基于動態(tài)環(huán)境安全閾值測定的化肥環(huán)境風(fēng)險評價

張宗軍 閆曉哲

蘭州財經(jīng)大學(xué)，甘肅 蘭州 730020

引言

近年來，人口數(shù)量上漲和生產(chǎn)環(huán)境變化給人們剛性糧食需求帶來新挑戰(zhàn)，而糧食生產(chǎn)與多種因素有關(guān)，播種面積、技術(shù)設(shè)施、有效灌溉面積、品種改良和化肥施用等諸多因素均會影響糧食產(chǎn)量。其中，化肥與農(nóng)藥品類雖不同，但其化學(xué)成分與有機(jī)肥分解釋放的有效養(yǎng)分無區(qū)別，均可為農(nóng)作物提供營養(yǎng)。故化肥作為一種物化技術(shù)形式，作為“綠色革命”標(biāo)志之一，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛運(yùn)用，是使用量最大、使用面最廣的增產(chǎn)手段，被人們喻為“糧食的糧食”。1994年Norman E.Borlaug綜合評價影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各類因素，認(rèn)為化肥對20世紀(jì)世界糧食產(chǎn)量增加有將近一半的貢獻(xiàn)。2017年統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，我國耕地面積約為1.35億公頃，占全球13.90億公頃的9.70%；人均耕地面積為0.09公頃，占全球平均水平0.192公頃的46.9%；我國人口總數(shù)為13.86億，占世界人口總數(shù)75.09億的18.46%。然而，2017年我國糧食產(chǎn)量為40.41億噸，占世界總產(chǎn)量185.46億噸的21.79%；我國蔬菜產(chǎn)量為6.92億噸，占全球總產(chǎn)量12.82億噸的53.98%①根據(jù)世界銀行和聯(lián)合國糧農(nóng)組織相關(guān)數(shù)據(jù)整理計算所得。。我國在不到世界10%的耕地面積上生產(chǎn)了超過世界約20%的糧食和50%的蔬菜，解決了全球近20%人口溫飽問題。這一重大貢獻(xiàn)中化肥所起作用最為關(guān)鍵。

但國內(nèi)化肥施用量增長迅速，與世界水平和典型國家相比，處于嚴(yán)重施用過度狀態(tài)②2014年環(huán)境保護(hù)部和國土資源部聯(lián)合發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》顯示，全國土壤總超標(biāo)率為16.1%，其中耕地土壤點位超標(biāo)率為19.4%，在各類土壤中污染最嚴(yán)重。。如圖1所示，自改革開放以來，我國化肥施用量除1998—2000年間有所放緩?fù)?，一直保持較高增長速度，直至2014年才呈小幅下降趨勢。但2018年施用量仍高達(dá)340.77（公斤/公頃），是1980年的3.93倍，40年間年平均增速達(dá)4.49%。其中，每公頃土地施用氮肥、磷肥、鉀肥和復(fù)合肥分別為124.50公斤、43.94公斤、35.58公斤和136.76公斤，分別是1980年的1.95倍、2.35倍、15.08倍和73.53倍。雖然國內(nèi)化肥施用不斷調(diào)整氮、磷、鉀三大肥料配比，但橫向看2018年單位面積施用量仍是全球平均水平的2.8倍，是美國的2.7倍、墨西哥的3.7倍、印度的2.1倍③收入等級的劃分以世界銀行數(shù)據(jù)庫為標(biāo)準(zhǔn)。。

圖1 1978—2018年全國化肥施用量時間趨勢圖

雖然化肥對糧食等農(nóng)作物增產(chǎn)效應(yīng)十分顯著，但在其施用量長期超過一定限度后，未被利用的化肥隨降水徑流、土壤侵蝕、農(nóng)田排水等方式逐漸流失，對土壤、空氣、水資源等生態(tài)環(huán)境造成污染，引起嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)面源污染問題。氮素化肥施用過多易使土壤酸堿性失衡，產(chǎn)生作物根系生長脆弱和自身養(yǎng)分吸收困難等問題，導(dǎo)致農(nóng)作物生長緩慢，病害增多；土壤中過量的氮素在微生物作用下易轉(zhuǎn)化為對人體危害極大的亞硝酸鹽，順延水流污染地下水，嚴(yán)重危害居民生活。過量的磷肥施用可能影響植物充分吸收鋅、鐵等微量元素，最終引起作物根系萎縮、枝葉衰敗、嚴(yán)重減產(chǎn)的連鎖反應(yīng)；劣質(zhì)的磷素化肥可能還帶有其他有害金屬，過量施用造成的污染堪比化工業(yè)重金屬污染。過量的化肥元素，尤其是河流湖泊中磷元素過量會形成富營養(yǎng)化，藻類雜草肆意生長，破壞水體魚蝦生活環(huán)境；若流入海洋會威脅近海生物，是發(fā)生“赤潮”等危害生態(tài)環(huán)境的主要原因。

為此，2014年中央1號文提出支持高效肥和低殘留農(nóng)藥使用、規(guī)模養(yǎng)殖場畜禽糞便資源化利用、新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體使用有機(jī)肥等試點。2015年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部制定《到2020年化肥使用量零增長行動方案》和《到2020年農(nóng)藥使用量零增長行動方案》；2017國務(wù)院出臺《關(guān)于創(chuàng)新體制機(jī)制推進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的意見》；2018年發(fā)布《中共中央國務(wù)院關(guān)于實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的意見》指出生態(tài)宜居是關(guān)鍵，要推進(jìn)鄉(xiāng)村綠色發(fā)展，打造人與自然和諧共生發(fā)展新格局；2019年中央1號文提出實現(xiàn)化肥農(nóng)藥使用量負(fù)增長目標(biāo)。而實現(xiàn)化肥農(nóng)藥減量施用、加強(qiáng)農(nóng)業(yè)面源污染治理、促進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色生產(chǎn)，需要對化肥施用環(huán)境風(fēng)險科學(xué)合理評價，對化肥污染做出較準(zhǔn)確定量判斷，基于此制定具有針對性和操作性的實施政策。

一、文獻(xiàn)綜述

自20世紀(jì)80年代，我國學(xué)者開始關(guān)注面源污染問題，前期研究主要側(cè)重于現(xiàn)狀分析。近年來，研究逐漸上升為對農(nóng)業(yè)氮、磷及化肥施用等潛在環(huán)境風(fēng)險評價。縱觀國內(nèi)外研究，主要從碳排放視角評估農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境風(fēng)險，該方法借鑒工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境風(fēng)險評價方法，根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中各要素、各環(huán)節(jié)所產(chǎn)生碳排放狀況衡量其環(huán)境風(fēng)險。一些國外研究者選取部分代表地區(qū)，對農(nóng)業(yè)碳排放量進(jìn)行測算。如Acil測算了美洲和歐洲部分國家農(nóng)業(yè)碳排放量占各自國家碳排放總量的比重，近而分析其差異原由[1]。Gadde等考查了泰國、菲律賓和印度等亞洲地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳排放量和具體分布情況[2]。Lesschen等從生產(chǎn)畜牧業(yè)相關(guān)農(nóng)產(chǎn)品角度估算多數(shù)歐盟國家溫室氣體排放量[3]。Yadav等通過建立模型測算了加拿大農(nóng)業(yè)土壤碳排放量，指出合理灌溉和施肥對農(nóng)業(yè)碳排放有較好抑制作用[4]。Garnier等估算了1852—2014年間法國農(nóng)業(yè)和林業(yè)兩部門碳排放量[5]。

國內(nèi)大部分研究成果也從碳排放角度分析農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。閔繼勝等測算了1991—2008年全國及各地區(qū)種植業(yè)和畜牧業(yè)產(chǎn)生的甲醛和一氧化二氮氣體排放量，發(fā)現(xiàn)種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)有不同特點和趨勢[6]。劉華軍等、田云等詳細(xì)測算了我國省級區(qū)域農(nóng)業(yè)碳排放量[7-8]。鄧明君等測算了2005—2013年間我國小麥、玉米、水稻化肥施用碳排放量，詳細(xì)介紹了其演變趨勢，得出我國碳減排潛力巨大的結(jié)論[9]。何慧爽選取農(nóng)業(yè)物質(zhì)投入、水稻種植和動物反芻三個新穎視角計算糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳排放[10]。杜江等通過分析糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)投入產(chǎn)出省級數(shù)據(jù)，以八種代表性農(nóng)作物排放的二氧化碳、甲醛和一氧化二氮為對象，測算了種植業(yè)碳足跡[11]。戴小文等在核算2007—2016年中國種植業(yè)碳排放量基礎(chǔ)上，采用對數(shù)平均指數(shù)分解方法分析不同區(qū)域種植業(yè)碳排放驅(qū)動因素變動情況[12]。

運(yùn)用較成熟的測算方法和良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，從碳排放角度評價農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境風(fēng)險，能較全面地評價農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)村人居所產(chǎn)生的空氣污染狀況。但由于化肥施用主要造成的是面源污染和水污染，需要針對性評價方法。為此，劉欽普引入Hakanson環(huán)境風(fēng)險評價方法，并提出環(huán)境風(fēng)險指數(shù)、環(huán)境安全閾值概念，初步建立化肥環(huán)境風(fēng)險評估模型，后續(xù)研究中又考慮到氮、磷、鉀肥對環(huán)境有不同的污染效應(yīng)，最終建立了含有權(quán)重系數(shù)的化肥施用環(huán)境風(fēng)險指數(shù)計算模型[13]。在此基礎(chǔ)上，連煜陽等按作物類別評價比較我國1978—2016年化肥施用環(huán)境風(fēng)險，得出糧油等大宗農(nóng)產(chǎn)品化肥施用風(fēng)險低于蔬菜水果類[14]。任世鑫等通過對2016年我國小麥、玉米和水稻化肥施用風(fēng)險的評價提出，單質(zhì)肥料施用過量程度在不同地區(qū)有不同表現(xiàn)，空間鄰近區(qū)域的環(huán)境風(fēng)險等級相差不大[15]。劉欽普等認(rèn)為我國主要產(chǎn)糧區(qū)化肥施用強(qiáng)度及生態(tài)經(jīng)濟(jì)平衡性存在較大差異，有施肥總體過量而部分地區(qū)不足情況[16]。

然而，現(xiàn)有研究在環(huán)境風(fēng)險指數(shù)評價方法方面存在一定不足，參數(shù)設(shè)置往往主觀性較強(qiáng)。歸因于：一是多數(shù)研究以國家生態(tài)建設(shè)要求的化肥施用強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)250（公斤/公頃）和全球公認(rèn)的化肥施用安全上限225（公斤/公頃）為依據(jù)確定化肥施用環(huán)境安全閾值，缺乏動態(tài)調(diào)整；二是研究中雖考慮到產(chǎn)量變化對化肥施用量的影響，但以數(shù)年平均產(chǎn)量為依據(jù)，未合理體現(xiàn)產(chǎn)量變化趨勢性；三是未考慮不同作物對化肥施用量的影響，多以糧食作物代表整個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，缺乏精確性。

現(xiàn)有研究未能充分體現(xiàn)出因種植作物、種植方式、環(huán)境氣候及施用化肥強(qiáng)度不同而造成的各地區(qū)環(huán)境安全閾值差異。巨曉棠研究表明理論施氮量可近似相當(dāng)于作物籽粒所含氮量[17]。由此看出，化肥施用量與糧食等農(nóng)作物產(chǎn)量有直接關(guān)系，使人們在對農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量提升方面達(dá)成了普遍共識，即多施化肥。因此，選擇一種全面、動態(tài)的化肥施用環(huán)境風(fēng)險評價方法，預(yù)防與治理農(nóng)業(yè)面源污染問題，對農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展乃至生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)意義重大。

為克服上述不足，本文將農(nóng)作物分為糧食、油料、棉花、糖料和蔬菜五大類型，根據(jù)五大類作物實際產(chǎn)量模擬回歸計算其理論產(chǎn)值，依據(jù)各大類作物的不同需氮系數(shù)和種植面積權(quán)重，研究我國1980—2018年化肥投入強(qiáng)度及環(huán)境安全閾值時空變化；進(jìn)而測算動態(tài)化肥環(huán)境風(fēng)險系數(shù)，為化肥環(huán)境風(fēng)險評價提供更科學(xué)的方法，以期為我國各地生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)、面源污染防治提供有效參考。

二、化肥污染環(huán)境風(fēng)險指數(shù)模型構(gòu)建

（一）化肥污染環(huán)境風(fēng)險評價方法

20世紀(jì)80年代科學(xué)家Lars Hakanson首次引入毒性系數(shù)，提出重金屬污染環(huán)境風(fēng)險評價方法，此法與生態(tài)環(huán)境評價內(nèi)涵相同，被廣泛應(yīng)用于環(huán)境風(fēng)險評價中。但人們發(fā)現(xiàn)由于Hakanson評價模型計算出的綜合指數(shù)是一個無上限正數(shù)，數(shù)值大小代表環(huán)境風(fēng)險程度，此結(jié)果不易于比較不同類型環(huán)境風(fēng)險。同時毒性系數(shù)的確定缺乏科學(xué)理論根據(jù)?；诖?，劉欽普提出綜合指數(shù)數(shù)值介于0和1之間的環(huán)境風(fēng)險指數(shù)模型，確定了風(fēng)險程度變化范圍，便于認(rèn)識和比較風(fēng)險程度。其計算公式為：

上述公式中：Rt表示化肥污染環(huán)境風(fēng)險總指數(shù)；Ri表示單質(zhì)肥料污染環(huán)境風(fēng)險指數(shù)；Wi表示單質(zhì)肥料氮、磷、鉀環(huán)境污染風(fēng)險權(quán)重；Ti表示單質(zhì)肥料環(huán)境安全閾值。Fi表示化肥使用強(qiáng)度。Mi表示當(dāng)年化肥施用量；A表示耕地面積。

（二）動態(tài)化肥環(huán)境安全閾值測度方法

1.化肥環(huán)境安全閾值測度方法?；适┯铆h(huán)境安全閾值是指在不污染環(huán)境前提下，為獲得某種農(nóng)作物目標(biāo)產(chǎn)量而投入的某種化肥用量最大值。由公式（2）可知，環(huán)境安全閾值Ti作為關(guān)鍵參數(shù)，通過將其與化肥施用強(qiáng)度比較，衡量化肥施用合理性和安全性。巨曉棠研究表明，可用作物目標(biāo)產(chǎn)量與作物需氮量的乘積計算理論推薦施氮量[17]。由于發(fā)達(dá)國家和我國小麥、水稻等作物的氮、磷、鉀施肥比例均為2∶1∶1，借鑒此施肥實踐和養(yǎng)分要求，總化肥和氮、磷、鉀單質(zhì)化肥施用環(huán)境安全閾值測度模型設(shè)置為：

式中：ET、ETN、ETp、ETK分別為總化肥、氮肥、磷肥和鉀肥施用環(huán)境安全閾值；A為作物需氮系數(shù)，YL為作物單位產(chǎn)量；ρ為化肥施用環(huán)境安全調(diào)節(jié)系數(shù)，用于調(diào)節(jié)某一目標(biāo)產(chǎn)量下化肥施用環(huán)境安全閾值與化肥施用經(jīng)濟(jì)適宜量的關(guān)系，一般而言，前者比后者約低20%，故ρ取0.8。

2.動態(tài)化肥環(huán)境安全閾值測度方法?；适┯脤r(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響最終體現(xiàn)于預(yù)期產(chǎn)量，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)弱質(zhì)性使其易受到自然災(zāi)害影響，化肥投入對產(chǎn)量增收效果往往被自然災(zāi)害削弱，致使以實際產(chǎn)量作為其目標(biāo)產(chǎn)量得出的結(jié)論可能有一定的偏差。為計算出更準(zhǔn)確的化肥施用環(huán)境安全閾值，本文改進(jìn)和優(yōu)化上述模型，根據(jù)歷年農(nóng)作物實際單位產(chǎn)量進(jìn)行模擬回歸，得出理論產(chǎn)量YL。

因為經(jīng)濟(jì)作物與糧食作物的需氮量各不相同，其所種植區(qū)域的環(huán)境安全閾值也不盡相同。對此，為避免計算結(jié)果有所誤差，本文分別計算三大糧食作物、五大油料作物、兩大糖料作物及棉花和蔬菜的環(huán)境安全閾值，表1是本文選取的各種作物需氮系數(shù)表。

表1 各種作物需氮系數(shù)表（形成1千克產(chǎn)量所需氮的量） （單位：千克）

（三）化肥施用環(huán)境風(fēng)險分類

由公式（1）、（2）可分析出，Rt和Ri均是介于0到1之間的正數(shù)，當(dāng)Ri=0.5時意味著化肥施用強(qiáng)度Fi和環(huán)境安全閾值Ti處于相等水平，此均衡點處化肥施用度即為環(huán)境安全臨界點；當(dāng)Rt（Ri）趨近于1，即環(huán)境安全閾值Ti趨近于0，意味著化肥施用強(qiáng)度Ti遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過環(huán)境安全閾值Ti，此時化肥施用存在極其嚴(yán)重的環(huán)境風(fēng)險；當(dāng)Rt（Ri）趨近于0，即化肥施用強(qiáng)度Fi趨近于0，意味著化肥施用強(qiáng)度遠(yuǎn)低于環(huán)境安全閾值，此時化肥施用對環(huán)境風(fēng)險較為安全。本文以化肥施用強(qiáng)度超過環(huán)境安全閾值的倍數(shù)來確定環(huán)境風(fēng)險指數(shù)程度和范圍，并以此將環(huán)境風(fēng)險劃為六類，如表2所示。

表2 化肥施用環(huán)境風(fēng)險分類

三、動態(tài)化肥環(huán)境風(fēng)險指數(shù)實證分析

（一）化肥施用折純量計算

近年來由于復(fù)合肥中氮、磷、鉀的科學(xué)有效配比可實現(xiàn)各種養(yǎng)分平衡供應(yīng)，確保產(chǎn)量穩(wěn)定，節(jié)約生產(chǎn)資料成本，受到農(nóng)民認(rèn)可與青睞，施用量也逐年攀升?；适┯昧坎捎没适┯谜奂兞坑嬎?，如表3所示，三元復(fù)合肥中氮磷鉀比值并非均是1∶1∶1，其更偏向于1∶2∶1或者其他。故將復(fù)合肥中氮磷鉀含量按1∶2∶1比例分配至各單質(zhì)肥料的化肥折純量中。

表3 各種復(fù)合肥折純量參考計算表

（二）作物理論產(chǎn)量模擬計算

計算動態(tài)化肥施用環(huán)境安全閾值需以趨勢產(chǎn)量為基準(zhǔn)，即對歷年農(nóng)作物實際單位產(chǎn)量回歸模擬，從而得出趨勢產(chǎn)量，也就是在科技進(jìn)步、生產(chǎn)條件優(yōu)化趨勢下，不考慮災(zāi)害侵?jǐn)_的產(chǎn)量，但此法對產(chǎn)量的歷史數(shù)據(jù)年限要求較長。我國統(tǒng)計年鑒披露了1978年到2018年連續(xù)完整的產(chǎn)量數(shù)據(jù)，因此可采用回歸擬合法獲取趨勢單產(chǎn)。本文分別運(yùn)用線性回歸函數(shù)和多次方回歸函數(shù)對我國五大類作物單產(chǎn)序列進(jìn)行擬合，結(jié)果顯示線性函數(shù)的模擬效果更為優(yōu)越，故將回歸方程設(shè)置為y?=c+αt。逐一回歸后發(fā)現(xiàn)各種作物趨勢單產(chǎn)的最優(yōu)回歸方程并不一致，但整體擬合優(yōu)度均較顯著，回歸獲取的趨勢單產(chǎn)方程如表4所示?；貧w模擬后的趨勢產(chǎn)量與實際產(chǎn)量相差不大于1%，基本消除了環(huán)境安全閾值計算過程中有作物因自然災(zāi)害等因素造成結(jié)果不確定的干擾。

表4 各種作物趨勢產(chǎn)量的回歸擬合方程

（三）動態(tài)環(huán)境安全閾值計算與分析

由表4獲取的擬合方程計算出五種作物1980—2018年期間理論產(chǎn)量YL，利用公式（5）計算出糧食等五類作物動態(tài)化肥施用環(huán)境安全閾值，再由公式（6）和公式（7）分別計算出五種作物的動態(tài)氮、磷、鉀肥施用環(huán)境安全閾值及我國1980—2018年各種作物總動態(tài)化肥施用環(huán)境安全閾值。

由圖2可知，1980年我國各作物產(chǎn)量較低，化肥施用環(huán)境安全閾值處于較低水平，均在200（公斤/公頃）以下，而隨著作物產(chǎn)量逐年增加，各種作物環(huán)境安全閾值也不斷提高。其中，糖料的環(huán)境安全閾值于1995年超過國家化肥施用強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)250（公斤/公頃），油料、棉花、糧食作物分別于2005年、2007年和2012年超過國家化肥施用標(biāo)準(zhǔn)，而蔬菜類作物的化肥施用環(huán)境安全閾值截至2018年仍處于200（公斤/公頃）以下。由于各種糧食作物播種占全國總播種面積80%～90%，因此總動態(tài)環(huán)境安全閾值與糧食作物的動態(tài)環(huán)境安全閾值幾乎相同，略低一點，該結(jié)論可以解釋其他學(xué)者單純運(yùn)用糧食作物計算總環(huán)境安全閾值的計算結(jié)果具有一定可靠性。

圖2 各類作物環(huán)境安全閾值動態(tài)變化

根據(jù)動態(tài)化肥施用環(huán)境安全閾值結(jié)果可以看出，按照時間序列評價我國化肥污染環(huán)境風(fēng)險時單純采用國家規(guī)定的250（公斤/公頃）作為環(huán)境安全閾值標(biāo)準(zhǔn)，得出的結(jié)論不夠科學(xué)和嚴(yán)謹(jǐn)。在各作物真實環(huán)境安全閾值小于國家化肥施用強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)時，按標(biāo)準(zhǔn)計算的化肥污染環(huán)境風(fēng)險結(jié)果可能偏小；在各作物真實環(huán)境安全閾值大于國家化肥施用強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)時，計算結(jié)果可能偏大。

（四）基于動態(tài)環(huán)境閾值的化肥環(huán)境風(fēng)險計算與分析

運(yùn)用公式（3）可以計算出氮、磷、鉀各單質(zhì)肥料的化肥施用強(qiáng)度，再結(jié)合此前算出的動態(tài)環(huán)境安全閾值，代入公式（2），可計算出氮、磷、鉀各單質(zhì)肥料的污染環(huán)境風(fēng)險指數(shù)。因為氮、磷、鉀過量施用對生態(tài)環(huán)境造成的影響各有不同，在進(jìn)行環(huán)境風(fēng)險綜合評價時，需確定三種元素所占的不同權(quán)重。參考前人研究成果發(fā)現(xiàn)，劉欽普應(yīng)用定性定量相結(jié)合的層次分析法，通過構(gòu)造氮、磷、鉀三因子判斷矩陣和計算特征值、特征向量等步驟，得出氮、磷、鉀對環(huán)境影響的權(quán)重分別為64.8%、23%、12.2%，此法最具科學(xué)合理性。故本文采用此權(quán)重劃分方法，對所計算的各單質(zhì)肥料污染環(huán)境風(fēng)險指數(shù)加權(quán)，由公式（1）計算得出最終各種作物化肥污染環(huán)境風(fēng)險總指數(shù)。

本文分別計算了五類作物的化肥污染環(huán)境風(fēng)險指數(shù)。每類作物播種面積、農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量、動態(tài)環(huán)境安全閾值等均有所差異，故采用種植面積加權(quán)原則對五種作物化肥污染環(huán)境風(fēng)險指數(shù)加權(quán)，此計算方法較合理，結(jié)果較科學(xué)。

式中：R為加權(quán)計算后化肥污染環(huán)境風(fēng)險總指數(shù)；Rt為糧食等五種作物各自的化肥污染環(huán)境風(fēng)險總指數(shù)；An為各類作物單獨播種面積，A為所有作物播種面積之和，分別以1～5數(shù)字表示。

由公式（7）和公式（8）可以計算出我國1980—2018年基于動態(tài)環(huán)境閾值的化肥環(huán)境風(fēng)險指數(shù)。各種作物及全國化肥面源污染的環(huán)境風(fēng)險指數(shù)如圖3所示。在1980年，各作物環(huán)境風(fēng)險指數(shù)處于0.5以下（此處可參考表2化肥施用環(huán)境風(fēng)險分類標(biāo)準(zhǔn)），處于尚安全（0.35～0.5）范圍，但棉花、蔬菜、油料和糧食分別在1983年、1988年、1989年和1990年相繼突破0.5的安全環(huán)境風(fēng)險指數(shù)范圍，到達(dá)低度風(fēng)險（0.5～0.65）范圍。而糖料作物在1995年超過0.5的安全環(huán)境風(fēng)險指數(shù)范圍，之后其環(huán)境安全風(fēng)險指數(shù)持續(xù)在0.5安全范圍上下波動，這與糖料作物較高的環(huán)境安全閾值有關(guān)。蔬菜作物在五大作物中環(huán)境風(fēng)險指數(shù)最高，2006年蔬菜作物環(huán)境風(fēng)險指數(shù)超過0.65，按化肥施用環(huán)境風(fēng)險分類標(biāo)準(zhǔn)處于中度風(fēng)險（0.65～0.75）范圍，并維持了十年之久，近幾年才略有下降，到達(dá)低度風(fēng)險（0.5～0.65）范圍。

圖3 各類作物環(huán)境風(fēng)險指數(shù)動態(tài)變化

與動態(tài)環(huán)境安全閾值計算結(jié)果相似的是：全國環(huán)境風(fēng)險總指數(shù)與糧食作物環(huán)境風(fēng)險指數(shù)同樣非常接近，并在1990年達(dá)到低度風(fēng)險（0.5～0.65）范圍，在2007年達(dá)到最大值0.596，此后緩慢下降，這與我國2005年多數(shù)地區(qū)開始實行測土配方施肥政策，加大氮、磷、鉀養(yǎng)分合理搭配有很大關(guān)系，在化肥施用環(huán)境安全閾值逐步提高基礎(chǔ)上，也逐漸提高了氮、磷、鉀等化肥利用率，使總化肥施用環(huán)境風(fēng)險呈下降趨勢，表明我國環(huán)境風(fēng)險恢復(fù)至安全范圍有良好的向好態(tài)勢，此后還可以進(jìn)一步提升化肥利用率，提高作物產(chǎn)量，使全國化肥施用環(huán)境風(fēng)險總指數(shù)進(jìn)一步下降，并保持在安全范圍。

四、政策建議

第一，加快制定區(qū)域化肥施用標(biāo)準(zhǔn)與環(huán)境監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)，實行不同作物差異化監(jiān)管模式。不同作物有不同的環(huán)境安全閾值，其化肥施用量直接決定了環(huán)境污染風(fēng)險。例如同時采用250（公斤/公頃）化肥施用強(qiáng)度，施用于種植糖料作物和蔬菜作物區(qū)域，由于糖料作物環(huán)境安全閾值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于250（公斤/公頃），其種植區(qū)域的環(huán)境風(fēng)險指數(shù)可能處在安全范圍，而蔬菜作物環(huán)境安全閾值低于250（公斤/公頃），其種植區(qū)域的環(huán)境風(fēng)險指數(shù)可能處于低度風(fēng)險范圍甚至以上。故要及時控制由化肥施用引起的環(huán)境風(fēng)險，加快制定區(qū)域化化肥施用標(biāo)準(zhǔn)與環(huán)境監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)，對不同作物區(qū)域?qū)嵭胁町惢芾砼c監(jiān)控。

第二，加快研制不同區(qū)域適用的復(fù)合肥，提高化肥施用效率。2019年農(nóng)業(yè)部測算的三大糧食作物化肥有效利用率為39.2%，較2015年的35.2%提升4%，但部分發(fā)達(dá)國家糧食作物氮肥利用率在50%～65%左右?？梢姡袊世寐氏鄬ζ?。研究表明復(fù)合肥中氮磷鉀的有效配比實現(xiàn)了各種養(yǎng)分平衡供應(yīng)，滿足作物生長營養(yǎng)需要的同時改善了作物品質(zhì)，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料成本，提高農(nóng)民收入。故相關(guān)化肥研發(fā)部門可研制適用于不同區(qū)域、不同種植作物的復(fù)合肥種類，發(fā)揮減量不減效作用。

第三，增加對科技和教育的支持，培養(yǎng)農(nóng)民合理施肥、結(jié)構(gòu)性施肥以及環(huán)境保護(hù)意識。農(nóng)民作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營主體，是控制農(nóng)業(yè)化肥合理施用的直接操作者，故對宣傳農(nóng)業(yè)生產(chǎn)知識和環(huán)境保護(hù)知識格外必要。通過相應(yīng)政策法規(guī)、教育和技術(shù)指導(dǎo)管理，讓農(nóng)戶認(rèn)識到合理施肥對控制環(huán)境風(fēng)險的重要性，優(yōu)化其施肥結(jié)構(gòu)及行為。只有當(dāng)農(nóng)戶自覺規(guī)范農(nóng)業(yè)施肥行為，才意味著從源頭控制了農(nóng)業(yè)化肥面源污染的環(huán)境風(fēng)險。

第四，嚴(yán)格把控農(nóng)產(chǎn)品價格，進(jìn)一步穩(wěn)定優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)。我國農(nóng)民面臨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本和農(nóng)產(chǎn)品價格雙重擠壓，頻繁發(fā)生投入產(chǎn)出不平衡的現(xiàn)象，并誘發(fā)了種植結(jié)構(gòu)波動。因此，健全農(nóng)產(chǎn)品價格監(jiān)測系統(tǒng)格外必要，需加強(qiáng)農(nóng)產(chǎn)品價格監(jiān)測力度。一方面通過政府干預(yù)減小通貨膨脹給農(nóng)產(chǎn)品價格帶來的負(fù)面影響，減輕市場波動侵蝕農(nóng)民勞動成果；另一方面通過行政監(jiān)管強(qiáng)化對人為操縱市場、制造農(nóng)產(chǎn)品尤其是經(jīng)濟(jì)作物價格異常波動等侵害農(nóng)戶利益行為的打擊和懲處。著力培育新型經(jīng)營主體，完善服務(wù)體系，加快經(jīng)濟(jì)作物種植專業(yè)化和規(guī)?；?。在此基礎(chǔ)上將部分農(nóng)業(yè)直接補(bǔ)貼與土地面源污染檢測結(jié)果相掛鉤，推動化肥減量施用。

第五，推進(jìn)綠色農(nóng)業(yè)保險發(fā)展，達(dá)到環(huán)境治理與保障農(nóng)民收入有機(jī)統(tǒng)一。一般的農(nóng)業(yè)保險可有效降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中不確定性，彌補(bǔ)農(nóng)民受災(zāi)損失，保障農(nóng)民收益。但面對我國面源污染嚴(yán)峻形勢，降低化肥施用量已成為必須，這勢必影響農(nóng)民投入決策和經(jīng)濟(jì)收益。故在農(nóng)業(yè)保險產(chǎn)品設(shè)計中補(bǔ)償農(nóng)民因減少化肥施用而產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)利益損失，將綠色生產(chǎn)激勵要素納入農(nóng)業(yè)保險保費(fèi)補(bǔ)貼中，將部分農(nóng)業(yè)直接補(bǔ)貼轉(zhuǎn)化為農(nóng)業(yè)保險綠色保費(fèi)補(bǔ)貼，以此使農(nóng)業(yè)保險更好地發(fā)揮綠色興農(nóng)作用，推動鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略實施。