山西省化肥施用的時空特征演變及驅(qū)動因素分析

摘要：基于2010—2020年山西省縣（市、區(qū)）化肥施用相關(guān)數(shù)據(jù)，運用空間自相關(guān)分析、泰爾指數(shù)和空間計量模型等方法，從多維度研究分析了山西省化肥施用量的時空特征演變、區(qū)域差異及化肥施用強度的驅(qū)動因素。結(jié)果表明，山西省化肥施用量整體呈“N”形的時間變化和集聚特征的空間分布現(xiàn)象。具體而言，“N”形時間變化的統(tǒng)計學高值為2013年，低值為2019年；集聚特征的空間分布主要表現(xiàn)為熱點區(qū)域集中分布在晉南地區(qū)，冷點區(qū)域集中在呂梁山區(qū)，且存在明顯的空間不均衡特征，晉南地區(qū)、忻定盆地、大同盆地等地化肥施用量明顯高于其他區(qū)域。山西省化肥施用強度整體呈北低南高、逐年遞增的現(xiàn)象，施用強度差異主因為區(qū)域內(nèi)差異。具體而言，晉北地區(qū)的化肥施用強度最低，其次是晉中地區(qū)，而晉南地區(qū)的化肥施用強度最高，且處于逐年平穩(wěn)增長的時間變化趨勢；泰爾指數(shù)結(jié)果表明，區(qū)域內(nèi)的差異是區(qū)域總差異的主因，總差異呈波動變化，2018年達最高值；縣域化肥施用強度與施用量空間變化特征基本一致。山西省化肥施用強度主要影響因素中，人均耕地面積、農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)、農(nóng)業(yè)勞動力轉(zhuǎn)移對化肥施用強度呈顯著負向影響，人口數(shù)量呈正向影響，農(nóng)村居民人均收入及農(nóng)業(yè)技術(shù)進步無顯著影響。

關(guān)鍵詞：化肥施用量；化肥施用強度；時空特征；演變；驅(qū)動因素；空間計量模型；山西省

中圖分類號：S143；X839.2 文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2024）10-0035-09

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2024.10.007 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract： Based on the relevant data of fertilizer application in the counties （cities and districts） of Shanxi Province from 2010 to 2020， the spatial auto-correlation analysis， Theil index and spatial econometric model were used to explore and analyze the spatio-temporal characteristics of fertilizer application， regional differences and driving factors of fertilizer application intensity in Shanxi Province from a multidimensional perspective. The results showed that the amount of chemical fertilizer applied in Shanxi Province showed an “N” type temporal change and showed concentration characteristics spatially. To be specific， the statistically high value of the chemical fertilizer applied amount was in 2013 and the low value was in 2019. The hot spots were concentrated in southern Shanxi， and the cold spots were concentrated in the Luliang Mountain Area. There was an obvious spatial imbalance. The fertilizer application amount in southern Shanxi， Xinding Basin and Datong Basin was significantly higher than that in other regions. The fertilizer application intensity in Shanxi Province showed the phenomenon of “l(fā)ow in the north， high in the south， increasing year by year”， with the main reason for the intensity difference being intra-regional differences. To be specific， the fertilizer application intensity in northern Shanxi was the lowest， followed by that in central Shanxi， while that in southern Shanxi was the highest， and it was in a time trend of steady growth year by year. Theil index results showed that intra-regional differences were the main cause of the total regional differences， and the total differences fluctuated， reaching the highest value in 2018. The spatial variation characteristics of fertilizer application intensity and amount at the county level were basically consistent. Among the main influencing factors of the fertilizer application intensity in Shanxi Province， the per capita cultivated land area， agricultural planting structure and agricultural labor transfer had a significant negative impact on the fertilizer application intensity， while the population had a positive impact， and the per capita income of rural residents and agricultural technology progress had no significant impact.

Key words： fertilizer application amount； fertilizer application intensity； spatio-temporal characteristics； evolution； driving factors； spatial econometric model； Shanxi Province

化肥被稱作“糧食的糧食”，在農(nóng)作物增產(chǎn)和確保糧食安全方面有著不可替代的重要位置［1］。20世紀80年代以來，中國化肥施用量呈直線上升趨勢［2］，1978年全國化肥施用量為884.0萬t，2020年增長到5 250.7萬t，增長了近5倍（采用中國統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)計算得出）。同時，中國糧食總產(chǎn)量也由1978年的3.05億t增加到2020年的6.69億t，增長了1倍多。雖然化肥在很大程度上保障了中國糧食供應充足［3-5］，但同時存在著盲目施肥、施肥結(jié)構(gòu)不合理及利用率低等現(xiàn)象，造成了農(nóng)業(yè)土壤肥力降低、農(nóng)業(yè)面源污染嚴重等生態(tài)環(huán)境問題［6-9］。中央與許多地方政府均提出了化肥施用量零增長行動方案及化肥減量增效指導意見，強調(diào)要實現(xiàn)化肥施用量零增長或達到負增長目標［10，11］。方案實施以來，化肥施用量開始逐年穩(wěn)步下降，施用量減少趨勢較明顯，表明當前施肥結(jié)構(gòu)逐漸趨于合理化，化肥利用率提高。

化肥施用強度即單位農(nóng)作物種植面積的化肥施用量是衡量地區(qū)或國家化肥利用率的常用指標［12］。國內(nèi)外學者對于化肥施用強度的研究成果頗豐，主要有以下幾個方面。第一，基于不同研究尺度估測化肥施用強度并評估面源污染程度。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在不同研究尺度下，中國各區(qū)域化肥施用強度一直呈上升趨勢，并且大多數(shù)區(qū)域高于國際公認的測算標準范圍。長期高強度的施用化肥導致地表水質(zhì)污染、農(nóng)田土壤酸化等一系列生態(tài)環(huán)境問題。在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部出臺的化肥“零增長”政策背景下，部分區(qū)域化肥施用量趨勢出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點，減量增效初顯成效，但仍然有較大的實施空間［13，14］。第二，從宏觀層面探究化肥施用強度的驅(qū)動因素。通過構(gòu)建不同的空間計量模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)中國不同區(qū)域化肥施用強度主要受農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)、種植規(guī)模、農(nóng)戶收入水平、農(nóng)業(yè)技術(shù)投入等驅(qū)動因素影響［15-18］，具有空間差異性和依賴性。第三，從微觀層面研究農(nóng)戶化肥施用行為的主客觀原因。研究結(jié)果表明，科學施肥觀念、勞動力成本、土地適度規(guī)模經(jīng)營、農(nóng)業(yè)社會化服務、土地集中連片等因素都明顯影響農(nóng)戶的施肥強度［19-21］。

山西省是重要的雜糧生產(chǎn)基地，素有“小雜糧王國”的美譽［22］。山西省化肥施用量（折純量）由1978年的35.6萬t增長至2020年的107.4萬t，增長了約 2倍。2022年山西省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳印發(fā)《2022年山西省化肥減量增效工作指導意見》，強調(diào)要緊緊圍繞山西省有機旱作農(nóng)業(yè)發(fā)展，按照“高產(chǎn)施肥、經(jīng)濟施肥、生態(tài)施肥”的理念，優(yōu)化施肥方式，調(diào)整施肥結(jié)構(gòu)，減少不合理的化肥投入，增加有機肥資源利用，提高化肥利用率，促進全省化肥施用量負增長?；诖耍狙芯坷?010—2020年山西省115個縣（市、區(qū)）的面板數(shù)據(jù)，結(jié)合空間自相關(guān)分析、泰爾指數(shù)等方法且基于多尺度探討山西省化肥施用強度的時空格局特征，并通過構(gòu)建最優(yōu)空間計量模型探析影響化肥施用強度的關(guān)鍵驅(qū)動因素，以期為山西省化肥減量增效和有機旱作農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

所用數(shù)據(jù)包括山西省2010—2020年不同縣（市、區(qū)）的化肥施用量（折純）、農(nóng)作物播種面積（包括糧食作物、油料、瓜果、蔬菜面積）等指標，均來自各部門統(tǒng)計年鑒。由于個別地區(qū)行政區(qū)劃的調(diào)整及行政區(qū)名稱的變更導致的數(shù)據(jù)信息不對稱，以2020年行政區(qū)劃為基礎(chǔ)進行了修正。由于陽泉市所轄城區(qū)、礦區(qū)數(shù)據(jù)缺失較多，在探究驅(qū)動力因素時以2020年截面數(shù)據(jù)為樣本，空間尺度定為115個縣（市、區(qū)）為研究單元。所需省、市、縣矢量數(shù)據(jù)來自國家基礎(chǔ)地理信息中心（http：//www.ngcc.cn/ngcc/）。

1.2 研究方法

采用空間自相關(guān)分析法（包括Moran’s I法和冷熱點分析法）和泰爾指數(shù)對山西省化肥施用量及施用強度進行時空維度及多尺度維度可視化分析，最后采用空間計量模型對化肥施用量的驅(qū)動因素進行現(xiàn)實驗證，具體分析框架見圖1。

1.2.1 空間自相關(guān)分析 全局空間自相關(guān)分析用于檢測山西省各縣（市、區(qū)）與其鄰近空間區(qū)域之間是否存在空間集聚的態(tài)勢，其中，Moran’s I用于測度山西省化肥施用量空間相關(guān)性的總體變化趨勢，計算式如下。

式中，n為縣（市、區(qū)）行政單元數(shù)量；Xi和Xj分別為空間單元i和j上的化肥施用量；[X]為平均化肥施用量；S2為方差；Wij為構(gòu)建的空間權(quán)重矩陣。Moran’s I在［-1，1］，當Moran’s I大于0時，表示山西省化肥施用量在空間上具有顯著的集聚態(tài)勢；Moran’s I小于0時，表示山西省化肥施用量在空間上呈空間離散態(tài)勢；當Moran’s I等于0時，表示山西省化肥施用量隨機分布，不具有空間相關(guān)性。

1.2.2 冷熱點分析 冷熱點分析是用來探究局部空間集聚或離散態(tài)勢的方法。利用冷熱點分析標識出山西省化肥施用量的空間高值區(qū)（熱點區(qū)）和低值區(qū)（冷點區(qū)），采用Getis-Ord Gi*指數(shù)計算，公式如下。

式中，若[G*i（d）]大于0，表示空間單元j周圍為熱點區(qū)域（高值集聚）；若[G*i（d）]小于0時，表示空間單元j周圍為冷點區(qū)域（低值集聚）。

1.2.3 泰爾指數(shù) 采用泰爾指數(shù)衡量化肥施用強度區(qū)域間及區(qū)域內(nèi)的差異。參考荊立群等［23］對山西省地理區(qū)域的劃分，本研究將山西省115個縣（市、區(qū)）劃分為晉北、晉中、晉南三大區(qū)域（表1），分析2010—2020年山西省各區(qū)域化肥施用強度的差異及動態(tài)變化特征。泰爾指數(shù)計算式如下。

式中，w為全省化肥施用強度；n為全省農(nóng)作物播種總面積；wki為k區(qū)域i市的化肥施用強度；wk為k區(qū)域的農(nóng)作物播種面積；nki為k區(qū)域i市的農(nóng)作物播種面積；nk為k區(qū)域的農(nóng)作物播種總面積；T為山西省化肥施用強度總差距，TW是區(qū)域內(nèi)差距，TB是區(qū)域間差距，值均在［0， 1］，數(shù)值越大，表明差距越大。

1.2.4 空間計量模型

1）指標選取。參考文獻［24，25］的研究方法，將人均耕地面積（AL）、人口數(shù)量（POP）、農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)（STRUC）、農(nóng)村居民人均收入（INCOME）、農(nóng)業(yè)勞動力轉(zhuǎn)移（LABOR）、農(nóng)業(yè)技術(shù)進步（TFP）作為驅(qū)動力解釋變量，并對數(shù)據(jù)進行標準化預處理。

人均耕地面積（AL）。碎片化的農(nóng)田不利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的提高，從而影響農(nóng)戶化肥施用強度。通過土地流轉(zhuǎn)等可擴大農(nóng)業(yè)經(jīng)營規(guī)模，人均耕地面積提高，農(nóng)戶能以低成本獲取科學施肥知識和技術(shù)，勢必會提高化肥利用率，降低化肥施用強度，促進化肥減量增效，改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境。該指標用耕地面積與農(nóng)村人口數(shù)量比值表示。

人口數(shù)量（POP）。在土地面積一定的情況下，隨著常住人口數(shù)量的增加，勢必會加劇土地增收增產(chǎn)壓力，通過增施化肥保證糧食安全，從而滿足社會及發(fā)展的需要。

農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)（STRUC）。不同類別農(nóng)作物的化肥用量需求有差異，因此農(nóng)作物的種植結(jié)構(gòu)在一定程度上會影響化肥施用強度。已有研究表明，經(jīng)濟作物的化肥施用量明顯高于糧食作物［26］，故本研究用糧食作物播種面積與農(nóng)作物播種面積比值表示農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)。

農(nóng)村居民人均收入（INCOME）。當農(nóng)村居民的人均收入提高時，通常會促使農(nóng)戶對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料的加倍投入。在雇傭勞動力成本逐年升高的背景下，農(nóng)戶通常通過加大施肥強度節(jié)約勞動力投入，最終導致化肥施用強度逐年提高。

農(nóng)業(yè)勞動力轉(zhuǎn)移（LABOR）。由于國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，中國農(nóng)業(yè)勞動力逐漸向非農(nóng)產(chǎn)業(yè)或城市轉(zhuǎn)移，農(nóng)業(yè)勞動力占社會勞動力的比重逐年下降，從而對種植業(yè)化肥施用量產(chǎn)生正、負兩面的影響：一方面是部分種植戶為了省時省力并繼續(xù)保持高產(chǎn)，會加大施肥強度以代替缺失的勞動力；另一方面是非農(nóng)業(yè)收入遠大于農(nóng)業(yè)收入，農(nóng)民就會撂荒土地［27］，外出務工的農(nóng)民逐年增加，直接導致化肥施用強度“斷崖式”降低。本研究用二、三產(chǎn)業(yè)從業(yè)人員總和與一、二、三產(chǎn)業(yè)從業(yè)人員總和的比值表示。

農(nóng)業(yè)技術(shù)進步（TFP）。農(nóng)業(yè)技術(shù)進步是實現(xiàn)科學施肥的源動力，是實現(xiàn)化肥施用量“零增長”的技術(shù)保障，是實現(xiàn)糧食安全的重要保障。理論上，農(nóng)業(yè)技術(shù)進步會促使化肥利用率提高，降低化肥施用強度。本研究用各縣（區(qū)、市）的農(nóng)業(yè)全要素生產(chǎn)率表示農(nóng)業(yè)技術(shù)進步，產(chǎn)出變量選用農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值，投入變量選用農(nóng)作物播種面積、有效灌溉面積、農(nóng)業(yè)機械總動力及化肥施用量，利用DEA-Malmquist指數(shù)方法計算TFP［28］。

2）模型構(gòu)建。利用空間反距離權(quán)重矩陣構(gòu)建模型，并對空間計量模型進行穩(wěn)健性檢驗。在空間計量經(jīng)濟學中，空間權(quán)重矩陣是不同區(qū)域空間相互關(guān)系的重要表現(xiàn)形式，構(gòu)建空間權(quán)重矩陣是空間計量模型中不可或缺的一環(huán)。在反距離空間權(quán)重矩陣中，假定山西省不同縣（市、區(qū)）的化肥施用強度空間關(guān)聯(lián)程度隨距離的增大而減小，距離越近空間關(guān)系越強，距離根據(jù)縣（市、區(qū)）質(zhì)心經(jīng)緯度所計算，并對其取倒數(shù)，對角線為0。

經(jīng)典計量模型（OLS）需要研究對象具有空間均質(zhì)性及獨立同分布等特性，而忽略了地理空間效應，容易使計算結(jié)果產(chǎn)生偏差，由此給出的政策建議可能會存在誤導?？臻g計量模型可以考慮到各區(qū)域間的空間相關(guān)性和異質(zhì)性，能很好地解釋山西省化肥施用強度的驅(qū)動因素?？臻g誤差模型（SEM）是空間計量經(jīng)濟學中常用的模型，構(gòu)建的模型中存在被遺漏的解釋變量即誤差項，誤差項表示不同地區(qū)之間的聯(lián)系?？臻g滯后模型（SLM）表示空間實質(zhì)相關(guān)，也是空間計量經(jīng)濟學中常用的模型，在計量模型中被解釋變量的溢出效應以空間滯后的形式存在。本研究通過構(gòu)建這3種模型并進行對比和分析，選用最優(yōu)模型。效應指數(shù)（F）計算式如下。

OLS模型表達式：

SEM模型表達式：

SLM模型表達式：

式中，α0為常數(shù)項；β為各自變量系數(shù)；λ為空間誤差項系數(shù)；ρ為空間滯后項系數(shù)；WF為空間滯后項變量；Wε表示空間誤差項；[μ]表示隨機誤差項；ε為隨機誤差；各解釋變量均為標準化后的數(shù)值。

2 結(jié)果與分析

2.1 化肥施用量的時空特征演變

2.1.1 時間變化 從省域尺度看，2010—2020年山西省全省作物播種面積整體呈下降趨勢（圖2），由2010年的364萬hm2下降到2020年的354萬hm2，降幅為2.75%，這一趨勢與山西省農(nóng)業(yè)效益較低、退耕還林、耕地撂荒現(xiàn)象、城鎮(zhèn)化加快等有很大關(guān)聯(lián)。2010—2013年化肥施用量（折純量）呈快速增長趨勢，由110萬t增長到121萬t，增長率為10.00%，2013年后開始逐年下降，說明2015年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部提出的化肥減量增效政策有一定的實施成效，但化肥施用強度依舊高于國家250 kg/hm2的警戒線，為303.3 kg/hm2，因此山西省化肥減量仍需加大力度。同時，2010—2020年山西省的糧食產(chǎn)量由1 108萬t增長到2020年的1 424萬t，增長率為28.52%。在播種面積逐年下降的情況下糧食產(chǎn)量卻穩(wěn)步增長，這可能是由于隨著人口增長和經(jīng)濟的快速發(fā)展，農(nóng)戶為了解決土地增產(chǎn)的壓力，加大了化肥施用強度。

2.1.2 空間變化

1）化肥施用量的空間可視化。從縣域尺度將山西省各縣（市、區(qū)）化肥施用量分為5個等級（表2），利用ArcGIS軟件繪制的2010年、2015年、2020年的化肥施用量空間可視化圖譜如圖3所示，可以看出山西省化肥施用量在縣域之間表現(xiàn)出空間分布不均衡的特點，用量較多的區(qū)域主要位于晉南及晉北部分縣。

由圖3可知，2010年山西省大部分縣（市、區(qū)）化肥施用量處于最低量水平，主要分布在晉西北的平魯區(qū)、右玉縣、左云縣等區(qū)域，呂梁山區(qū)大部分縣（市、區(qū)），太行山區(qū)昔陽縣、和順縣、左權(quán)縣等區(qū)域；化肥施用量處于次低量水平的縣（市、區(qū)）主要分布在恒山、五臺山及晉南的沁水縣、安澤縣、浮山縣、鄉(xiāng)寧縣等區(qū)域；化肥施用量處在中等量區(qū)域的縣（市、區(qū)）主要分布在大同盆地、太原盆地及晉南的陽城縣、澤州縣、陵川縣等地；化肥施用量處在次高量和最高量水平的地區(qū)主要位于原平市、忻府區(qū)及運城盆地等地。2020年山西省大部分縣（市、區(qū)）仍以最低量水平為主，次低量縣（市、區(qū)）的空間分布及數(shù)量變動不大，靈丘縣、繁峙縣、神池縣、五寨縣等地由2010年的次低量變?yōu)榱?020年的中等量水平，忻府區(qū)、芮城縣、鹽湖區(qū)、聞喜縣等地由2010年的最高量水平降低到2020年的次高量水平，但原平市、襄汾縣、夏縣等地由2010年的次高量水平上升到最高量水平。整體來看，山西省2010—2020年化肥施用量各等級水平縣（市、區(qū)）數(shù)量變化不大（表2）。

2）化肥施用量的全局自相關(guān)。由表3可見，2010年、2015和2020年山西省化肥施用量的Moran’s I分別為0.312 4、0.252 4和0.286 6。這3年的數(shù)據(jù)中，Z均大于2.58且P均小于0.01，說明此數(shù)據(jù)在99%的置信水平下顯著正相關(guān)，表明山西省化肥施用量存在空間相關(guān)性，并具有一定的空間集聚特征。3個年份中，2015年化肥施用量的空間自相關(guān)性最??；2010—201KXyFoKxkSvb8B92+Q9e3Yg==5年化肥施用量的空間自相關(guān)性表現(xiàn)出下降態(tài)勢，說明山西省化肥施用量在空間上相關(guān)性降低；2015—2020年化肥施用量的空間相關(guān)性又開始呈上升態(tài)勢。

3）化肥施用量的局部自相關(guān)。為了更全面直觀地顯示山西省化肥施用量在空間上的局部集聚或擴散態(tài)勢，對2010年、2015年、和2020年山西省各縣（市、區(qū)）的化肥施用量進行冷熱點分析，利用ArcGIS中的G*及自然斷點法將結(jié)果劃分為5類，分別為冷點區(qū)、次冷點區(qū)、過渡區(qū)、次熱點區(qū)、熱點區(qū)（圖4）。熱點區(qū)代表化肥施用量的高值集聚，冷點區(qū)表示化肥施用量的低值集聚。由圖4可知，山西省化肥施用量空間上存在明顯差異。2010—2015年化肥施用量的空間格局變化較大，晉北地區(qū)開始出現(xiàn)次熱點區(qū)和次冷點區(qū)，晉南地區(qū)的熱點區(qū)和呂梁山附近的冷點區(qū)都稍有收縮。2015—2020年，晉北地區(qū)次熱點區(qū)由代縣向應縣繼續(xù)擴張，平城區(qū)次冷點區(qū)消失，呂梁山附近的縣（市、區(qū)）冷點區(qū)和次冷點區(qū)均出現(xiàn)明顯擴張的趨勢，由婁煩縣、古交市向嵐縣、交城縣、方山縣擴張，晉南地區(qū)的次熱點區(qū)也出現(xiàn)擴張，由新絳縣向襄汾縣擴張。

2.2 化肥施用強度的時空格局演變

2.2.1 化肥施用強度的時間變化 由圖5可知，2010—2020年山西省各區(qū)域化肥施用強度表現(xiàn)為晉南地區(qū)（年均371.43 kg/hm2）>晉中地區(qū)（年均264.88 kg/hm2）>晉北地區(qū)（年均253.53 kg/hm2）。2010—2020年化肥施用強度的年平均變化率表現(xiàn)為晉中地區(qū)（0.88%）>晉南地區(qū)（0.59%）>晉北地區(qū)（0.31%）。晉南地區(qū)的化肥施用強度高于其他區(qū)域可能是由于自然條件和社會經(jīng)濟的多重影響。山西省晉南地區(qū)以種植水果、蔬菜為主，部分區(qū)域為一年二熟制，為了增加經(jīng)濟效益，種植戶傾向于加大化肥施用量。晉北地區(qū)主要是一年一熟制，以糧食作物為主，山多地少，土地碎片化，耕地撂荒現(xiàn)象嚴重，因而化肥施用強度相對較低。2015年后各區(qū)域化肥施用強度均有不同程度下降，主要原因可能是為積極響應農(nóng)業(yè)農(nóng)村部推行的化肥減量增效方案。但晉北地區(qū)在2015年下降后又于2017年開始出現(xiàn)增長態(tài)勢，可能與當?shù)赝寥镭汃?，必須加大化肥投入才能增產(chǎn)有關(guān)。

2.2.2 化肥施用強度的區(qū)域性差異和演變 如圖6、表4所示，山西省化肥施用強度的總差異呈先下降后上升再下降趨勢；泰爾指數(shù)由2010年的0.180 7上升到2020年的0.192 2，年均變化率為0.62%，2018年總差異最大?；适┯脧姸鹊膮^(qū)域間差異呈現(xiàn)出整體上升趨勢，只在2017年降到最低，泰爾指數(shù)為0.012 8，占總差異的6.61%?；适┯脧姸鹊膮^(qū)域內(nèi)差異變化趨勢和總差異相似，11年來晉中區(qū)域的泰爾指數(shù)占比均超過50%，晉北區(qū)域的泰爾指數(shù)占比基本在2%左右，為最低，說明晉中區(qū)域化肥施用強度的差異是區(qū)域內(nèi)差異的主因。2010—2020年區(qū)域內(nèi)差異的貢獻均處于79.00%以上，表明區(qū)域內(nèi)差異是山西省化肥施用強度出現(xiàn)差異的主因。

2.2.3 化肥施用強度空間格局演變 根據(jù)2007年國家環(huán)?？偩忠?guī)定的建設(shè)中國生態(tài)縣過程中化肥施用強度不得超過250 kg/hm2的標準，將化肥施用強度劃分為≤250 kg/hm2（低強度）、250～350 kg/hm2（中強度）、350～450 kg/hm2（高強度）、>450 kg/hm2（超高強度）4個等級。由圖7可知，在數(shù)量演變特征上，低強度施肥區(qū)域的縣（市、區(qū)）數(shù)量最多，由2010年的54個減少到2015年的46個，2020年又增加到了50個；中強度施肥區(qū)域的縣（市、區(qū)）2010—2020年變化不大，均在33個左右；高強度施肥區(qū)域的縣（市、區(qū)）2010—2020年變化較??；超高強度施肥區(qū)域的縣（市、區(qū)）從2010年的14個增加到2015年的20個，2020年又減少至16個。在空間演變特征上，超高強度的施肥區(qū)域呈現(xiàn)出向長治市集中、向代縣和太谷區(qū)臨近區(qū)域擴張的態(tài)勢，運城市部分縣（市、區(qū)）也發(fā)展為超高強度施肥區(qū)域；高強度的施肥區(qū)域有向晉南及晉北集中的趨勢；中強度的施肥區(qū)域變化不大，空間分布較分散；低強度的施肥區(qū)域主要分布在呂梁山區(qū)、陽泉市及晉中東南區(qū)域。

整體來看，2010—2020年山西省縣域化肥施用強度的空間分布較分散且不均衡?？v向原因可能是人口增長快速，土地和經(jīng)濟壓力增大，農(nóng)戶為了提高糧食產(chǎn)量和滿足經(jīng)濟需求加大化肥施用強度；橫向原因可能是各區(qū)域的種植結(jié)構(gòu)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平、農(nóng)戶科學施肥認知等的差異導致農(nóng)戶對化肥的需求量和對科學施肥的認知不同。

2.3 化肥施用強度的驅(qū)動因素分析

化肥施用量的Moran’s I檢驗說明山西省各縣（市、區(qū)）存在空間相關(guān)性，有必要使用空間計量模型進行分析。在LM檢驗中，對誤差項和滯后項的檢驗均通過1%顯著水平檢驗，而在穩(wěn)健的LM檢驗中，滯后項通過了10%顯著水平檢驗，而誤差項未通過檢驗（表5），表明空間滯后模型優(yōu)于空間誤差模型。通過Stata 17軟件對擬選定的計量模型進行估計分析，結(jié)果見表6?？臻g滯后模型的擬合度R2最高，為0.462，AIC和BIC均最小，分別為191.090 2和213.049 6，且ρ在1%水平顯著，進一步證實空間滯后模型為最優(yōu)模型。因此，本研究基于空間滯后模型的回歸結(jié)果對山西省化肥施用強度的驅(qū)動因素進行實證分析。

1）人均耕地面積（AL）。如表6所示，人均耕地面積顯著負向影響山西省化肥施用強度。人均耕地面積每提高1%，化肥施用強度降低0.677 6%。這表明土地規(guī)?；贸潭仍礁?，越有利于提高化肥利用率，降低化肥施用強度。

2）人口數(shù)量（POP）。如表6所示，人口數(shù)量顯著影響山西省化肥施用強度，且作用方向為正。人口數(shù)量每增加1%，化肥施用強度增加0.275 4%。這表明隨著人口數(shù)量的不斷增加，土地增產(chǎn)的壓力增大，農(nóng)戶會通過提高化肥施用強度保障糧食安全。

3）農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)（STRUC）。如表6所示，農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)顯著負向影響山西省化肥施用強度。糧食作物占農(nóng)作物播種面積的比值每減少1%，化肥施用強度會增加1.975 1%，側(cè)面反映出糧食作物的化肥施用量顯著低于經(jīng)濟作物。就山西省而言，晉南地區(qū)側(cè)重于經(jīng)濟作物的種植，晉北地區(qū)由于氣候條件及地形等自然條件的影響，傾向于種植短日期的雜糧作物。這說明區(qū)域間的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)不同會造成化肥施用強度的差異。

4）農(nóng)村居民人均收入（INCOME）。如表6所示，農(nóng)村居民人均收入回歸系數(shù)為正，但系數(shù)不顯著，說明農(nóng)戶收入因素對化肥施用強度并沒有多大影響。過去農(nóng)民以種地為生，收入來源單一，只能通過加大化肥施用強度增收增產(chǎn)，而隨著城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，農(nóng)民就業(yè)機會增加，收入來源多樣，多數(shù)農(nóng)民不再依靠單一的種地為生，對化肥的依賴性減少。

5）農(nóng)業(yè)勞動力轉(zhuǎn)移（LABOR）。如表6所示，農(nóng)業(yè)勞動力轉(zhuǎn)移回歸系數(shù)為負，且通過了1%水平的顯著性檢驗。二三產(chǎn)業(yè)就業(yè)人口占比每增加1%，化肥施用強度減少3.299 7%。這說明，一方面，隨著農(nóng)村大量的中青年涌入城市，農(nóng)村老齡化加重，農(nóng)村勞動力驟然下降，造成大量耕地撂荒；另一方面，隨著脫貧攻堅及鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的實施，農(nóng)民實現(xiàn)脫貧，消費觀念和飲食習慣發(fā)生質(zhì)的轉(zhuǎn)變，開始注重農(nóng)產(chǎn)品的綠色、環(huán)保、健康，不再盲目地通過施肥增產(chǎn)。

6）農(nóng)業(yè)技術(shù)進步（TFP）。如表6所示，農(nóng)業(yè)技術(shù)進步對山西省化肥施用強度呈不顯著正向影響。一般而言，農(nóng)業(yè)技術(shù)進步會使化肥施用強度降低，但本研究結(jié)果顯示山西省的農(nóng)業(yè)技術(shù)進步對化肥施用強度影響不大。這可能與山西省特殊的地形地貌有關(guān)，部分區(qū)域耕地碎片化嚴重，農(nóng)業(yè)機械化利用程度偏低，從而導致區(qū)域化肥施用率不高。

3 小結(jié)與啟示

本研究從多尺度探究了2010—2020年山西省化肥施用量和施用強度的時空格局演變及區(qū)域差異，并通過構(gòu)建空間計量模型分析了山西省化肥施用強度的驅(qū)動因素，得出以下研究結(jié)論。①化肥施用量。在省域尺度上，山西省化肥施用量呈先上升后下降的時間變化特征，轉(zhuǎn)折點為2013年；在縣域尺度上，化肥施用量集聚特征顯著，熱點區(qū)域集中分布在晉南地區(qū)，冷點區(qū)域集中分布在呂梁山區(qū)，且存在明顯的空間不均衡特征。晉南地區(qū)、忻定盆地、大同盆地等地化肥施用量明顯高于其他區(qū)域。②化肥施用強度。在地理區(qū)域尺度上，晉北地區(qū)的化肥施用強度最低，其次是晉中地區(qū)，晉南地區(qū)的化肥施用強度最高，且處于逐年平穩(wěn)增長的時間變化趨勢；泰爾指數(shù)結(jié)果表明區(qū)域內(nèi)的差異是區(qū)域總差異的主因，總差異呈波動變化，2018年達最高值；縣域化肥施用強度與施用量空間變化特征基本一致。③化肥施用強度驅(qū)動因素?？臻g滯后模型結(jié)果顯示，人均耕地面積、農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)、農(nóng)業(yè)勞動力轉(zhuǎn)移對化肥施用強度呈顯著負向影響，人口數(shù)量呈顯著正向影響，農(nóng)村居民人均收入及農(nóng)業(yè)技術(shù)進步無顯著影響。

因此，為推動山西省化肥減量增效農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展應從以下幾方面著手。①大力宣傳和推廣科學施肥技術(shù)，全區(qū)域建立有機肥代替化肥示范基地，全方位支持測土配方施肥技術(shù)，指導農(nóng)戶按需施肥、科學施肥，提高化肥的利用效率。②改變傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)經(jīng)營模式，鼓勵農(nóng)戶適度規(guī)模經(jīng)營，引導農(nóng)戶加快土地流轉(zhuǎn)、合法的前提下進行土地互換以擴大地塊。尤其是晉北地區(qū)，土地碎片化和耕地撂荒嚴重，通過土地托管、土地承包等方式發(fā)展適度規(guī)模經(jīng)營，可以提高化肥利用率，降低農(nóng)業(yè)面源污染，提高耕地質(zhì)量，保護生態(tài)環(huán)境。③農(nóng)業(yè)相關(guān)部門應積極組織農(nóng)民培訓，使農(nóng)民掌握新型施肥技術(shù)，改變過去盲目施肥認知，將提高農(nóng)民掌握先進的、科學的、現(xiàn)代的農(nóng)業(yè)技術(shù)培訓常態(tài)化，加大科學施肥扶持力度，增強農(nóng)民對化肥施用減量增效的認知與實踐，從源頭實現(xiàn)化肥施用的“零增長”，推動農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展。④大力培育新型青年農(nóng)業(yè)從業(yè)人員。通過提高農(nóng)業(yè)院校及農(nóng)業(yè)科研單位的經(jīng)費支持，加大科研投入，擴大農(nóng)業(yè)院校招生力度，大力培養(yǎng)農(nóng)業(yè)科技人才，為農(nóng)業(yè)發(fā)展注入青年力量，突破農(nóng)業(yè)發(fā)展瓶頸，推動“特”“優(yōu)”農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

參考文獻：

［1］ 潘曉東， 李 品， 馮兆忠， 等. 2000～2015年中國地級市化肥使用量的時空變化特征［J］.環(huán)境科學， 2019， 40（10）：4733-4742.

［2］ 劉欽普.安徽省化肥面源污染環(huán)境風險分析［J］.生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學報， 2015， 31（6）：876-881.

［3］ 辛良杰， 李秀彬， 談明洪. 2000—2010年我國農(nóng)業(yè)化肥施用的時空演變格局［J］.中國農(nóng)業(yè)大學學報， 2013， 18（5）：21-27.

［4］ 田沛佩， 盧宏瑋， 李 丹， 等. 2008～2017年中國地級市化肥施用碳足跡的時空演變格局［J］.中國環(huán)境科學， 2021， 41（2）：967-973.

［5］ 經(jīng) 陽，葉長盛.江西省縣域農(nóng)業(yè)化肥施用差異及其驅(qū)動機制［J］.農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究， 2015， 36（4）：657-665.

［6］ 劉欽普.河南省化肥使用環(huán)境風險時空特征分析［J］.生態(tài)經(jīng)濟， 2014， 30（10）：175-178.

［7］ 趙大偉， 曲凱欣.黑龍江省境內(nèi)黑土帶地區(qū)化肥施用量的時空異質(zhì)性［J］.東北林業(yè)大學學報， 2018， 46（2）：88-92，104.

［8］ 周 亮， 徐建剛， 蔡北溟， 等.淮河流域糧食生產(chǎn)與化肥消費時空變化及對水環(huán)境影響［J］.自然資源學報， 2014， 29（6）：1053-1064.

［9］ 劉欽普.江蘇省化肥使用的時空變化及環(huán)境安全使用量探討［J］.江蘇農(nóng)業(yè)科學， 2012， 40（10）：7-9.

［10］ 黃曉丹， 李 陳， 黃 翌.基于分省數(shù)據(jù)的中國農(nóng)藥化肥施用量區(qū)域差異研究［J］.生態(tài)經(jīng)濟， 2019， 35（4）：118-124.

［11］ 趙雪雁， 劉江華， 王 蓉， 等.基于市域尺度的中國化肥施用與糧食產(chǎn)量的時空耦合關(guān)系［J］.自然資源學報， 2019， 34（7）：1471-1482.

［12］ 張利國， 劉 辰， 陳 蘇.南方稻作區(qū)化肥施用強度時空演變及驅(qū)動因素研究［J］.江西財經(jīng)大學學報， 2021（1）：104-115.

［13］ 李太平， 張 鋒， 胡 浩.中國化肥面源污染EKC驗證及其驅(qū)動因素［J］.中國人口·資源與環(huán)境， 2011， 21（11）：118-123.

［14］ 欒 江，仇煥廣，井 月，等.我國化肥施用量持續(xù)增長的原因分解及趨勢預測［J］.自然資源學報， 2013， 28（11）：1869-1878.

［15］ 潘 丹.中國化肥消費強度變化驅(qū)動效應時空差異與影響因素解析［J］.經(jīng)濟地理， 2014， 34（3）：121-126，135.

［16］ 李秋生， 李大勝.綠色發(fā)展背景下中國化肥施用強度下降的驅(qū)動因素研究——基于空間面板數(shù)據(jù)模型的分析［J］.農(nóng)林經(jīng)濟管理學報， 2019， 18（4）：462-471.

［17］ 張利國， 鮑丙飛， 董 亮.鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)糧食單產(chǎn)時空格局演變及驅(qū)動因素探究［J］.經(jīng)濟地理， 2018， 38（2）：154-161.

［18］ 張軍偉， 張錦華， 吳方衛(wèi).糧食生產(chǎn)中化肥投入的影響因素研究——基于Durbin模型的分析［J］.經(jīng)濟地理， 2018， 38（11）：174-182.

［19］ 杜麗永， 孟祥海， 沈貴銀.規(guī)模經(jīng)營是否有利于農(nóng)戶化肥減量施用？［J］.農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究， 2022， 43（3）：475-483.

［20］ 高晶晶， 彭 超， 史清華.中國化肥高用量與小農(nóng)戶的施肥行為研究——基于1995～2016年全國農(nóng)村固定觀察點數(shù)據(jù)的發(fā)現(xiàn)［J］.管理世界， 2019， 35（10）：120-132.

［21］ 鞏前文， 穆向麗， 田志宏.農(nóng)戶過量施肥風險認知及規(guī)避能力的影響因素分析——基于江漢平原284個農(nóng)戶的問卷調(diào)查［J］. 中國農(nóng)村經(jīng)濟， 2010（10）：66-76.

［22］ 田志芳， 楊 春， 陜 方.發(fā)揮自然資源優(yōu)勢 建設(shè)“小雜糧王國”［J］. 中國農(nóng)業(yè)科技導報， 2005（3）：56-58.

［23］ 荊立群，薛耀文.資源型地區(qū)文化產(chǎn)業(yè)空間集聚特征研究［J］.經(jīng)濟問題，2020（5）：123-129.

［24］ 蘇淑儀， 周玉璽， 周 霞.中國蔬菜種植化肥施用強度時空演變及影響因素［J］.中國農(nóng)業(yè)大學學報， 2022， 27（6）：248-263.

［25］ 于元赫， 李子君， 姜愛霞， 等.山東省農(nóng)業(yè)化肥施用強度時空格局演變及驅(qū)動力分析［J］.中國農(nóng)業(yè)大學學報， 2019， 24（4）：176-186.

［26］ 張衛(wèi)峰，季玥秀， 馬 驥， 等.中國化肥消費需求影響因素及走勢分析——Ⅰ化肥供應［J］. 資源科學， 2007，20（6）：162-169.

［27］ 韓小英，殷海善，王 靜.呂梁山區(qū)耕地利用影響因素分析［J］.山西農(nóng)業(yè)科學， 2020， 48（10）：1679-1682，1692.

［28］ 何澤軍， 李 瑩.基于DEA-Malmquist指數(shù)法中國農(nóng)業(yè)全要素生產(chǎn)率變化特征分析［J］.河南農(nóng)業(yè)大學學報， 2018， 52（5）：839-844.

收稿日期：2023-09-20

基金項目：國家重點研發(fā)計劃課題（2021YFD1901105）；山西省科技重大專項計劃“揭榜掛帥”項目（202101140601026）；山西農(nóng)業(yè)大學省部共建有機旱作農(nóng)業(yè)國家重點實驗室自主研發(fā)項目（202105D121008-1-3；202001-3）；山西農(nóng)業(yè)大學農(nóng)業(yè)經(jīng)濟管理學院青年基金項目（2022-12）

作者簡介：韓小英（1989-），女，山西偏關(guān)人，助理研究員，主要從事GIS技術(shù)及農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境研究，（電話）15935696757（電子信箱）sxauhxy@163.com；通信作者，楊三維（1969-），男，山西河曲人，研究員，主要從事生態(tài)農(nóng)業(yè)及旱作農(nóng)業(yè)研究，（電子信箱）sxauhxy@163.com。