糧食產銷平衡區耕地非糧化負外部效益空間分布特征

宋 戈, 白小艷, 高 佳

(1.東北大學 文法學院 土地管理研究所, 沈陽 110169; 2.中國東北振興研究院, 沈陽 110169)

耕地非糧化負外部效益屬于農業生產領域或環節的負外部效益，是耕地非糧化行為主體在利用耕地資源的非糧食種植用途過程中對其他主體造成的負外部性影響，但并不為此支付足夠補償這種危害的成本[1-2]。耕地過度非糧化既影響國家糧食安全，又影響區域生態環境保護，其負外部效益凸顯[3-4]。近年來，耕地保護備受關注，它直接涉及到國家的糧食安全和經濟社會的可持續發展[5]。但是受利益驅動，中國耕地非糧化規模有逐年擴大的趨勢、非糧化的速度不斷加快[6]，1978—2014年全國糧食作物播種面積總體減少786.4萬hm2，非糧化比例由19.7%上升至31.9%。糧食產銷平衡區糧食凈缺口日益增加，生態環境不斷惡化。因過度非糧化引起的一系列社會和生態等問題引起了政府的擔憂。科學測算耕地非糧化負外部效益以及分析區域差異，對于保障區域糧食安全和合理配置農業土地利用結構有重要的指導意義。

目前，關于耕地非糧化負外部效益的研究多集中在國內，相關研究表明耕地非糧化導致種糧面積減少[7-8]，并且耕地非糧化后的用途差異明顯，對土壤層造成不同程度的破壞，影響糧食產量和質量[9-10]。非糧化后化肥農藥等施用量明顯增加，造成一定程度的水污染、大氣污染[11-12]。由此可見，耕地非糧化負外部效益涉及區域糧食安全和生態環境保護兩個重要問題，但是相關研究只是停留在簡單的定性分析層面上，缺乏系統分析和定量測算，很難明確反映負外部效益高低。從研究尺度來看，相關研究多集中在宏觀層面，而從中微觀尺度測算耕地非糧化負外部效益及其分析空間分布差異的研究尚少見。國內外關于負外部效益評估的方法主要有機會成本法、條件價值評估法、參數比照法、分解求和法、意愿評估法[13-15]等，但尚未達成共識。耕地非糧化負外部效益測算是一個復雜的過程，分解求和法可以根據非糧化的用途把負外部效益分解，再進行綜合計算，可以簡化計算過程且計算結果具有一定的科學性。

鑒于此，本文以糧食產銷平衡區甘肅省的14個地級市(含2個自治州)為研究區，將耕地非糧化負外部效益分為糧食安全負外部效益和生態環境負外部效益兩部分，運用生產率變動法，測算研究區2014年，不同城市的耕地非糧化糧食安全負外部效益，運用恢復費用法和治理成本法，測算耕地非糧化生態環境負外部效益，運用分解求和法綜合測算耕地非糧化負外部效益，在此基礎上，分析研究區耕地非糧化負外部效益的空間集聚特征、空間分異趨勢，以期為耕地非糧化負外部性問題內部化提供科學的依據。

1 研究區域與數據來源

1.1 研究區域

甘肅省位于中國西北部，橫跨三大自然過渡帶，區內自然條件差異明顯，資源分布極不平衡。全省轄12個地級市、2個自治州。2014年末，全省土地總面積4 258.89萬hm2，其中耕地面積537.88萬hm2，農作物播種面積419.75萬hm2，糧食播種面積284.25萬hm2。較1986年相比，甘肅省“糧作比”由79%下降到67%，耕地非糧化現象明顯。“河西地區”是甘肅省最大的糧食生產基地，但是由于農業結構的調整，對全省糧食貢獻率正在逐年下降；中部和隴東南糧食產量低，需求缺口持續擴大[16]。如何保障區內糧食自給和生態環境安全一直是甘肅省面臨的重大問題。

1.2 數據來源

本文數據來源于甘肅省各地級市國民經濟和社會發展統計公報(2014)、《中國鄉鎮企業及農產品加工業年鑒(2015)》、《甘肅省統計年鑒(2015)》、《甘肅農村年鑒(2015)》、《政府工作報告》、2015年甘肅省14個地級市統計年鑒等原始數據通過計算整理得到。

2 研究區耕地非糧化負外部效益分析及測算

2.1 研究區耕地非糧化負外部效益的表現形式

本文確定的耕地非糧化負外部效益是由多種負外部效益構成的，為了盡量包括所有可能出現的效益并防止效益之間相互包含，把耕地非糧化負外部效益歸納為對糧食安全的負外部效益和對生態環境的負外部效益兩大項[17]。

耕地非糧化行為包括從事養殖業、觀光旅游業，種植經濟作物、樹木等，這些行為會直接導致種糧面積減少，以及造成土壤污染，使得糧食減產、質量降低，本文定義為糧食安全負外部效益；種植經濟作為農藥、化肥、農膜施用量會明顯增加，養殖業的動物糞便、尿液排放處理不當，會導致水資源污染、大氣污染、土壤污染，本文定義為生態環境負外部效益。

2.2 研究區耕地非糧化負外部效益測算

耕地非糧化負外部效益包括對糧食安全的負外部效益和對生態環境的負外部效益兩部分，運用分解求和法綜合計算耕地非糧化負外部效益，公式如下：

V=V1+V2

(1)

式中：V表示耕地非糧化負外部效益(萬元)；V1表示耕地非糧化糧食安全負外部效益(萬元)；V2表示耕地非糧化生態環境負外部效益(萬元)。

2.2.1 耕地非糧化糧食安全負外部效益測算 耕地非糧化糧食安全負外部效益包括種糧面積減少造成的糧食數量減少和由于土壤污染造成的糧食產量、質量降低這兩部分的損失，運用生產率變動法測算。公式如下：

V1=(φ+σ)ωMCP+SP

(2)

式中：ω為土壤污染造成的作物減產率，根據國家耕地質量的分級，在15等別中，中等以下各等別的平均單產為15等別平均單產的53%左右，在此假定受污染的耕地為中等以下的平均等別，因此，將φ值確定為0.53；σ為受污染的糧食作物的市場價格降低率(%)，污染超標的作物經濟損失按低于市場價10%計算[18]。ω為耕地非糧化對土壤污染的影響率；M為糧食播種污染面積(hm2)；C為2014年糧食作物平均單產(kg/hm2)；P為當年糧食作物的平均市場價格，為2.53元/kg(參照2014年糧食市場價格)；S為耕地非糧化總面積(hm2)。

2.2.2 耕地非糧化對土壤污染的影響率測算 本文分別選取化肥施用量、農藥施用量、農膜施用量、養殖業污水排放量、養殖業廢氣排放量、養殖業固體廢棄物排放量作為非糧化耕地和其他農用地對土壤污染影響因子；工業對土壤污染的影響因子為工業廢水排放量、工業廢氣排放量、工業廢渣排放量；生活廢水排放量、生活垃圾、生活垃圾處理率作為日常生活對土壤污染的影響因子[19-20]；采用極差標準化法對各指標進行無量綱處理，運用層次分析法和熵值法確定權重(表1)。

表1 2014年研究區耕地非糧化對土壤污染的影響率

2.2.3 耕地非糧化生態環境負外部效益測算 耕地非糧化對生態環境的負外部效益包括三個方面：土壤污染、水資源污染、空氣污染，分別運用恢復費用法和治理成本法測算，公式如下：

V2=S1+S2+S3

(3)

式中：S1為土壤污染恢復成本(萬元)；S2為水資源污染的治理成本(萬元)；S3為空氣污染治理成本(萬元)。

S1=ωPth

(4)

式中：ω為耕地非糧化對土壤污染的影響率；h為受污染需要治理的耕地面積(hm2)；Pt為單位面積土地治理費用，根據國內相關研究成果[21]，單位面積土地污染治理費用為1.5萬元/hm2。

S2=∑wiPi

(5)

式中：wi為第i種污染物排放量(t)；Pi為第i種污染物處理成本(元/t)，參考國內的相關研究成果，在廢棄物出水濃度達到《禽獸養殖業污染物排放標準》(GB18596—2001)規定時，養殖廢水的COD，BOD，NH3-N的參考單位處理成本分別為1 875.6元/t，385元/t和468.9元/t[22]。

S3=∑miqi

(6)

式中：mi為耕地非糧化造成的空氣中第i種污染物的含量(t)；qi為空氣中第i種污染物的治理成本(元/t)，參考相關研究成果，CO2，SO2和懸浮顆粒物的治理成本分別為4.965元/t，1 101.742元/t，6 178.69元/t[23]。

2.3 耕地非糧化負外部效益測算結果與分析

根據公式(1—6)測算得到研究區耕地非糧化的負外部效益(表2)，研究區2014年耕地非糧化負外部效益總值為271.41億元，耕地非糧化糧食安全負外部效益值為209億元，生態環境負外部效益值為62.41億元，耕地非糧化糧食安全負外部效益值為其生態環境負外部效益值的3.35倍。糧食產銷平衡區面臨著保障區域糧食基本自給和保護生態環境及經濟發展的多重問題，研究區巨大的耕地非糧化糧食安全負外部效益值以及生態環境負外部效益勢必會增大區域建設發展和糧食生產用地的矛盾。研究區耕地非糧化負外部效益區域差異較大，其中武威市、張掖市、酒泉市的耕地非糧化負外部效益值較大，分別占研究區耕地非糧化負外部效益總值的11.02%，14.05%，20.88%，嘉峪關市和金昌市的耕地非糧化負外部效益值較小，分別占研究區耕地非糧化負外部效益總值的0.38%，3.1%。

表2 研究區耕地非糧化負外部效益值 萬元

2.3.1 耕地非糧化糧食安全負外部效益測算結果與分析 研究區土地污染程度整體較小，種糧面積減小造成的損失占糧食安全負外部效益比例高，為84.75%。研究區土地資源稟賦以及自然條件在空間上差異較大，各地耕地非糧化類型和程度不盡相同，非糧化糧食安全負外部效益區域差異明顯。嘉峪關市耕地非糧化糧食安全負外部效益最小，為0.75億元，占全省總值的0.32%；酒泉市耕地非糧化糧食安全負外部效益最大，為45.24億元，占全省總值的7.86%。通過測算各地單位面積耕地非糧化負外部效益(表3)，張掖市、金昌市、武威市、酒泉市、嘉峪關市的單位面積耕地非糧化糧食安全負外部效益較大，這5個城市耕地非糧化率高，且均屬于河西走廊灌溉農業區，水資源及光照等自然條件較好，是研究區重要的糧食生產基地，糧食單產高，耕地非糧化糧食安全負外部問題對各市乃至整個研究區的糧食安全都構成嚴重威脅。甘南州、平涼市、白銀市的單位面積耕地非糧化糧食安全負外部效益較小，甘南州耕地非糧化率較高，但是當地的糧食單產低，導致糧食安全負外部效益?。黄經鍪泻桶足y市耕地非糧化率低，糧食產量不高，所以單位面積耕地非糧化糧食安全負外部效益也比較小。

2.3.2 耕地非糧化生態環境負外部效益測算結果與分析 研究區耕地非糧化對大氣、水、土壤的污染程度存在較大差異，大氣污染對耕地非糧化生態環境負外部效益貢獻最大占53.64%，其次土壤污染占20.10%、水資源污染占16.26%。嘉峪關市耕地非糧化生態環境負外部效益最小，為0.28億元，占全省生態環境負外部效益總值的0.41%，但是單位面積耕地非糧化生態環境負外部效益位居第二，嘉峪關市農業屬于城郊型農業，以種植蔬菜為主，農藥、化肥、農膜施用量大，造成嚴重的水資源污染。酒泉市耕地非糧化生態環境負外部效益為11.43億元，占全省的16.58%，單位面積耕地非糧化生態安全負外部效益位居第四。酒泉市是研究區面積最大的城市，地處河西走廊最北邊，降水少、蒸發量大，光照充足，耕地非糧化以瓜果為主，農膜施用量明顯高于其他地區，水污染、土壤污染嚴重。甘南州、臨夏州單位面積耕地非糧化生態環境負外部效益位居第一和第三，這兩個州位于研究區的西部高原地區，畜牧業比較發達，但是經濟條件落后，環境保護意識淡薄，環境保護科技落后，污水、垃圾等處理率低，而且小規模養殖較多，缺少廢棄物處理設備，對生態環境影響明顯。

3 耕地非糧化負外部效益空間差異分析

由于研究區各地耕地非糧化程度不同，其耕地非糧化負外部效益大小各異。為分析在耕地非糧化過程中，研究區耕地非糧化負外部效益大小與區域空間位置的關系，有必要對研究區耕地非糧化負外部效益區域空間分布特征進行分析。

3.1 耕地非糧化負外部效益空間集聚特征

運用GeoDa軟件，采用基于鄰接的Polygon Contiguty規則對研究區單位面積耕地非糧化負外部效益的全局自相關系數MoransI進行測算。全局MoransI值為0.6295，為正值且通過了1%的顯著性檢驗，表明研究區各個城市的單位面積耕地非糧化負外部效益在空間分布上存在著顯著的空間全局自相關，單位面積負外部效益值比較接近的城市在空間上呈現集中分布態勢，具有明顯的高值區和低值區。根據散點圖(圖1)統計，位于第一象限的有7個城市，位于第三象限的4個城市，兩者共占78.57%，這說明研究區單位面積耕地非糧化負外部效益兩極化嚴重，而且單位面積耕地非糧化負外部效益高值區域占50%。

圖1 單位面積耕地非糧化負外部效益散點圖

為了精確分析研究區市域單位面積耕地非糧化負外部效益值在相鄰空間上的空間自相關性，利用GeoDa軟件對2014年研究區單位面積耕地非糧化負外部效益求lisa值，并在z檢驗的基礎上(p≤0.05)繪制lisa聚集圖(圖2)，來探測單元屬性和其周邊單元屬性正相關或負相關程度。從圖中可以看出，單位面積耕地非糧化負外部效益值較高區域集中于酒泉市、嘉峪關市，單位面積耕地非糧化負外部效益值較低區域集中在蘭州市、定西市。嘉峪關市耕地面積小，農民為了發展經濟，形成了以棉花、蔬菜、中藥材等經濟作物為主的特色農產品生產基地，耕地非糧化率高達70%，耕地非糧化糧食安全負外部效益值高。酒泉市耕地非糧化類型與嘉峪關市類似，化肥、農藥施用量高，非糧化對土地污染的貢獻率達50%，耕地非糧化糧食安全和生態安全負外部效益值都高。嘉峪關市和酒泉市耕地非糧化類型以及程度相似，耕地非糧化負外部效益值表現為集聚趨勢。以蘭州市為中心的區域，耕地非糧化負外部效益屬于低值區，耕地非糧化率雖然高，但是這些城市對生態環境的重視度高，其對廢棄物等的處理技術好，耕地非糧化導致的負外部效益低于其他城市。

表3 研究區單位面積耕地非糧化負外部效益值 萬元/hm2

3.2 耕地非糧化負外部效益空間分異趨勢

為了進一步分析研究區耕地非糧化負外部效益空間分布情況，利用ArcGIS 9.2分別對耕地非糧化總負外部效益、耕地非糧化糧食安全負外部效益、耕地非糧化生態環境負外部效益、單位面積耕地非糧化負外部效益進行趨勢分析(圖3)，趨勢圖3中的豎棒代表了研究區各個城市的耕地非糧化負外部效益值的大小和其位置，通過投影得到一條最佳擬合線，它模擬了研究區耕地非糧化負外部效益在東西和南北方向上存在的趨勢。

從圖中(圖3A—C)可以看出研究區耕地非糧化負外部效益、耕地非糧化糧食安全負外部效益和單位面積耕地非糧化負外部效益的空間分異基本趨勢呈現一致性，西高東低，北高南低。因為西部地區的耕地非糧化以養殖業為主，養殖業造成的生態環境問題嚴重；東部地區屬于黃土高原溝壑區，農業基礎設施差，非糧化率明顯低于西部，非糧化負外部效益不明顯。北部地區是河西走廊地區，以灌溉農業為主并且光照充足，適合多種經濟作物生長，導致耕地非糧化負外部效益偏高。研究區自然條件差異較大，是導致耕地非糧化負外部效益呈現一定的分異特征的主要原因。研究區耕地非糧化生態環境負外部效益值空間分異趨勢稍有不同(圖3D)，中部地區是以蘭州市為中心，生態環境保護較好，因此，其耕地非糧化的生態環境負外部效益明顯低一些。

圖2 單位面積耕地非糧化負外部效益Lisa集聚圖

圖3 耕地非糧化負外部效益趨勢

4 結論與討論

4.1 結 論

(1) 2014年研究區耕地非糧化負外部效益巨大，為271.41億元，其中耕地非糧化糧食安全負外部效益占79.25%，耕地非糧化生態環境負外部效益占20.75%。耕地非糧化負外部效益構成中，耕地污染對糧食安全負外部效益的貢獻較小占15.25%，種糧面積減少貢獻較大占84.75%。大氣污染對耕地非糧化生態環境負外部效益影響率最大占53.64%，其次為土壤污染占20.10%、水資源污染占16.26%。

(2) 研究區各城市耕地非糧化負外部效益差異明顯。酒泉市耕地非糧化負外部效益最大，為56.68億元，嘉峪關市最低為1.04億元，兩者相差56倍；糧食安全負外部效益最高為酒泉市45.25億元，最低為嘉峪關市0.75億元，相差60倍；生態環境負外部效益最高為酒泉市11.44億元，最低為嘉峪關市0.28億元，相差40倍。研究區市域耕地非糧化糧食安全負外部效益均高于生態環境負外部效益。

(3) 從耕地非糧化負外部效益空間分布特征來看，研究區單位面積耕地非糧化負外部效益存在著顯著的空間全局自相關性，并且相鄰市域的負外部效益存在正相關性。研究區耕地非糧化糧食安全負外部效益和生態環境負外部效益的空間分異趨勢上具有一致性，基本呈現由西部河西走廊沖積平原向南部山地降低，由東部丘陵山地向西部黃土高原降低的分布規律。

4.2 討 論

(1) 本文對以往關于耕地非糧化負外部效益定性研究進行了更加深入系統的分析，將耕地非糧化負外部效益定性分為糧食安全負外部效益和生態安全負外部效益，并運用外部性測算方法，定量測算了耕地非糧化負外部效益，是耕地非糧化負外部效益研究的新探索。

(2) 研究中發現，研究區耕地非糧化負外部效益高的城市集中分布在農業生產條件較好的糧食生產基地酒泉市、張掖市，這對研究區未來糧食安全存在很大的威脅，因此，需要在保證區域糧食安全的基礎上，進行合理的農業結構調整，以發展生態糧食帶動區域經濟發展。

(3) 耕地非糧化負外部效益以及空間分布特征，受多種因素的影響。利用長時序數據測算耕地非糧化負外部效益，深入綜合分析包括政策調整等因素對其時空分布特征的動態影響，為區域制定農業結構政策提供更加全面的依據，仍是下一步研究的重點和方向。

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