我國化肥施用量持續增長的成因分析

化肥的大規模使用在過去30年中國農業生產的快速發展中發揮著重要作用。我國化肥施用總量從1980年的1296.4×104t增長到2010年的5561.7×104t,年均增長率為5%,每公頃耕地面積的化肥施用量接近世界平均化肥施用量的4倍。Fan和Pardy的研究表明1965—1993年間我國農業生產的增長有21.7%來源于化肥使用增加的貢獻,Wang等的研究表明1986—1990年我國40%的農業生產增加來源于化肥使用增加。我國化肥大量使用在提高農業生產的同時,也對環境產生了嚴重的負面影響,并威脅到我國農業的可持續發展。大量研究表明我國化肥施用量已經超過了經濟意義上的最優施用量,并給農民帶來了經濟效益的損失。同時化肥的過量使用還造成了嚴重的環境污染問題,大量的研究證實過量使用化肥已成為農業點源污染的主要來源。雖然我國單位播種面積的化肥平均施用量已經遠遠超過全球平均水平和最優的施用量,但依然呈現明顯的上升趨勢。到底是什么原因促使農民持續增加化肥的施用量,目前還有很多爭論。一些學者認為:種植結構調整造成了化肥使用量的大幅度增長,由于市場經濟導向作用,越來越多的土地被用于種植經濟效益較高的水果、蔬菜等作物,而這些作物對于化肥需求量更高,從而導致了全國化肥單位面積平均施用量的增長。另一些學者則認為:受一些因素的影響,農戶在種植相同作物時化肥使用量還在持續增長。一些研究認為農村勞動力的非農就業對于化肥使用量具有促進的作用,即農民通過增加化肥使用量來替代勞動力投入。Huang等則認為由于技術培訓等的不足,農民并不知道自己施用的化肥已經過量。然而目前的這些爭論還缺乏非常有力的實證依據支持,甚至對“到底我國化肥施用量的增加是由于種植結構變化還是由于相同作物的施肥強度增加所導致”這樣的基本問題還沒有回答清楚。如果這個基本的問題沒有得到回答,也就難以對未來我國化肥施用量和化肥需求量的增長趨勢進行科學的判斷,進而影響國家相關農業生產和環境政策的制定。本文的主要目的是在對我國化肥使用量持續增長原因進行分解的基礎上,通過定量化的模型分析,探討未來我國化肥使用的發展趨勢及其可能導致的環境污染壓力,為控制我國化肥過度使用所導致的環境污染問題提出相關政策建議。1中國化肥使用量的歷史趨勢與現狀的分析1.1化肥單位面積施用量增長緩慢圖1為1991—2010年我國化肥使用量情況。隨著農業生產的快速發展,我國化肥使用量從2805×104t增長到5561.7×104t,年均增長率達到3.7%;單位播種面積化肥使用量由187.5kg/hm2增長到346.1kg/hm2,年均增長率為3.3%。2005年,我國開始實行測土配方施肥,2006—2010年,化肥總使用量的年均增長率為3.1%,化肥單位播種面積使用量的年均增長率也下降到1.7%?？傮w來看,過去20a間,我國化肥單位面積施用量的年均增長速度接近化肥總使用量的增長速度,說明我國化肥使用量的增長主要來源于單位面積化肥使用量的增加。但隨著近年來化肥使用方法的改進,單位面積使用量的增加對化肥總使用量增加的貢獻不斷下降。1.2化肥的施用量由于各地土壤情況、播種面積、種植結構、作物品種、施肥方法等自然條件和農業生產方式差別較大,各地化肥施用量的情況也有較明顯差別。從總量來看,河南省2010年化肥施用量達到了655.2×104t;其次為山東省,達到了475.3×104t;河北、江蘇、安徽、湖北等農業大省的化肥施用量都達到了300×104t以上。從化肥單位面積施用量來看,2010年我國平均單位播種面積的化肥施用量為346.1kg/hm2,其中,北京、天津、江蘇、山東、河南、湖北、廣東等省(市)的單位播種面積化肥施用量都居于較高水平。1.3化肥施用量的消費特征根據《全國農產品成本收益資料匯編》,本文收集了14種主要農作物在過去20a的單位面積化肥使用情況數據,并將所有作物進一步劃分為糧食作物(稻谷、小麥、玉米、大豆)、經濟作物(油料、棉花、麻類、薯類、甘蔗、甜菜、烤煙)和園藝作物(蔬菜、茶、水果)三大類。由于統計口徑的不一致,通過《全國農產品成本收益資料匯編》中的單位面積化肥使用量和《中國統計年鑒》中的播種面積數據計算得到的化肥使用總量數據比《中國統計年鑒》中化肥總量數據高5%~30%。為保持數據一致性,本文將不同年份的單位面積化肥施用量進行同比調減處理。另外,其他農林作物如飼草、林木等也需要化肥投入,但其消耗量較小且缺乏相關投入數據,所以在本文中忽略了這些作物的化肥投入量。表1顯示了過去20a我國三類作物的播種面積、種植結構(不同作物播種面積占總播種面積的比重)以及單位播種面積化肥使用量的變化情況:過去20a間我國播種面積增長了1108.9×104hm2,提高了7.4%。在市場機制的作用下,農業種植結構發生了較大的變化:經濟效益較高的園藝類作物在種植結構中所占比例提高,播種面積上升了1843.64×104hm2,占總播種面積的比重提高了10.8個百分點;糧食類作物和傳統經濟類作物播種面積分別下降了425.3×104和309.5×104hm2,占總播種面積的比重分別下降了7.3和3.5個百分點。1991—2010年間三類作物的化肥單位面積使用量都有明顯的增長,其中經濟作物和園藝類作物單位播種面積化肥使用量分別提高了114.3%和114.1%;糧食作物增長幅度較小,提高了40%。播種面積、種植結構以及單位播種面積化肥施用量的變化都會導致化肥施用總量變化,但各自的貢獻不同,在不同時期的特征也存在差異。本文將通過分解方法對各因素的貢獻量和貢獻率進行估計,并通過分解結果對未來化肥施用量進行預測。2指標分解和預測方法2.1化肥使用量持續型本文在指標分解中定義的“化肥使用強度”是排除了種植結構因素后的單位播種面積化肥使用量,即對不同作物而言的單位播種面積化肥使用量。為表示區別,“單位播種面積化肥施用量”單純表示化肥使用總量除以播種面積,因而是不同作物“化肥使用強度”的加權平均值?！翱偦适褂昧俊睘楦鞣N作物化肥使用強度與播種面積的乘積:其中:Q為總化肥使用量;I表示化肥使用強度;Ai為第i種作物的播種面積;i表示第i種作物品種;j表示第j年。為了考察種植結構對于化肥使用量的影響,將式(1)變為:其中:Pi表示第i種作物種植面積占總播種面積的比重,將P作為種植結構的指標來考察其對化肥總使用量的影響;a表示總播種面積。第i種作物的化肥使用量從第0期到第1期的變化量可以表示為:其中:ΔQi,1為化肥使用量發生的變化,ΔIi,1為施肥強度發生的變化,ΔPi,1為種植結構發生的變化,Δa1為播種總面積發生的變化。由于:因此:通過對式(4)等號右邊的第1、3、5、7項合并,可以得到下式:等式右邊第一部分為由化肥使用強度單獨變化導致的化肥使用變化量(G),第二部分為由種植結構單獨變化導致的化肥使用變化量(L),第三部分為總的播種面積變化導致的化肥使用變化量(H),第四部分為化肥使用強度和種植結構共同變化導致的化肥使用變化量(V)(以下簡稱邊際貢獻)。則總化肥使用變化量為各種作物化肥使用變化量加總:本文定義這4個因素導致的化肥使用量的變化占總的化肥使用量變化的比例為其對化肥使用增量的貢獻率。本文將重點觀察前三個部分化肥使用量的變化值,邊際貢獻由于其影響相對較小,本文不予分析。2.2農業模型的構建中國農業可持續發展決策支持系統(CHINAGRO)是一個以農業為主的多區域空間均衡模型。該模型共包括水稻、小麥、玉米、大豆、花生、油菜、棉花、蔬菜、水果、牛肉、豬肉、奶、禽蛋等17種主要農產品。模型將全國分為東北、華北、華東、華中、華南、西南、西北、青藏等8個區域,每個區域內消費者又分為城市和農村消費者,該模型可以較好地模擬各區域在自然資源條件、人口和經濟因素等社會條件約束下的農業投入、產出和消費情況。模型中農產品的生產和消費在縣級區域上達到均衡,模型充分考慮自然資源條件約束、生產和消費的相互影響、種植業和畜牧業的相互影響,以及農業部門內部不同產品之間的相互影響。模型中的農業生產是根據產品需求、國際貿易、農產品價格以及農業生產的土地等資源要素的變化情況內生決定,化肥施用量由模型內生求解的各種產品的產量以及化肥的邊際產出決定。研究中假設化肥的邊際產量遞減。3數據篩選與評估結果3.1化肥不同使用強度對農戶貢獻率的影響圖2是三種因素對化肥增長的貢獻量分解結果。從1991年到2010年化肥使用強度的增長是我國化肥施用總量增長的主因。20a間我國化肥使用量增長了2756.6×104t。其中,化肥使用強度變化貢獻了2124.7×104t,貢獻率為77.1%;種植結構調整貢獻了247.1×104t,貢獻率為9.0%;播種面積變化貢獻了341.2×104t,貢獻率為12.4%?；适┯昧康脑鲩L在不同時期表現出不同特征,尤其是近年來化肥使用強度的貢獻有下降的趨勢,而播種面積調整的貢獻則不斷提高(表2)。從1991年到1998年間,我國開始進入經濟結構轉型時期,農戶注重化肥等生產資料的投入來提高產量。這一時期化肥施用量增長幅度較大,主要貢獻因素為化肥使用強度,年貢獻率均在50%以上。種植結構、播種面積等因素對化肥使用量貢獻相對較小。但隨著市場經濟的不斷完善,1999—2002年間,一方面農戶考慮經濟成本,使得該時期化肥使用的增長量不斷下降,化肥使用強度的貢獻率也在下降;另一方面傳統種植結構不再適應市場經濟環境,農戶通過不斷調整種植結構來提高經濟效益,種植結構的貢獻有所提高。2003—2006年間我國又進入了化肥施用量較快增長的時期,一方面農業種植結構經過幾年大規模調整之后漸趨于穩定,對化肥增長的貢獻量有明顯的下降趨勢,2004年后其貢獻率趨近于0。同時,農戶為了適應新的種植結構不斷調整施肥強度,化肥使用強度的貢獻不斷提高。2007年之后,隨著種植結構的穩定,種植結構的貢獻除在2007年之外不再顯著。農戶在生產過程中注重施肥方法的科學化和經濟化,政府開始重視化肥點源污染問題,“測土配方施肥”等政策效果開始逐漸顯現,使得這一時期化肥使用強度的貢獻漸趨穩定。此時播種面積調整的貢獻不斷上升,起到了主要作用。2007—2010年間,化肥使用強度貢獻量為294.28×104t,貢獻率為46.4%,較上一時期下降了60.3個百分點;播種面積貢獻量為289.05×104t,貢獻率為45.6%,較上一時期提高了59個百分點。預計未來隨著我國種植結構的穩定和科學施肥方法的推廣,種植結構和化肥使用強度的貢獻將逐步下降并漸趨穩定,播種面積調整和化肥使用強度的作用將是未來我國化肥使用量變化的主要影響因素。3.22化肥使用強度將有較大變化本文通過CHINAGRO模型預測2020年我國各省(市、自治區)的化肥使用量。從表3可以看出,2010—2020年我國化肥施用量得到較好的控制。預計到2020年我國化肥總施用量比2010年僅提高2%;單位播種面積化肥施用量則提高4.3%。不同于過去20a間的情況,在全國以及大部分省(市、自治區)單位播種面積化肥施用量增幅都大于總施用量增幅。預計2010—2020年間,在種植結構漸趨穩定的前提下,化肥使用強度將有較小幅度的提高。而播種面積的調整則對化肥使用量的提高起到抑制作用:未來我國城市化進程加快,耕地面積進一步減少降低了化肥施用量的提高幅度。這種趨勢在城市化程度較高的東部地區更為明顯。但這也將對耕地的集約化使用以及土地對化肥污染承載能力提出更高的挑戰。因此未來仍需要加大政策力度來降低化肥使用強度、提高化肥利用率。分地區來看,上海、北京、天津、貴州、遼寧、河北、四川化肥總施用量有不同程度的下降,其他省份化肥總施用量有所提高。其中,西藏、青海、寧夏、福建、浙江、江西、湖南等省提高幅度較大。就單位播種面積化肥施用量而言,除貴州外,其他省份均有不同程度提高,其中西藏、北京、上海、廣東、福建、浙江、青海、寧夏均提高了10%以上。幾乎東部地區所有省(市、自治區)的單位面積化肥施用量都超過了國際公認的225kg/hm2的上限標準,廣東、福建、天津、北京等省(市)的單位播種面積化肥施用量接近或超過600kg/hm2。未來我國仍需要嚴格控制其化肥使用強度水平,尤其是東部地區。如果不采取有效的政策措施,化肥過量使用將對當地生態環境造成較大壓力。4化肥的用量和用量化肥大量使用在提高我國農業生產的同時也對環境產生了嚴重的負面影響。目前國內外學術界對我國化肥施用量持續增長的原因以及未來我國化肥使用的發展趨勢還存在較大爭議。本文利用過去20a間我國化肥施用量的相關數據,對化肥施用量持續增長的成因進行了分解,并利用“中國農業可持續發展決策支持系統”(CHINAGRO)對我國化肥施用量的增長趨勢進行了預測分析。本文研究結果表明:(1)從過去20a我國化肥使用的總體情況來看,化肥使用總量的增長主要來源于化肥使用強度的增加,但近幾年其貢獻率呈顯著下降趨勢。20a間我國化肥使用量增長了2756.60×104t。其中,化肥使用強度變化貢獻了2124.74×104t,貢獻率為77.1%;種植結構調整貢獻了247.13×104t,貢獻率為9.0%;播種面積變化貢獻了341.23×104t,貢獻率為12.4%。2007—2010年間,化肥使用強度貢獻量為294.28×104t,貢獻率為46.4%;種植結構調整貢獻量為53.51×104t,貢獻率為8.4%;播種面積貢獻量為289.05×104t,貢獻率為45.6%。(2)根據本文預測結果,如果不采取措施,我國未來化肥的使用總量和單位播種面積化肥施用量將依然呈現增長趨勢,但增長的速度有所下降。預計到2020年我國化肥總使用量比2010年僅提高2%,達到5672.1×104t;單位播種面積化肥使用量提高4.3%,達到361.0kg/hm2。(3)從區域上來看,我國未來單位播種面積化肥施用量較高的區域主要是廣東、福建、天津、北京等省(市