農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與水資源承載力評價*

虞　祎張　暉胡　浩

(1. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院 南京 210095; 2. 南京林業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院 南京 210037)

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與水資源承載力評價*

虞祎1張暉2**胡浩1

(1. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院 南京 210095; 2. 南京林業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院 南京 210037)

本文通過對水資源承載力的判斷, 特別考慮到農(nóng)業(yè)污染對水資源可持續(xù)利用的影響, 綜合分析了我國不同區(qū)域種植業(yè)及畜牧業(yè)生產(chǎn)對水資源的壓力, 為合理估計農(nóng)業(yè)增長潛力及選擇農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整路徑提供重要參考。通過構(gòu)建過剩氮和灰水指標(biāo), 量化了農(nóng)業(yè)污染對水資源的影響。構(gòu)建水盈余指標(biāo), 反映在考慮環(huán)境協(xié)調(diào)的情況下水資源繼續(xù)支撐農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的潛力。以2003—2012年全國各省為樣本, 構(gòu)造面板數(shù)據(jù)模型, 分析播種面積和牲畜飼養(yǎng)量變化對水盈余的影響, 進(jìn)而推斷水資源可承載的最大播種面積和最大載畜量。分析結(jié)果顯示, 當(dāng)前我國農(nóng)業(yè)污染造成的灰水發(fā)生量巨大, 農(nóng)業(yè)水足跡大大超過統(tǒng)計的農(nóng)業(yè)用水量。在主產(chǎn)省, 農(nóng)作物播種面積每增長1％, 水盈余量將下降148.55億m3, 牲畜飼養(yǎng)量每增長1％, 水盈余量下降78.42億m3。以2012年水資源條件與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)狀況為測算基礎(chǔ), 全國水資源可承載的最大播種面積為 1.69億 hm2或最大載畜量35.70億頭生豬。河北、山西、江蘇、河南、山東和寧夏6省的生產(chǎn)規(guī)模已經(jīng)超過水資源承載力的上限, 長江流域中上游地區(qū)及華南地區(qū)可以承載更多的種植業(yè)和畜牧業(yè)生產(chǎn)。各地區(qū)應(yīng)根據(jù)比較優(yōu)勢, 合理選擇種植業(yè)和畜牧業(yè)的配比。

水資源承載力 最大種植面積 最大載畜量 過剩氮 灰水 水盈余

“十一五”及“十二五”國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展規(guī)劃綱要都將提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力, 推進(jìn)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整作為發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵性指標(biāo), 中國農(nóng)村經(jīng)濟(jì)及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)狀況一直保持著良好的發(fā)展態(tài)勢。但是,農(nóng)業(yè)發(fā)展對資源環(huán)境的壓力也持續(xù)加劇, 集中表現(xiàn)在自然生態(tài)資源的退化以及農(nóng)業(yè)環(huán)境的污染兩方面[1]。因此, 對資源承載力的判斷將為合理估計農(nóng)業(yè)增長潛力及選擇農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整路徑提供重要參考。

資源承載力的研究經(jīng)過幾十年的發(fā)展, 已經(jīng)涵蓋了很多資源領(lǐng)域, 其中, 水資源承載力是繼土地承載力后在資源承載力方面研究最多的內(nèi)容。基于對水資源承載力定義的不同理解, 前人對水資源承載力的量化研究主要有兩方面, 其一是對水資源承載狀況的判斷, 通過模糊評價法、灰關(guān)聯(lián)度評價法和主成分分析法等方法構(gòu)建水資源承載力的評價指標(biāo)體系, 綜合評價水資源、社會、經(jīng)濟(jì)及生態(tài)系統(tǒng)對水資源承載力的影響[2-7]。另一是對水資源承載規(guī)模的判斷, 通過常規(guī)趨勢法、多目標(biāo)決策分析法及系統(tǒng)動力學(xué)方法計算在一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平和社會生產(chǎn)條件下最大可承載的農(nóng)業(yè)、工業(yè)、城市規(guī)模和人口水平[8-11]。在這類文獻(xiàn)中, 一般以可承載的農(nóng)業(yè)GDP水平來表征水資源承載力, 部分研究還考慮糧食產(chǎn)出水平作為量化指標(biāo)。但是, 水資源承載力的研究都較少考慮環(huán)境污染對水資源承載力以及整個社會系統(tǒng)的影響[12], 生態(tài)用水必須納入水資源承載力的研究范疇[13]。事實上, 水資源本身即具有稀釋污染物的能力, 在水足跡理論中這部分水量需求被稱為“灰水”[14], 通過對“灰水”的審慎估計, 對于修正水資源承載力量化指標(biāo), 體現(xiàn)水資源可持續(xù)發(fā)展內(nèi)涵都具有重要價值。如果關(guān)注水資源對農(nóng)業(yè)的最大承載規(guī)模, 使用農(nóng)業(yè)GDP或是糧食產(chǎn)量指標(biāo)將很難分離農(nóng)產(chǎn)品價格及產(chǎn)量波動可能造成的預(yù)測偏誤。另外, 廣義的農(nóng)業(yè)包括畜牧業(yè), 在畜牧業(yè)快速發(fā)展的背景下, 缺少了對畜牧業(yè)承載規(guī)模的判斷, 也會過于樂觀地判斷水資源對第一產(chǎn)業(yè)的承載能力。

基于上述分析, 本文以最大播種面積及最大載畜量來反映水資源承載力, 在量化水資源對農(nóng)業(yè)的承載規(guī)模時特別考慮到農(nóng)業(yè)污染對水資源可持續(xù)利用的影響, 綜合分析種植業(yè)及畜牧業(yè)生產(chǎn)對水資源的壓力, 在水資源約束下刻畫農(nóng)業(yè)發(fā)展的邊界及增長潛力, 從而為揭示農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)和威脅、加強(qiáng)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力建設(shè)提供依據(jù)。

1 研究方法

1.1 我國農(nóng)業(yè)用水現(xiàn)狀分析

水是支撐各行業(yè)發(fā)展的重要資源。農(nóng)業(yè)一直是用水大戶, 占用水總量的六成以上。2013年, 農(nóng)業(yè)用水量達(dá) 3 921.50億 m3, 較“十一五”之初增長7.01％。龐大的用水規(guī)模支撐了16 462.7萬hm2的農(nóng)作物種植, 存欄生豬、牛、羊分別達(dá)47 411.26萬頭、10 385.14萬頭和29 036.26萬頭, 實現(xiàn)糧食綜合生產(chǎn)能力6.02億t, 肉類總產(chǎn)量達(dá)8 536萬t[15]。但是, 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也造成了嚴(yán)重的環(huán)境問題?！?014年中國環(huán)境狀況公報》顯示, 2014年, 全國廢水中COD排放總量為 2294.6萬 t, 其中, 農(nóng)業(yè)源排放占 48.04％; NH3-N排放總量為238.5萬t, 其中, 農(nóng)業(yè)源排放占31.66％[16]。農(nóng)業(yè)面源污染物已經(jīng)成為水體污染的主要來源之一[17]。因此, 對農(nóng)業(yè)用水量的評估應(yīng)該充分考慮稀釋農(nóng)業(yè)污染對水資源的耗費, 對農(nóng)業(yè)用水現(xiàn)狀的分析應(yīng)該基于對農(nóng)業(yè)水足跡總量的計算。依據(jù)水足跡理論, 產(chǎn)業(yè)整個生命周期的水足跡包括生產(chǎn)過程中的用水量和稀釋污染所需耗費的灰水量[14]。出于數(shù)據(jù)可獲得性的考慮, 本文中將農(nóng)業(yè)水足跡總量(WFag)簡化為農(nóng)業(yè)實際用水量(WFuse)與農(nóng)業(yè)灰水量(WFgrey)之和。

本文以將過剩的氮素稀釋至環(huán)境可接受的水平所需的水量來表征農(nóng)業(yè)灰水量[18]。農(nóng)業(yè)灰水發(fā)生量的計算公式為:

式中: S為水體含氮量標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)歐盟推薦的水體含氮量50 mg·L-1來估計。

所謂過剩的氮素是根據(jù)曲勞的養(yǎng)分平衡原理,以種植業(yè)施用的化肥、牲畜排放的糞便中的氮素、土壤自身的供氮能力與種植業(yè)實際需要的氮素之差來表示。選擇過剩氮來表征農(nóng)業(yè)污染主要基于以下幾方面的考慮: 首先, 氮素較難處理, 同時是水體富營養(yǎng)問題的元兇之一, 具有較好的代表性。第二,氮肥及以氮素為主要成分的復(fù)合肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中被廣泛使用, 占化肥施用量的一半以上, 體現(xiàn)了人類活動對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的干預(yù)。第三, 僅將過剩的氮素作為農(nóng)業(yè)污染的表征, 可將在種植業(yè)和畜牧業(yè)中有效循環(huán)的氮素視為資源, 體現(xiàn)了循環(huán)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的思想。第四, 通過氮素的循環(huán)利用, 有效地串聯(lián)了種植業(yè)與畜牧業(yè), 從而通過較為簡單直觀的指標(biāo)來反映農(nóng)業(yè)作為一個整體與環(huán)境的互動關(guān)系。張暉等[19]曾用該指標(biāo)反映江蘇省農(nóng)業(yè)面源污染的狀況, 本文沿用其計算公式。

過剩氮的計算公式為:

式中: Nanimal、NCF、Nland和Ncrop分別為牲畜糞肥含氮量、化肥含氮量、土壤蓄積氮量和作物氮素需求量,其計算公式如下:

式中: αi、βj、γk、δk分別為i種牲畜的糞肥含氮系數(shù)[20]、j種化肥的含氮系數(shù)、k種作物土壤的氮蓄積系數(shù)及k種作物的耗氮系數(shù)[21], Xi、 Yj、 Zk、Wk分別為i種牲畜的飼養(yǎng)量、j種化肥的使用量、k種作物的播種面積及 k種作物的產(chǎn)量。出于數(shù)據(jù)可獲得性的考慮, 本文計算的牲畜品種包括豬、牛、羊和家禽, 其中, 家禽糞便系數(shù)為雞、鴨糞便系數(shù)的平均值, 化肥以總化肥使用量及平均含氮系數(shù) 0.65之積來表示, 作物品種包括稻谷、豆類等糧食作物、棉花、油料、麻類、糖類、煙葉及其他。

1.2 水資源承載力模型

在現(xiàn)存的生產(chǎn)方式下, 農(nóng)業(yè)發(fā)展勢必消耗更多的水資源?；谇拔牡姆治? 農(nóng)業(yè)水足跡的計算已經(jīng)為稀釋農(nóng)業(yè)污染物預(yù)留了充分的資源空間, 因此,扣除其他各行業(yè)用水量后的水資源總量與農(nóng)業(yè)水足跡的差值反映了在考慮環(huán)境協(xié)調(diào)的情況下水資源繼續(xù)支撐農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的潛力。本文將此差值定義為水盈余?？疾焖嗯c農(nóng)作物播種面積及牲畜飼養(yǎng)量的消長關(guān)系, 即可推斷水資源總量能夠支撐的最大生產(chǎn)規(guī)模, 即水資源承載力。水盈余的計算公式為:

式中: WSit為i地區(qū)t年的水盈余量;和分別為i地區(qū)t年的水資源總量、其他各業(yè)用水量和農(nóng)業(yè)水足跡量。

在構(gòu)建模型時, 本文以水盈余為被解釋變量,以水資源總量、農(nóng)作物播種面積、牲畜飼養(yǎng)量為解釋變量。其中, 農(nóng)作物播種面積、牲畜飼養(yǎng)量取對數(shù)形式。由于各畜種在生產(chǎn)過程中的水量耗費差異較大, 產(chǎn)生的氮素需要耗費的灰水量也存在差異,因此本文以豬當(dāng)量計算牲畜飼養(yǎng)量, 其他牲畜飼養(yǎng)量根據(jù)生產(chǎn)過程及污染物稀釋過程的水量耗費按單位生豬水量耗費進(jìn)行折算。根據(jù)文獻(xiàn)[20,22], 每頭生豬生產(chǎn)過程及污染物稀釋需要耗水100.91 m3, 而肉牛、奶牛、羊和家禽的耗水量分別為1 246.09 m3、144.45 m3和4.99 m3。以肉牛換算為例, 1頭肉牛相當(dāng)于12.35(=1 246.09/100.91)頭生豬。模型隱含的假定是現(xiàn)有農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)、灌溉條件、牲畜飼養(yǎng)方式以及農(nóng)業(yè)面源污染處理方式保持穩(wěn)定。面板數(shù)據(jù)的估計模型如下:

式中: SAit、Lit分別為i地區(qū)t年的農(nóng)作物播種總面積、牲畜飼養(yǎng)量, uit為隨機(jī)擾動項, b0、b1、b2、b3為待估參數(shù)。在保持其他生產(chǎn)不變的情況下, 農(nóng)作物播種總面積每增加1％, 水盈余量將下降b2億m3, 同理,牲畜飼養(yǎng)頭數(shù)每增長1％, 水盈余量將下降b3億m3。

本研究以 2012年水盈余和農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)情況為計算基礎(chǔ), 推斷全國及各主產(chǎn)省最大播種面積及最大載畜量。水盈余量可以支撐更多的農(nóng)業(yè)生產(chǎn), 直至下降為零, 此時的播種面積和載畜量反映了水資源可承載的最大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模, 以此來反映水資源承載力。計算公式如下:

在本研究的模型中沒有加入非農(nóng)業(yè)用水量。主要原因是非農(nóng)業(yè)用水量的波動不是本研究的重點,其變化改變的是模型的截距, 即常數(shù)項, 不會影響關(guān)鍵變量農(nóng)作物播種面積和牲畜飼養(yǎng)量的計量結(jié)果。本研究也未將化肥施用量加入模型, 主要原因是化肥施用量與農(nóng)作物播種面積有很強(qiáng)的內(nèi)生性,又沒有合理的工具變量進(jìn)行處理, 加入模型勢必會影響模型整體的穩(wěn)健性。當(dāng)然, 化肥使用會增加氮素的過量水平, 即增加灰水量, 降低水盈余, 所以,本研究為了突出關(guān)鍵變量, 只能假定化肥的施用方式和量不變。

1.3 數(shù)據(jù)來源

本研究的樣本區(qū)間是 2003—2012年全國各省(市、自治區(qū)), 不含香港、臺灣, 其中, 除北京、天津、上海、貴州、青海、西藏和海南外, 其余24省(自治區(qū))為主產(chǎn)省。水資源總量、農(nóng)業(yè)實際用水量、其他各業(yè)用水量、播種面積及產(chǎn)量、牲畜飼養(yǎng)量、化肥使用量數(shù)據(jù)來源于中國統(tǒng)計年鑒歷年。含氮系數(shù)、畜種耗水折算系數(shù)等來源于文獻(xiàn)[20-22]。本研究以2012年實際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模為基礎(chǔ), 依據(jù)面板數(shù)據(jù)估計的農(nóng)作物播種面積與牲畜飼養(yǎng)量變化對水盈余的影響, 推斷在2012年水資源總量下, 可承載的最大播種面積和載畜量。

2 結(jié)果與分析

2.1 我國農(nóng)業(yè)用水現(xiàn)狀

如表1所示, 2003—2012年我國農(nóng)業(yè)用水量呈增長態(tài)勢, 其支撐著日益增長的種植業(yè)及畜牧業(yè)生產(chǎn)規(guī)模。過剩氮量并沒有因為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大而持續(xù)增長, 在經(jīng)歷了 2010年的高峰后, 過剩氮量有所下降。這說明種植業(yè)的整體發(fā)展速度要快于畜牧業(yè), 從氮素循環(huán)的角度看, 種植業(yè)將更多的氮素轉(zhuǎn)換成了產(chǎn)品。但是, 由于農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)造成的過剩氮素體量仍然巨大, 稀釋氮素的灰水發(fā)生量超過農(nóng)業(yè)用水量一倍有余, 造成農(nóng)業(yè)水足跡量大大超過目前統(tǒng)計的農(nóng)業(yè)用水量。以2012年為例, 農(nóng)業(yè)用水量為3 903.00億m3, 而農(nóng)業(yè)水足跡達(dá)9 706.66億m3,是農(nóng)業(yè)用水量的2.49倍。

表1　2003—2012年全國農(nóng)業(yè)用水及農(nóng)業(yè)水足跡總量Table 1 Annual agricultural water use amount and agricultural water footprint of China from 2003 to 2012

2.2 我國水資源承載力

表2為2003—2012年我國水盈余面板模型所采用樣本的描述統(tǒng)計結(jié)果。對比全國和主產(chǎn)省的情況看,主產(chǎn)省在總播種面積和牲畜飼養(yǎng)量上明顯高于全國平均水平, 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在主產(chǎn)省集中的情況突出。全國各省水資源總量均值略高于主產(chǎn)省, 但是標(biāo)準(zhǔn)差明顯高于主產(chǎn)省, 說明各省的水資源分配極不平均, 水資源總量最大的為2003年的西藏, 達(dá)4 757.1億m3, 最小的為2009年的寧夏, 僅8.4億m3。表征農(nóng)業(yè)增長潛力的水盈余指標(biāo)為正, 表示該區(qū)域還可容納更多的農(nóng)業(yè)生產(chǎn), 為負(fù)表示該區(qū)域各業(yè)生產(chǎn)消費已經(jīng)給地區(qū)環(huán)境帶來巨大壓力, 不僅不能再承載農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大,而且對該地區(qū)耗水量大的產(chǎn)業(yè)都應(yīng)該進(jìn)行必要的調(diào)整。主產(chǎn)省各省水盈余各年均值為388.30億m3, 小于全國各省各年均值483.86億m3, 說明從水資源利用的角度看, 農(nóng)業(yè)在主產(chǎn)省的增長潛力小于全國平均水平。水盈余最低值為-659.65億m3, 于江蘇在2004年達(dá)到, 說明當(dāng)年江蘇的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與水資源非常不協(xié)調(diào)。

表2　2003—2012年全國及主產(chǎn)省各地區(qū)總播種面積、牲畜飼養(yǎng)量、水資源總量、水盈余的統(tǒng)計分析Table 2 Descriptive statistics of total sown area, livestock, water resources and water surplus in nationwide and main producing provinces of China from 2003 to 2012

對面板數(shù)據(jù)模型進(jìn)行估計的方法主要有 3種:固定效應(yīng)、隨機(jī)效應(yīng)和混合最小二乘估計。表 3報告了瓦爾德檢驗、B-P檢驗和拉格朗日乘數(shù)檢驗的統(tǒng)計量和P值。瓦爾德檢驗用于判定固定效應(yīng)估計模型與混合最小二乘估計模型的優(yōu)劣, B-P檢驗和拉格朗日乘數(shù)檢驗用于判定隨機(jī)效應(yīng)估計模型與混合最小二乘估計模型的優(yōu)劣。經(jīng)過 3種檢驗可知, 在全國和主產(chǎn)省樣本的模型估計中, 都不能拒絕存在隨機(jī)效應(yīng), 并且隨機(jī)效應(yīng)估計模型和固定效應(yīng)估計模型均優(yōu)于混合最小二乘法估計, 因此本文以隨機(jī)效應(yīng)模型進(jìn)行擬合。拉格朗日乘數(shù)檢驗同時說明模型存在序列相關(guān), 因此使用 Driscoll and Kraay的處理方法[23], 最終模型估計結(jié)果如表3所示。

表3　2003—2012年全國及主產(chǎn)省水盈余影響因素分析Table 3 Empirical analysis of factors influencing water surplus in nationwide and main producing provinces from 2003 to 2012

在兩個模型中, 關(guān)鍵變量農(nóng)作物播種面積和牲畜飼養(yǎng)量對水盈余的影響在統(tǒng)計上均極顯著, 且表現(xiàn)出農(nóng)作物播種面積增長對水盈余的影響大于牲畜飼養(yǎng)量的影響的規(guī)律。這是因為除了農(nóng)作物生長的水量耗費外, 過量施用的化肥會增加灰水量, 從而對水盈余產(chǎn)生疊加的負(fù)向影響。在主產(chǎn)省, 農(nóng)作物播種面積每增長1％, 水盈余量將下降148.55億m3,牲畜飼養(yǎng)量每增長 1％, 水盈余量下降 78.42億 m3,較全國樣本的系數(shù)絕對值大, 這是因為主產(chǎn)省的農(nóng)業(yè)規(guī)模較非主產(chǎn)省大, 增長的空間及單位增長對水資源的壓力較非主產(chǎn)省要大。

表4列示了全國及各省區(qū)2012年實際總播種面積和牲畜飼養(yǎng)量, 以及根據(jù)水盈余推算的最大承載力。從全國情況看, 維持現(xiàn)有的牲畜飼養(yǎng)量, 水資源最大可承載16 888.70萬hm2農(nóng)作物播種面積, 較實際尚可增加 3.35％; 或者維持現(xiàn)有的播種面積, 水資源最大可承載 356 993.02萬頭生豬飼養(yǎng), 較實際尚可增加17.60％。同理, 在表4中列示的各省的承載力并不是農(nóng)作物播種面積和牲畜飼養(yǎng)量可以同時達(dá)到, 而是維持養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模不變的情況下, 水資源可以承載的種植業(yè)規(guī)模, 或是維持種植業(yè)規(guī)模不變的情況下, 可以承載的養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模。

表4　2012年全國水資源承載力分布Table 4 National distribution of water resources carrying capacity of China in 2012

鑒于耕地資源的限制, 農(nóng)作物播種面積的增加可能是由有限的復(fù)墾開發(fā)及復(fù)種指數(shù)提高來實現(xiàn),而牲畜飼養(yǎng)量的擴(kuò)大主要通過規(guī)?；a(chǎn)來實現(xiàn)。當(dāng)前, 糧食綜合生產(chǎn)能力及肉類生產(chǎn)能力已實現(xiàn)“十二五”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃的要求[24], 但是奶類實際產(chǎn)量只有3 875.40萬t, 比目標(biāo)值低22.49％。為了更好地滿足居民食物多樣性, 農(nóng)作物播種面積的增加將更多地滿足棉油蔬果的種植, 牲畜飼養(yǎng)量擴(kuò)大的重點是奶牛。但是, 要同時實現(xiàn)多樣化的農(nóng)產(chǎn)品需求, 現(xiàn)有的水資源承載力不容樂觀。目前的生產(chǎn)規(guī)模已經(jīng)超過水資源承載力的主產(chǎn)省區(qū)有河北、山西、江蘇、河南、山東和寧夏。華北、西北大部分地區(qū)承載更多農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的能力都十分有限。東北地區(qū)近年來已經(jīng)成為重要的糧食產(chǎn)區(qū)和牲畜飼養(yǎng)基地, 還可以繼續(xù)發(fā)展農(nóng)牧業(yè)。長江流域中上游地區(qū)及華南可以承載更多的農(nóng)業(yè)生產(chǎn), 農(nóng)牧業(yè)發(fā)展?jié)摿^大。

3 討論與結(jié)論

本研究力圖借助對水資源承載力的判斷, 為估計農(nóng)業(yè)增長潛力及選擇農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整路徑提供依據(jù)。在估算水資源承載力時, 通過引入灰水的度量,為農(nóng)業(yè)污染物稀釋預(yù)留了充分的空間, 一定程度上反映了環(huán)境污染對水資源承載力以及整個社會系統(tǒng)的影響。對最大播種面積和最大載畜量的判斷有利于前瞻性地判斷種植業(yè)及畜牧業(yè)發(fā)展的環(huán)境邊界,避免過度發(fā)展超越環(huán)境閾值。

基于水資源承載力與農(nóng)業(yè)發(fā)展的關(guān)系, 本文的主要結(jié)論有以下兩點: 1)以2012年實際生產(chǎn)及水資源數(shù)據(jù)為計算基礎(chǔ), 從全國情況看, 維持現(xiàn)有的牲畜飼養(yǎng)量, 水資源最大可承載1.69億hm2農(nóng)作物種植, 或者維持現(xiàn)有的播種面積, 水資源最大可承載35.70億頭生豬飼養(yǎng)。進(jìn)一步, 在其他要素資源可行的情況下, 減少一定的牲畜飼養(yǎng)量, 可以增加水資源對種植業(yè)的承載能力, 因此, 各地區(qū)也可以根據(jù)地區(qū)的比較優(yōu)勢, 自主選擇農(nóng)牧業(yè)的配比。2)河北、山西、江蘇、河南、山東和寧夏 6省的生產(chǎn)規(guī)模已經(jīng)超過水資源承載力的上限, 長江流域中上游地區(qū)及華南可以承載更多的農(nóng)業(yè)生產(chǎn), 農(nóng)牧業(yè)發(fā)展?jié)摿^大。

前人有關(guān)水資源承載力的研究較少考慮環(huán)境污染對水資源承載力的影響[12], 處理的方案是將水資源開發(fā)利用率控制在30％～40％, 為生態(tài)環(huán)境預(yù)留水資源空間[25]。而本研究將農(nóng)業(yè)污染量化為農(nóng)業(yè)灰水,更直觀地反映了生態(tài)用水的規(guī)模。從實際計算結(jié)果看, 灰水量也占到農(nóng)業(yè)水足跡的六成左右。所以, 殊途同歸, 與前人對水資源承載力的綜合判斷結(jié)論基本一致, 西南省區(qū)水資源承載潛力相對較大, 而華北平原等地區(qū)水資源超載嚴(yán)重[26]。前人文獻(xiàn)中并沒有專門針對水資源對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)承載規(guī)模的討論, 農(nóng)業(yè)GDP或糧食產(chǎn)出水平等指標(biāo)作為社會整體水資源承載力衡量指標(biāo)體系中的一部分, 因?qū)λY源承載力衡量的方式不同, 因此與本研究并不具有可比性。

水資源承載力不僅關(guān)系著農(nóng)業(yè)的發(fā)展, 也決定著各業(yè)發(fā)展與環(huán)境是否和諧及可持續(xù)?？梢灶A(yù)見,隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快以及人口的持續(xù)增長, 中國的工業(yè)用水和生活用水需求將會不斷增加,未來中國的農(nóng)業(yè)用水形勢頗為嚴(yán)峻[27]。如果考慮到農(nóng)業(yè)污染問題, 對水資源承載力的威脅將更大。因此, 農(nóng)業(yè)必須從自身產(chǎn)業(yè)發(fā)展的角度為提高水資源承載力作出努力, 諸如改變化肥施用方式, 使用有機(jī)肥, 降低環(huán)境污染, 提高污染處理效率等。綜上所述, 本文的政策啟示是: 1)引導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向水資源承載力較大的地區(qū)轉(zhuǎn)移。例如, 通過養(yǎng)殖場審批規(guī)劃,限制水資源短缺地區(qū)的養(yǎng)殖業(yè)過快發(fā)展。值得注意的是, 以浙江、廣東為代表的發(fā)達(dá)地區(qū)正在經(jīng)歷深度的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整, 農(nóng)業(yè)的發(fā)展速度顯著降低, 小農(nóng)退出農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的情況較為普遍, 雖然其在水資源承載力方面尚有富余, 但要充分發(fā)揮其農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的潛力, 必須從解決誰是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者的問題入手。2)在農(nóng)業(yè)受到環(huán)境約束面臨增長極限時, 為了滿足農(nóng)產(chǎn)品需求, 要考慮通過地區(qū)間的農(nóng)產(chǎn)品流通實現(xiàn)供需平衡。3)大力發(fā)展環(huán)境友好型的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù), 提高地區(qū)的水資源承載力。同時, 通過水利設(shè)施建設(shè)實現(xiàn)水資源地區(qū)間的調(diào)配, 緩解水資源匱乏地區(qū)的現(xiàn)實問題。

本研究是水資源承載力研究領(lǐng)域的新嘗試, 不僅可以量化水資源對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的承載規(guī)模, 也為量化水資源對其他產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的承載規(guī)模提供方法借鑒。在其他產(chǎn)業(yè)的相關(guān)研究中, 可以量化特定的污染物及污染物稀釋標(biāo)準(zhǔn), 從而獲得特定產(chǎn)業(yè)包含環(huán)境協(xié)調(diào)考慮的水足跡。本研究的局限在于假定其他產(chǎn)業(yè)用水量不變, 并且僅考慮了農(nóng)業(yè)污染物, 因此,對水盈余量的估計可能較實際情況樂觀, 所以估計得出的最大播種面積及最大載畜量偏高。后續(xù)的研究可以進(jìn)一步探索綜合考慮各業(yè)污染情況下, 地區(qū)水資源承載力所能支撐的各業(yè)生產(chǎn)規(guī)模。

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Agricultural production and evaluation in terms of water resources carrying capacity*

YU Yi1, ZHANG Hui2**, HU Hao1
(1. College of Economics and Management, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China; 2. College of Economics and Management, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China)

Based on the evaluation of water resources carrying capacity, especially taking into account the impact of agricultural pollution on sustainable use of water resources, a comprehensive analysis was conducted on the strains of water resources due to farming and animal production in different regions of China to provide reference for rational estimation of potential agricultural growth and correct approaches for structural adjustments in agriculture. Excess nitrogen and grey water were calculated as indicators to quantify the impact of agricultural pollution on water resources. Following nutrient balance theory, excess nitrogen was the difference between the sum of nitrogen provided by chemical fertilizer, livestock manure and soil, and total nitrogen needed by farming. Grey water was the amount of water required for diluting excessively high concentration of nitrogen in water to a more environmental-friendly level. Agricultural water footprint was the sum of agricultural water and grey water used. The huge quantity of excess nitrogen produced by farming and livestock consequently led to excessive amount of grey water, which more than doubled the amount of water used in agriculture. There was therefore the need to reserve enough environmental space for diluting pollution when estimating water resources carrying capacity based on water sustainability and healthy development. Water surplus were constructed to reflect the potential of water resources to support agricultural production with detailed environmental consideration. Water surplus was the difference between water resources and agricultural water footprint. Using 2003-2012 nationwide samples, a panel data model was constructed to analyze the impact of change in sown area and livestock head on water surplus. The results suggested that the nationwide water in China could carry a maximum of 168.89 million hm2or 3.57 billion pigs. The water resources carrying capacity model results also showed that the negative effect of increasing planted area was larger than that of increasing livestock amount. When the planted area increased by 1.00％, water surplus decreased by 14.86 billion m3. Then when livestock increased equally by 1.00％, water surplus decreased only by 7.84 billion m3. The reason was that besides the amount of water needed for growing crops, the large quantity of grey water used to dilute excessive chemical fertilizer superposed its effect on water surplus. Given limited arable land resources, increasing planted area was only possible by reclamation of marginal lands and cropping index farming. Expanding the amount of livestock mainly relied on increasing breeding scale. The production of grain and meat had already met the goal of modern agricultural development plan in the “12th5-year Programming”. Thus to better satisfy the needs of residents for food diversification, it was necessary to allocate more cotton, oilseeds, fruits and vegetables to plowed lands. The quantity of cow breeding also needed expansion. It was hard to build an optimistic view over the carrying capacity of the existing water resources. Production scales in Hebei, Shanxi, Jiangsu, Henan, Shandong and Ningxia provinces exceeded the upper limit of their water resources carrying capacity. Yangtze River Basin and South China had more room for expansion of agricultural production. It was critical that the choice of each province was reasonable and based on a realistic agricultural structure of comparative advantage. The implications for policy development were as follows: 1) guiding agricultural production transfer to areas with larger water resources carrying capacity; 2) when subjected to environmental constraints for agricultural growth, considering trade as an alternative to satisfying consumer demands; and 3) developing new environmental technologies in agricultural production and improving regional water resources carrying capacity. At the same time, there was need to realize inter-regional allocation of water resources through the construction of water conservancy facilities.

Water resources carrying capacity; Maximum planted area; Maximum livestock amount; Excess nitrogen; Grey water; Water surplus

Oct.13, 2015; accepted Dec. 24, 2015

TV213

A

1671-3990(2016)07-0978-09

10.13930/j.cnki.cjea.151102

* 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)中央高?；A(chǔ)科研業(yè)務(wù)費項目(SK2013004)和江蘇省高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程項目(PAPD)資助

** 通訊作者: 張暉, 主要研究方向為資源與環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)。E-mail: zhanghui@njfu.edu.cn

虞祎, 主要研究方向為資源與環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)。E-mail: yuyi@njau.edu.cn

2015-10-13 接受日期: 2015-12-24

* This study was supported by the Fundamental Research Funds for the Central University (SK2013004) and the Priority Academic Program Development of Jiangsu Higher Education Institutions (PAPD).

** Corresponding author, E-mail: zhanghui@njfu.edu.cn