種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對化肥施用量的影響

劉 靜，連煜陽

（1.中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)經(jīng)濟與發(fā)展研究所，北京100081；2.國家統(tǒng)計局北京調(diào)查總隊，北京100054）

中國（本文統(tǒng)計未包含香港特別行政區(qū)、澳門特別行政區(qū)、臺灣省，下同）農(nóng)用化肥施用折純總量從1978 年的8.84×106t 持續(xù)增長到2015 年的6.02×107t，年均增長率達到4.87%。2016年，化肥施用量首次呈現(xiàn)負增長趨勢，總量為5.98×107t，然而，2016 年單位耕地面積的化肥施用折純量仍然高達443.53 kg·hm-2，單位播種面積化肥施用折純量為323 kg·hm-2，極大超過了發(fā)達國家為防止化肥對環(huán)境造成危害所設(shè)置的225 kg·hm-2的安全上限[1]。已有研究表明，全國多個地區(qū)、多種主要農(nóng)作物的化肥施用量已經(jīng)超過了經(jīng)濟意義上的最優(yōu)施用量[2-7]，其過量施肥程度達到50%[8]。長期過量施用化肥導致土壤酸化、板結(jié)、結(jié)構(gòu)破壞、微生物的數(shù)量和活性降低、水體富營養(yǎng)化、水生生態(tài)系統(tǒng)失衡、農(nóng)業(yè)面源污染日益嚴峻，深入分析研究化肥大量施用的原因，有效促進化肥減量施用已然成為一項亟待解決的現(xiàn)實問題。不論是技術(shù)方面還是經(jīng)濟方面，大量研究均表明，農(nóng)作物化肥利用效率低是化肥大量施用的主要原因[9-17]。部分學者利用Tobit 模型、Probit 模型、Logit 模型、Heckman 模型和一般線性模型等計量方法從微觀層面分析農(nóng)戶施肥行為[18-33]，結(jié)果表明，生產(chǎn)廠家和銷售商為追求經(jīng)濟利益，農(nóng)資市場混亂、化肥銷售店指導能力弱、市場監(jiān)管不力、農(nóng)戶受教育水平低、農(nóng)戶信息不完全、風險規(guī)避程度高等造成農(nóng)戶過量施肥。僅有個別研究關(guān)注了種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整特別是蔬菜、水果面積增加對化肥大量施用的影響[34-38]。目前對于化肥過量施用研究多涉及三大糧食作物的化肥施用情況，較少涉及蔬菜、水果等經(jīng)濟作物，實踐中由于種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，蔬菜水果種植面積增加較快，同糧食作物相比，經(jīng)濟作物的單位面積平均施肥量更大、施肥次數(shù)更多，對化肥用量增加貢獻更大。本研究將在前人研究基礎(chǔ)上，利用26 個省1994—2016 年的面板數(shù)據(jù)，采用描述性統(tǒng)計分析和計量經(jīng)濟模型，詳細對比分析宏觀的種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整政策對化肥施用量的影響，科學地回答種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整特別是蔬菜、水果面積增加同化肥大量施用之間的關(guān)系。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 主要農(nóng)作物化肥用量

如表1 所示，糧食作物、油料作物化肥用量較低，不超過420 kg·hm-2，蔬菜、棉花、烤煙等作物化肥用量較高，為450～600 kg·hm-2，而柑、蘋果、甘蔗等作物化肥用量最大，均超過825 kg·hm-2，其中柑的化肥用量最高，達到1 059.6 kg·hm-2，是化肥用量最低的大豆（128.1 kg·hm-2）的8.3倍。

表1 2016年主要農(nóng)作物化肥施用情況（kg·hm-2）Table 1 Application of fertilizer in major crops in 2016（kg·hm-2）

1.2 種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整現(xiàn)狀

圖1 1978—2016年中國種植業(yè)結(jié)構(gòu)變化Figure 1 Changes in planting structure in China from 1978 to 2016

從主要農(nóng)作物播種面積來看，同糧、棉、油、糖等大宗農(nóng)產(chǎn)品相比，蔬菜水果類，包括露天蔬菜、設(shè)施蔬菜以及各類水果生產(chǎn)發(fā)展迅猛。1978 年以來，糧食作物播種面積占農(nóng)作物總面積比例由78.69%下降到65.27%，下降了13.42 個百分點，同期，蔬菜、瓜果面積占比分別由1978年的2.17%和1.35%，上升到2016年的10.70%和7.13%，上升了8.53 個和5.78 個百分點。2016年水果產(chǎn)量2.84×108t，相比2000年的6.23×107t，增加了2.21×108t，16 年間增長了4.55 倍；2016年蔬菜產(chǎn)量7.98×108t，相比2000 年的4.45×108t，增加了3.53×108t，16年間增幅為79.4%。

1.3 種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與化肥施用量變化

由于數(shù)據(jù)可獲得性，本研究利用《中國統(tǒng)計年鑒》數(shù)據(jù)，分別計算了1979—2016 年化肥用量、蔬菜面積、水果面積環(huán)比增長率，具體見圖2。圖2的結(jié)果進一步形象地說明了蔬菜、水果面積增加同化肥用量之間的關(guān)系，自1989 年以來，化肥增長率波動曲線同蔬菜面積、水果面積增長率波動曲線波峰波谷非常一致，當蔬菜和水果增長率增加時，化肥用量增長率也會增加。相比而言，蔬菜增長率曲線波動幅度較大，由于水果基本為多年生作物，其增長率波動明顯低于蔬菜。

圖2 1979—2016年中國農(nóng)用化肥施用折純量、糧食、蔬菜和瓜果播種面積環(huán)比增長率Figure 2 The ratio growth rate of the Chinese pure chemical fertilizer application，grain，vegetables and melon harvested area from 1979 to 2016

初步的統(tǒng)計分析結(jié)果表明，種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整特別是蔬菜、水果面積增加是我國化肥用量大幅增長的主要因素，然而已有種植業(yè)結(jié)構(gòu)同化肥用量研究多為描述性統(tǒng)計或利用橫截面數(shù)據(jù)進行定量分析，本研究將利用1994—2016 年26 個省級的面板數(shù)據(jù)，采用計量經(jīng)濟模型，定量測算蔬菜、水果面積增加同化肥用量之間的關(guān)系。

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

基于數(shù)據(jù)可得性和統(tǒng)計口徑一致性，本文選取除北京市、天津市、上海市、重慶市、西藏自治區(qū)、香港特別行政區(qū)、澳門特別行政區(qū)及臺灣省之外，其他26 個省份1994—2016 年的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)來源于歷年《中國統(tǒng)計年鑒》《省級統(tǒng)計年鑒》《中國農(nóng)業(yè)統(tǒng)計資料》及國家統(tǒng)計局官網(wǎng)。需要說明的是，對于個別缺失數(shù)據(jù)，為保證數(shù)據(jù)的完整性，利用已有數(shù)據(jù)計算出該指標的年均增長率，推算出缺失年份該數(shù)值。

2.2 變量選取

本研究將各省區(qū)農(nóng)用化肥施用折純總量和單位面積化肥施用折純量作為被解釋變量，根據(jù)已有研究和觀察，將各省地區(qū)生產(chǎn)總值、化肥生產(chǎn)價格指數(shù)、農(nóng)作物總面積、糧食作物播種面積、棉花播種面積、油料播種面積、麻類播種面積、糖料播種面積、煙葉播種面積、蔬菜播種面積、藥材播種面積、瓜果面積、茶園面積、其他農(nóng)作物播種面積作為影響農(nóng)用化肥施用的解釋變量。其中，蔬菜、果園、茶園等面積都是本研究重點關(guān)注的農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)因素。

為剔除價格因素的影響，所采用的各省地區(qū)生產(chǎn)總值以1994年為基期，利用CPI對樣本數(shù)據(jù)進行了指數(shù)平減；化肥生產(chǎn)價格指數(shù)以各省1994 年為基期（即1994 年為100）；農(nóng)作物總面積指當年的農(nóng)作物播種面積與果園面積、瓜類面積、草莓面積、茶園面積之和；瓜果面積指當年的果園面積與瓜類面積、草莓面積之和；茶園面積為實有茶園面積。

2.3 模型設(shè)定

此面板數(shù)據(jù)計量模型中，把農(nóng)作物總面積與其他作物面積分放在不同的模型中，且采用雙對數(shù)模型進行對比分析，為此，使用以下模型：

傳統(tǒng)玉米選育技術(shù)，先是就玉米育種目標進行確定，然后對相應(yīng)的物種資源進行基礎(chǔ)配套。在該種模式下，要想培育出一個優(yōu)良的自交系，往往需要進行5-6代的自交，等到雜交玉米品種的性狀穩(wěn)定之后，才能夠進一步測定配合力，然后再結(jié)合雜交優(yōu)勢，對相應(yīng)的雜交組合進行選配。而在玉米育種過程中，通過積極應(yīng)用單倍體育種技術(shù)，能夠有效解決上述育種時間較長的問題，縮短育種周期，解決玉米育種過程中投入時間廣的難題，大大減少成本投入。

式中：被解釋變量為1994—2016 年除北京市、天津市、上海市、重慶市和西藏自治區(qū)外i 省在j 時期的農(nóng)用化肥施用折純量yij，解釋變量包括地區(qū)生產(chǎn)總值x1ij、化肥生產(chǎn)價格指數(shù)x2ij、農(nóng)作物總面積x3ij、糧食作物播種面積x4ij、棉花播種面積x5ij、油料播種面積x6ij、麻類播種面積x7ij、糖料播種面積x8ij、煙葉播種面積x9ij、蔬菜播種面積x10ij、藥材播種面積x11ij、瓜果面積x12ij、茶園面積x13ij、其他農(nóng)作物播種面積x14ij，t 為時間趨勢變量，i 代表省份，j 表示年度，α0、φ0、γ0、δ0表示常數(shù)項，α1～α3、φ1～φ14、γ0～γ3、δ0～δ14表示各解釋變量的估計系數(shù)，ε1、ε2、ε3、ε4是隨機擾動項，假設(shè)與模型中的其他解釋變量不相關(guān)。

為進一步觀察蔬菜播種面積、瓜果面積對化肥施用量的貢獻程度，式（5）中將單位面積農(nóng)用化肥施用折純量（kg·hm-1）wij作為被解釋變量。此時，解釋變量為地區(qū)生產(chǎn)總值x1ij、化肥生產(chǎn)價格指數(shù)x2ij、各類主要農(nóng)作物播種面積占農(nóng)作物總面積的比例（%）z1ij～z11ij。

2.4 模型檢驗

模型中，n=26，而T=23，n大T小，故這是一個短面板[39]，且為平衡面板。模型運行中，首先進行了Hausman 檢驗，判斷使用固定效應(yīng)還是隨機效應(yīng)模型；其次進行了組間異方差檢驗、組內(nèi)自相關(guān)檢驗和組間同期相關(guān)檢驗，對于三種情形同時存在的情況，使用更為全面的FGLS 估計處理；最后，把OLS+聚類穩(wěn)健標準誤、固定效應(yīng)或隨機效應(yīng)、全面FGLS三種方法的估計結(jié)果進行對比，選擇較好的模型結(jié)果進行分析。

3 結(jié)果與討論

3.1 描述性分析

各變量的描述性統(tǒng)計如表2 所示。農(nóng)用化肥施用折純量（被解釋變量），26 個省23 年中每年每個省份平均施肥量為1.83×106t，其中施肥量最大值為7.16×106t，最小值為6.10×104t，標準差達到1.27×106t，說明不同省份化肥施用量差別較大。蔬菜播種面積（解釋變量），26 個省23 年中每年每個省份平均蔬菜播種面積為6.14×105hm2，其中播種面積最大值為2.03×106hm2，最小值為1.01×104hm2，標準差高達4.60×105hm2，說明不同省份蔬菜播種面積差別巨大。

表2 變量描述性統(tǒng)計Table 2 Descriptive statistics of variables

3.2 回歸結(jié)果分析

表3 為計量模型回歸結(jié)果。其中，模型（1）和模型（2）中只考慮地區(qū)發(fā)展水平、化肥生產(chǎn)價格和農(nóng)作物總面積對農(nóng)作物化肥施用總量影響，模型（1）是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)OLS 回歸，模型（2）是雙對數(shù)回歸。為了科學定量測算出種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對化肥施用量的影響，測算不同農(nóng)作物播種面積擴大對化肥施用量的貢獻，將模型（3）和模型（4）中的解釋變量農(nóng)作物總面積替換成了糧食、棉花、油料、麻類、糖料、煙葉、蔬菜、藥材、瓜果、茶葉、其他農(nóng)作物等的面積，保留了地區(qū)發(fā)展水平、化肥生產(chǎn)價格兩個解釋變量，模型（3）和模型（4）分別是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、雙對數(shù)的可行廣義最小二乘回歸。

由表3 可以看出，不論采取哪種模型，除棉花、麻類、糖料、煙葉、茶園面積外，解釋變量的系數(shù)符號一致，說明模型選擇以及系數(shù)均能反映實際情況。特別值得注意的是，同其他農(nóng)作物相比，本文最關(guān)注的蔬菜、瓜果面積系數(shù)在模型中均為正，且在1%的置信水平上顯著，表明蔬菜、瓜果面積增加對化肥施用量有積極顯著影響。地區(qū)生產(chǎn)發(fā)展水平提高對農(nóng)用化肥施用量增加有顯著積極影響，4 個模型中該變量都是在10%及以上的置信水平上顯著。化肥生產(chǎn)價格指數(shù)對化肥用量有較顯著負面影響，4 個模型中化肥價格指數(shù)系數(shù)均為負，顯而易見，化肥價格越高，化肥用量越少。

依據(jù)模型檢驗識別，采用FGLS 估計雙對數(shù)模型（4）系數(shù)解釋能力最強。由模型4 結(jié)果可以看出，其他條件不變時，蔬菜面積每增長1 個百分點，相應(yīng)化肥總量增長16.1 個百分點，瓜果面積每增長1 個百分點，化肥總施用量增加5.32 個百分點。自1994 年以來，全國蔬菜種植面積和瓜果面積分別增長了150 個和86 個百分點，蔬菜水果面積的大幅度增長，對化肥施用量迅速增長貢獻巨大。此外，在其他條件不變情況下，各省地區(qū)國內(nèi)生產(chǎn)總值每增加1 個百分點，該省農(nóng)用化肥總用量增加13.7%。這可以從收入預算和勞動力價格角度解釋，一般而言，地區(qū)發(fā)展水平越高，農(nóng)戶越有錢，購買化肥受收入預算約束越小。此外，地區(qū)發(fā)展水平越高，農(nóng)戶外出打工機會越多，農(nóng)戶就更傾向于使用化肥替代勞動。在其他條件不變情況下，化肥價格每升高1 個百分點，化肥總施用量降低2.3個百分點。農(nóng)作物總面積對化肥用量有積極顯著影響，農(nóng)作物總面積越大，化肥施用量越高，在農(nóng)作物總面積的2 個模型中，該變量系數(shù)為正，且均在1%的置信水平上顯著。

表3 種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對化肥施用影響模型回歸結(jié)果1Table 3 The regression result Ⅰof the influence model of crop structure adjustment effect on fertilizer use

比較值得注意的是，糧食作物播種面積系數(shù)在2個模型中均為正，在1%的置信水平上顯著，且其彈性高達0.34，遠高于蔬菜和瓜果。表明其他條件不變時，糧食播種面積每增長1 個百分點，相應(yīng)化肥總量增長34個百分點，但是自1994年以來，糧食作物播種面積僅增長了3 個百分點，其對化肥施用總量增長貢獻遠低于蔬菜和水果。

模型計算結(jié)果再一次證明，上世紀90 年代中期以來化肥施用量增長的絕大部分貢獻來自于種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整引起的蔬菜、水果面積大幅度增加，和之前的統(tǒng)計分析結(jié)果完全吻合。

表4 中，模型（5）為普通混合回歸，模型（6）為固定效應(yīng)模型，模型（7）為FGLS 估計，模型識別結(jié)果表明，模型（7）系數(shù)更有解釋力。模型（7）中，地區(qū)生產(chǎn)總值、化肥生產(chǎn)價格指數(shù)及麻類、糖料、煙葉、蔬菜、藥材、瓜果、茶園面積占比的估計系數(shù)均在1%統(tǒng)計水平上顯著。

化肥生產(chǎn)價格指數(shù)的系數(shù)依然為負，化肥價格越高，單位面積施用量越少；糧食作物、麻類、藥材播種面積及茶園面積占比的系數(shù)為負，說明糧食作物、麻類、藥材播種面積和茶園面積占比越大，單位面積化肥用量會相應(yīng)減少；糖料、蔬菜和瓜果面積占比的系數(shù)為正，這三種經(jīng)濟作物播種面積占比越大，化肥單位面積用量越大。模型（7）再次證明蔬菜、水果面積增加促進了化肥用量的增加。

4 結(jié)論與對策

4.1 結(jié)論

我國種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整帶來的直接后果是以糧食為代表的作物播種面積在農(nóng)作物總播種面積中占比不斷下降，同時，以蔬菜、水果為代表的經(jīng)濟作物種植面積占比不斷增加，而蔬菜、水果種植面積增加導致單位面積化肥用量不斷增加。20世紀90年代中期以來化肥總施用量增加絕大部分貢獻，來自于種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整引起蔬菜、水果面積的大幅度增加。

表4 種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對化肥施用影響模型回歸結(jié)果2Table 4 The regression result Ⅱof the influence model of crop structure adjustment effect on fertilizer use

4.2 對策

農(nóng)業(yè)是與自然資源最為緊密相關(guān)的產(chǎn)業(yè)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中包括化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜等物質(zhì)投入必然會對外部資源環(huán)境產(chǎn)生直接影響。不同農(nóng)作物需要不同的物質(zhì)要素特別是農(nóng)用化學要素投入，同糧、棉、油、糖等主要農(nóng)作物相比，蔬菜、水果生產(chǎn)過程中需要更多的化肥投入，種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整特別是蔬菜、水果面積增大是導致化肥大量使用的主要原因，這必然會帶來潛在的環(huán)境風險。因此，農(nóng)業(yè)部門出臺政策時，應(yīng)充分考慮政策潛在環(huán)境風險，注重農(nóng)業(yè)資源集約使用、環(huán)境污染有效控制和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)保護，形成生態(tài)、經(jīng)濟和社會效益相統(tǒng)一的良性循環(huán)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系。

實現(xiàn)化肥“零增長”目標，首先應(yīng)注重蔬菜、瓜果等經(jīng)濟作物的化肥減施增效工作，具體應(yīng)從穩(wěn)定經(jīng)濟作物種植面積和降低經(jīng)濟作物施肥強度兩個方面著手。種植面積方面，應(yīng)保證糧田面積，避免蔬果等經(jīng)濟作物種植面積持續(xù)大幅度增長；施肥強度方面，關(guān)鍵在于嚴把質(zhì)量關(guān)，一要將農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與價格掛鉤，以此突出質(zhì)量的重要性，使農(nóng)戶不再盲目地為追求產(chǎn)量而濫施化肥；二要加大對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)督管理力度，明確農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量標準；三要加強對菜農(nóng)、果農(nóng)的施肥技術(shù)培訓，增強農(nóng)戶的環(huán)保意識；四要逐步引導消費者轉(zhuǎn)變消費觀念，選擇更安全的農(nóng)產(chǎn)品。此外，地區(qū)發(fā)展水平提高時，注重增加化肥科技投入，提升化肥產(chǎn)品質(zhì)量，取消化肥補貼，減少化肥施用量。

致謝：

感謝中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)經(jīng)濟與發(fā)展研究所陸秋臻、劉莉?qū)Ρ狙芯克鞯呢暙I。