农经好文章｜前沿研究｜SciRep 中国空气污染对水稻产量的影响：最新的计量检验

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Stage-specific, Nonlinear Surface Ozone Damage to Rice Production in China. Scientific Reports. 2017.7: 44224.

Colin Carter, Xiaomeng Cui, Aijun Ding, Dalia Ghanem, Fei Jiang, Fujin Yi, and Funing Zhong

近年来，我国的空气污染问题不断加剧，人们在各种场合谈论PM，并越发担忧空气污染对健康的潜在危害。然而，空气污染并不只是PM2.5，空气污染对社会经济的危害也并不仅在于对人们健康的影响。我国近地表臭氧（surface ozone）污染的严重程度不亚于PM2.5，且臭氧污染对人类健康与动植物生长具有直接的负面作用。本文结合2006至2010年东南五省区域尺度的高精度污染物数据与县级水稻产量数据，基于面板数据的计量方法，估计了我国水稻主产区近地表臭氧污染对水稻产量负面影响的大小，并指出了臭氧污染与水稻产量关系在两个维度上的“非线性”。

以往关于污染物与作物产量的研究通常基于极小空间尺度上的控制实验。基于控制实验得到的“污染－产量”关系虽然准确，但却很难被直接推广到更大的空间尺度上。毕竟，不同地区的植株种类不同，具体的生长环境与耕种管理也有所差异。然而，确定较大空间尺度上的“污染－产量”关系是政策设计与讨论的必要基础。基于面板数据的计量方法有助于解决这一问题。其基本思路与近年来应用经济学对气候变化影响的研究一脉相承（详见往期“气候变化”专题）。

本文将高精度的近地表臭氧数据加总至县级单位，并以小时数据为基础构造出反映“非线性”关系的年度面板数据。通过在较大区域尺度上联系县级作物产出与外生（exogenous）污染物水平的年度间变化（year-by-year variation），作者得以估计出污染物水平变化对作物亩产的边际影响（marginal effects）。

本文指出，臭氧污染对水稻产量影响“非线性”的第一个维度是时间。换言之，臭氧污染在水稻生长周期的不同环节中对水稻最终产量的影响是不同的。实证结果显示，从统计意义上讲，臭氧污染水平在分蘖成穗期（panicle formation）升高时会显著影响最终的平均亩产，在其它时期的负面影响则并不显著。臭氧与水稻“污染－产量”关系中“非线性”的第二个维度是污染水平。半参数（semi-parametric）估计结果显示，当日度臭氧污染小时平均数（hourly average）的极值超过100 ppb （parts per billion，空气污染物浓度单位）时，其对水稻平均产量的危害远大于当该极值低于100 ppb 而高于60 ppb 时的危害（见下图）。

Carter et al. (2017) Nature SciRep

Figure 4 Panel A

就本文所考察的区域及时间段而言，每年臭氧污染加剧所导致的大米减产高达34万吨。若假设估计的“污染－产量”关系适用于全国，臭氧污染加剧所导致的减产量将高达200万吨，约相当于我国当前大米进口量的三分之一。一方面，臭氧污染的不断攀升将对我国的粮食安全造成潜在威胁。另一方面，考虑到国际大米市场的结构，臭氧污染导致的中国大米产量波动将足以影响国际大米市场，并进而对国际上以大米为主食的贫困地区产生不利影响。换一个角度讲，限制臭氧污染并就两个“非线性”进行有针对性的污染管理将有利于国内粮食安全战略的实施与国际粮食市场的发展。

关键词：空气污染，臭氧，水稻，非线性

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