放量較多的是TN和COD，其分別為555 660.9 t、203 107.3 t，兩者分別占總污染排放量的66.35%、24.25%；而TP排放量為78 661.47 t，僅占總污染排放量的9.39%。并且從各類污染源看，由畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的污染物為577 298.6 t，其占總污染排放量的68.94%；而由農(nóng)作物產(chǎn)生的污染物占總污染排放量的17.33%，這兩種污染源是農(nóng)業(yè)面源污染產(chǎn)生的主要部分。同理觀察2009—2018年山東省農(nóng)業(yè)面源污染物排放量也可發(fā)現(xiàn)，各年山東省畜禽養(yǎng)殖和農(nóng)作物產(chǎn)生的污染物也居于前位。

由圖1可知，2009—2018年山東省農(nóng)業(yè)面源污染物排放量最多的是TN，最少的是TP。此外，2009—2018年山東省農(nóng)業(yè)面源污染物TN、TP和COD處于較小波動狀態(tài)，其中TP長期內(nèi)呈平穩(wěn)趨勢，TN和COD從2014—2018年整體上呈緩慢下降趨勢。

圖1 2009—2018年山東省農(nóng)業(yè)面源污染物排放量

根據(jù)圖2可知，將2009年作為比較基期，2010—2018年山東省農(nóng)業(yè)面源污染物排放量增長率變化趨勢較大的是2018年，且三種污染物排放量增長率達到最大的負增長。此外，2010—2014年山東省農(nóng)業(yè)面源污染物COD排放量增長率均為正增長，而2015—2018年三種農(nóng)業(yè)面源污染物排放量增長率均處于負增長。這表明2010—2014年山東省農(nóng)業(yè)種植和水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生了大量的污染物COD，但從2015—2018年山東省逐漸意識到生態(tài)環(huán)境的重要性，注重綠色發(fā)展之路，進而農(nóng)業(yè)面源污染物排放量逐步較弱。

圖2 2010—2018年污染物排放量增長率變化趨勢圖

2.2 空間效應分析

由于涉及年份較多，本文利用2018年數(shù)據(jù)對山東省17個地市農(nóng)業(yè)面源污染排放量進行空間效應分析。首先利用全局Moran’s I指數(shù)檢驗山東省農(nóng)業(yè)面源污染排放量是否具有空間相關性，檢驗結果如圖3所示。

圖3 2018年山東省各地市Moran’s I散點圖

由圖3可知，2018年山東省17個地市的Moran′s I指數(shù)為0.289，大于0。另外，在5%的顯著性水平下，p值小于0.05。由此表明，2018年山東省17個地市的農(nóng)業(yè)面源污染排放總量具有顯著的空間正向相關性，也即是山東省整體農(nóng)業(yè)面源污染具有空間溢出性。同理，若分別對TN、TP、COD污染排放量進行全局Moran′s I指數(shù)檢驗，可得TN、TP、COD污染排放量的全局Moran′s I指數(shù)在5%的顯著性水平下，三者均顯著。由此表明，2018年山東省各類農(nóng)業(yè)面源污染物也分別具有空間溢出性。下面利用局部空間相關性檢驗某地區(qū)與周邊地區(qū)是否具有空間相關性，輸出結果如圖4所示。

圖4 2018年山東省各地市LISA顯著性和集聚圖

根據(jù)LISA顯著圖4可知，在1%的顯著性水平下，2018年山東省德州市和聊城市的農(nóng)業(yè)面源污染總量通過了檢驗。在5%的顯著性水平下，2018年山東省濟南市和濰坊市農(nóng)業(yè)面源污染總量通過了檢驗。由LISA集聚圖發(fā)現(xiàn)，2018年山東省的濟南市處于H-L象限，濰坊市處于L-L象限，德州市和聊城市均處于L-H象限。此外，從LISA和集聚圖發(fā)現(xiàn)，數(shù)十年山東省農(nóng)業(yè)面源污染聚集情況沒有產(chǎn)生較大變化。

2.3 農(nóng)業(yè)面源污染影響因素分析

選取2009—2018年山東省各地市的年末總人口數(shù)(PE)、化肥使用量(HS)、農(nóng)藥使用量(NS)、地膜(DM)、灌溉面積(GG)、柴油使用量(NC)作為解釋變量；用上文測算出的2009—2018年山東省各地市的TP、TN、COD排放總量分別作為被解釋變量，用Y表示。所有數(shù)據(jù)均來源于2010—2019年《山東省統(tǒng)計年鑒》、各地市《統(tǒng)計公報》等。

首先利用F檢驗和Hausman檢驗確定適合的面板數(shù)據(jù)模型，得到的結果如下所示：

根據(jù)表3可知，以TN為被解釋變量的模型中，P值小于0.05，則表明應接受備擇假設，建立固定效應模型。

表3 污染物全氮隨機效應模型的Hausman檢驗

此外，通過F檢驗發(fā)現(xiàn)(表4)，P值小于0.05，則表明應拒絕原假設，建立固定效應模型，這也與Hausman檢驗結果相一致。同理，通過對TP和COD模型的一系列檢驗發(fā)現(xiàn)，以TP和COD為被解釋變量的模型也應建立固定效應模型。

表4 污染物全氮固定效應模型的F檢驗

其次，文中分別以TN、TP、COD為被解釋變量建立固定效應模型，整理結果如表5所示。

表5 固定效應模型回歸結果

從表5可知，以TN、TP、COD為被解釋變量的三個固定效應模型中，模型的F統(tǒng)計量都顯著超過相應臨界值水平，這表明三個固定效應模型的整體顯著性水平較好。觀察以TN被解釋變量的固定效應模型發(fā)現(xiàn)，HS、NS、GG的回歸系數(shù)在1%的顯著性水平下顯著，且HS、NS的系數(shù)為正值，GG的系數(shù)為負值，這表明化肥使用量和農(nóng)藥使用量對TN污染物的排放具有顯著的正向作用，農(nóng)田灌溉面積對TN污染物的排放具有顯著的負向作用。DM的回歸系數(shù)在10%的顯著性水平下顯著，且DM的系數(shù)為正值，這表明地膜使用量對TN污染物的排放具有顯著的正向作用。同理，觀察以TP、COD為被解釋變量的固定效應模型發(fā)現(xiàn)，PE、HS、NS的回歸系數(shù)在1%的顯著性水平下顯著，且年末總人口數(shù)、化肥使用量對TP污染物的排放具有顯著的正向作用。PE、HS、GG的回歸系數(shù)在1%的顯著性水平下顯著，且年末總人口數(shù)、化肥使用量、農(nóng)田灌溉面積對COD污染物的排放具有顯著的正向作用，這也與胡鞍鋼[11]、葛繼紅[12]等人的研究結果相一致。從回歸系數(shù)絕對值發(fā)現(xiàn)，三個模型中柴油使用量的系數(shù)較小，也表明這個變量對三種污染物的排放具有較小的影響。

3 結 語

文中主要利用清單分析法測算2009—2018年山東省各地市的農(nóng)業(yè)面源污染排放量，并對各地市的農(nóng)業(yè)面源污染排放量進行時空效應分析，以及運用固定效應模型分析農(nóng)業(yè)面源污染排放的影響因素，得到的結論有：第一，2009—2018年山東省整體農(nóng)業(yè)面源污染中TN和COD的排放量較多，TP最少；且2015—2018年山東省農(nóng)業(yè)面源污染物排放量增長率均處于負增長。第二，2009—2018年山東省農(nóng)業(yè)面源污染TN、TP、COD的排放量具有空間溢出性，且德州市、聊城市以及濰坊市的農(nóng)業(yè)污染排放量相對較高。第三，人口數(shù)、化肥使用量以及地膜等變量對TN、TP、COD的排放具有正向作用，也即是表明TN、TP、COD的排放量會隨著人口數(shù)、化肥和地膜使用量的增加而增加。因此，筆者提出以下建議：第一，政府應積極提倡綠色發(fā)展，鼓勵居民和企業(yè)投身于生態(tài)文明建設，加強可持續(xù)發(fā)展理念。第二，在農(nóng)業(yè)發(fā)展進程中，合理控制并規(guī)劃農(nóng)藥、地膜、化肥等污染環(huán)境的生產(chǎn)要素投入，積極引進先進農(nóng)業(yè)技術水平，提高生產(chǎn)效率和能源使用效率。第三，各地市政府要重點關注農(nóng)業(yè)面源污染的空間效應，努力減少污染源，共同治理環(huán)境污染，協(xié)調(diào)發(fā)展。