孟祥海， 沈贵银

(1.江苏农业科学院农业经济与发展研究所，江苏南京 210014； 2.淮阴师范学院经济与管理学院，江苏淮安 223001)

江淮生态经济区是江苏省“1+3”重点功能区战略的重要组成部分，重在打造区域生态竞争力，涉及到淮安、宿迁、扬州、泰州和盐城5市，具体包括淮安、宿迁2个设区市全域以及里下河地区的高邮、宝应、兴化、建湖、阜宁等县(市)，区域面积2.69万km2，约占全省面积的25%，是全省水网最密集和农业最发达的地区，2015年该区域粮食、肉类产量分别为 1 348.29万、105.21万t，占全省的38%、28%；农作物播种面积，化肥施用量分别为229.76万hm2、79.71万t，占全省的30%、25%[1]。近年来江淮生态经济区农业面源污染形势愈发严峻，中国科学院南京地理与湖泊研究所于2011年12月发布的《中国五大淡水湖泊保护与发展报告》指出，洪泽湖每年入湖污染物的总量已经大大超过了湖泊自净的能力，且对洪泽湖周边产业调查发现，湖区万元产值污染水平以畜禽养殖业的排污水平最高。江苏省环境科学院研究院监测发现，高邮湖农业面源污染占总污染负荷的50%以上，其中总氮、总磷污染负荷最大，比重分别为68.5%、72.3%[2]。氮磷是农业生产中最重要的养分基础，也是日益明显的环境污染因素。农田氮磷平衡分析可以确定农田生产系统内的氮磷盈余量，以此对农田养分投入进行管理，是农田养分管理的重要方法。畜禽粪便含有丰富的养分资源，是农田氮磷养分的重要来源，粪肥还田用于作物生产是其最合适的去向。但特定区域内畜禽养殖数量规模及其排放的粪肥超过农作物生长需要和土壤自净能力时，养分盈余问题就会显现，造成农业面源污染[3]。2014年以来，中央政府密集出台了《畜禽规模养殖污染防治条例》等一系列养殖环保政策法规，各地纷纷重新划定禁养区，加大了环保执法力度，畜禽规模养殖正面临巨大的环保压力，同时新政策更加突出畜禽粪便的资源化利用，以种养结合、循环利用为主体，解决粪便还田利用瓶颈问题，已成为当前治理畜禽养殖污染的主要路径。然而随着我国畜禽养殖业规模化比例的迅速提高，养殖规模化和农田超碎化的现实矛盾日益尖锐，传统的畜禽粪便进入种植业实现资源化利用的通道被阻断，种养结合阻力重重，化肥替代粪肥成为农作物肥料供应的主导，我国迅速成为全球化肥用量最大、强度最高的国家，畜禽粪便随意排放和农田化肥超量投入已成为我国农业面源污染的主要原因。在国家、省域尺度上，我国种养总量失衡与省域间结构差异并存，2009年，我国单位耕地面积的畜禽氮污染平均负荷已达 138.13 kg/hm2，其中四川等6省(市)高达202.98 kg/hm2以上，远远超出欧盟农业政策规定的粪肥年施氮量170 kg/hm2的警戒线，其他大部分省区已接近这个规定值[4]；2010年，我国畜禽养殖环境总容量为129.56亿头猪当量，实际养殖总量约占环境容量的1/4，但考虑化肥的使用，约有20个省超过本省50%环境容量[5]。在县域尺度上，阎波杰等基于利用空间自相关分析方法对安徽省县域耕地畜禽养殖废弃物氮负荷量的空间格局和空间演变进行研究，发现2004—2012年期间，安徽省各县(市)耕地畜禽养殖废弃物氮负荷具有显著的空间正相关性和潜在的空间依赖性，耕地畜禽养殖废弃物氮负荷一直处在相对集聚的发展阶段，同时耕地畜禽养殖废弃物氮负荷热点区域主要分布在安徽省北部和东南部[6]。在农场或园区尺度上，马永喜等研究认为种养结合园区能够较好地实现养殖废弃物循环利用和系统能量投入产出平衡，而合理的经济激励政策、科学的养分管理措施、足够的农田消纳面积和适当的养殖密度是实现种养结合良性循环的关键[7-9]。欧美等发达国家畜禽养殖业规模化发展较早，他们大多采取集约化、农场化的种养结合模式，养殖场通过配套足够的土地或与周边种植业农场合作来消纳畜禽粪便，并根据土地面积严格控制养殖规模[10]，这种农场间的种养合作被认为是经济和效率优化的结果，可以实现畜禽养殖和农作物生产的畜禽粪便交易成本最小化和肥料利用效率最大化[11]。

淮安是农业大市，也是江淮生态经济区的主要板块，2015年全市粮食、肉类产量分别为467.22万、31.11万t，占江淮生态经济区的35%、30%；农作物播种面积、化肥施用量分别为795.68万hm2、40.47万t，占全省的35%、51%[1]，全市拥有淮阴区、淮安区和涟水县3个国家生猪调出大县(区)，总数居全省第2，全市生猪50头以上规模养殖比重已达到85%，200头以上比重在55%以上；家禽规模比重超过90%；奶牛规模比重近100%。农田化肥过量施用和畜禽养殖规模化的发展，带来严峻的农村面源污染问题，对洪泽湖、白马湖等水域环境造成威胁。本研究基于土壤表观养分平衡理论，分析2000—2015年16年间淮安市农田氮磷养分平衡状况，并运用环境库兹涅兹曲线(EKC)理论，考察淮安市农田土壤种养结合进程与经济增长之间的关系，以期为淮安市调整农业生产结构、控制养分盈余损失和推动畜禽养殖业绿色发展提供参考。

1 研究方法与数据来源

1.1 区域农田氮磷平衡估算

1.1.1 数据来源 畜禽养殖存出栏数据主要来源于2001—2016年的《淮安统计年鉴》《江苏农村统计年鉴》。参照已有研究和畜禽养殖生产实践，生猪的饲养周期一般为199 d，以年出栏量作为当年饲养总量；牛按用途分为肉牛、役用牛和奶牛，肉牛一般1年内出栏，役用牛和奶牛饲养周期一般大于1年，因此肉牛采用年出栏量作为当年饲养总量，役用牛和奶牛采用年末存栏量作为当年饲养总量；羊、马、驴和骡的饲养周期一般大于1年，因此采用年末存栏量作为当年的饲养总量；家禽的饲养周期一般小于1年，因此采用年出栏量作为当年的饲养总量[12-13]。

1.1.2 研究方法 农田生产系统的氮磷平衡状况是决定土壤肥力、农作物产量和农业环境影响的重要因素，系统氮磷缺损会降低土壤肥力，造成作物减产；系统氮磷盈余会增加土壤氮磷的流失风险，威胁地表水和地下水环境[14]。鉴于农田氮磷流失具有面源污染特征，且具有典型的监测困难和随机性强特点，运用土壤表观养分平衡理论，核算农田生产系统氮磷等养分盈余或缺损状况，是分析农业环境影响的重要方法。土壤表观养分平衡理论的核心是农田系统养分守恒，在农田系统中化肥和畜禽粪便是养分输入的主要来源，作物移走和养分损失则是养分输出的主要途径，良性的农田系统养分输入量与输出量应相等，即化肥养分输入量+畜禽粪便养分输入量=农作物移走养分量(假定农作物秸秆全部还田)[15]。为评估特定区域畜禽养殖污染水平，假定畜禽粪便不跨区域流动。计算公式如下：

M=F/S；f=YN/P/(YM+YN/P)；

式中：M表示区域农田土壤氮(磷)盈余强度；F表示农田土壤氮(磷)盈余量；S表示农作物播种面积；f表示化肥氮(磷)投入占农田氮(磷)投入比重；YM表示畜禽粪便含氮(磷)量；YN/P表示化肥中氮(磷)折纯量；i表示畜禽类别；Qi表示第i种畜禽的存栏或出栏量；ri表示i类畜禽的粪便排泄系数；pi表示第i种畜禽的粪便的氮(磷)含量(表1)；j表示农作物类别；Cj表示j类农作物年产量；θj表示j类农作物100 kg产量所需氮(磷)量(表2)；YC表示农作物移走的氮(磷)量。采用M估算区域农田土壤氮(磷)平衡状况，M值越大，区域农田土壤氮(磷)盈余强度越高；采用f值估算区域种养结合实现程度，f值越小则化肥投入对农田土壤氮(磷)盈余贡献越小，区域种养结合实现程度越高。

表1 单位饲养周期畜禽粪便排泄系数及氮磷含量

注：序号1～6数据参考文献[13]，7～8数据参考文献[16]。

1.2 EKC分析模型构建

表2 农作物氮磷含量

注：数据参考文献[17]。

2 实证研究结果分析

2.1 淮安市农田氮磷平衡状况

从图1、图2可以看出，2000—2015年16年间淮安市氮磷盈余总量及盈余强度变化呈现“下降—上升—下降—上升”的“W”形波动状态，且各年度农田氮磷盈余总量及强度都大于0，2003年淮安市农田氮磷盈余总量和盈余强度均达到峰值，氮、磷盈余总量分别为11.49万、2.85万t，氮、磷盈余强度分别为 162.15、40.28 kg/hm2。2015年淮安市农田氮、磷盈余总量分别为9.86万、1.57万t，农田氮磷仍未达到平衡状态，农田氮、磷盈余强度分别为122.44、19.50 kg/hm2，相对于2000年，淮安市农田氮盈余量有所增加s，磷盈余量有所下降，农田氮磷盈余强度均有所下降。

从农田氮磷的投入结构(图3)来看，化肥是淮安市农田氮、磷投入的主要来源。2000—2015年16年间，淮安市化肥氮、磷投入占农田氮、磷总投入量的比重总体呈现上升趋势。2007年化肥氮、磷占比达到峰值，分别为86.6%、73.7%，之后虽有所下降，但2014、2015年该比重有所上升。2015年化肥氮、磷投入占农田氮、磷总投入量的比重分别为84.3%、69.3%，高于2000年(农田氮、磷投入比重分别为78.1%、64.4%)。化肥的过量投入是造成淮安市农田氮磷盈余的主要驱动因素，发展种养结合，促进畜禽粪肥还田、减少化肥投入尤为迫切。

2.2 淮安市种养结合进程与经济增长关系实证检验

2.2.1 基于化肥氮占比的种养结合进程与经济增长关系的EKC检验 经检验，回归方程为lnfNt=-4.399 0+0.829 3lnGDPt-0.040 6(lnGDPt)2，呈倒“U”形曲线特征，由表3可知，该曲线拟合优度(R2)为0.770 0，调整后的拟合优度(AdjustedR2)为0.734 6，F值为21.762 9，P值为0.000 1，说明回归方程整体显著，由t检验结果可知，自变量lnGDP和(lnGDP)2对因变量lnfNt影响显著，并通过了Durbin-Watso(DW)检验。据此可知，2000—2015年16年间，淮安市农田化肥氮占比与经济增长之间存在EKC关系，随着淮安市人均GDP的增长，化肥氮投入占农田氮总投入的比重呈现先上升后下降的倒“U”形曲线变化趋势，拐点为lnGDP=10.213 0(人均GDP为27 255.02元)，而按2000年不变价格计算，2015年淮安市人均GDP为15 398.18元，还未达到曲线拐点，说明随着经济增长，淮安市农田化肥氮投入占农田氮总投入的比重仍将持续上升，种养结合实现程度亟待改善。

表3 基于化肥氮投入占比的淮安市种养结合进程EKC曲线模拟结果

2.2.2 基于化肥磷占比的种养结合进程与经济增长关系的EKC检验 经检验，回归方程为lnfPt=-6.668 2+1.262 7lnGDPt-0.063 0(lnGDPt)2，呈倒“U”形曲线特征，由表4可知，该曲线拟合优度R2为0.631 4，调整后的拟合优度AdjustedR2为0.574 7，F值为11.133 8，P值为0.001 5，说明回归方程整体显著，由t检验结果可知，自变量lnGDP和(lnGDP)2对因变量lnfPt影响显著，并通过了DW检验。据此可知，2000—2015年16年间，淮安市农田化肥磷占比与经济增长之间存在EKC关系，随着淮安市人均GDP的增长，化肥磷投入占农田磷总投入的比重呈现先上升后下降的倒“U”形曲线变化趋势，拐点为lnGDP=10.021 4(人均GDP为22 502.91元)，而按2000年不变价格计算，2015年淮安市人均GDP为15 398.18元，还未跨过曲线拐点，说明随着经济增长，淮安市农田化肥磷投入占比仍呈现上升趋势，种养结合实现程度亟待改善。

表4 基于化肥磷投入占比的淮安市种养结合进程EKC曲线模拟结果

3 结论与对策

本研究运用土壤表观养分平衡理论，分析了江淮生态经济区主要板块淮安市2000—2015年16年间农田氮磷养分平衡状况，并基于环境库兹涅兹曲线理论，验证了淮安市种养结合进程与经济增长之间的关系。研究得出，2000—2015年16年间淮安市农田普遍存在氮磷盈余，且氮、磷盈余总量和盈余强度呈现“W”形波动状态；16年间，全市农田氮盈余量有所增加，磷盈余总量和氮磷盈余强度有所下降，农田化肥氮磷投入占农田氮磷总投入量的比重总体呈现上升趋势，化肥的过量投入是造成农田氮磷盈余的主要驱动因素。基于环境库茨涅兹曲线理论检验结果表明，淮安市农田化肥氮磷投入占农田氮磷总投入的比重随着人均GDP的增长呈现倒“U”形曲线变化形势，农田化肥氮磷投入比重仍处于曲线上升阶段，自发达到下降拐点还需较长时间，政府应强化种养结合政策干预，加大对农业面源污染的治理力度。为此，提出如下政策建议。

3.1 统筹规划，强化治理

一方面，依据各区(县)土地承载能力、环境容量和消费需求，根据农业种植对畜禽粪便的消纳能力，规划各区(县)畜禽养殖规模，实现畜禽粪便排放与农业种植需肥在时间、空间上的匹配，促进养殖业合理布局；另一方面，严格养殖环境准入制度、加大养殖环境执法力度、增强养殖环境监管能力、强化养殖污染全过程管理，加强和规范畜禽养殖场(小区)、养殖户的污染防治工作。

3.2 分类防治，差别管理

一方面，科学测算农田氮磷承载力，实现畜禽粪肥还田利用的科学化，要求规模化畜禽养殖场制定畜禽粪便养分管理计划，按照粪便养分管理计划进行肥料化农田利用；另一方面，对小规模畜禽养殖场、养殖小区和养殖散户采取多元化的集中治理模式，探索建立农村乡镇畜禽养殖废弃物收运系统，鼓励个体经营者参与资源回收产业链条，对周边分散中小型养殖场的畜禽粪便集中处理，通过生产商品有机肥提供给种植基地，实现对小、散、少畜禽养殖废弃物的综合回收利用。

3.3 培育社会化服务组织，探索养殖污染治理与资源化利用的第3方运营模式

采用政府购买或扶持养殖场购买的方式，围绕畜禽粪便的收集、储存、运输、加工处理、综合利用等环节，基于市场机制培育专业性的社会化服务组织，解决单个养殖场治污投入难以承受、日常维护难、“三沼”等治污产品难以产业化的问题，推动畜禽养殖污染治理与资源化利用的全产业链运营。同时，密切跟踪国内外第3方运营治理模式，加强相关制度政策前瞻性研究。

3.4 优化养殖污染防治财政投入，推动畜禽养殖绿色发展

整合中央财政农村环境连片整治、污染物总量减排、规模化养殖场标准化改扩建、大中型沼气工程等财政扶持资金，设立畜禽养殖污染治理专项资金，并采取贷款贴息等方式支持养殖场建设治污设施，降低养殖场治污投入成本，提高养殖者开展污染防治的积极性。完善财税、信贷等经济激励政策，扶持养殖场建设沼气发酵工程、生物垫床、有机肥生产线等设施，开展畜禽粪便的资源化利用研究。注重对畜禽粪便综合利用的终端产品予以补贴，继续实施对使用畜禽养殖粪便和废水生产有机肥企业的政府补贴，适度提高畜禽粪便收集、运输成本和有机肥销售价格补贴水平，加大对畜禽养殖废水资源化利用等新型实用技术研发与产业化的补贴力度，提高有机肥生产企业市场竞争力。