化肥污染對江西省糧食生產的環境懲罰效應

汪濤武 丁奕溥

宜春學院經濟與管理學院，江西 宜春 336000

0 引言

化肥投入對農作物生長的促進作用顯著，能快速提高種植業生產力，對保障國家糧食安全具有重要的現實意義。研究發現，在1997—2006 年，化肥是我國糧食生產所有投入要素中貢獻最大的一項，對糧食產量增長的貢獻率達56.81%［1］。然而，正因為一段時期以來化肥對農業種植的貢獻有目共睹，引發了人們對化肥使用“高投入高產出”的盲目信任，導致農戶在農業生產中對化肥的施用量易超出合理范圍。進入土壤中的化肥不僅會導致土壤板結，而且相當一部分化肥因未被作物吸收利用，會在作物根層以下積累或隨雨水轉入地下水，成為農業面源最主要的污染源之一［2］。數據顯示，自20 世紀90 年代化肥在我國廣泛使用以來，我國單位播種面積的化肥施用量于2014 年達到峰值363.0 kg/hm2，而國際公認的化肥施用安全標準上限為225.0 kg/hm2，即2014 年我國單位播種面積的化肥施用量是國際公認安全標準的1.61 倍［3］。因此，2015年原農業部發布了《到2020 年化肥使用量零增長行動方案》，從國家層面推動化肥投入減量化。從2016 年開始，我國單位播種面積的化肥施用量持續減少，2020年已降至322.6 kg/hm2［4］，取得了顯著成效，但仍有一定的下降空間。

江西省是我國糧食主產區之一，糧食產量一直穩居全國前列。進入新時代以來，江西省每年糧食外調量不斷增加，從2012 年的580 萬t 增加至2021 年的755 萬t［5］，在保障國家糧食安全中發揮了重要作用。同時，江西省大力落實關于農業投入品減量化的政策號召，積極降低化肥施用量，降低化肥污染在農業面源污染中的比重，為農業綠色發展奠定了堅實的基礎。因此，江西省及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等投入品用量的矛盾。在這一特殊背景下，探討江西省農作物生產的化肥污染懲罰效應具有重要的理論與現實意義。

1 江西省糧食生產與化肥污染的特征事實

1.1 化肥污染測算方法

筆者采用產排污系數法對江西省化肥污染進行測算，計算公式為

式（1）中：Lit為化肥污染總量，其中i為地區，t為時期；E為化肥污染排放系數；F為化肥使用量。化肥污染排放系數E為種植業污染排放量與化肥使用量的比值，種植業污染排放量來自《江西省第二次全國污染源普查公報》中種植業部分。

1.2 測算結果

如表1 所示，2010—2015 年江西省化肥污染排放總量呈現高位波動狀態，2011 年有所上升，2012—2013 年略有下降，2015 年達到最大值（15.73 kg/hm2）；從2016 年開始，江西省化肥污染排放總量快速下降，2020 年降至11.71 kg/hm2，降幅達25.56%。這表明在原農業部的統一部署下，江西省化肥施用減量化工作取得了實質性進展。

表1 2010—2020年江西省糧食生產與化肥污染情況

而2010—2020年江西省糧食產量變化則相對比較穩定，僅有2年出現了小幅下降，分別是2012年下降0.36%，2020年下降2.72%。尤其是從2016年開始，江西省糧食產量并未因為化肥施用量的大幅下降而急劇下降。

對比2010—2020 年江西省糧食產量與化肥污染變化情況可以發現，2015年后化肥污染快速下降與糧食生產的小幅波動同時存在，而2015年及以前二者則表現出較明顯的同步關系。因此，分析2010—2020年二者之間的關系變化對實現化肥污染防治及糧食產量穩定增長具有重要意義。

2 化肥污染對糧食生產的懲罰效應

2.1 糧食作物生產環境效率測算

2.1.1 測算方法。為避免量綱選擇與角度選擇對估計造成的偏差，筆者采用考慮了環境非期望產出的SBM-DEA 模型來測算江西省糧食生產的環境效率。借鑒相關研究成果，將江西省各地級市作為一個決策單元，構建一個同時包含期望產出與非期望產出的生產可能性結合。含有非期望產出的SBM模型為［6］

式（2）中：x、yb、yg分別表示投入、非期望產出及期望產出向量，s-、sb、sg分別表示對應每個決策單元投入、非期望產出及期望產出的松弛變量，m、s1、s2分別表示投入、期望產出、非期望產出的指標種類；λ為調整權重；下標中“0”代表特定的決策單元。根據該SBMDEA 模型估計的效率值ρ*∈（0，1］。若ρ*＜1，表示該決策單元存在可以改進的空間；若ρ*=1，表示該決策單元處于前沿面上。

2.1.2 變量選取。對種植業影響較大的投入要素主要包括化肥、土地、勞動力、灌溉用水、農業機械等。由于缺乏地級市層面的農業機械數據，筆者在估算糧食生產環境效率時選擇化肥、土地、勞動力、灌溉用水4個要素作為投入變量，并用糧食作物的實際產量表示期望產出，用化肥的碳排放量表示非期望產出。

化肥的碳排放量參照已有研究文獻的方法進行估計［7］，計算公式為

式（3）中：Cit為i地級市第t年的碳排放量；Fit為i地級市第t年的化肥施用量；ξ為化肥的碳排放系數，取值0.895 6 kg/kg［8］。

2.1.3 數據來源。糧食作物生產環境效率測算及下文實證分析所使用的數據主要來自歷年《江西統計年鑒》，涉及指標主要包括江西省各地級市糧食作物產量、化肥施用量、灌溉用水量、播種面積、第一產業就業人數占比、第一產業產值占比等。但在查詢《江西統計年鑒》時，發現部分年份未報告各地級市的糧食作物產量、播種面積等數據，這些缺失的數據通過查閱各地級市相應年份的統計年鑒、國民經濟和社會發展統計公報或政府工作報告獲得，最終獲得2010—2020 年共132 個樣本數據。投入與產出各指標的統計描述見表2。

表2 變量描述性統計

2.1.4 結果分析。2010—2020年江西省糧食生產環境效率測算結果如表3所示。2010—2020年江西省糧食生產環境效率呈現逐年上升趨勢，效率值從2010年的0.49 上升至2020 年的0.68，盡管已經獲得了較大的增幅，但是仍有提升空間。從各地級市的糧食生產環境效率來看，贛州市和九江市一直處于較低水平，南昌市、撫州市、萍鄉市和吉安市則波動較大。

表3 2010—2020年江西省糧食生產環境效率測算結果

2.2 糧食生產環境效率影響因素實證分析

2.2.1 實證模型。生產過程中涉及的一切因素均可能對生產效率產生影響。化肥污染威脅土壤安全、生態安全和農產品安全，已受到社會的廣泛關注。其中，化肥污染導致的土壤板結及養分結構失調會引起耕地質量下降，導致糧食種植的投入成本不斷增加，而且化肥中含有的重金屬不斷富集可能造成土壤重金屬污染，最終導致種植的糧食受到污染［9］。因此，化肥污染對糧食生產的環境效率具有懲罰效應。參考陸文聰等［8］的研究，結合數據可得性，構建包含化肥污染變量的多元回歸模型為

式（4）中：EFFit為估算的糧食種植效率值；EP為化肥污染排放量，在具體分析中分別考察總氮、總磷及二者總量的影響；β0至β5為待估計參數；PLANTit為糧食種植面積；WATERit為灌溉用水量；APCTit為第一產業在地區總產值中的占比；LPCTit為第一產業勞動力在地區就業總人數中的占比；μi為無法觀測到的地區固定效應；εit為殘差項。其中，i代表地區，t代表時期。

2.2.2 實證結果分析。面板數據分析可以采用隨機效應模型或固定效應模型，研究中一般使用Hausman檢驗進行模型選擇。Hausman檢驗P值為0.017 4，拒絕了原假設，故選用固定效應模型進行分析。如表4 所示，化肥污染排放與糧食生產環境效率存在顯著的負相關關系。模型（1）至模型（3）分別使用總氮、總磷及化肥污染排放總量作為核心影響因素進行回歸分析，3個模型中化肥污染排放指標的系數均在1%顯著性水平上為負，驗證了化肥污染對糧食生產的懲罰效應。

在其他變量中，種植面積與糧食生產環境效率的提升關系不顯著，意味著雖然增加播種面積能提高產量，但不一定能提升環境效率。灌溉用水量與糧食生產環境效率顯著負相關，說明灌溉用水量的增加不利于糧食生產環境效率的提高，應繼續推廣高效節水灌溉技術，不斷提高水資源利用率，從而促進糧食生產環境效率的改善。第一產業產值占比對糧食生產環境效率的影響顯著為負，表明隨著各地第一產業產值占比越來越低，糧食種植環境效率逐步提高。第一產業勞動力占比對糧食種植環境效率的影響不顯著。

3 結論與啟示

3.1 結論

在國家推動化肥投入減量化政策的背景下，江西省的化肥污染從2016年起快速下降，2020年相比峰值降幅達到了25.56%。對比2010—2020 年江西省糧食產量與化肥污染變化情況可以發現，2015 年后化肥污染快速下降時，糧食產量僅出現小幅波動，而2015 年及以前二者則表現較明顯的同步關系。

2010—2020 年江西省糧食生產環境效率呈逐年上升趨勢，效率值從2010 年的0.49 上升至2020 年的0.68，盡管已經獲得了較大的增幅，但是仍有提升空間，而各地級市的糧食生產環境效率變化缺乏明顯規律。

江西省化肥污染排放與糧食生產環境效率存在的負相關關系，且在1%顯著性水平上通過檢驗，即化肥污染對糧食生產具有懲罰效應。

3.2 政策啟示

現代農業生產離不開化肥投入，但化肥過量與不當施用成為農業面源污染的重要原因之一。作為我國糧食主產區之一，江西省在多舉措保證糧食產量的同時，積極貫徹落實國家關于化肥投入減量化的要求，取得了良好的成績，但在繼續降低化肥投入與提高糧食生產環境效率方面仍有較大的提升空間。

一方面，化肥施用后的流失既是資源浪費，也是農業面源污染的主要原因。因此，江西省應積極推動相關企業研發生產高效肥料，并引導農戶合理施肥，提高肥料利用效率。江西省農業農村廳在《2023 年江西省化肥減量增效技術行動推進方案》中明確提出，通過開展進村指導、舉辦技術培訓班、召開現場觀摩會等形式引導農戶合理施肥，進一步減少化肥施用量。這有助于推動化肥利用率及糧食生產環境效率的穩步提高。

另一方面，隨著化肥減量化行動的深入開展，有機肥積造與利用受到了更多重視。江西省也應進一步鼓勵農戶在糧食種植中增加生物有機肥的施用。例如，2021 年鷹潭市通過積極開展有機肥積造試驗示范、加強綠肥種植利用、推進秸稈肥料化利用等，有效促進了化肥施用減量增效。但有機肥也是一把“雙刃劍”［10］，合理施用有機肥能提高作物產量、改良土壤，施用不合理也會帶來農業面源污染。因此，相關技術人員需要加強對有機肥積造與利用的科學研究，并指導農戶合理使用有機肥。