基于情景分析的烟草种植替代综合效应研究*

关 通，金建君，2※，冉圣宏

（1.北京师范大学地理科学学部自然资源学院，北京 100875；2.北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室，北京 100875；3.中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101）

0 引言

中国是世界上烟草产量最多的国家。烟草是我国重要的经济作物之一，对我国经济发展起着关键的作用[1]。但在带来高收益的同时，烟草的生产与使用也会对人的身体健康带来损害。世界卫生组织（World Health Organization，WHO）指出，烟草的使用与日益蔓延全球的死亡和流行疾病高度相关[2,3]。WHO于2003年5月21日批准开展《烟草控制框架公约》（Framework Convention on Tobacco Control，FCTC），通过提高烟草税、种植替代、印刷警示语等方式来控制烟草，以抵抗烟草对人类、社会与自然造成的危害[4]，其中烟草种植替代是源头控制烟草消费的最有效措施[5]。

烟草种植替代已经在许多国家实施并取得成效。我国于2003年11月加入WHO-FCTC，并按照公约的规定实施各类控烟措施。目前我国对于烟草种植替代的推动措施主要是给予农户补贴[6]，但仅仅通过补贴的发放来推动烟草种植替代难以维持烟农的收入，不是长久之计，并且不利于烟草种植地区的稳定脱贫[7]。因此，在实施烟草种植替代前，预测评估烟草种植替代可能产生的经济效应和环境效应，提出合理的烟草替代种植方案，可以降低实施烟草种植替代产生的不利影响，对推动我国烟草种植替代的顺利实施具有重要意义。

国内外学者对烟草种植替代进行了相关研究。烟草种植替代会对环境产生不利的影响：有研究表明烟草的生产伴随着大量的森林砍伐[8]，长时间种植烟草的土地会减少土壤中的有机质和微量元素，使土壤肥力降低[9-11]。此外，烟草种植区域的农灌沟渠水质比蔬菜、水稻等作物的水质差很多，导致这种情况发生的原因是化肥和农药的残留[12]。为了使烟草种植获得更多的经济效益，农民会使用大量的化肥[13]。因此，实施烟草种植替代能够调整化肥的使用量，减少其对土壤、水质、乃至整个环境的不利影响。此外，烟草种植也会产生经济影响：有学者从成本收益的视角，认为烟草种植业和烟草消费具有外部性，伴随着巨大利润与税收的同时也会产生巨大的社会成本[14,15]；John C.Keyser[16]通过分析认为，在净利润、现金回报和家庭劳动回报方面，许多作物都超过了烟草；孙英[5]从比较收益的视角考察了烟草种植对烟民的经济影响，结果表明研究区的烟农平均家庭总收入不如非烟农的；林先丰的团队[17]与Li的团队[18]分别在玉溪市和广东省进行烟草替代作物的研究，研究结果表明农民每年收入将比他们种植烟草时提高20%甚至更多；蔡瑞林[19]利用统计资料对烟草等不同作物进行成本收益分析，发现种植烤烟的比较收益是最低的。已有研究表明，减少烟草种植，虽然可能会对烟农的收入、地方财政税收带来负效应，但影响程度并不很大，通过调整农产品种植结构能减少或消除这种不利影响，甚至可以获得更高的收益。目前，对于我国烟草种植替代的研究较多关注烟草种植的外部性或烟草与其他作物成本收益的比较以及种植烟草对土壤肥力的影响，这些研究论证了烟草种植替代具有可行性和必要性，但对于烟草种植替代实施后会对经济和环境产生何种影响，以及产生怎样的综合效应的研究尚不多见。

湖北省恩施州的烟草种植解决了众多农户的就业和收入问题，也是维持当地经济的重要因素，但目前烟草市场正在趋于变革，烟草行业将面临巨大冲击[20]。如何在这种冲击下，实现农业种植转型并保证农民的收入与生活水平不受过多的负面影响是迫在眉睫的问题。基于此，文章选择恩施州的利川市作为烟草种植替代实证分析案例区，使用2018年的相关数据，利用情景分析法、化肥使用的环境风险指数等方法，结合不同作物的成本收益分析和固碳能力，对研究区烟草种植替代产生的环境与经济的综合效应进行定量分析，运用综合评价法评估并推荐综合效应优于种植烟草的替代方案。研究结果可为促进我国烟草业的适度发展、降低或减缓烟草种植替代的负面影响、提高我国履行国际公约的能力并降低履约成本等提供科学依据。

1 数据与方法

1.1 研究区概况

恩施土家族苗族自治州地处湖北省西南部，自然条件优越，是我国四大烟草生产基地之一，种植历史久远，最早可以追溯到康熙年间，具有广泛的烟草种植基础[21]。利川市是恩施州8个县市中烟草种植面积最大的一个县级市。2019年利川烟叶产量约7 340 t，烟叶总产值约8 808万元。利川市烟草业解决了众多农民的就业问题，也保证了烟农的收入。2004年利川市烟叶种植面积约7 920hm2，约占总耕种面积的5.6%；到2019年，烟草种植面积约4 620 hm2，约占总耕种面积的3%左右，烟草种植面积减少趋势明显。且近年来利川市大量劳动力流向城市，加上农村地区明显的老龄化现象，烟农受教育水平普遍较低。这些因素制约了利川地区烟农收入的稳定和烟草业的发展[22]。因此，以利川市为研究区，研究烟草种植替代的综合效应并提出可行的替代方案具有重要意义。

1.2 数据来源与研究方法

1.2.1 数据来源

该文通过2019年11月的利川市实地调研，确定了烟草种植替代作物。调研一共访问了257名烟农，其中195位烟农表示愿意实施烟草种植替代。在回答替代作物选择以及替代比例等问题时，有接近50%的烟农选择将玉米作为烟草的替代作物，也有烟农选择种植中籼稻、油菜、季节性蔬菜以及药材等来代替烟草种植，有近25%的烟农表示愿意种植利润高的作物而放弃种植烟草。利川市农户种植作物的种类较多，考虑到数据的可获取性与农户的种植习惯，该文选择玉米、中籼稻、油菜籽、番茄等10种作物作为烟草的替代作物进行分析。

该研究需要的数据包括种植替代作物的种类、不同作物的总成本、人工成本、物质与服务费、土地成本、总产值、净利润、现金收益、化肥使用量、环境安全阈值等，主要来源于2019年的《恩施州统计年鉴》《湖北农村统计年鉴》《全国农产品成本收益资料汇编》以及相关文献[23,24,27]。

1.2.2 情景分析法

情景分析法是假定某种现象或某种趋势将持续到未来的前提下，对预测对象可能出现的情况或引起的后果做出预测的方法。在利川市实地访问农户烟草种植替代比例时，有近25%的烟农表示不愿意进行烟草种植替代，有21.7%的农户表示愿意将全部土地都实施烟草种植替代。农户实施烟草种植替代比例的平均值为51.4%。基于实地调研的结果，该文设定3种情景：

情景1：将烟草种植替代比例设定为0%，即农户不进行烟草种植替代，则农户种植使用的化肥量和成本收益等，均来自烟草种植。

情景2：将烟草种植替代比例设定为100%，即农户实行完全烟草种植替代，则农户种植农作物使用的化肥量和成本收益等均来自其他作物。

情景3：考虑到烟农常年种植烟草已形成一定的种植习惯，突然改种其他作物在技术上可能存在一些困难。结合调研结果，将烟草种植替代比例设定为50%，这也符合循序渐进的原则。农户将其拥有一半的土地种植烟草，剩余一半土地种植其他作物，则农户种植农作物消耗的化肥量及成本收益等，来自烟草以及其他作物种植。

1.2.3 环境风险评价法

该文借助刘钦普[24]提出的化肥使用环境风险指数模型，计算各作物化肥使用的环境风险指数，以评价不同种植方案的环境效应，具体计算公式为：

式（1）中，Ri为氮肥、磷肥、钾肥使用的环境风险指数；Fi为化肥（氮肥、磷肥、钾肥）使用强度，即单位耕地面积一年内的化肥使用量；Ti为化肥使用强度环境安全阈值（kg/hm2），即种植作物时不产生面源污染的某种化肥最大使用强度。该研究中，参考前人的研究[24,25]，将氮肥使用强度环境安全阈值设定为125kg/hm2，磷肥、钾肥使用的环境安全阈值均设定为62.5kg/hm2。化肥使用环境风险总指数为Rt，公式为：

式（2）中，Rt为化肥使用环境风险总指数；Wi为氮肥、磷肥或钾肥的环境风险权重。由于3种化肥过量使用对环境影响的生态效应不同，在进行环境风险评价综合评价时3种化肥的权重不同。该研究根据已有研究成果，将氮肥、磷肥、钾肥的权重分别赋为0.648、0.230、0.122[24]。

由式（1）和（2）可见，Ri和Rt的值介于0与1之间，当Ri=0.5时，Fi和Ti两者相等，是环境安全的临界点。当Ri(Rt)接近于1时，化肥使用强度(Fi)远远超过环境安全阈值(Ti)，即化肥使用存在严重的环境风险；当Ri(Rt)接近于0时，化肥使用强度趋于0，化肥使用强度大大低于环境安全阈值，属于不使用化肥的农业状态。根据化肥使用量超过环境安全阈值的倍数，可将化肥使用环境风险程度从环境安全到严重风险分为多个不同等级类型。参考刘钦普[24]的建议，结合利川市农作物化肥使用情况，对化肥使用强度和化肥使用环境风险指数分级参数设置为安全阈值的1、1.5、2、2.5倍，将对应的化肥使用强度和化肥使用风险指数分为安全、轻度、中度、重度、严重共5个等级，具体情况如表1所示。

1.2.4 基于熵值法的综合评价法

熵值法是一种客观的赋权方法，它通过计算指标的信息熵，确定各个系统每个子系统中指标的变异程度，根据指标的相对变异程度对系统整体的影响来决定指标的权重。与其他方法相比，进行不同烟草种植替代方案的综合评价时，利用熵值法确定权重可以有效避免指标权重的主观性，消除人为因素的干扰，从而得到更加科学客观的结果。综合评价法可以全面、多方面地评价各种方案的优劣，在评价不同方案时需要综合考虑多方面的指标。该文用熵值法确定不同指标的权重，将各指标加权求和，对不同烟草种植替代方案进行综合评价。具体步骤可参考相关文献[26]。

表1 化肥使用环境风险分级

2 结果与分析

2.1 烟草种植替代的环境效应分析

2.1.1 基于情景1的烟草种植替代方案的环境效应分析

利川市种植烟草的品种主要包括烤烟、白肋烟、晾晒烟等。2018年利川市的烟叶总产量为9 986t，其中烤烟产量9 745t，占烟叶总产量的97.5%，以烤烟生产作为研究对象基本能够代表利川烟草农业的整体概况。

基于情景1条件下的各作物施肥情况和环境风险指数如表2所示。烟草种植共使用化肥545.4kg/hm2，其中复混肥使用376.80kg/hm2，钾肥使用135.75kg/hm2，磷肥使用32.85kg/hm2，不单独使用氮肥，复混肥使用最多，其次是钾肥。

表2 2018年利川市烟草种植化肥使用情况

种植烤烟的氮肥使用环境风险等级为安全，磷肥、钾肥使用风险等级为严重风险。过量使用磷肥、钾肥会引起水体富营养化、土壤肥力下降等环境危害。因此，应在种植烟草时尽量减少这两种化肥的使用。

2.1.2 基于情景2的烟草种植替代方案的环境效应分析

表3为2018年利川市种植每公顷烟草替代作物的化肥使用量。由表3可知，不论种植哪种作物，复混肥使用量都是最多的。种植玉米的化肥使用量在11种作物中最少，使用量为308.55kg/hm2，其中复混肥使用量235.2kg/hm2，氮肥使用量68.7kg/hm2，磷肥、钾肥分别使用0.06 kg/hm2、4.2 kg/hm2；消耗化肥量最多的作物为茄子，使用量为861.45kg/hm3；种植茄子使用氮肥和钾肥的量最多，分别为126.75kg/hm2和205.8kg/hm2；种植番茄使用的复混肥最多，为722.1kg/hm2。总体来看，种植粮食作物，如中籼稻和玉米，使用的化肥量小于种植番茄、茄子等经济作物，但经济作物的产值与收益在一般情况下要高于粮食作物，因此可以推断出化肥使用量与作物种植的经济效益有一定关系。

将复混肥按氮、磷、钾1∶1∶1折算，得到种植不同作物的氮肥、磷肥、钾肥的使用情况，再利用式（1）（2）可以计算出各农作物施肥的环境风险指数，结果如表4所示。由表4可知，氮肥使用环境风险等级最高的是种植茄子，其环境风险指数为0.71，属于重度风险。种植番茄、黄瓜、马铃薯的氮肥使用属于中度风险，其他几种作物的氮肥环境风险等级属于轻度或安全。磷肥使用风险指数最高的作物是番茄，风险指数为0.79，油菜籽的磷肥使用风险指数最低，为0.49。钾肥使用风险指数最高的作物是茄子，风险指数为0.86，风险指数最低的仍是油菜籽，风险指数为0.48。总化肥使用风险指数中属于严重风险的作物有茄子和番茄，属于安全的只有油菜籽。油菜籽的各类化肥使用的风险指数均是最小的。因此，如果只从化肥使用的环境效应的角度来考虑的话，种植油菜籽是最佳选择。

表3 2018年利川市种植烟草替代作物化肥使用强度 kg/hm2

表4 不同作物化肥使用环境风险指数及环境风险等级

2.1.3 基于情景3的烟草种植替代方案的环境效应分析

根据情景3，农户将利用一半土地种植烟草，另一半土地进行烟草替代作物的种植，可得到不同作物的组合。根据相关年份的统计年鉴数据，将复混肥等比例折算，可得到情景3下不同作物组合的总肥、氮肥、磷肥和钾肥的使用情况。为方便比较，将烟草种植的情况也在表中列出，结果如表5所示。

表5 2018年利川市不同作物组合化肥使用量 kg/hm2

表5中，总化肥使用最多的组合是烟与茄子，每公顷使用化肥703.35kg，比仅种植烟草使用的总化肥多29%左右。烟与油菜籽组合的总化肥使用最少，每公顷使用化肥392.55kg，是仅种植烟草的72%左右，其他作物组合的总化肥使用量介于二者之间。烟与茄子的组合消耗钾肥最多，比仅种植烟草多使用钾肥60.3kg/hm2，其次是烟与番茄和仅种植烟草，消耗钾肥最少的组合是烟与油菜籽；磷肥使用最多的是烟与番茄的组合，比仅种植烟草多26%左右；氮肥使用最多的是烟与茄子，是仅种植烟草的1.7倍。

利用式（1）（2）和表5的化肥使用量，可得到不同作物组合的化肥使用环境风险指数和环境风险等级，结果如表6所示。总化肥使用风险等级最高的是烟与茄子、烟与黄瓜的组合，其余组合的总化肥使用风险等级均为重度或轻度。氮肥使用环境风险指数最高的是烟与茄子的组合，环境风险指数为0.63，比氮肥环境风险指数最低的烟与油菜籽的组合高出25%，是11种作物组合中的最高值，氮肥环境风险等级为中度。磷肥环境风险指数最低的是烟与油菜籽的组合，为0.64，属于中等风险，其他作物组合均为重度及以上风险。磷肥环境风险指数最高的是烟与番茄的组合，为0.76，比烟与油菜籽的组合高18%左右，属于严重风险。钾肥环境风险指数最高的组合是烟与茄子的组合，为0.84，属于严重风险，可能会对环境产生较大危害。11种作物组合的钾肥环境风险等级均为严重，说明这11种作物组合钾肥的使用强度都远超环境阈值，应当调整化肥使用结构，减少钾肥的使用，以防止或缓解其对土壤等环境的危害。

表6 不同作物组合化肥使用环境风险指数及环境风险等级

2.2 烟草及替代作物的经济效应分析

2018年利川市各农作物的成本收益情况如表7所示。种植烟草的总产值为5.100 057万元/hm2，在11种作物排在第6位，低于番茄、黄瓜等蔬菜作物，高于玉米、油菜籽等粮食和油料作物。总产值与现金成本的差值即为现金收益，现金成本由物质与服务费、雇工费和流转低租金三部分组成[19]。除中籼稻、玉米、油菜籽之外，其余作物的现金收益均高于种植烟草的现金收益，尤其是番茄、黄瓜两种经济作物，现金收益分别为种植烟草的8.2倍与7.3倍。成本方面，排名前三的分别是番茄、黄瓜、烟草，烟草的人工成本在所有作物中位于第2位，但其人工成本在总成本中占比最高。

总产值与总成本之差即为净利润[19]。由于烟草种植需消耗较多人力，人工成本高，所以烟草种植的净利润是最低的，番茄、黄瓜等蔬菜作物的净利润远高于种植烟草。成本收益率表示单位成本获得的利润。玉米的成本收益率最低，为-0.4，黄瓜的成本收益率最高，为1.51。种植烟草成本收益率为-0.15。烟草种植的净利润和成本收益率均为负，与蔡瑞林的研究结果一致[19]。农户种植烟草的净利润不如种植其他作物获得的净利润，因此理论上可以实施烟草种植替代以获得更高的净利润。

有学者表示，作物价格会影响农户对于种植作物的选择[28]。利用总产值与产量的比值可以算出各作物的价格。结果显示，烟草的价格为29.62元/kg，是所有作物中的最高值，高额的价格可能是吸引农户种植烟草的主要原因。

2.3 基于综合效应分析的烟草种植替代方案选择

在对烟草种植替代方案进行选择时，应综合考虑多种因素，选择多种指标对各方案进行综合评价，找出综合效应最佳的生产经营方案。

该文将不同方案的综合效应作为研究的总指标，经济效应、环境效应为两个一级指标，在一级指标下设置10个二级指标。具体指标如下。

表7 种植不同作物成本收益 万元/hm2

（1）经济效应指标，包括现金收益、总产值、净产值、成本利润率与化肥产值比。农户在种植时更关注自己能够获得多少收益，即现金收益；总产值、净产值能够反映作物生产的价值总和，成本利润率代表作物的经营成果；另外，该文引入化肥产值比这一指标，化肥产值比为某作物生产总值与总化肥使用量之比，反映不同作物的化肥使用产生的价值。这5个指标能够较全面地反映出种植某种作物的经济效果。

（2）环境效应指标，包括氮肥、磷肥、钾肥使用量、化肥风险总指数和农作物的固碳量。化肥使用会对环境产生不利的影响，化肥使用量越大，越可能对环境造成危害。化肥环境风险总指数可以反映化肥使用对环境造成风险的程度。在全球气候变暖的大背景下，增加碳汇、减少温室气体排放的意义重大，作物固碳量可以反映作物的固碳能力。因此，将农作物固碳量纳入评价环境效应的指标体系。上述5个指标能够较全面地反映种植不同作物的环境效应。农作物固碳量的计算借鉴韩召迎[27]的研究。

利用熵值法求得各指标权重，结果如表8所示。利用表8中的权重与相应数据，得到不同作物类型的经济效应与环境效应得分，二者相加得到各作物的综合效应得分，结果如表9所示。表9中左列为情景1和情景2各作物种植的综合得分情况。结果显示利川市种植烟草的经济效应仅高于种植玉米、中籼稻和油菜籽，种植番茄、黄瓜两种作物的经济效应远高于种植烟草，种植其他蔬菜的经济效应也在不同程度上高于烤烟。种植烟草的环境效应得分位于第8位，粮食作物的环境效应得分较高，经济作物的环境效应得分较低；固碳能力最强的是中籼稻，玉米的固碳能力也比较强，经济作物的固碳能力较弱，而烤烟的固碳能力最弱，这与韩召迎[27]的研究结果一致。需要指出的是，利川市番茄的固碳能力较强，可能与利川市盛产番茄有关，作物的固碳量与作物单位面积的产量正相关，所以利川市番茄的固碳能力较强。种植单种作物的综合效应从高到低依次为番茄、黄瓜、中籼稻、萝卜、白菜、茄子、橘子、马铃薯、玉米、油菜籽、烤烟。情景1和情景2，经济效应和环境效应均高于烤烟的作物有番茄、白菜、萝卜、橘子等，所以可以选择它们来替代烟草，这些作物的综合效应优于种植烟草。

表8 综合评价指标体系及权重

表9中右列为情景3不同作物组合的经济效应、环境效应与综合效应得分。结果表明，利川市种植烟草与玉米、中籼稻、油菜籽组合的经济效应相对较低，环境效应相对较高，烟与番茄、烟与黄瓜组合的经济效应在作物组合方案中总得分最高，拥有最高的综合效应。烟与中籼稻组合方案的固碳能力最强，烟与橘子或马铃薯组合种植的固碳能力最弱。在各种作物组合中，烟草与油菜籽组合种植的综合得分低于种植烟草，因此不推荐种植这种作物组合，推荐选择烟与番茄或黄瓜等经济作物的组合进行种植，这些组合方案的综合效应高于种植烟草，从而能够获得高于种植烟草的综合效应。

表9 不同种植方案综合得分

3 结论与讨论

3.1 结论

我国加入WHO-FCTC后，全面履行公约的各项条款，以期为减少全球烟草消费做出应有的贡献。烟草种植替代是从源头减少烟草消费的最有效手段，但在我国还未广泛实施。在实施烟草种植替代前对其可能产生的经济效应和环境效应进行综合分析，对于推动我国烟草种植替代的顺利实施有重要意义。

该文以湖北省恩施州利川市为研究区，基于烟草等11种作物的化肥使用量、成本与收益情况，利用情景分析法、化肥环境风险评价法和综合评价法对11种作物种植的综合效应进行分析，得出如下主要结论。

（1）烟草种植高额的人工成本，使得其总成本较高，烟草种植的总产值在11种作物中属于中等水平，导致其净利润是11种作物中最低的。利用总产值与产量的比值计算作物价格，结果显示烟草的价格为29.62元/kg，在所有作物中最高，这可能是农户选择种植烟草的原因之一。但烟草种植的净利润为负，现金收益属于中等偏下水平，从成本收益的视角，农户可以种植其他作物以替代种植烟草，从而获得更高的收益。

（2）情景1种植烟草的氮肥使用环境风险指数较低，磷肥与钾肥环境风险指数较高，因此应在种植烟草时减少磷肥或钾肥的使用，以防过量使用化肥对环境造成污染。情景2有一半以上作物的磷肥和钾肥环境风险指数较高，说明利川市作物种植的磷肥和钾肥使用较多，超过化肥安全阈值的程度较高，应当调整化肥使用结构，以防止或缓解化肥对环境的污染。

（3）情景2所有作物的固碳能力均高于烟草，且粮食作物的固碳能力高于经济作物，由于利川市番茄单位面积的产量较大，作物的固碳能力与作物单位面积产量正相关，所以其固碳能力较强；种植番茄的综合效应最高，其后是黄瓜、中籼稻、萝卜、白菜、茄子等，这些作物的综合效应得分高于情景1种植烟草的综合效应得分，因此种植这些作物可以获得比种植烟草更高的综合效应；情景3烟草与上述作物组合方案的综合效应优于情景1单独种植烟草的方案。因此可以选择这些方案进行烟草种植替代，以获得优于种植烟草的综合效应。

3.2 讨论

目前国内关于烟草种植替代综合效应的研究尚不多见，该文的研究结果可以在一定程度上填补这方面的空白。利用情景分析法、环境风险指数等方法进行综合效应的研究较少，该文利用上述方法进行综合效应的研究是一种新的尝试，丰富了综合效应的研究方法。同时该文的研究结果可以对我国烟草种植替代的实施提供科学依据。但对于烟草种植替代综合效应的研究还有待完善。

（1）该文以利川市为研究区进行烟草种植替代的综合效应分析，在作物选择时参考了《湖北农村统计年鉴》的资料以及当地农户的种植习惯，选择了除烟草外的10种作物。在其他区域进行烟草种植替代综合效应分析时应结合当地种植结构，灵活选择替代作物，以保证研究具有可实施性。

（2）情景分析中替代比例的不同会导致不同方案的各项指标的结果发生改变，从而影响最终的评价结果。该文考虑农户的种植习惯以及种植技术等因素，设定情景的替代比例分别为0、50%、100%，旨在选择综合效应优于烟草种植的方案，在分析环境效应、经济效应和综合效应时得到的结果可能不是最优情况。在今后的研究中可以调整替代比例，得到综合效果最好的替代比例来实施烟草种植替代。

（3）在综合评价指标选择上，限于数据获取的困难，该文主要围绕经济效应与环境效应，选择作物的成本、收益、化肥使用量、固碳能力等10个指标评价不同作物组合方案的综合效应。在以后的研究中，可以考虑从社会效应角度选取相应指标对作物种植的综合效应进行分析，以得到更加全面的分析结果。