江西耕地面源污染时空特征及脱钩分析

汪涛武

(宜春学院经济与管理学院，江西 宜春 336000)

耕地是粮食生产的基础性资源，不仅直接关系到农民的生计，更关系到一个国家或地区的粮食安全，历来是世界各国关注的焦点。对粮食需求的快速增长与科学技术的不断突破，从需求与技术两方面推动了我国耕地开发与利用强度的增加，由此带来的农业增长成就举世瞩目。但在农业生产效率逐渐提高的同时，为提高耕地利用效率而产生的面源污染也对资源环境造成了较大的影响，引发了社会的广泛关注。

1 文献回顾

农业面源污染主要表现为化肥、农药以及农用塑料等其他田间有机或无机污染物质，通过地表径流、地下渗漏、挥发或残留等过程，造成水体富营养化、土壤板结、大气酸化，从而污染生态环境，甚至威胁食品安全[1-3]。《第二次全国污染源普查公报》指出，与2007年相比，2017年我国农业源污染物减排量平均达到了25.54%，减排取得了显著的成绩。但从污染物排放量的构成来看，农业化学需氧量(COD)、总氮(TN)和总磷(TP)的排放量占比仍然较高，分别达到49.8%、46.5%和67.2%[4]。

农业面源污染问题受到了党和政府的高度重视，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”。针对农业生产中存在的化肥施用过量、农药施用量较大及施用方法不科学等问题，原农业部曾印发《到2020年化肥使用量零增长行动方案》和《到2020年农药使用量零增长行动方案》[5]，推进化肥减量提效、农药减量控害，对降低农业面源污染提出了明确的要求。政策的实施使得全国农作物农药使用量与农用化肥用量从2016年起逐年减少；截至2020年末，农药用量与化肥用量与2015年相比分别减少了17.2%和12.8%，基本达到了预期的政策效果。但也要清醒认识到，我国化肥与农药这2种主要的农业面源污染源施用绝对强度仍处于较高水平，耕地所面临的面源污染形势依然不容乐观。

农业面源污染具有污染物负荷空间分布广泛、时间跨度长、发生过程与机制复杂等特点[6]，比点源污染治理更加复杂与困难[7]。自20世纪70年代以来，农业面源污染受到研究人员的重视，相关研究先后经历了3个主要阶段：农业面源污染及污染源识别；农业面源污染产生的原因﹑影响因素解析以及迁移机理；农业面源污染模型模拟研究等[8]，关注的重点在于如何解决面源污染治理与农业发展之间的矛盾，即农业绿色发展问题。因此，对于污染水平较高的国家、地区或流域而言，农业面源污染防治是否会随着农业生产的绿色发展出现拐点以及拐点可能在何时出现，成为研究中关注的焦点之一。

学者主要通过环境库兹涅茨曲线(EKC)与脱钩模型对面源污染与农业发展的关系进行考察。研究发现，不同时空、不同来源的农业面源污染的环境库兹涅茨曲线存在明显的差异，脱钩情况也较为复杂。以全国化肥面源污染情况为例，一些研究认为，我国化肥面源污染与宏观经济增长之间的关系是“倒U型”EKC[9]，但最近的研究发现，我国化肥面源污染排放与经济发展水平之间存在显著的“倒N型”的EKC关系[10]。对不同区域进行考察的结果也存在类似的情况。如，沿海地区农业面源污染与农业经济增长之间存在“N”型EKC关系[11]；三峡库区的TN排放强度、畜禽养殖与农村生活单元的TN、TP排放强度则存在显著的“倒U型”EKC关系，且已跨越拐点[12]；多数EKC为“倒U型”的省份已跨过拐点，而多数EKC为“N”型的省份均跨过第1个拐点[13]，但仍未观察到面源污染与农业发展之间出现强脱钩关系[14]。

无论是通过EKC进行模拟分析，还是通过脱钩模型进行研究，不同区域、不同时期样本的研究结论并非完全一致。但这也正是面源污染的复杂特性所致，并不妨碍结合各地实际积极对面源污染的防范与治理进行深入研究。在相关研究中，探讨粮食生产与耕地面源污染脱钩关系的空间格局的文献尚不多，且文献中农业生产的表征指标常采用农业产值，但该表征指标易受到价格水平的影响，而采用产量指标更能准确地反映地区农业生产的实际状况。本文以粮食产量作为粮食作物生产的表征指标，探索江西粮食生产与耕地面源污染脱钩关系的时空格局及其演变规律。

江西作为全国13个粮食主产区之一，稻谷产量多年来一直稳居全国第3位，在保障国家粮食安全中具有十分重要的地位。同时，江西也积极响应农业农村绿色发展的号召，多举措推进农业投入品减量化，全面推进农业面源污染防治。因此，江西与其他粮食主产区均面临保障粮食增产增收与持续减少化肥、农药等投入品的冲突，在这一特殊的背景下，探讨江西耕地面源污染的时空特征及其与粮食生产的脱钩效应对粮食主产区面源污染防治具有重要理论与现实意义。

2 研究方法与数据

2.1 脱钩模型

“脱钩”(Decoupling)是指2个变量之间原来存在的相互关联关系不再存在，被经济合作与发展组织(OECD)于20世纪末引入到资源环境与经济增长关系的研究中[15]，用于刻画一定时期内环境指标恶化速度与经济增长速度相背离的程度。研究人员从农业面源污染与粮食产量之间的关系出发，构建农业面源污染与粮食作物产量增长的脱钩弹性指数模型[16]，公式：

(1)

(2)

(3)

式中，e为农业面源污染与粮食作物生产的脱钩指数；ΔNSP为农业面源污染变化率；ΔCY为粮食作物产量变化率；t和t-1为年份。

Tapio在对脱钩指数进行分析时，将脱钩指数分为8类[17]，其设置的分类临界弹性值分别为0、0.8和1.2，但该设定被认为主观性过强，并且容易混淆。参考有关文献在农业环境领域的分析思路，脱钩状态分为6类更加合理，见表1[16]。

表1 粮食生产与面源污染排放脱钩状态分类

2.2 数据来源

本文所需数据主要来自于历年《江西统计年鉴》，主要包括江西省各地级市粮食作物产量、播种面积、化肥施用量、农药施用量等，但《江西统计年鉴》未报告部分年份各地级市的粮食作物产量与播种面积，这些年份的有关数据通过查阅各地级市的统计年鉴、统计公报或政府工作报告获得。

3 江西省耕地面源污染的时间特征

对于农业种植而言，面源污染主要源自化肥和农药等投入品的过量使用，以及利用率不高等原因。故本文采用化肥和农药施用总量与施用强度(单位耕地面积的化肥或农药的施用量)表征江西省耕地面源污染的指标。与2011年相比，2020年江西省化肥和农药施用总量与施用强度均大幅降低，但各自降幅及时间节点有所不同，见图1。

图1 2011—2020年江西省化肥、农药施用总量

图2 2011—2020年江西省化肥、农药施用强度

图3 2011—2020年江西省化肥、农药生产率

3.1 江西化肥、农药施用总量演变

江西化肥施用总量在2011—2015年逐年增加，但增幅较小，并于2016年起逐年大幅下降。2011年，江西省化肥施用量为1.41×1010kg，较上年增长约3.96%；2012—2015年每年的平均增长率约为0.43%，各年的最大增幅均未超过1%；2015年，化肥施用总量增加到1.44×1010kg，总计较2011年仅增长约1.73%。自2016年起，化肥施用总量每年均出现大幅下降，2016—2020年年平均减少约5.36%，降幅最大的是2018年，当年降幅达到8.72%；至2020年，化肥施用总量降低到1.09×1010kg，总计较2015年减少了约24.22%，是全国平均降幅的1倍。

江西农药施用总量在2011—2020年也呈现先升后降的趋势，早于全国进入下降通道。2011年，江西农药施用总量为9.97×107kg，较上年增长了2.15%，2012年继续小幅增加0.72%后，自2013年起开始逐年减少，早于全国4年进入下降通道。2020年，全省农药施用总量仅为5.27×107kg，较2012年最高峰时降低了47.51%；2013—2020年的年平均降幅达到7.49%，其中2018—2020年降幅均超过10%。

3.2 江西化肥、农药施用强度演变

江西化肥施用强度呈现先窄幅波动、后快速下降的趋势。2011—2016年，江西化肥施用强度介于383.59～387.47kg·hm-2，变化不是十分明显。自2017年起，江西化肥施用强度进入快速下降阶段，2017—2020年平均降幅达到7.51%，到2020年已降至288.44kg·hm-2，相对于2015年最高峰时累计降低了25.58%，而同期全国化肥施用量降幅为15.20%，年均降幅仅为1.32%。

江西农药施用强度呈现明显的下降趋势。2011年农药施用强度为27.31kg·hm-2，2012年与此基本持平，此后进入下降通道，尤其是2017年起开始快速下降，2017—2020年平均降幅达到13.42%，到2020年已降至13.97kg·hm-2，相对于2011—2012年最高峰时累计降低了48.85%。

3.3 江西省化肥、农药生产率演变

生产率以单位投入带来的产量表示。2011—2020年，江西省化肥、农药生产率均大幅提升，农药生产率的增幅远大于化肥生产率。数据显示，化肥生产率在2011—2016年处于窄幅波动，2016年较2011年仅增长了3.54%，年均增幅不足1%，这与同期化肥施用强度的窄幅波动基本保持一致；此后增速加快，2017—2020年年均增幅达到7.14%，2020年达到19.89kg·kg-1，较2011年的14.59kg·kg-1增长了36.3%。

农药生产率呈现阶梯型上升态势，2011—2013年，维持在205～213kg·kg-1，波动幅度较小，2014年则大幅增长6.83%，此后2年再次维持1%左右的缓慢增长；到2017年，开始进入快速上升通道，2017—2020年年均增幅达到15.38%，2020年达到410.65kg·kg-1，较2011年的206.52kg·kg-1翻了近1倍。

4 江西省耕地面源污染的空间特征

通过分析比较不同地级市的数据发现，江西各地市耕地面源污染情况存在显著的空间差异。利用ArcGIS软件，选取2011年、2015年和2020年绘制江西省耕地化肥使用强度空间分布演变图，见图4。将不同地区化肥施用强度采用自然间断点分级法分为5个等级：高施用强度(>446kg·hm-2)，较高施用强度(355～446kg·hm-2)，中等施用强度(317～355kg·hm-2)，较低施用强度(271～317kg·hm-2)和低施用强度(<271kg·hm-2)。可以直观看出，不同地区化肥施用强度的空间差异。2011年，化肥高施用强度地区仅有九江市和抚州市，合计作物播种面积占全省作物播种面积的18.69%；到2015年，高施用强度地区新增了赣州市和萍乡市，使得化肥高施用强度地区达到4个，占全省作物播种面积达34.17%；而到2020年，高施用强度地区为0，绝大多数地区均为化肥中低施用强度地区，化肥施用零增长行动在各地均取得了明显的效果。

图4 2011—2020年江西省化肥施用强度空间分布演变

农药施用强度方面，同样采用自然间断点分级法将不同地区农药施用强度分为5个等级：高施用强度(>31kg·hm-2)，较高施用强度(23～31kg·hm-2)，中等施用强度(20～23kg·hm-2)，较低施用强度(12～20kg·hm-2)和低施用强度(<12kg·hm-2)。从农业施用强度的空间分布看，见图5，2011年农药高施用强度地区有九江市、抚州市和萍乡市等；到2015年，萍乡市农药施用强度有所降低，但鹰潭市有所增加；2020年，农药高施用强度、较高施用强度地区均为0，所以地区均为中、低施用强度，其中低施用强度地区增加到3个：南昌市、吉安市和鹰潭市，地区间农药施用强度差异在逐渐缩小，农药施用零增长行动在各地均取得了明显的效果。

图5 2011—2020年江西省农药施用强度空间分布演变

图6 2011—2020年江西省耕地面源污染与粮食生产脱钩效应的空间分布情况

5 江西省农作物生产与耕地面源污染的脱钩效应

粮食作物的单产与化肥、农药施用强度之间具有显著的关联效应[18，19]，但化肥与农药施用量过度不但不利于粮食作物可持续生产，还可能造成十分严重的生态环境污染问题，这也正是国家提出化肥、农药实现零增长的根本原因所在。借助脱钩理论，本文从化肥施用强度变化率、农药施用强度变化率与粮食单产变化率之间的关系，考察江西省粮食作物生产与化肥、农药施用量为代表的面源污染的脱钩情况。

5.1 江西省化肥农药施用量与粮食作物单产的脱钩效应的时间特征

2011—2020年，江西省化肥农药施用量与粮食作物单产的在2015年起总体脱钩情况向最理想状态演变，但也呈现阶段性波动的特点，见表2。

表2 2011—2020年江西省化肥农药施用量与粮食作物生产脱钩情况

化肥施用量与粮食作物单产在2015年前已达到弱脱钩状态。2011—2014年，除2012年因粮食单产下滑呈现强负脱钩外，其余3年均为弱脱钩。进入2015年后，随着化肥零增长计划的启动，化肥施用量与粮食作物单产主要呈现出强脱钩状态，进入较为理想的状态。其中，2016年由于化肥施用强度较2015年有所增加且粮食单产增幅较小，为扩张性负脱钩；2020年由于疫情与自然灾害导致粮食单产同比下降导致了衰退性脱钩。

农药施用量与粮食作物单产自2013年起进入强脱钩状态，且强脱钩状态一直稳定至2019年，表现出较好的持续性。2020年由于疫情与自然灾害导致粮食单产同比下降导致了为衰退性脱钩。

化肥农药总施用量与粮食作物单产的脱钩关系自2014年起进入强脱钩状态，由于化肥施用量远超农药施用量，二者的施用总量受化肥施用量的影响较大，因此，在2016年与2020年也分别出现了扩张性负脱钩与衰退性脱钩。

5.2 江西省耕地面源污染与粮食作物生产的脱钩效应的空间特征

近10年来，江西省耕地面源污染与粮食作物生产脱钩情况的空间分布呈现出显著的变化。2011年，各个地级市均处于衰退性脱钩水平以下。其中，赣东北地区除鹰潭市为强负脱钩外，九江、景德镇、上饶、抚州均为衰退性脱钩；赣中及赣西南地区除新余与吉安为衰退性脱钩外，其余地区均为弱负脱钩。2015年，赣东北地区变为以强负脱钩为主，包括九江、上饶和鹰潭；赣中及赣西南地区大部分地区脱钩水平得到提升，其中，赣州达到强脱钩水平。2020年，除赣州和景德镇脱钩水平有所下降外，其余地区脱钩水平均得以维持和提升，达到较为理想状态以上的地区达到6个，粮食作物耕种面积占全省的63.80%。其中，宜春、鹰潭达到强脱钩水平，实现了最理想脱钩状态；上饶、南昌、新余、吉安达到弱脱钩水平，实现了较为理想脱钩状态。总体而言，江西省耕地面源污染与粮食作物生产的脱钩关系在地级市尺度上逐渐从过去较为无序的状态过渡到有序趋同的演进。

6 结论与建议

6.1 结论

江西耕地面源污染情况处于稳步向好的趋势中。2011—2020年，化肥与农药施用强度均出现了先升后降的演变特征，尤其是2017年后，江西化肥与农药施用强度均进入快速下降阶段，2017—2020年平均降幅分别达到7.51%和13.42%，到2020年与最高峰时相比累计分别降低了25.58%和48.85%，远高于全国同期降幅。以单位投入产出计算的化肥与农药生产率也显著提高。

江西耕地面源污染在不同地区间表现出明显的空间异质性。2020年，化肥施用较高强度地区主要集中在赣西北的九江、南昌、新余和萍乡，农药施用较高强度地区仅余下东西两侧的抚州和萍乡。

江西耕地面源污染与粮食生产脱钩关系呈现出阶段性特征，且各地面源污染与粮食生产脱钩关系在空间上表现出较强的趋同性特征。从江西省总体情况看，化肥农药总施用量与粮食作物单产自2014年起进入强脱钩状态，由于化肥施用总量远远超过农药施用总量，二者施用总量衡量的脱钩关系受化肥施用量的影响较大，因此，在2016年与2020年也分别出现了扩张性负脱钩与衰退性脱钩。从各地面源污染与粮食生产脱钩关系在空间分布看，2011年脱钩效应较高的地区以赣北为主，而2015年脱钩效应较高的地区以赣南为主，2020年进一步演变为赣中、赣东、赣西为脱钩效应较高的地区。

6.2 政策建议

优化耕地面源污染防治措施，从源头减少污染来源。农业面源污染治理是农业绿色发展的关键所在。各地要全方位对农业面源污染防治作出科学部署。具体而言，在面源污染仍然较重的地市，最直接的治理措施就是在农业生产中进一步降低化肥、农药施用量，尽可能减少污染来源。通过开展减量增效技术培训活动，强化科学化肥、农药施用知识与技术的普及，提高精准施用水平，最大限度提高化肥、农药利用率，达到减量增效的目的；通过培育自然肥料，增加有机肥施用量，积极推广使用创新技术的生物农药，或者高效低毒、低残留化学农药等方式，从源头上减少面源污染。

加大农地综合整治力度，保障粮食产量稳步提升。“仓禀实，天下安”，推进农业农村绿色发展是农业发展观的一场深刻革命，既要保障粮食生产稳定增收，又要持续减少导致高污染的化肥、农药等投入品施用量，对短期内稳定提高粮食产量是一个巨大的挑战。其中，一个最为关键的变量是耕地质量。通过加大农地综合整治，建设高标准农田，能够有效提升耕地质量和地力，最终持续提高农业生产率。截至2022年，江西已经完成了“2622万亩高标准农田”的建设任务，占全省耕地面积的比例达到64.3%。《江西省高标准农田建设规划(2021—2030年)》提出，“到2030年将建成3330万亩高标准农田”，到时高标准农田占比将超过全省耕地面积的80%，将极大提升江西耕地质量，保障粮食产量稳步增长，从而推动江西粮食生产与面源污染保持良好的脱钩状态。