中國水稻生產(chǎn)與化肥施用的脫鉤關(guān)系及其關(guān)聯(lián)效應(yīng)分析*

姚成勝，李慧賢，楊一單

（南昌大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，江西 南昌 330031）

0 引言

在1949—2010年的61年時間里水稻一直是我國第一大糧食作物，至今其作為我國第一大口糧的地位始終不可動搖[1]，可見穩(wěn)定和提升水稻產(chǎn)量乃是保障國家口糧絕對安全的關(guān)鍵。在人多地少的中國，通過施用化肥來提高水稻單產(chǎn)，又是穩(wěn)定和提升水稻總產(chǎn)量的必要手段。目前，中國化肥施用量約占世界化肥消費(fèi)總量的1∕3，化肥施用強(qiáng)度大大超過國家生態(tài)鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)定的250 kg∕hm2上限以及國際公認(rèn)的225 kg∕hm2化肥安全施用上限[2-4]。從水稻生產(chǎn)施肥方面看，中國稻田氮肥施用量占我國氮肥施用總量的30%以上[5]，平均氮肥施用強(qiáng)度達(dá)180kg∕hm2，高出世界平均水平75%[6]。2004—2013年我國水稻化肥折純施用量為377.54 kg∕hm2，在三大糧食作物當(dāng)中施用強(qiáng)度最高，水稻主產(chǎn)區(qū)過量施肥程度達(dá)24.67%[7]，化肥有效利用率不到1∕3[8]。種植業(yè)過量施肥引發(fā)水體富營養(yǎng)化、土壤性質(zhì)改變、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降等生態(tài)環(huán)境與食品安全問題日益突出[3,7,9]。因此，如何提高化肥利用效率以降低化肥施用量，已成為研究者們關(guān)注的焦點。例如，張燦強(qiáng)等研究指出，在維持現(xiàn)有水稻產(chǎn)量水平下，如果采用測土配方施肥技術(shù)，廣東和廣西的早稻和晚稻化肥平均可削減100.5kg∕hm2，福建、安徽和江西的早稻和中晚稻可削減64.5～124.5kg∕hm2[10]。Liu等研究得到，在減少20%的氮肥施用量的條件下，我國北方小麥產(chǎn)量不會下降[11]。史常亮等對全國15個小麥主產(chǎn)省的分析表明，在其他投入要素不變和維持糧食產(chǎn)量穩(wěn)定的條件下，最高可削減55%的化肥投入[12]。上述研究表明，只要改進(jìn)施肥方式，提高肥料利用率，中國能夠有效地實現(xiàn)水稻生產(chǎn)和化肥施用的脫鉤。

然而，在農(nóng)業(yè)資源環(huán)境領(lǐng)域，有關(guān)脫鉤的研究絕大都集中于耕地占用與GDP增長[13]以及耕地利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展[14]等方面。隨著研究的深入，部分學(xué)者開始探索并分析糧食生產(chǎn)與水資源[15,16]、自然災(zāi)害[17]、化學(xué)投入[18]等因素的脫鉤關(guān)系。然而，縱觀當(dāng)前已有研究，罕有文獻(xiàn)對中國糧食生產(chǎn)和化肥施用脫鉤狀況的時空變化特征及其驅(qū)動機(jī)制進(jìn)行系統(tǒng)而全面的分析。如前所述，水稻是保障國家口糧絕對安全的關(guān)鍵，在三大糧食作物當(dāng)中，水稻的化肥施用強(qiáng)度最高，推進(jìn)其生產(chǎn)與化肥施用的脫鉤也顯得最為迫切。為此，文章以水稻生產(chǎn)為例，系統(tǒng)全面分析2003—2018年我國水稻生產(chǎn)與化肥施用的脫鉤狀況，進(jìn)而采用KAYA恒等式模型和LMDI分解方法，揭示水稻生產(chǎn)與化肥施用的內(nèi)在關(guān)聯(lián)效應(yīng)的時序變化及其空間差異，以期為我國推進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)建設(shè)的協(xié)同發(fā)展提供參考。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究方法

1.1.1 Tapio脫鉤分析模型

OECD首先提出了脫鉤模型，用于分析經(jīng)濟(jì)增長與環(huán)境污染兩者的解耦狀況，并把脫鉤分為絕對脫鉤和相對脫鉤[19,20]，但該模型在時間上只引入了基期值和末期值，導(dǎo)致了數(shù)據(jù)選擇具有高度的敏感性和極端性[21]。為此，Tapio將OECD模型的缺陷進(jìn)行了彌補(bǔ)和細(xì)化分類，他基于彈性分析方法，綜合相對量與絕對量，進(jìn)一步將指標(biāo)體系劃分為脫鉤、負(fù)脫鉤和連接3種狀態(tài)。其中，脫鉤是指經(jīng)濟(jì)增長過程中資源環(huán)境壓力僅略微增加，抑或是不變甚至減少；負(fù)脫鉤則與脫鉤狀態(tài)相反，而連接則是處于脫鉤與負(fù)脫鉤的過渡狀態(tài)。Tapio在原界定值1的基礎(chǔ)上上下浮動20%，即以1.2和0.8為閾值把脫鉤狀態(tài)劃分為弱脫鉤、強(qiáng)脫鉤、衰退脫鉤，擴(kuò)張負(fù)脫鉤、強(qiáng)負(fù)脫鉤、弱負(fù)脫鉤、擴(kuò)張連接和衰退連接8種類型[21,22]。該方法考慮了經(jīng)濟(jì)衰退下的脫鉤情況，避免了基期時間選擇的隨意性和其帶來的高度敏感性，更加有利于政策制定。參考Tapio[22]等的研究，構(gòu)建水稻生產(chǎn)和化肥施用之間的脫鉤模型為：

式（1）中，i為化肥種類（i=1,2,3,4，分別代表化肥、氮肥、磷肥和鉀肥），t為年份，βi(t+1)為i種化肥在t+1年的脫鉤指數(shù)；FPi(t+1)和FPit分別為i種化肥在t+1年和t年的施用量，RYt+1和RYt分別為t+1年和t年的水稻產(chǎn)量。

水稻生產(chǎn)受自然和經(jīng)濟(jì)雙重因素影響，化肥施用水平受政策和水稻生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益影響顯著，兩者都比較容易產(chǎn)生明顯波動。為此，在β=1的基礎(chǔ)上上下浮動20%較為符合水稻生產(chǎn)和化肥施用的波動特征[23]，能夠避免計算結(jié)果產(chǎn)生的過度敏感性。因此，該文以1.2和0.8為閾值[21,22]，明確水稻生產(chǎn)與化肥施用8種脫鉤類型的取值區(qū)間（表1）。

表1中類型Ⅰ～Ⅲ說明水稻產(chǎn)量和化肥施用量同步增長，即處于環(huán)境庫茲涅茨倒“U”型曲線的上升部分，其中類型Ⅰ說明，以1.2%的化肥增長獲得了不到1%的水稻產(chǎn)量增長，表明在中國化肥施用量已嚴(yán)重超標(biāo)的情況下，以較大的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境損失換取了較小的水稻產(chǎn)量增長；由類型Ⅰ向Ⅲ變化的過程中，提升等值水稻產(chǎn)量所需化肥施用量不斷下降，農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境代價逐漸變小，其中類型Ⅲ是一個相對理想的狀態(tài)。類型Ⅳ說明，化肥施用減少但水稻產(chǎn)量卻增加，實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境優(yōu)化和水稻增產(chǎn)的雙贏，處于環(huán)境庫茲涅茨倒“U”型曲線越過拐點后的下降部分，是一個最為理想的狀態(tài)。類型Ⅴ-Ⅶ說明化肥施用和水稻產(chǎn)量同步減少，其中類型Ⅴ表明當(dāng)化肥用量減少1.2%時，水稻產(chǎn)量下降小于1%，表明以較小的水稻產(chǎn)量下降換取了較大的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境改善；由類型Ⅴ向Ⅶ的變化過程中，表明提升等值農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境水平，水稻產(chǎn)量下降幅度逐漸增大。類型Ⅷ則表明化肥施用增加而水稻產(chǎn)量卻減少，即化肥過量使用已嚴(yán)重影響了水稻的可持續(xù)生產(chǎn)能力，是一種“雙損”狀態(tài)。

表1 水稻生產(chǎn)與化肥施用脫鉤類型及其劃分標(biāo)準(zhǔn)

1.1.2 水稻生產(chǎn)與化肥施用的關(guān)聯(lián)效應(yīng)及其LMDI分解

擴(kuò)大糧食作物播種面積并提高水稻播種面積占糧食作物播種面積中的比重，是提高水稻產(chǎn)量的重要手段。然而中國人地矛盾突出，且工業(yè)化和城鎮(zhèn)化仍在持續(xù)推進(jìn)，因而上述兩個指標(biāo)難以持續(xù)擴(kuò)大。因此提高化肥施用強(qiáng)度以提高水稻單產(chǎn)，被認(rèn)為是提高水稻產(chǎn)量的最為有效途徑，這就強(qiáng)化了水稻生產(chǎn)和化肥施用的耦合關(guān)系；然而化肥施用強(qiáng)度的大幅提高，又給農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境帶來了巨大壓力，明顯降低農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展能力。因此要實現(xiàn)水稻生產(chǎn)和化肥施用的脫鉤，必須提高化肥利用效率以降低施用強(qiáng)度，即通過提高單位化肥施用量的水稻產(chǎn)出水平。據(jù)此建立兩者的關(guān)聯(lián)效應(yīng)模型為：

式（2）中，RYt、At、St、FPt分別為t時期的水稻產(chǎn)量、糧食作物播種面積、水稻播種面積和水稻生產(chǎn)化肥施用量。At反映了t時期整個糧食生產(chǎn)規(guī)模，稱為“規(guī)模效應(yīng)”；Jt=St∕At，為水稻播種面積占比，反映的是糧食種植結(jié)構(gòu)，可稱為“結(jié)構(gòu)效應(yīng)”；Dt=FPt∕St，為單位水稻播種面積的化肥施用量，反映的是水稻化肥施用強(qiáng)度，可稱為“強(qiáng)度效應(yīng)”；Et=RYt∕FPt，為單位化肥施用量的水稻產(chǎn)出水平，反映了化肥施用的水稻生產(chǎn)效率，可稱為“效率效應(yīng)”。

由式（2）可以看出，要實現(xiàn)水稻生產(chǎn)和化肥施用的脫鉤可以有4種方法，即：擴(kuò)大規(guī)模效應(yīng)、提升結(jié)構(gòu)效應(yīng)、降低強(qiáng)度效應(yīng)以及提高效率效應(yīng)。為深入探討4種效應(yīng)對水稻生產(chǎn)和化肥脫鉤關(guān)系的作用大小，采用對數(shù)平均迪氏指數(shù)分解法（LMDI）對式（2）進(jìn)行分解。LMDI分解法因具有無殘差、易理解、結(jié)果唯一等優(yōu)點，得到了學(xué)者的廣泛青睞，目前已廣泛應(yīng)用于糧食生產(chǎn)、畜牧業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)的影響因素分析等各個領(lǐng)域[24-26]。設(shè)t時期的水稻產(chǎn)量為RYt，基期的水稻產(chǎn)量為RYo，依據(jù)Ang[27-29]的研究可以得到加法分解為：

式（3）中，ΔY對應(yīng)水稻產(chǎn)量的增長量變化，Δi（i=At,Jt,Dt,Et）表示各個要素的加法分解，也即規(guī)模、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度和效率4種效應(yīng)變化對水稻總產(chǎn)量變化的影響，各要素的分解公式為：

式（4）中，Wi表示L(RYt,RYo)，L(a,b)=(a-b)/ln(a/b),a≠b，或者L(a,b)=a=b,a,b無特殊含義。

1.2 數(shù)據(jù)來源及說明

2003—2018年中國大陸23個水稻主產(chǎn)區(qū)（除北京、天津、山西、上海、西藏、甘肅、青海和新疆）的水稻種植面積及產(chǎn)量占全國比重均超過98%，因而以這些區(qū)域為研究對象。其中，水稻產(chǎn)量和播種面積來源于《中國統(tǒng)計年鑒》（2004—2019）和各省統(tǒng)計年鑒（2004—2019）；對于全國層面的水稻化肥及氮磷鉀肥的施用總量，采用水稻畝均肥料施用量乘以水稻播種面積獲得；在省域?qū)用?，并未給出水稻化肥及氮磷鉀肥的畝均施用量，而是細(xì)分給出早秈稻、中秈稻、晚秈稻和粳稻4種水稻的畝均化肥及氮磷鉀肥施用量，但卻未給出相應(yīng)的播種面積，因此借鑒姚成勝[24]等的相關(guān)研究，采用4種稻谷畝均肥料施用量的平均值乘以水稻總播種面積獲得。水稻每畝化肥、氮磷鉀肥、復(fù)混肥施用量（折純用量）及早秈稻、中秈稻、晚秈稻和粳稻每畝化肥施用量數(shù)據(jù)來自于《全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》（2004—2019）。由于統(tǒng)計年鑒中沒有將復(fù)混肥中所含氮磷鉀肥計入水稻生產(chǎn)氮磷鉀肥的施用量，因此參考鄧明君等[30]、劉曉燕[31]的研究，利用水稻生產(chǎn)復(fù)混肥折純用量，將其中的磷酸二銨、三元復(fù)合肥、其他復(fù)合肥和混配肥分別按17∶47∶0，11∶24∶13，1∶1.2∶0.4和10∶7∶3的比例折算并入氮磷鉀肥當(dāng)中，得出水稻生產(chǎn)的最終氮磷鉀肥施用量（1畝=0.067hm2）。

2 研究結(jié)果與分析

2.1 中國水稻生產(chǎn)及其化肥施用量變化分析

2003—2018年水稻總產(chǎn)量由1.61億t增長到2.12億t，年均增長率1.87%（圖1），其中2003—2012年實現(xiàn)了“九連增”，2012—2018年呈現(xiàn)波動增長并始終穩(wěn)定在2.05億t以上。同期水稻生產(chǎn)化肥施用量由2003年的835.00萬t增長到2018年的1 021.14萬t，年均增長1.35%；其中，2003—2007年化肥施用量波動上升，2008—2017年實現(xiàn)“九連增”，2017年達(dá)到最大值1 046.01萬t后下降。究其原因在于：2003—2015年立足國內(nèi)糧食生產(chǎn)確保國家糧食安全是政策重點，大量施用化肥以提高糧食產(chǎn)量成為常態(tài)[32]。2015年后我國基本實現(xiàn)了糧食供求的基本平衡，提高農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力成為政策關(guān)注焦點[33]。為此，2015年原農(nóng)業(yè)部出臺了《到2020年化肥使用量零增長行動方案》，要求在保障糧食生產(chǎn)穩(wěn)定和增長的情況下，實現(xiàn)化肥使用的零增長。2016年全國全面推行新的農(nóng)業(yè)補(bǔ)貼政策，將規(guī)模經(jīng)營、新型主體培育與一般農(nóng)戶糧食生產(chǎn)能力的保護(hù)有機(jī)結(jié)合，引導(dǎo)農(nóng)戶綜合采取秸稈還田、深松整地、減少化肥農(nóng)藥用量、增施有機(jī)肥，自覺提升耕地地力，推動化肥減量化[34]。同期，中央財政安排測土配方施肥專項資金7億元，深入推進(jìn)測土配方施肥，全面促進(jìn)化肥減量增效。

圖1 2003—2018年中國水稻總產(chǎn)量、水稻生產(chǎn)化肥施用總量及氮、磷、鉀肥施用量變化

從單質(zhì)肥料施用量來看，氮肥由532.63萬t波動下降至508.21萬t，年均增長-0.31%，磷肥和鉀肥分別由209.36萬t和93.01萬t增長到327.53萬t和185.40萬t，年均增長3.03%和4.71%；其中2008—2017年磷肥施用量實現(xiàn)“九連增”，2008—2016年鉀肥施用量實現(xiàn)“八連增”。氮磷鉀肥施用總量的變化導(dǎo)致其強(qiáng)度分別由2003年的200.93 kg∕hm2、78.98 kg∕hm2、35.09 kg∕hm2轉(zhuǎn)變?yōu)?018年的168.34 kg∕hm2、108.49 kg∕hm2、61.64 kg∕hm2，其中氮肥施用強(qiáng)度明顯下降，磷肥和鉀肥施用強(qiáng)度顯著上升，3種肥料的施用比例也由2003年的1∶0.39∶0.17轉(zhuǎn)變?yōu)?018年的1∶0.64∶0.36。原農(nóng)業(yè)部發(fā)布的《小麥、玉米、水稻三大糧食作物區(qū)域大配方與施肥建議（2013）》（以下簡稱《建議》）指出，在水稻生產(chǎn)中氮磷鉀肥施用強(qiáng)度應(yīng)分別在147.07～179.40kg∕hm2、59.75～73.97 kg∕hm2和56.47～69.95 kg∕hm2的范圍，施用比例應(yīng)為1∶0.43∶0.37。由2018年水稻生產(chǎn)的施肥狀況可知，氮肥和鉀肥的施用已在《建議》范圍內(nèi)，但磷肥施用強(qiáng)度明顯過大，提高磷肥使用效率以降低其施用強(qiáng)度，是實現(xiàn)水稻生產(chǎn)中化肥施用減量化的關(guān)鍵。

2.2 中國水稻生產(chǎn)與化肥施用的脫鉤關(guān)系分析

2003—2018年水稻生產(chǎn)與化肥施用的脫鉤關(guān)系主要包括6種，其中擴(kuò)張負(fù)脫鉤、強(qiáng)脫鉤、弱脫鉤和擴(kuò)張連接各3次，均占統(tǒng)計年份的20%；強(qiáng)負(fù)脫鉤2次，占13.33%；衰退脫鉤1次，占6.67%（表2）。進(jìn)一步分析可知，以2010年為節(jié)點，在此之前水稻生產(chǎn)與化肥施用之間以強(qiáng)脫鉤和擴(kuò)張負(fù)脫鉤為主，其中2003—2004年、2005—2006年和2007—2008年兩者之間呈現(xiàn)強(qiáng)脫鉤，2004—2005年、2006—2007年和2009—2010年兩者呈現(xiàn)擴(kuò)張負(fù)脫鉤。呈現(xiàn)3次強(qiáng)脫鉤的原因在于：2003年是21世紀(jì)以來糧食生產(chǎn)的最低點，“中央一號文件”于2004年開始聚焦“三農(nóng)”問題，實施種糧直補(bǔ)和水稻最低收購價格制度，因而2003—2004年水稻播種面積提高了187.10萬hm2，產(chǎn)能大幅提高了1 843.00萬t，期間化肥價格上升了33.45%，農(nóng)戶化肥投入成本顯著增加，投入總量下降了4.06萬t[35]；2005—2006年水稻產(chǎn)能雖然只增加了113.00萬t，但由于2005年“中央一號文件”首次提出推廣測土配方施肥，要求當(dāng)年各地組織相關(guān)技術(shù)人員大力開展測土配方、精準(zhǔn)施肥培訓(xùn)工作，因而化肥施用量下降了8.87萬t，為2003—2004年的2.18倍；2007—2008年國際糧食危機(jī)，水稻作為口糧在2008年收購價格上調(diào)了0.14元∕kg，播種面積擴(kuò)大了37.70萬hm2，產(chǎn)能提高了623.10萬t，期間化肥價格上升了44.53%，施用總量下降了26.58萬t[35]（圖1）。呈現(xiàn)3次擴(kuò)張負(fù)脫鉤的原因在于：在2004—2005年、2006—2007年和2009—2010年這3個時段，水稻收購價格基本穩(wěn)定，播種面積始終維持在0.288億hm2左右，水稻產(chǎn)量增幅分別只有0.84%、2.57%和0.52%；另一方面，由于前一期化肥價格過高，在國家的大力調(diào)控下，3個時段化肥價格基本維持穩(wěn)定，化肥投入成本較前期明顯下降，導(dǎo)致3個時段化肥投入量增幅分別高達(dá)8.78%、4.39%和5.43%，大大高于水稻產(chǎn)量增幅。

表2 2003—2018年中國水稻生產(chǎn)與化肥總量以及氮肥、磷肥、鉀肥施用的脫鉤狀況

2010年以后，水稻生產(chǎn)和化肥施用之間以弱脫鉤和擴(kuò)張連接為主，即2010—2018年化肥施用量的增速明顯低于水稻產(chǎn)量增速，表明相較于2003—2010年化肥利用效率有了明顯提高，以較小的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降較大地提升了糧食安全水平。2017—2018年水稻生產(chǎn)和化肥施用之間呈現(xiàn)衰退脫鉤態(tài)勢，其β值達(dá)到了9.24，即以1%的水稻產(chǎn)能損失，降低了9.24%的化肥施用量。這表明在2010—2018年糧食產(chǎn)能持續(xù)增長的背景下，化肥過量施用導(dǎo)致的農(nóng)業(yè)可持續(xù)能力下降成為人們關(guān)注的焦點，減肥增效得到了高度重視，尤其是在2015年化肥零增長行動方案頒布之后，化肥施用效率得到了明顯提高。在此期間，2012—2013年和2015—2016年在化肥施用強(qiáng)度增強(qiáng)的條件下，水稻產(chǎn)量反而下降，兩者之間呈現(xiàn)強(qiáng)負(fù)脫鉤態(tài)勢，原因在于：2013年和2016年我國水稻主產(chǎn)區(qū)均受高強(qiáng)度降水影響，洪澇災(zāi)害的受災(zāi)面積分別由2012年的773萬hm2和2015年的562萬hm2，增加到2013年的875.7萬hm2和2016年的853.1萬hm2，因而雖然2013年和2016年化肥施用量分別增加了19.92萬t和18.10萬t，但水稻產(chǎn)量卻分別下降了24.60萬t和104.80萬t（圖1）。

水稻生產(chǎn)與氮磷鉀肥施用的脫鉤關(guān)系和水稻生產(chǎn)與化肥施用總量的脫鉤關(guān)系存在差異，仍以2010年為界：就氮肥而言，2003—2010年水稻生產(chǎn)與氮肥施用的脫鉤關(guān)系和水稻生產(chǎn)與化肥施用總量的脫鉤關(guān)系略有差異，但在2010—2017年則差異明顯，除在特殊的2012—2013年和2015—2016年的洪澇災(zāi)害年份表現(xiàn)一致外，其他時段水稻生產(chǎn)與氮肥施用都呈現(xiàn)出強(qiáng)脫鉤關(guān)系，這表明在水稻增產(chǎn)的同時，氮肥施用量在減少，這是推動水稻生產(chǎn)與化肥施用總量脫鉤的最為關(guān)鍵因素；即便在2017—2018年兩者同為衰退脫鉤，但水稻生產(chǎn)與氮肥施用的脫鉤指數(shù)高達(dá)14.41，顯著高于水稻生產(chǎn)與化肥施用總量的脫鉤指數(shù)（9.24）。就磷肥而言，2003—2010年其與水稻生產(chǎn)的脫鉤關(guān)系和化肥施用總量與水稻生產(chǎn)的脫鉤關(guān)系基本一致，但其在2010—2017年則以擴(kuò)張負(fù)脫鉤為主，且其指數(shù)由1.54上升到了6.03，表明在實現(xiàn)等量水稻增產(chǎn)時磷肥施用量增加了3.92倍。結(jié)合圖1可知，當(dāng)前磷肥施用強(qiáng)度已超出《建議》的范圍，可見磷肥施用過量和利用效率低下問題，乃是實現(xiàn)水稻生產(chǎn)與化肥施用脫鉤的關(guān)鍵障礙。就鉀肥而言，2003—2018年，在除2個洪澇災(zāi)害年份外的13個統(tǒng)計時段中，其與水稻生產(chǎn)呈現(xiàn)出9次擴(kuò)張負(fù)脫鉤（約占統(tǒng)計年份的70%），且其指數(shù)值要明顯大于同期水稻生產(chǎn)與化肥、氮肥及磷肥的擴(kuò)張負(fù)脫鉤指數(shù)值。結(jié)合圖1可知，長期以來我國水稻生產(chǎn)中鉀肥施用明顯偏低[36-38]，大量增施鉀肥乃是優(yōu)化肥料使用結(jié)構(gòu)的自然結(jié)果，因而其年均增速明顯高于其他類型化肥。在2016—2017年和2017—2018年，水稻生產(chǎn)與鉀肥也呈現(xiàn)出了強(qiáng)脫鉤和衰退脫鉤關(guān)系，表明在達(dá)到合理配備比例后，鉀肥施用效率也得到了提升。

2.3 水稻生產(chǎn)與化肥施用關(guān)聯(lián)效應(yīng)分解

2.3.1 中國水稻生產(chǎn)與化肥施用關(guān)聯(lián)效應(yīng)分解

為揭示4種效應(yīng)對中國水稻生產(chǎn)與化肥施用脫鉤關(guān)系的影響大小和程度的演變趨勢，以每5年為間隔，將2003—2018年劃分為2003—2008年、2008—2013年和2013—2018年3個時段，根據(jù)式（3）（4）對3個時段中國水稻總產(chǎn)量的4種關(guān)聯(lián)效應(yīng)進(jìn)行分解，結(jié)果如表3。

表3 2003—2018年中國水稻生產(chǎn)與化肥施用關(guān)聯(lián)效應(yīng)分解 萬t

（1）規(guī)模效應(yīng)（At）。該效應(yīng)對水稻總產(chǎn)量變化呈現(xiàn)明顯的正向驅(qū)動作用，3個時段的年均變化量分別為230.90萬t、248.84萬t和33.85萬t。進(jìn)一步分析可知，在2003—2008年和2008—2013年規(guī)模效應(yīng)對水稻增產(chǎn)的作用均超過200萬t，而在2013—2018年則不到35萬t，究其原因在于前2個時段糧食作物播種面積分別凈增813.41萬hm2和836.31萬hm2，而在2013—2018年僅凈增了113.07萬hm2（不及前2個時段的14%），這充分表明擴(kuò)大糧食作物播種面積可以有效促進(jìn)水稻增產(chǎn)，是推進(jìn)水稻生產(chǎn)和化肥施用脫鉤的關(guān)鍵因素。然而，擴(kuò)大糧食作物播種面積必然擠占糖、棉、油、蔬菜等作物的播種面積，但隨著經(jīng)濟(jì)社會的持續(xù)發(fā)展，保障一定數(shù)量的糖、棉、油等農(nóng)作物自給必不可少。2013—2018年糧食作物播種面積僅凈增113.07萬hm2的現(xiàn)實也表明，在耕地資源貧乏和經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的條件下，不可能通過擴(kuò)大糧食作物播種面積的手段來實現(xiàn)水稻生產(chǎn)與化肥施用的脫鉤[39]；更進(jìn)一步，中國工業(yè)化和城鎮(zhèn)化仍在持續(xù)推進(jìn)，未來一段時間耕地持續(xù)減少態(tài)勢仍難以扭轉(zhuǎn)，因此即便要保障糧食作物播種面積的穩(wěn)定，也仍需要一定的努力。

（2）結(jié)構(gòu)效應(yīng)（Jt）。該效應(yīng)對水稻總產(chǎn)量變化呈現(xiàn)由正向驅(qū)動到負(fù)向驅(qū)動的轉(zhuǎn)變，其中2003—2008年其對水稻增產(chǎn)的年均貢獻(xiàn)達(dá)68.11萬t，而在2008—2013年和2013—2018年則成為水稻減產(chǎn)的首要原因，其年均貢獻(xiàn)值分別為-98.33萬t和-93.50萬t。究其原因在于：受到1998—2003年糧食產(chǎn)量和播種面積連年下降的影響，2003—2008年糧食供求關(guān)系緊張，水稻作為最為重要的口糧，其生產(chǎn)得到高度重視，同時在免除農(nóng)業(yè)稅、種糧直補(bǔ)、穩(wěn)定和提高水稻收購價格等一系列扶持政策[40]的促進(jìn)下，水稻播種面積占糧食作物播種面積的比重由2003年的26.67%上升到2008年的27.29%，提高了0.62個百分點。比較而言，2008—2013年和2013—2018年水稻播種面積占比分別下降了0.79和0.71個百分點，致使期間水稻年均減產(chǎn)98.33萬t及93.50萬t。究其原因在于：隨著城鄉(xiāng)居民收入的持續(xù)增長，2008—2018年人們食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)不斷轉(zhuǎn)型，作為口糧的水稻人均消費(fèi)量逐漸下降（在人口總量增長條件下其消費(fèi)總量基本穩(wěn)定），但人均肉類消費(fèi)顯著增長，因而保障肉類生產(chǎn)的飼料用糧（玉米或青貯玉米）占糧食作物比重由28.81%提高到了36.00%[41]。比較3個時段的結(jié)構(gòu)效應(yīng)可知，擴(kuò)大水稻播種面積占比是促使水稻增產(chǎn)的又一重要手段，在同一水稻產(chǎn)量目標(biāo)下，可以有效降低對水稻單產(chǎn)的要求，實現(xiàn)水稻生產(chǎn)與化肥施用脫鉤。但比較中國與日韓、歐美等發(fā)達(dá)國家可知，中國肉類消費(fèi)增長尚有空間[42]，在今后一段時間，擴(kuò)大玉米及飼用玉米播種面積占比必然導(dǎo)致水稻播種面積占比保持穩(wěn)定或略微降低，因而期望通過提高結(jié)構(gòu)效應(yīng)來實現(xiàn)水稻生產(chǎn)與化肥施用脫鉤的目標(biāo)也難以實現(xiàn)。

（3）強(qiáng)度效應(yīng)（Dt）。該效應(yīng)對水稻生產(chǎn)由2003—2008年的負(fù)向抑制作用轉(zhuǎn)變?yōu)?008—2013年和2013—2018年的正向驅(qū)動作用，其中2013—2018年的年均促進(jìn)作用達(dá)153.30萬t，是水稻增產(chǎn)的第一原因。這表明16年來強(qiáng)度效應(yīng)已由阻礙水稻增產(chǎn)的最大因素轉(zhuǎn)變?yōu)榇龠M(jìn)水稻增產(chǎn)的首要因素，究其原因在于：2003—2008年水稻化肥施用強(qiáng)度不高[43]，且期間其播種面積增幅高于化肥增幅，化肥施用強(qiáng)度下降了5.70kg∕hm2，因而對水稻生產(chǎn)產(chǎn)生了抑制作用。比較而言，2008—2013年和2013—2018年，化肥施用強(qiáng)度分別增加了14.40kg∕hm2和14.55 kg∕hm2，平均施用強(qiáng)度分別達(dá)到了317.60kg∕hm2和333.95 kg∕hm2?？梢姡邚?qiáng)度的化肥投入顯著促進(jìn)了2個時段的水稻增產(chǎn)。已有研究表明，當(dāng)前水稻過量施肥程度已達(dá)24.67%[7]，長期過量施用化肥已導(dǎo)致稻田生態(tài)環(huán)境明顯惡化，嚴(yán)重影響水稻的可持續(xù)生產(chǎn)能力[43,44]。結(jié)合圖1可知，目前磷肥施用強(qiáng)度過大問題較為突出。因此，提高磷肥施用效率，降低其施用強(qiáng)度乃是實現(xiàn)水稻生產(chǎn)與化肥脫鉤的關(guān)鍵所在。

（4）效率效應(yīng)（Et）。該效應(yīng)由2003—2008年促進(jìn)水稻增產(chǎn)的第一因素轉(zhuǎn)變?yōu)?008—2013年水稻增產(chǎn)的第二障礙因素，2013—2018年對水稻增產(chǎn)呈現(xiàn)略微的促進(jìn)作用。由強(qiáng)度效應(yīng)分析可知，2003—2008年增施化肥對水稻生產(chǎn)仍處于邊際收益遞增階段[43]，期間由于水稻播種面積擴(kuò)張，水稻化肥施用強(qiáng)度反而下降了5.70kg∕hm2，因而效率效應(yīng)提升明顯。比較而言，2008—2013年化肥施用總量增加了86.29萬t，平均施用強(qiáng)度提高到了317.60 kg∕hm2，增施化肥已處于明顯的邊際效益遞減階段[43,44]；2013—2018年過量施用化肥問題得到了政府和社會廣泛關(guān)注，原農(nóng)業(yè)部先后頒布《關(guān)于加快配方肥推廣應(yīng)用的意見》《建議》《到2020年化肥零增長行動方案》等系列文件[45,46]以及2013—2018年連續(xù)6個“中央一號文件”，都明確提出要實現(xiàn)化肥零增長[40]。因此，2013—2018年化肥施用總量僅增加了27.06萬t，僅為2008—2013年增加的31.36%；2008—2013年和2013—2018年氮磷鉀肥的平均施用強(qiáng)度分別由183.04kg∕hm2、87.32 kg∕hm2和47.26 kg∕hm2調(diào)整為173.02 kg∕hm2、101.38 kg∕hm2和59.55 kg∕hm2，施用比例也由1∶0.48∶0.26調(diào)整為1∶0.59∶0.34，氮肥施用過量和鉀肥施用不足得到改善，3種肥料的施用結(jié)構(gòu)明顯優(yōu)化。因此，雖然化肥施用強(qiáng)度仍然較高，但利用效率明顯提高，對水稻生產(chǎn)實現(xiàn)了由負(fù)向抑制到微弱促進(jìn)的轉(zhuǎn)變。

2.3.2 中國省域水稻生產(chǎn)與化肥施用關(guān)聯(lián)效應(yīng)分解

根據(jù)式（3）（4）對2003—2018年中國省域水稻總產(chǎn)量的4種關(guān)聯(lián)效應(yīng)進(jìn)行分解，結(jié)果如表4。從中可以得到以下效應(yīng)。

表4 2003—2018年中國省域水稻生產(chǎn)與化肥施用關(guān)聯(lián)效應(yīng)分解 萬t

（1）規(guī)模效應(yīng)（At）。該效應(yīng)對水稻生產(chǎn)正向驅(qū)動超過50萬t的有黑龍江、湖北、江西、江蘇、安徽、吉林、湖南、遼寧和河南9個省，2003—2018年東北的黑龍江、吉林和遼寧以及中部的湖北、湖南和江西6省耕地面積增加了689.66萬hm2[47]，糧食作物播種面積增加了1 060.41萬hm2，除遼寧省外的其他5省都是我國水稻化肥施用低強(qiáng)度區(qū)[7,9]。這從省域?qū)用娼沂荆瑪U(kuò)大糧食作物播種面積，可以降低水稻增產(chǎn)對化肥的依賴，進(jìn)而促進(jìn)兩者脫鉤。比較而言，江蘇、安徽和河南3省耕地面積雖然減少了59.01萬hm2，但由于復(fù)種指數(shù)的提高，糧食作物播種面積反而增加了395.83萬hm2?？梢?，提高復(fù)種指數(shù)應(yīng)該得到充分重視。進(jìn)一步分析可知，上述9省都是我國糧食主產(chǎn)區(qū)，其糧食作物播種面積的持續(xù)擴(kuò)大使其水稻產(chǎn)量占全國比重由2003年的31.25%上升到2018年的35.70%，為保障國家口糧絕對安全作出了極大貢獻(xiàn)，應(yīng)該得到更多的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償。規(guī)模效應(yīng)對水稻生產(chǎn)負(fù)向驅(qū)動超過50萬t的分別為廣東、福建、廣西、浙江、重慶和海南6個?。ㄊ小^(qū)），除重慶外，其余5省區(qū)都地處沿海，是城鎮(zhèn)化的熱點地區(qū)，2003—2018年其耕地面積減少了94.33萬hm2，復(fù)種指數(shù)也有不同程度下降[48]，因而糧食作物播種面積下降了263.40萬hm2，水稻產(chǎn)量占全國比重下降了8.55個百分點；而且沿海5省都屬于稻田化肥施用高強(qiáng)度區(qū)，其化肥平均施用強(qiáng)度從2013年的328.20 kg∕hm2上升到了2018年的352.15kg∕hm2?？梢姡谌说孛芗怃J的沿海地區(qū)，耕地資源有限是難以實現(xiàn)水稻生產(chǎn)和化肥施用脫鉤的關(guān)鍵因素之一。

（2）結(jié)構(gòu)效應(yīng)（Jt）。該效應(yīng)對水稻生產(chǎn)正向驅(qū)動作用超過40萬t的有黑龍江、湖南、安徽、廣東、江西、福建、吉林、海南和重慶9省市，期間其水稻播種面積占比由2003年的42.06%提高到2018年的43.83%，提高了1.77個百分點。表明如果上述地區(qū)仍維持2003年的種植結(jié)構(gòu)，要實現(xiàn)水稻增產(chǎn)必然要更大幅度提高水稻單產(chǎn)，因而必然進(jìn)一步提高化肥施用強(qiáng)度。可見提高結(jié)構(gòu)效應(yīng)能夠有效提升水稻產(chǎn)量，達(dá)到降低化肥施用強(qiáng)度，實現(xiàn)兩者脫鉤。結(jié)構(gòu)效應(yīng)對水稻生產(chǎn)負(fù)向驅(qū)動作用超過40萬t的有云南、四川、廣西和湖北4個省區(qū)，其中云南和四川地處西南生態(tài)環(huán)境較為脆弱的喀斯特地區(qū)，是輪作休耕的重點地區(qū)，研究期間一些稻田選擇“以水改旱”，導(dǎo)致水稻播種面積持續(xù)減少[49,50]，2003—2018年2省水稻播種面積占糧食作物播種面積比重分別下降了5.28和2.03個百分點。比較而言，廣西和湖北則不斷提高玉米的播種面積，2003—2018年2省區(qū)的玉米播種面積占糧食作物播種面積比重分別提高了5.55和6.33個百分點，導(dǎo)致水稻播種面積占比分別下降了5.34和1.40個百分點。

（3）強(qiáng)度效應(yīng)（Dt）。該效應(yīng)對水稻生產(chǎn)促進(jìn)作用在45萬t以上的有江西、安徽、湖北、江蘇、云南、黑龍江、浙江、吉林、廣西、海南、河南、內(nèi)蒙古、遼寧和陜西14個省區(qū)，除云南、浙江、廣西、海南和陜西5省區(qū)外，其余9個均為我國糧食主產(chǎn)區(qū)。2003—2018年5個非糧食主產(chǎn)區(qū)化肥平均施用強(qiáng)度由270.25 kg∕hm2增加至353.87 kg∕hm2，增加了83.62kg∕hm2；9個糧食主產(chǎn)區(qū)的化肥平均施用強(qiáng)度由299.04 kg∕hm2上升到380.01kg∕hm2，增加了80.97 kg∕hm2。結(jié)合規(guī)模效應(yīng)的分析可知，9個糧食主產(chǎn)區(qū)在水稻播種面積持續(xù)擴(kuò)大和2003年化肥施用強(qiáng)度本底值高于5個非糧食主產(chǎn)區(qū)約30kg∕hm2的條件下，2003—2018年其化肥施用強(qiáng)度增加值仍與5個非糧食主產(chǎn)區(qū)基本相當(dāng)，致使其化肥施用強(qiáng)度始終高出非糧食主產(chǎn)區(qū)30 kg∕hm2左右?？梢姡Ｕ蠂铱诩Z絕對安全這一責(zé)任絕大部分都壓在了糧食主產(chǎn)區(qū)身上，過量施肥的問題在糧食主產(chǎn)區(qū)表現(xiàn)尤為突出。強(qiáng)度效應(yīng)對湖南、四川和福建3個省份水稻生產(chǎn)的抑制作用較強(qiáng)，分別為194.34萬t、145.75萬t和98.36萬t，究其原因在于3省都屬于化肥施用高強(qiáng)度區(qū)，2003—2018年其平均化肥施用強(qiáng)度波動下降了42.48kg∕hm2，因而抑制作用明顯。

（4）效率效應(yīng)（Et）。該效應(yīng)對水稻生產(chǎn)正向驅(qū)動超過50萬t的有湖南、四川、福建、河南、廣西和重慶6?。▍^(qū)、市），其中前3個超過了150萬t。結(jié)合強(qiáng)度效應(yīng)可知，研究期間這些地區(qū)的化肥施用強(qiáng)度多呈下降或基本穩(wěn)定趨勢，尤其是湖南、四川和福建3省，其平均化肥施用強(qiáng)度下降了42.48kg∕hm2。這表明，減肥增效在這些地區(qū)得到了率先實施，有利于優(yōu)化稻田生態(tài)環(huán)境，提升水稻生產(chǎn)可持續(xù)能力。效率效應(yīng)對水稻生產(chǎn)抑制作用超過120萬t的有安徽、江西、湖北和云南4省，介于15萬t和60萬t之間的有江蘇、浙江、內(nèi)蒙古、遼寧、海南和陜西6省區(qū)。結(jié)合強(qiáng)度效應(yīng)分析可知，這10個省份都是強(qiáng)度效應(yīng)對水稻增產(chǎn)作用超過45萬t的地區(qū)，研究期間10省區(qū)的化肥平均施用強(qiáng)度增加了98.83 kg∕hm2。這表明，這10個省區(qū)的化肥粗放投入問題突出，化肥的邊際水稻產(chǎn)出水平下降明顯，其中海南和云南的化肥邊際水稻產(chǎn)出已降為-24.33kg∕kg和-116.23kg∕kg，因而效率效應(yīng)明顯阻礙了這些地區(qū)水稻生產(chǎn)，這是今后化肥零增長行動方案實施的重點地區(qū)。

3 研究結(jié)論與政策建議

3.1 研究結(jié)論

采用Tapio脫鉤模型，分析了2003—2018年中國水稻生產(chǎn)與化肥施用的脫鉤狀況，構(gòu)建了兩者關(guān)聯(lián)的效應(yīng)模型，采用LMDI分解法揭示了中國及23個水稻主產(chǎn)區(qū)的規(guī)模、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度和效率4種效應(yīng)對水稻產(chǎn)量變化的影響大小，所得結(jié)論如下。

（1）以2010年為節(jié)點，在此之前水稻生產(chǎn)和化肥施用以擴(kuò)張負(fù)脫鉤為主，之后以弱脫鉤和擴(kuò)張連接為主。從不同化肥種類來看：2010年之前，氮肥和磷肥與水稻生產(chǎn)均以擴(kuò)張負(fù)脫鉤為主，之后氮肥與水稻生產(chǎn)呈現(xiàn)明顯的強(qiáng)脫鉤關(guān)系，磷肥與水稻生產(chǎn)則呈現(xiàn)明顯的擴(kuò)張負(fù)脫鉤關(guān)系，因此提升磷肥利用效率是促進(jìn)水稻生產(chǎn)和化肥施用脫鉤的關(guān)鍵。整個研究期間，鉀肥與水稻生產(chǎn)基本呈現(xiàn)擴(kuò)張負(fù)脫鉤。

（2）擴(kuò)大規(guī)模效應(yīng)，提高結(jié)構(gòu)效應(yīng)能夠有效提升水稻產(chǎn)量，是實現(xiàn)水稻生產(chǎn)與化肥施用脫鉤的有效途徑。但在人多地少和經(jīng)濟(jì)社會持續(xù)發(fā)展的條件下，寄希望于擴(kuò)大糧食作物播種面積和提升水稻播種面積占比來實現(xiàn)水稻生產(chǎn)和化肥施用脫鉤的目標(biāo)均難以實現(xiàn)。研究期間，中部5省、東北3省和江蘇省等9個糧食主產(chǎn)區(qū)糧食作物播種面積增加了1 456.24萬hm2，而沿海的浙江、福建、廣東、廣西、海南以及重慶6省（市、區(qū)）則下降308.52萬hm2，這對水稻生產(chǎn)和化肥施用脫鉤極為不利。

（3）研究期間，全國層面的強(qiáng)度效應(yīng)對水稻生產(chǎn)的影響經(jīng)歷了由負(fù)向抑制到正向促進(jìn)的轉(zhuǎn)變；與此對應(yīng)，效率效應(yīng)對水稻生產(chǎn)的影響則經(jīng)歷了由2003—2008年的正向促進(jìn)作用轉(zhuǎn)變?yōu)?008—2013年的負(fù)向抑制作用，再到2013—2018年的正向促進(jìn)作用。省域分析結(jié)果表明，化肥長期的粗放投入已導(dǎo)致稻田生態(tài)環(huán)境和水稻可持續(xù)生產(chǎn)能力明顯下降，這在我國江西、安徽、湖北、江蘇、黑龍江、吉林、河南、內(nèi)蒙古和遼寧9個糧食主產(chǎn)區(qū)表現(xiàn)尤為突出。

3.2 政策建議

（1）強(qiáng)化對糧食主產(chǎn)區(qū)的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償，穩(wěn)定糧食作物播種面積和水稻播種面積占比。該文研究表明，2003—2018年糧食主產(chǎn)區(qū)糧食作物播種面積和水稻播種面積占比都在不斷提高，這是促使糧食生產(chǎn)和化肥施用脫鉤的重要因素。因此，要健全糧食主產(chǎn)區(qū)利益補(bǔ)償機(jī)制，加大對糧食生產(chǎn)功能區(qū)的政策支持力度，著力保護(hù)和調(diào)動地方各級政府重農(nóng)抓糧的積極性；支持家庭農(nóng)場、農(nóng)民合作社發(fā)展糧食適度規(guī)模經(jīng)營，提高糧食生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益和農(nóng)民種糧積極性，從根本上穩(wěn)定和提高糧食主產(chǎn)區(qū)的規(guī)模和結(jié)構(gòu)效應(yīng)。

（2）嚴(yán)控東南沿海地區(qū)城鎮(zhèn)發(fā)展邊界，壓實糧食安全底線。研究期間，東南沿海的廣東、福建、廣西、浙江和海南5省土地城鎮(zhèn)化快速推進(jìn)，耕地面積減少了94.33萬hm2，再加上復(fù)種指數(shù)的下降，糧食作物播種面積下降了263.40萬hm2，這是這些地區(qū)化肥施用強(qiáng)度不斷增大的重要原因。因此，要嚴(yán)格劃定東南沿海地區(qū)的城鎮(zhèn)發(fā)展邊界，提高城鎮(zhèn)土地集約利用水平。要在這些地區(qū)大力實施糧食安全黨政同責(zé)，全力堅守耕地紅線，鼓勵農(nóng)民種植雙季稻，不斷提高復(fù)種指數(shù)，以穩(wěn)定其糧食作物播種面積。

（3）瞄準(zhǔn)重點區(qū)域聚焦任務(wù)，全面提高化肥利用效率。以中部和東北地區(qū)為主體的9個糧食主產(chǎn)區(qū)以及云南、浙江、廣西、海南和陜西5個省區(qū)，其水稻增產(chǎn)的最大動力是高強(qiáng)度的化肥投入，同時這些地區(qū)也是效率效應(yīng)對水稻生產(chǎn)抑制作用最為突出的區(qū)域。因此，要瞄準(zhǔn)這些重點區(qū)域，依據(jù)不同的自然地理和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展條件，以基層農(nóng)技推廣隊伍為引領(lǐng)，充分發(fā)揮種糧大戶、家庭農(nóng)場等新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體的帶頭作用，大力推進(jìn)測土配方施肥，推進(jìn)有機(jī)肥資源和新型肥料技術(shù)應(yīng)用。按照減氮、控磷、穩(wěn)鉀和控氮、減磷、穩(wěn)鉀的原則，優(yōu)化中部和東北糧食主產(chǎn)區(qū)的化肥施用結(jié)構(gòu)，結(jié)合東北糧食主產(chǎn)區(qū)深松整地和保護(hù)性耕作，加大秸稈還田力度，恢復(fù)發(fā)展中部糧食主產(chǎn)區(qū)冬閑田種綠肥，全面提高化肥利用效率。