中國化肥施用強(qiáng)度的時空分異特征*

孫兆凱，馮 欣，劉 洋，姜文來※

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蜜蜂研究所，北京 100093）

0 引言

化肥投入是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要特征[1]，為糧食增產(chǎn)做出了重要貢獻(xiàn)[2]，但過量的化肥施用造成農(nóng)業(yè)面源污染，也成為威脅國家生態(tài)安全的重要因素。為了促進(jìn)化肥合理投入，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，2015年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部（原農(nóng)業(yè)部）發(fā)布《到2020年化肥使用量零增長行動方案》。在國家和社會各界的共同努力下，至2020年底中國化肥施用（折純）總量實現(xiàn)五連降，化肥減量增效行動取得了良好成效[3]。新的時期，面對中國處于糧食緊平衡的現(xiàn)狀[4]以及區(qū)域間農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平和生產(chǎn)功能表現(xiàn)出的顯著空間異質(zhì)性特征，要更好地處理“增產(chǎn)需求與投入限制”“產(chǎn)業(yè)發(fā)展與生態(tài)安全”間的復(fù)雜關(guān)系，及時調(diào)整和制定新階段減量增效行動方案。區(qū)分不同區(qū)域的化肥投入需求和產(chǎn)出效益，因地制宜制定化肥投入管制措施，促進(jìn)化肥合理施用、保障糧食和生態(tài)安全、推動農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和鄉(xiāng)村全面振興。

制定合理的區(qū)域性化肥管制政策，要以科學(xué)的空間分析結(jié)果為支撐。潘曉東[5]指出：認(rèn)清化肥的使用變化趨勢，是農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展的必然要求。面對我國復(fù)雜的農(nóng)業(yè)地理特征，研究化肥投入和利用情況的空間差異及分布動態(tài)演進(jìn)問題，不僅為加強(qiáng)區(qū)域化肥投入管理、支撐農(nóng)業(yè)面源污染識別防控提供了有效參考[6]，也對于制定差異化的化肥管制政策、縮小區(qū)域差異、促進(jìn)農(nóng)業(yè)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義[7,8]。已有部分文獻(xiàn)對化肥使用量的時空分布特征展開相關(guān)研究[9.10]，但缺乏對長時間尺度的中國化肥施用強(qiáng)度時空分異特征的研究，關(guān)于其與化肥生產(chǎn)、管制政策、環(huán)境約束等全國性因素的耦合分析也相對有限。因此，文章利用空間模型和數(shù)學(xué)方法對改革開放以來中國化肥施用的重心遷移軌跡、空間關(guān)聯(lián)關(guān)系和差異性特征展開研究，并結(jié)合宏觀因素進(jìn)行耦合分析，為更加科學(xué)合理地制定區(qū)域性化肥管制政策提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究方法

1.1.1 重心模型

重心能夠反映各地化肥生產(chǎn)和施用量在全國的總體分布狀況，重心移動則呈現(xiàn)了區(qū)域發(fā)展的空間軌跡。該文利用ArcGIS10.2軟件計算中國化肥施用和生產(chǎn)重心的位置，并發(fā)現(xiàn)其空間遷移軌跡。重心坐標(biāo)的計算方式為[11]：

式（1）（2）中，n表示參與評價地區(qū)的數(shù)量，第i個地區(qū)的重心坐標(biāo)為（Xi，Yi），Gi為該單元屬性。

1.1.2 全局自相關(guān)

莫蘭指數(shù)（Moran"I）能夠表征中國省域化肥施用強(qiáng)度具有的空間位置依賴關(guān)系，利用GeoDa軟件實現(xiàn)。計算公式為[12]：

式（3）中，Yi、Yj分別表示第i、j個地區(qū)化肥施用程度；n為參與統(tǒng)計地區(qū)的數(shù)量；ˉY為所有地區(qū)化肥施用強(qiáng)度的平均數(shù)；wij是空間權(quán)重。

1.1.3 局部自相關(guān)

空間聯(lián)系的局部指標(biāo)LISA：反映每個地區(qū)周圍顯著相似值區(qū)域的聚集程度[13,14]，運用GeoDa軟件實現(xiàn)。計算方法如式（3）為：

式（4）中指標(biāo)解釋如式（3）。

1.1.4 信息熵

信息熵是用來反映數(shù)據(jù)離散程度的指標(biāo)，信息熵Ej越小，指標(biāo)數(shù)據(jù)的離散程度越大[15]。信息熵Ej≥0的計算方法為：

式（5）中，Yij表示i地區(qū)j年的化肥施用強(qiáng)度，n表示參與評價的樣本數(shù)量。

1.2 數(shù)據(jù)來源

該文所用的統(tǒng)計數(shù)據(jù)包含：農(nóng)用化肥施用折純量、農(nóng)用氮、磷、鉀化肥產(chǎn)量、農(nóng)作物總播種面積3項，均來自于國家統(tǒng)計局網(wǎng)站。其中，（1）各地化肥施用總量以農(nóng)用化肥施用折純量表示；（2）各地化肥總產(chǎn)量以農(nóng)用氮、磷、鉀化肥產(chǎn)量表示；（3）化肥施用強(qiáng)度則根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)計算所得，即化肥施用強(qiáng)度=農(nóng)用化肥施用折純量/農(nóng)作物總播種面積。由于香港、澳門和臺灣等地數(shù)據(jù)不易獲取，所以將研究對象設(shè)定為中國其他31省（市、自治區(qū)，不含港澳臺）。

2 中國化肥施用和生產(chǎn)重心遷移情況

區(qū)位論認(rèn)為，運輸距離是影響要素供給的重要因素[16]。因此作者提出假設(shè)：在中國化肥供給存在缺口的階段，區(qū)域化肥生產(chǎn)情況與化肥施用強(qiáng)度有重要關(guān)聯(lián)，即化肥施用的重心遷移軌跡會與化肥生產(chǎn)重心的遷移軌跡表現(xiàn)出一定的共性特征。為驗證這一假設(shè)，該文在探究化肥施用重心遷移軌跡的同時計算了化肥生產(chǎn)重心的遷移軌跡。該文利用Arc-GIS10.2軟件，提取各省級行政區(qū)幾何重心地理坐標(biāo)、建立數(shù)據(jù)庫，利用式（1）（2）計算中國省級行政區(qū)化肥生產(chǎn)和施用（總量和強(qiáng)度）重心，并分析1979—2019年重心遷移規(guī)律（圖1、2）。結(jié)果顯示，中國化肥生產(chǎn)總量和施用總量的重心整體向西北方向遷移，化肥施用強(qiáng)度的重心則向西南方向遷移，并從不同角度表現(xiàn)出明顯的共性特征。

圖1 1979—2019年中國化肥生產(chǎn)重心遷移軌跡

2.1 中國化肥生產(chǎn)重心遷移軌跡

如圖1，1979—2019年中國化肥生產(chǎn)的重心總體呈現(xiàn)向西北方向遷移的態(tài)勢，從1979年的（113.75°E，33.45°N）遷移到2019年的（108.93°E，34.4°5N），整體向西遷移4.82經(jīng)度、向北遷移1.0緯度。重心所在位置也由1979年的河南省境內(nèi)（110.21°E～116.39°E，31.23°N～36.22°N）遷移到2019年的陜西省境內(nèi)（105.29°E～111.15°E，31.42°N～39.35°N）。從動態(tài)遷移軌跡來看，中國化肥生產(chǎn)重心呈現(xiàn)明顯的波動性變化特征，形成向“西南—西北—西南—西北”的波動性軌跡。

改革開放初期，我國處于向工業(yè)化過渡的重要時期，東部沿海地區(qū)有較為明顯的區(qū)位優(yōu)勢，率先開展工業(yè)化肥生產(chǎn)，從全國來看化肥生產(chǎn)重心偏向東部，位于河南省境內(nèi)中部偏東的位置。經(jīng)歷了小幅向西南方向遷移的過程后，全國化肥重心呈現(xiàn)明顯向西北方向遷徙的態(tài)勢，與近年來西部地區(qū)化肥生產(chǎn)能力表現(xiàn)出明顯的增長、東部地區(qū)明顯的下降趨勢相符。1979年產(chǎn)能最高的地區(qū)分別為四川、山東、江蘇、河北和湖南，2019年則為湖北、青海、內(nèi)蒙古、四川和山東，其中3地位于西部地區(qū)，北京、遼寧、上海、湖南、廣東等東部和南部地區(qū)化肥產(chǎn)量則顯著下降。這與地區(qū)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級、生態(tài)環(huán)境管制措施有較為明顯的關(guān)系。一方面，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，市場推動了東部地區(qū)產(chǎn)業(yè)開始向數(shù)字經(jīng)濟(jì)、第三產(chǎn)業(yè)等資本和技術(shù)集約型的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級；另一方面，人口增長和社會發(fā)展給東部地區(qū)帶來的環(huán)境壓力愈漸凸顯，對于環(huán)境有不利影響的工業(yè)產(chǎn)業(yè)被迫向環(huán)境壓力相對偏小、又亟待發(fā)展的西部地區(qū)轉(zhuǎn)移?；噬a(chǎn)重心的西遷，給西部帶來了新的發(fā)展契機(jī)，工業(yè)化作為區(qū)域發(fā)展的必然方向能夠加快實現(xiàn)西部地區(qū)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展；但同時，也要注意化肥生產(chǎn)中向大氣和水源排放的氮氧化物、二氧化硫、硫化物和粉塵等有害物質(zhì)對環(huán)境產(chǎn)生的不良影響，西部地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱、應(yīng)對污染的能力不足，環(huán)境一經(jīng)污染常難以在短期恢復(fù)。

2.2 化肥施用重心遷移軌跡

1979—2019年化肥施用強(qiáng)度和施用總量的重心均位于河南省境內(nèi)（110.21°E～116.39°E，31.23°N～36.22°N），處于中國中部偏東的位置。中國化肥施用強(qiáng)度的重心呈現(xiàn)向西南方向遷移的態(tài)勢，化肥施用總量的重心則向西北地區(qū)遷移（圖2）?；适┯米鳛檗r(nóng)業(yè)技術(shù)進(jìn)步的重要體現(xiàn)[17]，重心的遷移態(tài)勢反映了中國西部地區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平的提升，盡管仍整體低于東部，但正呈現(xiàn)穩(wěn)定增長、持續(xù)好轉(zhuǎn)的發(fā)展態(tài)勢?；适┯脧?qiáng)度和施用總量的重心遷移軌跡表現(xiàn)出一定的差異性，這與農(nóng)作物播種面積有重要關(guān)聯(lián)。但又分別從不同角度與化肥生產(chǎn)重心遷移軌跡表現(xiàn)出一定的共性特征，驗證了上文提出的化肥生產(chǎn)與施用間存在一定關(guān)聯(lián)的假設(shè)。

圖2 1979—2019年中國化肥施用重心遷移軌跡

2.2.1 化肥施用強(qiáng)度重心遷移

1979—2019年中國化肥施用強(qiáng)度重心從（114.05°E，33.80°N）遷移到（112.25°E，33.11°N），累計向西遷移1.8度，向南遷移0.49度。該重心遷移趨勢反映出：在中國化肥施用強(qiáng)度整體增加的背景下（與1979年相比），西南方向化肥強(qiáng)度有著明顯高于全國其他區(qū)域的增長趨勢。

分階段看中國化肥施用強(qiáng)度的重心遷移軌跡表現(xiàn)出較明顯的波動性特征，化肥供應(yīng)能力和“化肥零增長行動”對于中國化肥施用強(qiáng)度的重心遷移方向產(chǎn)生顯著影響。1979—2015年化肥施用強(qiáng)度重心整體維持了向西部遷移的趨勢，但在南北走向上來看波動較為明顯，經(jīng)歷了“南—北—南”的遷移規(guī)律。1979—2004年化肥生產(chǎn)與化肥施用強(qiáng)度的重心遷移軌跡表現(xiàn)出較為明顯的共性特征，驗證了作者上文提出的假設(shè)；但隨著中國化肥供應(yīng)實現(xiàn)自給自足，化肥生產(chǎn)與施用強(qiáng)度間的關(guān)聯(lián)減弱，化肥供給克服了區(qū)位限制，西部地區(qū)也能獲得穩(wěn)定充足的化肥供應(yīng)。2015年以來，中國化肥施用強(qiáng)度重心與國內(nèi)化肥管制政策表現(xiàn)重要關(guān)聯(lián)有向東部回遷的趨勢，說明在中國化肥施用強(qiáng)度總體呈現(xiàn)下降趨勢以來，與東部地區(qū)相比西部地區(qū)對于“化肥減量行動”做出了更好的響應(yīng)。

重點地區(qū)（施用強(qiáng)度較高和較低）的分布和動態(tài)變化特征，驗證了中國化肥施用強(qiáng)度的重心遷移軌跡。2019年化肥施用強(qiáng)度最高的地區(qū)為北京、海南、福建和廣東，其中3地位于南方；與1979年相比，近年海南、福建、廣東、新疆、陜西等位于西部和南部的地區(qū)化肥施用強(qiáng)度提升較為明顯。

2.2.2 化肥施用總量重心遷移

1979—2019年中國化肥施用總量重心呈現(xiàn)穩(wěn)定持續(xù)向西北方向遷移的趨勢，從（114.05°E，33.29°N）遷移到（112.58°E，34.21°N），共向西遷移1.47經(jīng)度，向北遷移0.96緯度。一定程度上反映了西北方向化肥施用總量的增幅整體要高于其他區(qū)域，這與西北地區(qū)作為中國棉花、小麥等重要農(nóng)產(chǎn)品供給區(qū)，農(nóng)作播種面積大有重要關(guān)聯(lián)。

化肥施用總量的變動趨勢與播種面積表現(xiàn)出明顯的正相關(guān)關(guān)系，盡管南方地區(qū)施肥強(qiáng)度較高，但新疆、陜西、內(nèi)蒙古等西北地區(qū)的耕地面積較大，配合化肥施用強(qiáng)度的適度提升，使中國化肥施用總量重心呈現(xiàn)明顯且持續(xù)向西北方向遷移的趨勢?；市枨笈c化肥生產(chǎn)是相互影響的，因此在總體趨勢上化肥生產(chǎn)和施用重心表現(xiàn)出相同的遷移方向。盡管近年來非糧食主產(chǎn)區(qū)化肥施用強(qiáng)度飛速增長，但受播種面積影響，到2019年化肥施用總量排在前六位的仍均為糧食主產(chǎn)區(qū)。北方和西部地區(qū)是我國糧食和重要農(nóng)產(chǎn)品供給的中堅力量，農(nóng)作物播種面積較大，當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)的發(fā)展和化肥用量的提升，推動了全國化肥施用總量重心向西北方向的遷移。1979—2019年西北部地區(qū)（寧夏、內(nèi)蒙古、新疆）化肥施用總量在中國的排名明顯提升，東部地區(qū)（北京、天津、上海、江蘇）則由于播種面積有限，化肥用量在全國的排名則有明顯下降趨勢。同時，中國化肥施用總量最高的地區(qū)從山東轉(zhuǎn)移到河南，2019年河南化肥施用總量高出山東68.64%，這也推動了化肥施用總量重心的西遷。

3 我國化肥施用強(qiáng)度的空間關(guān)聯(lián)關(guān)系

基于1979—2019年各地化肥施用強(qiáng)度，利用GeoDa軟件計算全局莫蘭指數(shù)（Moran"I）以反映中國不同省級行政區(qū)化肥施用強(qiáng)度的空間關(guān)聯(lián)關(guān)系（圖3）。全局莫蘭指數(shù)通過顯著性檢驗、結(jié)果為正則表示省域間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系，在地理位置分布上存在高值地區(qū)與高值地區(qū)相鄰（“高—高”）、低值地區(qū)與低值地區(qū)相鄰（“低—低”）的空間聚集現(xiàn)象，該值越大則表示這樣的空間關(guān)聯(lián)關(guān)系越明顯。全局莫蘭指數(shù)能夠度量中國化肥施用強(qiáng)度的空間關(guān)聯(lián)程度，但不能體現(xiàn)聚集現(xiàn)象出現(xiàn)在哪里、涉及哪些地區(qū)，因此選擇具有顯著空間關(guān)聯(lián)性的1988年、2001年和2005年，繪制LISA聚集圖，更準(zhǔn)確地描述局部空間聚集現(xiàn)象的具體情況，如表1。

圖3 1979—2019年中國31?。ㄊ小^(qū)）單位面積化肥施用折純量莫蘭指數(shù)（Moran"I）

3.1 全局自相關(guān)

如圖3，1979—2019年中國化肥施用強(qiáng)度的莫蘭指數(shù)呈現(xiàn)明顯的波動特征，在2005年達(dá)到新高峰后基本呈現(xiàn)持續(xù)下降的趨勢，各年度中國化肥施用強(qiáng)度的莫蘭指數(shù)值為正且均通過了顯著檢驗，說明各地區(qū)化肥施用強(qiáng)度在空間地理位置之上有顯著的正相關(guān)關(guān)系，各地區(qū)化肥施用強(qiáng)度受鄰近地區(qū)化肥施用情況的影響較為顯著，存在“高—高”或“低—低”的空間聚集現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為化肥施用強(qiáng)度高的地區(qū)聚集在一起、施用強(qiáng)度低的地區(qū)也聚集在一起，這樣的空間聚集現(xiàn)象呈現(xiàn)先增強(qiáng)后減弱的動態(tài)特征，其中空間聚集現(xiàn)象最顯著的年份分別為1988年、2001年和2005年，2005年后空間聚集現(xiàn)象持續(xù)減弱，省域間化肥施用強(qiáng)度表現(xiàn)出更加明顯的個性化特征。與化肥生產(chǎn)能力和化肥管制政策實施進(jìn)行綜合分析后發(fā)現(xiàn)[18,19]，空間聚集現(xiàn)象的波動周期與國內(nèi)化肥生產(chǎn)能力和化肥管制政策的變化表現(xiàn)出明顯的耦合關(guān)系。

3.1.1 與化肥生產(chǎn)能力變化的關(guān)系

1979—1998年為中國化肥施用強(qiáng)度的莫蘭指數(shù)出現(xiàn)第一個波動周期，省域間化肥施用強(qiáng)度在地理空間上的正相關(guān)關(guān)系呈現(xiàn)先增長后下降的趨勢，這與國內(nèi)化肥生產(chǎn)能力的變化有重要關(guān)系。新中國成立初期，化肥長期供不應(yīng)求，改革開放帶來了工業(yè)的崛起，中國化肥生產(chǎn)進(jìn)入快速發(fā)展期，化肥總產(chǎn)量呈現(xiàn)指數(shù)增長形勢，全國范圍內(nèi)化肥施用強(qiáng)度普遍呈現(xiàn)上升趨勢，但由于國內(nèi)化肥仍難實現(xiàn)自給自足，存在一定供給缺口，區(qū)域間集合化肥這一重要生產(chǎn)要素的能力表現(xiàn)出明顯的差異性，有限的化肥向少部分區(qū)域集中，省域間化肥施用強(qiáng)度表現(xiàn)出空間依賴關(guān)系，呈現(xiàn)“化肥高施用強(qiáng)度與高施用強(qiáng)度聚集”“低施用強(qiáng)度與低施用強(qiáng)度聚集”的空間聚集現(xiàn)象，隨著化肥供給能力提升這樣的現(xiàn)象愈漸明顯。但當(dāng)化肥供應(yīng)能力提升到一定程度，高值地區(qū)化肥需求得到滿足，有越來越多化肥流入其他區(qū)域，區(qū)域性化肥施用強(qiáng)度的差異逐漸淡化，化肥施用強(qiáng)度空間關(guān)聯(lián)關(guān)系減弱，省域間化肥施用強(qiáng)度多表現(xiàn)出明顯的個性化特征，不再呈現(xiàn)明顯的“高—高”或“低—低”聚集現(xiàn)象。

3.1.2 與化肥投入管制政策的顯著關(guān)聯(lián)

國內(nèi)化肥施用強(qiáng)度空間聚集現(xiàn)象的波動周期，與階段性的化肥管制政策相契合，一個政策周期內(nèi)空間聚集現(xiàn)象總是呈現(xiàn)先增長后降低的現(xiàn)象。楊建輝[18]將我國化肥投入劃分為增量管制階段（1981—2000）、減量管制階段（2001—2015），零增長階段（2015至今）。在這3個階段，中國化肥投入強(qiáng)度的空間關(guān)聯(lián)性均呈現(xiàn)明顯的先增后降趨勢，分析認(rèn)為：在化肥增量或減量管制階段，區(qū)域間化肥生產(chǎn)能力、農(nóng)業(yè)發(fā)展水平、政策響應(yīng)強(qiáng)度的差異，導(dǎo)致部分區(qū)域化肥用量呈現(xiàn)明顯的增（減）趨勢并向周邊區(qū)域擴(kuò)散，形成空間聚集效應(yīng)，但隨著化肥生產(chǎn)能力的提升和相關(guān)政策制度的完善，區(qū)域間發(fā)展更加均衡，空間聚集現(xiàn)象逐漸降低（圖3）。

1981—2000年增量管制階段，中國明確提出提高施肥數(shù)量的要求，如上文所述這一階段化肥供應(yīng)能力不足是造成“高—高”和“低—低”聚集現(xiàn)象的主要因素，但隨著供應(yīng)能力達(dá)到一定水平，空間聚集現(xiàn)象得到緩解，整體呈現(xiàn)下降趨勢。

2001—2015年減量管制階段，面對化肥帶來的嚴(yán)重污染，國家開始要求科學(xué)使用化肥，推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，推動農(nóng)業(yè)機(jī)械化和技術(shù)集成化，研究顯示農(nóng)業(yè)機(jī)械化在一定程度上推動了化肥增施[20]，這使得農(nóng)業(yè)發(fā)展較好的區(qū)域化肥施用量進(jìn)一步提升，“高—高”“低—低”聚集的空間集聚效應(yīng)愈漸顯著，2001年以來莫蘭指數(shù)再一次呈現(xiàn)增加趨勢，到2005年達(dá)到頂峰，隨著全國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平的提升，區(qū)域性的空間聚集現(xiàn)象逐漸減弱，莫蘭指數(shù)也呈下降趨勢。

2015年零增長階段，2015年啟動“零增長”行動，旨在降低農(nóng)業(yè)化肥施用量，新政策打破了省域間化肥施用強(qiáng)度空間關(guān)聯(lián)關(guān)系持續(xù)下降的趨勢，2016年化肥施用強(qiáng)度莫蘭指數(shù)出現(xiàn)小幅上升趨勢，說明化肥管控政策的落實存在一定程度的空間聚集現(xiàn)象，即政策落實好、化肥減量效果顯著的地區(qū)周邊圍繞的地區(qū)也多有較好的政策實施效果。

3.2 局部自相關(guān)

上文描述了中國化肥施用強(qiáng)度空間關(guān)聯(lián)關(guān)系的變化趨勢，但未明確這些關(guān)聯(lián)關(guān)系出現(xiàn)的位置、范圍，故選擇空間關(guān)聯(lián)關(guān)系較強(qiáng)年份，利用局部自相關(guān)方法-LISA聚集，探明中國化肥施用強(qiáng)度局部聚集現(xiàn)象的具體特征（表1）。表1中，“高—高”聚集區(qū)域的省級行政區(qū)具有其自身化肥施用強(qiáng)度較高，周邊省份也同樣較高的特征；“低—低”聚集區(qū)則剛好相反，該省及周邊省份化肥施用強(qiáng)度均處于較低水平。

表1 1988年、2001年和2005年中國化肥施用強(qiáng)度局部聚集現(xiàn)象特征

由局部自相關(guān)的輸出結(jié)果可知，化肥施用強(qiáng)度的“高—高”聚集現(xiàn)象主要出現(xiàn)在華東地區(qū)，“低—低”聚集區(qū)域現(xiàn)象則主要在西部和東北地區(qū)，這與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平以及化肥生產(chǎn)能力表現(xiàn)出重要關(guān)聯(lián)，“東高、西低”的空間聚集現(xiàn)象和逐步減弱的空間關(guān)聯(lián)關(guān)系，也符合上文化肥施用強(qiáng)度重心向西部遷移的趨勢。

1988年屬化肥增量管制階段，存在化肥施用強(qiáng)度“高—高”聚集現(xiàn)象的華東地區(qū)，涉及江蘇、山東、上海、浙江幾地，普遍具有經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力和現(xiàn)代化水平較高的特性。在當(dāng)時的農(nóng)業(yè)發(fā)展階段，施肥是除技術(shù)外提高單產(chǎn)最重要的因素，華東地區(qū)具有較為明顯的要素聚集能力，使化肥施用強(qiáng)度在這一地區(qū)呈現(xiàn)明顯的“高—高”聚集狀況。隨著全國化肥供應(yīng)能力的提升，東部區(qū)域化肥施用強(qiáng)度迅速增長，區(qū)域間化肥施用強(qiáng)度的差距迅速拉開，西部欠發(fā)達(dá)地區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)水平低、生產(chǎn)方式落后、缺乏化肥的有效供給，對于化肥這樣優(yōu)質(zhì)要素的聚集能力不足，化肥施用強(qiáng)度的增速緩慢、明顯滯后于東部地區(qū)，因此表現(xiàn)出明顯的“低—低”聚集態(tài)勢。1988年后，東部地區(qū)化肥供應(yīng)得到滿足，化肥生產(chǎn)重心也向西轉(zhuǎn)移，西部“低—低”聚集的現(xiàn)象有所好轉(zhuǎn)。

2001年化肥減量管制政策的實施，使農(nóng)業(yè)機(jī)械化和技術(shù)集約化成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的主流方向。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平較高的東部地區(qū)率先由資源集約型向技術(shù)集約型轉(zhuǎn)變，技術(shù)進(jìn)步帶來化肥施用強(qiáng)度的進(jìn)一步提升，江蘇、山東和浙江作為先發(fā)地區(qū)化肥施用強(qiáng)度再次表現(xiàn)出明顯高于其他區(qū)域的增長，表現(xiàn)出“高—高”聚集現(xiàn)象；而西部地區(qū)和黑龍江等地技術(shù)落后，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)明顯滯后于其他地區(qū)，呈現(xiàn)“低—低”聚集的現(xiàn)象。華東地區(qū)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)成果帶動了周邊地區(qū)發(fā)展，周邊區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平提升，到2005年東部地區(qū)顯著的“高—高”聚集現(xiàn)象消失，但西部地區(qū)仍存在明顯滯后存在“低—低”聚集。但隨著，2006年西部大開發(fā)等一系列戰(zhàn)略的實施，落后地區(qū)逐漸得到發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中由于技術(shù)水平落后導(dǎo)致的“低—低”聚集現(xiàn)象也逐漸淡化。

4 中國化肥施用強(qiáng)度的區(qū)域差異性

經(jīng)歷過幾次明顯的波動后，中國化肥施用強(qiáng)度的莫蘭指數(shù)降低，省域間化肥施用強(qiáng)度的空間關(guān)聯(lián)關(guān)系明顯減弱。隨著省域間化肥施用強(qiáng)度空間關(guān)聯(lián)性的降低，各省與周邊省份間的差異性也愈漸明顯。全國化肥減量增效行動跨進(jìn)新的階段，更好地了解省域和區(qū)域間化肥施用強(qiáng)度的差異性特征，對于更好地制定政策措施具有重要意義。因此該文利用信息熵法和分類比較法，探明省域間和區(qū)域間化肥施用強(qiáng)度的差異性特征。

4.1 省域間化肥施用強(qiáng)度差異性變化趨勢

信息熵是用來衡量數(shù)據(jù)變異程度的方法：信息熵越小，表示數(shù)據(jù)離散程度越大，那么省域間化肥施用強(qiáng)度的差異性也越明顯。通過式（5）計算了1979—2019年中國31省（市、區(qū)，不含港澳臺）化肥施用強(qiáng)度的熵值，得到圖4各地化肥施用強(qiáng)度的離散程度和年際變化規(guī)律。

如圖4，1979—2019年中國各地化肥施用強(qiáng)度的差異性呈現(xiàn)先減小又逐漸增大的趨勢，與上文各省地域空間上關(guān)聯(lián)性先增加后減小的趨勢相呼應(yīng)。特別是2015年以來，區(qū)域間施肥強(qiáng)度的差距呈現(xiàn)增加的形勢，這說明中國各地化肥施用強(qiáng)度正表現(xiàn)出愈漸明顯的個性化特征。

圖4 1979—2019年中國化肥施用強(qiáng)度信息熵

2019年化肥施用強(qiáng)度最大的地區(qū)是北京，為0.697 t/hm2；最低的地區(qū)為青海，僅為0.112 t/hm2；全國平均為0.326 t/hm2。北京化肥施用強(qiáng)度是青海的6.23倍，青海化肥施用強(qiáng)度是全國平均水平的1/3。此外，黑龍江、貴州、西藏等地的化肥施用強(qiáng)度均不足0.2 t/hm2，這些地區(qū)是當(dāng)前國內(nèi)重點保護(hù)的區(qū)域。西藏青海和貴州處于國內(nèi)多條重要河流的上游；黑龍江是東北黑土地保育的核心區(qū)域，也是中國優(yōu)質(zhì)水稻和大豆等糧食作物和重要農(nóng)產(chǎn)品的供給地，保護(hù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)安全對于保護(hù)全國生態(tài)和糧食安全具有重要意義。但同時也要考慮化肥是促進(jìn)農(nóng)作物增產(chǎn)的重要生產(chǎn)資料，這些化肥施用強(qiáng)度低的區(qū)域多為經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和升級仍是帶動當(dāng)?shù)匕l(fā)展、農(nóng)民致富的重要途徑，過度限制化肥投入會將會進(jìn)一步拉大當(dāng)?shù)嘏c其他地區(qū)的差異。如何處理化肥增施帶動產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求和生態(tài)環(huán)境保護(hù)間的關(guān)系，是新階段化肥減量增效需要破解的關(guān)鍵問題。福建、海南和廣東等地的化肥施用強(qiáng)度均高于0.5 t/hm2，這些地區(qū)多位經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的地區(qū)，為了保障蔬菜等農(nóng)產(chǎn)品供給化肥施用強(qiáng)度較大，但區(qū)域人口密度大，環(huán)境容載力趨近飽和，使當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境壓力非常顯著，對于這部分地區(qū)也亟需加大化肥減量力度，加快提高化肥利用效率，探索更加清潔高效的生產(chǎn)方式。

表2 2019年部分地區(qū)化肥施用強(qiáng)度

4.2 中國化肥施用強(qiáng)度的區(qū)域性差異

4.2.1 東中西部地區(qū)差異

將中國31?。ㄊ?、區(qū)，不含港澳臺）劃分為東中西部3個區(qū)域[15]，統(tǒng)計1979—2019年東中西部化肥施用強(qiáng)度，分析區(qū)域間差異和動態(tài)變化趨勢。

如圖5，東中西部化肥施用強(qiáng)度均呈現(xiàn)先增長后降低的趨勢，但總體呈現(xiàn)“東部＞中部＞西部”的形勢。其中，中西部地區(qū)化肥施用強(qiáng)度不斷趨近，而東部則與中西部間差異逐步拉大。2015年化肥減量增效行動開展以來，西部地區(qū)化肥施用強(qiáng)度降低最多，達(dá)到0.045 t/hm2，降幅達(dá)到13.87%，反映出化肥減量增效行動在西部得到更好的響應(yīng)，東部與中西部農(nóng)業(yè)發(fā)展顯著不均衡的態(tài)勢有進(jìn)一步擴(kuò)大的趨勢，新階段化肥管制政策要在東部地區(qū)加大管控力度。

圖5 1979—2019年我國區(qū)域化肥施用強(qiáng)度

圖6 1979—2019年我國糧食主產(chǎn)區(qū)和非糧食主產(chǎn)區(qū)化肥施用強(qiáng)度變化趨勢

4.2.2 糧食主產(chǎn)區(qū)與非糧食主產(chǎn)區(qū)差異

從糧食主產(chǎn)區(qū)和非主產(chǎn)區(qū)來看，2003年以前，化肥施用強(qiáng)度基本呈現(xiàn)主產(chǎn)區(qū)略高于非主產(chǎn)區(qū)的形勢，但2003年后非主產(chǎn)區(qū)用量開始超過主產(chǎn)區(qū)，2014年主產(chǎn)區(qū)平均化肥施用強(qiáng)度也呈現(xiàn)持續(xù)降低的趨勢，隨著中國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展主產(chǎn)區(qū)與非主產(chǎn)區(qū)間的差距進(jìn)一步被拉大。2015年化肥減量增效行動，對于降低非主產(chǎn)區(qū)化肥施用強(qiáng)度具有較明顯的作用，施用強(qiáng)度降低0.036 t/hm2，但糧食主產(chǎn)區(qū)降幅更大，達(dá)到10.0%?？傮w來看，化肥減量在糧食主產(chǎn)區(qū)的實施力度更大，不過由于主產(chǎn)區(qū)播種面積較大，化肥施用總量仍高于非主產(chǎn)區(qū)（2004年“中央一號文件”明確了糧食主產(chǎn)區(qū)包含：遼寧、河北、山東、吉林、內(nèi)蒙古、江西、湖南、四川、河南、湖北、江蘇、安徽、黑龍江13地區(qū)[21]）。

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

（1）1979—2019年化肥生產(chǎn)和施用總量的重心向西北方向遷移，化肥施用強(qiáng)度的重心則向西南方向遷移，2015年化肥“零增長”行動令化肥施用強(qiáng)度重心呈現(xiàn)向東部回遷的態(tài)勢。2019年化肥施用重心位于河南省境內(nèi)（施用總量和強(qiáng)度），化肥生產(chǎn)重心則位于陜西省境內(nèi)。化肥施用總量與施用強(qiáng)度重心遷移軌跡存在一定差異性，源于播種面積的區(qū)域性差異；同時化肥施用強(qiáng)度和總量重心的遷移軌跡與化肥生產(chǎn)重心的遷移軌跡又表現(xiàn)出一定的共性特征，反映出需求與產(chǎn)量的重要關(guān)聯(lián)。

（2）改革開放以來，中國省域化肥施用強(qiáng)度在地理空間上表現(xiàn)出明顯的關(guān)聯(lián)關(guān)系、存在顯著“高—高”聚集和“低—低”聚集的空間聚集現(xiàn)象，其中“高—高”聚集主要出現(xiàn)在華東地區(qū)，“低—低”聚集則出現(xiàn)在西部和東北地區(qū)。中國省域化肥施用強(qiáng)度空間的聚集現(xiàn)象總體表現(xiàn)為波動性上漲后持續(xù)下降的趨勢，幾次空間關(guān)聯(lián)關(guān)系的波動性變化現(xiàn)象與化肥供應(yīng)能力和化肥管制政策的出臺存在顯著關(guān)聯(lián)。

（3）近年來，中國省域間化肥施用強(qiáng)度的差異性愈漸明顯，2019年全國平均施用強(qiáng)度為0.326 t/hm2，北京最高達(dá)到0.697 t/hm2，青海最低為0.112 t/hm2。低值地區(qū)多具有生態(tài)脆弱、需要恢復(fù)的特征，但也普遍欠發(fā)達(dá)；高值地區(qū)多為發(fā)達(dá)地區(qū)，環(huán)境容載力趨近飽和。盡管省域間化肥施用強(qiáng)度的空間關(guān)聯(lián)性逐漸減弱，但仍表現(xiàn)出明顯的區(qū)域特征：東部整體超過中西部，非主產(chǎn)區(qū)高于主產(chǎn)區(qū)?；省傲阍鲩L”行動一定程度上擴(kuò)大了區(qū)域差距，其中西部和主產(chǎn)區(qū)等化肥施用強(qiáng)度低的地區(qū)化肥減量力度更大，未來應(yīng)加大力度壓減高值地區(qū)化肥施用強(qiáng)度。

5.2 建議

化肥施用強(qiáng)度與區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平存在較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性?；适┯脧?qiáng)度空間聚集性的淡化和化肥施用重心的遷移，一定程度上反映了中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平正向更加均衡的方向發(fā)展，各地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展更具個性化特征，突破了區(qū)位性因素造成區(qū)域間發(fā)展失衡的現(xiàn)象。適度的化肥施用對于農(nóng)業(yè)增產(chǎn)具有重要意義，一方面化肥施用重心的西遷推動了西部地區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和農(nóng)民增收，符合鄉(xiāng)村振興和農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化的需求；另一方面化肥產(chǎn)業(yè)也是帶動西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要途徑。但同時也應(yīng)該注意，西部地區(qū)生態(tài)環(huán)境相對脆弱，應(yīng)對農(nóng)業(yè)面源污染的能力不足，化肥生產(chǎn)和施用重心的西遷，對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境安全帶來挑戰(zhàn)，對此應(yīng)出臺相關(guān)政策和方案予以保障。

化肥減量增效行動已取得了顯著成效，連續(xù)多年實現(xiàn)負(fù)增長，但減量行動一定程度上擴(kuò)大了區(qū)域間化肥施用強(qiáng)度的不均衡性，但低值的地區(qū)常有生態(tài)脆弱、需要保護(hù)特征，整體趨勢符合保護(hù)國家生態(tài)安全的重大需求。但新的時期，面對我國長期存在的糧食緊平衡狀態(tài)以及鄉(xiāng)村振興的戰(zhàn)略需求，化肥作為促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的關(guān)鍵生產(chǎn)要素，新階段的“化肥減量增效行動”仍面臨著巨大的挑戰(zhàn)，如何處理好環(huán)境保護(hù)與糧食生產(chǎn)和重要農(nóng)產(chǎn)品供給之間的關(guān)系是我們必須破解的關(guān)鍵難題。未來，要更加充分地認(rèn)識農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥投入需求的區(qū)域性差異以及不同地區(qū)的個性化特征，將化肥管制從“減量”重心轉(zhuǎn)移到“增效”重心上來，針對區(qū)域間自然、經(jīng)濟(jì)和社會的差異特征，有側(cè)重點地制定差異化的政策和評價標(biāo)準(zhǔn)，加快綠色高效生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)、集成和推廣，真正意義上實現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色、高效和發(fā)展。