气候变化背景下农业面源污染研究述评

李 博　李 青　陈红梅

(塔里木大学经济与管理学院， 新疆 阿拉尔 843300)



气候变化背景下农业面源污染研究述评

李 博李 青陈红梅

(塔里木大学经济与管理学院， 新疆 阿拉尔 843300)

农业面源污染是人类不合理的经济活动与脆弱的生态环境相互作用的结果。通过梳理有关文献，从农业面源污染的现状、成因和防治体系三方面对农业面源污染的研究进展进行评述，在此基础上揭示气候影响农业面源污染的直接和间接路径，气候通过地表径流和地下渗漏方式产生农业面源污染，同时气候变化使农户产生不科学的生产调整行为进而加剧农业面源污染。研究这一关系对于把握气候变化的客观规律，完善基于气候适应性的污染防控体系有重要意义。

气候变化； 化学品投入效率； 农业面源污染

1　引言

2015年，中央一号文件中明确提出农业环境突出问题治理总体规划，提出要加强农业面源污染治理，突出强调农业发展的“可持续”和“耕地保护的重要性”。2015年4月，农业部印发了《农业部关于打好农业面源污染防治攻坚战的实施意见》，将农业面源污染治理放在重要位置。农业发展所带来的生态环境及其可持续发展问题已成为一个全球性的重大课题，其中农业面源污染是分布最广泛的污染。农业面源污染是在农业生产过程中，农田中的化肥、农药、农膜以及禽畜废弃物等通过地表径流和地下渗漏方式进入水体而形成的面源污染。农业面源污染从时空特性上来说具有随机性且分布广，从污染主体上来看污染主体分散且多样化，因此，污染防治过程难以控制，实施成本高且成本有效性较难把握。

农业面源污染是社会科学和自然科学交叉领域的综合性问题，广泛涉及经济学、气象学、农业科学和地理科学等领域。从农业面源污染的成因上来看，它是人和自然共同作用于环境的结果。分散小农户的农业生产决策决定了土地利用方式，对环境污染有最直接的影响，气候作为外在影响力同时对农户农业生产和农业面源污染产生影响。本文旨在对农业面源污染相关问题的研究进展进行评述，在此基础上提出气候对农业面源污染的影响机制，为进一步在气象学框架下解决农业面源污染问题提供思路，同时为寻求新疆经济发展和环境保护的“社会福利”最大化提供理论依据。

2　农业面源污染相关问题研究进展

对农业面源污染的相关研究最早开始于自然科学领域，随着环境问题在全世界范围内被广泛关注，中国是世界上最大化肥和农药使用国的现实使经济发展和环境保护之间的矛盾越来越突出，有关农业面源污染问题得到广泛关注。国内外学者对这一问题展开了丰富研究，主要集中在农业面源污染现状研究、污染成因研究以及污染防控体系研究三方面。

2.1农业面源污染现状研究

农业面源污染与经济发展之间“倒U型”关系的环境库兹涅茨曲线(EKC)验证是已有文献关注的一个焦点，验证结果通常反映了不同地区农业面源污染现状。环境库兹涅茨(EKC)曲线是由美国经济学家Grossman & Krueger(1992)在反映经济增长与收入分配之间“倒U型”关系的库兹涅茨曲线基础上提出，它认为环境质量在初期会随着国民收入的增加而持续恶化，但经济发展到一定水平，环境质量会有所好转。环境库兹涅茨曲线(EKC)最早应用于经济发展和工业点源污染关系的验证，已有研究多以二氧化硫(SO2)、二氧化碳(CO2)、二氧化氮(NO2)排放量以及总悬浮颗粒(SPM)浓度为表征环境污染的变量，以不同国家或者地区的面板数据对环境污染与经济发展水平的演替关系进行实证分析。

随着环境库兹涅茨曲线(EKC)理论发展成熟以及农业面源污染问题得到广泛关注，这一理论被应用于农业面源污染与经济发展关系的实证研究上。农业面源污染中，除了农药外，化肥和畜禽废弃物都可以用氮素来衡量，过剩氮成为衡量农业面源污染的主要指标[1-2]，此外化肥、农药和禽畜排泄物密度[3-4]以及N、P排放量通常也作为农业面源污染的衡量指标[5-8]。农业面源污染与经济发展之间存在“倒U型”关系是已有实证研究的主流结论，但在现阶段各地区并未到达EKC曲线的拐点阈值，也就是说农业面源污染随着经济发展水平提高仍在加剧。研究这一问题的意义在于探讨如何从技术、管理和制度层面使EKC曲线提前到达拐点。

2.2农业面源污染成因研究

从自然科学和社会科学角度分别探讨农业面源污染产生的原因是已有研究关注的另一大热点。

基于自然科学的研究主要从气候、水文、地形地貌、土壤植被和农业科学等层面揭示水土流失对于农业面源污染产生的物理机制及污染强度。气候是导致农业面源污染产生的动力因素，水土流失和地表径流是农业面源污染的主要形式[9-10]，而地形地貌则与污染物流失的强弱有关[11]。土壤植被主要是通过改变地表径流下垫面影响农业面源污染，植被水土保持功能由强到弱分别为林、灌、草。农业面源污染负荷与土地利用方式有一定关联，通常农地的农业面源污染负荷高于草地和林地[12-14]。在农业科学技术方面，深耕通过加剧水土流失增加了农用化学物质的流失，化学物质施用量、施用方式和施用时间与其利用率显著相关，且沟灌、淹灌及漫灌等灌溉方式和喷灌方式相比将导致更多的养分流失，不科学的农业种植技术将加剧农业面源污染。综上可知，基于自然科学的研究归根到底是在揭示水土流失影响农业面源污染扩散的机理。

基于社会科学的研究主要从农户微观主体行为角度分析农户的生产经营行为对农业面源污染的影响。国内外学者对农业面源污染的研究均表明农户的生产行为是农业面源污染产生的源头。总结来说，已有研究可总结为两点：(1)化学物质投入过度是农业面源污染问题产生的根源，以补贴为手段的农业政策导致污染控制失灵。“三农”问题的核心在于促进农民增收，而以促进农民增产增收为目的、以农资补贴为主要手段的农业政策对环境保护目标产生了负激励。尽管化肥和农药等化学物质的投入能够显著提升农业生产率，但农业生产过程中的信息不对称以及外部性使农户生产活动存在技术效率损失。化学品投入效率的损失不仅阻碍了农业生产率的提高，还加剧了农业面源污染程度[15-16]。这一问题的研究大致可分为两类，一类是农户农业化学物质投入认知和行为研究[4][17-18]，另一类是化学物质利用效率研究[15]，主要以减少农业化学物质投入量、提高化学物质利用效率为主要目标探讨农业面源污染背后的农户行为。(2)解析农业面源污染影响因素是破解农户农业面源污染治理难题的途径。农户是农业生产的微观主体，而农户较少关注生产中的环境污染问题，农户的经营行为会在一定程度上导致环境污染。既有研究表明，农户的经营行为受到内部个人和家庭经营特征以及外部社会经济环境的影响。其中，农户的家庭禀赋(如教育、培训、收入、人口、种植规模等)[19]、化肥价格[15]以及具有环境污染效应的农业生产要素的补贴政策[20]都是影响农业面源污染的重要因素。

2.3农业面源污染防控体系研究

农业面源污染治理机制是相关研究的最终落脚点，如何实现农业发展和环境保护的帕累托最优是相关研究的出发点。发达国家的经验表明，农业面源污染是涉及技术层面、管理层面和制度层面的复杂问题[5]。基于农业面源污染自然科学和社会科学的成因，有关农业面源污染的防控机制也是从自然科学和社会科学领域展开，其中自然科学的污染防治体系多涉及技术层面，而社会科学的污染治理多涉及管理层面和制度层面。

基于自然科学的防治措施多以农业科学技术和工程措施方面的解决方案为主，立足于自然资源和生态系统的自身平衡。在农业科学技术方面，建立环境友好型农业技术体系，推广平衡施肥技术，实施免耕、绿肥种植等,深入研究不同区域土壤的持水特性，采用喷灌和微灌两种先进的节水灌溉技术，加快示范和推广水肥耦合技术，大力推广生态循环农业工程技术。另外，借鉴美国BMPs经验，各种生态工程措施是控制农田径流污染的主要措施，工程措施主要包括人工湿地、植被缓冲区、生态渠、前置库等农业工程技术[21-22]。

以引导和规范农户环境保护认知及行为为目的的相关制度和管理措施是社会科学领域解决源头污染的着力点。发达国家解决农业发展和生态环境问题的经验表明，税费、补贴、教育和奖励等形式能提高农户的环保意识，促使农户采用环境友好型生产方式。然而基于农户税收、补贴的规制性政策并不适用于以分散小农经济为主的中国，污染控制政策不应增加农民负担[23]，如何寻求一条低成本的非资金依赖型污染防控途径至关重要。项诚(2012)认为技术培训可有效地引导农民合理施肥[19]。合同生产模式通过测土配方技术指导、产品质量检测和“市场参考价+质量奖励价”定价制度，能够有效激励农户提高有机肥的投入比重[16]。因此，从政府层面应以推动生态农业生产模式、实施产业税收制度和有机农资补贴、完善农产品认证制度、引导生态农产品的市场偏好为主要手段的污染治理政策体系，从农户层面主要以加强技术指导和环境友好型技术教育为提高农户环保认知、规范农户环保行为的主要手段。

3　气候影响农业面源污染的理论分析

基于农业面源污染产生的自然科学成因，理清农业面源污染的气候分布对于利用农业工程技术防治农业面源污染有重要意义。梳理已有文献可知，气候是影响农业面源污染的外部动力因素，由降雨产生的地面径流是造成农业面源污染的主要驱动力[10]。此外，温度、日照及降水等气候环境主要通过改变土壤条件影响农业面源污染负荷。方云祥(2011)认为气候变化环境下降水量时空分布的变化引起地下水流场变化，导致污染物入渗加快，加剧了地下水污染[24]。周石池(2011)的研究表明不同生物气候区的土壤径流系数呈现差异[25]。因此，把握不同区域的气候分布，对利用农业工程技术防治污染有现实意义。

图1　气候影响农业面源污染的路径

农业面源污染是人类不合理的经济活动和脆弱的生态环境相互作用的结果，农户的生产行为是农业面源污染的源头，而气候被认为是影响农户不合理生产行为的外生性因素之一。IPCC(2007)报告指出，温室气体增加引发全球变暖的趋势，会给农业带来重大影响。

气候对农业生产的影响已成为近年研究关注的焦点，已有研究通过将气候因子如日照、温度及降水等变量引入模型，探讨气候变化所引起的经济行为。Mendelsohn et al.(1994)运用美国跨部门数据将社会经济影响同气候变化联系起来，得出美国气候变化对农业有正向影响的结论[26]。Gbetibouo and Hassan(2005)的结论表明，温度对农户收益有正向影响，而降水量对农户收益有负向影响[27]。周曙冬(2010)运用省级面板数据得出结论，降水和温度对不同地区的影响程度和方向均有不同[28]。刘天军(2012)利用果农的微观面板数据表明，温度升高和降雨量减少均对苹果生长产生正向影响[29]。在对气候与农业效率关系的研究上，Hausenbuiller(1985)认为林业生产效率的高低取决于自然因素中光、热、水、土壤营养等因素，贾驰(2011)的研究表明，温度对大豆、粳稻、玉米三种作物的种植效率有显著正向影响，而降水量和日照的影响则不显著[30]。总的来说，气候因子这类非制度因素制约了生产要素配置效率的提升。农业对气候的变化比较敏感，气候变化不仅影响影响农户的产出，并且显著农作物的生长过程。农户作为经济理性人，为有效应对气候变化对农业生产的影响，会通过改变生产投入以维持产出最大化。冬季变暖增加了病虫害的发生率，降水增加会影响作物的质量，而农户为保持产出最大化，往往通过增加化肥、农药投入量以减少气候变化对自身造成的损失。

综上可知，气候对农业面源污染的影响广泛涉及宏观和微观层面，一方面，气候变化导致土壤条件改变而产生的地表径流和地下渗漏等物理成因对污染范围和负荷有最直接的影响，另一方面，极端气候频发加大了农户生产风险，在一定程度上导致农业生产无序，投入效率低下进一步加剧农业面源污染。探讨气候与农业面源污染之间的关系在于寻求农业发展与环境保护的帕累托最优，在于通过认识气候变化的客观规律，完善基于气候适应性的污染防控体系。

4　结论

通过梳理已有研究文献可知，相关农业面源污染问题从污染的现状、成因到防治措施都已有比较系统的论述。本研究在已有研究的基础上，提出了气候影响农业面源污染的直接和间接路径，这对于通过把握气候变化的客观规律，完善基于气候适应性的污染防控体系有重要意义。

随着农业面源污染问题的理论研究逐渐成熟，相关污染防治措施也已陆续开展，针对技术推广机构和农户的测土配方施肥、土壤有机质提升、病虫害绿色防控补贴项目已陆续进入示范和推广阶段，同时，恢复化肥增值税的措施无疑是控制污染问题的手段之一。2015年，农业部全面部署农业面源污染防治攻坚战，从宏观层面提出治理农业面源污染的总体要求和具体思路，但具体到实施阶段，把握不同生态区的气候变化规律，对于提高治理措施有效性有重要意义。

因此，基于已有理论分析和实践，有关农业面源污染问题的实践可进一步深入：

4.1利用地理信息技术GIS的空间分析方法，可揭示研究区气候资源的时空分异特征，掌握气候与污染交互作用规律，为目标区域因地制宜采取治理措施提供现实解决路径。结合社会经济学、气象学及农业科学因地制宜治理农业面源污染及评估治理效果将成为研究趋势，运用社会科学分析方法对不同区域微观农户行为进行分析也具有现实意义。

4.2气候对农户化学物质投入效率的影响有待进一步验证。气候对农业生产的影响已得到学者较多关注，因此，探讨气候对农户化学物质投入效率的影响有可行性和必要性。农户为应对气候变化所做出的生产调整对农业污染究竟是促进作用还是消极作用，都可在实证分析中进一步验证。

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A Review of Agricultural Non-point Source Pollution in the Context of Climate

Li BoLi QingChen Hongmei

(College of Economics and Management, Tarim University， Alar, Xinjiang 843300)

Agricultural non-point source pollution is the result of the interaction between human unreasonable economic activity and the fragile ecological environment. By combing the literature, this paper reviews three aspects of the related research from the status, causes and prevention system. Further the direct and indirect paths that climate impact agriculture nonpoint source pollution is revealed. Climate produces agricultural nonpoint source pollution through surface runoff and groundwater seepage way. The farmer's unscientific behavior caused by climate change exacerbates the agricultural pollution. Therefore, grasp the objective laws of climate is important to improve pollution control system which based on climate adaptation.

climate change; the efficiency of chemical inputs; agricultural non-point source pollution

2015-06-18

新疆生产建设兵团社会科学基金资助项目(14QN15)；塔里木大学社会科学基金资助项目(TDSKSS1406)。

李博(1989-)，女，讲师，硕士，研究方向为资源经济与环境管理。E-mail：libo8798@126.com

1009-0568(2016)01-0062-06

F327

ADOI：10.3969/j.issn.1009-0568.2016.01.011