溫小珊,馮雅雯,杜 超①,黃秀珍,王宵君,謝金招

(1.贛南師范大學(xué)地理與環(huán)境工程學(xué)院,江西 贛州 341000;2.江西省城市固廢低碳循環(huán)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江西 贛州 341000;3.贛州市果業(yè)發(fā)展中心,江西 贛州 341000)

廣義的農(nóng)業(yè)面源污染來(lái)源包括種植業(yè)(農(nóng)田)、畜禽養(yǎng)殖業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)和農(nóng)村生活污水4個(gè)方面,其中,農(nóng)田面源污染是重要的污染來(lái)源,主要是由化肥、農(nóng)藥和農(nóng)用薄膜等農(nóng)田投入品的過(guò)量輸入產(chǎn)生[1]。近年來(lái),農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程導(dǎo)致的農(nóng)田面源污染問(wèn)題依舊嚴(yán)峻[2],其結(jié)果是增加水體污染風(fēng)險(xiǎn)[3],影響耕地資源質(zhì)量[4],并威脅農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全。江西省是我國(guó)重要的糧食主產(chǎn)區(qū)和全國(guó)首批3個(gè)生態(tài)文明試驗(yàn)區(qū)之一[5],長(zhǎng)期的過(guò)量施肥和高度集約化的種植模式[6],導(dǎo)致該地區(qū)農(nóng)田面源污染形式嚴(yán)峻,衍生出一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題[7]。因此,系統(tǒng)探究江西省近30年來(lái)農(nóng)田化肥、農(nóng)藥和農(nóng)用薄膜輸入的時(shí)空演變特征,精準(zhǔn)刻畫(huà)其輸入軌跡,對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提質(zhì)增效和農(nóng)業(yè)面源污染防治具有重要指導(dǎo)意義。

近年來(lái),已有許多學(xué)者對(duì)全國(guó)及各省(區(qū)、市)農(nóng)田投入品輸入進(jìn)行研究,得出一些結(jié)論。馬兆嶸等[8]分析了全國(guó)的農(nóng)膜輸入現(xiàn)狀,發(fā)現(xiàn)我國(guó)農(nóng)膜輸入量巨大且在不斷增加,由1991年的64.2萬(wàn)t增長(zhǎng)到2017年的252.8萬(wàn)t,增長(zhǎng)2.94倍。葛小君等[9]分析了廣東省農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷時(shí)空變化特征,發(fā)現(xiàn)耕地化肥和農(nóng)藥輸入強(qiáng)度分別上升112.19%和60.38%。劉存慶等[10]基于GIS探究了菏澤市農(nóng)業(yè)面源污染時(shí)空分布,發(fā)現(xiàn)2015年之后菏澤市化肥、農(nóng)藥輸入量都在穩(wěn)步降低,但化肥輸入強(qiáng)度仍高于國(guó)際化肥預(yù)警值(225 kg·hm-2)。傅春等[11]研究發(fā)現(xiàn)磷是江西省農(nóng)田生產(chǎn)的主要污染物,年化肥輸入量中占比最大的復(fù)合肥是主要污染源。熊昭昭等[12]研究發(fā)現(xiàn),2015年江西省農(nóng)村地區(qū)TN和TP污染負(fù)荷分別為168.7和58.8 kt·a-1,其中,種植業(yè)帶來(lái)的污染負(fù)荷貢獻(xiàn)率達(dá)到26.3%。類似地,針對(duì)某地區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染輸入與輸出負(fù)荷評(píng)價(jià)的研究雖時(shí)有報(bào)道[13-14],但是結(jié)合重心遷移模型和結(jié)構(gòu)均衡度方法,系統(tǒng)探究污染物輸入總量和輸入強(qiáng)度在地理空間上移動(dòng)規(guī)律和長(zhǎng)時(shí)間線上演變特征的研究尚鮮見(jiàn)。此外,影響農(nóng)田投入品輸入的因素眾多[15],其中,種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的影響在以往的研究中沒(méi)有受到足夠重視。“耕地非糧化”現(xiàn)象在全國(guó)各地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中有不同程度的發(fā)生[16],隨著贛南臍橙和南豐蜜桔等江西特色柑橘產(chǎn)業(yè)的興起,水果種植業(yè)在江西農(nóng)業(yè)種植中的占比逐年加大,關(guān)于種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對(duì)江西省農(nóng)田投入品輸入的影響,目前尚鮮見(jiàn)報(bào)道。

基于此,為了全面把握江西省農(nóng)田投入品輸入特征及影響因素,以江西省11個(gè)地級(jí)市為研究單元,基于化肥、農(nóng)藥和農(nóng)用薄膜輸入量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),采用重心模型和結(jié)構(gòu)均衡度等模型方法,系統(tǒng)分析江西省近30年來(lái)農(nóng)田投入品輸入量和輸入強(qiáng)度的時(shí)空演變規(guī)律,并著重探討種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對(duì)江西省農(nóng)田投入品輸入的影響,以期為江西省農(nóng)業(yè)面源污染防治、種植業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和各地區(qū)的協(xié)調(diào)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

江西省位于我國(guó)東南部,長(zhǎng)江中下游南岸,處于北緯24°29′14″～30°04′41″、東經(jīng)113°34′36″～118°28′58″之間,總面積達(dá)16.69萬(wàn)km2,設(shè)有11個(gè)地級(jí)市(圖1)。江西省東西南三面環(huán)山,中部為盆地丘陵,北部為鄱陽(yáng)湖平原,屬亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū),年均氣溫為18.1 ℃,年均降水量為1 537 mm。江西省是我國(guó)重要的糧食生產(chǎn)基地之一,糧食作物面積總計(jì)達(dá)560萬(wàn)hm2(2020年)。1992—2020年,全省化肥輸入總量從9.41萬(wàn)t增加到10.88萬(wàn)t,農(nóng)藥輸入總量從0.34萬(wàn)t增加到0.53萬(wàn)t,農(nóng)用薄膜輸入總量從0.17萬(wàn)t增加到0.52萬(wàn)t[17]。

圖1 江西省行政區(qū)劃及主要水系圖

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)主要包括江西省及其11個(gè)地級(jí)市化肥輸入折純量,農(nóng)藥和農(nóng)用薄膜輸入量和主要種植結(jié)構(gòu)面積數(shù)據(jù)主要來(lái)源于1992—2020年《江西統(tǒng)計(jì)年鑒》。

2 研究方法

2.1 重心模型

重心可反映全省各市化肥、農(nóng)藥和農(nóng)用薄膜輸入強(qiáng)度的總體分布情況[18]?；诨?、農(nóng)藥和農(nóng)用薄膜輸入的分散情況,在具體研究中幾乎不可能測(cè)定研究區(qū)域內(nèi)所有化肥、農(nóng)藥和農(nóng)用薄膜輸入的實(shí)際位置。因此,假設(shè)江西省各市區(qū)域?yàn)?個(gè)均質(zhì)平面,各市級(jí)區(qū)域的輸入量或輸入強(qiáng)度重心集中于各市的幾何重心。重心坐標(biāo)計(jì)算公式[19]為

(1)

(2)

式(1)～(2)中,n為參與評(píng)價(jià)的樣本數(shù)量;(Xi,Yi)為第i個(gè)市的重心坐標(biāo);Gi為該單元屬性。

2.2 面源污染輸入結(jié)構(gòu)均衡度

面源污染輸入結(jié)構(gòu)均衡度(Ej)是基于信息熵函數(shù)構(gòu)建的用于反映面源污染輸入空間特征的量值[20],其值處于0～1之間。Ej可反映數(shù)據(jù)的離散程度,Ej越小表示指標(biāo)數(shù)據(jù)的離散程度越大[21],Ej計(jì)算公式為

(3)

(4)

式(3)～(4)中,Yij為i省j年面源污染物輸入強(qiáng)度;n為參與評(píng)價(jià)的樣本數(shù)量。

2.3 自然斷點(diǎn)法

自然段點(diǎn)法是將數(shù)據(jù)集中不連續(xù)的地方作為分級(jí)依據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)集合進(jìn)行分級(jí)的方法[16]。在使用GIS技術(shù)處理空間信息時(shí),一般采用自然斷點(diǎn)法對(duì)空間分布等級(jí)進(jìn)行劃分。分別基于化肥、農(nóng)藥和農(nóng)用薄膜輸入強(qiáng)度將面源污染劃分為低、較低、中等、較高和高5個(gè)等級(jí)[22](表1)。

表1 面源污染程度等級(jí)劃分

3 結(jié)果與分析

3.1 江西省農(nóng)田投入品輸入時(shí)序演變特征

3.1.1江西省農(nóng)田投入品輸入總量的時(shí)序分布特征

如圖2所示,1992—2020年間前期江西省化肥、農(nóng)藥和農(nóng)用薄膜輸入量均有波動(dòng),但整體上均呈現(xiàn)先增后減的變化趨勢(shì),增長(zhǎng)率分別為15.63%、52.84%和209.32%?；瘦斎肟偭孔兓首畲蟮臑槠监l(xiāng)市,增長(zhǎng)41.44%;宜春市化肥輸入總量變化率最小,降低1.15%。在2016年之前,各市化肥輸入總量呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì),其中,贛州、吉安和撫州持續(xù)增長(zhǎng)。各市化肥輸入總量增長(zhǎng)率總體呈下降趨勢(shì),景德鎮(zhèn)、萍鄉(xiāng)、九江、贛州、撫州和上饒近30年大多呈負(fù)增長(zhǎng);2000年前后,南昌、景德鎮(zhèn)、萍鄉(xiāng)、九江、宜春和上饒都呈明顯負(fù)增長(zhǎng);贛州增長(zhǎng)率在2018年突降,降至近30年最低值(-22.13%)。總體來(lái)看,江西省農(nóng)田化肥輸入量在2015年之后下降明顯,2020年比2015年下降24.5%。

圖2 江西省各市化肥、農(nóng)藥和農(nóng)用薄膜輸入總量

農(nóng)藥輸入總量變化率最大的為鷹潭市,增長(zhǎng)216.15%;農(nóng)藥輸入總量變化率最小的為南昌市,降低22.08%?？傮w來(lái)看,各市農(nóng)藥輸入總量呈現(xiàn)先增后減趨勢(shì),其中,南昌、景德鎮(zhèn)、萍鄉(xiāng)和新余農(nóng)藥輸入量在2008年前后大大增加,而近年來(lái)呈下降趨勢(shì);九江、撫州和上饒?jiān)?012年之前呈背斜式增加,之后呈下降趨勢(shì);贛州、吉安農(nóng)藥輸入量在2014年出現(xiàn)明顯的斷崖式減量。各市農(nóng)藥輸入總量增長(zhǎng)率總體而言呈下降趨勢(shì)。其中,南昌市增長(zhǎng)率在1998年迅速下降至負(fù)值,至次年又快速上升;景德鎮(zhèn)、吉安、撫州增長(zhǎng)率則在2004年增長(zhǎng)迅速;萍鄉(xiāng)、九江、新余、鷹潭、撫州和上饒?jiān)鲩L(zhǎng)率則在2008年前后上升顯著?？傮w來(lái)看,江西省農(nóng)藥輸入量與化肥輸入量類似,2020年比2015年明顯下降43.9%。

薄膜輸入總量變化率最大的為鷹潭市,增長(zhǎng)1 068.88%;薄膜輸入總量變化率最小的為萍鄉(xiāng)市,增加28.00%。總體來(lái)看,各市薄膜輸入總量呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì),其中,景德鎮(zhèn)薄膜輸入量在1996—2004年出現(xiàn)大幅度減量,呈現(xiàn)一個(gè)凹槽;新余、鷹潭、贛州、吉安、宜春和上饒呈階梯式增長(zhǎng),中間偶有高峰低谷:新余在2006年出現(xiàn)一個(gè)增長(zhǎng)高峰,2020年出現(xiàn)增長(zhǎng)次高峰;鷹潭在1995和2015年前后出現(xiàn)兩次增長(zhǎng)高峰;2014年贛州薄膜輸入量出現(xiàn)低谷,而吉安薄膜輸入量出現(xiàn)高峰,各市薄膜輸入總量增長(zhǎng)率總體而言呈上升趨勢(shì)。

3.1.2江西省農(nóng)田投入品輸入強(qiáng)度的時(shí)序分布特征

1992—2019年江西省化肥、農(nóng)藥和農(nóng)用薄膜輸入強(qiáng)度(輸入總量與農(nóng)作物播種面積之比)見(jiàn)圖3～5?？傮w來(lái)看,1992—2019年化肥輸入強(qiáng)度從402.67 kg·hm-2增長(zhǎng)到424.64 kg·hm-2,農(nóng)藥輸入強(qiáng)度從14.80 kg·hm-2增長(zhǎng)到23.04 kg·hm-2,農(nóng)用薄膜輸入強(qiáng)度從7.20 kg·hm-2增長(zhǎng)到19.11 kg·hm-2。江西省化肥和農(nóng)藥輸入強(qiáng)度均在2007年之前大體上呈增長(zhǎng)趨勢(shì),之后呈波動(dòng)下降趨勢(shì);而江西省農(nóng)用薄膜輸入強(qiáng)度在2005年達(dá)到小高峰后有所降低,但從2010年至近幾年整體上呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。

圖3 江西省各市化肥輸入強(qiáng)度

圖4 江西省各市農(nóng)藥輸入強(qiáng)度

圖5 江西省各市農(nóng)用薄膜輸入強(qiáng)度

總體來(lái)看,各市化肥輸入強(qiáng)度呈現(xiàn)先增后減趨勢(shì),其中,新余和鷹潭化肥輸入強(qiáng)度波動(dòng)較大,2006年之后輸入強(qiáng)度均明顯降低。各市農(nóng)藥輸入強(qiáng)度總體上呈先增后減趨勢(shì),2007年之前,江西省各市農(nóng)藥輸入強(qiáng)度呈波動(dòng)增加趨勢(shì),2004—2007年各市農(nóng)藥輸入強(qiáng)度明顯增加,2007年之后農(nóng)藥輸入強(qiáng)度波動(dòng)降低,而上饒、撫州降低程度不大,仍處于高輸入強(qiáng)度。江西省農(nóng)用薄膜輸入強(qiáng)度在2004—2005年有段小高峰,除撫州、南昌外,各市薄膜輸入強(qiáng)度總體而言呈上升趨勢(shì)。

3.2 江西省農(nóng)田投入品輸入強(qiáng)度的空間演變特征

3.2.1江西省農(nóng)田投入品輸入強(qiáng)度的空間分布特征

將1992年設(shè)為基期,采用等距法每9年抽取相應(yīng)年份,并將末年2019年也納入研究,最終選取1992、2001、2010和2019年農(nóng)田投入品輸入強(qiáng)度,運(yùn)用ArcGIS軟件制圖展示空間分布特征。

如圖6所示,近30年來(lái)江西省大部分城市化肥輸入強(qiáng)度呈先增后減的變化趨勢(shì),2001年江西省只有萍鄉(xiāng)屬于較高污染等級(jí),2001和2010年江西省化肥輸入強(qiáng)度的空間特征表現(xiàn)為沿鄱陽(yáng)湖流域、撫河流域和贛江流域呈規(guī)律性聚集趨勢(shì),2019年江西省絕大部分城市農(nóng)藥輸入強(qiáng)度降低或不變。具體來(lái)看,萍鄉(xiāng)、南昌一直保持著較高的化肥輸入強(qiáng)度。如圖7所示,1992和2001年江西省農(nóng)藥輸入強(qiáng)度空間分異不明顯,各市農(nóng)藥污染程度大多不高于中等水平;2010和2019年均呈現(xiàn)贛東北地區(qū)農(nóng)藥輸入強(qiáng)度高的態(tài)勢(shì),2010年江西省農(nóng)藥污染處在較高程度及以上的市高達(dá)8個(gè),其中,上饒、南昌、鷹潭、撫州、新余和萍鄉(xiāng)達(dá)到高農(nóng)藥污染程度,2019年全省除了景德鎮(zhèn)和宜春外,其余地市農(nóng)藥污染均得到明顯緩解。如圖8所示,總體來(lái)看,1992—2019年江西省各市農(nóng)用薄膜輸入強(qiáng)度總體呈逐漸增大的變化趨勢(shì),其中,贛東南地區(qū)薄膜污染尤其顯著,其余地區(qū)農(nóng)膜污染程度持續(xù)處于中等水平以下。具體來(lái)看,贛州市薄膜污染程度顯著增大,從1992年低污染等級(jí)上升至2019年的高污染等級(jí)。

圖6 江西省化肥輸入強(qiáng)度空間分布

圖7 江西省農(nóng)藥輸入強(qiáng)度空間分布

圖8 江西省農(nóng)用薄膜輸入強(qiáng)度空間分布

3.2.2江西省農(nóng)田投入品輸入強(qiáng)度的重心遷移

1992—2019年江西省農(nóng)田投入品輸入強(qiáng)度重心遷移圖見(jiàn)圖9。由圖9可知,1992—2019年化肥輸入強(qiáng)度重心落在28.02° N～28.09° N、115.61° E～115.72° E之間,均位于宜春境內(nèi)偏東南部;農(nóng)藥輸入強(qiáng)度重心在27.98° N～28.01° N、115.51° E～115.79° E之間,大部分位于宜春市東南部,少部分位于吉安市東北部;農(nóng)用薄膜輸入強(qiáng)度重心在27.33° N～29.06° N、113.54° E～116.27° E之間,大部分位于宜春市內(nèi),部分位于吉安市東北部。

圖9 面源污染輸入強(qiáng)度重心隨年份的遷移

具體來(lái)看,1992—2019年化肥輸入重心累計(jì)向西遷移0.11°,向南遷移0.07°,整體呈現(xiàn)由東北向西南遷移的態(tài)勢(shì),期間有19次向南移動(dòng),移動(dòng)頻次為67.86%,向西移動(dòng)13次,移動(dòng)頻次為46.43%,整體表現(xiàn)為一段明顯的波浪式曲折運(yùn)動(dòng);農(nóng)藥輸入強(qiáng)度重心累計(jì)向東遷移0.28°,向北遷移0.03°,整體呈現(xiàn)由西南向東北遷移的態(tài)勢(shì)。分階段來(lái)看,江西省農(nóng)藥輸入強(qiáng)度的重心遷移軌跡表現(xiàn)出明顯的南北走向波動(dòng),2000年之前總體向南遷移,之后重心基本向北遷移;農(nóng)用薄膜輸入強(qiáng)度重心累計(jì)向西遷移0.04°,向南遷移0.4°,整體呈現(xiàn)由東北向西南遷移的態(tài)勢(shì)。農(nóng)用薄膜輸入強(qiáng)度重心東西遷移不斷變化交替,表現(xiàn)出較明顯的波動(dòng)性特征,階段性明顯。1992—2008年,農(nóng)用薄膜輸入強(qiáng)度重心遷移比較迅速,范圍較大,但近年來(lái),重心遷移范圍和跨度明顯減小。

3.2.3江西省農(nóng)田投入品輸入強(qiáng)度的區(qū)域差異性變化趨勢(shì)

如圖10所示,1992—2019年江西省化肥輸入強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)均衡度一直處于較高狀態(tài),但在2004年,江西省化肥輸入強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)均衡度達(dá)到最低值(0.98),2015年之后,市域間施肥強(qiáng)度的差異呈現(xiàn)減小趨勢(shì)。1992—2019年江西省農(nóng)藥輸入強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)均衡度波動(dòng)比化肥輸入強(qiáng)度結(jié)構(gòu)均衡度大,整體呈現(xiàn)“W”型變化趨勢(shì)。2006年江西省農(nóng)藥輸入強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)均衡度達(dá)到最高值(0.99),表明這一年各市農(nóng)藥輸入強(qiáng)度的差異性最小;2014年達(dá)到最低值(0.95),表明市域間農(nóng)藥輸入強(qiáng)度差異性大。1992—2019年江西省農(nóng)用薄膜輸入強(qiáng)度結(jié)構(gòu)均衡度呈先增后減的變化趨勢(shì),整體來(lái)說(shuō)結(jié)構(gòu)均衡度跨度較大。1996年農(nóng)用薄膜輸入強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)均衡度急劇上升,比上一年上升0.05,之后薄膜輸入強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)均衡度一直處于波動(dòng)狀態(tài)。

圖10 面源污染輸入強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)均衡度

3.3 江西省農(nóng)田投入品輸入與種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的關(guān)系

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人們的消費(fèi)需求不斷升級(jí),種植業(yè)結(jié)構(gòu)也在隨之調(diào)整[23]。種植業(yè)結(jié)構(gòu)直接決定化肥、農(nóng)藥和農(nóng)用薄膜輸入量,是影響農(nóng)田面源污染的重要因素之一。江西省是全國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)之一,農(nóng)業(yè)種植主要分為糧食作物(包括谷物、豆類、薯類等)、經(jīng)濟(jì)作物(包括油料作物、棉花、麻類、甘蔗、煙葉、中藥材、蔬菜等)和水果(臍橙、柑橘等)3類[24]?；诮魇》N植特色,筆者將糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物和水果3者的種植面積之和作為總量,再分別研究3者種植面積占比變化。如圖11所示,江西省種植結(jié)構(gòu)以糧食作物為主體,經(jīng)濟(jì)作物占比次之,水果占比最低。1992—2020年江西省糧食作物種植面積持續(xù)處于高占比狀態(tài)且波動(dòng)不大,其占比均在60%以上;經(jīng)濟(jì)作物種植面積明顯縮減,從1992年的146.9萬(wàn)hm2減少到2020年的140.5萬(wàn)hm2,占比由29%減少到25%;水果種植面積明顯擴(kuò)張,從1992年的10.67萬(wàn)hm2增長(zhǎng)到2020年的42.78萬(wàn)hm2,增長(zhǎng)率為300.9%,占比由2.1%增長(zhǎng)至7.6%。

圖11 江西省種植業(yè)結(jié)構(gòu)面積占比

為驗(yàn)證江西省種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與農(nóng)田投入品輸入的關(guān)系,將不同種植類型面積分別與化肥、農(nóng)藥和農(nóng)用薄膜輸入量之間進(jìn)行線性回歸分析,結(jié)果見(jiàn)圖12。線性回歸分析結(jié)果表明糧食作物種植面積與化肥、農(nóng)藥和農(nóng)用薄膜輸入量呈正相關(guān),且相關(guān)系數(shù)r差異較小,依次為0.69、0.61和0.67;經(jīng)濟(jì)作物種植面積與化肥、農(nóng)藥和農(nóng)用薄膜輸入量呈負(fù)相關(guān),r依次為-0.40、-0.55和-0.53;果園面積與化肥、農(nóng)藥和農(nóng)用薄膜輸入量之間呈顯著正相關(guān),r依次為0.78、0.74和0.90,其中,農(nóng)用薄膜輸入量與果園面積之間的線性相關(guān)程度最高。

圖12 不同種植業(yè)面積與農(nóng)田投入品輸入總量的相關(guān)分析

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

通過(guò)對(duì)江西省農(nóng)田投入品輸入時(shí)空分布特征的分析可知,2014年江西省農(nóng)藥輸入總量出現(xiàn)暴跌,主要是因?yàn)樵撃杲魇￠_(kāi)展了農(nóng)藥減量提升行動(dòng),各市積極響應(yīng)該項(xiàng)工作。在農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展早期,農(nóng)戶追求經(jīng)濟(jì)效益,但又缺乏科學(xué)指導(dǎo),大量投入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素,從而忽視了農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的維護(hù)[9],農(nóng)戶在作物種植相對(duì)穩(wěn)定時(shí)也會(huì)持續(xù)加大化肥輸入量,以增加化肥輸入量替代勞動(dòng)力的投入[25]。自2015年《到2020年化肥施用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案》實(shí)施后,化肥、農(nóng)藥和農(nóng)用薄膜輸入量明顯得到控制,使得化學(xué)農(nóng)藥輸入量減少。1992—2020年江西省化肥、農(nóng)藥和農(nóng)用薄膜的輸入增長(zhǎng)率均呈波動(dòng)下降趨勢(shì),且2012年之后3者增長(zhǎng)率均呈減小趨勢(shì),近幾年增長(zhǎng)率甚至低至負(fù)值;這可能是由于生態(tài)文明建設(shè)不斷推進(jìn),國(guó)務(wù)院研究部署了農(nóng)業(yè)農(nóng)村面源綜合治理工作[26],且人們對(duì)綠色食品的需求增加,對(duì)食品安全更加關(guān)注。2001和2010年江西省化肥輸入強(qiáng)度的空間特征表現(xiàn)為沿鄱陽(yáng)湖流域、撫河流域和贛江流域呈規(guī)律性聚集的趨勢(shì),究其原因,鄱陽(yáng)湖流域和撫河流域是江西的水稻主產(chǎn)區(qū)[27],農(nóng)民會(huì)過(guò)量施肥以保證水稻等糧食作物產(chǎn)量。因此,九江、南昌和撫州化肥輸入強(qiáng)度普遍較高,而贛江流域所處的贛州市柑橘類水果種植業(yè)發(fā)達(dá),果農(nóng)為追求高產(chǎn)往往也會(huì)過(guò)量輸入化肥[28]。2019年江西省絕大部分地市農(nóng)藥輸入強(qiáng)度降低或不變,由此可見(jiàn)江西省對(duì)化肥輸入零增長(zhǎng)行動(dòng)的執(zhí)行效果已然顯現(xiàn)。具體來(lái)看,萍鄉(xiāng)、南昌一直保持著較高的化肥輸入強(qiáng)度;究其原因,萍鄉(xiāng)占地面積小,農(nóng)用地面積少造成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)壓力大,農(nóng)戶往往會(huì)通過(guò)提高生產(chǎn)要素的投入來(lái)增產(chǎn)和提高收入,而南昌作為江西省水稻主產(chǎn)區(qū)之一,化肥輸入量也普遍較高[27]。贛州農(nóng)用薄膜輸入強(qiáng)度由1992年的低污染等級(jí)升至2019年的高污染等級(jí),這是因?yàn)橼M州市耕地面積大,且臍橙等果園種植業(yè)蓬勃發(fā)展,對(duì)農(nóng)用薄膜的需求量逐漸增大。

通過(guò)對(duì)江西省農(nóng)田投入品輸入強(qiáng)度空間分布特征分析可知,與1992年相比,2019年江西省化肥輸入強(qiáng)度重心向西南方遷移。結(jié)合圖6發(fā)現(xiàn),2019年吉安市、贛州市化肥輸入強(qiáng)度等級(jí)增大,景德鎮(zhèn)市化肥輸入強(qiáng)度等級(jí)減小,導(dǎo)致化肥輸入強(qiáng)度重心向西南方遷移,該重心遷移趨勢(shì)反映出,在深入推進(jìn)化肥減量增效的背景下,西南方向化肥輸入強(qiáng)度呈現(xiàn)明顯高于其他區(qū)域的增長(zhǎng)趨勢(shì)。江西省農(nóng)藥輸入強(qiáng)度重心向東北方向遷移,結(jié)合圖7發(fā)現(xiàn),2019年上饒市、景德鎮(zhèn)市和鷹潭市農(nóng)藥輸入強(qiáng)度等級(jí)增大,導(dǎo)致農(nóng)藥輸入強(qiáng)度重心向東北方向遷移。江西省農(nóng)用薄膜輸入強(qiáng)度重心向西南方向遷移,結(jié)合圖8發(fā)現(xiàn),2019年萍鄉(xiāng)市、吉安市和贛州市農(nóng)用薄膜輸入強(qiáng)度等級(jí)增大,導(dǎo)致農(nóng)用薄膜輸入強(qiáng)度重心向西南方向遷移。2009年,江西省開(kāi)始探索北粳南引,方克明等[29]于2016年在景德鎮(zhèn)市開(kāi)展了“秈改粳”晚稻產(chǎn)勢(shì)與化肥減量增效施用方法試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明秈稻改粳稻很好地實(shí)現(xiàn)了化肥減量。柳開(kāi)樓等[30]在有關(guān)江西省不同地市化肥用量分析及化肥用量對(duì)農(nóng)業(yè)產(chǎn)值貢獻(xiàn)的研究中發(fā)現(xiàn),贛州由于臍橙、油茶等作物種植面積較大,且為了提高種植效益,使得贛州市化肥輸入量長(zhǎng)期以來(lái)居高不下。因此,2019年景德鎮(zhèn)市化肥輸入強(qiáng)度等級(jí)減小而贛州市化肥輸入強(qiáng)度等級(jí)增大進(jìn)而導(dǎo)致江西省化肥輸入強(qiáng)度重心向西南方向遷移。近30年來(lái),江西省市域間化肥輸入強(qiáng)度的差異性變化并不明顯,但2004年九江市化肥輸入強(qiáng)度驟減,南昌市、新余市化肥輸入強(qiáng)度加大,導(dǎo)致江西省化肥輸入強(qiáng)度差異性增大。2015年后,化肥“零增長(zhǎng)”行動(dòng)使得江西省各市施肥強(qiáng)度往更加均衡的方向發(fā)展,因此,市域間施肥強(qiáng)度的差異呈現(xiàn)減小趨勢(shì)。2014年南昌市、贛州市和吉安市農(nóng)藥輸入強(qiáng)度大幅度下降,使得該年江西省市域間農(nóng)藥輸入強(qiáng)度差異性明顯,呈現(xiàn)個(gè)性化特征。1997年市域間農(nóng)用薄膜輸入強(qiáng)度的差異性急劇增大,可能是由于南昌市農(nóng)用薄膜輸入強(qiáng)度驟增,而萍鄉(xiāng)市農(nóng)用薄膜輸入強(qiáng)度驟減,同時(shí)這可能也與各市種植結(jié)構(gòu)存在差異有關(guān),再加上市域間發(fā)展也存在不均衡問(wèn)題,使得江西省各市農(nóng)用薄膜輸入強(qiáng)度差異明顯[30]。

近30年來(lái),江西省糧食作物種植持續(xù)處于高占比狀態(tài)且波動(dòng)不大,其占比均在60%以上,相對(duì)比較穩(wěn)定,而經(jīng)濟(jì)作物種植面積明顯縮減,但是水果種植面積呈現(xiàn)明顯擴(kuò)張態(tài)勢(shì),占比由1992年的2.1%增長(zhǎng)為2020年的7.6%。這可能是由于江西省贛南臍橙、南豐蜜桔等特色柑橘產(chǎn)業(yè)和其他特色水果享譽(yù)全國(guó)且經(jīng)濟(jì)效益高,刺激了種植戶的種植意愿。由此可見(jiàn),江西省種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整表現(xiàn)為在保證糧食安全生產(chǎn)的前提下對(duì)經(jīng)濟(jì)作物和果園種植結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化[25]。糧食作物種植面積與3種農(nóng)田投入品輸入量的相關(guān)系數(shù)均在0.6以上,說(shuō)明糧食作物面積對(duì)江西省農(nóng)田投入品輸入量有積極影響,糧食作物面積越大,3種農(nóng)田投入品的輸入量就越高。經(jīng)濟(jì)作物種植面積與化肥、農(nóng)藥、農(nóng)用薄膜輸入量的相關(guān)系數(shù)均為負(fù)值,分別為-0.40、-0.55和-0.53。相比于化肥和農(nóng)藥輸入量,農(nóng)用薄膜輸入量與果園種植面積擴(kuò)張呈現(xiàn)更強(qiáng)的正相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.90,表明江西省農(nóng)用薄膜輸入量增加與果業(yè)種植面積擴(kuò)張關(guān)系密切。江西省糧食作物結(jié)構(gòu)調(diào)整、高用藥農(nóng)作物對(duì)低用藥農(nóng)作物的種植替代,是化肥、農(nóng)藥輸入量增長(zhǎng)的重要影響因素[31-32]。此外,隨著江西省種植業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整,農(nóng)田面源污染防治工作要著重關(guān)注果園的農(nóng)田投入品輸入,尤其是農(nóng)用薄膜的輸入。不少地區(qū)果園采用地膜覆蓋技術(shù)來(lái)減少水土流失,提高果園生產(chǎn)力。農(nóng)用地膜等塑料制品的輸入是土壤中微塑料的重要來(lái)源,微塑料在土壤中累積會(huì)破壞良好生態(tài)環(huán)境,降低土壤微生物群落多樣性[33-34]。因此,江西省要嚴(yán)格控制薄膜輸入量并加大其回收利用力度,研發(fā)和推廣可降解農(nóng)膜,嚴(yán)格執(zhí)行塑料農(nóng)膜標(biāo)準(zhǔn),健全農(nóng)膜回收利用機(jī)制。

4.2 結(jié)論

基于ArcGIS、重心模型和結(jié)構(gòu)均衡度等技術(shù)手段,對(duì)比分析了近30年江西省農(nóng)田投入品輸入的時(shí)空分布特征與區(qū)域差異,并著重探究了種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對(duì)農(nóng)田投入品輸入的影響,得出以下結(jié)論:

(1)近30年來(lái),江西省化肥、農(nóng)藥和農(nóng)用薄膜輸入量整體呈現(xiàn)先增后減的變化趨勢(shì)。自2015年實(shí)施了一系列農(nóng)藥化肥減量增效政策之后,江西省農(nóng)田化肥和農(nóng)藥輸入量明顯降低。與2015年相比,2020年化肥和農(nóng)藥輸入量分別下降24.5%和43.9%,但是近年來(lái)農(nóng)用薄膜輸入量的減緩趨勢(shì)并不明顯。

(2)江西省化肥輸入強(qiáng)度在空間上的特征表現(xiàn)為沿鄱陽(yáng)湖流域、撫河流域和贛江流域呈聚集性分布;農(nóng)藥輸入強(qiáng)度的空間分布呈現(xiàn)贛東北地區(qū)普遍較高的態(tài)勢(shì);而農(nóng)用薄膜的輸入強(qiáng)度普遍增大,其中贛東南地區(qū)農(nóng)用薄膜污染形勢(shì)較為嚴(yán)峻。自2015年以來(lái),江西省化肥、農(nóng)藥輸入強(qiáng)度的區(qū)域性差異減小,而農(nóng)用薄膜輸入強(qiáng)度呈現(xiàn)強(qiáng)烈的個(gè)性化特征。

(3)江西省種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整表現(xiàn)為在保障糧食作物播種面積的基礎(chǔ)上,果園種植面積占比不斷增大。糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物種植面積對(duì)農(nóng)田投入品輸入量分別具有一定的正向和負(fù)向影響。與化肥和農(nóng)藥輸入量相比,果園種植面積擴(kuò)張與農(nóng)用薄膜輸入量呈現(xiàn)更強(qiáng)的正相關(guān)性,表明江西省果園種植面積擴(kuò)張與農(nóng)用薄膜輸入量增加關(guān)系密切。