湖南省农业面源污染的地区差异和影响因素研究

陈素琼，刘忠敏

（1.湖南财政经济学院经济学院，长沙 410205；2.吉林师范大学经济管理与法学学院，吉林 四平 136000）

中国农业在带来产出增长和经济效益的同时，其“逆生态化”效应也日益凸显。根据《第一次全国污染源普查公报（2010年）》，农业面源污染逐渐替代点源污染成为环境污染的第一大贡献因素，农业面源污染引起广泛关注。2020年《第二次全国污染源普查公报》表明，2017年中国农业污染源（包含种植业、禽畜养殖业、水产养殖业，不包括农村生活源）排放的3类主要污染物化学需氧量（COD）、总氮（TN）、总磷（TP）已经分别达1 067.13万、141.49万、21.20万t，分别占各类源排放总量的49.8%、46.5%、67.2%。农业面源污染治理是生态环境保护的重要内容，事关农村生态文明建设、国家粮食安全和农业绿色发展，以及城乡居民的“水缸子”“米袋子”和“菜篮子”。党中央、国务院高度重视农业面源污染防治工作，习近平总书记强调，要“以钉钉子精神推进农业面源污染防治”。2021年生态环境部、农业农村部联合印发了《农业面源污染治理与监督指导实施方案（试行）》，明确了“十四五”至2035年农业面源污染防治的总体要求、工作目标和主要任务等，明确工作目标是到2025年，重点区域农业面源污染得到初步控制；到2035年，重点区域土壤和水环境农业面源污染负荷显著降低，农业面源污染监测网络和监管制度全面建立，农业绿色发展水平明显提升。

针对农业面源污染研究，最早可追溯到20世纪70年代的美国。目前国内外学术界对农业面源污染主要集中在农业面源污染评估、测算与影响因素等领域开展研究，农业面源污染评估与测算方法主要包括物理模型法、统计模型法和输出系数模型法三大类。输出系数模型法中赖斯芸等［1］提出基于单元分析的非点源污染调查评估在国内的运用范围较广。农业面源污染的影响因素研究中，因Grossman等［2］提出环境库兹涅茨曲线（EKC）理论，农业经济增长与农业面源污染之间的关系成为重要的核心话题之一。不少学者探讨了农业经济增长与农业面源污染之间的关系，其中Managi［3］、曹大宇等［4］、揭昌亮等［5］、孔令英等［6］的研究结论支持农业面源污染的EKC假说，但也有部分学者得出了不同结论，认为农业面源污染与经济增长的关系在不同阶段呈现不同的曲线，曹俐等［7］研究发现二者呈“N”形曲线。除经济增长外，吴义根等［8］研究了人口规模、富裕度和技术对农业面源污染的影响，徐承红等［9］、曾琳琳等［10］、夏秋等［11］分别从农业产业集聚角度、农作物种植变化和农业兼业行为对农业面源污染的影响因素进行了研究。马军旗等［12］对农业面源污染的空间差异进行了研究。已有的农业面源污染研究比较丰富，为本研究提供了很好的基础。但是大多数文献主要从农田化肥污染、畜禽粪便污染等排污单元测算农业面源污染，而包括水产养殖和农村生活在内的农业农村排污单元所产生的农业面源污染测算文献较少，而考虑不同地域农业发展状况和农业结构特征开展农业面源污染的全面测算和有针对性的研究，更有助于各地精准开展农业面源污染的治理。

湖南省是中国重要的粮食主产区，是农业大省、人口大省。根据《湖南省第二次全国污染源普查公报》显示，农业源COD、TN、TP排放量（包含种植业、禽畜养殖业、水产养殖业，不包括农村生活源）分别为65.36万、9.92万、1.44万t，分别占各类源排放总量的51.13%、51.86%、64.57%，均超过了工业源。湖南省农业面源中COD和TN排放量的占比均超过了全国水平。以湖南省农业发展特征为基础全面测算湖南省各地农业面源污染，研究其发展趋势和地区差异，并分析其影响因素，从而提出有针对性的农业面源污染治理对策，对发展生态农业、实现湖南省农业可持续发展有着重要意义。

1 研究方法与数据来源

1.1 研究方法

1.1.1 基于单元分析的非点源污染调查评估方法农业面源污染是指农业农村生产生活中形成的各种污染物，主要包括化学需氧量（COD）、总氮（TN）和总磷（TP）等废弃物排放。借鉴已有研究成果，在综合对比分析已有关于农业面源污染核算方法的基础上，本研究选取以综合调查为基础的清单分析法，参考赖斯芸等［1］提出的基于单元分析的非点源污染调查评估方法，对农业面源污染值进行测度。种植业和畜牧业的经营行为是导致农业面源污染的主要原因，同时考虑到湖南省是内陆渔业大省，选择农田化肥、农田固体废物、畜禽养殖、水产养殖和农村生活5个产污单元对湖南省农业面源污染排放进行测算。进一步考虑到湖南省种植业结构和数据的可得性，农田固体废弃产污单元主要从水稻、玉米、蔬菜和油料4类作物进行测算，具体产污单元清单及相关指标如表1所示。基于单元分析的非点源污染调查评估方法的计算公式如下。

表1 湖南省农业面源污染测算的相关指标

式中，E为农业面源污染排放量；EUi为单元i指标统计数，ρi为单元i污染物的产污强度系数，φi为表征相关资源利用效率的系数；PEi为农业和农村污染的产生量，即不考虑综合利用和管理因素时农业生产和农村生活造成的最大潜在污染量；Ci为单元i污染物的排放系数，其由单元和空间特征（S）决定，表征区环境、降雨、水文和各种管理措施对农业与农村污染的综合影响。农业面源污染排放强度则根据其排放总量除以耕地面积和养殖面积来计算测度。

1.1.2 泰尔指数在衡量水平差异问题上，常用的方法包括基尼系数、泰尔指数和对数离差均值等。采取泰尔指数对湖南省14个市州农业面源COD、TN和TP污染排放的空间差异进行测算。其计算方法如下：

式中，n为市州个数，yi为第i个市州的农业面源COD、TN和TP污染的排放值，yˉ为湖南省农业面源COD、TN和TP污染排放的均值。泰尔指数越大，意味着各市州农业面源COD、TN和TP污染排放的空间差异程度越大。

1.1.3 面板回归模型分析本研究对湖南省农业面源污染的研究时间为2005—2019年，研究区域涉及湖南省14个市州，因此选择面板回归分析方法研究湖南省农业面源COD、TN和TP污染的影响因素。面板回归模型为：

式中，Yit为因变量，分别取农业面源COD、TN和TP的污染排放强度，γi为固定效应或随机效应，β为回归系数，xit为影响农业面源污染排放强度的影响因素，μi为随机扰动项，i为地区，t为时间。

1.2 数据来源

考虑数据可得性等因素，本研究选择的样本区间为2005—2019年。湖南省14个市州农业面源污染水平和强度测算中所需的各市州化肥施用量、农作物产量、畜禽养殖产量、水产养殖面积、农村人口数量、农作物播种面积以及影响因素等，所用的指标数据主要来源于2006—2020年《湖南统计年鉴》和《湖南农村统计年鉴》。

2 湖南省农业面源污染排放及地区差异分析

2.1 湖南省农业面源污染排放情况总体分析

由表2可知，从农业面源污染排放总量来看，2005—2019年湖南省农业面源COD、TN和TP污染的年排放量平均值分别为1 405 917.03、696 529.02、125 986.82 t，整体呈下降趋势，年均下降率分别为2.50%、1.35%和1.15%。湖南省农业面源污染排放量呈先下降后上升再下降的波动性，2008—2012年COD、TN和TP的排放量整体均呈上升趋势，2012年COD、TN和TP排放总量均达到最大。

表2 2005—2019年湖南省农业面源污染排放总量及排放强度情况

从农业面源污染排放强度来看，2005—2019年湖南省农业面源COD、TN和TP污染排放强度平均值分别为153.72、76.25、13.78 kg∕hm2，整体呈下降趋势，年均下降率分别为2.34%、1.18%和0.99%。和湖南省农业面源污染排放总量一样，农业面源污染排放强度的下降趋势同样整体呈先下降后上升再下降的波动性，在2012年农业面源COD、TN和TP排放强度均达到最大。

2.2 湖南省农业面源污染排放的地区差异分析

由表3可知，2005—2019年，湖南省14个市州农业面源COD、TN和TP污染排放也存在空间差异。从排放总量来看，无论是COD、TN还是TP排放总量，排放量较少的前两位均是张家界市和湘西土家族苗族自治州（以下简称湘西州），COD排放量较多的3个地区是永州市、邵阳市和衡阳市，TN和TP排放总量较多的都是常德市、衡阳市和永州市。从排放强度来看，COD排放强度较小的是益阳市和常德市，较大的则是娄底市、永州市和邵阳市，TN排放强度较小的是湘西州和怀化市，较大的则是湘潭市、永州市和娄底市，TP排放强度较小的是湘西州和张家界市，较大的则是永州市、衡阳市和长沙市。

表3 2005—2019年湖南省各市州农业面源污染排放年均值及排序

利用泰尔指数进一步测算2005—2019年湖南省14个市州的农业面源COD、TN、TP污染的空间差异程度，结果见表4。结果显示，相较于农业面源COD、TN、TP污染排放总量，14个市州农业面源COD、TN、TP污染的排放强度的差异较小。从污染总量来看，2005—2019年，湖南省14个市州农业面源COD、TN、TP污染总量的空间差异整体呈上升趋势，年均增速分别为1.83%、1.32%和0.60%。从污染强度来看，2005—2019年湖南省14个市州农业面源COD污染强度的空间差异呈先上升后下降再上升的趋势，2012年其泰尔指数最大，为0.052 7；TN排放强度的空间差异整体呈先升后降趋势，2012年其泰尔指数最大，为0.024 4；TP排放强度的空间差异和COD排放强度变化趋势类似，总体呈先上升后下降再上升的趋势，其泰尔指数最大仍是2012年，为0.034 2。

表4 2005—2019年湖南省各州市农业面源污染的泰尔指数

3 湖南省农业面源污染的影响因素分析

3.1 变量选择

影响农业面源污染的因素有很多。参考李太平等［14］、曹俐等［7］的研究，本研究从经济发展水平、技术进步、环保意识和产业结构4个维度选择相关指标考察对湖南省农业面源COD、TN和TP污染的影响。经济发展水平选取人均农业产值和城市化水平2个指标，技术进步选取农业机械贡献率和灌溉率2个指标，环保意识则选取单位面积化肥使用量和单位面积农药使用量2个指标，产业结构则采用农林业占比进行衡量。考虑到数据的非平稳趋势，对人均农业产值和农业机械贡献率2个指标进行对数化处理，并在模型中引入人均农业产值对数的平方。具体各变量的统计描述见表5。

表5 湖南省农业面源污染的影响因素及其统计描述

3.2 回归结果及其分析

模型1和模型2是以2005—2019年湖南省各市州农业面源COD污染排放强度为因变量，模型3和模型4是以2005—2019年湖南省各市州农业面源TN污染排放强度为因变量，模型5和模型6是以2005—2019年湖南省各市州农业面源TP污染排放强度为因变量，所构成的面板回归模型。由于豪斯曼检验各模型P均大于0.05，接受原假设。随机效应模型均通过了随机效应检验，模型运行结果较好，所以采用随机效应模型，模型回归结果见表6。

表6 湖南省农业面源污染影响因素的模型估计结果

模型1、模型3和模型5主要检验了人均农业产值与农业面源COD、TN和TP污染排放强度之间的关系，结果显示，人均农业产值与农业面源污染的COD排放强度、TN排放强度和TP排放强度之间均存在倒“U”型库兹涅茨曲线关系，表明随着湖南省人均农业产值的提高，农业发展模式可能由片面追求经济效应的粗放型发展模式向强调可持续发展的生态农业发展模式转变，从而使得农业面源COD、TN和TP污染排放强度均呈先上升达到一定程度后再下降的规律。

城镇化水平提升能显著降低农业面源COD、TN和TP污染排放强度。城镇化水平提升意味着该地区农业转移人口增加，从事第二产业和第三产业的人口占比增加，农业人口减少，从而农村生活源的污染直接减少，同时城镇化水平提升促进了农业规模化发展和农业科技进步，这也有助于农业面源污染的降低。

技术进步的衡量指标农业机械贡献率只与农业面源COD污染排放强度呈显著负相关，农业机械贡献率的提高能降低农业面源COD污染的排放强度，对农业面源TN和TP污染排放强度负向影响但不显著。灌溉率对农业面源COD、TN和TP污染排放强度的负向影响均不显著，这一结果可能与湖南省各市州农业机械贡献率和灌溉率的差异不大有关。

单位面积农药使用量与农业面源COD、TN和TP污染排放强度均呈显著正相关。单位面积化肥使用量同样与农业面源TN和TP污染排放强度呈显著正相关。这一结果论证了随着农户环保意识的提高，降低单位面积化肥使用量或单位面积农药使用量均能显著降低农业面源污染。

第一产业内部农林业占比的提升同样有助于降低农业面源COD、TN和TP污染排放强度。这一结论和曹俐等［7］的研究结果一致，他们认为种植业、林业会更显现土地密集型产业的规模效应，有利于污染治理统筹和环境规制的实施，这是一方面的原因，另一方面可能也与畜禽养殖是湖南省农业面源污染的主要来源相关。

4 结论与对策建议

本研究基于2005—2019年湖南省14个市州的面板数据，采用基于单元分析的非点源污染调查评估方法，从农田化肥、农田固体废物、畜禽养殖、水产养殖和农村生活5个产污单元对湖南省农业面源COD、TN和TP污染排放总量和排放强度进行测算，并分析了湖南省农业面源污染的变化趋势和地区差异，在此基础上研究了湖南省农业面源污染的影响因素。结果表明：①2005—2019年，湖南省农业面源COD、TN和TP污染排放总量和排放强度整体均呈下降趋势；湖南省14个市州农业面源污染存在较大的空间差异，泰尔指数的结果显示，农业面源COD、TN、TP污染排放强度比排放总量的空间差异程度小，COD、TN、TP污染排放总量的空间差异整体呈上升趋势，而COD和TP污染排放强度的空间差异呈先升后降再升的变化趋势，TN污染排放强度的空间差异则整体表现为先升后降的变化趋势；②2005—2019年，湖南省农业面源COD、TN和TP污染排放强度与农业经济增长的衡量指标人均农业产值呈倒“U”型关系，验证了环境库兹涅茨曲线。影响因素的分析进一步表明城市化水平提升、单位面积化肥使用量和单位面积农药使用量的减少、农林业占比提升均能显著减轻农业面源污染。

根据以上结论，本研究提出以下对策建议。一是推进新型城镇化建设，提升城镇化水平。积极推进以城乡统筹、城乡一体、产业互动、和谐可持续发展为基本特征的新型城镇化，提高城镇化质量，引导农村人口有序流动，实现资源在城乡、区域间的有效配置，加强一二三产融合，提升农民的非农收入水平，助力农业发展水平和发展质量提升。二是加强农业科技现代化水平。以科技创新赋予农业发展新动能，以科技引领生态农业、绿色农业发展。加强农业技术装备，提升农业装备技术现代化水平，推动农业生产向规模化、集约化、信息化转变，发展并推进农业清洁生产技术，促进农业发展方式转变，以科技助推农业面源污染防治。三是加强生态农业理念，继续推进化肥农药减量增效。近年来湖南省通过多种措施推进化肥农药减量增效，取得了化肥农药使用量显著减少、利用率明显提升的成绩。未来仍需进一步推进化肥农药减量增效工作，加强统筹协调，加大资金投入，加快推广新技术如精准施肥技术、有机肥绿肥替代技术、高效低毒农药推进等，培育新型职业农民，充分发挥农民的积极性和主动性，让生态农业、绿色发展理念深入农心，让化肥农药减量增效技术在农户行为上落地。四是优化农业产业结构，推进农业产业结构转型升级。因地制宜，根据各地农业资源优势，调整农业产业结构，积极发展污染治理规模效应高、环境友好型的农业。