我國糧食生產(chǎn)中化肥投入的環(huán)境成本研究

[作者簡介] 趙志堅(jiān)（1959—），男，湖南長沙人，湖南大學(xué)工商管理學(xué)院副教授.研究方向：計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)、環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué).

[摘要] 施用化肥對(duì)我國糧食安全起到了重要的保障作用，然而，用于糧食生產(chǎn)的化肥施用量在不斷增加的同時(shí)也帶來了環(huán)境污染問題。文章采用1983-2010年的數(shù)據(jù)，運(yùn)用比較法和計(jì)量模型分析了我國糧食生產(chǎn)中化肥投入對(duì)環(huán)境所產(chǎn)生的影響。結(jié)果顯示：化肥施用量以年均4.57%的速度增長，是糧食增速的3.52倍；單位面積糧食產(chǎn)出的化肥投入邊際效用以年均1.58%的速度降低；糧食化肥施用的環(huán)境成本以年均7.4%的速度增長；化肥使用量每增加一個(gè)百分點(diǎn)，糧食產(chǎn)量增加0.32個(gè)百分點(diǎn)，化肥施用的環(huán)境成本增加1.74個(gè)百分點(diǎn)。最后，針對(duì)糧食生產(chǎn)中化肥投入的環(huán)境污染問題提出了對(duì)策建議。

[關(guān)鍵詞] 糧食產(chǎn)出；化肥投入；環(huán)境成本

[中圖分類號(hào)] F322[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A[文章編號(hào)] 1008—1763（2013）06—0052—05

一研究背景與進(jìn)展

糧食是農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)，化肥是糧食的基礎(chǔ)。國際國內(nèi)的歷史經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)實(shí)表明，化肥的有效投入是糧食增產(chǎn)最有效的措施和途徑。我國是人口大國同時(shí)也是糧食消費(fèi)大國，保障居民糧食及時(shí)有效供給極為重要，為此我國必須大力發(fā)展糧食生產(chǎn)。然而隨著我國糧食生產(chǎn)安全壓力的增大，化肥使用量也在不斷增加，至使農(nóng)業(yè)面源污染有加大的趨勢(shì)。糧食生產(chǎn)中使用化肥所產(chǎn)生的污染已成為我國當(dāng)前亟待研究的環(huán)境污染源問題之一。

目前關(guān)于我國糧食生產(chǎn)中化肥投入對(duì)環(huán)境成本影響實(shí)證研究的文獻(xiàn)不多，已有的相關(guān)文獻(xiàn)主要集中于以下幾個(gè)方面。

（一）糧食生產(chǎn)中施用化肥的意義

按德國化學(xué)家李比希（Liebig）養(yǎng)分歸還學(xué)說的解釋，作物生長中需要從土壤中獲得養(yǎng)分，年復(fù)一年地種植糧食意味著土地養(yǎng)分被不斷帶走，土壤肥力日漸下降，要恢復(fù)土壤的肥效就要不斷地向土壤施加肥料以培養(yǎng)新一輪糧食生產(chǎn)所需的養(yǎng)分，否則糧食產(chǎn)量將會(huì)下降[1]。氮、磷、鉀是糧食等農(nóng)作物生長所需要的重要常規(guī)營養(yǎng)元素，化肥就是包括這些常規(guī)營養(yǎng)元素的肥料。化肥施入土壤后，不僅能夠補(bǔ)充氮、磷、鉀三種常規(guī)養(yǎng)分，而且是最經(jīng)濟(jì)、最科學(xué)的養(yǎng)料補(bǔ)充方式。因?yàn)檗r(nóng)家肥雖然含營養(yǎng)成分的種類比較多，但相對(duì)化肥來說，農(nóng)家肥氮、磷、鉀含量較少，養(yǎng)分被糧食作物吸收較慢，肥效不十分顯著[2]，因此，化肥是糧食作物重要的生產(chǎn)資料。

（二）我國糧食生產(chǎn)中化肥施用量在逐年提高

據(jù)發(fā)達(dá)國家統(tǒng)計(jì)，化肥對(duì)作物產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率達(dá)30%～50%，就我國而言，農(nóng)業(yè)中化肥施用總量和單位面積用量也已處于世界較高水平，消費(fèi)了約占世界化肥總量的35%，而糧食作物又消費(fèi)了我國農(nóng)業(yè)化肥施用量的50%[3]。從動(dòng)態(tài)看， 1975年，我國單位面積化肥施用量僅為70（kg·hm-2），大致等于同期的世界平均水平；2000年，我國單位面積化肥施用量達(dá)到279（kg·hm-2），是同期世界平均水平的3倍；2008年，單位面積化肥施用量增加到300（kg·hm-2）以上，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過發(fā)達(dá)國家設(shè)置的225（kg·hm-2）的安全標(biāo)準(zhǔn)[4]。

（三）我國化肥施用量不斷提高的原因

一是我國工業(yè)化和城市化進(jìn)程的加快，導(dǎo)致耕地資源日益減少。人均耕地面積由1949年的0.26 hm2下降到2007年的0.092 hm2，不及世界平均水平的1/2[5]，已低于有關(guān)專家測(cè)算的維持溫飽的最低極限0.10 hm2的水平[6]。由于耕地資源的不斷減少，以更多的化肥替代耕地已成為糧食作物生產(chǎn)技術(shù)的重要發(fā)展方向[7]。李潔[8]實(shí)證檢驗(yàn)結(jié)果也表明，在長三角地區(qū)由于土地機(jī)會(huì)成本增長速度遠(yuǎn)高于化肥價(jià)格的上漲，導(dǎo)致了農(nóng)田化肥的大量投入；與此同時(shí)，勞動(dòng)機(jī)會(huì)成本的快速增長，也使得長三角地區(qū)勞動(dòng)密集型作物生產(chǎn)以化肥高度替代勞動(dòng)為特征。二是我國土壤整體質(zhì)量差。我國約有四分之一的土壤肥力低下，而且已利用的土壤肥力水平也偏低，全國耕地有機(jī)質(zhì)含量平均僅為18.0（ g·kg-1），旱地為10.0（ g·kg-1），遠(yuǎn)低于歐美發(fā)達(dá)國家的30（ g·kg-1），我國中低產(chǎn)田比例大，約占耕地面積的71.3%[9]，大量存在的中低產(chǎn)耕地加重了對(duì)化肥用量的需求。三是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式落后。我國相當(dāng)多數(shù)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)處于分散式的小農(nóng)經(jīng)營，生產(chǎn)經(jīng)營方式粗放，集約化程度低，沒有規(guī)模經(jīng)濟(jì)，勞動(dòng)生產(chǎn)率低下。因此，要獲得糧食產(chǎn)量的持續(xù)增長只有在單位耕地上投入更多的化肥[10]。四是化肥利用率低下且逐年下降。目前我國的氮肥利用率僅為30%左右，磷肥利用率為10%～25%，遠(yuǎn)低于世界發(fā)達(dá)國家的水平，其他部分都隨地表徑流、泥沙、淋溶等損失掉[11]。由于我國大量使用化肥造成了土壤肥力下降和土壤板結(jié)，在耕地面積沒有增加甚至減少的背景下為了獲得更高的糧食產(chǎn)量，就通過增大化肥用量這一方式，于是形成了“化肥過量使用—土壤肥力下降—加大化肥用量”的惡性循環(huán)[12]。許多學(xué)者通過實(shí)證檢驗(yàn)支持了這一結(jié)論，如徐浪[13]通過系數(shù)函數(shù)計(jì)算出1978～2000年四川化肥施用量對(duì)糧食產(chǎn)量貢獻(xiàn)率先上升后下降，唐華倉[14]利用彈性系數(shù)計(jì)算出河南省2001年化肥的貢獻(xiàn)率為9.5%，到2003年下降為7.68%。

（四）關(guān)于施用化肥對(duì)環(huán)境影響的效果

洛桑Park Grass長期的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，長期施用化肥造成土壤酸度增加，重金屬移動(dòng)增強(qiáng)，Al離子污染地下水的威脅增大[15]。施用磷肥過多，會(huì)使施肥土壤含鎘量比一般土壤高數(shù)倍甚至上百倍，長期積累將造成土壤鎘污染[16]。由于大量的使用化肥，我國土壤污染總體形勢(shì)相當(dāng)嚴(yán)峻，土壤深度酸化，近60年來我國土壤的pH值下降了0.13～0.8，這個(gè)變化本應(yīng)該是在千年間發(fā)生的[17]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中過量的化肥投入增加了土壤和水域污染負(fù)擔(dān)，從農(nóng)田流失的氮、磷元素殘留于土地并進(jìn)入水域，已成為區(qū)域水質(zhì)惡化的重要原因，其中多數(shù)集中在經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的地區(qū)[18]，比如在太湖流域，由于農(nóng)田化肥用量持續(xù)增加，農(nóng)業(yè)面源污染對(duì)太湖流域水質(zhì)惡化貢獻(xiàn)率不斷增加，其中總磷（TP）污染貢獻(xiàn)率已達(dá)19%，總氮（TN）貢獻(xiàn)率達(dá)29%，超過了工業(yè)和城市點(diǎn)源污染的貢獻(xiàn)率（張維理，2008）[19]。向平安等[20] 等對(duì)湖南省洞庭湖地區(qū)水稻施用化肥的實(shí)證檢驗(yàn)結(jié)果表明，洞庭湖因水體富營養(yǎng)化對(duì)下游漁業(yè)造成的損失每年為10萬元；飲用水源造成的損失每年為1個(gè)億；重金屬污染每年造成的損失為4000萬。

（五）經(jīng)濟(jì)發(fā)展與農(nóng)業(yè)面源污染的關(guān)系

從經(jīng)濟(jì)的發(fā)展過程看，Antler [21]、McConnell[22]等認(rèn)為農(nóng)業(yè)面源污染作為一種環(huán)境污染與經(jīng)濟(jì)發(fā)展也符合“U”型曲線，李海鵬等[23]對(duì)2006年我國31個(gè)省份的農(nóng)業(yè)面源的實(shí)證檢驗(yàn)也支持了這一觀點(diǎn)，并指出我國農(nóng)資污染正在惡化中，大多數(shù)省份農(nóng)資排放量仍處于倒U曲線左側(cè)，其中化肥污染將在很長時(shí)間內(nèi)保持繼續(xù)上升的趨勢(shì)，成為農(nóng)業(yè)面源污染的重心。

二化肥投入與糧食產(chǎn)出比

（一）化肥投入與糧食產(chǎn)量

自1983年以來，我國糧食產(chǎn)量與化肥施用量之間存在較強(qiáng)的正相關(guān)性。可以把糧食產(chǎn)量與化肥施用量之間的關(guān)系劃分為兩個(gè)階段：第一個(gè)階段從1983～1998年，我國糧食產(chǎn)量和化肥施用量都保持了較快的增長速度，糧食產(chǎn)量從1983年的3.8728×108t 增加到1999年的5.0839×108t ，年均增長率為1.7%；化肥施用量從1983年的1.66×107t 增加到1999年的4.124×107t ，年均增長率為5.9%；第二個(gè)階段從2000～2010年我國糧食產(chǎn)量和化肥施用量都保持了一個(gè)相對(duì)較慢的增長速度，糧食產(chǎn)量從2000年的4.6218×108t 增加到2010年的5.4647×108t ，年均增長率為1.7%；化肥施用量從2000年的4.146×107t 增加到2010年的5.562×107t ，年均增長率為3.0%。然而，無論哪個(gè)階段，化肥施用量的年均增長率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于糧食的年均增長率，見圖1。

（二）化肥投入與糧食單位面積產(chǎn)量

從糧食生產(chǎn)的有效供給來說，影響糧食產(chǎn)量的兩個(gè)重要因素是糧食播種面積和糧食單位面積產(chǎn)量。自1983年以來，我國的糧食播種面積有兩個(gè)變化區(qū)間，一是1983年至1998年的增長階段，我國糧食播種面積1998年是1984年的約1.5倍；二是從1999年到2010年的10年間我國的糧食播種面積基本維持在1.5×108hm2左右的平穩(wěn)階段。在1999年以后我國糧食播種面積基本不變的情況下，新增糧食3.8×107t主要是靠單位面積產(chǎn)量的提高而增加的，而化肥在其中起了關(guān)鍵性作用。1983年以來我國糧食單位面積產(chǎn)量以年均1.30%的速度增長，與此同時(shí)，化肥施用量以年均4.57%的速度增長，其增速是糧食增速的3.52倍，見表1。但是如果考慮化肥糧食單產(chǎn)投入與產(chǎn)出比率則更是逐年顯著下降，由1983年的49.20下降到2010年的31.97，單位面積糧食產(chǎn)出的化肥投入邊際效益以年均1.58%的速度降低。

（三）化肥施用量與糧食產(chǎn)量之間關(guān)系的檢驗(yàn)

根據(jù)理論和經(jīng)驗(yàn)分析，影響糧食產(chǎn)量的因素主要包括化肥施用量、糧食播種面積、受災(zāi)面積、農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力、農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力等。因此，以我國糧食產(chǎn)量為被解釋變量，以化肥使用量、糧食播種面積、受災(zāi)面積、農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力、農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力為解釋變量做回歸。回歸結(jié)果顯示模型變量間存在多重共線性，誤差項(xiàng)存在異方差性，為消除這些不良影響，考慮取對(duì)數(shù)后的如下模型：

三糧食生產(chǎn)施用化肥對(duì)環(huán)境成本的影響

（一）化肥流失情況

大量權(quán)威研究表明，在諸多引致因素中，因過量和不合理施用化肥所帶來的養(yǎng)分流失逐漸成為我國農(nóng)業(yè)面源污染最主要的來源之一。我國糧食生產(chǎn)中化肥的過量使用與較低的利用率同時(shí)存在，不僅造成資源的浪費(fèi)，而且還帶來嚴(yán)重的環(huán)境問題。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國每年損失的氮素相當(dāng)于4×107t硫酸銨，價(jià)值高達(dá)500多億元[24]。如果僅考慮用于糧食生產(chǎn)的化肥投入所產(chǎn)生的污染效果，自1983年以來氮肥流失以年均2.64%的速度增長，磷肥以年均3.12%的增速增長，見表2。

（二）糧食生產(chǎn)的化肥投入環(huán)境成本估值

長期以來，人們習(xí)慣于計(jì)算糧食的直接生產(chǎn)成本而忽略了糧食生產(chǎn)過程中的資源環(huán)境損失成本。事實(shí)上，這一隱性成本的長期積累已通過環(huán)境污染逐漸顯現(xiàn)出來，并反作用于我國的糧食生產(chǎn)。為研究化肥施用量的環(huán)境成本與化肥施用量之間的關(guān)系，首先要測(cè)算我國化肥施用量的環(huán)境成本，根據(jù)賴力[25] 、Pretty[26] 和Fare[27]提供的能值分析和劑量影響法，對(duì)我國化肥施用的農(nóng)業(yè)環(huán)境損失進(jìn)行量化估算；其各類化肥折純量數(shù)據(jù)均來源于1983～2011年《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》，同時(shí)把它與當(dāng)年農(nóng)業(yè)增加值進(jìn)行比較，結(jié)果見表3。2010年，我國糧食化肥施用的環(huán)境成本為371.74億元，約占當(dāng)年農(nóng)業(yè)增加值的7.0%，1983年以來我國糧食化肥施用的環(huán)境成本以年均7.4%的速度增長（按1983年價(jià)格計(jì)算），遠(yuǎn)超過糧食及化肥投入的增長速度。

（三）生產(chǎn)糧食的化肥施用量與化肥施用環(huán)境成本之間關(guān)系的檢驗(yàn)

由于化肥施用的環(huán)境成本主要由化肥使用量決定，因此我們以化肥施用的環(huán)境成本為被解釋變量，以化肥施用量為解釋變量做回歸，為消除異方差性的影響，考慮取對(duì)數(shù)后的模型：

四結(jié)論與對(duì)策措施

（一）結(jié)論

1983年以來，我國糧食產(chǎn)量與化肥施用量之間存在較強(qiáng)的正相關(guān)性，化肥施用量每增加一個(gè)百分點(diǎn)，我國糧食產(chǎn)量增加0.32個(gè)百分點(diǎn)；用于糧食的化肥施用量與環(huán)境成本之間存在更為顯著的相關(guān)性，化肥施用量每增加一個(gè)百分點(diǎn)，我國化肥施用的環(huán)境成本增加1.74個(gè)百分點(diǎn)；自1983年以來，我國糧食單位面積產(chǎn)量以年均1.30%的速度增長；化肥施用量以年均4.57%的速度增長；糧食化肥施用的環(huán)境成本以年均7.4%的速度增長；糧食單產(chǎn)化肥投入產(chǎn)出比率逐年顯著下降，由1983年的49.20下降到2010年的31.97；單位面積糧食產(chǎn)出的化肥投入邊際效益以年均1.58%的速度降低。

（二）對(duì)策措施

基于我國人口多、耕地少，糧食以自主生產(chǎn)為主的國情，確保糧食安全的主要途徑和最大潛力是提高糧食單產(chǎn)，但是不能用增大化肥投入作為提高糧食單產(chǎn)的唯一途徑，因?yàn)殚L期施用化肥在促進(jìn)糧食增產(chǎn)的同時(shí)，也帶來了土壤質(zhì)量及環(huán)境問題。因此，第一，制定有關(guān)我國農(nóng)田污染的相關(guān)法律法規(guī)制度。論證我國農(nóng)業(yè)面源污染防治方案，明確農(nóng)業(yè)面源污染防治工作的指導(dǎo)原則、基本思路和工作重點(diǎn)。第二，切實(shí)保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境。制定現(xiàn)代農(nóng)業(yè)規(guī)劃及其相應(yīng)可實(shí)現(xiàn)的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)目標(biāo)，大力推行生態(tài)農(nóng)業(yè)綜合應(yīng)用節(jié)水、節(jié)肥等可持續(xù)農(nóng)業(yè)技術(shù)。第三，實(shí)施強(qiáng)制性的農(nóng)田輪耕及休耕制度。配套實(shí)施耕作制度的改革、施肥方法的革新、農(nóng)業(yè)灌溉的新手段。第四，發(fā)展高效環(huán)保農(nóng)業(yè)投入品。政府應(yīng)從財(cái)政、金融、稅收等方面扶持發(fā)展高效新型環(huán)保農(nóng)業(yè)肥的生產(chǎn)和使用，鼓勵(lì)農(nóng)民使用農(nóng)家肥、有機(jī)肥、生物肥等環(huán)保肥。第五，政府應(yīng)在實(shí)施糧食財(cái)政補(bǔ)貼政策的同時(shí)實(shí)施環(huán)保農(nóng)業(yè)財(cái)政補(bǔ)貼政策。因?yàn)閱渭兊募Z食補(bǔ)貼政策只會(huì)加劇農(nóng)業(yè)面源的污染，無法實(shí)現(xiàn)糧食可持續(xù)發(fā)展，因此應(yīng)把糧食環(huán)保生產(chǎn)作為財(cái)政補(bǔ)貼的硬性指標(biāo)納入財(cái)政支農(nóng)體系之中，并建立科學(xué)可行的考核程序和考核指標(biāo)。第六，把提高化肥利用率作為化肥施用研究的重點(diǎn)。在生產(chǎn)方面，增加優(yōu)質(zhì)化肥供給數(shù)量，多方面支持化肥生產(chǎn)，加快化肥生產(chǎn)企業(yè)的整合速度和技術(shù)改造，向多品種、高效化、復(fù)混化、長效化和液體化方向發(fā)展；在施用方面，改變粗放型施肥方式，積極發(fā)展配方肥料和作物專用肥料，針對(duì)不同地區(qū)實(shí)施區(qū)域配肥技術(shù)研究，推廣測(cè)土配方施肥。此外，改變傳統(tǒng)的撒肥方式，通過深耕和翻耕等方式提高肥料利用率；在施肥主體方面，積極對(duì)糧農(nóng)開展科學(xué)施肥培訓(xùn)，及時(shí)推廣先進(jìn)的施肥技術(shù)，向低消耗、低排放、高效率的農(nóng)業(yè)糧食施肥方向發(fā)展。

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