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推文信息：Benjamin A. Jones. 2019. “Infant health impacts of freshwater algal blooms: Evidence from an invasive species natural experiment” Journal of Environmental Economics and Management 96:36-59.

 

简介与背景

 

湖泊和水库提供了各种各样的生态系统服务，从市政用水、海鲜资源到娱乐场所、野生动物栖息地。然而，人们最关心的是它们的水质，这通常是人类健康和环境质量的重要指标，鉴于几起引人注目的事件，蓝藻爆发所产生的水霉毒素已成为湖泊水质的主要问题。大量研究已经表明赤潮毒素对人体有害，不幸的是，在实验室实验之外，缺乏可解释的因果效应估计，现存的关于藻华对健康影响的文献大多是相关的，并且存在众所周知的混淆偏见。为了解决这一知识缺口，本文使用2018年8月美国密歇根州Gull Lake大多数入侵斑马贻贝的猝死这一自然实验，采用合成控制（Synthetic Control Method）和双重差分（Difference-in-Difference）的方法研究微囊藻毒素对婴儿健康的影响。

 

从人类健康的角度来看，美国湖泊中斑马贻贝的大量存在令人担忧，因为它们会导致蓝藻和绿藻的大量繁殖。从蓝藻到人类健康的因果途径是通过微囊藻毒素（Microcystins）产生的，这是最常见的研究蓝藻爆发产生的毒素。微囊藻毒素如果直接摄入、吸入、食用受污染的海鲜或接触皮肤，对人类、野生动物和许多其他生物都是有害的，胎儿的发育也可能受到微囊藻毒素引起的母亲健康变化的影响。

 

本文必须非常小心地建立一个识别策略，能够可靠地确定斑马贻贝对婴儿健康的具体影响。因为从鉴定的角度来看，斑马贻贝并不是造成藻华的唯一原因，甚至可能不是中西部湖泊藻华增加的主要原因。数据显示，与过去10年的平均水平相比，2010年8月Gull Lake环境变量的水平是正常的，这意味着营养负荷（蓝绿藻爆发的主要原因），在贻贝死亡事件中没有偏离正常，因此，消除了这个因素作为分析中潜在的混杂因素。但是，2010年夏季Gull Lake的水温，在一段异常漫长的时间里，一直维持在高于平均水平，这应该是斑马贻贝死亡的原因。温度冲击是现代因果推理设计中经常使用的一种良好的随机天气事件，持续高温是斑马贻贝种群变异的外源性来源，为本文提供了一个干净的外生冲击。

 

数据及实证策略

 

美国中西部2005年至2015年的出生数据来自美国疾病控制和预防中心国家卫生统计中心（NCHS），这些丰富的数据包含了每一个签发出生证明婴儿的完整记录，每一位母亲分娩时居住的国家、母亲的广泛社会人口特征以及新生儿的健康和人口信息。温度数据来自美国国家海洋和大气管理局国家环境信息中心，包括每一个县的每日平均温度值（最高和最低温度的平均值）。

 

为了评估斑马贻贝引起的微囊藻毒素浓度变化对婴儿健康的影响，需要确定在没有贻贝种群冲击的情况下婴儿结局的反事实路径，本文使用合成控制方法构造了一组人工合成的Gull Lake母亲，不仅在婴儿健康状况方面看起来像Gull Lake母亲，而且在其他母亲和婴儿特征方面也像Gull Lake母亲。比较Gull Lake和合成Gull Lake的合成控制DID估计量计算为：

Healthpost（Healthpre）表示斑马贻贝死亡之后(之前)婴儿健康的平均结果，如果DIDGullLake<0，说明在贻贝引起的微囊藻毒素下降后，婴儿的健康状况得到改善。

 

合成控制方法能够研究斑马贻贝死亡对婴儿结局的县级平均影响，本文也希望利用所拥有的丰富的个人出生数据，使用了更传统的DID方法，模型如下：

Health表示c县i母亲在t年婴儿健康结果（低出生体重或早产），Gulllake表示是否为Gull Lake县的指标变量，After表示是否在斑马贻贝死亡后年份的二值虚拟变量，X表示气温特征数据，Year和County分别表示年份固定效应和县固定效应，ε为误差项，β3是本文关心的双重差分系数。

 

主要结果

 

1.合成控制结果

 

采用综合控制方法的低出生体重和早产结果见图4。A图是低出生体重的影响，冲击发生前差距为0，满足共同趋势假定。冲击发生之后，低出生体重得到了改善，在贻贝死亡三年后达到顶峰，出生时体重过轻的概率降低了约2个百分点，在四年、五年后这种改善开始消失。对这一发现的解释可能是斑马贻贝种群数量反弹，Gull Lake研究站的研究人员观察到，贻贝在死亡4年后又回到了湖泊的浅水区。本文回归结果发现，平均在整个五年后处理时间，低出生体重相对于合成Gull Lake县要低1.4个百分点。B图是早产的影响，有类似的趋势，但是幅度较小，早产在第三年最多减少0.8个百分点，后出现回升。本文对合成控制结果进行了一系列Specification Checks:（1）使用处理前组（2005-2010年）来创建一个动态效果评估，评估贻贝死亡对Gull Lake母亲在死亡实际发生前几年的影响;（2）可行池中包括Upper Peninsula counties；（3）可行池中包括所有经历过Gull Lake斑马贻贝死亡的密歇根州县；（4）可行池中包括所有密歇根州县；（5）可行池中包括密歇根州所有没有主要湖泊的县；（6）限制可行池中只包括与Gull Lake大小相似的密歇根州湖的县。结果依然稳健。

2.双重差分结果

 

本文给出了用个体出生数据而不是合成控制分析中的县级平均数据估计式（4）中固定效应回归模型的结果，回归结果令人满意，对于每个模型，都报告了DID系数和聚类标准误差，结果见表5。本文估计了OLS（Panel A和B）和离散选择logit（Panel C）模型，为了比较，也估计有（Panel B）和没有（Panel A）合成控制权重的OLS模型。没有合成控制权重的OLS模型表明，在贻贝死亡后，低出生体重（而非早产）有显著改善，如果没有合成权重，就不能保证符合共同趋势假设，本文将讨论重点放在包含权重的Panel B和Panel C上。在合成控制加权结果中，在Gull Lake母亲中，低出生体重下降了1.3个百分点（有权重的OLS）和1.5个百分点（logit边际效应），这些结果与先前的发现没有什么不同。未观察到对早产儿有显著的影响。为了更好地利用2010年8月斑马贻贝死亡的时间，本文利用每月的出生和天气数据重新估计了斑马贻贝死亡的影响，结果与年度数据结果相似。

3.对生育率的影响

 

越来越多的文献发现，环境冲击也会影响生育率，即育龄妇女的人均生育率。为了研究斑马贻贝死亡对生育率的影响，本文计算了县级总体生育率（GFR），即每年的总生育率除以每1000名女性（15-49岁）的育龄女性人口。本文计算发现斑马贻贝死亡增加了3.3%的出生率，这说明Gull Lake冲击不仅改善了出生婴儿的整体健康，而且增加了湖周围县的预期出生人数。

 

4.避免住院治疗费用

 

本文根据基准合成控制方法估计的低出生体重婴儿在斑马贻贝死亡后减少了1.4个百分点的结果，利用Russell et al. (2007)对低出生体重出生婴儿住院费用的估计，计算出由于低出生婴儿的减少，每年平均住院费用可节省768500美元。

 

结论

 

本文最大的亮点在于使用密西根州Gull Lake入侵斑马贻贝短暂死亡这一外生冲击，研究其所导致的湖泊微囊藻毒素浓度突然下降对婴儿健康的外部影响。研究结果表明，居住在Gull Lake附近的母亲相比于居住在密歇根州其他湖泊附近、没有同时发生贻贝死亡的合成控制县的母亲，婴儿出生时体重较低的情况下降了1.4个百分点,未观察到对早产的显著影响，结果对许多Specification Checks都是稳健的。斑马贻贝只是入侵物种影响环境质量的一个例子，本文的发现表明这种入侵物种明显改变了人类的健康结果。

 

本文的研究有一些局限性：（1）缺乏样本中母亲的行为数据，无法知道她们是否（以及多久）接触过Gull Lake的水、海鲜或含有微囊藻毒素的径流；（2）本文可行池中湖泊中微囊藻毒素水平的经验测量是不可用的。

 

Abstract

 

Economists are increasingly interested in causally interpretable estimates of environmental health externalities, particularly on infant health. This paper focuses on a specific case by investigating microcystin, a toxin produced by freshwater blue-green algal blooms. We exploit a natural experiment caused by a zebra mussel die-off in a large lake located in the state of Michigan, USA to identify changes in microcystin-related infant outcomes surrounding the lake. Using both the synthetic control method and a difference-in- differences strategy, we find that instances of low birth weight around the lake fell by 1.4 percentage points after lake water quality improved. Along the intensive margin, birth weight and length of gestation increased by 17.1 g and 0.47 weeks, respectively. Improvements to low birth weight result in $768,500 in average annual hospitalization cost savings. Many robustness and falsification tests are performed including using both annual and monthly data and accounting for possible weather confounders and seasonality. Results suggest that microcystin can affect infant health at levels below current water advisory guidelines.