徐持平 徐慶國(guó)

[摘要]以洱海流域2006～2018年的時(shí)間序列數(shù)據(jù)為例，利用協(xié)整檢驗(yàn)、誤差修正模型、脈沖響應(yīng)函數(shù)、方差分解等方法，對(duì)洱海流域城市化與農(nóng)業(yè)面源污染的關(guān)系進(jìn)行了交互動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析。研究結(jié)果表明：城市化與農(nóng)業(yè)面源污染長(zhǎng)期存在均衡關(guān)系;誤差修正模型表明城市化與農(nóng)業(yè)面源污染在短期會(huì)偏離長(zhǎng)期均衡;不同類型的農(nóng)業(yè)面源污染與城市化之間的關(guān)系在城市化進(jìn)程的不同階段表現(xiàn)出不同的特征。

[關(guān)鍵詞]城市化;農(nóng)業(yè)面源污染;向量自回歸模型;脈沖響應(yīng);洱海流域

[中圖分類號(hào)]F062.2? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

1 問(wèn)題的提出

當(dāng)前我國(guó)正處于城市化高速發(fā)展時(shí)期，據(jù)中國(guó)社會(huì)科學(xué)院的報(bào)告，2018年我國(guó)的城市化率已達(dá)59.58%。城市化是一把雙刃劍，一方面促進(jìn)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，另一方面，城市的快速擴(kuò)張也帶來(lái)了諸多問(wèn)題，農(nóng)業(yè)面源污染就是其中一例。

面源污染與點(diǎn)源水污染相對(duì)應(yīng)，是指溶解的或固體的污染物，從非特定的地點(diǎn)，在降水和徑流的沖刷作用下，通過(guò)徑流過(guò)程而匯入受納水體，如河流、湖泊、海灣等引起的水體污染。在城市化進(jìn)行的地區(qū)，它是區(qū)域景觀時(shí)空格局內(nèi)一系列人口結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、土地結(jié)構(gòu)等諸多變化構(gòu)成的“面”的城市化對(duì)水體造成的“面”的污染。

目前對(duì)于城市化與環(huán)境污染之間的關(guān)系，學(xué)者已展開(kāi)較為系統(tǒng)的研究，研究對(duì)象涉及城市化與大氣污染、土壤污染、工業(yè)“三廢”污染等關(guān)系的研究。研究方法則涉及自然科學(xué)領(lǐng)域的生態(tài)統(tǒng)計(jì)分析、地理信息系統(tǒng)、水文水質(zhì)監(jiān)測(cè)分析以及社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域的經(jīng)濟(jì)分析方法，如環(huán)境庫(kù)茲涅茲曲線（EKC）分析、廣義矩（GMM）方法、隨機(jī)環(huán)境影響評(píng)估模型（STIRPAT）法等?？傮w而言，目前對(duì)于城市化與環(huán)境污染關(guān)系的研究，從研究對(duì)象上看，多集中于城市化與點(diǎn)源環(huán)境污染的研究，對(duì)城市化與非點(diǎn)源環(huán)境污染關(guān)系的研究較少;從研究方法上看，無(wú)論是自然科學(xué)方法還是社會(huì)科學(xué)方法，多采用長(zhǎng)期、靜態(tài)分析方法，短期、動(dòng)態(tài)分析則較少涉及;從研究尺度上看，以行政區(qū)劃為主要研究尺度，其他尺度鮮有涉及。

城市化對(duì)于非點(diǎn)源水污染之間有無(wú)關(guān)系？其關(guān)系是正向還是負(fù)向？?jī)烧咧g的關(guān)系在長(zhǎng)期和短期有什么不同？靜態(tài)和動(dòng)態(tài)上有什么差異？帶著這些問(wèn)題，本文以洱海流域?yàn)槔?，?duì)城市化與非點(diǎn)源水污染的關(guān)系展開(kāi)研究。

2 研究區(qū)域概況

本文的研究區(qū)域?yàn)槎Ａ饔颍麄€(gè)區(qū)域包括云貴高原第二大湖泊洱海以及流入洱海的七條主要河流彌苴河、西閘河、永安江、羅時(shí)江、錦溪、茫涌溪、波羅江流經(jīng)的地區(qū)，其范圍包括云南大理白族自治州境內(nèi)的大理市、洱源縣的17個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，170個(gè)行政村，總面積達(dá)2565km2，人口超過(guò)90萬(wàn)。作為云貴高原第二大湖泊的洱海是我國(guó)初期富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的典型代表。洱海流域在經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平上屬于欠發(fā)達(dá)地區(qū)，城市化率由2006年的27.75%增加為2018年的43.23%，平均每年約增加 1.10個(gè)百分點(diǎn)。隨著城市化的推進(jìn)，洱海流域農(nóng)業(yè)面源污染有所加劇，化學(xué)需氧量（COD）排量、總磷（TP）排量、總氮（TN）排量分別由2006年的26305.02t、432.03t、4351.66t 增加為2018年的31389.76t 、634.56t、7056.32t ，平均每年分別約增加540.05t、19.77t、183.20t。洱海流域2006～2018年歷年城市化水平和非點(diǎn)源水污染的發(fā)展變化如圖1、圖2所示。

3 指標(biāo)選取、研究方法及數(shù)據(jù)處理

根據(jù)洱海流域的實(shí)際情況及數(shù)據(jù)的可得性，本文以洱海流域的城市化率，即流域城鎮(zhèn)人口數(shù)與流域總?cè)丝跀?shù)之比作為表征城市化水平的指標(biāo)，以化學(xué)需氧量（COD）排量、總磷（TP）排量、總氮（TN）排量作為表征農(nóng)業(yè)面源污染的指標(biāo)，其中城市化率的數(shù)據(jù)來(lái)源于歷年《大理年鑒》（2006～2018年）、《洱源年鑒》（2006～2018年）、《大理市2018年政府工作報(bào)告》、《洱源縣2018年政府工作報(bào)告》。農(nóng)業(yè)面源污染指標(biāo)的數(shù)據(jù)則來(lái)源于流域水質(zhì)監(jiān)測(cè)部門對(duì)流入洱海的七條主要河流（如前文所述）的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并結(jié)合北京民族出版社2003年出版的《大理洱海科學(xué)研究》、洱海項(xiàng)目編制組“國(guó)家水體污染控制重大

專項(xiàng)湖泊主題洱海項(xiàng)目實(shí)施方案（建議稿）、《云南省環(huán)境狀況公報(bào)》整理而成。本文中的化學(xué)需氧量（COD）排量、總磷（TP）排量、總氮（TN）排量不包含以點(diǎn)源污染物（主要是工業(yè)廢水和城鎮(zhèn)生活污水）形式進(jìn)入洱海的各類水體污染物，只包含通過(guò)面源途徑進(jìn)入洱海的水體污染物（包括城市旅游業(yè)、城市垃圾堆放、都市農(nóng)業(yè)農(nóng)田徑流、農(nóng)村生活污染、畜禽糞便、大氣沉降、水土流失等形式）。

本文建立洱海流域與農(nóng)業(yè)面源污染的向量自回歸（VAR）模型，并運(yùn)用協(xié)整分析、誤差修正模型、脈沖響應(yīng)函數(shù)、方差分解對(duì)洱海流域城市化與農(nóng)業(yè)面源污染之間的關(guān)系進(jìn)行研究，在分析之前要對(duì)城市化和農(nóng)業(yè)面源污染兩時(shí)間序列進(jìn)行單位根檢驗(yàn)。

本文利用Eviews6.0軟件進(jìn)行分析，為了消除異方差，增強(qiáng)數(shù)據(jù)平穩(wěn)性，分別對(duì)洱海流域城市化率、化學(xué)需氧量排量、總磷排量、總氮排量取自然對(duì)數(shù)，分別記為L(zhǎng)nCSHL、LnCOD、LnTP、LnTN。

4 實(shí)證分析

4.1 建立向量自回歸模型

建立由城市化和農(nóng)業(yè)面源污染兩變量構(gòu)成的向量自回歸模型，并對(duì)動(dòng)態(tài)方程的參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，結(jié)果見(jiàn)表1，綜合考慮方程的擬合度、系數(shù)的顯著性以及AIC準(zhǔn)則，取各變量的最大滯后階數(shù)為3。

由表2、圖3所示，向量自回歸模型所有根模的倒數(shù)均小于1，即位于單位圓內(nèi)，所以模型是穩(wěn)定的，可以進(jìn)行脈沖響應(yīng)分析。

4.2 單位根檢驗(yàn)

為了防止時(shí)間序列由于不平穩(wěn)而出現(xiàn)偽回歸，需要對(duì)各序列進(jìn)行單位根檢驗(yàn)，本文利用ADF檢驗(yàn)法和PP檢驗(yàn)法進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3。

檢驗(yàn)結(jié)果表明LnCSHL、LnCOD、LnTP、LnTN四個(gè)時(shí)間序列在10%顯著性水平下都是非平穩(wěn)的，但是其一階差分序列dLnCSHL、dLnCOD、dLnTP、dLnTN全部平穩(wěn)，因此四個(gè)序列均為一階單整序列，可以使用協(xié)整理論和誤差修正模型來(lái)研究它們之間的長(zhǎng)期和短期關(guān)系。

4.3 協(xié)整檢驗(yàn)

協(xié)整檢驗(yàn)主要有E-G兩步法和Johanson檢驗(yàn)法，前者用于兩個(gè)變量之間的協(xié)整檢驗(yàn)，后者用于兩個(gè)以上變量之間的協(xié)整檢驗(yàn)。本文利用Johanson檢驗(yàn)的跡檢驗(yàn)和最大特征根檢驗(yàn)來(lái)考察LnCSHL、LnCOD、LnTP、LnTN之間的協(xié)整關(guān)系，結(jié)果見(jiàn)表4。

檢驗(yàn)結(jié)果表明在5%顯著性水平下，存在一個(gè)協(xié)整關(guān)系，將協(xié)整方程寫成數(shù)學(xué)表達(dá)式，令其等于VECM，得：

用ADF法對(duì)VECM進(jìn)行單位根檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)它是平穩(wěn)的，進(jìn)一步驗(yàn)證了協(xié)整關(guān)系的正確性。式（1）表明城市化與農(nóng)業(yè)面源污染之間存在長(zhǎng)期均衡關(guān)系，不同類型的農(nóng)業(yè)面源污染對(duì)城市化的影響方向是不同的?；瘜W(xué)需氧量（COD）排量、總氮（TN）排量對(duì)城市化的影響為正，城市化率隨著兩者的增加而提高，城市化率對(duì)于兩者的彈性分別為1.5171和0.5043，即兩者每提高1%，城市化率分別增加1.5171%和0.5043%?？偭祝═P）排量對(duì)城市化的影響為負(fù)，城市化率對(duì)總磷（TP）排量的彈性為-0.3399，即總磷（TP）排量每提高1%，城市化率下降0.3399%，總磷（TP）排量已對(duì)城市化構(gòu)成制約。

4.4 誤差修正模型

協(xié)整關(guān)系反映變量之間的長(zhǎng)期靜態(tài)的關(guān)系，如要反映各變量之間的短期動(dòng)態(tài)關(guān)系，則需要借助誤差修正模型（VEC）。本文建立LnCSHL、LnCOD、LnTP、LnTN四個(gè)變量的誤差修正模型。

整體檢驗(yàn)結(jié)果表明模型擬合效果較好，城市化率、化學(xué)需氧量（COD）排量、總磷（TP）排量、總氮（TN）排量的誤差修正系數(shù)均為負(fù)，符合反向修正機(jī)制，四者的誤差項(xiàng)系數(shù)分別為-0.82，-0.52，-0.77，-0.95，表明城市化率、化學(xué)需氧量（COD）排量、總磷（TP）排量、總氮（TN）排量在短期偏離長(zhǎng)期均衡時(shí)，分別將會(huì)以82%、52%、77%、95%的力度被調(diào)整到均衡狀態(tài)。

4.5 脈沖響應(yīng)函數(shù)分析

根據(jù)已經(jīng)建立的向量自回歸模型，本文應(yīng)用廣義脈沖響應(yīng)函數(shù)分析城市化與農(nóng)業(yè)面源污染之間的沖擊響應(yīng)關(guān)系，該方法不依賴向量自回歸模型中變量次序的正交殘差矩陣，可以提高估計(jì)結(jié)果的穩(wěn)定性和可靠性。圖4、圖5、圖6分別為城市化率與化學(xué)需氧量（COD）排量、總磷（TP）排量、總氮（TN）排量之間的沖擊響應(yīng)關(guān)系。圖中縱、橫軸分別表示沖擊作用的滯后期數(shù)和因變量對(duì)解釋變量的響應(yīng)程度，圖中實(shí)線為脈沖響應(yīng)函數(shù)，虛線為正負(fù)2倍標(biāo)準(zhǔn)差偏離帶。

圖4中，LnCSHL對(duì)于來(lái)自LnCOD標(biāo)準(zhǔn)差信息的沖擊，其響應(yīng)是正向的，并且持續(xù)的時(shí)間比較長(zhǎng)也較穩(wěn)定，表明化學(xué)需氧量排量的增加對(duì)城市化的影響為正且維持的時(shí)間較長(zhǎng)。而對(duì)于來(lái)自LnCSHL標(biāo)準(zhǔn)差信息的沖擊，LnCOD的當(dāng)期反應(yīng)為正，之后逐漸下降為負(fù)值，然后保持穩(wěn)定，表明在城市化初期，城市化的推進(jìn)會(huì)使化學(xué)需氧量排量增加，隨著城市化的繼續(xù)推進(jìn)，化學(xué)需氧量的排量會(huì)減少。

圖5中，LnCSHL對(duì)于來(lái)自LnTP標(biāo)準(zhǔn)差信息的沖擊，當(dāng)期響應(yīng)為0，但之后逐漸上升，然后保持穩(wěn)定。表明總磷排量增加對(duì)城市化具有促進(jìn)作用。對(duì)于來(lái)自LnCSHL標(biāo)準(zhǔn)差信息的沖擊，LnTP的響應(yīng)為負(fù)值，表明城市化率的提高對(duì)總磷排放具有抑制作用。

圖6中，LnCSHL對(duì)于來(lái)自LnTN標(biāo)準(zhǔn)差信息沖擊的響應(yīng)為正，但表現(xiàn)出波動(dòng)性特征，先是逐漸上升然后逐漸下降，之后保持穩(wěn)定。對(duì)于來(lái)自LnCSHL標(biāo)準(zhǔn)差信息的沖擊，LnTN的響應(yīng)也具有波動(dòng)性但一直是負(fù)值。

總的來(lái)說(shuō)，洱海流域城市化率與不同類型農(nóng)業(yè)面源污染之間的關(guān)系是不同的，并且表現(xiàn)出一定的階段性特征。在城市化初期，為了實(shí)現(xiàn)城市快速發(fā)展，往往以犧牲環(huán)境為代價(jià)，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)面源污染加劇，隨著城市化的繼續(xù)推進(jìn)，技術(shù)進(jìn)步和制度約束使得減輕污染成為可能，與此同時(shí)，污染也會(huì)對(duì)城市化的繼續(xù)推進(jìn)形成抑制作用。

4.6 方差分解

表8表明總氮（TN）排量變動(dòng)在前期主要受自身的影響，在第1期貢獻(xiàn)率所占比例超過(guò)80%，之后逐漸下降。而化學(xué)需氧量（COD）排量和總磷（TP）排量的影響則不斷上升，分別由第1期的3%和9%逐步上升為第10期的33%和42%。

5? ? ?結(jié)論與政策建議

通過(guò)對(duì)2006～2018年洱海流域城市化率、化學(xué)需氧量（COD）排量、總磷（TP）排量、總氮（TN）排量四個(gè)時(shí)間序列的計(jì)量分析，得到以下主要結(jié)論：

（1） 城市化率LnCSHL、化學(xué)需氧量（COD）排量LnCOD、總磷（TP）排量LnTP、總氮（TN）排量LnTN之間存在協(xié)整關(guān)系，即長(zhǎng)期均衡關(guān)系。

（2） 誤差修正模型表明LnCSHL、LnCOD、LnTP、LnTN在短期會(huì)偏離長(zhǎng)期均衡，但分別會(huì)以82%、52%、77%、95%的力度被調(diào)整到均衡狀態(tài)。

（3） 脈沖響應(yīng)函數(shù)及方差分解結(jié)果表明，城市化率與不同類型農(nóng)業(yè)面源污染的關(guān)系是不同的，并且表現(xiàn)出一定的階段性特征。城市化率變動(dòng)主要受化學(xué)需氧量（COD）排量和總磷（TP）排量的影響，化學(xué)需氧量（COD）排量變動(dòng)主要受自身和總磷（TP）排量的影響，總磷（TP）排量變動(dòng)主要受自身和化學(xué)需氧量（COD）排量的影響，總氮（TN）排量變動(dòng)主要受化學(xué)需氧量（COD）排量和總磷（TP）排量的影響。

研究結(jié)果表明，在不同的時(shí)間階段，城市化的推進(jìn)一方面會(huì)加劇農(nóng)業(yè)面源污染物的排放，另一方面隨著科技進(jìn)步和相關(guān)制度約束，城市化對(duì)于農(nóng)業(yè)面源污染又有一定的抑制作用，與此同時(shí)，農(nóng)業(yè)面源污染對(duì)城市化具有反作用，各類農(nóng)業(yè)面源污染之間也存在著復(fù)雜的關(guān)系。因此，相關(guān)部門對(duì)城市化進(jìn)程中的農(nóng)業(yè)面源污染防治要有整體意識(shí)，將農(nóng)業(yè)面源污染防治作為一個(gè)系統(tǒng)工程。第一，要抓好源頭控制，這是農(nóng)業(yè)面源污染防治的重點(diǎn)。一方面，通過(guò)對(duì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，土地利用結(jié)構(gòu)的調(diào)整及加強(qiáng)城市綠化等，在源頭減少污染物的輸出，另一方面，通過(guò)規(guī)范人們行為，妥善處理城市垃圾，減少垃圾露天堆放，適當(dāng)減少城市周邊農(nóng)業(yè)化肥、農(nóng)藥的使用，在源頭減少污染物的積累。第二，對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染物實(shí)施遷移控制，完善和優(yōu)化城市排水排污系統(tǒng)，延緩污染物輸出的時(shí)間，同時(shí)在污染物的遷移過(guò)程中通過(guò)攔截、沉降、吸附、沉淀等工程治污手段實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的存貯、去除和凈化。第三，對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染物實(shí)施流域末端控制，利用水體周邊的池塘、濕地、河岸湖邊帶等生態(tài)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)污染控制，實(shí)現(xiàn)城市與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

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