化肥污染對江西省糧食生產(chǎn)的環(huán)境懲罰效應(yīng)

汪濤武 丁奕溥

宜春學(xué)院經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，江西 宜春 336000

0 引言

化肥投入對農(nóng)作物生長的促進(jìn)作用顯著，能快速提高種植業(yè)生產(chǎn)力，對保障國家糧食安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。研究發(fā)現(xiàn)，在1997—2006 年，化肥是我國糧食生產(chǎn)所有投入要素中貢獻(xiàn)最大的一項(xiàng)，對糧食產(chǎn)量增長的貢獻(xiàn)率達(dá)56.81%［1］。然而，正因?yàn)橐欢螘r期以來化肥對農(nóng)業(yè)種植的貢獻(xiàn)有目共睹，引發(fā)了人們對化肥使用“高投入高產(chǎn)出”的盲目信任，導(dǎo)致農(nóng)戶在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對化肥的施用量易超出合理范圍。進(jìn)入土壤中的化肥不僅會導(dǎo)致土壤板結(jié)，而且相當(dāng)一部分化肥因未被作物吸收利用，會在作物根層以下積累或隨雨水轉(zhuǎn)入地下水，成為農(nóng)業(yè)面源最主要的污染源之一［2］。數(shù)據(jù)顯示，自20 世紀(jì)90 年代化肥在我國廣泛使用以來，我國單位播種面積的化肥施用量于2014 年達(dá)到峰值363.0 kg/hm2，而國際公認(rèn)的化肥施用安全標(biāo)準(zhǔn)上限為225.0 kg/hm2，即2014 年我國單位播種面積的化肥施用量是國際公認(rèn)安全標(biāo)準(zhǔn)的1.61 倍［3］。因此，2015年原農(nóng)業(yè)部發(fā)布了《到2020 年化肥使用量零增長行動方案》，從國家層面推動化肥投入減量化。從2016 年開始，我國單位播種面積的化肥施用量持續(xù)減少，2020年已降至322.6 kg/hm2［4］，取得了顯著成效，但仍有一定的下降空間。

江西省是我國糧食主產(chǎn)區(qū)之一，糧食產(chǎn)量一直穩(wěn)居全國前列。進(jìn)入新時代以來，江西省每年糧食外調(diào)量不斷增加，從2012 年的580 萬t 增加至2021 年的755 萬t［5］，在保障國家糧食安全中發(fā)揮了重要作用。同時，江西省大力落實(shí)關(guān)于農(nóng)業(yè)投入品減量化的政策號召，積極降低化肥施用量，降低化肥污染在農(nóng)業(yè)面源污染中的比重，為農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。因此，江西省及其他糧食主產(chǎn)區(qū)均面臨保障糧食增產(chǎn)增收與持續(xù)減少化肥等投入品用量的矛盾。在這一特殊背景下，探討江西省農(nóng)作物生產(chǎn)的化肥污染懲罰效應(yīng)具有重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義。

1 江西省糧食生產(chǎn)與化肥污染的特征事實(shí)

1.1 化肥污染測算方法

筆者采用產(chǎn)排污系數(shù)法對江西省化肥污染進(jìn)行測算，計(jì)算公式為

式（1）中：Lit為化肥污染總量，其中i為地區(qū)，t為時期；E為化肥污染排放系數(shù)；F為化肥使用量?；饰廴九欧畔禂?shù)E為種植業(yè)污染排放量與化肥使用量的比值，種植業(yè)污染排放量來自《江西省第二次全國污染源普查公報(bào)》中種植業(yè)部分。

1.2 測算結(jié)果

如表1 所示，2010—2015 年江西省化肥污染排放總量呈現(xiàn)高位波動狀態(tài)，2011 年有所上升，2012—2013 年略有下降，2015 年達(dá)到最大值（15.73 kg/hm2）；從2016 年開始，江西省化肥污染排放總量快速下降，2020 年降至11.71 kg/hm2，降幅達(dá)25.56%。這表明在原農(nóng)業(yè)部的統(tǒng)一部署下，江西省化肥施用減量化工作取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。

表1 2010—2020年江西省糧食生產(chǎn)與化肥污染情況

而2010—2020年江西省糧食產(chǎn)量變化則相對比較穩(wěn)定，僅有2年出現(xiàn)了小幅下降，分別是2012年下降0.36%，2020年下降2.72%。尤其是從2016年開始，江西省糧食產(chǎn)量并未因?yàn)榛适┯昧康拇蠓陆刀眲∠陆怠?/p>

對比2010—2020 年江西省糧食產(chǎn)量與化肥污染變化情況可以發(fā)現(xiàn)，2015年后化肥污染快速下降與糧食生產(chǎn)的小幅波動同時存在，而2015年及以前二者則表現(xiàn)出較明顯的同步關(guān)系。因此，分析2010—2020年二者之間的關(guān)系變化對實(shí)現(xiàn)化肥污染防治及糧食產(chǎn)量穩(wěn)定增長具有重要意義。

2 化肥污染對糧食生產(chǎn)的懲罰效應(yīng)

2.1 糧食作物生產(chǎn)環(huán)境效率測算

2.1.1 測算方法。為避免量綱選擇與角度選擇對估計(jì)造成的偏差，筆者采用考慮了環(huán)境非期望產(chǎn)出的SBM-DEA 模型來測算江西省糧食生產(chǎn)的環(huán)境效率。借鑒相關(guān)研究成果，將江西省各地級市作為一個決策單元，構(gòu)建一個同時包含期望產(chǎn)出與非期望產(chǎn)出的生產(chǎn)可能性結(jié)合。含有非期望產(chǎn)出的SBM模型為［6］

式（2）中：x、yb、yg分別表示投入、非期望產(chǎn)出及期望產(chǎn)出向量，s-、sb、sg分別表示對應(yīng)每個決策單元投入、非期望產(chǎn)出及期望產(chǎn)出的松弛變量，m、s1、s2分別表示投入、期望產(chǎn)出、非期望產(chǎn)出的指標(biāo)種類；λ為調(diào)整權(quán)重；下標(biāo)中“0”代表特定的決策單元。根據(jù)該SBMDEA 模型估計(jì)的效率值ρ*∈（0，1］。若ρ*＜1，表示該決策單元存在可以改進(jìn)的空間；若ρ*=1，表示該決策單元處于前沿面上。

2.1.2 變量選取。對種植業(yè)影響較大的投入要素主要包括化肥、土地、勞動力、灌溉用水、農(nóng)業(yè)機(jī)械等。由于缺乏地級市層面的農(nóng)業(yè)機(jī)械數(shù)據(jù)，筆者在估算糧食生產(chǎn)環(huán)境效率時選擇化肥、土地、勞動力、灌溉用水4個要素作為投入變量，并用糧食作物的實(shí)際產(chǎn)量表示期望產(chǎn)出，用化肥的碳排放量表示非期望產(chǎn)出。

化肥的碳排放量參照已有研究文獻(xiàn)的方法進(jìn)行估計(jì)［7］，計(jì)算公式為

式（3）中：Cit為i地級市第t年的碳排放量；Fit為i地級市第t年的化肥施用量；ξ為化肥的碳排放系數(shù)，取值0.895 6 kg/kg［8］。

2.1.3 數(shù)據(jù)來源。糧食作物生產(chǎn)環(huán)境效率測算及下文實(shí)證分析所使用的數(shù)據(jù)主要來自歷年《江西統(tǒng)計(jì)年鑒》，涉及指標(biāo)主要包括江西省各地級市糧食作物產(chǎn)量、化肥施用量、灌溉用水量、播種面積、第一產(chǎn)業(yè)就業(yè)人數(shù)占比、第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占比等。但在查詢《江西統(tǒng)計(jì)年鑒》時，發(fā)現(xiàn)部分年份未報(bào)告各地級市的糧食作物產(chǎn)量、播種面積等數(shù)據(jù)，這些缺失的數(shù)據(jù)通過查閱各地級市相應(yīng)年份的統(tǒng)計(jì)年鑒、國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)或政府工作報(bào)告獲得，最終獲得2010—2020 年共132 個樣本數(shù)據(jù)。投入與產(chǎn)出各指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)描述見表2。

表2 變量描述性統(tǒng)計(jì)

2.1.4 結(jié)果分析。2010—2020年江西省糧食生產(chǎn)環(huán)境效率測算結(jié)果如表3所示。2010—2020年江西省糧食生產(chǎn)環(huán)境效率呈現(xiàn)逐年上升趨勢，效率值從2010年的0.49 上升至2020 年的0.68，盡管已經(jīng)獲得了較大的增幅，但是仍有提升空間。從各地級市的糧食生產(chǎn)環(huán)境效率來看，贛州市和九江市一直處于較低水平，南昌市、撫州市、萍鄉(xiāng)市和吉安市則波動較大。

表3 2010—2020年江西省糧食生產(chǎn)環(huán)境效率測算結(jié)果

2.2 糧食生產(chǎn)環(huán)境效率影響因素實(shí)證分析

2.2.1 實(shí)證模型。生產(chǎn)過程中涉及的一切因素均可能對生產(chǎn)效率產(chǎn)生影響。化肥污染威脅土壤安全、生態(tài)安全和農(nóng)產(chǎn)品安全，已受到社會的廣泛關(guān)注。其中，化肥污染導(dǎo)致的土壤板結(jié)及養(yǎng)分結(jié)構(gòu)失調(diào)會引起耕地質(zhì)量下降，導(dǎo)致糧食種植的投入成本不斷增加，而且化肥中含有的重金屬不斷富集可能造成土壤重金屬污染，最終導(dǎo)致種植的糧食受到污染［9］。因此，化肥污染對糧食生產(chǎn)的環(huán)境效率具有懲罰效應(yīng)。參考陸文聰?shù)龋?］的研究，結(jié)合數(shù)據(jù)可得性，構(gòu)建包含化肥污染變量的多元回歸模型為

式（4）中：EFFit為估算的糧食種植效率值；EP為化肥污染排放量，在具體分析中分別考察總氮、總磷及二者總量的影響；β0至β5為待估計(jì)參數(shù)；PLANTit為糧食種植面積；WATERit為灌溉用水量；APCTit為第一產(chǎn)業(yè)在地區(qū)總產(chǎn)值中的占比；LPCTit為第一產(chǎn)業(yè)勞動力在地區(qū)就業(yè)總?cè)藬?shù)中的占比；μi為無法觀測到的地區(qū)固定效應(yīng)；εit為殘差項(xiàng)。其中，i代表地區(qū)，t代表時期。

2.2.2 實(shí)證結(jié)果分析。面板數(shù)據(jù)分析可以采用隨機(jī)效應(yīng)模型或固定效應(yīng)模型，研究中一般使用Hausman檢驗(yàn)進(jìn)行模型選擇。Hausman檢驗(yàn)P值為0.017 4，拒絕了原假設(shè)，故選用固定效應(yīng)模型進(jìn)行分析。如表4 所示，化肥污染排放與糧食生產(chǎn)環(huán)境效率存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。模型（1）至模型（3）分別使用總氮、總磷及化肥污染排放總量作為核心影響因素進(jìn)行回歸分析，3個模型中化肥污染排放指標(biāo)的系數(shù)均在1%顯著性水平上為負(fù)，驗(yàn)證了化肥污染對糧食生產(chǎn)的懲罰效應(yīng)。

在其他變量中，種植面積與糧食生產(chǎn)環(huán)境效率的提升關(guān)系不顯著，意味著雖然增加播種面積能提高產(chǎn)量，但不一定能提升環(huán)境效率。灌溉用水量與糧食生產(chǎn)環(huán)境效率顯著負(fù)相關(guān)，說明灌溉用水量的增加不利于糧食生產(chǎn)環(huán)境效率的提高，應(yīng)繼續(xù)推廣高效節(jié)水灌溉技術(shù)，不斷提高水資源利用率，從而促進(jìn)糧食生產(chǎn)環(huán)境效率的改善。第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占比對糧食生產(chǎn)環(huán)境效率的影響顯著為負(fù)，表明隨著各地第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占比越來越低，糧食種植環(huán)境效率逐步提高。第一產(chǎn)業(yè)勞動力占比對糧食種植環(huán)境效率的影響不顯著。

3 結(jié)論與啟示

3.1 結(jié)論

在國家推動化肥投入減量化政策的背景下，江西省的化肥污染從2016年起快速下降，2020年相比峰值降幅達(dá)到了25.56%。對比2010—2020 年江西省糧食產(chǎn)量與化肥污染變化情況可以發(fā)現(xiàn)，2015 年后化肥污染快速下降時，糧食產(chǎn)量僅出現(xiàn)小幅波動，而2015 年及以前二者則表現(xiàn)較明顯的同步關(guān)系。

2010—2020 年江西省糧食生產(chǎn)環(huán)境效率呈逐年上升趨勢，效率值從2010 年的0.49 上升至2020 年的0.68，盡管已經(jīng)獲得了較大的增幅，但是仍有提升空間，而各地級市的糧食生產(chǎn)環(huán)境效率變化缺乏明顯規(guī)律。

江西省化肥污染排放與糧食生產(chǎn)環(huán)境效率存在的負(fù)相關(guān)關(guān)系，且在1%顯著性水平上通過檢驗(yàn)，即化肥污染對糧食生產(chǎn)具有懲罰效應(yīng)。

3.2 政策啟示

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)離不開化肥投入，但化肥過量與不當(dāng)施用成為農(nóng)業(yè)面源污染的重要原因之一。作為我國糧食主產(chǎn)區(qū)之一，江西省在多舉措保證糧食產(chǎn)量的同時，積極貫徹落實(shí)國家關(guān)于化肥投入減量化的要求，取得了良好的成績，但在繼續(xù)降低化肥投入與提高糧食生產(chǎn)環(huán)境效率方面仍有較大的提升空間。

一方面，化肥施用后的流失既是資源浪費(fèi)，也是農(nóng)業(yè)面源污染的主要原因。因此，江西省應(yīng)積極推動相關(guān)企業(yè)研發(fā)生產(chǎn)高效肥料，并引導(dǎo)農(nóng)戶合理施肥，提高肥料利用效率。江西省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳在《2023 年江西省化肥減量增效技術(shù)行動推進(jìn)方案》中明確提出，通過開展進(jìn)村指導(dǎo)、舉辦技術(shù)培訓(xùn)班、召開現(xiàn)場觀摩會等形式引導(dǎo)農(nóng)戶合理施肥，進(jìn)一步減少化肥施用量。這有助于推動化肥利用率及糧食生產(chǎn)環(huán)境效率的穩(wěn)步提高。

另一方面，隨著化肥減量化行動的深入開展，有機(jī)肥積造與利用受到了更多重視。江西省也應(yīng)進(jìn)一步鼓勵農(nóng)戶在糧食種植中增加生物有機(jī)肥的施用。例如，2021 年鷹潭市通過積極開展有機(jī)肥積造試驗(yàn)示范、加強(qiáng)綠肥種植利用、推進(jìn)秸稈肥料化利用等，有效促進(jìn)了化肥施用減量增效。但有機(jī)肥也是一把“雙刃劍”［10］，合理施用有機(jī)肥能提高作物產(chǎn)量、改良土壤，施用不合理也會帶來農(nóng)業(yè)面源污染。因此，相關(guān)技術(shù)人員需要加強(qiáng)對有機(jī)肥積造與利用的科學(xué)研究，并指導(dǎo)農(nóng)戶合理使用有機(jī)肥。