文高輝 ,王夏玙 ,胡賢輝** ,夏衛(wèi)生

(1.湖南師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 長沙 410081;2.地理空間大數(shù)據(jù)挖掘與應(yīng)用湖南省重點實驗室 長沙 410081)

中國作為人均耕地資源稀缺的國家,高投入的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式普遍存在,特別是化肥作為耕地產(chǎn)糧的重要生產(chǎn)資料,在保障糧食安全方面有著不可替代的作用。據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部統(tǒng)計,僅化肥投入對糧食增產(chǎn)的貢獻率就達到40.2%以上,但化肥的利用率較低,過量低效的化肥投入造成了資源浪費,還產(chǎn)生了較高的環(huán)境代價,過量氮磷通過淋溶或徑流等方式進入周圍環(huán)境,造成水體污染、土壤質(zhì)量退化等系列環(huán)境問題[1-2],嚴(yán)重威脅到農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和國土生態(tài)安全。根據(jù)第二次全國污染源普查公報,農(nóng)業(yè)總氮(TN)、總磷(TP)排放量占全國污染物排放總量的51.97%和67.22%。農(nóng)業(yè)面源污染以氮磷污染為主,而化肥的過量施用是農(nóng)業(yè)面源污染的重要來源之一[3],故而化肥面源污染治理顯得尤為重要和迫切。當(dāng)前,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中多以氮肥、磷肥、鉀肥、復(fù)合肥為主,但并不是所有化肥不合理不科學(xué)施用都會產(chǎn)生污染物,其中氮肥、磷肥、復(fù)合肥等肥料是氮磷污染的重要污染源。

農(nóng)戶作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的決策主體,直接決定化肥施用種類、施用方式和施用量。因此,引導(dǎo)農(nóng)戶進行合理的化肥投入是農(nóng)業(yè)化肥面源污染治理源頭控制的內(nèi)源關(guān)鍵。關(guān)于農(nóng)戶化肥投入行為,除了受農(nóng)產(chǎn)品價格等市場因素[4]的影響外,還受農(nóng)戶個體和認知特征[5-6]、家庭稟賦特征[7]、農(nóng)地經(jīng)營特征[8-9]和政策因素[10]等因素的影響。其中耕地作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最基本、最重要的投入要素,耕地規(guī)模制約著農(nóng)戶耕地經(jīng)營管理方式,進而影響農(nóng)戶的耕地投入行為。現(xiàn)有的研究多集中于討論耕地經(jīng)營規(guī)模與農(nóng)戶化肥投入量之間的關(guān)系,主要有3 種觀點:1)部分研究發(fā)現(xiàn),耕地經(jīng)營規(guī)模與農(nóng)戶單位面積化肥投入量呈負相關(guān)關(guān)系[11-12]。2)也有學(xué)者認為耕地經(jīng)營規(guī)模對農(nóng)戶化肥投入量有差異化影響。Wu等[9]的研究表明小規(guī)模農(nóng)戶和大規(guī)模農(nóng)戶均偏離最佳化肥投入量;陳雪婷等[13]也證明,隨著耕地經(jīng)營規(guī)模的擴大,農(nóng)戶單位面積化肥投入量呈先遞增后遞減的趨勢,即“U 型”關(guān)系。3)此外,還有學(xué)者認為,隨著耕地經(jīng)營規(guī)模的擴大,農(nóng)戶化肥過量投入的行為未得到顯著改善[14],部分規(guī)模戶為追求利潤最大化,反而投入更多化肥以增加土地產(chǎn)出[15-16]?？梢?關(guān)于耕地經(jīng)營規(guī)模與農(nóng)戶化肥投入量的關(guān)系,尚未形成統(tǒng)一的結(jié)論,其中一個很重要的原因是忽視了耕地規(guī)模的多樣性,忽視耕地細碎化的影響。現(xiàn)有的文獻多將耕地經(jīng)營規(guī)模同質(zhì)化處理,但受耕地細碎化的影響,耕地規(guī)模除了要考慮耕地經(jīng)營規(guī)模外,還要考慮地塊數(shù)、分散程度、地塊規(guī)模等耕地資源稟賦特征。近年來,已有少數(shù)學(xué)者開始從多角度進行耕地規(guī)模與化肥投入量的研究。紀(jì)龍等[8]分析了耕地經(jīng)營規(guī)模、地塊集中程度等耕地經(jīng)營特征對農(nóng)戶化肥投入量的影響,并指出耕地經(jīng)營規(guī)模對農(nóng)戶化肥投入的影響最大;史常亮等[6]則從地塊數(shù)、塊均面積兩個方面分析了耕地細碎化對農(nóng)戶化肥使用效率的影響;梁志會等[17]探析不同土地轉(zhuǎn)入情景下所導(dǎo)致的耕地經(jīng)營規(guī)模、耕地細碎化程度和地塊規(guī)模的相對變化對農(nóng)戶化肥投入量的影響;張露等[18]將耕地規(guī)模分為總量面積規(guī)模、地塊規(guī)模與連片規(guī)模,并分別辨析不同規(guī)模形式與農(nóng)業(yè)減量化的關(guān)系。綜上,可以發(fā)現(xiàn)已有部分學(xué)者關(guān)注到耕地細碎化、地塊規(guī)模對農(nóng)戶化肥投入的影響,但是地塊規(guī)模、細碎化與農(nóng)戶化肥投入量的關(guān)系也未形成統(tǒng)一的觀點[7,18],主要原因可能有:其一,地塊規(guī)模、耕地細碎化的內(nèi)涵界定不一致,衡量指標(biāo)不盡相同,其中,地塊規(guī)模主要采用地塊面積[19]、農(nóng)戶實際經(jīng)營的最大地塊面積[18]、平均地塊面積[17]等指標(biāo)來表征,耕地細碎化主要采用地塊數(shù)量[20]、地塊平均面積[21]、地塊間的距離[22]、細碎化綜合指數(shù)[23-24]等指標(biāo)來表征;其二,在不同地區(qū),由于經(jīng)濟社會發(fā)展水平的差異,地塊規(guī)模、耕地細碎化對農(nóng)戶化肥投入行為可能會產(chǎn)生差異化的影響[7,25];其三,在同一地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展的不同階段,地塊規(guī)模、耕地細碎化的影響效應(yīng)也有差異[26]。因此,清楚界定耕地經(jīng)營規(guī)模、地塊規(guī)模、耕地細碎化的內(nèi)涵,采用恰當(dāng)?shù)闹笜?biāo)進行衡量,才能清楚地理順耕地經(jīng)營規(guī)模、地塊規(guī)模、耕地細碎化與農(nóng)戶化肥投入量之間的關(guān)系,進而準(zhǔn)確計量耕地經(jīng)營規(guī)模、地塊規(guī)模、耕地細碎化與化肥面源污染之間的關(guān)系。

綜上,學(xué)術(shù)界對耕地規(guī)模(含耕地經(jīng)營規(guī)模、地塊規(guī)模2 層含義)、細碎化與農(nóng)戶化肥投入量的關(guān)系進行了有益的探討,并發(fā)現(xiàn)農(nóng)戶過量的化肥投入是導(dǎo)致農(nóng)業(yè)化肥面源污染的重要原因,但并非所有的化肥投入都會產(chǎn)生面源污染,鮮有學(xué)者探討耕地規(guī)模、細碎化等耕地稟賦特征對化肥面源污染的影響。據(jù)此,本文從理論層面理順耕地經(jīng)營規(guī)模、耕地細碎化、地塊規(guī)模三者間的關(guān)系及其對化肥面源污染的影響效應(yīng),運用清單分析法的思路,利用洞庭湖區(qū)域農(nóng)戶問卷調(diào)查數(shù)據(jù),測算農(nóng)戶耕地利用過程中化肥投入產(chǎn)生的面源污染物排放量,并借助Tobit 模型進行實證檢驗,以期為耕地規(guī)?；?jīng)營、化肥面源污染治理、實現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型等相關(guān)政策的制定提供科學(xué)參考。

1 理論分析與研究假說

1.1 耕地細碎化與化肥面源污染

耕地細碎化不會直接造成化肥面源污染,而是通過影響農(nóng)戶的化肥投入量進而對化肥面源污染產(chǎn)生影響。結(jié)合農(nóng)業(yè)誘致性技術(shù)變遷理論和理性小農(nóng)理論,由資源稀缺所引起的相對要素價格的變動會誘致農(nóng)業(yè)技術(shù)的變革;同時,理性小農(nóng)會通過調(diào)整要素的配置以實現(xiàn)既定生產(chǎn)條件下的效益最大化,從而形成土地節(jié)約型的生物化學(xué)技術(shù)或者勞動節(jié)約型的機械技術(shù)[27-28]。但誘致性技術(shù)變遷和要素替代都受資源稟賦條件的限制。耕地作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最基本、最稀缺的資源,農(nóng)戶對其他生產(chǎn)要素的配置都要以其所擁有的耕地為基準(zhǔn),這正是中國化肥大量投入的重要原因之一。中國人多地少的資源稟賦現(xiàn)狀使農(nóng)業(yè)技術(shù)必然朝著替代土地的方向發(fā)展,即依靠生物化學(xué)技術(shù)來提高土地生產(chǎn)率。

中國農(nóng)村土地為集體所有,為了保障土地產(chǎn)權(quán)分配的“公平性”,農(nóng)村集體按照土地的遠近優(yōu)劣均等分配土地,使耕地細碎化經(jīng)營成為中國農(nóng)業(yè)經(jīng)營的顯著特征,嚴(yán)重阻礙了農(nóng)業(yè)規(guī)模經(jīng)濟的發(fā)展[29]。耕地細碎化不僅加劇農(nóng)戶勞動時間成本[22],還加劇了農(nóng)業(yè)經(jīng)營成本,限制了農(nóng)業(yè)機械、田間灌溉設(shè)施等其他要素的使用,降低農(nóng)業(yè)資本的利用率[21,30],而且隨著勞動力成本的上漲,耕地細碎化經(jīng)營產(chǎn)生的高成本使得農(nóng)戶無利可謀,對比非農(nóng)就業(yè)的比較收入優(yōu)勢,為保證產(chǎn)量,農(nóng)戶更容易采取大量施用化肥等粗放式經(jīng)營方式,以彌補耕地資源、勞動力不足等問題。因此,耕地細碎化程度越高,農(nóng)戶的化肥投入強度越大,進而加劇化肥面源污染程度。

據(jù)此,提出研究假說H1:耕地細碎化程度越高,越會加劇化肥面源污染程度。

1.2 耕地經(jīng)營規(guī)模與化肥面源污染

從農(nóng)戶的角度而言,農(nóng)戶擴大耕地經(jīng)營規(guī)模原因在于在現(xiàn)有資源約束條件下擴大耕地經(jīng)營規(guī)模所能獲得的潛在規(guī)模經(jīng)濟。規(guī)模經(jīng)濟本質(zhì)是耕地經(jīng)營規(guī)模擴大所導(dǎo)致的單位生產(chǎn)成本的下降。耕地經(jīng)營規(guī)模擴大所帶來的規(guī)模經(jīng)濟主要源于機械、水利灌溉設(shè)施等生產(chǎn)要素的不可分性所導(dǎo)致的內(nèi)部規(guī)模經(jīng)濟,以及集中購買或銷售所獲得的價格優(yōu)勢等外部規(guī)模經(jīng)濟。一方面,隨著耕地經(jīng)營規(guī)模的擴大,勞動力需求增加,在勞動力短缺、雇傭工資上漲等壓力下,農(nóng)戶更愿意采用勞動節(jié)約型的機械技術(shù)進行生產(chǎn),而機械使用不僅可以在減輕農(nóng)業(yè)勞動強度的同時,通過機械深翻,改善土壤質(zhì)量,提高化肥吸收率[31],專業(yè)施肥機械還可以實現(xiàn)施肥的定量化和標(biāo)準(zhǔn)化,提高化肥的利用效率,實現(xiàn)化肥的合理投入[32]。另一方面,耕地經(jīng)營規(guī)模的擴大既便于農(nóng)戶對化肥的大量采買,還能降低農(nóng)戶獲取新型化肥施用方案和技術(shù)的成本。從時間偏好的角度進一步分析,一般而言,行為經(jīng)濟人對預(yù)期收益高,收益確定性強的生產(chǎn)措施具有更高的行為動機[33]。在“量級效應(yīng)”的影響下,耕地經(jīng)營規(guī)模擴大帶來的規(guī)模經(jīng)濟更能提升農(nóng)戶對農(nóng)業(yè)大規(guī)模經(jīng)營的收益預(yù)期,對收益的時間偏好較弱,傾向于考慮耕地的長效收益,愿意采納施用有機肥、測土配方肥等保護性耕地投入行為[34-35],同樣有利于減少化肥面源污染排放強度。但是,根據(jù)邊際報酬遞減規(guī)律,耕地經(jīng)營規(guī)模擴大所帶來的規(guī)模效益并不會一直持續(xù),當(dāng)耕地經(jīng)營規(guī)模超過一定范圍后,將需要投入更多的勞動力、時間和精力等,更重要的是耕地經(jīng)營規(guī)模擴大帶來的邊際效益和規(guī)模效益將下降,這時農(nóng)戶將不傾向于雇傭額外且昂貴的勞動力,而選擇成本較低、增產(chǎn)方式更簡單有效的生產(chǎn)方式,即增加化肥投入,此時化肥投入強度由降轉(zhuǎn)升,化肥面源污染強度也相應(yīng)的增加。

據(jù)此,提出研究假說H2:耕地經(jīng)營規(guī)模與化肥面源污染強度間呈“U”型關(guān)系。

1.3 地塊規(guī)模與化肥面源污染

地塊規(guī)模同樣具有規(guī)模經(jīng)濟,地塊規(guī)模越大,越有利于發(fā)揮生產(chǎn)要素的不可分性所帶來的規(guī)模經(jīng)濟,從而引起農(nóng)戶化肥投入的改變。首先,地塊規(guī)模擴大,有利于減少單位經(jīng)營成本。比如基礎(chǔ)設(shè)施投資方面,地塊規(guī)模越大越可以節(jié)約水利灌溉、機耕道路、農(nóng)地平整等基礎(chǔ)性建設(shè)的成本,擴大基礎(chǔ)設(shè)施的服務(wù)面積,使規(guī)模經(jīng)濟內(nèi)部化,而且基礎(chǔ)設(shè)施越完備,越有利于土地生產(chǎn)率的提高,一定程度上減少化肥農(nóng)藥的投入[18]。其次,地塊規(guī)模越大越有利于機械等省工性技術(shù)的使用。相較于小型機械,大型機械的單位作業(yè)成本更低,生產(chǎn)率更高,地塊規(guī)模越大越有利于大型機械設(shè)備的選擇和使用,并且,地塊規(guī)模越大,越有利于減少田埂阻隔,便于農(nóng)機的連片作業(yè),提高農(nóng)機的作業(yè)效率,減少使用成本,進而提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)效率,降低化肥施用強度[17]。再次,地塊規(guī)模大,有利于專業(yè)化服務(wù)的發(fā)展。地塊規(guī)模小會降低農(nóng)戶對專業(yè)化服務(wù)的需求,同時還增加了專業(yè)化服務(wù)的獲取難度和購買費用[36],并且,地塊規(guī)模小會限制機械施肥等某些專業(yè)化服務(wù)的使用,使農(nóng)戶傾向于以傳統(tǒng)的方式多施化肥。綜上所述,隨著地塊規(guī)模的擴大,更有利于實現(xiàn)化肥的減量投入,減少化肥面源污染物排放量。

據(jù)此,提出研究假說H3:地塊規(guī)模越大,越有利于減少化肥面源污染。

1.4 耕地經(jīng)營規(guī)模、耕地細碎化、地塊規(guī)模的交互作用與化肥面源污染

根據(jù)上述分析,在適度范圍內(nèi),耕地經(jīng)營規(guī)模的擴大,有利于化肥面源污染強度的降低,但因耕地本身條件和土地流轉(zhuǎn)多為小農(nóng)戶間的自發(fā)交易,耕地經(jīng)營規(guī)模的擴大并未根本性改變耕地細碎化的格局,反而很可能伴隨耕地細碎化程度的加深,削弱了耕地經(jīng)營規(guī)模擴大帶來的潛在的化肥減量效應(yīng)。隨著耕地經(jīng)營規(guī)模的擴張,地塊面積小、數(shù)量多且分散,反而會增加勞動力跨地塊轉(zhuǎn)移、生產(chǎn)資料運輸、雇傭工人的管理監(jiān)督等轉(zhuǎn)換成本,降低了田間管理強度,增加農(nóng)業(yè)經(jīng)營成本。并且農(nóng)戶化肥施用方式包括少次多量和多次少量兩種,后者更為科學(xué)但需要更多的勞動力投入,前者勞動力需求較小但可能導(dǎo)致化肥投入總量多、利用效率低等問題。在勞動力工資上漲,勞動力供給日益不足的情況下,當(dāng)轉(zhuǎn)換成本較大時,農(nóng)戶更傾向采用少次多量這種更為簡單粗暴、成本更低的要素投入方式。但如果農(nóng)戶在擴大耕地經(jīng)營規(guī)模的同時,能通過權(quán)屬調(diào)整、地塊歸并等實現(xiàn)地塊規(guī)模的擴大,不僅可以獲得地塊規(guī)模經(jīng)濟產(chǎn)生的化肥減量效應(yīng),反而更有利于機械化作業(yè)和規(guī)?；I(yè)化種植,削弱耕地細碎化帶來的負向影響,并放大耕地規(guī)模經(jīng)營的規(guī)模效應(yīng),提高化肥利用效率,減少化肥面源污染物排放量。

據(jù)此,提出研究假說H4:耕地細碎化程度的加深會削弱耕地經(jīng)營規(guī)模對減少化肥面源污染的正向效應(yīng)。

研究假說H5:地塊規(guī)模的擴大,可能加強耕地經(jīng)營規(guī)模對減少化肥面源污染的正向效應(yīng)。

研究假說H6:地塊規(guī)模的擴大,可能削弱耕地細碎化對減少化肥面源污染的負向效應(yīng)。

圖1 為耕地經(jīng)營規(guī)模、耕地細碎化、地塊規(guī)模三者的關(guān)系及其對化肥面源污染的影響效應(yīng)。其中虛線表述削弱或減輕作用,實線表示加強或促進作用。

圖1 耕地經(jīng)營規(guī)模、耕地細碎化和地塊規(guī)模對化肥面源污染的影響效應(yīng)(虛線表述削弱或減輕作用,實線表示加強或促進作物)Fig.1 Influence of cultivated land management scale,cultivated land fragmentation and plot scale on chemical fertilizer non-point source pollution (dashed lines indicate alleviative effects,solid lines indicate enhancing effects)

2 數(shù)據(jù)來源、研究方法與變量選擇

2.1 數(shù)據(jù)來源與樣本特征

洞庭湖平原作為典型的平原農(nóng)區(qū),自然、氣候、經(jīng)濟條件較為優(yōu)越,農(nóng)業(yè)歷史悠久,是中國糧棉油、淡水魚等重要的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基地和重要的生態(tài)經(jīng)濟區(qū)。但當(dāng)前,由于農(nóng)戶過于注重經(jīng)濟利益,大量施用化肥農(nóng)藥,導(dǎo)致洞庭湖平原地區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染嚴(yán)重。研究表明,自1991 年以來,洞庭湖區(qū)水質(zhì)總體呈下降趨勢,且主要受TN、TP 等污染物的影響,而化肥等農(nóng)業(yè)化學(xué)品的不合理投入是TN、TP 的主要來源之一[37]。本文選取位于洞庭湖平原西部的湖南省常德市為研究區(qū)域,該區(qū)耕地面積50.61 萬hm2,占湖南省耕地面積12.18%,糧食產(chǎn)量常年達350 多萬t,但化肥投入過量問題也非常突出,根據(jù)湖南省統(tǒng)計年鑒,2020 年常德市化肥施用量占全省的14.98%,化肥施用強度達到662 kg?hm?2,是中國重要的糧食產(chǎn)區(qū)和農(nóng)業(yè)面源污染綜合防治區(qū)。

數(shù)據(jù)來源于2020 年11 月在湖南省常德市開展的農(nóng)戶分層隨機抽樣問卷調(diào)查。綜合考慮常德市地理環(huán)境、資源稟賦、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)狀況和農(nóng)業(yè)面源污染現(xiàn)狀等因素,選取鼎城區(qū)、桃源縣、漢壽縣、安鄉(xiāng)縣和臨澧縣5 個農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)為調(diào)查區(qū)域;根據(jù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)到縣城的距離、行政村到集鎮(zhèn)的距離,共計選取10 個鄉(xiāng)鎮(zhèn),20 個行政村,獲得有效問卷600 份。調(diào)查對象主要為常年從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的戶主或家庭成員,調(diào)查內(nèi)容涉及農(nóng)戶個人和家庭特征、耕地保護的相關(guān)認知、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入與產(chǎn)出狀況等方面?？紤]到本文的研究內(nèi)容及為保證數(shù)據(jù)的代表性,經(jīng)統(tǒng)計整理剔除個別極端異常數(shù)據(jù)樣本后,以595 份調(diào)查問卷為本文研究數(shù)據(jù)。

調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,從農(nóng)戶個人特征來看,受訪農(nóng)戶戶主多為男性,占樣本總量的97.95%;中老年人居多,50 歲以上戶主占樣本總量的75.21%;受教育程度普遍較低,多為初中以下,占比達91.40%;有8.57%的戶主當(dāng)過村干部。從農(nóng)戶家庭特征來看,家庭農(nóng)業(yè)勞動力多為1 或2 人,占比為97.82%;有93.37%的受訪農(nóng)戶家庭總純收入在5 萬元以上;農(nóng)業(yè)收入占比在10%以下和10%～50%的樣本數(shù)量相近,分別為44.71%和44.54%,農(nóng)業(yè)收入占比過半的農(nóng)戶僅有10.76%,說明大部分農(nóng)戶的非農(nóng)收入占比高,農(nóng)戶兼業(yè)化程度高。

2.2 變量選取與定義

2.2.1 被解釋變量

被解釋變量為化肥面源污染強度。參考前人[38-39]研究成果,采用基于單元調(diào)查的清單分析法,充分考慮不同類型化肥投入產(chǎn)生的差異化影響,對化肥面源污染強度進行測算。首先,化肥面源污染類型識別和產(chǎn)污分析?；拭嬖次廴局饕从诓缓侠聿豢茖W(xué)的化肥投入,過量氮磷通過淋溶或徑流等方式進入水土環(huán)境所造成污染,故采用TN、TP 作為衡量指標(biāo)。其次,產(chǎn)污單元與統(tǒng)計指標(biāo)的確定。農(nóng)戶水稻生產(chǎn)施用的化肥主要包括氮肥、磷肥、鉀肥和復(fù)合肥等,由于造成面源污染的主要是化肥中的氮磷元素且鉀肥不直接導(dǎo)致面源污染[39-40],故確定氮肥、磷肥和復(fù)合肥為化肥面源污染的3 類產(chǎn)污單元,統(tǒng)計指標(biāo)則為氮肥、磷肥和復(fù)合肥的施用量。再次,產(chǎn)污單元排放系數(shù)確定。產(chǎn)污單元排放系數(shù)由單元特征、空間特征和資源利用率共同決定,參考雷俊華等[41]、羅斯炫等[42]學(xué)者的研究,沿用賴斯蕓等[38]的方法,根據(jù)化肥流失情況確定各產(chǎn)污單元的排放系數(shù)。排放系數(shù)等于產(chǎn)污系數(shù)乘以化肥流失率,關(guān)于產(chǎn)污單元的產(chǎn)污系數(shù),參考賴斯蕓等[38]、段華平等[39]的研究成果,按化肥折純的化學(xué)成分計算:氮肥中主要成分為N,故其TN 產(chǎn)污系數(shù)為100%;磷肥中主要成分為P2O5,根據(jù)P 和O 的相對原子質(zhì)量,可知磷肥的產(chǎn)污系數(shù)為43.66%;同理可知復(fù)合肥(氮磷鉀養(yǎng)分比例以1∶1∶1 為標(biāo)準(zhǔn))的TN 產(chǎn)污系數(shù)為33.33%,TP 產(chǎn)污系數(shù)為14.67%。因此,氮肥、磷肥和復(fù)合肥的TN 產(chǎn)污系數(shù)分別為1、0、0.33,TP 產(chǎn)污系數(shù)分別為0、0.44、0.15。關(guān)于化肥流失率,根據(jù)賴斯蕓等[38]、雷俊華等[41]的研究確定。對化肥面源污染物的流失情況進行定量分析,確定各產(chǎn)污單元的排放系數(shù)。最后,進行面源污染物排放量和排放強度的估算。具體公式如下:

式中:E為化肥面源污染物排放量,Eij為 產(chǎn)污單元i的污染物j的產(chǎn)生量,Ti為產(chǎn)污單元i的統(tǒng)計量,ρij為單元i污染物j的產(chǎn)污系數(shù),ηi為產(chǎn)污單元i的流失率,EI 為化肥面源污染強度,A為區(qū)域耕地面積。

2.2.2 核心解釋變量

根據(jù)前文理論分析,耕地經(jīng)營規(guī)模、地塊規(guī)模、耕地細碎化程度3 個變量為本文的核心解釋變量。

1)耕地經(jīng)營規(guī)模,用水稻總播種面積表征。

2)耕地細碎化程度,用耕地細碎化綜合指數(shù)表征。根據(jù)相關(guān)文獻[25-26]及數(shù)據(jù)的可獲得性,選取地塊數(shù)、塊均面積和地塊分散程度3 個指標(biāo)作為耕地細碎化程度的衡量指標(biāo),并采用綜合指數(shù)法進行測算,具體計算公式為:

式中:LFIi為第i個農(nóng)戶的耕地細碎化程度;wj為第j個指標(biāo)的權(quán)重值,參考文高輝等[26]的研究,3 個指標(biāo)的權(quán)重值均為1/3;rij為第i個農(nóng)戶第j個耕地細碎化衡量指標(biāo)的極值標(biāo)準(zhǔn)化值。其中地塊數(shù)和地塊分散程度為正向指標(biāo),塊均面積為負向指標(biāo)。

3)地塊規(guī)模,用地塊平均面積(即水稻總播種面積/地塊數(shù))表征。

2.2.3 控制變量

控制變量包括農(nóng)戶的個體特征、家庭特征和所處外部環(huán)境。1)農(nóng)戶個體特征,因戶主多為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的家庭決策者,故選擇戶主的個體特征作為控制變量,包括戶主性別、年齡、受教育程度、是否當(dāng)過村干部[6];2)家庭特征,包括純農(nóng)業(yè)勞動力數(shù)量、家庭總收入水平和農(nóng)業(yè)技術(shù)培訓(xùn)狀況[7];3)外部環(huán)境,選取政府補貼[17]。變量定義及描述如表1 所示。

表1 耕地規(guī)模、細碎化對化肥面源污染的影響相關(guān)變量定義與描述Table 1 Definition and description of relevant variables of the impact of cultivated land scale and fragmentation on chemical fertilizer non-point source pollution

2.3 模型構(gòu)建

本文重點關(guān)注耕地經(jīng)營規(guī)模、耕地細碎化程度和地塊規(guī)模對化肥面源污染的影響,以及不同耕地細碎化程度和地塊規(guī)模水平下,耕地經(jīng)營規(guī)模對化肥面源污染的影響,和不同地塊規(guī)模水平下,耕地細碎化程度對化肥面源污染的影響。因此,本文分別構(gòu)建未包含和包含耕地經(jīng)營規(guī)模、耕地細碎化程度、地塊規(guī)模三者交互項的模型進行實證檢驗。由于化肥面源污染強度為非負值,屬于截斷數(shù)據(jù),故采用限制被解釋變量回歸模型,即Tobit 模型。未包含交互項的模型表達式如下:

式中:EIi表示第i個農(nóng)戶化肥投入產(chǎn)生的化肥面源污染強度,同時,因化肥面源污染強度的方差可能會隨著核心解釋變量的增加而增大,為降低異方差程度,所以對化肥面源污染強度對數(shù)化處理;Scalei表示第i個農(nóng)戶的耕地經(jīng)營規(guī)模;PScalei表示第i個農(nóng)戶的地塊規(guī)模;LFIi表示第i個農(nóng)戶的耕地細碎化程度;Xi代表控制變量;α0為截距項;α1、α2、α3和α4為待估計參數(shù);βi為 隨機擾動項。

包含交互項的模型表達式如下:

式中:Scalei×LFIi表示耕地經(jīng)營規(guī)模與耕地細碎化程度的交互項;Scalei×PScalei表示耕地經(jīng)營規(guī)模與地塊規(guī)模的交互項;LFIi×PScalei表示耕地細碎化程度與地塊規(guī)模的交互項。其余變量與參數(shù)的定義與公式(4)中一致。為克服交互項可能引起的多重共線性問題,對交互項進行了中心化處理。

3 結(jié)果與分析

3.1 模型估計結(jié)果

表2 為未包含交互項變量的模型回歸結(jié)果。模型M1、模型M2 和模型M3 分別為控制了耕地細碎化程度、耕地經(jīng)營規(guī)模和地塊規(guī)模的結(jié)果。模型M1 的回歸結(jié)果顯示,耕地細碎化程度在5%的水平顯著為正,說明耕地細碎化程度與化肥面源污染強度呈正相關(guān),耕地細碎化程度越深,不僅妨礙了農(nóng)業(yè)機械等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素的使用,而且農(nóng)戶可能需要投入更多的勞動力和時間用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn),增加了單位面積農(nóng)業(yè)經(jīng)營成本,為節(jié)約成本、減少人力投入,農(nóng)戶更傾向于少次多量的粗放式的化肥施用方式,增加了化肥施用強度,進而增加了化肥面源污染強度,研究假說H1 得到驗證。模型M2 的回歸結(jié)果顯示,耕地經(jīng)營規(guī)模的一次項系數(shù)為負,二次項系數(shù)為正,且均在1%水平顯著,說明耕地經(jīng)營規(guī)模與化肥面源污染強度呈“U”型關(guān)系,化肥面源污染強度隨耕地經(jīng)營規(guī)模的擴大呈先下降后上升的趨勢,其拐點約為4.311 hm2,研究假說H2 得到驗證。模型M3 的回歸結(jié)果顯示,地塊規(guī)模的系數(shù)在1%水平顯著為負,說明地塊規(guī)模的擴大,有利于發(fā)揮地塊規(guī)模經(jīng)濟的實現(xiàn),降低單位面積經(jīng)營成本,促進農(nóng)業(yè)機械的使用和田間基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè),提高化肥利用率,降低化肥投入強度,進而促進化肥面源污染物排放量的減少,研究假說H3 得到驗證。

表2 耕地規(guī)模、細碎化對化肥面源污染影響的模型估計結(jié)果(未引入交互項)Table 2 Model estimation results of the impact of cultivated land scale and fragmentation on chemical fertilizer non-point source pollution (no interaction terms were introduced)

表3 為包含交互項模型的回歸結(jié)果。回歸結(jié)果顯示,耕地經(jīng)營規(guī)模與耕地細碎化程度的交互項顯著,且系數(shù)為正,說明耕地細碎化程度越高,耕地經(jīng)營規(guī)模較大的農(nóng)戶反而會增加化肥投入量,產(chǎn)生更多的化肥面源污染,即耕地細碎化程度的加深,反而降低了耕地經(jīng)營規(guī)模擴大產(chǎn)生的正向影響;進一步分析耕地經(jīng)營規(guī)模與耕地細碎化程度的交互項的回歸結(jié)果,同樣也說明耕地經(jīng)營規(guī)模的擴大有利于減緩耕地細碎化程度加深帶來的負向影響,研究假說H4 得到驗證。耕地經(jīng)營規(guī)模與地塊規(guī)模的交互項顯著,且系數(shù)為負,說明地塊規(guī)模在耕地經(jīng)營規(guī)模與化肥面源污染之間有顯著的調(diào)節(jié)作用,地塊規(guī)模的擴大更能加強耕地經(jīng)營規(guī)模擴大對減少化肥面源污染的正向影響,進一步分析,耕地經(jīng)營規(guī)模擴大也可以加強地塊規(guī)模對減少化肥面源污染的正向影響,研究假說H5 得到驗證。地塊規(guī)模與耕地細碎化程度的交互項同樣顯著,且系數(shù)為負,說明地塊規(guī)模的擴大可以削弱耕地細碎化帶來的負面影響,減少化肥面源污染,反而言之,耕地細碎化程度的加深也會削弱地塊規(guī)模擴大產(chǎn)生的正向影響,研究假說H6 得到驗證。

表3 耕地規(guī)模、細碎化對化肥面源污染影響的模型估計結(jié)果(引入交互項)Table 3 Model estimation results of the impact of cultivated land scale and fragmentation on chemical fertilizer non-point source pollution (introducing interaction terms)

控制變量對化肥面源污染的影響。由表2 可知,戶主的受教育程度在1%或5%水平顯著為負,說明農(nóng)戶的受教育程度越高,其思想覺悟、視野和認知、資源配置能力及對政策的響應(yīng)會更高,更能合理有效地施用化肥,從而有利于減少化肥面源污染;戶主村干部身份同樣顯著為負,說明相比于普通農(nóng)戶,當(dāng)過村干部的農(nóng)戶可能思想更先進、對國家政策的了解程度更深,以及責(zé)任感更強,更愿意為化肥的減量投入做出努力;政府農(nóng)業(yè)補貼的系數(shù)顯著為負,說明政府農(nóng)業(yè)補貼有利于化肥面源污染的減少,相較于價格較低、用量較大、負成分含量多的單質(zhì)肥,復(fù)合肥或配方肥所含養(yǎng)分和有效成分更多,肥料利用率和糧食增產(chǎn)率更高,但價格也更高,農(nóng)業(yè)補貼更有利于增加農(nóng)戶對復(fù)合肥的使用[43],從而降低化肥施用強度,降低化肥面源污染強度。

3.2 穩(wěn)健性檢驗

為驗證實證結(jié)論的可靠性,借鑒史常亮等[6]的做法,通過更換核心變量來檢驗?zāi)Ｐ偷姆€(wěn)健性。關(guān)于耕地細碎化程度的衡量除采用耕地細碎化綜合指數(shù)外,也有學(xué)者采用單指標(biāo)來表征[21-22],因此,采用地塊數(shù)作為耕地細碎化程度的衡量指標(biāo)進行模型的穩(wěn)健性檢驗,回歸結(jié)果如表4、表5 所示,以地塊數(shù)衡量的耕地細碎化程度與化肥面源污染強度在5%水平顯著正相關(guān),即地塊數(shù)越多,耕地細碎化程度越高,化肥面源污染強度越大,并且交互項結(jié)果也與前文研究結(jié)果一致。此外,部分農(nóng)戶的地塊數(shù)僅為1 塊,導(dǎo)致地塊規(guī)模與耕地經(jīng)營規(guī)模數(shù)值相等,此時,農(nóng)戶的耕地完整性最高,耕地細碎化程度最低。為此,還可以通過剔除農(nóng)戶地塊規(guī)模與耕地經(jīng)營規(guī)模相等,即地塊數(shù)為1 的樣本數(shù)據(jù),用剩余樣本進行穩(wěn)健性檢驗,回歸結(jié)果如表6、表7 所示,剔除地塊數(shù)為1 塊的35 戶農(nóng)戶后,模型回歸結(jié)果仍支持上述結(jié)論。

表4 耕地規(guī)模、細碎化對化肥面源污染影響的模型估計結(jié)果(未引入交互項,耕地細碎化程度用地塊數(shù)衡量)Table 4 Model estimation results of the impact of cultivated land scale and fragmentation on chemical fertilizer non-point source pollution (no interaction terms were introduced,degree of cultivated land fragmentation is represented by plots number)

表5 耕地規(guī)模、細碎化對化肥面源污染影響的模型估計結(jié)果(引入交互項,耕地細碎化程度用地塊數(shù)衡量)Table 5 Model estimation results of the impact of cultivated land scale and fragmentation on chemical fertilizer non-point source pollution (introduced interaction terms,degree of cultivated land fragmentation is represented by plots number)

表6 耕地規(guī)模、細碎化對化肥面源污染影響的模型估計結(jié)果(未引入交互項,剔除地塊數(shù)為1 的樣本)Table 6 Model estimation results of the impact of cultivated land scale and fragmentation on chemical fertilizer non-point source pollution (no interaction terms were introduced,samples with only one plot are excluded)

表7 耕地規(guī)模、細碎化對化肥面源污染影響的模型估計結(jié)果(引入交互項,剔除樣本量)Table 7 Model estimation results of the impact of cultivated land scale and fragmentation on chemical fertilizer non-point source pollution (introduced interaction terms,sample size excluded)

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

不合理不科學(xué)的化肥投入所導(dǎo)致的化肥面源污染是農(nóng)業(yè)面源污染的重要來源之一,化肥面源污染防治對于改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境、保障糧食安全、促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。而了解化肥面源污染的影響因素可以為面源污染防治提供更有針對性的建議。耕地作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最基礎(chǔ)、最稀缺的生產(chǎn)要素,耕地規(guī)模的大小會直接制約農(nóng)戶的耕地投入行為,因此,適度的耕地規(guī)模是促進農(nóng)戶合理科學(xué)投入化肥,減少化肥面源污染的重要路徑。本文基于農(nóng)戶微觀層面,探討耕地經(jīng)營規(guī)模、地塊規(guī)模、耕地細碎化三者的關(guān)系及其對化肥面源污染的影響,并借助農(nóng)戶問卷調(diào)查數(shù)據(jù)測算農(nóng)戶農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥投入產(chǎn)生化肥面源污染的強度進行實證分析,從而為化肥面源污染防治提供有效的理論依據(jù)。

研究結(jié)果表明:1)耕地細碎化與化肥面源污染呈顯著的正相關(guān)關(guān)系,同時,耕地細碎化程度的加深還會削弱耕地經(jīng)營規(guī)模擴大和地塊規(guī)模擴大對化肥面源污染的削減作用,這一結(jié)論可以從史常亮等[6]、王亞輝等[30]梁志會等[17]學(xué)者的研究結(jié)果中得到證實,即耕地細碎化在減少化肥面源污染及發(fā)揮規(guī)模經(jīng)濟等方面會產(chǎn)生顯著的負面影響。2)耕地經(jīng)營規(guī)模與化肥面源污染強度呈“U”型關(guān)系,這一結(jié)論與陳雪婷等[13]、紀(jì)龍等[8]、曹慧等[7]的研究結(jié)果一致,證實了在適度規(guī)模范圍內(nèi),耕地經(jīng)營規(guī)模的擴大對減少化肥面源污染具有有效的促進作用;同時,研究還表明耕地經(jīng)營規(guī)模的擴大也有利于削弱耕地細碎化產(chǎn)生的負向影響,加強地塊規(guī)模擴大對減少化肥面源污染的正向影響,這一結(jié)論可以從張露等[18]、梁志會等[17]學(xué)者的研究中得到證實。3)地塊規(guī)模的擴大對化肥面源污染有顯著的削減效應(yīng),這一結(jié)論可以從張露等[18]、楊宗耀等[19]的研究中得到證實;同時,地塊規(guī)模的擴大可以有效調(diào)節(jié)耕地細碎化產(chǎn)生的負向影響及加強耕地經(jīng)營規(guī)模擴大產(chǎn)生的正向影響,該結(jié)論也可以從張露等[18]、楊宗耀等[19]、梁志會等[17]學(xué)者的研究中得到證實,即地塊規(guī)模的擴大可以更有效地發(fā)揮耕地的規(guī)模經(jīng)濟,對耕地細碎化和耕地經(jīng)營規(guī)模產(chǎn)生的影響產(chǎn)生有效的調(diào)節(jié)效應(yīng)。

對比已有的研究,本文從兩個方面進行了深化和發(fā)展。一方面,本文不再只關(guān)注化肥投入量或投入強度,而是進一步關(guān)注化肥投入所導(dǎo)致的面源污染問題;另一方面,學(xué)術(shù)界關(guān)于耕地規(guī)模對化肥投入或化肥利用效率的影響進行了大量的研究,并且多從耕地經(jīng)營規(guī)模的角度[7-8,13]進行探討,也有少量學(xué)者從地塊規(guī)模的角度[17-18]進一步分析,但專門針對耕地細碎化和耕地規(guī)模對化肥投入的影響較少,本文深入分析耕地資源稟賦特征,細化耕地規(guī)模為耕地經(jīng)營規(guī)模和地塊規(guī)模,更加具體地論述耕地細碎化、耕地經(jīng)營規(guī)模、地塊規(guī)模對化肥面源污染的影響機理,并且進一步分析了三者之間的相互作用對化肥面源污染的影響。但本文也存在一定的局限性,首先,由于數(shù)據(jù)的限制,本文僅采用地塊平均面積來表征地塊規(guī)模,而不是每一塊地塊的實際面積,不能進一步探究地塊規(guī)模與化肥面源污染強度是否始終呈負相關(guān)關(guān)系,是否會如耕地經(jīng)營規(guī)模一樣,存在門檻值,比如曹慧和趙凱[7]用地塊實際經(jīng)營面積來表征地塊規(guī)模,發(fā)現(xiàn)地塊規(guī)模與農(nóng)戶親環(huán)境行為間呈倒“U”型關(guān)系。因此,未來的研究中地塊規(guī)模對化肥面源污染的影響可以進一步探討。其次,南方多丘陵山區(qū),由于耕地立地條件直接導(dǎo)致部分地區(qū)無法形成大面積耕地,即地塊規(guī)模受限,而本文的研究區(qū)域為洞庭湖平原,地勢更加平坦,故本文的研究結(jié)論是否適用于南方丘陵山區(qū)需要進一步驗證。還有研究證明,連片化種植有利于農(nóng)戶參與縱向分工,獲得服務(wù)規(guī)模擴大帶來的規(guī)模經(jīng)濟,提高機械化和自動化的作業(yè)精度,實現(xiàn)化肥的減量投入,即連片規(guī)模的擴大也有利于降低耕地細碎化產(chǎn)生的負面影響[18],因此,連片規(guī)模及連片規(guī)模與耕地細碎化、耕地規(guī)模的相互作用對化肥面源污染的影響也值得進一步探討。再次,洞庭湖平原是重要的糧食生產(chǎn)區(qū),該區(qū)域農(nóng)田灌排系統(tǒng)較發(fā)達,而化肥面源污染是由于化肥不合理施用,使得過量氮磷通過淋溶或徑流等方式進入周圍環(huán)境,造成水污染、土壤污染等環(huán)境問題和糧食質(zhì)量安全問題等。因此,農(nóng)田灌排系統(tǒng)對于氮磷的遷移即化肥面源污染的產(chǎn)生和擴散有重要的影響,而耕地細碎化會影響農(nóng)田灌排系統(tǒng)的規(guī)模性和完善程度,所以,基于耕地細碎化角度,分析農(nóng)田灌排系統(tǒng)對化肥面源污染的影響也值得進一步探討。

4.2 結(jié)論

本文將耕地規(guī)模分為耕地經(jīng)營規(guī)模與地塊規(guī)模,首先從理論上分析耕地經(jīng)營規(guī)模、地塊規(guī)模、耕地細碎化三者對化肥面源污染的影響,并借助洞庭湖平原595 戶農(nóng)戶問卷調(diào)查數(shù)據(jù)進行實證檢驗,得到以下結(jié)論:

1)耕地細碎化與化肥面源污染呈顯著的正相關(guān)關(guān)系。耕地細碎化程度越高,化肥面源污染強度越大,且耕地細碎化程度的加深還會削弱耕地經(jīng)營規(guī)模擴大和地塊規(guī)模擴大對化肥面源污染削減作用。

2)耕地經(jīng)營規(guī)模與化肥面源污染強度呈“U”型關(guān)系。化肥面源污染強度隨耕地經(jīng)營規(guī)模的擴大呈先減少后增加的趨勢,其拐點約為4.311 hm2。且耕地經(jīng)營規(guī)模的擴大也有利于削弱耕地細碎化產(chǎn)生的負向影響,加強地塊規(guī)模擴大對減少化肥面源污染的正向影響。

3)地塊規(guī)模對化肥面源污染有顯著的削減效應(yīng)。地塊規(guī)模的擴大有利于化肥面源污染的減少,同時,地塊規(guī)模的擴大可以有效調(diào)節(jié)耕地細碎化產(chǎn)生的負向影響及加強耕地經(jīng)營規(guī)模擴大產(chǎn)生的正向影響。

4)戶主的受教育程度、是否當(dāng)過村干部以及農(nóng)業(yè)補貼也是影響化肥面源污染的重要因素。農(nóng)戶受教育程度高、當(dāng)過村干部以及較高的農(nóng)業(yè)補貼更有利于減少化肥投入量,進而減少化肥面源污染。

上述結(jié)論對減輕化肥面源污染具有重要的政策含義。首先是適度范圍內(nèi)擴大耕地經(jīng)營規(guī)模對降低農(nóng)戶化肥施用強度、減少化肥面源污染具有重要意義。但僅擴大耕地經(jīng)營規(guī)模是不充分的,更重要的是在給予政策引導(dǎo)或適當(dāng)?shù)呢斦С窒?鼓勵農(nóng)戶擴大耕地經(jīng)營規(guī)模的同時,通過土地平整、消除田埂等工程措施及權(quán)屬調(diào)整、完善耕地流轉(zhuǎn)市場等措施,降低耕地細碎化程度,擴大地塊規(guī)模。此外,還要加強化肥面源污染和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的宣傳,提高農(nóng)戶保護耕地、糧食安全的認知,發(fā)揮村干部、農(nóng)業(yè)能人的帶頭示范作用,正確看待化肥作用、合理施用化肥;發(fā)揮政府農(nóng)業(yè)補貼的積極作用,降低復(fù)合肥、配方肥價格,并研制新型化肥和優(yōu)質(zhì)種子,在保證糧食產(chǎn)量提升的同時,降低化肥施用強度。