江淮生態(tài)經(jīng)濟區(qū)農(nóng)田氮磷平衡與種養(yǎng)結(jié)合進程分析：以江蘇省淮安市為例

孟祥海， 沈貴銀

(1.江蘇農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)經(jīng)濟與發(fā)展研究所，江蘇南京 210014； 2.淮陰師范學院經(jīng)濟與管理學院，江蘇淮安 223001)

江淮生態(tài)經(jīng)濟區(qū)是江蘇省“1+3”重點功能區(qū)戰(zhàn)略的重要組成部分，重在打造區(qū)域生態(tài)競爭力，涉及到淮安、宿遷、揚州、泰州和鹽城5市，具體包括淮安、宿遷2個設(shè)區(qū)市全域以及里下河地區(qū)的高郵、寶應(yīng)、興化、建湖、阜寧等縣(市)，區(qū)域面積2.69萬km2，約占全省面積的25%，是全省水網(wǎng)最密集和農(nóng)業(yè)最發(fā)達的地區(qū)，2015年該區(qū)域糧食、肉類產(chǎn)量分別為 1 348.29萬、105.21萬t，占全省的38%、28%；農(nóng)作物播種面積，化肥施用量分別為229.76萬hm2、79.71萬t，占全省的30%、25%[1]。近年來江淮生態(tài)經(jīng)濟區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染形勢愈發(fā)嚴峻，中國科學院南京地理與湖泊研究所于2011年12月發(fā)布的《中國五大淡水湖泊保護與發(fā)展報告》指出，洪澤湖每年入湖污染物的總量已經(jīng)大大超過了湖泊自凈的能力，且對洪澤湖周邊產(chǎn)業(yè)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，湖區(qū)萬元產(chǎn)值污染水平以畜禽養(yǎng)殖業(yè)的排污水平最高。江蘇省環(huán)境科學院研究院監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，高郵湖農(nóng)業(yè)面源污染占總污染負荷的50%以上，其中總氮、總磷污染負荷最大，比重分別為68.5%、72.3%[2]。氮磷是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最重要的養(yǎng)分基礎(chǔ)，也是日益明顯的環(huán)境污染因素。農(nóng)田氮磷平衡分析可以確定農(nóng)田生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)的氮磷盈余量，以此對農(nóng)田養(yǎng)分投入進行管理，是農(nóng)田養(yǎng)分管理的重要方法。畜禽糞便含有豐富的養(yǎng)分資源，是農(nóng)田氮磷養(yǎng)分的重要來源，糞肥還田用于作物生產(chǎn)是其最合適的去向。但特定區(qū)域內(nèi)畜禽養(yǎng)殖數(shù)量規(guī)模及其排放的糞肥超過農(nóng)作物生長需要和土壤自凈能力時，養(yǎng)分盈余問題就會顯現(xiàn)，造成農(nóng)業(yè)面源污染[3]。2014年以來，中央政府密集出臺了《畜禽規(guī)模養(yǎng)殖污染防治條例》等一系列養(yǎng)殖環(huán)保政策法規(guī)，各地紛紛重新劃定禁養(yǎng)區(qū)，加大了環(huán)保執(zhí)法力度，畜禽規(guī)模養(yǎng)殖正面臨巨大的環(huán)保壓力，同時新政策更加突出畜禽糞便的資源化利用，以種養(yǎng)結(jié)合、循環(huán)利用為主體，解決糞便還田利用瓶頸問題，已成為當前治理畜禽養(yǎng)殖污染的主要路徑。然而隨著我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)規(guī)?；壤难杆偬岣?，養(yǎng)殖規(guī)?；娃r(nóng)田超碎化的現(xiàn)實矛盾日益尖銳，傳統(tǒng)的畜禽糞便進入種植業(yè)實現(xiàn)資源化利用的通道被阻斷，種養(yǎng)結(jié)合阻力重重，化肥替代糞肥成為農(nóng)作物肥料供應(yīng)的主導，我國迅速成為全球化肥用量最大、強度最高的國家，畜禽糞便隨意排放和農(nóng)田化肥超量投入已成為我國農(nóng)業(yè)面源污染的主要原因。在國家、省域尺度上，我國種養(yǎng)總量失衡與省域間結(jié)構(gòu)差異并存，2009年，我國單位耕地面積的畜禽氮污染平均負荷已達 138.13 kg/hm2，其中四川等6省(市)高達202.98 kg/hm2以上，遠遠超出歐盟農(nóng)業(yè)政策規(guī)定的糞肥年施氮量170 kg/hm2的警戒線，其他大部分省區(qū)已接近這個規(guī)定值[4]；2010年，我國畜禽養(yǎng)殖環(huán)境總?cè)萘繛?29.56億頭豬當量，實際養(yǎng)殖總量約占環(huán)境容量的1/4，但考慮化肥的使用，約有20個省超過本省50%環(huán)境容量[5]。在縣域尺度上，閻波杰等基于利用空間自相關(guān)分析方法對安徽省縣域耕地畜禽養(yǎng)殖廢棄物氮負荷量的空間格局和空間演變進行研究，發(fā)現(xiàn)2004—2012年期間，安徽省各縣(市)耕地畜禽養(yǎng)殖廢棄物氮負荷具有顯著的空間正相關(guān)性和潛在的空間依賴性，耕地畜禽養(yǎng)殖廢棄物氮負荷一直處在相對集聚的發(fā)展階段，同時耕地畜禽養(yǎng)殖廢棄物氮負荷熱點區(qū)域主要分布在安徽省北部和東南部[6]。在農(nóng)場或園區(qū)尺度上，馬永喜等研究認為種養(yǎng)結(jié)合園區(qū)能夠較好地實現(xiàn)養(yǎng)殖廢棄物循環(huán)利用和系統(tǒng)能量投入產(chǎn)出平衡，而合理的經(jīng)濟激勵政策、科學的養(yǎng)分管理措施、足夠的農(nóng)田消納面積和適當?shù)酿B(yǎng)殖密度是實現(xiàn)種養(yǎng)結(jié)合良性循環(huán)的關(guān)鍵[7-9]。歐美等發(fā)達國家畜禽養(yǎng)殖業(yè)規(guī)?；l(fā)展較早，他們大多采取集約化、農(nóng)場化的種養(yǎng)結(jié)合模式，養(yǎng)殖場通過配套足夠的土地或與周邊種植業(yè)農(nóng)場合作來消納畜禽糞便，并根據(jù)土地面積嚴格控制養(yǎng)殖規(guī)模[10]，這種農(nóng)場間的種養(yǎng)合作被認為是經(jīng)濟和效率優(yōu)化的結(jié)果，可以實現(xiàn)畜禽養(yǎng)殖和農(nóng)作物生產(chǎn)的畜禽糞便交易成本最小化和肥料利用效率最大化[11]。

淮安是農(nóng)業(yè)大市，也是江淮生態(tài)經(jīng)濟區(qū)的主要板塊，2015年全市糧食、肉類產(chǎn)量分別為467.22萬、31.11萬t，占江淮生態(tài)經(jīng)濟區(qū)的35%、30%；農(nóng)作物播種面積、化肥施用量分別為795.68萬hm2、40.47萬t，占全省的35%、51%[1]，全市擁有淮陰區(qū)、淮安區(qū)和漣水縣3個國家生豬調(diào)出大縣(區(qū))，總數(shù)居全省第2，全市生豬50頭以上規(guī)模養(yǎng)殖比重已達到85%，200頭以上比重在55%以上；家禽規(guī)模比重超過90%；奶牛規(guī)模比重近100%。農(nóng)田化肥過量施用和畜禽養(yǎng)殖規(guī)?；陌l(fā)展，帶來嚴峻的農(nóng)村面源污染問題，對洪澤湖、白馬湖等水域環(huán)境造成威脅。本研究基于土壤表觀養(yǎng)分平衡理論，分析2000—2015年16年間淮安市農(nóng)田氮磷養(yǎng)分平衡狀況，并運用環(huán)境庫茲涅茲曲線(EKC)理論，考察淮安市農(nóng)田土壤種養(yǎng)結(jié)合進程與經(jīng)濟增長之間的關(guān)系，以期為淮安市調(diào)整農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)、控制養(yǎng)分盈余損失和推動畜禽養(yǎng)殖業(yè)綠色發(fā)展提供參考。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 區(qū)域農(nóng)田氮磷平衡估算

1.1.1 數(shù)據(jù)來源 畜禽養(yǎng)殖存出欄數(shù)據(jù)主要來源于2001—2016年的《淮安統(tǒng)計年鑒》《江蘇農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》。參照已有研究和畜禽養(yǎng)殖生產(chǎn)實踐，生豬的飼養(yǎng)周期一般為199 d，以年出欄量作為當年飼養(yǎng)總量；牛按用途分為肉牛、役用牛和奶牛，肉牛一般1年內(nèi)出欄，役用牛和奶牛飼養(yǎng)周期一般大于1年，因此肉牛采用年出欄量作為當年飼養(yǎng)總量，役用牛和奶牛采用年末存欄量作為當年飼養(yǎng)總量；羊、馬、驢和騾的飼養(yǎng)周期一般大于1年，因此采用年末存欄量作為當年的飼養(yǎng)總量；家禽的飼養(yǎng)周期一般小于1年，因此采用年出欄量作為當年的飼養(yǎng)總量[12-13]。

1.1.2 研究方法 農(nóng)田生產(chǎn)系統(tǒng)的氮磷平衡狀況是決定土壤肥力、農(nóng)作物產(chǎn)量和農(nóng)業(yè)環(huán)境影響的重要因素，系統(tǒng)氮磷缺損會降低土壤肥力，造成作物減產(chǎn)；系統(tǒng)氮磷盈余會增加土壤氮磷的流失風險，威脅地表水和地下水環(huán)境[14]。鑒于農(nóng)田氮磷流失具有面源污染特征，且具有典型的監(jiān)測困難和隨機性強特點，運用土壤表觀養(yǎng)分平衡理論，核算農(nóng)田生產(chǎn)系統(tǒng)氮磷等養(yǎng)分盈余或缺損狀況，是分析農(nóng)業(yè)環(huán)境影響的重要方法。土壤表觀養(yǎng)分平衡理論的核心是農(nóng)田系統(tǒng)養(yǎng)分守恒，在農(nóng)田系統(tǒng)中化肥和畜禽糞便是養(yǎng)分輸入的主要來源，作物移走和養(yǎng)分損失則是養(yǎng)分輸出的主要途徑，良性的農(nóng)田系統(tǒng)養(yǎng)分輸入量與輸出量應(yīng)相等，即化肥養(yǎng)分輸入量+畜禽糞便養(yǎng)分輸入量=農(nóng)作物移走養(yǎng)分量(假定農(nóng)作物秸稈全部還田)[15]。為評估特定區(qū)域畜禽養(yǎng)殖污染水平，假定畜禽糞便不跨區(qū)域流動。計算公式如下：

M=F/S；f=YN/P/(YM+YN/P)；

式中：M表示區(qū)域農(nóng)田土壤氮(磷)盈余強度；F表示農(nóng)田土壤氮(磷)盈余量；S表示農(nóng)作物播種面積；f表示化肥氮(磷)投入占農(nóng)田氮(磷)投入比重；YM表示畜禽糞便含氮(磷)量；YN/P表示化肥中氮(磷)折純量；i表示畜禽類別；Qi表示第i種畜禽的存欄或出欄量；ri表示i類畜禽的糞便排泄系數(shù)；pi表示第i種畜禽的糞便的氮(磷)含量(表1)；j表示農(nóng)作物類別；Cj表示j類農(nóng)作物年產(chǎn)量；θj表示j類農(nóng)作物100 kg產(chǎn)量所需氮(磷)量(表2)；YC表示農(nóng)作物移走的氮(磷)量。采用M估算區(qū)域農(nóng)田土壤氮(磷)平衡狀況，M值越大，區(qū)域農(nóng)田土壤氮(磷)盈余強度越高；采用f值估算區(qū)域種養(yǎng)結(jié)合實現(xiàn)程度，f值越小則化肥投入對農(nóng)田土壤氮(磷)盈余貢獻越小，區(qū)域種養(yǎng)結(jié)合實現(xiàn)程度越高。

表1 單位飼養(yǎng)周期畜禽糞便排泄系數(shù)及氮磷含量

注：序號1～6數(shù)據(jù)參考文獻[13]，7～8數(shù)據(jù)參考文獻[16]。

1.2 EKC分析模型構(gòu)建

表2 農(nóng)作物氮磷含量

注：數(shù)據(jù)參考文獻[17]。

2 實證研究結(jié)果分析

2.1 淮安市農(nóng)田氮磷平衡狀況

從圖1、圖2可以看出，2000—2015年16年間淮安市氮磷盈余總量及盈余強度變化呈現(xiàn)“下降—上升—下降—上升”的“W”形波動狀態(tài)，且各年度農(nóng)田氮磷盈余總量及強度都大于0，2003年淮安市農(nóng)田氮磷盈余總量和盈余強度均達到峰值，氮、磷盈余總量分別為11.49萬、2.85萬t，氮、磷盈余強度分別為 162.15、40.28 kg/hm2。2015年淮安市農(nóng)田氮、磷盈余總量分別為9.86萬、1.57萬t，農(nóng)田氮磷仍未達到平衡狀態(tài)，農(nóng)田氮、磷盈余強度分別為122.44、19.50 kg/hm2，相對于2000年，淮安市農(nóng)田氮盈余量有所增加s，磷盈余量有所下降，農(nóng)田氮磷盈余強度均有所下降。

從農(nóng)田氮磷的投入結(jié)構(gòu)(圖3)來看，化肥是淮安市農(nóng)田氮、磷投入的主要來源。2000—2015年16年間，淮安市化肥氮、磷投入占農(nóng)田氮、磷總投入量的比重總體呈現(xiàn)上升趨勢。2007年化肥氮、磷占比達到峰值，分別為86.6%、73.7%，之后雖有所下降，但2014、2015年該比重有所上升。2015年化肥氮、磷投入占農(nóng)田氮、磷總投入量的比重分別為84.3%、69.3%，高于2000年(農(nóng)田氮、磷投入比重分別為78.1%、64.4%)?；实倪^量投入是造成淮安市農(nóng)田氮磷盈余的主要驅(qū)動因素，發(fā)展種養(yǎng)結(jié)合，促進畜禽糞肥還田、減少化肥投入尤為迫切。

2.2 淮安市種養(yǎng)結(jié)合進程與經(jīng)濟增長關(guān)系實證檢驗

2.2.1 基于化肥氮占比的種養(yǎng)結(jié)合進程與經(jīng)濟增長關(guān)系的EKC檢驗 經(jīng)檢驗，回歸方程為lnfNt=-4.399 0+0.829 3lnGDPt-0.040 6(lnGDPt)2，呈倒“U”形曲線特征，由表3可知，該曲線擬合優(yōu)度(R2)為0.770 0，調(diào)整后的擬合優(yōu)度(AdjustedR2)為0.734 6，F(xiàn)值為21.762 9，P值為0.000 1，說明回歸方程整體顯著，由t檢驗結(jié)果可知，自變量lnGDP和(lnGDP)2對因變量lnfNt影響顯著，并通過了Durbin-Watso(DW)檢驗。據(jù)此可知，2000—2015年16年間，淮安市農(nóng)田化肥氮占比與經(jīng)濟增長之間存在EKC關(guān)系，隨著淮安市人均GDP的增長，化肥氮投入占農(nóng)田氮總投入的比重呈現(xiàn)先上升后下降的倒“U”形曲線變化趨勢，拐點為lnGDP=10.213 0(人均GDP為27 255.02元)，而按2000年不變價格計算，2015年淮安市人均GDP為15 398.18元，還未達到曲線拐點，說明隨著經(jīng)濟增長，淮安市農(nóng)田化肥氮投入占農(nóng)田氮總投入的比重仍將持續(xù)上升，種養(yǎng)結(jié)合實現(xiàn)程度亟待改善。

表3 基于化肥氮投入占比的淮安市種養(yǎng)結(jié)合進程EKC曲線模擬結(jié)果

2.2.2 基于化肥磷占比的種養(yǎng)結(jié)合進程與經(jīng)濟增長關(guān)系的EKC檢驗 經(jīng)檢驗，回歸方程為lnfPt=-6.668 2+1.262 7lnGDPt-0.063 0(lnGDPt)2，呈倒“U”形曲線特征，由表4可知，該曲線擬合優(yōu)度R2為0.631 4，調(diào)整后的擬合優(yōu)度AdjustedR2為0.574 7，F(xiàn)值為11.133 8，P值為0.001 5，說明回歸方程整體顯著，由t檢驗結(jié)果可知，自變量lnGDP和(lnGDP)2對因變量lnfPt影響顯著，并通過了DW檢驗。據(jù)此可知，2000—2015年16年間，淮安市農(nóng)田化肥磷占比與經(jīng)濟增長之間存在EKC關(guān)系，隨著淮安市人均GDP的增長，化肥磷投入占農(nóng)田磷總投入的比重呈現(xiàn)先上升后下降的倒“U”形曲線變化趨勢，拐點為lnGDP=10.021 4(人均GDP為22 502.91元)，而按2000年不變價格計算，2015年淮安市人均GDP為15 398.18元，還未跨過曲線拐點，說明隨著經(jīng)濟增長，淮安市農(nóng)田化肥磷投入占比仍呈現(xiàn)上升趨勢，種養(yǎng)結(jié)合實現(xiàn)程度亟待改善。

表4 基于化肥磷投入占比的淮安市種養(yǎng)結(jié)合進程EKC曲線模擬結(jié)果

3 結(jié)論與對策

本研究運用土壤表觀養(yǎng)分平衡理論，分析了江淮生態(tài)經(jīng)濟區(qū)主要板塊淮安市2000—2015年16年間農(nóng)田氮磷養(yǎng)分平衡狀況，并基于環(huán)境庫茲涅茲曲線理論，驗證了淮安市種養(yǎng)結(jié)合進程與經(jīng)濟增長之間的關(guān)系。研究得出，2000—2015年16年間淮安市農(nóng)田普遍存在氮磷盈余，且氮、磷盈余總量和盈余強度呈現(xiàn)“W”形波動狀態(tài)；16年間，全市農(nóng)田氮盈余量有所增加，磷盈余總量和氮磷盈余強度有所下降，農(nóng)田化肥氮磷投入占農(nóng)田氮磷總投入量的比重總體呈現(xiàn)上升趨勢，化肥的過量投入是造成農(nóng)田氮磷盈余的主要驅(qū)動因素?；诃h(huán)境庫茨涅茲曲線理論檢驗結(jié)果表明，淮安市農(nóng)田化肥氮磷投入占農(nóng)田氮磷總投入的比重隨著人均GDP的增長呈現(xiàn)倒“U”形曲線變化形勢，農(nóng)田化肥氮磷投入比重仍處于曲線上升階段，自發(fā)達到下降拐點還需較長時間，政府應(yīng)強化種養(yǎng)結(jié)合政策干預，加大對農(nóng)業(yè)面源污染的治理力度。為此，提出如下政策建議。

3.1 統(tǒng)籌規(guī)劃，強化治理

一方面，依據(jù)各區(qū)(縣)土地承載能力、環(huán)境容量和消費需求，根據(jù)農(nóng)業(yè)種植對畜禽糞便的消納能力，規(guī)劃各區(qū)(縣)畜禽養(yǎng)殖規(guī)模，實現(xiàn)畜禽糞便排放與農(nóng)業(yè)種植需肥在時間、空間上的匹配，促進養(yǎng)殖業(yè)合理布局；另一方面，嚴格養(yǎng)殖環(huán)境準入制度、加大養(yǎng)殖環(huán)境執(zhí)法力度、增強養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)管能力、強化養(yǎng)殖污染全過程管理，加強和規(guī)范畜禽養(yǎng)殖場(小區(qū))、養(yǎng)殖戶的污染防治工作。

3.2 分類防治，差別管理

一方面，科學測算農(nóng)田氮磷承載力，實現(xiàn)畜禽糞肥還田利用的科學化，要求規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場制定畜禽糞便養(yǎng)分管理計劃，按照糞便養(yǎng)分管理計劃進行肥料化農(nóng)田利用；另一方面，對小規(guī)模畜禽養(yǎng)殖場、養(yǎng)殖小區(qū)和養(yǎng)殖散戶采取多元化的集中治理模式，探索建立農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)畜禽養(yǎng)殖廢棄物收運系統(tǒng)，鼓勵個體經(jīng)營者參與資源回收產(chǎn)業(yè)鏈條，對周邊分散中小型養(yǎng)殖場的畜禽糞便集中處理，通過生產(chǎn)商品有機肥提供給種植基地，實現(xiàn)對小、散、少畜禽養(yǎng)殖廢棄物的綜合回收利用。

3.3 培育社會化服務(wù)組織，探索養(yǎng)殖污染治理與資源化利用的第3方運營模式

采用政府購買或扶持養(yǎng)殖場購買的方式，圍繞畜禽糞便的收集、儲存、運輸、加工處理、綜合利用等環(huán)節(jié)，基于市場機制培育專業(yè)性的社會化服務(wù)組織，解決單個養(yǎng)殖場治污投入難以承受、日常維護難、“三沼”等治污產(chǎn)品難以產(chǎn)業(yè)化的問題，推動畜禽養(yǎng)殖污染治理與資源化利用的全產(chǎn)業(yè)鏈運營。同時，密切跟蹤國內(nèi)外第3方運營治理模式，加強相關(guān)制度政策前瞻性研究。

3.4 優(yōu)化養(yǎng)殖污染防治財政投入，推動畜禽養(yǎng)殖綠色發(fā)展

整合中央財政農(nóng)村環(huán)境連片整治、污染物總量減排、規(guī)?；B(yǎng)殖場標準化改擴建、大中型沼氣工程等財政扶持資金，設(shè)立畜禽養(yǎng)殖污染治理專項資金，并采取貸款貼息等方式支持養(yǎng)殖場建設(shè)治污設(shè)施，降低養(yǎng)殖場治污投入成本，提高養(yǎng)殖者開展污染防治的積極性。完善財稅、信貸等經(jīng)濟激勵政策，扶持養(yǎng)殖場建設(shè)沼氣發(fā)酵工程、生物墊床、有機肥生產(chǎn)線等設(shè)施，開展畜禽糞便的資源化利用研究。注重對畜禽糞便綜合利用的終端產(chǎn)品予以補貼，繼續(xù)實施對使用畜禽養(yǎng)殖糞便和廢水生產(chǎn)有機肥企業(yè)的政府補貼，適度提高畜禽糞便收集、運輸成本和有機肥銷售價格補貼水平，加大對畜禽養(yǎng)殖廢水資源化利用等新型實用技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化的補貼力度，提高有機肥生產(chǎn)企業(yè)市場競爭力。