我國耕地土壤質(zhì)量提升策略的優(yōu)化仿真分析

馬曉琴

（中國社會(huì)科學(xué)院生態(tài)文明研究所，北京 100710）

耕地是最寶貴的農(nóng)業(yè)資源、最重要的生產(chǎn)要素，其質(zhì)量安全不僅決定著農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，還影響水資源環(huán)境安全，對保障我國糧食安全、經(jīng)濟(jì)安全、社會(huì)安全以及生態(tài)安全至關(guān)重要?；兽r(nóng)藥等農(nóng)業(yè)投入品過量使用的化學(xué)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了農(nóng)產(chǎn)品的高產(chǎn)，但這種高強(qiáng)度、超負(fù)荷的耕地利用方式造成耕地質(zhì)量狀況堪憂。近些年以來政府部門高度重視耕地質(zhì)量安全。2015年，中共中央、國務(wù)院印發(fā)的《關(guān)于加快推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的意見》提出，要強(qiáng)化農(nóng)田生態(tài)保護(hù)，實(shí)施耕地質(zhì)量保護(hù)與提升行動(dòng)，加大退化、污染、損毀農(nóng)田改良和修復(fù)力度，加大耕地質(zhì)量調(diào)查監(jiān)測與評價(jià)。同年，原農(nóng)業(yè)部制定的《耕地質(zhì)量保護(hù)與提升行動(dòng)方案》指出，要實(shí)施退化耕地綜合治理、污染耕地阻控修復(fù)、土壤肥力保護(hù)提升。2021年發(fā)布的《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》指出，要堅(jiān)持最嚴(yán)格的耕地保護(hù)制度，強(qiáng)化耕地?cái)?shù)量保護(hù)和質(zhì)量提升。黨的二十大報(bào)告指出，加強(qiáng)土壤污染源頭防控，開展新污染物治理。因此，開展如何有效提升耕地土壤質(zhì)量研究具有重要的意義。

目前國內(nèi)外關(guān)于耕地土壤質(zhì)量的研究絕大多數(shù)從單一視角或單一方面進(jìn)行獨(dú)立分析，部分文獻(xiàn)[1-6]利用實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)僅從農(nóng)戶方面分析了耕地土壤質(zhì)量提升的影響因素，發(fā)現(xiàn)主要是農(nóng)戶提升耕地土壤質(zhì)量的成本收益、農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格、農(nóng)戶對土壤質(zhì)量提升的認(rèn)知、農(nóng)戶的教育程度等因素。還有部分文獻(xiàn)[7-12]分析了秸稈還田、綠肥施用、有機(jī)無機(jī)肥配施、灌水施肥、土壤擴(kuò)蓄增容肥等技術(shù)對提升耕地土壤質(zhì)量的影響。但是，這些文獻(xiàn)研究并沒有從系統(tǒng)視角對耕地土壤質(zhì)量提升問題進(jìn)行全面分析，也沒有從理論上系統(tǒng)地揭示耕地土壤質(zhì)量提升的內(nèi)在機(jī)制。另外，以往研究對于耕地土壤質(zhì)量提升系統(tǒng)涉及的其他相關(guān)利益主體的分析較少，并且對于什么樣的政策條件能夠引導(dǎo)和保障主要利益主體積極參與耕地土壤質(zhì)量提升行動(dòng)也較少涉及，即使部分研究關(guān)注了補(bǔ)貼政策對農(nóng)戶參與的影響，但也只是從一般意義上定性探討了補(bǔ)貼政策的作用。

基于此，本文利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法構(gòu)建了我國耕地土壤質(zhì)量提升系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，分析耕地土壤質(zhì)量提升系統(tǒng)所涉及的主要利益主體對系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)影響，并且對不同的政府補(bǔ)貼政策進(jìn)行仿真模擬，分析優(yōu)化政府補(bǔ)貼政策，為制定耕地土壤質(zhì)量提升補(bǔ)貼政策提供理論依據(jù)。

1 耕地土壤質(zhì)量提升系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建

1.1 模型邊界分析與假設(shè)

本文利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（system dynamics，SD）對我國耕地土壤質(zhì)量提升問題進(jìn)行研究，該方法以控制論為理論基礎(chǔ)，將研究對象劃分為若干子系統(tǒng)并分析各子系統(tǒng)之間以及子系統(tǒng)內(nèi)部變量間的因果關(guān)系，并利用Vensim仿真平臺(tái)動(dòng)態(tài)模擬顯示政策參數(shù)調(diào)控時(shí)系統(tǒng)變量的演化趨勢，為決策的制定提供理論依據(jù)。耕地土壤質(zhì)量提升系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的非線性大系統(tǒng)，涉及眾多相關(guān)利益主體，考慮到對系統(tǒng)影響的重要性，本文僅分析農(nóng)戶、有機(jī)肥企業(yè)和政府部門對耕地土壤質(zhì)量提升系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)影響。其中，農(nóng)戶是否采用測土配方施肥的保護(hù)性生產(chǎn)方式來提升耕地土壤質(zhì)量，取決于其農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本收益大小；有機(jī)肥企業(yè)是否提供測土配方施肥技術(shù)，取決于其參與時(shí)的生產(chǎn)收益大?。徽块T是耕地土壤質(zhì)量安全的最終負(fù)責(zé)人，是否通過制定政策影響農(nóng)戶、有機(jī)肥企業(yè)參與耕地土壤質(zhì)量提升行動(dòng)，取決于政府部門支付的成本與獲得的生態(tài)收益大小的比較?？紤]到模型變量及其數(shù)據(jù)的代表性、可獲取性和可操作性等原則，同時(shí)考慮各相關(guān)利益主體對耕地土壤質(zhì)量提升系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)影響，本文將耕地土壤質(zhì)量提升系統(tǒng)劃分為農(nóng)戶子系統(tǒng)、企業(yè)子系統(tǒng)、土壤質(zhì)量子系統(tǒng)和政府子系統(tǒng)。為了聚焦耕地土壤質(zhì)量提升系統(tǒng)的核心要素，對模型邊界進(jìn)行了界定。圖1為了耕地土壤質(zhì)量提升系統(tǒng)的理論模型。

圖1 耕地土壤質(zhì)量提升系統(tǒng)的理論模型

耕地土壤質(zhì)量提升系統(tǒng)包括四個(gè)子系統(tǒng)，影響因素眾多，為了簡化分析，需要對模型做出一定假設(shè)條件。模型的主要假設(shè)有：（1）農(nóng)戶通過采取測土配方施肥技術(shù)的保護(hù)性生產(chǎn)方式能夠有效提升耕地土壤質(zhì)量，可以帶來農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量的增加以及質(zhì)量的提高。為簡化模型，本文只考慮土壤質(zhì)量改善對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，由普通農(nóng)產(chǎn)品向綠色、有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品轉(zhuǎn)變。（2）本文所指的農(nóng)產(chǎn)品主要是蔬菜類，普通農(nóng)產(chǎn)品、綠色農(nóng)產(chǎn)品、有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品的價(jià)格存在明顯差異。（3）由于土地利用方式和評價(jià)目的不同，土壤質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)選取不同[13-14]。耕地土壤質(zhì)量主要衡量長期耕作過程中施肥和農(nóng)作物營養(yǎng)元素吸收綜合作用下土壤養(yǎng)分含量演變趨勢，基于有效性、敏感性、實(shí)用性、通用性原則[15]，評價(jià)耕地土壤質(zhì)量時(shí)選取衡量土壤肥力質(zhì)量和健康質(zhì)量的指標(biāo)，主要有機(jī)質(zhì)含量、全氮含量、速效磷和速效鉀含量。（4）鑒于數(shù)據(jù)的獲得性，本文選取有機(jī)質(zhì)含量評價(jià)耕地土壤質(zhì)量提升水平；選取農(nóng)戶畝產(chǎn)年收入、企業(yè)累積收益凈現(xiàn)值來評價(jià)農(nóng)戶子系統(tǒng)和企業(yè)子系統(tǒng)。這三個(gè)指標(biāo)數(shù)據(jù)較為全面，且易于獲取與比較。

1.2 子系統(tǒng)分析

農(nóng)戶子系統(tǒng)主要分析農(nóng)戶采取的種植方式對耕地土壤質(zhì)量提升系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)影響。增施有機(jī)肥并減少過量化肥能夠有效提升耕地土壤質(zhì)量，進(jìn)而改善農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品獲得優(yōu)價(jià)能夠增加農(nóng)戶種植收益。但有機(jī)肥價(jià)格明顯高于化肥價(jià)格，導(dǎo)致農(nóng)戶種植成本增加。因此，農(nóng)戶是否參與耕地土壤質(zhì)量提升行動(dòng)，取決于保護(hù)性種植方式對其成本收益大小的影響。在農(nóng)戶子系統(tǒng)中，農(nóng)戶畝產(chǎn)年收入是狀態(tài)變量，農(nóng)產(chǎn)品銷售收入、種植成本是速率變量，常量有家庭用工折舊、雇傭費(fèi)用、土地成本、其他生產(chǎn)資料費(fèi)用、農(nóng)產(chǎn)品畝產(chǎn)量，表函數(shù)包括訂單農(nóng)產(chǎn)品單價(jià)、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量類別，其余均為輔助變量。

企業(yè)子系統(tǒng)主要是分析有機(jī)肥企業(yè)是否參與耕地土壤質(zhì)量提升行動(dòng)。作為理性經(jīng)濟(jì)人的企業(yè)，是否參與耕地土壤質(zhì)量提升行動(dòng)，其決策的依據(jù)是有機(jī)肥的生產(chǎn)成本收益分析。在企業(yè)子系統(tǒng)中，除企業(yè)累積收益凈現(xiàn)值外，規(guī)劃提升耕地面積是狀態(tài)變量，通過有機(jī)肥銷售量對企業(yè)累積收益凈現(xiàn)值產(chǎn)生影響，企業(yè)年收益凈現(xiàn)值、耕地提升面積變化是速率變量，常量有工程建設(shè)總投資、管理費(fèi)、人工費(fèi)、農(nóng)戶施肥技能培訓(xùn)費(fèi)、單位豬糞需求成本、單位秸稈需求成本，其余均為輔助變量。

土壤質(zhì)量子系統(tǒng)主要是分析土壤有機(jī)質(zhì)含量的變化情況。土壤有機(jī)質(zhì)是指以各種形式和狀態(tài)存在于土壤中的主要成分為碳和氮的有機(jī)化合物，是土壤質(zhì)量最重要的指標(biāo)[16-17]。耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量變化水平主要受有機(jī)肥施用量的影響。在土壤質(zhì)量子系統(tǒng)中，土壤有機(jī)質(zhì)含量是狀態(tài)變量，有機(jī)質(zhì)增加值、有機(jī)質(zhì)下降值是速率變量，土壤重量、水土流失系數(shù)、農(nóng)作物吸收系數(shù)是常量，其余均為輔助變量。

政府子系統(tǒng)是耕地土壤質(zhì)量提升系統(tǒng)的核心和運(yùn)行樞紐。政府部門通過制定政策對耕地土壤質(zhì)量提升行動(dòng)起到引導(dǎo)和推進(jìn)作用，來自農(nóng)戶子系統(tǒng)和企業(yè)子系統(tǒng)的任何因素都有可能直接或間接受到政策因素的影響。

通過分析耕地土壤質(zhì)量提升系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的邊界、主要變量以及政策調(diào)控因素，將全面地分析系統(tǒng)內(nèi)各變量之間的因果反饋關(guān)系以及政策參數(shù)對系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化的影響。利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)軟件VENSIM繪制耕地土壤質(zhì)量提升系統(tǒng)的因果關(guān)系圖，如圖2所示。

圖2 耕地土壤質(zhì)量提升系統(tǒng)因果關(guān)系圖

1.3 模型構(gòu)建

為了進(jìn)一步明確耕地土壤質(zhì)量提升系統(tǒng)各變量之間的邏輯關(guān)系，本文在因果關(guān)系圖的基礎(chǔ)上，通過引入水平變量、速率變量和輔助變量等要素，構(gòu)建了耕地土壤質(zhì)量提升系統(tǒng)流圖（圖3）。

老徐笑：五年前，第一回見到你就感覺你特別，坐在輪椅上，比誰都愛說愛笑；我跟老伴說，也沒見女孩的媽媽跟來陪讀，可憐見的，問你，你說學(xué)校已經(jīng)挺照顧你，把你安排在一樓的宿舍，還敲掉一小段臺(tái)階，修了個(gè)可供輪椅出入的坡道?！皨寢屄铮袐寢尩氖?，是我不要她陪的。要不然我再大一點(diǎn)，也不會(huì)洗床單，不會(huì)曬被子。”

圖3 耕地土壤質(zhì)量提升系統(tǒng)流圖

2 系統(tǒng)仿真模擬

2.1 研究對象選取

本文選取湖北省十堰市鄖陽區(qū)作為研究對象，主要有兩方面原因。一方面，2016年，《長江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展規(guī)劃綱要》正式印發(fā)，這是一項(xiàng)重大的國家戰(zhàn)略，指出要把保護(hù)和修復(fù)長江生態(tài)環(huán)境放在壓倒性位置，共抓大保護(hù)，不搞大開發(fā)。鄖陽區(qū)是長江中下游最大支流漢江流經(jīng)地區(qū)，也是南水北調(diào)工程水源地，鄖陽區(qū)的水土資源環(huán)境對長江生態(tài)保護(hù)至關(guān)重要。然而，保護(hù)和改善水環(huán)境的重點(diǎn)之一是要嚴(yán)格控制農(nóng)業(yè)面源污染，因此，要保護(hù)和改善鄖陽區(qū)的水土資源環(huán)境關(guān)鍵在于治理該地區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染。另一方面，鄖陽區(qū)是國內(nèi)首先提出“打造環(huán)水有機(jī)農(nóng)業(yè)示范區(qū)”戰(zhàn)略構(gòu)想的地區(qū)，2017年鄖陽區(qū)政府印發(fā)的《關(guān)于大力創(chuàng)建環(huán)水有機(jī)農(nóng)業(yè)示范區(qū)打造漢江綠谷的意見》（鄖發(fā)〔2017〕1號）指出，將通過化肥減量、施用有機(jī)肥提升耕地土壤質(zhì)量納入環(huán)水有機(jī)農(nóng)業(yè)行動(dòng)計(jì)劃。

2.2 參數(shù)確定

耕地土壤質(zhì)量提升系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的參數(shù)主要是常數(shù)、初始值和表函數(shù)。模型參數(shù)的確定主要通過實(shí)驗(yàn)分析、訪談、專家估計(jì)等方法獲得，具體如下：（1）實(shí)驗(yàn)分析法。鄖陽區(qū)政府聯(lián)合相關(guān)企業(yè)對鄖陽區(qū)耕地土壤養(yǎng)分含量進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析，系統(tǒng)中土壤有機(jī)質(zhì)含量數(shù)據(jù)均通過此方法獲得。（2）訪談法。對于農(nóng)戶子系統(tǒng)變量值，筆者選取鄖陽區(qū)典型鄉(xiāng)鎮(zhèn)進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研，對農(nóng)戶種植、耕地土壤質(zhì)量提升等實(shí)際情況進(jìn)行了詳細(xì)了解。對于企業(yè)子系統(tǒng)變量值，一部分來自實(shí)地調(diào)研中現(xiàn)場訪談獲得，一部分來自事后電話、電子郵件、微信等獲得。（3）專家估計(jì)法。課題組舉辦了多次專家討論會(huì)議，對課題內(nèi)容不斷進(jìn)行深入討論，討論結(jié)果以及課題組其他成員的研究成果為模型參數(shù)的取值提供了參考。系統(tǒng)中一些變量如土壤重量、水土流失系數(shù)、農(nóng)作物吸收系數(shù)等參數(shù)值，均通過此方法獲得。

2.3 模型有效性檢驗(yàn)與仿真結(jié)果

為了更好地模擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的情況，需要對系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的有效性進(jìn)行檢驗(yàn)，考察模型中變量間相關(guān)關(guān)系是否有效。本文利用《十堰統(tǒng)計(jì)年鑒》《鄖陽統(tǒng)計(jì)年鑒》以及實(shí)地調(diào)研數(shù)據(jù)對耕地土壤質(zhì)量提升系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)SD流圖模型進(jìn)行了有效性驗(yàn)證。仿真步長設(shè)為1，仿真區(qū)間設(shè)為2016—2030年。系統(tǒng)各水平變量初始值取仿真初年t0=2016年，獲得的仿真結(jié)果符合實(shí)際情況。

通過對耕地土壤質(zhì)量提升系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行賦值，自然發(fā)展方案下系統(tǒng)的仿真結(jié)果見圖4、圖5、圖6。

圖4 自然發(fā)展方案下土壤有機(jī)質(zhì)含量

圖5 自然發(fā)展方案下農(nóng)戶畝產(chǎn)年收入

圖6 自然發(fā)展方案下企業(yè)累積收益凈現(xiàn)值

從圖4中可以看出，耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量呈下降趨勢，從2016年的14.68克/千克下降到2030年的5.9克/千克。顯然，鄖陽區(qū)耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量遠(yuǎn)低于2016年全國耕地土壤有機(jī)質(zhì)平均含量24.3克/千克。根據(jù)本文所構(gòu)建的耕地土壤質(zhì)量提升系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，鄖陽區(qū)耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量不斷下降主要受到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中肥料使用的影響。據(jù)《鄖陽統(tǒng)計(jì)年鑒》數(shù)據(jù)可知，2016年鄖陽區(qū)化肥畝施用量為20.95千克/畝，是同期世界平均水平8.0千克/畝的2.6倍多，根據(jù)實(shí)際調(diào)研分析結(jié)果，鄖陽區(qū)農(nóng)戶種植過程中很少使用有機(jī)肥?？梢?，這種有機(jī)肥缺失而化肥過量施用的掠奪式生產(chǎn)方式是造成耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量不斷下降的主要原因。耕地土壤質(zhì)量不斷下降意味著土壤保濕保肥能力、固碳能力、凈化污染物等方面能力減弱。鄖陽區(qū)是長江中下游最大支流漢江流經(jīng)的地區(qū)，也是南水北調(diào)工程的水源地，其水土流失面積約占總面積的46.1%，而鄖陽區(qū)耕地土壤質(zhì)量的不斷下降導(dǎo)致土壤中污染物質(zhì)從土壤圈向水圈擴(kuò)散，造成長江流域水體污染。

從圖5中可以看出，農(nóng)戶畝產(chǎn)年收入呈較穩(wěn)定的狀態(tài)逐年增加，這主要是因?yàn)閷?shí)施的訂單農(nóng)業(yè)顯著增加了農(nóng)戶畝產(chǎn)年收入。農(nóng)戶通過與企業(yè)或中介組織簽訂具有法律效力的訂單農(nóng)業(yè)，借助企業(yè)獲得農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)所需的技術(shù)、生產(chǎn)原材料和信息等服務(wù)，同時(shí)降低了農(nóng)產(chǎn)品銷售過程中所面臨的價(jià)格風(fēng)險(xiǎn)[18]，有效增加了農(nóng)戶畝產(chǎn)年收入。但農(nóng)戶畝產(chǎn)年收入增加速度較為緩慢，到2030年農(nóng)戶畝產(chǎn)年收入仍低于5 000元。由于耕地土壤質(zhì)量不斷下降影響了農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量高低和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，相對于綠色和有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品，普通農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格較低，造成農(nóng)戶畝產(chǎn)收入較低。對于農(nóng)戶而言，有機(jī)肥價(jià)格明顯高于普通化肥，且施用過程較為煩瑣，造成施用有機(jī)肥的成本遠(yuǎn)高于普通化肥，作為理性經(jīng)濟(jì)人，農(nóng)戶為盡可能地增加種植收益，施用過量化肥追求單位高產(chǎn)，會(huì)減少有機(jī)肥的使用量，最終造成耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量下降。因此，農(nóng)戶畝產(chǎn)年收入決定農(nóng)戶是否積極參與耕地土壤質(zhì)量的提升行動(dòng)，進(jìn)而對耕地土壤質(zhì)量安全產(chǎn)生影響。

從圖6中可以看出，基于行業(yè)基準(zhǔn)收益率10%時(shí)，有機(jī)肥企業(yè)的累積收益凈現(xiàn)值先下降后增加，但累積收益凈現(xiàn)值在2016—2030年始終是負(fù)值。這主要有兩方面原因：一方面，我國農(nóng)戶目前的種植收入較低，而且有機(jī)肥市場價(jià)格較高，這些因素共同影響了農(nóng)戶提升耕地土壤質(zhì)量的積極性，進(jìn)而影響了有機(jī)肥市場需求量。有機(jī)肥市場銷售量較低導(dǎo)致企業(yè)在預(yù)測年份無法回收全部投資。另一方面，以農(nóng)業(yè)廢棄物為原料生產(chǎn)有機(jī)肥的生產(chǎn)工藝十分復(fù)雜，企業(yè)在生產(chǎn)初期的投資較大，導(dǎo)致企業(yè)累積收益凈現(xiàn)值較小。企業(yè)因無法實(shí)現(xiàn)可持續(xù)運(yùn)營導(dǎo)致有機(jī)肥生產(chǎn)無法開始，進(jìn)而影響了其參與耕地土壤質(zhì)量提升行動(dòng)的積極性。

3 系統(tǒng)調(diào)控與優(yōu)化仿真結(jié)果分析

3.1 不同政策方案設(shè)計(jì)及其依據(jù)

目前中國還沒有國家層面針對農(nóng)戶的有機(jī)肥補(bǔ)貼政策，為提升鄖陽區(qū)耕地土壤質(zhì)量，政府對農(nóng)戶實(shí)施有機(jī)肥補(bǔ)貼政策，在模型中設(shè)定政府對農(nóng)戶按每畝耕地補(bǔ)貼有機(jī)肥0.5噸。另外，鄖陽區(qū)政府為了提升耕地土壤質(zhì)量，按照生產(chǎn)能力對有機(jī)肥企業(yè)初期工程建設(shè)成本進(jìn)行補(bǔ)貼。若有機(jī)肥企業(yè)以農(nóng)業(yè)廢棄物為原料生產(chǎn)有機(jī)肥，將按量對企業(yè)進(jìn)行相應(yīng)補(bǔ)貼，這樣不僅減輕了有機(jī)肥企業(yè)的生產(chǎn)原料成本負(fù)擔(dān)，還減少了農(nóng)業(yè)面源污染，改善了流域水生態(tài)環(huán)境。本文設(shè)定政府對有機(jī)肥企業(yè)實(shí)施原料成本補(bǔ)貼政策，在模型中將原料成本補(bǔ)貼因子設(shè)定為發(fā)酵原料成本的50%。

本文主要討論三種發(fā)展方案：農(nóng)戶補(bǔ)貼方案（方案2）、企業(yè)補(bǔ)貼方案（方案3）和協(xié)同發(fā)展方案（方案4），具體方案如表1所示。通過分析這三種發(fā)展方案下耕地土壤質(zhì)量提升系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的仿真結(jié)果，并與鄖陽區(qū)自然發(fā)展方案（方案1）進(jìn)行對比分析，旨在揭示不同補(bǔ)貼政策對耕地土壤質(zhì)量提升行動(dòng)的影響。

表1 四種不同方案的政策參數(shù)

3.2 農(nóng)戶補(bǔ)貼方案

由自然發(fā)展方案下分析結(jié)果可知，鄖陽區(qū)要提升耕地土壤質(zhì)量，就必須對農(nóng)戶進(jìn)行有機(jī)肥施用量補(bǔ)貼。經(jīng)過參數(shù)設(shè)定，農(nóng)戶種植過程中有機(jī)肥施用量補(bǔ)貼方案下主要變量的仿真結(jié)果如圖7～圖9所示。

圖7 農(nóng)戶補(bǔ)貼方案下土壤有機(jī)質(zhì)含量

從圖7可以看出，政府部門對農(nóng)戶實(shí)施有機(jī)肥施用量補(bǔ)貼方案下，土壤有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)不斷增加的態(tài)勢，到2030年土壤有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到33.63克/千克，比自然發(fā)展方案下土壤有機(jī)質(zhì)含量提升了27.73克/千克。圖8所示的農(nóng)戶畝產(chǎn)年收入亦逐年增加，到2030年達(dá)到7 961元/畝，比自然發(fā)展方案下增加了1.9倍。圖9所示的企業(yè)累積收益凈現(xiàn)值在2029—2030年時(shí)轉(zhuǎn)為正值，比自然發(fā)展方案下增加速度較快，但仍與有機(jī)肥企業(yè)的發(fā)展規(guī)劃不符合，無法實(shí)現(xiàn)可持續(xù)運(yùn)營。以上分析結(jié)果表明，在政府對農(nóng)戶實(shí)施有機(jī)肥施用量補(bǔ)貼政策下，鄖陽區(qū)耕地土壤質(zhì)量得到顯著提升，進(jìn)而促進(jìn)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量提高，優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品獲得優(yōu)價(jià)，農(nóng)戶種植收入將大幅度增加，提高了農(nóng)戶提升耕地土壤質(zhì)量的積極性，因此，正向影響耕地土壤質(zhì)量提升。同時(shí)，有機(jī)肥施用量補(bǔ)貼政策的實(shí)施提高了有機(jī)肥需求量，有機(jī)肥企業(yè)的累積收益凈現(xiàn)值也有了明顯的增加，但企業(yè)因有機(jī)肥生產(chǎn)成本較高以及農(nóng)戶參與程度等因素影響了企業(yè)的成本收益率，導(dǎo)致企業(yè)仍無法在規(guī)劃期限內(nèi)回收全部投資，進(jìn)而影響了有機(jī)肥企業(yè)參與耕地土壤質(zhì)量提升行動(dòng)的積極性。

圖8 農(nóng)戶補(bǔ)貼方案下農(nóng)戶畝產(chǎn)年收入

圖9 農(nóng)戶補(bǔ)貼方案下企業(yè)累積收益凈現(xiàn)值

3.3 企業(yè)補(bǔ)貼方案

有機(jī)肥企業(yè)的生產(chǎn)收益決定其是否參與耕地土壤質(zhì)量提升行動(dòng)。根據(jù)前文分析的結(jié)果，有機(jī)肥企業(yè)目前無法實(shí)現(xiàn)可持續(xù)運(yùn)營。為了保障有機(jī)肥企業(yè)參與耕地土壤質(zhì)量提升行動(dòng)，政府對企業(yè)實(shí)施補(bǔ)貼政策。經(jīng)過模型參數(shù)設(shè)定，企業(yè)補(bǔ)貼方案仿真下系統(tǒng)主要變量的演變趨勢如圖10～圖12所示。

圖10 企業(yè)補(bǔ)貼方案下土壤有機(jī)質(zhì)含量

從圖10可以看出，在企業(yè)補(bǔ)貼方案下，土壤有機(jī)質(zhì)含量逐年增加，但增加速度較為緩慢，到2030年土壤有機(jī)質(zhì)含量約為24.03克/千克，比自然發(fā)展方案增加了18.13克/千克。

圖11所示的農(nóng)戶畝產(chǎn)年收入達(dá)到5 225元，比自然發(fā)展方案下增加了1 113元。

圖11 企業(yè)補(bǔ)貼方案下農(nóng)戶畝產(chǎn)年收入

圖12所示的企業(yè)累積收益凈現(xiàn)值在2028年轉(zhuǎn)為正值，比自然發(fā)展方案下增加較快。以上分析結(jié)果表明，政府部門對有機(jī)肥企業(yè)實(shí)施原料成本補(bǔ)貼政策下，企業(yè)累積收益凈現(xiàn)值增加速度較快，動(dòng)態(tài)投資回收期縮短，保障了企業(yè)能夠進(jìn)行有機(jī)肥生產(chǎn)，參與耕地土壤質(zhì)量提升行動(dòng)。但農(nóng)戶畝產(chǎn)年收入增加速度較為緩慢，與自然發(fā)展情形下的種植收入相近。農(nóng)戶畝產(chǎn)年收入較低將對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有機(jī)肥使用產(chǎn)生影響，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中將仍通過施用過量化肥以追求短期經(jīng)濟(jì)利潤，從而影響耕地土壤質(zhì)量的提升。

圖12 企業(yè)補(bǔ)貼方案下企業(yè)累積收益凈現(xiàn)值

3.4 協(xié)同發(fā)展方案

為了保證耕地土壤質(zhì)量提升系統(tǒng)存在可持續(xù)運(yùn)行動(dòng)力，每個(gè)子系統(tǒng)也必須存在可持續(xù)運(yùn)行動(dòng)力，也就是說，農(nóng)戶和有機(jī)肥企業(yè)能夠從耕地土壤質(zhì)量提升行動(dòng)中獲得預(yù)期生產(chǎn)收益。因此，政府補(bǔ)貼政策對農(nóng)戶和企業(yè)方面都要兼顧，既增加農(nóng)戶方面有機(jī)肥施用量補(bǔ)貼，也增加企業(yè)方面原料成本補(bǔ)貼。協(xié)同發(fā)展方案下系統(tǒng)主要變量的仿真結(jié)果如圖13～圖15所示。

圖13 協(xié)同發(fā)展方案下土壤有機(jī)質(zhì)含量

從圖13可以看出，在協(xié)同發(fā)展方案下，土壤有機(jī)質(zhì)含量提升速度較快，到2030年土壤有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到59.25克/千克，增加了約4倍。

圖14所示的農(nóng)戶畝產(chǎn)年收入為11 350元，是自然發(fā)展方案下的2.7倍多。

圖14 協(xié)同發(fā)展方案下農(nóng)戶畝產(chǎn)年收入

圖15所示的企業(yè)累積收益凈現(xiàn)值在2024—2025年轉(zhuǎn)為正值，動(dòng)態(tài)投資回收期縮短，這與有機(jī)肥企業(yè)的發(fā)展規(guī)劃符合，能夠?qū)崿F(xiàn)有機(jī)肥企業(yè)的可持續(xù)運(yùn)營。以上分析結(jié)果表明，處于協(xié)同發(fā)展模式下，鄖陽區(qū)耕地土壤質(zhì)量得到了顯著提升，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量亦得到了提高，優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品獲得優(yōu)價(jià)，農(nóng)戶的種植收入明顯增加了，這將提高農(nóng)戶提升耕地土壤質(zhì)量的積極性，即農(nóng)戶在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中采取增施有機(jī)肥并減少化肥過量施用的測土配方施肥技術(shù)；有機(jī)肥企業(yè)因補(bǔ)貼政策的實(shí)施減輕了有機(jī)肥生產(chǎn)成本負(fù)擔(dān)，同時(shí)農(nóng)戶對耕地土壤質(zhì)量提升行動(dòng)的參與提高了有機(jī)肥市場有效需求量，增加了企業(yè)的生產(chǎn)利潤，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)的可持續(xù)運(yùn)營，使得企業(yè)能夠進(jìn)行有機(jī)肥生產(chǎn)，參與耕地土壤質(zhì)量的提升行動(dòng)。

圖15 協(xié)同發(fā)展方案下企業(yè)累積收益凈現(xiàn)值

3.5 各方案對比分析

在對耕地土壤質(zhì)量提升系統(tǒng)實(shí)施不同的方案分別進(jìn)行討論的基礎(chǔ)上，我們對系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析，通過比較系統(tǒng)主要變量仿真值的演變趨勢對各種方案進(jìn)行對比分析。對于耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量變化（圖16），協(xié)同發(fā)展方案下土壤有機(jī)質(zhì)含量增加速度明顯較前三種方案加快，自然發(fā)展方案、農(nóng)戶補(bǔ)貼方案和企業(yè)補(bǔ)貼方案在2030年耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量分別是5.9克/千克、33.63克/千克、24.03克/千克，而協(xié)同發(fā)展方案下土壤有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到59.25克/千克。

圖16 不同方案下土壤有機(jī)質(zhì)含量

四種方案下農(nóng)戶畝產(chǎn)年收入如圖17所示，協(xié)同發(fā)展方案下農(nóng)戶畝產(chǎn)年收入明顯高于其他三種方案下相應(yīng)值；相比較前三種方案，農(nóng)戶畝產(chǎn)年收入對農(nóng)戶方面的有機(jī)肥施用量補(bǔ)貼方案反應(yīng)較為敏感，而企業(yè)補(bǔ)貼方案和自然發(fā)展方案下的農(nóng)戶畝產(chǎn)年收入相近，這說明政府對企業(yè)方面實(shí)施的補(bǔ)貼政策對增加農(nóng)戶種植收益不明顯。

圖17 不同方案下農(nóng)戶畝產(chǎn)年收入

對于企業(yè)累積收益凈現(xiàn)值（圖18），協(xié)同發(fā)展方案下企業(yè)累積收益凈現(xiàn)值仍優(yōu)于其他三種方案。通過上述分析可以看出，協(xié)同發(fā)展方案不僅使耕地土壤質(zhì)量提升效果最佳，還在增加農(nóng)戶種植收益、有機(jī)肥企業(yè)生產(chǎn)收益方面均有良好的優(yōu)化效果。這說明協(xié)同發(fā)展方案在保障農(nóng)戶和有機(jī)肥企業(yè)獲得生產(chǎn)收益的同時(shí)，使耕地土壤質(zhì)量得到最大程度的提升。

圖18 不同方案下企業(yè)累積收益凈現(xiàn)值

4 結(jié)論與討論

本文利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法構(gòu)建了耕地土壤質(zhì)量提升系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，系統(tǒng)地分析了農(nóng)戶和有機(jī)肥企業(yè)等主要利益主體對耕地土壤質(zhì)量提升系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)影響，并以湖北省十堰市鄖陽區(qū)為例進(jìn)行了仿真模擬分析，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論。

（1）農(nóng)戶方面有機(jī)肥施用量補(bǔ)貼方案的仿真分析結(jié)果表明，有機(jī)肥施用量補(bǔ)貼可以直接提升耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量水平，進(jìn)而提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，農(nóng)戶通過優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品優(yōu)價(jià)獲得預(yù)期種植收益，提高農(nóng)戶提升耕地土壤質(zhì)量的積極性，正向激勵(lì)農(nóng)戶在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中增施有機(jī)肥并減少化肥的過量施用。同時(shí)，有機(jī)肥施用量補(bǔ)貼能夠減輕農(nóng)戶種植成本負(fù)擔(dān)，對促進(jìn)農(nóng)戶使用增施有機(jī)肥并減少化肥過量施用的測土配方施肥技術(shù)起到了關(guān)鍵性作用。

（2）企業(yè)方面補(bǔ)貼方案的仿真分析結(jié)果表明，對有機(jī)肥企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)原料成本補(bǔ)貼，可以減輕企業(yè)進(jìn)行有機(jī)肥生產(chǎn)的成本，縮短企業(yè)動(dòng)態(tài)投資回收時(shí)間，使有機(jī)肥企業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)運(yùn)營，通過生產(chǎn)安全優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥參與耕地土壤質(zhì)量提升行動(dòng)。

（3）在三種優(yōu)化方案中協(xié)同發(fā)展方案下耕地土壤質(zhì)量提升效果最佳，鄖陽區(qū)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)耕地土壤質(zhì)量提升目標(biāo)，還能夠進(jìn)行農(nóng)業(yè)面源污染治理，在改善和保護(hù)水土資源環(huán)境的前提下實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。比較三種優(yōu)化方案，協(xié)同發(fā)展方案下耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量提升速度明顯快于前三種方案。自然發(fā)展方案、農(nóng)戶補(bǔ)貼方案和企業(yè)補(bǔ)貼方案在2030年的耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量分別是5.9克/千克、33.63克/千克、24.03克/千克，而依據(jù)協(xié)同發(fā)展方案，到2030年耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量提升到59.25克/千克，將最有利于實(shí)現(xiàn)政府部門制定的耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量每年提升0.2個(gè)百分點(diǎn)的目標(biāo)值。另外，協(xié)同發(fā)展方案能夠保障耕地土壤質(zhì)量提升系統(tǒng)涉及主要利益主體農(nóng)戶和有機(jī)肥企業(yè)獲得預(yù)期生產(chǎn)收益，在增加農(nóng)戶畝產(chǎn)年收入、企業(yè)累積收益凈現(xiàn)值各方面均有良好的優(yōu)化效果，這說明政府部門對農(nóng)戶和有機(jī)肥企業(yè)方面均實(shí)施補(bǔ)貼政策能夠使系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)存在動(dòng)力，進(jìn)而使耕地土壤質(zhì)量提升大系統(tǒng)存在運(yùn)行動(dòng)力。由此可見，提升耕地土壤質(zhì)量需要滿足系統(tǒng)內(nèi)相關(guān)利益主體的利益訴求，也就是使各子系統(tǒng)存在動(dòng)力，才能促進(jìn)耕地土壤質(zhì)量提升。

由以上結(jié)論可知，地方政府部門對耕地土壤質(zhì)量提升進(jìn)行補(bǔ)貼是必要的，但以農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)為主導(dǎo)地區(qū)的政府財(cái)政能力普遍較弱，難以保障地方政府對土壤質(zhì)量提升行動(dòng)財(cái)政投入的可持續(xù)性。因此，為促進(jìn)耕地土壤質(zhì)量提升，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，政府部門應(yīng)制定相關(guān)政策：一是由國家相關(guān)部委牽頭，引入民間資本和政策性金融領(lǐng)域的資金，建立公益性的國家耕地質(zhì)量保護(hù)與提升產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基金，并對其進(jìn)行監(jiān)管管理；二是完善農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格調(diào)節(jié)機(jī)制，積極發(fā)展訂單農(nóng)業(yè)，減少農(nóng)戶因信息不對稱、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)產(chǎn)生的銷售成本；三是加大對參與耕地土壤質(zhì)量提升行動(dòng)企業(yè)的支持，保障企業(yè)形成可持續(xù)盈利模式。