我国粮食生产中化肥投入的环境成本研究

赵志坚 胡小娟

[作者简介] 赵志坚（1959—），男，湖南长沙人，湖南大学工商管理学院副教授.研究方向：计量经济学、环境经济学.

[摘要] 施用化肥对我国粮食安全起到了重要的保障作用，然而，用于粮食生产的化肥施用量在不断增加的同时也带来了环境污染问题。文章采用1983-2010年的数据，运用比较法和计量模型分析了我国粮食生产中化肥投入对环境所产生的影响。结果显示：化肥施用量以年均4.57%的速度增长，是粮食增速的3.52倍；单位面积粮食产出的化肥投入边际效用以年均1.58%的速度降低；粮食化肥施用的环境成本以年均7.4%的速度增长；化肥使用量每增加一个百分点，粮食产量增加0.32个百分点，化肥施用的环境成本增加1.74个百分点。最后，针对粮食生产中化肥投入的环境污染问题提出了对策建议。

[关键词] 粮食产出；化肥投入；环境成本

[中图分类号] F322[文献标识码] A[文章编号] 1008—1763（2013）06—0052—05

一研究背景与进展

粮食是农业的基础，化肥是粮食的基础。国际国内的历史经验和现实表明，化肥的有效投入是粮食增产最有效的措施和途径。我国是人口大国同时也是粮食消费大国，保障居民粮食及时有效供给极为重要，为此我国必须大力发展粮食生产。然而随着我国粮食生产安全压力的增大，化肥使用量也在不断增加，至使农业面源污染有加大的趋势。粮食生产中使用化肥所产生的污染已成为我国当前亟待研究的环境污染源问题之一。

目前关于我国粮食生产中化肥投入对环境成本影响实证研究的文献不多，已有的相关文献主要集中于以下几个方面。

（一）粮食生产中施用化肥的意义

按德国化学家李比希（Liebig）养分归还学说的解释，作物生长中需要从土壤中获得养分，年复一年地种植粮食意味着土地养分被不断带走，土壤肥力日渐下降，要恢复土壤的肥效就要不断地向土壤施加肥料以培养新一轮粮食生产所需的养分，否则粮食产量将会下降[1]。氮、磷、钾是粮食等农作物生长所需要的重要常规营养元素，化肥就是包括这些常规营养元素的肥料。化肥施入土壤后，不仅能够补充氮、磷、钾三种常规养分，而且是最经济、最科学的养料补充方式。因为农家肥虽然含营养成分的种类比较多，但相对化肥来说，农家肥氮、磷、钾含量较少，养分被粮食作物吸收较慢，肥效不十分显著[2]，因此，化肥是粮食作物重要的生产资料。

（二）我国粮食生产中化肥施用量在逐年提高

据发达国家统计，化肥对作物产量的贡献率达30%～50%，就我国而言，农业中化肥施用总量和单位面积用量也已处于世界较高水平，消费了约占世界化肥总量的35%，而粮食作物又消费了我国农业化肥施用量的50%[3]。从动态看， 1975年，我国单位面积化肥施用量仅为70（kg·hm-2），大致等于同期的世界平均水平；2000年，我国单位面积化肥施用量达到279（kg·hm-2），是同期世界平均水平的3倍；2008年，单位面积化肥施用量增加到300（kg·hm-2）以上，已远远超过发达国家设置的225（kg·hm-2）的安全标准[4]。

（三）我国化肥施用量不断提高的原因

一是我国工业化和城市化进程的加快，导致耕地资源日益减少。人均耕地面积由1949年的0.26 hm2下降到2007年的0.092 hm2，不及世界平均水平的1/2[5]，已低于有关专家测算的维持温饱的最低极限0.10 hm2的水平[6]。由于耕地资源的不断减少，以更多的化肥替代耕地已成为粮食作物生产技术的重要发展方向[7]。李洁[8]实证检验结果也表明，在长三角地区由于土地机会成本增长速度远高于化肥价格的上涨，导致了农田化肥的大量投入；与此同时，劳动机会成本的快速增长，也使得长三角地区劳动密集型作物生产以化肥高度替代劳动为特征。二是我国土壤整体质量差。我国约有四分之一的土壤肥力低下，而且已利用的土壤肥力水平也偏低，全国耕地有机质含量平均仅为18.0（ g·kg-1），旱地为10.0（ g·kg-1），远低于欧美发达国家的30（ g·kg-1），我国中低产田比例大，约占耕地面积的71.3%[9]，大量存在的中低产耕地加重了对化肥用量的需求。三是农业生产方式落后。我国相当多数的农业生产处于分散式的小农经营，生产经营方式粗放，集约化程度低，没有规模经济，劳动生产率低下。因此，要获得粮食产量的持续增长只有在单位耕地上投入更多的化肥[10]。四是化肥利用率低下且逐年下降。目前我国的氮肥利用率仅为30%左右，磷肥利用率为10%～25%，远低于世界发达国家的水平，其他部分都随地表径流、泥沙、淋溶等损失掉[11]。由于我国大量使用化肥造成了土壤肥力下降和土壤板结，在耕地面积没有增加甚至减少的背景下为了获得更高的粮食产量，就通过增大化肥用量这一方式，于是形成了“化肥过量使用—土壤肥力下降—加大化肥用量”的恶性循环[12]。许多学者通过实证检验支持了这一结论，如徐浪[13]通过系数函数计算出1978～2000年四川化肥施用量对粮食产量贡献率先上升后下降，唐华仓[14]利用弹性系数计算出河南省2001年化肥的贡献率为9.5%，到2003年下降为7.68%。

（四）关于施用化肥对环境影响的效果

洛桑Park Grass长期的试验中发现，长期施用化肥造成土壤酸度增加，重金属移动增强，Al离子污染地下水的威胁增大[15]。施用磷肥过多，会使施肥土壤含镉量比一般土壤高数倍甚至上百倍，长期积累将造成土壤镉污染[16]。由于大量的使用化肥，我国土壤污染总体形势相当严峻，土壤深度酸化，近60年来我国土壤的pH值下降了0.13～0.8，这个变化本应该是在千年间发生的[17]。农业生产中过量的化肥投入增加了土壤和水域污染负担，从农田流失的氮、磷元素残留于土地并进入水域，已成为区域水质恶化的重要原因，其中多数集中在经济较发达的地区[18]，比如在太湖流域，由于农田化肥用量持续增加，农业面源污染对太湖流域水质恶化贡献率不断增加，其中总磷（TP）污染贡献率已达19%，总氮（TN）贡献率达29%，超过了工业和城市点源污染的贡献率（张维理，2008）[19]。向平安等[20] 等对湖南省洞庭湖地区水稻施用化肥的实证检验结果表明，洞庭湖因水体富营养化对下游渔业造成的损失每年为10万元；饮用水源造成的损失每年为1个亿；重金属污染每年造成的损失为4000万。

（五）经济发展与农业面源污染的关系

从经济的发展过程看，Antler [21]、McConnell[22]等认为农业面源污染作为一种环境污染与经济发展也符合“U”型曲线，李海鹏等[23]对2006年我国31个省份的农业面源的实证检验也支持了这一观点，并指出我国农资污染正在恶化中，大多数省份农资排放量仍处于倒U曲线左侧，其中化肥污染将在很长时间内保持继续上升的趋势，成为农业面源污染的重心。

二化肥投入与粮食产出比

（一）化肥投入与粮食产量

自1983年以来，我国粮食产量与化肥施用量之间存在较强的正相关性。可以把粮食产量与化肥施用量之间的关系划分为两个阶段：第一个阶段从1983～1998年，我国粮食产量和化肥施用量都保持了较快的增长速度，粮食产量从1983年的3.8728×108t 增加到1999年的5.0839×108t ，年均增长率为1.7%；化肥施用量从1983年的1.66×107t 增加到1999年的4.124×107t ，年均增长率为5.9%；第二个阶段从2000～2010年我国粮食产量和化肥施用量都保持了一个相对较慢的增长速度，粮食产量从2000年的4.6218×108t 增加到2010年的5.4647×108t ，年均增长率为1.7%；化肥施用量从2000年的4.146×107t 增加到2010年的5.562×107t ，年均增长率为3.0%。然而，无论哪个阶段，化肥施用量的年均增长率远远大于粮食的年均增长率，见图1。

（二）化肥投入与粮食单位面积产量

从粮食生产的有效供给来说，影响粮食产量的两个重要因素是粮食播种面积和粮食单位面积产量。自1983年以来，我国的粮食播种面积有两个变化区间，一是1983年至1998年的增长阶段，我国粮食播种面积1998年是1984年的约1.5倍；二是从1999年到2010年的10年间我国的粮食播种面积基本维持在1.5×108hm2左右的平稳阶段。在1999年以后我国粮食播种面积基本不变的情况下，新增粮食3.8×107t主要是靠单位面积产量的提高而增加的，而化肥在其中起了关键性作用。1983年以来我国粮食单位面积产量以年均1.30%的速度增长，与此同时，化肥施用量以年均4.57%的速度增长，其增速是粮食增速的3.52倍，见表1。但是如果考虑化肥粮食单产投入与产出比率则更是逐年显著下降，由1983年的49.20下降到2010年的31.97，单位面积粮食产出的化肥投入边际效益以年均1.58%的速度降低。

（三）化肥施用量与粮食产量之间关系的检验

根据理论和经验分析，影响粮食产量的因素主要包括化肥施用量、粮食播种面积、受灾面积、农业机械总动力、农业劳动力等。因此，以我国粮食产量为被解释变量，以化肥使用量、粮食播种面积、受灾面积、农业机械总动力、农业劳动力为解释变量做回归。回归结果显示模型变量间存在多重共线性，误差项存在异方差性，为消除这些不良影响，考虑取对数后的如下模型：

三粮食生产施用化肥对环境成本的影响

（一）化肥流失情况

大量权威研究表明，在诸多引致因素中，因过量和不合理施用化肥所带来的养分流失逐渐成为我国农业面源污染最主要的来源之一。我国粮食生产中化肥的过量使用与较低的利用率同时存在，不仅造成资源的浪费，而且还带来严重的环境问题。据不完全统计，我国每年损失的氮素相当于4×107t硫酸铵，价值高达500多亿元[24]。如果仅考虑用于粮食生产的化肥投入所产生的污染效果，自1983年以来氮肥流失以年均2.64%的速度增长，磷肥以年均3.12%的增速增长，见表2。

（二）粮食生产的化肥投入环境成本估值

长期以来，人们习惯于计算粮食的直接生产成本而忽略了粮食生产过程中的资源环境损失成本。事实上，这一隐性成本的长期积累已通过环境污染逐渐显现出来，并反作用于我国的粮食生产。为研究化肥施用量的环境成本与化肥施用量之间的关系，首先要测算我国化肥施用量的环境成本，根据赖力[25] 、Pretty[26] 和Fare[27]提供的能值分析和剂量影响法，对我国化肥施用的农业环境损失进行量化估算；其各类化肥折纯量数据均来源于1983～2011年《中国统计年鉴》，同时把它与当年农业增加值进行比较，结果见表3。2010年，我国粮食化肥施用的环境成本为371.74亿元，约占当年农业增加值的7.0%，1983年以来我国粮食化肥施用的环境成本以年均7.4%的速度增长（按1983年价格计算），远超过粮食及化肥投入的增长速度。

（三）生产粮食的化肥施用量与化肥施用环境成本之间关系的检验

由于化肥施用的环境成本主要由化肥使用量决定，因此我们以化肥施用的环境成本为被解释变量，以化肥施用量为解释变量做回归，为消除异方差性的影响，考虑取对数后的模型：

四结论与对策措施

（一）结论

1983年以来，我国粮食产量与化肥施用量之间存在较强的正相关性，化肥施用量每增加一个百分点，我国粮食产量增加0.32个百分点；用于粮食的化肥施用量与环境成本之间存在更为显著的相关性，化肥施用量每增加一个百分点，我国化肥施用的环境成本增加1.74个百分点；自1983年以来，我国粮食单位面积产量以年均1.30%的速度增长；化肥施用量以年均4.57%的速度增长；粮食化肥施用的环境成本以年均7.4%的速度增长；粮食单产化肥投入产出比率逐年显著下降，由1983年的49.20下降到2010年的31.97；单位面积粮食产出的化肥投入边际效益以年均1.58%的速度降低。

（二）对策措施

基于我国人口多、耕地少，粮食以自主生产为主的国情，确保粮食安全的主要途径和最大潜力是提高粮食单产，但是不能用增大化肥投入作为提高粮食单产的唯一途径，因为长期施用化肥在促进粮食增产的同时，也带来了土壤质量及环境问题。因此，第一，制定有关我国农田污染的相关法律法规制度。论证我国农业面源污染防治方案，明确农业面源污染防治工作的指导原则、基本思路和工作重点。第二，切实保护农业生态环境。制定现代农业规划及其相应可实现的生态环境效应目标，大力推行生态农业综合应用节水、节肥等可持续农业技术。第三，实施强制性的农田轮耕及休耕制度。配套实施耕作制度的改革、施肥方法的革新、农业灌溉的新手段。第四，发展高效环保农业投入品。政府应从财政、金融、税收等方面扶持发展高效新型环保农业肥的生产和使用，鼓励农民使用农家肥、有机肥、生物肥等环保肥。第五，政府应在实施粮食财政补贴政策的同时实施环保农业财政补贴政策。因为单纯的粮食补贴政策只会加剧农业面源的污染，无法实现粮食可持续发展，因此应把粮食环保生产作为财政补贴的硬性指标纳入财政支农体系之中，并建立科学可行的考核程序和考核指标。第六，把提高化肥利用率作为化肥施用研究的重点。在生产方面，增加优质化肥供给数量，多方面支持化肥生产，加快化肥生产企业的整合速度和技术改造，向多品种、高效化、复混化、长效化和液体化方向发展；在施用方面，改变粗放型施肥方式，积极发展配方肥料和作物专用肥料，针对不同地区实施区域配肥技术研究，推广测土配方施肥。此外，改变传统的撒肥方式，通过深耕和翻耕等方式提高肥料利用率；在施肥主体方面，积极对粮农开展科学施肥培训，及时推广先进的施肥技术，向低消耗、低排放、高效率的农业粮食施肥方向发展。

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