河北省縣域農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展指標(biāo)時(shí)空變化特征*

李雨濛, 張建杰,2, 崔石磊, 馬 林, 馬文奇, 魏 靜**

河北省縣域農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展指標(biāo)時(shí)空變化特征*

李雨濛1, 張建杰1,2, 崔石磊1, 馬 林3, 馬文奇1, 魏 靜1**

(1. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 保定 071000; 2. 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院 太原 030031; 3. 中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心 石家莊 050022)

為剖析河北省縣域農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的主要問題及限制因素, 本文以河北省135個(gè)縣(區(qū))為研究對象, 圍繞社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生產(chǎn)力、資源和生態(tài)環(huán)境5個(gè)維度, 選取了26項(xiàng)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展指標(biāo), 基于專家意見和統(tǒng)計(jì)資料, 參照農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展程度將入選指標(biāo)從高到低劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ級(jí), 并定量分析了1996年和2016年河北省縣域尺度的農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展指標(biāo)時(shí)空變化特征。結(jié)果表明, 20年間河北省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件不斷改善, 農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平與農(nóng)田灌溉水平均有不同程度的提升; 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益大幅增長, 單位面積農(nóng)業(yè)產(chǎn)值與人均可支配收入分別增長了1.96倍和3.05倍; 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力持續(xù)提升, 表現(xiàn)為單位面積熱量產(chǎn)量及植物蛋白產(chǎn)量持續(xù)上升, 氮素利用效率有所回升; 資源投入持續(xù)增加, 表現(xiàn)為氮、磷、農(nóng)藥及農(nóng)膜的使用強(qiáng)度不斷增加; 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)仍處于較高水平。從空間變化來看, 河北省東北部和南部地區(qū)社會(huì)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展程度呈提高趨勢; 而資源和生態(tài)環(huán)境指標(biāo)綠色發(fā)展程度總體表現(xiàn)為下降趨勢, 呈現(xiàn)出西北部和東南部地區(qū)高的特征。5類指標(biāo)綠色發(fā)展程度等級(jí)處于Ⅰ級(jí)水平的縣域數(shù)量占比較高, 呈現(xiàn)明顯的空間差異。河北省農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的主要瓶頸問題來自資源短缺、環(huán)境污染和生態(tài)破壞, 造成以上問題的原因是資源投入過高、種養(yǎng)結(jié)構(gòu)改變和農(nóng)牧分離嚴(yán)重, 下一步需要提高資源利用效率, 保持產(chǎn)地環(huán)境的清潔和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定, 快速推進(jìn)河北省縣域的農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展。

農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展指標(biāo); 綠色發(fā)展程度; 縣域; 河北省

農(nóng)業(yè)是可持續(xù)發(fā)展的核心, 決定著全球經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與自然世界的關(guān)系[1]。近幾十年來, 中國農(nóng)業(yè)取得令人矚目的成就, 糧食產(chǎn)量大幅提高, 滿足了全球近20%人口的食物需求[2], 為全球解決糧食安全問題做出了重要貢獻(xiàn)。但同時(shí)也面臨著諸多問題, 由于農(nóng)牧業(yè)快速向集約化轉(zhuǎn)型, 化肥、農(nóng)藥等農(nóng)業(yè)化學(xué)品大量投入, 一方面造成了資源浪費(fèi), 另一方面氮、磷等養(yǎng)分通過各種途徑進(jìn)入環(huán)境[3], 導(dǎo)致環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)加劇, 此外畜牧業(yè)生產(chǎn)也存在畜禽糞尿處理不當(dāng)和養(yǎng)分循環(huán)利用率低等一系列問題[4], 因此我國農(nóng)業(yè)發(fā)展急需向資源節(jié)約、環(huán)境友好型轉(zhuǎn)變, 實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展。

目前國內(nèi)外學(xué)者對于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展已有大量研究。Scherer等[5]在歐洲范圍研究農(nóng)業(yè)可持續(xù)集約化的機(jī)遇, Praneetvatakul等[6]在湄公河北部區(qū)域尺度對農(nóng)業(yè)可持續(xù)性進(jìn)行了評價(jià), Rasmussena等[7]從社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境指標(biāo)尺度上研究農(nóng)業(yè)商品生產(chǎn)。上述研究在大范圍尺度上對農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行了定量的分析研究, 整理并使用了相關(guān)的綠色與發(fā)展指標(biāo), 為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了理論依據(jù); 但沒有進(jìn)一步耦合社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等方面的全要素指標(biāo)分析。當(dāng)前學(xué)者的研究大多集中在生產(chǎn)力、資源等指標(biāo)方面, 缺少對于生態(tài)環(huán)境指標(biāo)的研究。國內(nèi)學(xué)者在國家、省級(jí)和縣級(jí)等不同尺度上也開展了一系列的研究, 郭迷[8]對中國30個(gè)地區(qū)的農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展水平進(jìn)行測算, 分析區(qū)域間發(fā)展差異, 并提出加快農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的對策建議; 金賽美[9]在中國省級(jí)尺度上, 借助了DPSIR模型研究農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展水平及區(qū)域差異; 賈淼等[10]在縣域尺度上對新蔡縣農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展進(jìn)行了研究, 得出當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)資源日趨緊張, 面源污染和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全問題嚴(yán)重, 農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展支撐體系不夠完備的結(jié)果。國內(nèi)學(xué)者通過建立指標(biāo)體系, 對生產(chǎn)力、資源投入和生態(tài)環(huán)境進(jìn)行了特征分析。這些研究多側(cè)重于農(nóng)業(yè)綠色生產(chǎn)環(huán)節(jié)的定量分析, 而很少從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、食品加工及食物消費(fèi)全鏈條研究農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展并剖析其影響因素; 另外更多強(qiáng)調(diào)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的資源投入與環(huán)境評價(jià), 而對農(nóng)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)影響缺乏定量的分析。

河北省是我國重要的糧食與經(jīng)濟(jì)作物生產(chǎn)基地, 農(nóng)林牧漁業(yè)生產(chǎn)規(guī)模居全國第3位。但隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展, 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)了資源投入過量、機(jī)械化作業(yè)普及等問題, 在一定程度上造成了溫室氣體大量排放和生態(tài)環(huán)境的破壞[11], 資源環(huán)境代價(jià)日趨加重, 迫切需要轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展模式?，F(xiàn)在國內(nèi)外學(xué)者的農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展研究多集中在國家和省域尺度, 縣域尺度較少。而縣域是國家行政調(diào)控的基本單元, 具有地域特色和完備的政治經(jīng)濟(jì)功能, 是農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展落地的最佳單元。通過對縣域的研究, 能夠客觀地揭示縣域農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展?fàn)顩r, 找出縣域農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的瓶頸問題及其主導(dǎo)因素, 提出相應(yīng)的調(diào)控措施與建議, 有利于農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展政策和技術(shù)措施的落地。為此, 本研究以河北省為對象, 定量分析該省縣域尺度的農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展時(shí)空變化特征, 明確農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的主要限制因素和重點(diǎn)區(qū)域, 以期為區(qū)域?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 指標(biāo)的選取

為實(shí)現(xiàn)對河北省縣域農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的定量評價(jià), 通過分析河北省農(nóng)業(yè)發(fā)展特點(diǎn), 依據(jù)系統(tǒng)性、完整性、協(xié)同性、科學(xué)性和可行性的原則, 參考中國農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展指標(biāo)體系[12]及其分級(jí)標(biāo)準(zhǔn), 從中選取26個(gè)相關(guān)指標(biāo), 其中直接指標(biāo)18個(gè)、間接指標(biāo)5個(gè)、自選指標(biāo)3個(gè)。指標(biāo)包含社會(huì)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)增長、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、資源投入和生態(tài)環(huán)境5個(gè)方面, 各指標(biāo)均按照綠色發(fā)展程度由高到低劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 4個(gè)等級(jí), 具體選取的指標(biāo)、分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究所需數(shù)據(jù)包括生產(chǎn)數(shù)據(jù)與參數(shù)數(shù)據(jù)兩部分。生產(chǎn)數(shù)據(jù)用來反映縣域社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、生產(chǎn)方式等基本情況。參數(shù)數(shù)據(jù)用來表征農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基本性狀如動(dòng)植物及其產(chǎn)品的養(yǎng)分含量和生產(chǎn)活動(dòng)行為。

生產(chǎn)數(shù)據(jù): 河北省各縣1996年和2016年城鄉(xiāng)人口及年末人口、農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、化肥投入量、農(nóng)膜投入量、耕地面積、農(nóng)作物播種面積及產(chǎn)量、畜禽養(yǎng)殖數(shù)量, 均來源于河北農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒、河北省經(jīng)濟(jì)年鑒及河北省9個(gè)市的統(tǒng)計(jì)年鑒[13-23]。

參數(shù)數(shù)據(jù): 河北省各縣1996年和2016年種植業(yè)不同作物養(yǎng)分含量、生物固氮量、反硝化系數(shù)、NH3和N2O排放系數(shù)、畜禽產(chǎn)品分配系數(shù)、畜禽產(chǎn)品氮磷養(yǎng)分含量、畜禽排泄系數(shù)采用NUFER模型[24-26]計(jì)算; 草谷比和氮沉降參數(shù)來源于李書田等[27]研究結(jié)果, 秸稈還田比例來源于王士超[28]研究結(jié)果, 秸稈含氮量、食品含氮量和灌溉水氮素投入量來源于高利偉[29]的結(jié)果, 畜禽糞尿還田率引用宋大利等[30]的研究結(jié)果, 反硝化系數(shù)、氮徑流系數(shù)、侵蝕系數(shù)和氮淋洗排放系數(shù)來源于馬怡斐等[31]的研究結(jié)果。

1.3 計(jì)算方法

本研究基于中國農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展指標(biāo)體系及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn), 選定5類26個(gè)相關(guān)的評價(jià)指標(biāo), 使用NUFER[26]模型定量分析河北省縣域農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展指標(biāo)的時(shí)空變化特征。使用ArcGIS 10.0繪制空間分布圖等地理圖件。

2 結(jié)果與分析

2.1 河北省及各縣區(qū)社會(huì)發(fā)展指標(biāo)時(shí)空變化

由表1可知, 2016年河北省農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平較1996年有所提升, 全省平均等級(jí)處于Ⅰ級(jí)水平, 農(nóng)田機(jī)械化投入水平從8.6′104kW?hm–2?a–1提高到12.3′104kW?hm–2?a–1; Ⅱ級(jí)以下的縣域較1996年減少6個(gè), 在空間上表現(xiàn)為東南部高于西北部(圖1a-b)。2016年動(dòng)物蛋白消費(fèi)比例較1996年有明顯提高, 全省平均動(dòng)物蛋白消費(fèi)比例由22.3%提高到27.8%; 在空間方面總體等級(jí)由Ⅲ級(jí)提高到Ⅱ級(jí), 其中曹妃甸、宣化和三河縣上升為Ⅰ級(jí)(圖1c-d)。2016年河北省農(nóng)田灌溉水平較1996年呈上升趨勢, 平均農(nóng)田灌溉水平由68.0%提高到72.4%, 處于Ⅲ級(jí)以下縣域減少到9個(gè); 低等級(jí)縣域大多分布在西北和北部地區(qū), 東北部縣域等級(jí)有明顯提高, Ⅲ級(jí)縣域減少了2個(gè)(圖1e-f)。食物自給率相比1996年也呈上升趨勢, 全省平均等級(jí)處于Ⅰ級(jí)水平, 平均食物自給率由244.8%上升為249.9%, 處于Ⅲ級(jí)水平的縣域從7個(gè)減少到1個(gè); 涉縣、淶源、文安、霸州、遷西和寬城等縣仍處于較低等級(jí), 西北部地區(qū)變化明顯, Ⅳ級(jí)縣域減少了6個(gè)(圖1g-h)。2016年河北省人均耕地占有水平與1996年相比呈下降趨勢, 由0.28 hm2?cap.–1降低為0.22 hm2?cap.–1, 處于Ⅳ級(jí)的縣域比1996年增加了34個(gè); 在空間上表現(xiàn)為高等級(jí)縣域多分布在省域西北部和東南部地區(qū), 中部、南部和東北部地區(qū)的Ⅳ級(jí)縣域明顯增多, 南部地區(qū)處于Ⅳ級(jí)的縣域比1996年增加了10個(gè)(圖1i-j)。與1996年相比, 河北省社會(huì)發(fā)展指標(biāo)中除人均單位耕地面積呈降低趨勢外, 其他指標(biāo)均呈上升趨勢。

2.2 河北省及各縣區(qū)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)時(shí)空變化

由表1可知, 與1996年相比河北省2016年經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的等級(jí)呈上升趨勢, 如單位面積農(nóng)業(yè)產(chǎn)值指標(biāo)由1.59×104￥?hm–2上升至4.70×104￥?hm–2, 增加了1.96倍; 在空間方面呈現(xiàn)出東北部高、西部低的分布特征, 西北部等級(jí)提升明顯, Ⅳ級(jí)縣由16個(gè)減少到4個(gè)(圖2a-b)。人均GDP相較1996年明顯提高, 全省平均人均GDP由0.48×104￥?cap.–1提高到2.70×104￥?cap.–1, 增加了4.63倍, 共有114個(gè)縣域脫離Ⅳ級(jí)水平; 在空間分布上表現(xiàn)為低等級(jí)縣域集中分布在西北部、中部和東南部地區(qū), 東北部地區(qū)等級(jí)上升趨勢明顯, 有2個(gè)縣域已提高到Ⅰ級(jí)水平(圖2c-d)。2016年河北省農(nóng)村居民人均可支配收入提高明顯, 全省平均等級(jí)達(dá)到Ⅲ級(jí)水平, 農(nóng)村居民人均可支配收入由2.1×103￥?cap.–1提高到8.5×103￥?cap.–1, 增加了3.05倍, 全省所有縣域脫離Ⅳ級(jí)水平; 在空間上表現(xiàn)為高等級(jí)縣域集中分布在中部和東北部地區(qū), 東北部地區(qū)變化顯著, 共有3個(gè)縣域達(dá)到了Ⅱ級(jí)(圖2e-f)。

表1 河北省農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展指標(biāo)及其1996年和2016年的測定值

圖1 1996年和2016年河北省社會(huì)發(fā)展指標(biāo)時(shí)空變化特征

2.3 河北省及各縣區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)指標(biāo)時(shí)空變化

由表1可知, 河北省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力與1996年相比有一定提高但仍處于較低水平, 如單位面積熱量產(chǎn)量由1.29×107kcal?hm-2提高到1.75×107kcal?hm-2, 處于Ⅳ級(jí)的縣域由116個(gè)減少到63個(gè); 全省呈明顯的南北差異, 低等級(jí)縣域大多集中在西北部、西南部和東南部地區(qū), 東北部、中部和南部地區(qū)等級(jí)明顯提高, 東北部地區(qū)減少到3個(gè)Ⅳ級(jí)縣(圖3a-b)。2016年河北省單位面積植物蛋白產(chǎn)量相比1996年有所上升, 平均植物蛋白產(chǎn)量由255.5 kg?hm-2提高到273.6 kg?hm-2, Ⅳ級(jí)縣由133個(gè)減少到129個(gè); 全省大部處于Ⅳ級(jí)水平, 僅晉州、曹妃甸、樂亭、興隆和趙縣為Ⅲ級(jí)縣, 空間總體上20年間無明顯變化(圖3c-d)。2016年農(nóng)田系統(tǒng)氮素利用效率較1996年有所提高, 由30.1%提高到37.1%, 處于Ⅳ級(jí)縣域由68個(gè)減少到39個(gè); 低等級(jí)縣域多集中在西部地區(qū), 其余大部分地區(qū)處于Ⅲ級(jí)水平, 2016年西北部和東北部地區(qū)部分縣域等級(jí)提升明顯, 東北部由14個(gè)Ⅳ級(jí)縣減少到8個(gè)(圖3e-f)。畜牧系統(tǒng)氮素利用效率與1996年相比有明顯的提高, 全省平均等級(jí)上升為Ⅰ級(jí)水平, 由10.2%提高到28.0%, 處于Ⅳ級(jí)的縣域由82個(gè)減少到1個(gè); 低等級(jí)縣多集中在西北部和東北部地區(qū), 全省等級(jí)提高明顯, 西北部地區(qū)減少到1個(gè)Ⅳ級(jí)縣(圖3g-h)。2016年河北省食物系統(tǒng)氮素利用效率同1996年相比也有所提高, 平均氮素利用效率從19.5%提高到24.3%, 處于Ⅳ級(jí)縣域由58個(gè)減少到32個(gè); 空間方面表現(xiàn)為整體等級(jí)不高, 低等級(jí)縣域大多分布在西北部和東北部地區(qū), 西部地區(qū)等級(jí)提高明顯, 處于Ⅳ級(jí)的縣域減少到10個(gè)(圖3i-j)。

圖2 1996年和2016年河北省經(jīng)濟(jì)指標(biāo)時(shí)空變化特征

2.4 河北省及各縣區(qū)資源投入指標(biāo)時(shí)空變化

由表1可知, 與1996年相比, 河北省2016年氮素使用強(qiáng)度由314.4 kg?hm-2提高到338.5 kg?hm-2, Ⅱ級(jí)以下縣域由108個(gè)增加到116個(gè);低等級(jí)縣域集中分布在中部和東北部地區(qū), 西北部等級(jí)提高明顯, 有4個(gè)縣域達(dá)到Ⅰ級(jí), 而東北部和中部地區(qū)等級(jí)呈下降趨勢(圖4a-b)。2016年農(nóng)藥使用強(qiáng)度比1996年有所提高, 由8.41 kg?hm-2增加到9.77 kg?hm-2, 全省平均等級(jí)處于Ⅳ級(jí), 且處于Ⅳ級(jí)水平的縣域由71個(gè)增加到72個(gè);高等級(jí)縣域多分布于河北省西北部, 西北部地區(qū)等級(jí)上升明顯, 共11個(gè)縣達(dá)到了Ⅰ級(jí)水平(圖4c-d)。農(nóng)膜使用強(qiáng)度相比1996年增幅較大, 但全省平均等級(jí)仍處于Ⅰ級(jí)水平, 平均農(nóng)膜使用強(qiáng)度從2.8 kg?hm-2提高到7.0 kg?hm-2,Ⅰ級(jí)縣由131個(gè)減少到101個(gè); 低等級(jí)縣域多分布在東南部和北部地區(qū), 東南部增加了4個(gè)Ⅳ級(jí)縣(圖4e-f)。河北省秸稈循環(huán)利用效率比1996年明顯提高, 由58.1%提高到85.9%, 處于Ⅱ級(jí)以下的縣域由132個(gè)減少到10個(gè), 整體等級(jí)提高到Ⅰ級(jí)水平; 東北部和東南部地區(qū)仍處于較低等級(jí), 東北部減少到1個(gè)Ⅲ級(jí)縣(圖4g-h)。河北省2016年糞尿循環(huán)利用率比1996年顯著降低, 全省平均糞尿循環(huán)利用率由44.4%降低到28.0%, 處于Ⅳ級(jí)水平縣域由2個(gè)增加到121個(gè); 空間上存在明顯的南北差異, 高等級(jí)縣域多分布在北部地區(qū), 北部地區(qū)的等級(jí)明顯優(yōu)于其他地區(qū), 共有7個(gè)Ⅲ級(jí)縣(圖4i-j)。河北省2016年磷素使用強(qiáng)度相比1996年有了一定提高, 全省平均等級(jí)處于Ⅱ級(jí)水平, 從38.4 kg?hm-2提高到45.9 kg?hm-2, 處于Ⅰ級(jí)水平的縣域由70個(gè)減少到46個(gè); 高等級(jí)縣域集中分布于西北部和東南部, 東北部等級(jí)降低趨勢明顯, 增加了5個(gè)Ⅳ級(jí)縣(圖4k-l)。

2.5 河北省及各縣區(qū)生態(tài)環(huán)境指標(biāo)時(shí)空變化

由表1可知, 2016年河北省農(nóng)田氮素盈余比1996年有所降低, 平均氮素盈余由197.2 kg?hm-2降低到186.9 kg?hm-2, 處于Ⅳ級(jí)水平的縣域由36個(gè)減少到31個(gè); 低等級(jí)縣域大多集中分布在中部和東北部地區(qū), 東北部地區(qū)惡化趨勢明顯, 由7個(gè)Ⅳ級(jí)縣增加到10個(gè)(圖5a-b)。河北省2016年農(nóng)業(yè)系統(tǒng)氨揮發(fā)比1996年有所降低, 全省平均等級(jí)處于Ⅲ級(jí)水平, 從113.6 kg?hm-2降低到103.8 kg?hm-2, 處于Ⅳ級(jí)的縣域由57個(gè)減少到43個(gè); 中部和東北部縣域等級(jí)較低, 南部縣域明顯好轉(zhuǎn), 南部地區(qū)減少到9個(gè)Ⅳ級(jí)縣(圖5c-d)。農(nóng)田氮素徑流比1996年有所提高, 全省平均氮素徑流由16.8 kg?hm-2提高到19.6 kg?hm-2, 處于Ⅳ級(jí)的縣域由59個(gè)增加到71個(gè); 低等級(jí)縣域多集中在中南部和東北部地區(qū), 西北部地區(qū)等級(jí)明顯降低, Ⅰ級(jí)縣較1996年減少3個(gè)(圖5e-f)。農(nóng)田氮素淋洗指標(biāo)相比1996年有所下降, 從20.1 kg?hm-2降低到17.5 kg?hm-2, 處于Ⅳ級(jí)的縣域由27個(gè)減少到19個(gè); 全省整體呈好轉(zhuǎn)趨勢, 高等級(jí)縣域多集中分布在西北部, 中部、南部和東北部地區(qū), 南部地區(qū)的Ⅳ縣較1996年減少了4個(gè)(圖5g-h)。2016年農(nóng)業(yè)源溫室氣體排放強(qiáng)度相比1996年呈惡化趨勢, 全省平均排放強(qiáng)度由3 403.4 kg(CO2eq)?hm-2提高到3 969.7 kg(CO2eq)?hm-2, 處于Ⅳ級(jí)的縣域由51個(gè)增加到59個(gè); 東北部、中西部和南部地區(qū)2016年排放強(qiáng)度較高, 而相對于1996年北部、中部和東北部地區(qū)指標(biāo)等級(jí)明顯惡化, 僅北部地區(qū)就增加了4個(gè)Ⅳ級(jí)縣(圖5i-j)。2016年河北省畜禽承載量比1996年也明顯上升, 全省平均等級(jí)處于Ⅲ級(jí)水平, 從3.39 LUs?hm-2提高到5.58 LUs?hm-2, 處于Ⅳ級(jí)的縣域由13個(gè)增加到52個(gè); 東北部、中西部和南部地區(qū)等級(jí)較低, 東北部地區(qū)等級(jí)明顯降低, 由2個(gè)Ⅳ級(jí)縣增加到15個(gè)(圖5k-l)。2016年河北省生產(chǎn)單位食物氮素代價(jià)與1996年相比呈下降趨勢, 由3.03 kg(N)?kg-1(N)降低到2.76 kg(N)?kg-1(N), 由5個(gè)Ⅳ級(jí)縣域減少到1個(gè); 低等級(jí)縣多集中在西部和東北部地區(qū), 西北部地區(qū)等級(jí)明顯上升, 4個(gè)Ⅳ級(jí)縣域全部消失(圖5m-n)。

圖3 1996年和2016年河北省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)指標(biāo)時(shí)空變化特征

圖4 1996年和2016年河北省資源投入指標(biāo)時(shí)空變化特征

3 討論

3.1 河北省農(nóng)業(yè)社會(huì)發(fā)展指標(biāo)時(shí)空變化特征分析

河北省2016年農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展社會(huì)指標(biāo)較1996年顯著提升, 如農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平、農(nóng)田灌溉水平和食物自給率指標(biāo), 大部分縣域已經(jīng)提高到Ⅰ級(jí)水平, 但空間分布不均, 西北部地區(qū)仍處于較低水平, 呈現(xiàn)出明顯的西北低東部高的特征。1996年河北省農(nóng)田灌溉水平已經(jīng)處于較高水平, 到2016年河北省農(nóng)田灌溉水平已達(dá)72.6%, 同全國水平74.3%相差不大[32]。農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平較1996年有明顯提高, 全部縣域脫離Ⅳ級(jí)水平。隨著國家相關(guān)政策的出臺(tái)與實(shí)施, 河北農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備總量穩(wěn)步增長, 農(nóng)業(yè)機(jī)械化體系逐步完善, 農(nóng)業(yè)機(jī)械化作業(yè)水平不斷提高[11,33]。2016年河北省食物自給率高達(dá)249.9%, 全省平均等級(jí)處于Ⅰ級(jí), 在全省范圍內(nèi)可保持較高的糧食自給, 這與喻朝慶[34]的研究結(jié)果一致。隨著經(jīng)濟(jì)收入的增加, 農(nóng)牧產(chǎn)品產(chǎn)量的提高, 人們的生活水平得到了提升, 動(dòng)物蛋白消費(fèi)比例上升, 膳食結(jié)構(gòu)更傾向于消費(fèi)肉蛋奶。黃任等[35]和田美娜等[36]針對河北省20世紀(jì)90年代和2010年以來膳食結(jié)構(gòu)的研究表明, 人均肉類消費(fèi)由20世紀(jì)90年代的11.7 kg?cap.-1?a-1增長到現(xiàn)在的43.2 kg?cap.-1?a-1, 蛋類消費(fèi)由6 kg?cap.-1?a-1增加到31.6 kg?cap.-1?a-1, 肉蛋奶的消費(fèi)量及消費(fèi)比例明顯增長, 反映出當(dāng)?shù)厝嗣竦臓I養(yǎng)條件已大大改善, 本文研究結(jié)果與此一致。

圖5 1996年和2016年河北省生態(tài)環(huán)境指標(biāo)時(shí)空變化特征

3.2 河北省農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)時(shí)空變化特征分析

河北省經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較過去有了明顯提高, 由1996年的Ⅲ、Ⅳ級(jí)水平提高到2016年的Ⅰ、Ⅱ級(jí)水平?？臻g變化方面來看, 中南部和東北部地區(qū)發(fā)展勢頭良好, 如部分縣域的單位面積農(nóng)業(yè)產(chǎn)值和人均GDP已達(dá)到Ⅱ級(jí)及以上水平, 全省人均GDP處于Ⅰ級(jí)水平的縣域增加了3個(gè), 其他大部分地區(qū)的綠色化程度仍處于Ⅲ級(jí)水平。

河北省沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速, 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值相比1996年有大幅提高。如秦皇島、唐山地區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)值較高, 這是由于其位于環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈, 地理位置優(yōu)越, 具有豐富的海洋資源, 各產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭良好,使其在全國沿海發(fā)展戰(zhàn)略中具有重要的地位[37]。僅唐山地區(qū)的農(nóng)業(yè)產(chǎn)值就達(dá)到了385.8′104￥?hm–2, 占全省農(nóng)業(yè)產(chǎn)值的14.7%, 在全省排名第一[13]。河北省西北部地區(qū)的農(nóng)業(yè)機(jī)械化和農(nóng)田灌溉水平低于其他縣域, 其他高機(jī)械化和灌溉水平較高的地區(qū)與西北部相比, 在農(nóng)業(yè)產(chǎn)值方面有明顯增高, 與羅文奇等[38]的研究結(jié)果相同。河北省經(jīng)濟(jì)能取得以上的成就, 主要源于國家在農(nóng)業(yè)上加大了經(jīng)濟(jì)投入[39], 且隨著作物產(chǎn)量的提高, 農(nóng)民收入也相應(yīng)增加。此外政府和地方提出了一系列適合農(nóng)業(yè)發(fā)展的政策[40], 而因地區(qū)政策的不同, 導(dǎo)致了空間的差異, 這與彭光莉等[41]對河北省縣域農(nóng)民收入的空間關(guān)聯(lián)分析結(jié)果相同。

3.3 河北省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)指標(biāo)時(shí)空變化特征分析

河北省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)指標(biāo)與1996年相比有顯著提高。糧食產(chǎn)量不斷增加, 如單位面積熱量產(chǎn)量從1.29′104kcal?hm-2增加到1.75′104kcal?hm-2, 與楊雨芳等[42]的研究結(jié)果相似, 這得益于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件的進(jìn)一步改善。在空間變化上, 河北省中南部地區(qū)等級(jí)明顯高于其他地區(qū), 東北和中部地區(qū)生產(chǎn)力指標(biāo)等級(jí)提高明顯, 整體上存在有明顯東西差異的特征。這是由于河北省西北部農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平遠(yuǎn)低于其他縣域, 限制了作物產(chǎn)量并對農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)水平的提升形成了一定的阻礙[43]。河北省2016年農(nóng)田系統(tǒng)氮素利用效率僅為37%, 低于馬怡斐等[31]在欒城地區(qū)的研究結(jié)果(43%), 是由于河北省農(nóng)藥化肥施用量在逐年增加, 且遠(yuǎn)高于全國平均水平。

3.4 河北省農(nóng)業(yè)資源投入與生態(tài)環(huán)境指標(biāo)時(shí)空變化特征分析

自1996年起, 河北省化肥農(nóng)藥的使用量就處于一個(gè)較高的水平, 導(dǎo)致了食品品質(zhì)下降、污染物超標(biāo)等一系列問題[44]。2016年全省平均氮素使用強(qiáng)度由314.4 kg·hm-2提高到338.5 kg·hm-2, 遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了全國平均水平(313.7 kg·hm-2)[32]。這是由于近20年來, 農(nóng)民不斷種植高耗肥作物[45], 此舉在一定程度上促進(jìn)了農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展, 但同時(shí)也增加了化肥及農(nóng)藥等的使用強(qiáng)度。2016年全省平均磷素使用強(qiáng)度從38.4 kg·hm-2提高到45.9 kg·hm-2, 全省平均水平達(dá)到了Ⅱ級(jí)水平, 也超出了正常的使用強(qiáng)度(35 kg·hm-2)。種植業(yè)和畜牧業(yè)生產(chǎn)方式和結(jié)構(gòu)的改變[46], 導(dǎo)致了氮素、磷素使用強(qiáng)度的增加。河北省2016年單位農(nóng)田農(nóng)藥投入量達(dá)9 kg·hm-2, 低于全國水平(13.9 kg·hm-2), 但全省平均等級(jí)處于Ⅳ級(jí), 農(nóng)藥投入量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正常標(biāo)準(zhǔn)(3.5 kg·hm-2)。農(nóng)藥化肥施用量在空間上呈現(xiàn)出北方縣域施用量低于南方的狀況, 這與侯小娜等[47]的研究結(jié)果相同。河北省平均農(nóng)膜使用強(qiáng)度從2.8 kg·hm-2提高到7.0 kg·hm-2, 平均等級(jí)達(dá)到了Ⅰ級(jí)水平, 投入總體水平較低, 尚處于正常范圍(9 kg·hm-2)內(nèi)[12]。

由于氮素過量投入[48], 造成了淋洗、流失、氨化、硝化反硝化等各種損失增加, 進(jìn)而導(dǎo)致了環(huán)境污染[49]。河北省2016年農(nóng)田氮素盈余達(dá)186.9 kg·hm-2, 全省平均等級(jí)處于Ⅲ級(jí)水平, 結(jié)果與張華芳[50]的研究結(jié)果相近(189.5 kg·hm-2), 但明顯高于正常水平。由于動(dòng)物食品消費(fèi)需求量的急劇增加, 使得畜禽養(yǎng)殖量逐年增加, 導(dǎo)致畜禽糞污的排放, 產(chǎn)生的CH4與N2O也在不斷增加, 在一定程度上增加了溫室氣體排放[51]。與1996年相比, 2016年河北省大部分縣域的糞尿循環(huán)利用率呈下降趨勢。這與養(yǎng)殖規(guī)模不斷增加、集約化程度不斷提高有著密切關(guān)系, 農(nóng)牧分離使畜禽糞尿不能有效返還農(nóng)田, 導(dǎo)致糞尿循環(huán)利用率降低, 遺留在環(huán)境中的糞便則會(huì)揮發(fā)出有害氣體造成污染[52]。由于畜禽糞污的處理尚不完善, 大量糞污被直接排放, 在一定程度上增加了農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的氨揮發(fā)。2016年河北省氨揮發(fā)已經(jīng)達(dá)到了103.8 kg·hm-2, 低于Ma等[24]的研究結(jié)果(117.0 kg·hm-2)。此外畜牧業(yè)由過去的散養(yǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)榧s化生產(chǎn), 會(huì)提高動(dòng)物生產(chǎn)效率進(jìn)而提高畜牧系統(tǒng)氮素利用效率[53], 本研究結(jié)果也證實(shí)了上述觀點(diǎn)。

河北省農(nóng)業(yè)廢棄物循環(huán)利用率低下。農(nóng)田秸稈過去以焚燒為主, 并未合理利用。而近年來隨著嚴(yán)禁燃燒秸稈的政策出臺(tái)與管控, 有大于90%的秸稈被還田利用, 此舉在一定程度上提高了秸稈循環(huán)利用效率, 該結(jié)果與張翠玲等[54]的研究結(jié)果相同。由于農(nóng)牧分離現(xiàn)象嚴(yán)重, 大量的畜禽糞污沒有合理還田, 糞尿循環(huán)利用率降低, 導(dǎo)致氮素遺留在環(huán)境中造成污染, 糞尿循環(huán)利用率降低到28.2%, 小于佟丙辛等[55]的研究結(jié)果(31.3%)。本文與佟丙辛統(tǒng)計(jì)的資料內(nèi)容有所差異, 如未統(tǒng)計(jì)市區(qū)的數(shù)據(jù), 在統(tǒng)計(jì)年份上存在不同, 畜禽養(yǎng)殖規(guī)模較過去有所增長, 從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)結(jié)果略有差異。

3.5 研究的不確定性

在參數(shù)數(shù)據(jù)獲取方面, 與NUFER模型中使用的草谷比、氮淋洗、徑流排放系數(shù)、氮沉降、灌溉水氮素投入量、秸稈還田率和畜禽糞尿還田率等參數(shù)相比, 本研究進(jìn)一步將上述參數(shù)本地化, 采用的是1996年和2016年有關(guān)于河北省的研究結(jié)果, 以期使研究結(jié)果更能反映區(qū)域特征。在生產(chǎn)數(shù)據(jù)獲取方面縣域的耕地面積、化肥折純量投入、農(nóng)作物播種面積與產(chǎn)量、蔬菜播種面積與產(chǎn)量、水果播種面積與產(chǎn)量以及畜禽養(yǎng)殖數(shù)量均采用河北省農(nóng)業(yè)農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒, 與省統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)存在一定程度的出入。這為研究帶來一定的不確定性。本研究進(jìn)一步通過收集縣級(jí)統(tǒng)計(jì)年鑒、農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒等資料, 進(jìn)行多個(gè)來源的比較分析, 力求做到數(shù)據(jù)來源的可靠性。

4 結(jié)論

1)河北省縣域農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展在時(shí)間上呈現(xiàn)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件不斷改善, 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益大幅增長, 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力持續(xù)提升, 氮素利用效率有所回升, 資源投入持續(xù)增加, 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)仍處于較高水平。

2)空間上, 河北省東北部和南部地區(qū)社會(huì)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展程度呈提高趨勢, 而資源和生態(tài)環(huán)境指標(biāo)綠色化等級(jí)總體表現(xiàn)為下降趨勢, 空間呈現(xiàn)出西北部和東南部地區(qū)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展程度高的特征, 具體表現(xiàn)為當(dāng)?shù)?類指標(biāo)綠色化等級(jí)處于Ⅰ級(jí)水平的縣域占比較高, 呈現(xiàn)明顯的空間差異。

3)當(dāng)前河北省農(nóng)業(yè)發(fā)展存在諸多問題, 急需進(jìn)行發(fā)展轉(zhuǎn)型。在種植業(yè)方面需減少農(nóng)藥、化肥等農(nóng)業(yè)化學(xué)品的投入。在畜牧業(yè)方面強(qiáng)調(diào)農(nóng)牧結(jié)合, 實(shí)施糞尿全鏈條管理, 實(shí)現(xiàn)糞尿的無害化和資源化利用, 從而提升縣域農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展水平。

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Temporal and spatial characteristics of agricultural green development indicators in counties of Hebei Province*

LI Yumeng1, ZHANG Jianjie1,2, CUI Shilei1, MA Lin3, MA Wenqi1, WEI Jing1**

(1. College of Resources and Environmental Sciences, Hebei Agricultural University, Baoding 071000, China; 2. College of Resources and Environment, Shanxi Agricultural University, Taiyuan 030031, China; 3. Center for Agricultural Resources Research, Institute of Genetics and Developmental Biology, Chinese Academy of Sciences, Shijiazhuang 050022, China)

In order to analyze the main problems and limiting factors of agricultural green development at county level in Hebei Province, this study took 135 counties (districts) in Hebei Province as the research objects, focusing on five dimensions (society, economy, productivity, resources and ecological environment), selected 26 agricultural green development indicators based on expert opinions and statistical data to analyze the spatio-temporal change characteristics of agricultural green development indicators at county scale in Hebei Province in 1996 and 2016. According to the degree of agricultural green development from high to low, the selected indicators were divided into Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ and Ⅳgrades. The results showed that the agricultural production condition in Hebei Province had been improved continuously from 1996 to 2016. The agricultural mechanization level and farmland irrigation level had increased at different degrees. The agricultural economic benefits also improved greatly, in which agricultural output value per unit cultivated land area and rural disposable income per capita increased by 1.96 times and 3.05 times, respectively. The agricultural production capacity continued to increase, as demonstrated by the continuous increases in caloric and protein production per unit cultivated land area and utilization efficiency of nitrogen. The input of resources increased resulting from the use intensity of nitrogen, phosphorus, pesticide and agricultural film increased continuously; and the environmental risk remained at a high level. In terms of spatial variation, the degree of agricultural green development of social development, economy and agricultural production in the northeast and south of Hebei Province showed an increasing trend, while that of resources and eco-environmental indicators showed a decreasing trend. The results showedthe characteristics of high degree of agricultural green development in the northwest and southeast of the province. The number of counties with the grade Ⅰ green development of five indexes was relatively high, showing a significant spatial difference. The main bottleneck of agricultural green development in Hebei Province came from resource shortage, environmental pollution and ecological destruction; which caused by the excessive investment of resources, the change of planting and breeding structure and the separation of agriculture and animal husbandry. It is necessary for the agricultural green development in Hebei Province to improve the efficiency of resource utilization, keep the environment clean and the ecosystem stable.

Agricultural green development indicator; Degree of green development; County territory; Hebei Province

S19; S158.5

10.13930/j.cnki.cjea.200483

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* “十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFD0200403)資助

魏靜, 研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)。E-mail: weijing_199@163.com

李雨濛, 研究方向?yàn)橘Y源利用與植物保護(hù)。E-mail: 919249851@qq.com

2020-06-22

2020-07-01

* This study was supported by the National Key Research and Development Project of China (2016YFD0200403).

, E-mail: weijing_199@163.com

Jun. 22, 2020;

Jul. 1, 2020