耕地规模、细碎化对化肥面源污染的影响*

文高辉 ,王夏玙 ,胡贤辉** ,夏卫生

(1.湖南师范大学地理科学学院 长沙 410081;2.地理空间大数据挖掘与应用湖南省重点实验室 长沙 410081)

中国作为人均耕地资源稀缺的国家,高投入的农业生产方式普遍存在,特别是化肥作为耕地产粮的重要生产资料,在保障粮食安全方面有着不可替代的作用。据农业农村部统计,仅化肥投入对粮食增产的贡献率就达到40.2%以上,但化肥的利用率较低,过量低效的化肥投入造成了资源浪费,还产生了较高的环境代价,过量氮磷通过淋溶或径流等方式进入周围环境,造成水体污染、土壤质量退化等系列环境问题[1-2],严重威胁到农产品质量和国土生态安全。根据第二次全国污染源普查公报,农业总氮(TN)、总磷(TP)排放量占全国污染物排放总量的51.97%和67.22%。农业面源污染以氮磷污染为主,而化肥的过量施用是农业面源污染的重要来源之一[3],故而化肥面源污染治理显得尤为重要和迫切。当前,农业生产中多以氮肥、磷肥、钾肥、复合肥为主,但并不是所有化肥不合理不科学施用都会产生污染物,其中氮肥、磷肥、复合肥等肥料是氮磷污染的重要污染源。

农户作为农业生产的决策主体,直接决定化肥施用种类、施用方式和施用量。因此,引导农户进行合理的化肥投入是农业化肥面源污染治理源头控制的内源关键。关于农户化肥投入行为,除了受农产品价格等市场因素[4]的影响外,还受农户个体和认知特征[5-6]、家庭禀赋特征[7]、农地经营特征[8-9]和政策因素[10]等因素的影响。其中耕地作为农业生产中最基本、最重要的投入要素,耕地规模制约着农户耕地经营管理方式,进而影响农户的耕地投入行为。现有的研究多集中于讨论耕地经营规模与农户化肥投入量之间的关系,主要有3 种观点:1)部分研究发现,耕地经营规模与农户单位面积化肥投入量呈负相关关系[11-12]。2)也有学者认为耕地经营规模对农户化肥投入量有差异化影响。Wu等[9]的研究表明小规模农户和大规模农户均偏离最佳化肥投入量;陈雪婷等[13]也证明,随着耕地经营规模的扩大,农户单位面积化肥投入量呈先递增后递减的趋势,即“U 型”关系。3)此外,还有学者认为,随着耕地经营规模的扩大,农户化肥过量投入的行为未得到显著改善[14],部分规模户为追求利润最大化,反而投入更多化肥以增加土地产出[15-16]。可见,关于耕地经营规模与农户化肥投入量的关系,尚未形成统一的结论,其中一个很重要的原因是忽视了耕地规模的多样性,忽视耕地细碎化的影响。现有的文献多将耕地经营规模同质化处理,但受耕地细碎化的影响,耕地规模除了要考虑耕地经营规模外,还要考虑地块数、分散程度、地块规模等耕地资源禀赋特征。近年来,已有少数学者开始从多角度进行耕地规模与化肥投入量的研究。纪龙等[8]分析了耕地经营规模、地块集中程度等耕地经营特征对农户化肥投入量的影响,并指出耕地经营规模对农户化肥投入的影响最大;史常亮等[6]则从地块数、块均面积两个方面分析了耕地细碎化对农户化肥使用效率的影响;梁志会等[17]探析不同土地转入情景下所导致的耕地经营规模、耕地细碎化程度和地块规模的相对变化对农户化肥投入量的影响;张露等[18]将耕地规模分为总量面积规模、地块规模与连片规模,并分别辨析不同规模形式与农业减量化的关系。综上,可以发现已有部分学者关注到耕地细碎化、地块规模对农户化肥投入的影响,但是地块规模、细碎化与农户化肥投入量的关系也未形成统一的观点[7,18],主要原因可能有:其一,地块规模、耕地细碎化的内涵界定不一致,衡量指标不尽相同,其中,地块规模主要采用地块面积[19]、农户实际经营的最大地块面积[18]、平均地块面积[17]等指标来表征,耕地细碎化主要采用地块数量[20]、地块平均面积[21]、地块间的距离[22]、细碎化综合指数[23-24]等指标来表征;其二,在不同地区,由于经济社会发展水平的差异,地块规模、耕地细碎化对农户化肥投入行为可能会产生差异化的影响[7,25];其三,在同一地区经济社会发展的不同阶段,地块规模、耕地细碎化的影响效应也有差异[26]。因此,清楚界定耕地经营规模、地块规模、耕地细碎化的内涵,采用恰当的指标进行衡量,才能清楚地理顺耕地经营规模、地块规模、耕地细碎化与农户化肥投入量之间的关系,进而准确计量耕地经营规模、地块规模、耕地细碎化与化肥面源污染之间的关系。

综上,学术界对耕地规模(含耕地经营规模、地块规模2 层含义)、细碎化与农户化肥投入量的关系进行了有益的探讨,并发现农户过量的化肥投入是导致农业化肥面源污染的重要原因,但并非所有的化肥投入都会产生面源污染,鲜有学者探讨耕地规模、细碎化等耕地禀赋特征对化肥面源污染的影响。据此,本文从理论层面理顺耕地经营规模、耕地细碎化、地块规模三者间的关系及其对化肥面源污染的影响效应,运用清单分析法的思路,利用洞庭湖区域农户问卷调查数据,测算农户耕地利用过程中化肥投入产生的面源污染物排放量,并借助Tobit 模型进行实证检验,以期为耕地规模化经营、化肥面源污染治理、实现农业绿色转型等相关政策的制定提供科学参考。

1 理论分析与研究假说

1.1 耕地细碎化与化肥面源污染

耕地细碎化不会直接造成化肥面源污染,而是通过影响农户的化肥投入量进而对化肥面源污染产生影响。结合农业诱致性技术变迁理论和理性小农理论,由资源稀缺所引起的相对要素价格的变动会诱致农业技术的变革;同时,理性小农会通过调整要素的配置以实现既定生产条件下的效益最大化,从而形成土地节约型的生物化学技术或者劳动节约型的机械技术[27-28]。但诱致性技术变迁和要素替代都受资源禀赋条件的限制。耕地作为农业生产最基本、最稀缺的资源,农户对其他生产要素的配置都要以其所拥有的耕地为基准,这正是中国化肥大量投入的重要原因之一。中国人多地少的资源禀赋现状使农业技术必然朝着替代土地的方向发展,即依靠生物化学技术来提高土地生产率。

中国农村土地为集体所有,为了保障土地产权分配的“公平性”,农村集体按照土地的远近优劣均等分配土地,使耕地细碎化经营成为中国农业经营的显著特征,严重阻碍了农业规模经济的发展[29]。耕地细碎化不仅加剧农户劳动时间成本[22],还加剧了农业经营成本,限制了农业机械、田间灌溉设施等其他要素的使用,降低农业资本的利用率[21,30],而且随着劳动力成本的上涨,耕地细碎化经营产生的高成本使得农户无利可谋,对比非农就业的比较收入优势,为保证产量,农户更容易采取大量施用化肥等粗放式经营方式,以弥补耕地资源、劳动力不足等问题。因此,耕地细碎化程度越高,农户的化肥投入强度越大,进而加剧化肥面源污染程度。

据此,提出研究假说H1:耕地细碎化程度越高,越会加剧化肥面源污染程度。

1.2 耕地经营规模与化肥面源污染

从农户的角度而言,农户扩大耕地经营规模原因在于在现有资源约束条件下扩大耕地经营规模所能获得的潜在规模经济。规模经济本质是耕地经营规模扩大所导致的单位生产成本的下降。耕地经营规模扩大所带来的规模经济主要源于机械、水利灌溉设施等生产要素的不可分性所导致的内部规模经济,以及集中购买或销售所获得的价格优势等外部规模经济。一方面,随着耕地经营规模的扩大,劳动力需求增加,在劳动力短缺、雇佣工资上涨等压力下,农户更愿意采用劳动节约型的机械技术进行生产,而机械使用不仅可以在减轻农业劳动强度的同时,通过机械深翻,改善土壤质量,提高化肥吸收率[31],专业施肥机械还可以实现施肥的定量化和标准化,提高化肥的利用效率,实现化肥的合理投入[32]。另一方面,耕地经营规模的扩大既便于农户对化肥的大量采买,还能降低农户获取新型化肥施用方案和技术的成本。从时间偏好的角度进一步分析,一般而言,行为经济人对预期收益高,收益确定性强的生产措施具有更高的行为动机[33]。在“量级效应”的影响下,耕地经营规模扩大带来的规模经济更能提升农户对农业大规模经营的收益预期,对收益的时间偏好较弱,倾向于考虑耕地的长效收益,愿意采纳施用有机肥、测土配方肥等保护性耕地投入行为[34-35],同样有利于减少化肥面源污染排放强度。但是,根据边际报酬递减规律,耕地经营规模扩大所带来的规模效益并不会一直持续,当耕地经营规模超过一定范围后,将需要投入更多的劳动力、时间和精力等,更重要的是耕地经营规模扩大带来的边际效益和规模效益将下降,这时农户将不倾向于雇佣额外且昂贵的劳动力,而选择成本较低、增产方式更简单有效的生产方式,即增加化肥投入,此时化肥投入强度由降转升,化肥面源污染强度也相应的增加。

据此,提出研究假说H2:耕地经营规模与化肥面源污染强度间呈“U”型关系。

1.3 地块规模与化肥面源污染

地块规模同样具有规模经济,地块规模越大,越有利于发挥生产要素的不可分性所带来的规模经济,从而引起农户化肥投入的改变。首先,地块规模扩大,有利于减少单位经营成本。比如基础设施投资方面,地块规模越大越可以节约水利灌溉、机耕道路、农地平整等基础性建设的成本,扩大基础设施的服务面积,使规模经济内部化,而且基础设施越完备,越有利于土地生产率的提高,一定程度上减少化肥农药的投入[18]。其次,地块规模越大越有利于机械等省工性技术的使用。相较于小型机械,大型机械的单位作业成本更低,生产率更高,地块规模越大越有利于大型机械设备的选择和使用,并且,地块规模越大,越有利于减少田埂阻隔,便于农机的连片作业,提高农机的作业效率,减少使用成本,进而提高农业生产技术效率,降低化肥施用强度[17]。再次,地块规模大,有利于专业化服务的发展。地块规模小会降低农户对专业化服务的需求,同时还增加了专业化服务的获取难度和购买费用[36],并且,地块规模小会限制机械施肥等某些专业化服务的使用,使农户倾向于以传统的方式多施化肥。综上所述,随着地块规模的扩大,更有利于实现化肥的减量投入,减少化肥面源污染物排放量。

据此,提出研究假说H3:地块规模越大,越有利于减少化肥面源污染。

1.4 耕地经营规模、耕地细碎化、地块规模的交互作用与化肥面源污染

根据上述分析,在适度范围内,耕地经营规模的扩大,有利于化肥面源污染强度的降低,但因耕地本身条件和土地流转多为小农户间的自发交易,耕地经营规模的扩大并未根本性改变耕地细碎化的格局,反而很可能伴随耕地细碎化程度的加深,削弱了耕地经营规模扩大带来的潜在的化肥减量效应。随着耕地经营规模的扩张,地块面积小、数量多且分散,反而会增加劳动力跨地块转移、生产资料运输、雇佣工人的管理监督等转换成本,降低了田间管理强度,增加农业经营成本。并且农户化肥施用方式包括少次多量和多次少量两种,后者更为科学但需要更多的劳动力投入,前者劳动力需求较小但可能导致化肥投入总量多、利用效率低等问题。在劳动力工资上涨,劳动力供给日益不足的情况下,当转换成本较大时,农户更倾向采用少次多量这种更为简单粗暴、成本更低的要素投入方式。但如果农户在扩大耕地经营规模的同时,能通过权属调整、地块归并等实现地块规模的扩大,不仅可以获得地块规模经济产生的化肥减量效应,反而更有利于机械化作业和规模化、专业化种植,削弱耕地细碎化带来的负向影响,并放大耕地规模经营的规模效应,提高化肥利用效率,减少化肥面源污染物排放量。

据此,提出研究假说H4:耕地细碎化程度的加深会削弱耕地经营规模对减少化肥面源污染的正向效应。

研究假说H5:地块规模的扩大,可能加强耕地经营规模对减少化肥面源污染的正向效应。

研究假说H6:地块规模的扩大,可能削弱耕地细碎化对减少化肥面源污染的负向效应。

图1 为耕地经营规模、耕地细碎化、地块规模三者的关系及其对化肥面源污染的影响效应。其中虚线表述削弱或减轻作用,实线表示加强或促进作用。

图1 耕地经营规模、耕地细碎化和地块规模对化肥面源污染的影响效应(虚线表述削弱或减轻作用,实线表示加强或促进作物)Fig.1 Influence of cultivated land management scale,cultivated land fragmentation and plot scale on chemical fertilizer non-point source pollution (dashed lines indicate alleviative effects,solid lines indicate enhancing effects)

2 数据来源、研究方法与变量选择

2.1 数据来源与样本特征

洞庭湖平原作为典型的平原农区,自然、气候、经济条件较为优越,农业历史悠久,是中国粮棉油、淡水鱼等重要的农产品生产基地和重要的生态经济区。但当前,由于农户过于注重经济利益,大量施用化肥农药,导致洞庭湖平原地区农业面源污染严重。研究表明,自1991 年以来,洞庭湖区水质总体呈下降趋势,且主要受TN、TP 等污染物的影响,而化肥等农业化学品的不合理投入是TN、TP 的主要来源之一[37]。本文选取位于洞庭湖平原西部的湖南省常德市为研究区域,该区耕地面积50.61 万hm2,占湖南省耕地面积12.18%,粮食产量常年达350 多万t,但化肥投入过量问题也非常突出,根据湖南省统计年鉴,2020 年常德市化肥施用量占全省的14.98%,化肥施用强度达到662 kg∙hm−2,是中国重要的粮食产区和农业面源污染综合防治区。

数据来源于2020 年11 月在湖南省常德市开展的农户分层随机抽样问卷调查。综合考虑常德市地理环境、资源禀赋、农业生产状况和农业面源污染现状等因素,选取鼎城区、桃源县、汉寿县、安乡县和临澧县5 个农产品主产区为调查区域;根据乡镇到县城的距离、行政村到集镇的距离,共计选取10 个乡镇,20 个行政村,获得有效问卷600 份。调查对象主要为常年从事农业生产的户主或家庭成员,调查内容涉及农户个人和家庭特征、耕地保护的相关认知、农业生产投入与产出状况等方面。考虑到本文的研究内容及为保证数据的代表性,经统计整理剔除个别极端异常数据样本后,以595 份调查问卷为本文研究数据。

调查数据显示,从农户个人特征来看,受访农户户主多为男性,占样本总量的97.95%;中老年人居多,50 岁以上户主占样本总量的75.21%;受教育程度普遍较低,多为初中以下,占比达91.40%;有8.57%的户主当过村干部。从农户家庭特征来看,家庭农业劳动力多为1 或2 人,占比为97.82%;有93.37%的受访农户家庭总纯收入在5 万元以上;农业收入占比在10%以下和10%～50%的样本数量相近,分别为44.71%和44.54%,农业收入占比过半的农户仅有10.76%,说明大部分农户的非农收入占比高,农户兼业化程度高。

2.2 变量选取与定义

2.2.1 被解释变量

被解释变量为化肥面源污染强度。参考前人[38-39]研究成果,采用基于单元调查的清单分析法,充分考虑不同类型化肥投入产生的差异化影响,对化肥面源污染强度进行测算。首先,化肥面源污染类型识别和产污分析。化肥面源污染主要源于不合理不科学的化肥投入,过量氮磷通过淋溶或径流等方式进入水土环境所造成污染,故采用TN、TP 作为衡量指标。其次,产污单元与统计指标的确定。农户水稻生产施用的化肥主要包括氮肥、磷肥、钾肥和复合肥等,由于造成面源污染的主要是化肥中的氮磷元素且钾肥不直接导致面源污染[39-40],故确定氮肥、磷肥和复合肥为化肥面源污染的3 类产污单元,统计指标则为氮肥、磷肥和复合肥的施用量。再次,产污单元排放系数确定。产污单元排放系数由单元特征、空间特征和资源利用率共同决定,参考雷俊华等[41]、罗斯炫等[42]学者的研究,沿用赖斯芸等[38]的方法,根据化肥流失情况确定各产污单元的排放系数。排放系数等于产污系数乘以化肥流失率,关于产污单元的产污系数,参考赖斯芸等[38]、段华平等[39]的研究成果,按化肥折纯的化学成分计算:氮肥中主要成分为N,故其TN 产污系数为100%;磷肥中主要成分为P2O5,根据P 和O 的相对原子质量,可知磷肥的产污系数为43.66%;同理可知复合肥(氮磷钾养分比例以1∶1∶1 为标准)的TN 产污系数为33.33%,TP 产污系数为14.67%。因此,氮肥、磷肥和复合肥的TN 产污系数分别为1、0、0.33,TP 产污系数分别为0、0.44、0.15。关于化肥流失率,根据赖斯芸等[38]、雷俊华等[41]的研究确定。对化肥面源污染物的流失情况进行定量分析,确定各产污单元的排放系数。最后,进行面源污染物排放量和排放强度的估算。具体公式如下:

式中:E为化肥面源污染物排放量,Eij为 产污单元i的污染物j的产生量,Ti为产污单元i的统计量,ρij为单元i污染物j的产污系数,ηi为产污单元i的流失率,EI 为化肥面源污染强度,A为区域耕地面积。

2.2.2 核心解释变量

根据前文理论分析,耕地经营规模、地块规模、耕地细碎化程度3 个变量为本文的核心解释变量。

1)耕地经营规模,用水稻总播种面积表征。

2)耕地细碎化程度,用耕地细碎化综合指数表征。根据相关文献[25-26]及数据的可获得性,选取地块数、块均面积和地块分散程度3 个指标作为耕地细碎化程度的衡量指标,并采用综合指数法进行测算,具体计算公式为:

式中:LFIi为第i个农户的耕地细碎化程度;wj为第j个指标的权重值,参考文高辉等[26]的研究,3 个指标的权重值均为1/3;rij为第i个农户第j个耕地细碎化衡量指标的极值标准化值。其中地块数和地块分散程度为正向指标,块均面积为负向指标。

3)地块规模,用地块平均面积(即水稻总播种面积/地块数)表征。

2.2.3 控制变量

控制变量包括农户的个体特征、家庭特征和所处外部环境。1)农户个体特征,因户主多为农业生产中的家庭决策者,故选择户主的个体特征作为控制变量,包括户主性别、年龄、受教育程度、是否当过村干部[6];2)家庭特征,包括纯农业劳动力数量、家庭总收入水平和农业技术培训状况[7];3)外部环境,选取政府补贴[17]。变量定义及描述如表1 所示。

表1 耕地规模、细碎化对化肥面源污染的影响相关变量定义与描述Table 1 Definition and description of relevant variables of the impact of cultivated land scale and fragmentation on chemical fertilizer non-point source pollution

2.3 模型构建

本文重点关注耕地经营规模、耕地细碎化程度和地块规模对化肥面源污染的影响,以及不同耕地细碎化程度和地块规模水平下,耕地经营规模对化肥面源污染的影响,和不同地块规模水平下,耕地细碎化程度对化肥面源污染的影响。因此,本文分别构建未包含和包含耕地经营规模、耕地细碎化程度、地块规模三者交互项的模型进行实证检验。由于化肥面源污染强度为非负值,属于截断数据,故采用限制被解释变量回归模型,即Tobit 模型。未包含交互项的模型表达式如下:

式中:EIi表示第i个农户化肥投入产生的化肥面源污染强度,同时,因化肥面源污染强度的方差可能会随着核心解释变量的增加而增大,为降低异方差程度,所以对化肥面源污染强度对数化处理;Scalei表示第i个农户的耕地经营规模;PScalei表示第i个农户的地块规模;LFIi表示第i个农户的耕地细碎化程度;Xi代表控制变量;α0为截距项;α1、α2、α3和α4为待估计参数;βi为 随机扰动项。

包含交互项的模型表达式如下:

式中:Scalei×LFIi表示耕地经营规模与耕地细碎化程度的交互项;Scalei×PScalei表示耕地经营规模与地块规模的交互项;LFIi×PScalei表示耕地细碎化程度与地块规模的交互项。其余变量与参数的定义与公式(4)中一致。为克服交互项可能引起的多重共线性问题,对交互项进行了中心化处理。

3 结果与分析

3.1 模型估计结果

表2 为未包含交互项变量的模型回归结果。模型M1、模型M2 和模型M3 分别为控制了耕地细碎化程度、耕地经营规模和地块规模的结果。模型M1 的回归结果显示,耕地细碎化程度在5%的水平显著为正,说明耕地细碎化程度与化肥面源污染强度呈正相关,耕地细碎化程度越深,不仅妨碍了农业机械等农业生产要素的使用,而且农户可能需要投入更多的劳动力和时间用于农业生产,增加了单位面积农业经营成本,为节约成本、减少人力投入,农户更倾向于少次多量的粗放式的化肥施用方式,增加了化肥施用强度,进而增加了化肥面源污染强度,研究假说H1 得到验证。模型M2 的回归结果显示,耕地经营规模的一次项系数为负,二次项系数为正,且均在1%水平显著,说明耕地经营规模与化肥面源污染强度呈“U”型关系,化肥面源污染强度随耕地经营规模的扩大呈先下降后上升的趋势,其拐点约为4.311 hm2,研究假说H2 得到验证。模型M3 的回归结果显示,地块规模的系数在1%水平显著为负,说明地块规模的扩大,有利于发挥地块规模经济的实现,降低单位面积经营成本,促进农业机械的使用和田间基础设施的建设,提高化肥利用率,降低化肥投入强度,进而促进化肥面源污染物排放量的减少,研究假说H3 得到验证。

表2 耕地规模、细碎化对化肥面源污染影响的模型估计结果(未引入交互项)Table 2 Model estimation results of the impact of cultivated land scale and fragmentation on chemical fertilizer non-point source pollution (no interaction terms were introduced)

表3 为包含交互项模型的回归结果。回归结果显示,耕地经营规模与耕地细碎化程度的交互项显著,且系数为正,说明耕地细碎化程度越高,耕地经营规模较大的农户反而会增加化肥投入量,产生更多的化肥面源污染,即耕地细碎化程度的加深,反而降低了耕地经营规模扩大产生的正向影响;进一步分析耕地经营规模与耕地细碎化程度的交互项的回归结果,同样也说明耕地经营规模的扩大有利于减缓耕地细碎化程度加深带来的负向影响,研究假说H4 得到验证。耕地经营规模与地块规模的交互项显著,且系数为负,说明地块规模在耕地经营规模与化肥面源污染之间有显著的调节作用,地块规模的扩大更能加强耕地经营规模扩大对减少化肥面源污染的正向影响,进一步分析,耕地经营规模扩大也可以加强地块规模对减少化肥面源污染的正向影响,研究假说H5 得到验证。地块规模与耕地细碎化程度的交互项同样显著,且系数为负,说明地块规模的扩大可以削弱耕地细碎化带来的负面影响,减少化肥面源污染,反而言之,耕地细碎化程度的加深也会削弱地块规模扩大产生的正向影响,研究假说H6 得到验证。

表3 耕地规模、细碎化对化肥面源污染影响的模型估计结果(引入交互项)Table 3 Model estimation results of the impact of cultivated land scale and fragmentation on chemical fertilizer non-point source pollution (introducing interaction terms)

控制变量对化肥面源污染的影响。由表2 可知,户主的受教育程度在1%或5%水平显著为负,说明农户的受教育程度越高,其思想觉悟、视野和认知、资源配置能力及对政策的响应会更高,更能合理有效地施用化肥,从而有利于减少化肥面源污染;户主村干部身份同样显著为负,说明相比于普通农户,当过村干部的农户可能思想更先进、对国家政策的了解程度更深,以及责任感更强,更愿意为化肥的减量投入做出努力;政府农业补贴的系数显著为负,说明政府农业补贴有利于化肥面源污染的减少,相较于价格较低、用量较大、负成分含量多的单质肥,复合肥或配方肥所含养分和有效成分更多,肥料利用率和粮食增产率更高,但价格也更高,农业补贴更有利于增加农户对复合肥的使用[43],从而降低化肥施用强度,降低化肥面源污染强度。

3.2 稳健性检验

为验证实证结论的可靠性,借鉴史常亮等[6]的做法,通过更换核心变量来检验模型的稳健性。关于耕地细碎化程度的衡量除采用耕地细碎化综合指数外,也有学者采用单指标来表征[21-22],因此,采用地块数作为耕地细碎化程度的衡量指标进行模型的稳健性检验,回归结果如表4、表5 所示,以地块数衡量的耕地细碎化程度与化肥面源污染强度在5%水平显著正相关,即地块数越多,耕地细碎化程度越高,化肥面源污染强度越大,并且交互项结果也与前文研究结果一致。此外,部分农户的地块数仅为1 块,导致地块规模与耕地经营规模数值相等,此时,农户的耕地完整性最高,耕地细碎化程度最低。为此,还可以通过剔除农户地块规模与耕地经营规模相等,即地块数为1 的样本数据,用剩余样本进行稳健性检验,回归结果如表6、表7 所示,剔除地块数为1 块的35 户农户后,模型回归结果仍支持上述结论。

表4 耕地规模、细碎化对化肥面源污染影响的模型估计结果(未引入交互项,耕地细碎化程度用地块数衡量)Table 4 Model estimation results of the impact of cultivated land scale and fragmentation on chemical fertilizer non-point source pollution (no interaction terms were introduced,degree of cultivated land fragmentation is represented by plots number)

表5 耕地规模、细碎化对化肥面源污染影响的模型估计结果(引入交互项,耕地细碎化程度用地块数衡量)Table 5 Model estimation results of the impact of cultivated land scale and fragmentation on chemical fertilizer non-point source pollution (introduced interaction terms,degree of cultivated land fragmentation is represented by plots number)

表6 耕地规模、细碎化对化肥面源污染影响的模型估计结果(未引入交互项,剔除地块数为1 的样本)Table 6 Model estimation results of the impact of cultivated land scale and fragmentation on chemical fertilizer non-point source pollution (no interaction terms were introduced,samples with only one plot are excluded)

表7 耕地规模、细碎化对化肥面源污染影响的模型估计结果(引入交互项,剔除样本量)Table 7 Model estimation results of the impact of cultivated land scale and fragmentation on chemical fertilizer non-point source pollution (introduced interaction terms,sample size excluded)

4 讨论与结论

4.1 讨论

不合理不科学的化肥投入所导致的化肥面源污染是农业面源污染的重要来源之一,化肥面源污染防治对于改善农村生态环境、保障粮食安全、促进农业可持续发展具有重要意义。而了解化肥面源污染的影响因素可以为面源污染防治提供更有针对性的建议。耕地作为农业生产最基础、最稀缺的生产要素,耕地规模的大小会直接制约农户的耕地投入行为,因此,适度的耕地规模是促进农户合理科学投入化肥,减少化肥面源污染的重要路径。本文基于农户微观层面,探讨耕地经营规模、地块规模、耕地细碎化三者的关系及其对化肥面源污染的影响,并借助农户问卷调查数据测算农户农业生产中化肥投入产生化肥面源污染的强度进行实证分析,从而为化肥面源污染防治提供有效的理论依据。

研究结果表明:1)耕地细碎化与化肥面源污染呈显著的正相关关系,同时,耕地细碎化程度的加深还会削弱耕地经营规模扩大和地块规模扩大对化肥面源污染的削减作用,这一结论可以从史常亮等[6]、王亚辉等[30]梁志会等[17]学者的研究结果中得到证实,即耕地细碎化在减少化肥面源污染及发挥规模经济等方面会产生显著的负面影响。2)耕地经营规模与化肥面源污染强度呈“U”型关系,这一结论与陈雪婷等[13]、纪龙等[8]、曹慧等[7]的研究结果一致,证实了在适度规模范围内,耕地经营规模的扩大对减少化肥面源污染具有有效的促进作用;同时,研究还表明耕地经营规模的扩大也有利于削弱耕地细碎化产生的负向影响,加强地块规模扩大对减少化肥面源污染的正向影响,这一结论可以从张露等[18]、梁志会等[17]学者的研究中得到证实。3)地块规模的扩大对化肥面源污染有显著的削减效应,这一结论可以从张露等[18]、杨宗耀等[19]的研究中得到证实;同时,地块规模的扩大可以有效调节耕地细碎化产生的负向影响及加强耕地经营规模扩大产生的正向影响,该结论也可以从张露等[18]、杨宗耀等[19]、梁志会等[17]学者的研究中得到证实,即地块规模的扩大可以更有效地发挥耕地的规模经济,对耕地细碎化和耕地经营规模产生的影响产生有效的调节效应。

对比已有的研究,本文从两个方面进行了深化和发展。一方面,本文不再只关注化肥投入量或投入强度,而是进一步关注化肥投入所导致的面源污染问题;另一方面,学术界关于耕地规模对化肥投入或化肥利用效率的影响进行了大量的研究,并且多从耕地经营规模的角度[7-8,13]进行探讨,也有少量学者从地块规模的角度[17-18]进一步分析,但专门针对耕地细碎化和耕地规模对化肥投入的影响较少,本文深入分析耕地资源禀赋特征,细化耕地规模为耕地经营规模和地块规模,更加具体地论述耕地细碎化、耕地经营规模、地块规模对化肥面源污染的影响机理,并且进一步分析了三者之间的相互作用对化肥面源污染的影响。但本文也存在一定的局限性,首先,由于数据的限制,本文仅采用地块平均面积来表征地块规模,而不是每一块地块的实际面积,不能进一步探究地块规模与化肥面源污染强度是否始终呈负相关关系,是否会如耕地经营规模一样,存在门槛值,比如曹慧和赵凯[7]用地块实际经营面积来表征地块规模,发现地块规模与农户亲环境行为间呈倒“U”型关系。因此,未来的研究中地块规模对化肥面源污染的影响可以进一步探讨。其次,南方多丘陵山区,由于耕地立地条件直接导致部分地区无法形成大面积耕地,即地块规模受限,而本文的研究区域为洞庭湖平原,地势更加平坦,故本文的研究结论是否适用于南方丘陵山区需要进一步验证。还有研究证明,连片化种植有利于农户参与纵向分工,获得服务规模扩大带来的规模经济,提高机械化和自动化的作业精度,实现化肥的减量投入,即连片规模的扩大也有利于降低耕地细碎化产生的负面影响[18],因此,连片规模及连片规模与耕地细碎化、耕地规模的相互作用对化肥面源污染的影响也值得进一步探讨。再次,洞庭湖平原是重要的粮食生产区,该区域农田灌排系统较发达,而化肥面源污染是由于化肥不合理施用,使得过量氮磷通过淋溶或径流等方式进入周围环境,造成水污染、土壤污染等环境问题和粮食质量安全问题等。因此,农田灌排系统对于氮磷的迁移即化肥面源污染的产生和扩散有重要的影响,而耕地细碎化会影响农田灌排系统的规模性和完善程度,所以,基于耕地细碎化角度,分析农田灌排系统对化肥面源污染的影响也值得进一步探讨。

4.2 结论

本文将耕地规模分为耕地经营规模与地块规模,首先从理论上分析耕地经营规模、地块规模、耕地细碎化三者对化肥面源污染的影响,并借助洞庭湖平原595 户农户问卷调查数据进行实证检验,得到以下结论:

1)耕地细碎化与化肥面源污染呈显著的正相关关系。耕地细碎化程度越高,化肥面源污染强度越大,且耕地细碎化程度的加深还会削弱耕地经营规模扩大和地块规模扩大对化肥面源污染削减作用。

2)耕地经营规模与化肥面源污染强度呈“U”型关系。化肥面源污染强度随耕地经营规模的扩大呈先减少后增加的趋势,其拐点约为4.311 hm2。且耕地经营规模的扩大也有利于削弱耕地细碎化产生的负向影响,加强地块规模扩大对减少化肥面源污染的正向影响。

3)地块规模对化肥面源污染有显著的削减效应。地块规模的扩大有利于化肥面源污染的减少,同时,地块规模的扩大可以有效调节耕地细碎化产生的负向影响及加强耕地经营规模扩大产生的正向影响。

4)户主的受教育程度、是否当过村干部以及农业补贴也是影响化肥面源污染的重要因素。农户受教育程度高、当过村干部以及较高的农业补贴更有利于减少化肥投入量,进而减少化肥面源污染。

上述结论对减轻化肥面源污染具有重要的政策含义。首先是适度范围内扩大耕地经营规模对降低农户化肥施用强度、减少化肥面源污染具有重要意义。但仅扩大耕地经营规模是不充分的,更重要的是在给予政策引导或适当的财政支持下,鼓励农户扩大耕地经营规模的同时,通过土地平整、消除田埂等工程措施及权属调整、完善耕地流转市场等措施,降低耕地细碎化程度,扩大地块规模。此外,还要加强化肥面源污染和农业可持续发展的宣传,提高农户保护耕地、粮食安全的认知,发挥村干部、农业能人的带头示范作用,正确看待化肥作用、合理施用化肥;发挥政府农业补贴的积极作用,降低复合肥、配方肥价格,并研制新型化肥和优质种子,在保证粮食产量提升的同时,降低化肥施用强度。