中国化肥施用强度空间差异的影响因素及实证检验

张宗军，石响，令涛

（兰州财经大学 甘肃金融协同创新中心，甘肃 兰州 730020）

随着科学技术的进步，形形色色的增产手段被运用于农业生产当中，而化肥作为一种物化的技术形式，作为 “绿色革命” 的标志被广泛使用，不仅有效促进了农作物增产，而且也是使用量最大、使用面最广的增产手段，被人们喻为 “粮食的粮食” 。化肥使用对农产品产量的提升作用在理论和实践上均达成了普遍共识。然而，与世界水平相比，中国处于严重的化肥施用过度状态，并形成了很大的面源污染(1)2014 年环境保护部和国土资源部联合发布的首个《全国土壤污染状况调查公报》显示，全国土壤总的超标率为16.1%，其中耕地土壤点位超标率为19.4%，在各类土壤中污染最严重。。整体上自改革开放以来，化肥的施用量除1998—2000 年间有所放缓外，一直保持较高的增长速度，直至2014 年才转为小幅下降趋势。但2018 年的施用量仍高达340.77 公 斤/公 顷，是1980 年 的3.93 倍，40 年 间年平均增长4.49%。其中，氮肥、磷肥、钾肥和复合肥的施用量分别达到了124.50 公斤/公顷、43.93 公 斤/公 顷、35.58 公 斤/公 顷 和136.76 公斤/公顷，分别是1980 年的1.95 倍、2.35 倍、15.08 倍和73.53 倍(2)国内数据根据国家统计局网站整理计算所得。。

如图1 所示，不论是世界平均水平，还是不同收入层次国家的平均水平，化肥施用量在1992-2018 年期间总体上呈现平缓上升到逐步稳定的趋势。在此期间，世界化肥施用量从92.86公斤/公顷增长到136.82 公斤/公顷，增长1.47倍；中等收入国家的化肥施用量从85.91 公斤/公顷增长到152.57 公斤/公顷，增长1.78 倍；高等收入国家的化肥施用量从2002 年的125.69 公斤/公顷增长到139.58 公斤/公顷，增长1.11 倍；低收入国家的化肥施用量由于当地的经济发展水平低下和农业发展缓慢等原因一直保持在很低的水平，平均施用量保持在11 公斤/公顷左右。而中国2018 年单位面积的化肥施用量分别是当年全球平均水平的2.87 倍、高等收入国家平均水平的2.82 倍、中等收入国家平均水平的2.57 倍、低等收入国家平均水平的33.59 倍。

图1 1992-2018 年全球及不同收入等级国家化肥施用情况（单位：公斤/公顷）数据来源：世界银行数据库

中国化肥的长期过度施用，在加重了面源污染、降低了土壤肥力的同时，增加了农业生产碳排放，成为农业绿色生产的主要障碍。而且其价格上涨又带来了生产成本的增加，致使近些年来农业收益持续下降，甚至出现了入不敷出的情形。为此，近年来在中央出台的部分文件中提出了化肥减量施用，加强农业面源污染治理，实现农业绿色生产的要求(3)农业部于2015 年印发了《到2020 年化肥使用量零增长行动方案》；中共中央办公厅、国务院办公厅于2017年印发了《关于创新体制机制推进农业绿色发展的意见》；2021 年中央1 号文要求 “持续推进化肥农药减量增效，推进农业绿色发展” 。。而要制定科学合理的化肥减量施用政策，就必须从宏观上梳理和探索影响农户化肥施用的主要因素及其作用机理。

一、化肥施用强度的个体异质视角与空间差异视角

目前，国内外对化肥施用行为的研究主要通过问卷调查的方式从微观角度来分析，根据不同侧重点观察到了一些现象。具体而言，农村劳动力的非农化转移增加了化肥的投入量［1-2］；收入水平越高、耕地的地理位置越近，化学品施用量越高［3］；非农经营性收入占比也影响了化肥的用量，但却存在着截然相反的研究结论［4-5］。教育程度对农户施肥行为的影响比较复杂：一方面，教育程度低的农户不能及时准确地了解化肥的相关知识和标准，更喜欢施用化肥来补充失去的土壤养分［6-7］，因此要解决与氮肥有关的环境退化问题，投入更多的教育指导，可能会更成功［8］；也有部分问卷表明技术培训可显著降低粮食作物的施肥强度，但对经济作物的施肥影响不明显［9］；还有部分调查表明教育水平的提高，增加了其就业的机会，削弱了其 “精耕细作” 的动力，从而促动了化肥使用量的增加［10-11］。行政法律作为一种强制性约束手段，使用于各个领域，不同国家的实践均表明，环保检测、行政处罚、政府补贴等政策法规的制定与实施，能有效降低农业化学品的用量，促进农业绿色生产［12-14］。除此之外，部分调研表明由于农作物存在潜在的产量损失风险，农户对这一风险的估计越高，则越倾向于通过增加化肥施用量加以规避［15］；农户务农经验的增加可以降低化肥用量［16-17］；规模化经营也可能会降低化肥用量［18-20］；具有干部身份的农户倾向于降低化肥使用量［21］；农户对生态环保认知程度的提升，能增强其利用有机肥替代化肥的积极性［22］；老龄化对农户化肥减量施用具有负面影响［23］。

对于微观个体而言，其行为决策既有相似性的一面，又有异质性的一面。因而，舒尔茨的 “理性小农理论” 、西蒙的 “有限理性理论” 、斯科特的 “农户风险回避理论” 、恰亚诺夫的 “农户劳役回避理论” 等均在农户决策行为中有其实践的证据。对于中国这样一个国土面积辽阔、农村人口庞大、区域差异显著、生产条件相异、种植品种丰富的农业大国，基于特定区域和小范围问卷调查的研究缺乏一定的普遍性和规律性，不同研究常出现互相矛盾的结论，不利于宏观调控政策的制定。那么众多农户个体在化肥施用行为上的区域性宏观累计是否具有一定的规律性？这种规律性形成的内在原因是什么？这种选择的一致性程度有多大？遗憾的是目前从宏观层面研究中国农民化肥施用决策的成果还比较少。

实际上，就国内各地区来看，化肥施用强度在区域之间存在很大的差异性，而且这种差异又具有较强的稳定性。如图2 所示，本研究将30 个地区按照化肥施用强度划分为高、中、低三个档次，分别设置10 个省份。通过各地区1999-2005年、1999-2012 年、1999-2019 年、2019 年 四 个时期化肥使用量平均值的比较可以看出，各地区化肥施用量在不同时期的档次比较稳定，只有极个别省份的档次发生了变化。

图2 不同时期各省化肥施用强度分布图

由此说明个体农户在化肥施用行为决策上虽然具有一定的异质性，但在区域层面上存在一些因素对化肥施用的影响具有相对的稳定性。区域层面上影响化肥施用强度的因素可以分为三个方面：一是禀赋因素。区域之间由于在气候环境、种植结构、土地规模、灌溉条件、灾害状况等方面存在着先天性不同，这些因素在长期内具有一定的稳定性，也使地区之间农民化肥施用强度保持一种稳定的差异性。二是投入因素。农业生产受到机械、农户资金、财政资金、劳动力等因素的重要影响，这些因素因为改善了农业生产条件和购买化肥的支付能力、提高了土壤和作物对化肥的吸收分解能力，从而影响到化肥施用强度。三是调节因素。农业生产还受到市场价格波动、农业收入的重要性、教育认知等方面的影响，这些因素在一定程度上会影响农民化肥施用的决策。为了探索各地区化肥施用强度差异性的形成因素，本研究利用1999—2019 年中国30 个省（市、自治区）的平衡面板数据，通过实证来检验这些因素的作用方向和显著性，以及影响程度的大小，为绿色农业政策的实施提供依据，发挥出调控措施的引导效果。

二、变量、模型与数据说明

（一） 变量选择

农业面源污染跟工业面源污染相比显著不同的是农业生产本身并不会产生大量污染。农业面源产生的根本原因是为了增加农作物产量，普遍施用大量的化学肥料和抛弃传统的有机肥料，导致土壤中氮、磷、钾严重超标，从而改变土壤元素结构，最终不适宜植物生长。同时由于降水，土壤中的氮磷钾元素又会随着雨水流入湖泊河流当中，从而进一步增大污染的面积。因此，本研究以化肥施用强度（单位耕地面积的化肥施用量）作为农业绿色生产的被解释变量。

本研究用粮食作物的耕种面积占总耕种面积、有效灌溉面积占总播种面积的比重、人均耕地面积、农业成灾率四个变量反映影响化肥施用的自然禀赋因素；用城镇化率、机械化水平、农民人均可支配收入、人均财政支农资金（农林水务支出/农村人口） 四个变量来反映化肥施用的投入性因素；用农民人均受教育年限、农户经营性收入占比、农业生产者价格指数、化肥价格指数四个变量来反映影响化肥施用的调节性因素。

本研究采用中国30 个省、市、自治区（不包括港、澳、台和西藏地区）的平衡面板数据，样本时间为1999-2019 年，数据来源于《中国农业统计年鉴》《中国统计年鉴》和Wind 数据库。数据包含了中国所有的农业种植地区，年度上分析了21 世纪以来的变化情况，总体针对性强、覆盖面高，具有良好的代表性。需要说明的是，财政支农资金的统计前后发生过调整，为降低数据误差，该数据在部分年度做了替代计算(4)因1999—2006 年尚未披露农林水务的财政支出指标，所以1999—2002 年的财政支农资金用财政支援农村生产支出和财政农业综合开发支出之和来代替，2003—2006 年数据用财政农业支出与财政林业支出之和来代替。；其次，2012 年后国家统计局不再披露农村人均纯收入指标数据，转为农村居民人均可支配收入，转化前后统计口径变化甚微，不影响实证检验；第三，北京市、天津市、上海市和重庆市的农业生产资料价格指数、化肥价格指数缺失，本研究分别以其相邻的河北省、江苏省和四川省的相关数据替代。

通过对变量序列数据分析看出，粮食作物单位面积产量与农民人均经营净收入都保持着平稳较快增长，而化肥施用强度则出现先增长后下降的趋势。如表1 所示，从所选时期内的变量统计描述看出，各变量的最小值、均值、最大值之间有一定的平衡性，各变量总体形成趋势，可以用来真实反映所研究问题。

表1 数据统计描述

（二） 模型构建

基于上述变量的选择，本研究采用了静态面板数据模型，对化肥施用强度的宏观影响因素进行回归检验。本研究的目标并非考察化肥施用量的增长状况，因此，对所有变量均不取对数，按照原序列进行检验。由此，本研究设定如下的回归模型：

HFit=β0+∑ajBFit+∑bjTRit+∑cjTJit+γi+δt+εit

模型中i代表地区，t代表时间，β0表示常数项，aj、bj、cj表示回归系数；HFit表示为第i个地区第t年的化肥单位面积施用折纯量；BFit表示为第i个地区第t年的禀赋性因素；TRit分别表示第i个地区第t年的投入性因素；TJit表示为第i个地区第t年的调节性因素；γi和δt分别表示个体和时间效应，εit为误差项。

三、实证检验与结果分析

（一） 单位根检验与协整检验

实证检验之前要对模型中的各个序列进行平稳性检验，常用的方法就是单位根检验，具体有LLC 检 验、PP 检 验、IPS 检 验、ADF 检 验 等 四种方法，检验结果如表2 所示。本研究发现部分变量原序列不平稳，对原序列做一阶差分后继续检验，发现除个别序列在5%和10%的显著性水平上平稳外，其他序列均在1%的显著性水平上平稳，说明各变量之间是一阶单整的。在此基础上对变量进行协整检验，结果如表3 所示，显示各变量序列之间存在协整关系。由此，确保了后续面板回归的有效性。

表2 变量单位根检验

表3 面板协整检验

（二） 实证检验与结果分析

实证检验的结果如表4 所示，四种情形下的回归系数与显著性均有一定的差异，需要选择最优模型。F 统计量用于检验所有的个体效应在整体上的显著性，F 统计量值越大、P 值越小则说明固定效应模型比混合OLS 模型更可取，化肥施用强度检验的F 值为99.02，P 值为0，选择固定效应模型。LM 统计量用来选择混合OLS 模型和随机模型，本次化肥施用强度检验的LM 值分别为2439.39，P 值为0，拒绝了混合OLS 模型。固定效应和随机效应各有优点，随机效应节省了自由度，样本数据在时间和截面上变化均较大时，随机效应模型能更明确地描述误差来源；固定效应模型则很容易分析任意截面数据所对应的因变量与全部截面数据所对应的应变量均值的差异程度。用Hausman 检验来在这两种模型中进行选择，化肥施用强度检验的chi2 值为40.55，P 值为0，由此应拒绝原假设，进行固定效应模型估计。固定效应模型只能反映随时间变化的变量的信息，不随时间变化的变量信息会被自动遗漏，加入时间虚拟变量检验的结果表明在模型中不包括时间效应，最终选择固定效应模型。

表4 的实证结果表明，在宏观层面上存在一些因素可以有效推进化肥的减量施用。（1）粮食种植面积比例每提高1%，化肥施用强度降低1.018 公斤，说明粮食作物对化肥的需要比经济作物低，表明中国经济作物种植面积的扩大是化肥施用强度提高的重要原因［24］。（2）人均种植面积的扩大显现出明显的规模经济效应，有效地降低了化肥的施用强度，经营规模每增加1 亩，化肥施用强度降低6.548 公斤。（3）传统经济理论表明，收入的提升会刺激消费增长，本研究的实证却发现农民可支配收入的增长与化肥的施用强度存在显著的负相关关系，收入每增加1000 元，化肥投入降低5.2 公斤。现实原因一是1999-2019 年期间农民可支配收入增长远高于化肥施用量增长速度，2019 年农民可支配收入、化肥施用强度分别是1999 年的6.91 倍、1.28 倍，农民通过化肥增收的依赖性和边际效应在不断降低；二是化肥对农户来讲不仅是一种消费品，更是一种投入成本，投入的强度需要考虑预期的收益，而1999-2019 年期间内全国两大油料作物（花生、油菜籽）和三大粮食作物（小麦、稻谷和玉米）的收益（产值与成本之差）一直处于波动徘徊状态，甚至两大油料作物从2013 年开始、三大粮食作物从2015 年开始出现了入不敷出的情形，农民的农业收入无法获得提升削弱了其化肥投入的激励。（4）随着财政支农投入的增加，尤其是十八大以来更是不断提高国家财政支出中涉农资金的比例，大大改善了农业生产条件、提高了农业科技赋能、提升了农业抗灾能力，增强了农户预期目标产量的保障性，因而减弱了农民对化肥增产的依赖性。实证结果表现为人均支农财政资金每增加1000 元，化肥施用强度显著降低4.2 公斤。

表4 化肥施用强度影响因素回归结果

然而，实证结果也发现部分宏观因素阻碍了化肥的减量施用：（1）灌溉水平的提高有助于化肥被土壤和作物充分吸收进而增加其施用量，灌溉率每提高1%，化肥施用强度增加2.717 公斤。（2）机械化水平的提高对化肥施用强度产生了显著的提升作用，而且这种作用程度非常大，机械化投入每增加1 千瓦时，化肥施用强度增加14.7公斤。这充分印证了机械化投入会提高土壤对化肥的吸收与分解能力，从而增加了施用强度。（3）农民收入结构与农民化肥施用强度呈显著的负相关关系，农民经营性收入占比每降低1%，化肥施用强度提高2.829 公斤。1999 年中国农村居民经营性收入占可支配收入的比重高达65.53%，2019 年已经降低至35.97%，说明随着农民经营性收入占可支配收入的比重不断降低，农民对农业生产收益的依赖性大大降低，对土地的爱惜和照顾程度日益减弱，因此在化肥的施用上随意性更大。（4）农产品预期价格对农民的施肥行为具有显著的激励作用，预期价格指数每提高1，化肥施用强度增加0.639 公斤。这意味着良好的预期收益提高了农民农业生产的积极性，促进了化肥生产要素的投入力度。（5）现有研究成果在教育培训对农户施肥行为的影响研究上产生了相互矛盾的结论，本研究的检验表明受教育年限每增加1 年，化肥施用强度显著提高14.66 公斤。事实上出现相矛盾的研究结果关键在于对教育培训的定位上不同：从普及教育和学历教育角度看，教育年限的增加使从事农业生产的劳动力减少，从事农业生产的经验积累降低，使其在中国经验性耕作特征显著的农业生产中不易掌握化肥的用量，比较容易过量施用；而具有针对性和专业性的教育培训，能使农户掌握科学的施肥技术，了解化肥过量施用的负面作用，使农户在生产中把握合理的化肥施用量，起到减量不减效的作用。

（三） 稳健性检验与化肥施用行为宏观一致性分析

稳健性检验用来确定实证结果是否会随着参数设定变化而变化，目前为止关于如何进行稳健性检验还没有一个统一的标准，只能根据研究视角和目标的不同选择适合的方法。为进一步验证模型的稳健性，采取调整样本期间的方式。对化肥施用问题，在理论上已经较早地提出了其过量施用的现象，但在政策上一直采取宽容的态度，没有引起足够的重视。党的十八大把生态文明建设作为 “五位一体” 总布局当中的一个重要部分之后，农业面源污染问题才受重视。随着两个 “零增长” 方案的推出，各级政府将其作为农业农村的重点工作大力贯彻推进，因而自2015 年开始国内化肥施用强度逐步下降。考虑到这一重大政策对农民行为的影响，将实证检验的样本期间调整为1999-2014 年再此进行回归。通过对比分析表明模型在调整前后各解释变量对被解释变量的作用方向、显著性和回归系数变化很小。

为进一步说明化肥施用决策在宏观层面上具有一定的规律性和稳定性，按照中国传统南北划分界线，分别对南、北两大区域进行检验发现：两大区域10 个宏观因素对化肥施用量的作用方向完全一致。因此，在国家层面可以制定指导性的法律法规和实施方案，通过宏观调控的手段推进化肥施用强度的逐步下降。检验结果还显示，在影响化肥施用显著的各个变量中，除机械化变量外，其他变量对南方地区化肥施用量的影响程度大幅度高于北方地区，意味着南方地区化肥减量施用的任务更加困难和艰巨。由此可见，结合稳健性检验结果，本研究的实证检验可以为宏观政策和方案的制定提供一定的理论依据。

四、化肥减量施用的政策激励

通过宏观面板数据的实证检验表明，粮食种植面积比例每提高1%，化肥施用强度降低1.018公斤；经营规模每增加1 亩，化肥施用强度降低6.548 公斤；可支配收入每增加1000 元，化肥投入降低5.2 公斤；农民经营性收入占比每提高1%，化肥施用强度降低2.829 公斤。但是，机械化投入每增加1 千瓦时，化肥施用强度增加14.7公斤；灌溉率每提高1%，化肥施用强度增加2.717 公斤；人均支农财政资金每增加1000 元，化肥施用强度显著提高4.2 公斤；农产品预期价格指数每提高1，化肥施用强度增加0.639 公斤；受教育年限每增加1 年，化肥施用强度显著提高14.66 公斤。结合中国农业生产的特殊国情，要实现农民经营净收入的不断增加、农产品产量的稳步提高和农业绿色生产的逐步推进，需要在经济激励政策和工程技术支持方面双管齐下。

表5 稳健性检验与分区域检验结果

第一，提高化肥利用率，发挥减量不减效的作用。据农业农村部测算，2019 年中国三大粮食作物化肥利用率为39.2%，虽然比2015 年的35.2%提高了4 个百分点，但与目前发达国家粮食作物50%～65%的氮肥利用率仍然低10～25 个百分点。因此，需要政府部门在开展农业绿色生产宣传、增强农民环保认知的同时，更要大力组织针对性、专业性的农技培训，从实践中让农户掌握科学施肥的技术要领。农技部门要根据不同地区、不同土壤条件、不同作物需求，制定施肥标准和指南，推进精准施肥。由此，通过改变以往粗放式的生产习惯，提高化肥的利用率，达到减量不减效的效果。

第二，优化财政支农资金的使用结构与效率，为农业生产改革提供激励。多年来各级政府不断强化对 “三农” 事项的财政投入，不论是资金数额还是占整个财政收入的比重都有了很大的提升，但财政支农资金的使用效果却不尽人意。政府不仅要做支农资金的投入者，更应该是其管理者。一是调整财政资金的使用结构，增加在水利工程、灌溉技术、农业科技、防灾抗灾、农业保险等项目的资金投入，充分发挥这些项目的长效作用和撬动功能；同时降低各种直接农业补贴资金，避免其作为经济收入被农民直接消费，而无法发挥放大效应和溢出效应。二是深入推进涉农资金统筹整合使用的步伐，集合资金重点突破，提高涉农资金的使用效率，降低涉农资金使用中的寻租、浪费、腐败等现象。三是在土地确权基础上进一步建立耕地流转的制度保障体系，加强农村基础设施建设投入，增强机械设备管理和操作的可能性，提高农业规模化经营水平。

第三，加强农业科技投入，抵消因化肥减量造成的产量损失。截至2019 年中国粮食总产量实现 “十五连增” ，但随着国内经济进入新常态，财政和个人农业资金投入提升空间不断缩小，城镇化发展使耕地面积和农村劳动力数量还会不断降低。未来较长时期内农业物化生产要素的投入将接近上限，这促使政府必须将农业增产方式逐渐转变为依靠科技创新拉动。需要加强优良种子研发，在提高单产的同时增强抵御自然灾害的能力；深化施肥技术研究，提高化肥利用率；推广新型栽培种植技术，提升农业种植的科学化、精准化和规模化；普及节水灌溉技术，打破国内农业 “靠天吃饭” 的硬约束；完善转基因技术，趋利避害做到量和质双突破。最终实现中国农业由平面化向立体化、由机械化向智慧化、由常规化向生态化的转变。

第四，严格把控农产品价格，进一步稳定优化种植结构。中国农民面临着农业生产成本和农产品价格的双重挤压，频繁发生投入与产出不平衡的现象，并诱发了种植结构的波动，因此，健全农产品价格监测系统显得格外必要。加强农产品价格的监测力度，一方面通过政府干预减小通货膨胀给农产品价格带来的负面影响，减轻市场波动对农民劳动成果的侵蚀；另一方面通过行政监管强化对人为操纵市场、制造农产品尤其是经济作物价格异常波动等侵害农户利益的行为进行严厉打击和惩处。通过加快新型经营主体的培育、提高专业合作社的运行效率、完善社会服务体系，引导经济作物的种植向专业化和规模化发展。在此基础上将部分农业直接补贴与土地面源污染检测结果相挂钩，推动化肥减量施用。

第五，推进绿色农业保险发展，达到环境治理与保障农民收入的有机统一。一般的农业保险可以有效降低农业生产过程中的不确定性，弥补农民受灾损失，保障农民收益。但面对中国面源污染的严峻形势，必须降低化肥施用量，这也势必影响到农民的投入决策和经济收益。因此，需要在农业保险产品的设计当中补偿农民因减少化肥而产生的经济利益损失，在农业保险的保费补贴上将绿色生产激励的要素纳入其中，将部分农业直接补贴转化为农业保险的绿色保费补贴。以此，使农业保险更好地发挥绿色兴农作用，推动乡村振兴战略的实施。