氣候變化背景下農業面源污染研究述評

李 博　李 青　陳紅梅

(塔里木大學經濟與管理學院， 新疆 阿拉爾 843300)

?

氣候變化背景下農業面源污染研究述評

李 博李 青陳紅梅

(塔里木大學經濟與管理學院， 新疆 阿拉爾 843300)

農業面源污染是人類不合理的經濟活動與脆弱的生態環境相互作用的結果。通過梳理有關文獻，從農業面源污染的現狀、成因和防治體系三方面對農業面源污染的研究進展進行評述，在此基礎上揭示氣候影響農業面源污染的直接和間接路徑，氣候通過地表徑流和地下滲漏方式產生農業面源污染，同時氣候變化使農戶產生不科學的生產調整行為進而加劇農業面源污染。研究這一關系對于把握氣候變化的客觀規律，完善基于氣候適應性的污染防控體系有重要意義。

氣候變化； 化學品投入效率； 農業面源污染

1　引言

2015年，中央一號文件中明確提出農業環境突出問題治理總體規劃，提出要加強農業面源污染治理，突出強調農業發展的“可持續”和“耕地保護的重要性”。2015年4月，農業部印發了《農業部關于打好農業面源污染防治攻堅戰的實施意見》，將農業面源污染治理放在重要位置。農業發展所帶來的生態環境及其可持續發展問題已成為一個全球性的重大課題，其中農業面源污染是分布最廣泛的污染。農業面源污染是在農業生產過程中，農田中的化肥、農藥、農膜以及禽畜廢棄物等通過地表徑流和地下滲漏方式進入水體而形成的面源污染。農業面源污染從時空特性上來說具有隨機性且分布廣，從污染主體上來看污染主體分散且多樣化，因此，污染防治過程難以控制，實施成本高且成本有效性較難把握。

農業面源污染是社會科學和自然科學交叉領域的綜合性問題，廣泛涉及經濟學、氣象學、農業科學和地理科學等領域。從農業面源污染的成因上來看，它是人和自然共同作用于環境的結果。分散小農戶的農業生產決策決定了土地利用方式，對環境污染有最直接的影響，氣候作為外在影響力同時對農戶農業生產和農業面源污染產生影響。本文旨在對農業面源污染相關問題的研究進展進行評述，在此基礎上提出氣候對農業面源污染的影響機制，為進一步在氣象學框架下解決農業面源污染問題提供思路，同時為尋求新疆經濟發展和環境保護的“社會福利”最大化提供理論依據。

2　農業面源污染相關問題研究進展

對農業面源污染的相關研究最早開始于自然科學領域，隨著環境問題在全世界范圍內被廣泛關注，中國是世界上最大化肥和農藥使用國的現實使經濟發展和環境保護之間的矛盾越來越突出，有關農業面源污染問題得到廣泛關注。國內外學者對這一問題展開了豐富研究，主要集中在農業面源污染現狀研究、污染成因研究以及污染防控體系研究三方面。

2.1農業面源污染現狀研究

農業面源污染與經濟發展之間“倒U型”關系的環境庫茲涅茨曲線(EKC)驗證是已有文獻關注的一個焦點，驗證結果通常反映了不同地區農業面源污染現狀。環境庫茲涅茨(EKC)曲線是由美國經濟學家Grossman & Krueger(1992)在反映經濟增長與收入分配之間“倒U型”關系的庫茲涅茨曲線基礎上提出，它認為環境質量在初期會隨著國民收入的增加而持續惡化，但經濟發展到一定水平，環境質量會有所好轉。環境庫茲涅茨曲線(EKC)最早應用于經濟發展和工業點源污染關系的驗證，已有研究多以二氧化硫(SO2)、二氧化碳(CO2)、二氧化氮(NO2)排放量以及總懸浮顆粒(SPM)濃度為表征環境污染的變量，以不同國家或者地區的面板數據對環境污染與經濟發展水平的演替關系進行實證分析。

隨著環境庫茲涅茨曲線(EKC)理論發展成熟以及農業面源污染問題得到廣泛關注，這一理論被應用于農業面源污染與經濟發展關系的實證研究上。農業面源污染中，除了農藥外，化肥和畜禽廢棄物都可以用氮素來衡量，過剩氮成為衡量農業面源污染的主要指標[1-2]，此外化肥、農藥和禽畜排泄物密度[3-4]以及N、P排放量通常也作為農業面源污染的衡量指標[5-8]。農業面源污染與經濟發展之間存在“倒U型”關系是已有實證研究的主流結論，但在現階段各地區并未到達EKC曲線的拐點閾值，也就是說農業面源污染隨著經濟發展水平提高仍在加劇。研究這一問題的意義在于探討如何從技術、管理和制度層面使EKC曲線提前到達拐點。

2.2農業面源污染成因研究

從自然科學和社會科學角度分別探討農業面源污染產生的原因是已有研究關注的另一大熱點。

基于自然科學的研究主要從氣候、水文、地形地貌、土壤植被和農業科學等層面揭示水土流失對于農業面源污染產生的物理機制及污染強度。氣候是導致農業面源污染產生的動力因素，水土流失和地表徑流是農業面源污染的主要形式[9-10]，而地形地貌則與污染物流失的強弱有關[11]。土壤植被主要是通過改變地表徑流下墊面影響農業面源污染，植被水土保持功能由強到弱分別為林、灌、草。農業面源污染負荷與土地利用方式有一定關聯，通常農地的農業面源污染負荷高于草地和林地[12-14]。在農業科學技術方面，深耕通過加劇水土流失增加了農用化學物質的流失，化學物質施用量、施用方式和施用時間與其利用率顯著相關，且溝灌、淹灌及漫灌等灌溉方式和噴灌方式相比將導致更多的養分流失，不科學的農業種植技術將加劇農業面源污染。綜上可知，基于自然科學的研究歸根到底是在揭示水土流失影響農業面源污染擴散的機理。

基于社會科學的研究主要從農戶微觀主體行為角度分析農戶的生產經營行為對農業面源污染的影響。國內外學者對農業面源污染的研究均表明農戶的生產行為是農業面源污染產生的源頭。總結來說，已有研究可總結為兩點：(1)化學物質投入過度是農業面源污染問題產生的根源，以補貼為手段的農業政策導致污染控制失靈。“三農”問題的核心在于促進農民增收，而以促進農民增產增收為目的、以農資補貼為主要手段的農業政策對環境保護目標產生了負激勵。盡管化肥和農藥等化學物質的投入能夠顯著提升農業生產率，但農業生產過程中的信息不對稱以及外部性使農戶生產活動存在技術效率損失。化學品投入效率的損失不僅阻礙了農業生產率的提高，還加劇了農業面源污染程度[15-16]。這一問題的研究大致可分為兩類，一類是農戶農業化學物質投入認知和行為研究[4][17-18]，另一類是化學物質利用效率研究[15]，主要以減少農業化學物質投入量、提高化學物質利用效率為主要目標探討農業面源污染背后的農戶行為。(2)解析農業面源污染影響因素是破解農戶農業面源污染治理難題的途徑。農戶是農業生產的微觀主體，而農戶較少關注生產中的環境污染問題，農戶的經營行為會在一定程度上導致環境污染。既有研究表明，農戶的經營行為受到內部個人和家庭經營特征以及外部社會經濟環境的影響。其中，農戶的家庭稟賦(如教育、培訓、收入、人口、種植規模等)[19]、化肥價格[15]以及具有環境污染效應的農業生產要素的補貼政策[20]都是影響農業面源污染的重要因素。

2.3農業面源污染防控體系研究

農業面源污染治理機制是相關研究的最終落腳點，如何實現農業發展和環境保護的帕累托最優是相關研究的出發點。發達國家的經驗表明，農業面源污染是涉及技術層面、管理層面和制度層面的復雜問題[5]。基于農業面源污染自然科學和社會科學的成因，有關農業面源污染的防控機制也是從自然科學和社會科學領域展開，其中自然科學的污染防治體系多涉及技術層面，而社會科學的污染治理多涉及管理層面和制度層面。

基于自然科學的防治措施多以農業科學技術和工程措施方面的解決方案為主，立足于自然資源和生態系統的自身平衡。在農業科學技術方面，建立環境友好型農業技術體系，推廣平衡施肥技術，實施免耕、綠肥種植等,深入研究不同區域土壤的持水特性，采用噴灌和微灌兩種先進的節水灌溉技術，加快示范和推廣水肥耦合技術，大力推廣生態循環農業工程技術。另外，借鑒美國BMPs經驗，各種生態工程措施是控制農田徑流污染的主要措施，工程措施主要包括人工濕地、植被緩沖區、生態渠、前置庫等農業工程技術[21-22]。

以引導和規范農戶環境保護認知及行為為目的的相關制度和管理措施是社會科學領域解決源頭污染的著力點。發達國家解決農業發展和生態環境問題的經驗表明，稅費、補貼、教育和獎勵等形式能提高農戶的環保意識，促使農戶采用環境友好型生產方式。然而基于農戶稅收、補貼的規制性政策并不適用于以分散小農經濟為主的中國，污染控制政策不應增加農民負擔[23]，如何尋求一條低成本的非資金依賴型污染防控途徑至關重要。項誠(2012)認為技術培訓可有效地引導農民合理施肥[19]。合同生產模式通過測土配方技術指導、產品質量檢測和“市場參考價+質量獎勵價”定價制度，能夠有效激勵農戶提高有機肥的投入比重[16]。因此，從政府層面應以推動生態農業生產模式、實施產業稅收制度和有機農資補貼、完善農產品認證制度、引導生態農產品的市場偏好為主要手段的污染治理政策體系，從農戶層面主要以加強技術指導和環境友好型技術教育為提高農戶環保認知、規范農戶環保行為的主要手段。

3　氣候影響農業面源污染的理論分析

基于農業面源污染產生的自然科學成因，理清農業面源污染的氣候分布對于利用農業工程技術防治農業面源污染有重要意義。梳理已有文獻可知，氣候是影響農業面源污染的外部動力因素，由降雨產生的地面徑流是造成農業面源污染的主要驅動力[10]。此外，溫度、日照及降水等氣候環境主要通過改變土壤條件影響農業面源污染負荷。方云祥(2011)認為氣候變化環境下降水量時空分布的變化引起地下水流場變化，導致污染物入滲加快，加劇了地下水污染[24]。周石池(2011)的研究表明不同生物氣候區的土壤徑流系數呈現差異[25]。因此，把握不同區域的氣候分布，對利用農業工程技術防治污染有現實意義。

圖1　氣候影響農業面源污染的路徑

農業面源污染是人類不合理的經濟活動和脆弱的生態環境相互作用的結果，農戶的生產行為是農業面源污染的源頭，而氣候被認為是影響農戶不合理生產行為的外生性因素之一。IPCC(2007)報告指出，溫室氣體增加引發全球變暖的趨勢，會給農業帶來重大影響。

氣候對農業生產的影響已成為近年研究關注的焦點，已有研究通過將氣候因子如日照、溫度及降水等變量引入模型，探討氣候變化所引起的經濟行為。Mendelsohn et al.(1994)運用美國跨部門數據將社會經濟影響同氣候變化聯系起來，得出美國氣候變化對農業有正向影響的結論[26]。Gbetibouo and Hassan(2005)的結論表明，溫度對農戶收益有正向影響，而降水量對農戶收益有負向影響[27]。周曙冬(2010)運用省級面板數據得出結論，降水和溫度對不同地區的影響程度和方向均有不同[28]。劉天軍(2012)利用果農的微觀面板數據表明，溫度升高和降雨量減少均對蘋果生長產生正向影響[29]。在對氣候與農業效率關系的研究上，Hausenbuiller(1985)認為林業生產效率的高低取決于自然因素中光、熱、水、土壤營養等因素，賈馳(2011)的研究表明，溫度對大豆、粳稻、玉米三種作物的種植效率有顯著正向影響，而降水量和日照的影響則不顯著[30]。總的來說，氣候因子這類非制度因素制約了生產要素配置效率的提升。農業對氣候的變化比較敏感，氣候變化不僅影響影響農戶的產出，并且顯著農作物的生長過程。農戶作為經濟理性人，為有效應對氣候變化對農業生產的影響，會通過改變生產投入以維持產出最大化。冬季變暖增加了病蟲害的發生率，降水增加會影響作物的質量，而農戶為保持產出最大化，往往通過增加化肥、農藥投入量以減少氣候變化對自身造成的損失。

綜上可知，氣候對農業面源污染的影響廣泛涉及宏觀和微觀層面，一方面，氣候變化導致土壤條件改變而產生的地表徑流和地下滲漏等物理成因對污染范圍和負荷有最直接的影響，另一方面，極端氣候頻發加大了農戶生產風險，在一定程度上導致農業生產無序，投入效率低下進一步加劇農業面源污染。探討氣候與農業面源污染之間的關系在于尋求農業發展與環境保護的帕累托最優，在于通過認識氣候變化的客觀規律，完善基于氣候適應性的污染防控體系。

4　結論

通過梳理已有研究文獻可知，相關農業面源污染問題從污染的現狀、成因到防治措施都已有比較系統的論述。本研究在已有研究的基礎上，提出了氣候影響農業面源污染的直接和間接路徑，這對于通過把握氣候變化的客觀規律，完善基于氣候適應性的污染防控體系有重要意義。

隨著農業面源污染問題的理論研究逐漸成熟，相關污染防治措施也已陸續開展，針對技術推廣機構和農戶的測土配方施肥、土壤有機質提升、病蟲害綠色防控補貼項目已陸續進入示范和推廣階段，同時，恢復化肥增值稅的措施無疑是控制污染問題的手段之一。2015年，農業部全面部署農業面源污染防治攻堅戰，從宏觀層面提出治理農業面源污染的總體要求和具體思路，但具體到實施階段，把握不同生態區的氣候變化規律，對于提高治理措施有效性有重要意義。

因此，基于已有理論分析和實踐，有關農業面源污染問題的實踐可進一步深入：

4.1利用地理信息技術GIS的空間分析方法，可揭示研究區氣候資源的時空分異特征，掌握氣候與污染交互作用規律，為目標區域因地制宜采取治理措施提供現實解決路徑。結合社會經濟學、氣象學及農業科學因地制宜治理農業面源污染及評估治理效果將成為研究趨勢，運用社會科學分析方法對不同區域微觀農戶行為進行分析也具有現實意義。

4.2氣候對農戶化學物質投入效率的影響有待進一步驗證。氣候對農業生產的影響已得到學者較多關注，因此，探討氣候對農戶化學物質投入效率的影響有可行性和必要性。農戶為應對氣候變化所做出的生產調整對農業污染究竟是促進作用還是消極作用，都可在實證分析中進一步驗證。

[1]張暉,胡浩. 農業面源污染的環境庫茲涅茨曲線驗證——基于江蘇省時序數據的分析[J]. 中國農村經濟,2009(04):48-53+71.

[2]張鋒,胡浩,張暉. 江蘇省農業面源污染與經濟增長關系的實證[J]. 中國人口.資源與環境,2010(08):80-85.

[3]李海鵬,張俊飚. 中國農業面源污染與經濟發展關系的實證研究[J]. 長江流域資源與環境,2009(06):585-590.

[4]李傳桐,張廣現. 農業面源污染背后的農戶行為——基于山東省昌樂縣調查數據的面板分析[J]. 地域研究與開發,2013(01):143-146+164.

[5]周早弘,張敏新. 農業面源污染博弈分析及其控制對策研究[J]. 科技與經濟,2009(01):53-55.

[6]葛繼紅,周曙東. 農業面源污染的經濟影響因素分析——基于1978～2009年的江蘇省數據[J]. 中國農村經濟,2011(05):72-81.

[7]古南正皓,李世平. 農業碳排放庫茲涅茨曲線實證研究[J]. 統計與決策,2015(10):95-98.

[8]葉延瓊,章家恩,李逸勉等. 基于GIS的廣東省農業面源污染的時空分異研究[J]. 農業環境科學學報,2013(02):369-377.

[9]Kitbamroong K,Sompongchaiyakul P,Padmanabhan G. Improving Non-Point Source Pollution Model Input Parameters Using Substance Flux Analysis[J]. Journal of Applied Sciences,2009,9(14):2519.

[10]金書秦,武巖. 農業面源是水體污染的首要原因嗎?——基于淮河流域數據的檢驗[J]. 中國農村經濟,2014(09):71-81.

[11]Xu HuaShan,Xu ZongXue,Liu Pin. Estimation of nonpoint source pollutant loads and optimization of the best management practices (BMps) in the Zhangweinan River basin[J]. Huan jing ke xue,2013,34(3).

[12]宋澤芬,王克勤,楊云華,李天興. 澄江尖山河小流域不同土地利用類型面源污染輸出特征[J]. 水土保持學報,2008(02):98-101+158.

[13]Zhang W S, Wang X Y, Li X X, et al. Diffuse export of nutrients under different land uses in the irrigation area of lower Beiyunhe River (China)[J]. Procedia Environmental Sciences,2012(13):1363-1372.

[14]Zhang Ping, Liu Yunhui, Pan Ying, et al. Land use pattern optimization based on CLUE-S and SWAT models for agricultural non-point source pollution control[J]. Mathematical and Computer Modelling,2013,58(3-4):588-595.

[15]楊增旭,韓洪云.化肥施用技術效率及影響因素——基于小麥和玉米的實證分析[J].中國農業大學學報,2011,16(1):140-147.

[16]蔡榮. 合同生產模式與農戶肥料施用結構——基于山東省蘋果種植農戶調查數據的實證分析[J]. 農業技術經濟,2011(03):41-51.

[17]唐學玉,張海鵬,李世平. 農業面源污染防控的經濟價值——基于安全農產品生產戶視角的支付意愿分析[J]. 中國農村經濟,2012(03):53-67.

[18]梁增芳,肖新成,倪九派. 農業面源污染認知與調控意愿關系的實證分析——以三峽庫區南沱鎮為例[J]. 西南大學學報(自然科學版),2015(03):125-131.

[19]項誠,賈相平,黃季焜等. 農業技術培訓對農戶氮肥施用行為的影響——基于山東省壽光市玉米生產的實證研究[J]. 農業技術經濟,2012(09):4-10.

[20]王昕,陸遷.農戶生態行為影響因素的實證分析[J].華中農業大學學報：社會科學版,2011(3):43-46.

[21]Guo Qinghai,Ma Keming,Zhao Jingzhu,Yang Liu,Yin Chengqing. A landscape ecological approach for urban non-point source pollution control[J]. Yingyong Shengtai Xuebao,2005,16(5).

[22]吳永波. 河岸植被緩沖帶減緩農業面源污染研究進展[J]. 南京林業大學學報(自然科學版),2015(03):143-148.

[23]金書秦,魏珣,王軍霞. 發達國家控制農業面源污染經驗借鑒[J]. 環境保護,2009(20):74-75.

[24]方云祥. 氣候變化對淮北面源污染的影響及綜合調控[J]. 科技創新導報,2011(32):132-133+135.

[25]周石池,宋玉梅,王瑞,唐文浩. 海南島農田面源污染在生物氣候區分布上的特征研究[J]. 農業環境科學學報,2011(08):1660-1668.

[26]Mendelsohn R，Nordhaus W，Shaw D．The Impact of Global Warming on Agriculture：A RicardianAnalysis[J]．American Economic Review，1994，84(4)：753-771．

[27]Gbetibouo G A，Hassan R M．Measuring the Economic Impact of Climate Change on Major South African FieldCrops：A RicardianApproach[J]. Global and Planetary Change，2005，47(2)：143-152．

[28]周曙東，朱紅根．氣候變化對中國南方水稻產量的經濟影響及其適應策略[J]．中國人口資源與環境，2010，20(10)：152-157.

[29]劉天軍，潘明遠，朱玉春，等．蘋果優勢區生產技術效率變化特征及收斂性-來自黃土高原地區5省573戶果農的數據[J]．山西財經大學學報，2012，34(4)：58-66．

[30]賈馳．國際化進程中我國農作物種植效率研究[J]．經濟理論與經濟管理，2011 (9)：94-101.

A Review of Agricultural Non-point Source Pollution in the Context of Climate

Li BoLi QingChen Hongmei

(College of Economics and Management, Tarim University， Alar, Xinjiang 843300)

Agricultural non-point source pollution is the result of the interaction between human unreasonable economic activity and the fragile ecological environment. By combing the literature, this paper reviews three aspects of the related research from the status, causes and prevention system. Further the direct and indirect paths that climate impact agriculture nonpoint source pollution is revealed. Climate produces agricultural nonpoint source pollution through surface runoff and groundwater seepage way. The farmer's unscientific behavior caused by climate change exacerbates the agricultural pollution. Therefore, grasp the objective laws of climate is important to improve pollution control system which based on climate adaptation.

climate change; the efficiency of chemical inputs; agricultural non-point source pollution

2015-06-18

新疆生產建設兵團社會科學基金資助項目(14QN15)；塔里木大學社會科學基金資助項目(TDSKSS1406)。

李博(1989-)，女，講師，碩士，研究方向為資源經濟與環境管理。E-mail：libo8798@126.com

1009-0568(2016)01-0062-06

F327

ADOI：10.3969/j.issn.1009-0568.2016.01.011