白秀廣，張波

（西北農(nóng)林科技大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院，陜西楊凌 712100）

化肥作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要投入要素之一，對世界糧食增產(chǎn)的貢獻率為40%～65%[1]，1978—2006年間對我國糧食增產(chǎn)的貢獻率達到了56.81%[2]。自20 世紀(jì)80 年代以來，我國農(nóng)業(yè)化肥施用量逐年上升，目前每公頃化肥施用量接近世界平均水平的4倍，更是國際公認(rèn)化肥施用安全上限的2倍[3]。不斷增長的化肥施用也帶來了土壤營養(yǎng)失衡、酸化及農(nóng)業(yè)面源污染等問題，威脅到我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[4-6]。我國提出的實現(xiàn)化肥零增長及負增長計劃的核心是提高化肥利用效率，已有研究指出我國化肥利用效率僅為30%左右，遠低于國外的60%左右[3]。因此，找出低效率的原因，在維持作物產(chǎn)量的同時提高化肥利用效率、減少化肥使用量是亟待解決的問題。

另外，氣候變化導(dǎo)致的干旱和洪澇等災(zāi)害的極端天氣發(fā)生頻率近年有所增加，在影響農(nóng)業(yè)產(chǎn)出的同時也會對化肥等生產(chǎn)要素投入數(shù)量和效果產(chǎn)生影響[7-8]。一方面，氣溫升高和降水增加會導(dǎo)致土壤礦物質(zhì)的揮發(fā)或流失[7]，進而需要更多的化肥投入以滿足農(nóng)作物生長所需的土壤肥力。另一方面，氣候變化不僅影響到作物生長、發(fā)育和產(chǎn)量，同時氣溫變化也會影響土壤生物物理和化學(xué)變化過程，進而對化肥的肥效產(chǎn)生影響[9]。最后，農(nóng)戶為應(yīng)對氣候變化以減少損失，會增加化肥的施用量[6]，可能導(dǎo)致化肥利用效率降低。因此，研究氣候變化對農(nóng)業(yè)化肥利用效率的影響并采取相應(yīng)的措施，對提高化肥利用效率、減少農(nóng)業(yè)面源污染、實現(xiàn)化肥負增長及可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)具有重要的意義。

目前，國內(nèi)外學(xué)者主要從農(nóng)戶特征、家庭特征、社會經(jīng)濟特征等方面分析其對化肥利用效率的影響，指出受教育程度[3,10-11]、農(nóng)戶收入[10,12]、勞動力結(jié)構(gòu)[13]、種植規(guī)模[11,14-16]等農(nóng)戶和家庭特征，以及灌溉率[16-18]、化肥價格[3,15,18]、農(nóng)業(yè)價格補貼[14,16]等社會經(jīng)濟特征均會影響化肥利用效率。而有關(guān)氣候變化對化肥利用效率的影響研究還很少，且集中在自然科學(xué)領(lǐng)域，Smith 等指出氣溫升高會加快化肥的分解與揮發(fā)，從而降低化肥利用效率[19]；Kokou 等利用CROPGRO 模型模擬了不同氣候變化情景對氮肥利用效率的影響，指出氣溫升高與降水變化有利于氮肥利用效率的提高[20]。Zheng 等通過仿真指出未來氣候變化對磷肥利用效率有微弱的促進作用，但降水的增多將使磷肥的流失增大，從而對磷肥利用效率有負向影響[21]。王修蘭等發(fā)現(xiàn)氣候變暖對土壤肥料施用量和肥效有重要影響，在450～1 125 kg/hm2施肥水平下，每增溫1 ℃氮肥釋放量平均增加4%，釋放周期縮短3.6 d，且施肥量越大，釋放量和速度越快，肥效損失越大[9]。曹丹和汪張懿通過室內(nèi)培養(yǎng)試驗，研究了不同溫度、水分條件對化肥利用效率的影響[22]。社會科學(xué)領(lǐng)域，針對氣候變化對化肥的影響，Tang等[6]指出，農(nóng)戶為應(yīng)對氣候變化，會加大化肥施用強度；Bai等[23]分析了氣候因素對蘋果化肥利用效率的影響，指出降水和日照時數(shù)的增加不利于化肥利用效率的提高，而氣候變化對化肥利用效率的影響分析目前還未涉及。

本文以我國環(huán)渤海灣和黃土高原兩大蘋果主產(chǎn)區(qū)為例，在測算與分析蘋果生產(chǎn)化肥利用效率的基礎(chǔ)上，實證分析氣候變化對蘋果生產(chǎn)化肥利用效率的影響，為更好地應(yīng)對氣候變化及實現(xiàn)化肥減施增效提供理論依據(jù)和政策參考。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究方法

1.1.1 基于DEA 的化肥利用效率測算模型

DEA 相比SFA 模型具有不依賴于具體函數(shù)形式的優(yōu)勢，故本文選取DEA 模型來測算化肥利用效率。根據(jù)化肥利用效率的定義[23]，即在保持產(chǎn)出和其他投入不變時，最小化肥投入量與實際投入量之比，可通過下列公式來求解。

其中，θH表示化肥利用效率，XH與XND分別代表化肥和其他投入要素的集合，λ為參數(shù)向量。本文采用克服了“技術(shù)倒退”和“不可比性”問題的全局DEA 模型來測算化肥利用效率[18]。

借鑒已有文獻[3,16,18]及結(jié)合蘋果的生產(chǎn)特征，本文將蘋果平均每667 m2產(chǎn)量作為產(chǎn)出，選取蘋果平均每667 m2化肥投入量、農(nóng)藥費用、物質(zhì)與服務(wù)費用和用工量作為投入變量來測算蘋果生產(chǎn)的化肥利用效率。

1.2.2 氣候變化對化肥利用效率的影響模型

氣候變化對化肥利用效率的影響模型如（2）式所示。

表示第i 個地區(qū)在t 年份的化肥利用效率，Cit表示氣溫、降水等氣候變化核心解釋變量，Xit為控制變量，表示其他影響化肥利用效率的因素，ui為個體效應(yīng)，擾動項εit～N（0，σ2ε）。由于化肥利用效率處于［0,1］，具有明顯的截斷性特征，故本文采用Tobit 隨機效應(yīng)面板模型進行分析。

參考相關(guān)文獻[18,23]，Xit選取技術(shù)進步和配方施肥，區(qū)域變量及化肥價格、農(nóng)家肥占比和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，及農(nóng)村人均純收入、受教育程度和種植規(guī)模等作為控制變量。

1.2 數(shù)據(jù)來源與說明

本文蘋果生產(chǎn)的投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)來源于《全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》（1993—2017），個別缺失值用插值法處理。農(nóng)藥、物質(zhì)與服務(wù)費分別采用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料價格指數(shù)和農(nóng)村居民消費價格指數(shù)進行平滑。影響因素中相關(guān)控制變量的數(shù)據(jù)來源于《全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》（1993—2017），《中國統(tǒng)計年鑒》（1993—2017）和《中國農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》（1993—2017）。

另外，氣象數(shù)據(jù)來源于國家氣象信息中心中國地面氣候資料月值數(shù)據(jù)集。將蘋果生長周期分為4個階段，即休眠期、開花期、果實膨大期和果實成熟期，選取各生長階段的月平均氣溫、累計降水總量及累計日照時長總量作為氣候因素指標(biāo)[24]。借鑒崔靜等的做法[25]，選取各指標(biāo)與1988—1992 年平均值的差值作為氣候變化指標(biāo)。

2 結(jié)果與分析

2.1 蘋果生產(chǎn)的化肥利用效率分析

運用DEA-SOLVER Pro 5.0 對我國蘋果主產(chǎn)省的化肥利用效率進行測算，結(jié)果如圖1 所示。黃土高原區(qū)和環(huán)渤海灣區(qū)兩大主產(chǎn)區(qū)1992—2016 年蘋果生產(chǎn)的化肥利用效率不高，平均僅為0.553，表明化肥利用效率有較大的提升空間。從趨勢看，兩大主產(chǎn)區(qū)蘋果化肥利用效率在1992—2003 年間呈波動上升的趨勢，而2004 年后呈波動下降的趨勢，且自2004 年后黃土高原區(qū)化肥利用效率逐漸超過環(huán)渤海灣區(qū)，主要原因是環(huán)渤海灣區(qū)的化肥利用效率持續(xù)下滑，而黃土高原區(qū)的化肥利用效率在波動中趨于穩(wěn)定。

圖1 我國蘋果主產(chǎn)省及兩大產(chǎn)區(qū)化肥利用效率

分省份來看（圖1），研究期間山西省的平均化肥利用效率最高，達到了0.858，而山東省的最低，僅有0.311，幾乎是山西省的1/3，這可能與山東省的化肥施用強度較大有關(guān)，山東省化肥施用強度最高，每667 m289.112 kg，是山西省的2 倍（每667 m243.976 kg）。另外，黃土高原區(qū)陜西省和山西省的化肥利用效率呈現(xiàn)出波動遞增的態(tài)勢；而河南省和甘肅省則呈現(xiàn)出“先升后降”的整體特征。環(huán)渤海灣區(qū)3 個省份的化肥利用效率表現(xiàn)出不同的趨勢特征，遼寧省化肥利用效率呈現(xiàn)“W”形的變化特征；山東省化肥利用效率一直在較低的水平波動，且近幾年呈現(xiàn)明顯的下降態(tài)勢；而河北省呈現(xiàn)“N”形波動，且最近幾年逐漸成為環(huán)渤海灣區(qū)化肥利用效率最高的省份，但仍與陜西、山西等黃土高原省份存在明顯的差距，這也是環(huán)渤海灣區(qū)與黃土高原區(qū)化肥利用效率差距越來越大的原因。

2.2 氣候變化對蘋果化肥利用效率的影響分析

利用Stata12.0估計的氣候變化對蘋果化肥利用效率影響的回歸結(jié)果如表1 所示。從表1 可知，蘋果不同生長期的日照時數(shù)及其變化對化肥利用效率的影響具有差異性。果實膨大期日照時數(shù)變化對蘋果生產(chǎn)化肥利用效率的影響在10%水平下顯著為正，表明蘋果膨大期日照變化會促進化肥利用效率的提升，這可能與蘋果膨大期對日照時數(shù)較為敏感有關(guān)。果實膨大期是光合作用積累最旺盛的時期，較長的日照時數(shù)有利于光合積累，也利于蘋果糖分增加[24]，因此，蘋果膨大期日照變化有利于蘋果有機質(zhì)的積累，且蘋果膨大期對營養(yǎng)需求比較大，進而會加快吸收土壤的營養(yǎng)，提高化肥的利用效率。然而，其他生長期的日照時數(shù)及其變化對化肥利用效率的影響則不顯著。另外，降水及其變化對化肥利用效率的影響也不顯著。

蘋果生長期氣溫及其變化對主產(chǎn)區(qū)蘋果生產(chǎn)的化肥利用效率具有顯著影響，但不同蘋果生長期的氣溫及其變化對化肥利用效率的影響不同。休眠期平均氣溫升高不利于蘋果化肥利用效率的提升，這與冬季溫度升高易使病蟲害越冬，且不利于果樹有足夠的休眠時間來積累有機質(zhì)有關(guān)。休眠期氣溫過高，果樹會提前開花，進而影響果樹的生理狀態(tài)，不利于蘋果的生產(chǎn)；另外，休眠期蘋果樹對營養(yǎng)需求較少，但果農(nóng)每年都會在休眠前施用基肥，而氣溫升高更易加速化肥有效成分的流失，從而降低化肥利用效率。開花期的平均氣溫對蘋果化肥利用效率的影響為正，且黃土高原區(qū)在5%的水平下顯著，但對環(huán)渤海灣區(qū)的影響不顯著，可能因為黃土高原區(qū)海拔較高，其氣溫相對較低，氣溫適當(dāng)升高有利于促進化肥效力的釋放[9]，進而提升化肥利用效率。對于蘋果膨大期來講，無論是環(huán)渤海灣還是黃土高原蘋果主產(chǎn)區(qū)，果實膨大期氣溫升高或氣溫變化加大均不利于化肥利用效率的提升，且均在1%水平下顯著。這主要與果實膨大期氣溫本身就比較高有關(guān)，氣溫繼續(xù)升高易導(dǎo)致病蟲害的增加，同時加大水分和化肥的蒸發(fā)，對蘋果樹生長不利，致使果園生態(tài)土壤環(huán)境變差，影響果樹對化肥營養(yǎng)的吸收利用。此外，果實膨大期氣溫升高容易產(chǎn)生干旱問題，干旱狀況下土壤中的氮肥釋放速度會加快，使得化肥利用效率下降[9]。蘋果成熟期氣溫對化肥利用效率的影響不顯著，該階段果實已經(jīng)成熟，氣溫降低使果樹的生長發(fā)育變緩，對養(yǎng)分的需求也相應(yīng)減少，另外該階段施肥量也相對較少，因此，氣溫變動對化肥利用效率的影響也較?。ū?）。

控制變量中，時間趨勢代表的技術(shù)進步對中國整體和黃土高原區(qū)蘋果化肥利用效率有顯著的正影響，表明蘋果生產(chǎn)越來越重視綠色技術(shù)，其二次項系數(shù)顯著為負，表明技術(shù)進步對化肥利用效率呈倒“U”形的影響，但技術(shù)進步對環(huán)渤海灣區(qū)的影響不顯著。區(qū)域變量在10%的水平上顯著，說明黃土高原區(qū)化肥利用效率顯著高于環(huán)渤海灣區(qū)。配方施肥政策變量不顯著，表明配方施肥政策實施前后化肥利用效率沒有顯著的差異，這與Ma等[15]的研究結(jié)論相一致，說明配方施肥仍有較大的推廣優(yōu)化潛力（表1）。

表1 氣候變化對化肥利用效率的估計結(jié)果

化肥價格對我國蘋果主產(chǎn)區(qū)整體和黃土高原區(qū)化肥利用效率的影響顯著為負，而對環(huán)渤海灣區(qū)的影響不顯著但為正。這表明整體而言，化肥價格上漲不利于蘋果生產(chǎn)化肥利用效率的提高，但地區(qū)差異明顯，化肥價格上漲可有效促進環(huán)渤海灣區(qū)化肥利用效率的提高，但對黃土高原區(qū)有顯著的抑制作用，這可能與環(huán)渤海灣區(qū)化肥施用強度較大有關(guān)，化肥價格上漲有利于降低環(huán)渤海灣區(qū)的化肥施用強度提升其效率，但黃土高原區(qū)的化肥價格上漲尚不足以抵消增加化肥投入帶來的收益。農(nóng)家肥占比對我國蘋果主產(chǎn)區(qū)整體及環(huán)渤海灣區(qū)的蘋果化肥利用效率有顯著的正向作用，這表明加大農(nóng)家肥施用的投入比例對化肥利用效率有提高的作用。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對環(huán)渤海灣區(qū)呈顯著的正向影響，但黃土高原區(qū)卻相反，這可能由于第一產(chǎn)業(yè)的比重越高，其可持續(xù)發(fā)展越受到重視，越注重綠色生產(chǎn)，更有利于化肥利用效率的提高。另外，種植規(guī)模對黃土高原區(qū)化肥利用效率有顯著的正向影響，表明黃土高原區(qū)擴大蘋果種植規(guī)模有利于提高化肥利用效率，而環(huán)渤海灣區(qū)則相反，不宜盲目擴大規(guī)模（表1）。

3 研究結(jié)論與政策啟示

3.1 研究結(jié)論

本文基于我國兩大蘋果主產(chǎn)區(qū)1992—2016 年的蘋果生產(chǎn)及氣候數(shù)據(jù)，在測算蘋果生產(chǎn)化肥利用效率的基礎(chǔ)上，分析了氣候變化對化肥利用效率的影響，得出以下主要結(jié)論。

（1）研究期內(nèi)蘋果生產(chǎn)的化肥利用效率平均僅為0.553，且具有時空差異，整體來講，若提高化肥利用效率其減施潛力可以達到45%。

（2）蘋果不同生長期的氣溫、日照時數(shù)及其變化對化肥利用效率的影響具有顯著差異。開花期氣溫提升對化肥利用效率有促進作用，而休眠期和果實膨大期氣溫的升高對化肥利用效率起到抑制作用。果實膨大期氣溫變化的加劇也不利于化肥利用效率的提升，但果實膨大期日照時數(shù)變化加大對化肥利用效率具有促進作用。

（3）技術(shù)進步、農(nóng)家肥占比對蘋果生產(chǎn)化肥利用效率有顯著的正向影響，而化肥價格、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和種植規(guī)模的影響具有顯著的區(qū)域特征。

3.2 政策啟示

（1）在制定化肥減施增效的政策時應(yīng)考慮區(qū)域特征，黃土高原區(qū)應(yīng)重點考慮推廣新技術(shù)突破化肥利用效率提升的瓶頸，如采用水肥一體化等先進技術(shù)，而環(huán)渤海灣區(qū)應(yīng)通過減少化肥施用量或合理化肥的配比、推廣配方施肥等措施來提高其效率。

（2）果農(nóng)應(yīng)提高對氣候變化的認(rèn)知水平，結(jié)合蘋果不同生長周期對化肥的需求來大力推廣氣候變化適應(yīng)性措施，以提高化肥利用效率。如蘋果樹休眠期更適合施用農(nóng)家肥，而開花期和果實膨大期應(yīng)混合施用速效肥和緩控釋肥，并加大水肥一體化管理，運用滴灌、噴灌等技術(shù)加大水肥交互，提高化肥利用效率。另外，為防止果實膨大期氣溫升高和降水增加對化肥利用效率的不利影響，應(yīng)加大果園基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，修建灌溉及排泄設(shè)施，鼓勵果園種草覆蓋等以減少蒸發(fā)和流失，提高利用效率。

（3）應(yīng)加大蘋果生產(chǎn)技術(shù)研發(fā)力度，引導(dǎo)果農(nóng)增加農(nóng)家肥投入比重，并對黃土高原區(qū)和環(huán)渤海灣區(qū)采取不同的化肥價格策略和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整策略，提高化肥利用效率，減少資源浪費和面源污染。