江西耕地面源污染時空特征及脫鉤分析

汪濤武

(宜春學院經濟與管理學院，江西 宜春 336000)

耕地是糧食生產的基礎性資源，不僅直接關系到農民的生計，更關系到一個國家或地區的糧食安全，歷來是世界各國關注的焦點。對糧食需求的快速增長與科學技術的不斷突破，從需求與技術兩方面推動了我國耕地開發與利用強度的增加，由此帶來的農業增長成就舉世矚目。但在農業生產效率逐漸提高的同時，為提高耕地利用效率而產生的面源污染也對資源環境造成了較大的影響，引發了社會的廣泛關注。

1 文獻回顧

農業面源污染主要表現為化肥、農藥以及農用塑料等其他田間有機或無機污染物質，通過地表徑流、地下滲漏、揮發或殘留等過程，造成水體富營養化、土壤板結、大氣酸化，從而污染生態環境，甚至威脅食品安全[1-3]。《第二次全國污染源普查公報》指出，與2007年相比，2017年我國農業源污染物減排量平均達到了25.54%，減排取得了顯著的成績。但從污染物排放量的構成來看，農業化學需氧量(COD)、總氮(TN)和總磷(TP)的排放量占比仍然較高，分別達到49.8%、46.5%和67.2%[4]。

農業面源污染問題受到了黨和政府的高度重視，習近平總書記強調要“以釘釘子精神推進農業面源污染防治”。針對農業生產中存在的化肥施用過量、農藥施用量較大及施用方法不科學等問題，原農業部曾印發《到2020年化肥使用量零增長行動方案》和《到2020年農藥使用量零增長行動方案》[5]，推進化肥減量提效、農藥減量控害，對降低農業面源污染提出了明確的要求。政策的實施使得全國農作物農藥使用量與農用化肥用量從2016年起逐年減少；截至2020年末，農藥用量與化肥用量與2015年相比分別減少了17.2%和12.8%，基本達到了預期的政策效果。但也要清醒認識到，我國化肥與農藥這2種主要的農業面源污染源施用絕對強度仍處于較高水平，耕地所面臨的面源污染形勢依然不容樂觀。

農業面源污染具有污染物負荷空間分布廣泛、時間跨度長、發生過程與機制復雜等特點[6]，比點源污染治理更加復雜與困難[7]。自20世紀70年代以來，農業面源污染受到研究人員的重視，相關研究先后經歷了3個主要階段：農業面源污染及污染源識別；農業面源污染產生的原因﹑影響因素解析以及遷移機理；農業面源污染模型模擬研究等[8]，關注的重點在于如何解決面源污染治理與農業發展之間的矛盾，即農業綠色發展問題。因此，對于污染水平較高的國家、地區或流域而言，農業面源污染防治是否會隨著農業生產的綠色發展出現拐點以及拐點可能在何時出現，成為研究中關注的焦點之一。

學者主要通過環境庫茲涅茨曲線(EKC)與脫鉤模型對面源污染與農業發展的關系進行考察。研究發現，不同時空、不同來源的農業面源污染的環境庫茲涅茨曲線存在明顯的差異，脫鉤情況也較為復雜。以全國化肥面源污染情況為例，一些研究認為，我國化肥面源污染與宏觀經濟增長之間的關系是“倒U型”EKC[9]，但最近的研究發現，我國化肥面源污染排放與經濟發展水平之間存在顯著的“倒N型”的EKC關系[10]。對不同區域進行考察的結果也存在類似的情況。如，沿海地區農業面源污染與農業經濟增長之間存在“N”型EKC關系[11]；三峽庫區的TN排放強度、畜禽養殖與農村生活單元的TN、TP排放強度則存在顯著的“倒U型”EKC關系，且已跨越拐點[12]；多數EKC為“倒U型”的省份已跨過拐點，而多數EKC為“N”型的省份均跨過第1個拐點[13]，但仍未觀察到面源污染與農業發展之間出現強脫鉤關系[14]。

無論是通過EKC進行模擬分析，還是通過脫鉤模型進行研究，不同區域、不同時期樣本的研究結論并非完全一致。但這也正是面源污染的復雜特性所致，并不妨礙結合各地實際積極對面源污染的防范與治理進行深入研究。在相關研究中，探討糧食生產與耕地面源污染脫鉤關系的空間格局的文獻尚不多，且文獻中農業生產的表征指標常采用農業產值，但該表征指標易受到價格水平的影響，而采用產量指標更能準確地反映地區農業生產的實際狀況。本文以糧食產量作為糧食作物生產的表征指標，探索江西糧食生產與耕地面源污染脫鉤關系的時空格局及其演變規律。

江西作為全國13個糧食主產區之一，稻谷產量多年來一直穩居全國第3位，在保障國家糧食安全中具有十分重要的地位。同時，江西也積極響應農業農村綠色發展的號召，多舉措推進農業投入品減量化，全面推進農業面源污染防治。因此，江西與其他糧食主產區均面臨保障糧食增產增收與持續減少化肥、農藥等投入品的沖突，在這一特殊的背景下，探討江西耕地面源污染的時空特征及其與糧食生產的脫鉤效應對糧食主產區面源污染防治具有重要理論與現實意義。

2 研究方法與數據

2.1 脫鉤模型

“脫鉤”(Decoupling)是指2個變量之間原來存在的相互關聯關系不再存在，被經濟合作與發展組織(OECD)于20世紀末引入到資源環境與經濟增長關系的研究中[15]，用于刻畫一定時期內環境指標惡化速度與經濟增長速度相背離的程度。研究人員從農業面源污染與糧食產量之間的關系出發，構建農業面源污染與糧食作物產量增長的脫鉤彈性指數模型[16]，公式：

(1)

(2)

(3)

式中，e為農業面源污染與糧食作物生產的脫鉤指數；ΔNSP為農業面源污染變化率；ΔCY為糧食作物產量變化率；t和t-1為年份。

Tapio在對脫鉤指數進行分析時，將脫鉤指數分為8類[17]，其設置的分類臨界彈性值分別為0、0.8和1.2，但該設定被認為主觀性過強，并且容易混淆。參考有關文獻在農業環境領域的分析思路，脫鉤狀態分為6類更加合理，見表1[16]。

表1 糧食生產與面源污染排放脫鉤狀態分類

2.2 數據來源

本文所需數據主要來自于歷年《江西統計年鑒》，主要包括江西省各地級市糧食作物產量、播種面積、化肥施用量、農藥施用量等，但《江西統計年鑒》未報告部分年份各地級市的糧食作物產量與播種面積，這些年份的有關數據通過查閱各地級市的統計年鑒、統計公報或政府工作報告獲得。

3 江西省耕地面源污染的時間特征

對于農業種植而言，面源污染主要源自化肥和農藥等投入品的過量使用，以及利用率不高等原因。故本文采用化肥和農藥施用總量與施用強度(單位耕地面積的化肥或農藥的施用量)表征江西省耕地面源污染的指標。與2011年相比，2020年江西省化肥和農藥施用總量與施用強度均大幅降低，但各自降幅及時間節點有所不同，見圖1。

圖1 2011—2020年江西省化肥、農藥施用總量

圖2 2011—2020年江西省化肥、農藥施用強度

圖3 2011—2020年江西省化肥、農藥生產率

3.1 江西化肥、農藥施用總量演變

江西化肥施用總量在2011—2015年逐年增加，但增幅較小，并于2016年起逐年大幅下降。2011年，江西省化肥施用量為1.41×1010kg，較上年增長約3.96%；2012—2015年每年的平均增長率約為0.43%，各年的最大增幅均未超過1%；2015年，化肥施用總量增加到1.44×1010kg，總計較2011年僅增長約1.73%。自2016年起，化肥施用總量每年均出現大幅下降，2016—2020年年平均減少約5.36%，降幅最大的是2018年，當年降幅達到8.72%；至2020年，化肥施用總量降低到1.09×1010kg，總計較2015年減少了約24.22%，是全國平均降幅的1倍。

江西農藥施用總量在2011—2020年也呈現先升后降的趨勢，早于全國進入下降通道。2011年，江西農藥施用總量為9.97×107kg，較上年增長了2.15%，2012年繼續小幅增加0.72%后，自2013年起開始逐年減少，早于全國4年進入下降通道。2020年，全省農藥施用總量僅為5.27×107kg，較2012年最高峰時降低了47.51%；2013—2020年的年平均降幅達到7.49%，其中2018—2020年降幅均超過10%。

3.2 江西化肥、農藥施用強度演變

江西化肥施用強度呈現先窄幅波動、后快速下降的趨勢。2011—2016年，江西化肥施用強度介于383.59～387.47kg·hm-2，變化不是十分明顯。自2017年起，江西化肥施用強度進入快速下降階段，2017—2020年平均降幅達到7.51%，到2020年已降至288.44kg·hm-2，相對于2015年最高峰時累計降低了25.58%，而同期全國化肥施用量降幅為15.20%，年均降幅僅為1.32%。

江西農藥施用強度呈現明顯的下降趨勢。2011年農藥施用強度為27.31kg·hm-2，2012年與此基本持平，此后進入下降通道，尤其是2017年起開始快速下降，2017—2020年平均降幅達到13.42%，到2020年已降至13.97kg·hm-2，相對于2011—2012年最高峰時累計降低了48.85%。

3.3 江西省化肥、農藥生產率演變

生產率以單位投入帶來的產量表示。2011—2020年，江西省化肥、農藥生產率均大幅提升，農藥生產率的增幅遠大于化肥生產率。數據顯示，化肥生產率在2011—2016年處于窄幅波動，2016年較2011年僅增長了3.54%，年均增幅不足1%，這與同期化肥施用強度的窄幅波動基本保持一致；此后增速加快，2017—2020年年均增幅達到7.14%，2020年達到19.89kg·kg-1，較2011年的14.59kg·kg-1增長了36.3%。

農藥生產率呈現階梯型上升態勢，2011—2013年，維持在205～213kg·kg-1，波動幅度較小，2014年則大幅增長6.83%，此后2年再次維持1%左右的緩慢增長；到2017年，開始進入快速上升通道，2017—2020年年均增幅達到15.38%，2020年達到410.65kg·kg-1，較2011年的206.52kg·kg-1翻了近1倍。

4 江西省耕地面源污染的空間特征

通過分析比較不同地級市的數據發現，江西各地市耕地面源污染情況存在顯著的空間差異。利用ArcGIS軟件，選取2011年、2015年和2020年繪制江西省耕地化肥使用強度空間分布演變圖，見圖4。將不同地區化肥施用強度采用自然間斷點分級法分為5個等級：高施用強度(>446kg·hm-2)，較高施用強度(355～446kg·hm-2)，中等施用強度(317～355kg·hm-2)，較低施用強度(271～317kg·hm-2)和低施用強度(<271kg·hm-2)。可以直觀看出，不同地區化肥施用強度的空間差異。2011年，化肥高施用強度地區僅有九江市和撫州市，合計作物播種面積占全省作物播種面積的18.69%；到2015年，高施用強度地區新增了贛州市和萍鄉市，使得化肥高施用強度地區達到4個，占全省作物播種面積達34.17%；而到2020年，高施用強度地區為0，絕大多數地區均為化肥中低施用強度地區，化肥施用零增長行動在各地均取得了明顯的效果。

圖4 2011—2020年江西省化肥施用強度空間分布演變

農藥施用強度方面，同樣采用自然間斷點分級法將不同地區農藥施用強度分為5個等級：高施用強度(>31kg·hm-2)，較高施用強度(23～31kg·hm-2)，中等施用強度(20～23kg·hm-2)，較低施用強度(12～20kg·hm-2)和低施用強度(<12kg·hm-2)。從農業施用強度的空間分布看，見圖5，2011年農藥高施用強度地區有九江市、撫州市和萍鄉市等；到2015年，萍鄉市農藥施用強度有所降低，但鷹潭市有所增加；2020年，農藥高施用強度、較高施用強度地區均為0，所以地區均為中、低施用強度，其中低施用強度地區增加到3個：南昌市、吉安市和鷹潭市，地區間農藥施用強度差異在逐漸縮小，農藥施用零增長行動在各地均取得了明顯的效果。

圖5 2011—2020年江西省農藥施用強度空間分布演變

圖6 2011—2020年江西省耕地面源污染與糧食生產脫鉤效應的空間分布情況

5 江西省農作物生產與耕地面源污染的脫鉤效應

糧食作物的單產與化肥、農藥施用強度之間具有顯著的關聯效應[18，19]，但化肥與農藥施用量過度不但不利于糧食作物可持續生產，還可能造成十分嚴重的生態環境污染問題，這也正是國家提出化肥、農藥實現零增長的根本原因所在。借助脫鉤理論，本文從化肥施用強度變化率、農藥施用強度變化率與糧食單產變化率之間的關系，考察江西省糧食作物生產與化肥、農藥施用量為代表的面源污染的脫鉤情況。

5.1 江西省化肥農藥施用量與糧食作物單產的脫鉤效應的時間特征

2011—2020年，江西省化肥農藥施用量與糧食作物單產的在2015年起總體脫鉤情況向最理想狀態演變，但也呈現階段性波動的特點，見表2。

表2 2011—2020年江西省化肥農藥施用量與糧食作物生產脫鉤情況

化肥施用量與糧食作物單產在2015年前已達到弱脫鉤狀態。2011—2014年，除2012年因糧食單產下滑呈現強負脫鉤外，其余3年均為弱脫鉤。進入2015年后，隨著化肥零增長計劃的啟動，化肥施用量與糧食作物單產主要呈現出強脫鉤狀態，進入較為理想的狀態。其中，2016年由于化肥施用強度較2015年有所增加且糧食單產增幅較小，為擴張性負脫鉤；2020年由于疫情與自然災害導致糧食單產同比下降導致了衰退性脫鉤。

農藥施用量與糧食作物單產自2013年起進入強脫鉤狀態，且強脫鉤狀態一直穩定至2019年，表現出較好的持續性。2020年由于疫情與自然災害導致糧食單產同比下降導致了為衰退性脫鉤。

化肥農藥總施用量與糧食作物單產的脫鉤關系自2014年起進入強脫鉤狀態，由于化肥施用量遠超農藥施用量，二者的施用總量受化肥施用量的影響較大，因此，在2016年與2020年也分別出現了擴張性負脫鉤與衰退性脫鉤。

5.2 江西省耕地面源污染與糧食作物生產的脫鉤效應的空間特征

近10年來，江西省耕地面源污染與糧食作物生產脫鉤情況的空間分布呈現出顯著的變化。2011年，各個地級市均處于衰退性脫鉤水平以下。其中，贛東北地區除鷹潭市為強負脫鉤外，九江、景德鎮、上饒、撫州均為衰退性脫鉤；贛中及贛西南地區除新余與吉安為衰退性脫鉤外，其余地區均為弱負脫鉤。2015年，贛東北地區變為以強負脫鉤為主，包括九江、上饒和鷹潭；贛中及贛西南地區大部分地區脫鉤水平得到提升，其中，贛州達到強脫鉤水平。2020年，除贛州和景德鎮脫鉤水平有所下降外，其余地區脫鉤水平均得以維持和提升，達到較為理想狀態以上的地區達到6個，糧食作物耕種面積占全省的63.80%。其中，宜春、鷹潭達到強脫鉤水平，實現了最理想脫鉤狀態；上饒、南昌、新余、吉安達到弱脫鉤水平，實現了較為理想脫鉤狀態。總體而言，江西省耕地面源污染與糧食作物生產的脫鉤關系在地級市尺度上逐漸從過去較為無序的狀態過渡到有序趨同的演進。

6 結論與建議

6.1 結論

江西耕地面源污染情況處于穩步向好的趨勢中。2011—2020年，化肥與農藥施用強度均出現了先升后降的演變特征，尤其是2017年后，江西化肥與農藥施用強度均進入快速下降階段，2017—2020年平均降幅分別達到7.51%和13.42%，到2020年與最高峰時相比累計分別降低了25.58%和48.85%，遠高于全國同期降幅。以單位投入產出計算的化肥與農藥生產率也顯著提高。

江西耕地面源污染在不同地區間表現出明顯的空間異質性。2020年，化肥施用較高強度地區主要集中在贛西北的九江、南昌、新余和萍鄉，農藥施用較高強度地區僅余下東西兩側的撫州和萍鄉。

江西耕地面源污染與糧食生產脫鉤關系呈現出階段性特征，且各地面源污染與糧食生產脫鉤關系在空間上表現出較強的趨同性特征。從江西省總體情況看，化肥農藥總施用量與糧食作物單產自2014年起進入強脫鉤狀態，由于化肥施用總量遠遠超過農藥施用總量，二者施用總量衡量的脫鉤關系受化肥施用量的影響較大，因此，在2016年與2020年也分別出現了擴張性負脫鉤與衰退性脫鉤。從各地面源污染與糧食生產脫鉤關系在空間分布看，2011年脫鉤效應較高的地區以贛北為主，而2015年脫鉤效應較高的地區以贛南為主，2020年進一步演變為贛中、贛東、贛西為脫鉤效應較高的地區。

6.2 政策建議

優化耕地面源污染防治措施，從源頭減少污染來源。農業面源污染治理是農業綠色發展的關鍵所在。各地要全方位對農業面源污染防治作出科學部署。具體而言，在面源污染仍然較重的地市，最直接的治理措施就是在農業生產中進一步降低化肥、農藥施用量，盡可能減少污染來源。通過開展減量增效技術培訓活動，強化科學化肥、農藥施用知識與技術的普及，提高精準施用水平，最大限度提高化肥、農藥利用率，達到減量增效的目的；通過培育自然肥料，增加有機肥施用量，積極推廣使用創新技術的生物農藥，或者高效低毒、低殘留化學農藥等方式，從源頭上減少面源污染。

加大農地綜合整治力度，保障糧食產量穩步提升。“倉稟實，天下安”，推進農業農村綠色發展是農業發展觀的一場深刻革命，既要保障糧食生產穩定增收，又要持續減少導致高污染的化肥、農藥等投入品施用量，對短期內穩定提高糧食產量是一個巨大的挑戰。其中，一個最為關鍵的變量是耕地質量。通過加大農地綜合整治，建設高標準農田，能夠有效提升耕地質量和地力，最終持續提高農業生產率。截至2022年，江西已經完成了“2622萬畝高標準農田”的建設任務，占全省耕地面積的比例達到64.3%。《江西省高標準農田建設規劃(2021—2030年)》提出，“到2030年將建成3330萬畝高標準農田”，到時高標準農田占比將超過全省耕地面積的80%，將極大提升江西耕地質量，保障糧食產量穩步增長，從而推動江西糧食生產與面源污染保持良好的脫鉤狀態。