气候变化对我国苹果主产区化肥利用效率的影响*
时间：2022-12-02 13:35:03 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
白秀广，张波
（西北农林科技大学经济管理学院，陕西杨凌 712100）
化肥作为农业生产的重要投入要素之一，对世界粮食增产的贡献率为40%～65%[1]，1978—2006年间对我国粮食增产的贡献率达到了56.81%[2]。自20 世纪80 年代以来，我国农业化肥施用量逐年上升，目前每公顷化肥施用量接近世界平均水平的4倍，更是国际公认化肥施用安全上限的2倍[3]。不断增长的化肥施用也带来了土壤营养失衡、酸化及农业面源污染等问题，威胁到我国农业的可持续发展[4-6]。我国提出的实现化肥零增长及负增长计划的核心是提高化肥利用效率，已有研究指出我国化肥利用效率仅为30%左右，远低于国外的60%左右[3]。因此，找出低效率的原因，在维持作物产量的同时提高化肥利用效率、减少化肥使用量是亟待解决的问题。
另外，气候变化导致的干旱和洪涝等灾害的极端天气发生频率近年有所增加，在影响农业产出的同时也会对化肥等生产要素投入数量和效果产生影响[7-8]。一方面，气温升高和降水增加会导致土壤矿物质的挥发或流失[7]，进而需要更多的化肥投入以满足农作物生长所需的土壤肥力。另一方面，气候变化不仅影响到作物生长、发育和产量，同时气温变化也会影响土壤生物物理和化学变化过程，进而对化肥的肥效产生影响[9]。最后，农户为应对气候变化以减少损失，会增加化肥的施用量[6]，可能导致化肥利用效率降低。因此，研究气候变化对农业化肥利用效率的影响并采取相应的措施，对提高化肥利用效率、减少农业面源污染、实现化肥负增长及可持续发展的目标具有重要的意义。
目前，国内外学者主要从农户特征、家庭特征、社会经济特征等方面分析其对化肥利用效率的影响，指出受教育程度[3,10-11]、农户收入[10,12]、劳动力结构[13]、种植规模[11,14-16]等农户和家庭特征，以及灌溉率[16-18]、化肥价格[3,15,18]、农业价格补贴[14,16]等社会经济特征均会影响化肥利用效率。而有关气候变化对化肥利用效率的影响研究还很少，且集中在自然科学领域，Smith 等指出气温升高会加快化肥的分解与挥发，从而降低化肥利用效率[19]；
Kokou 等利用CROPGRO 模型模拟了不同气候变化情景对氮肥利用效率的影响，指出气温升高与降水变化有利于氮肥利用效率的提高[20]。Zheng 等通过仿真指出未来气候变化对磷肥利用效率有微弱的促进作用，但降水的增多将使磷肥的流失增大，从而对磷肥利用效率有负向影响[21]。王修兰等发现气候变暖对土壤肥料施用量和肥效有重要影响，在450～1 125 kg/hm2施肥水平下，每增温1 ℃氮肥释放量平均增加4%，释放周期缩短3.6 d，且施肥量越大，释放量和速度越快，肥效损失越大[9]。曹丹和汪张懿通过室内培养试验，研究了不同温度、水分条件对化肥利用效率的影响[22]。社会科学领域，针对气候变化对化肥的影响，Tang等[6]指出，农户为应对气候变化，会加大化肥施用强度；
Bai等[23]分析了气候因素对苹果化肥利用效率的影响，指出降水和日照时数的增加不利于化肥利用效率的提高，而气候变化对化肥利用效率的影响分析目前还未涉及。
本文以我国环渤海湾和黄土高原两大苹果主产区为例，在测算与分析苹果生产化肥利用效率的基础上，实证分析气候变化对苹果生产化肥利用效率的影响，为更好地应对气候变化及实现化肥减施增效提供理论依据和政策参考。
1.1 研究方法
1.1.1 基于DEA 的化肥利用效率测算模型
DEA 相比SFA 模型具有不依赖于具体函数形式的优势，故本文选取DEA 模型来测算化肥利用效率。根据化肥利用效率的定义[23]，即在保持产出和其他投入不变时，最小化肥投入量与实际投入量之比，可通过下列公式来求解。
其中，θH表示化肥利用效率，XH与XND分别代表化肥和其他投入要素的集合，λ为参数向量。本文采用克服了“技术倒退”和“不可比性”问题的全局DEA 模型来测算化肥利用效率[18]。
借鉴已有文献[3,16,18]及结合苹果的生产特征，本文将苹果平均每667 m2产量作为产出，选取苹果平均每667 m2化肥投入量、农药费用、物质与服务费用和用工量作为投入变量来测算苹果生产的化肥利用效率。
1.2.2 气候变化对化肥利用效率的影响模型
气候变化对化肥利用效率的影响模型如（2）式所示。
表示第i 个地区在t 年份的化肥利用效率，Cit表示气温、降水等气候变化核心解释变量，Xit为控制变量，表示其他影响化肥利用效率的因素，ui为个体效应，扰动项εit～N（0，σ2ε）。由于化肥利用效率处于［0,1］，具有明显的截断性特征，故本文采用Tobit 随机效应面板模型进行分析。
参考相关文献[18,23]，Xit选取技术进步和配方施肥，区域变量及化肥价格、农家肥占比和产业结构，及农村人均纯收入、受教育程度和种植规模等作为控制变量。
1.2 数据来源与说明
本文苹果生产的投入产出数据来源于《全国农产品成本收益资料汇编》（1993—2017），个别缺失值用插值法处理。农药、物质与服务费分别采用农业生产资料价格指数和农村居民消费价格指数进行平滑。影响因素中相关控制变量的数据来源于《全国农产品成本收益资料汇编》（1993—2017），《中国统计年鉴》（1993—2017）和《中国农村统计年鉴》（1993—2017）。
另外，气象数据来源于国家气象信息中心中国地面气候资料月值数据集。将苹果生长周期分为4个阶段，即休眠期、开花期、果实膨大期和果实成熟期，选取各生长阶段的月平均气温、累计降水总量及累计日照时长总量作为气候因素指标[24]。借鉴崔静等的做法[25]，选取各指标与1988—1992 年平均值的差值作为气候变化指标。
2.1 苹果生产的化肥利用效率分析
运用DEA-SOLVER Pro 5.0 对我国苹果主产省的化肥利用效率进行测算，结果如图1 所示。黄土高原区和环渤海湾区两大主产区1992—2016 年苹果生产的化肥利用效率不高，平均仅为0.553，表明化肥利用效率有较大的提升空间。从趋势看，两大主产区苹果化肥利用效率在1992—2003 年间呈波动上升的趋势，而2004 年后呈波动下降的趋势，且自2004 年后黄土高原区化肥利用效率逐渐超过环渤海湾区，主要原因是环渤海湾区的化肥利用效率持续下滑，而黄土高原区的化肥利用效率在波动中趋于稳定。
图1 我国苹果主产省及两大产区化肥利用效率
分省份来看（图1），研究期间山西省的平均化肥利用效率最高，达到了0.858，而山东省的最低，仅有0.311，几乎是山西省的1/3，这可能与山东省的化肥施用强度较大有关，山东省化肥施用强度最高，每667 m289.112 kg，是山西省的2 倍（每667 m243.976 kg）。另外，黄土高原区陕西省和山西省的化肥利用效率呈现出波动递增的态势；
而河南省和甘肃省则呈现出“先升后降”的整体特征。环渤海湾区3 个省份的化肥利用效率表现出不同的趋势特征，辽宁省化肥利用效率呈现“W”形的变化特征；
山东省化肥利用效率一直在较低的水平波动，且近几年呈现明显的下降态势；
而河北省呈现“N”形波动，且最近几年逐渐成为环渤海湾区化肥利用效率最高的省份，但仍与陕西、山西等黄土高原省份存在明显的差距，这也是环渤海湾区与黄土高原区化肥利用效率差距越来越大的原因。
2.2 气候变化对苹果化肥利用效率的影响分析
利用Stata12.0估计的气候变化对苹果化肥利用效率影响的回归结果如表1 所示。从表1 可知，苹果不同生长期的日照时数及其变化对化肥利用效率的影响具有差异性。果实膨大期日照时数变化对苹果生产化肥利用效率的影响在10%水平下显著为正，表明苹果膨大期日照变化会促进化肥利用效率的提升，这可能与苹果膨大期对日照时数较为敏感有关。果实膨大期是光合作用积累最旺盛的时期，较长的日照时数有利于光合积累，也利于苹果糖分增加[24]，因此，苹果膨大期日照变化有利于苹果有机质的积累，且苹果膨大期对营养需求比较大，进而会加快吸收土壤的营养，提高化肥的利用效率。然而，其他生长期的日照时数及其变化对化肥利用效率的影响则不显著。另外，降水及其变化对化肥利用效率的影响也不显著。
苹果生长期气温及其变化对主产区苹果生产的化肥利用效率具有显著影响，但不同苹果生长期的气温及其变化对化肥利用效率的影响不同。休眠期平均气温升高不利于苹果化肥利用效率的提升，这与冬季温度升高易使病虫害越冬，且不利于果树有足够的休眠时间来积累有机质有关。休眠期气温过高，果树会提前开花，进而影响果树的生理状态，不利于苹果的生产；
另外，休眠期苹果树对营养需求较少，但果农每年都会在休眠前施用基肥，而气温升高更易加速化肥有效成分的流失，从而降低化肥利用效率。开花期的平均气温对苹果化肥利用效率的影响为正，且黄土高原区在5%的水平下显著，但对环渤海湾区的影响不显著，可能因为黄土高原区海拔较高，其气温相对较低，气温适当升高有利于促进化肥效力的释放[9]，进而提升化肥利用效率。对于苹果膨大期来讲，无论是环渤海湾还是黄土高原苹果主产区，果实膨大期气温升高或气温变化加大均不利于化肥利用效率的提升，且均在1%水平下显著。这主要与果实膨大期气温本身就比较高有关，气温继续升高易导致病虫害的增加，同时加大水分和化肥的蒸发，对苹果树生长不利，致使果园生态土壤环境变差，影响果树对化肥营养的吸收利用。此外，果实膨大期气温升高容易产生干旱问题，干旱状况下土壤中的氮肥释放速度会加快，使得化肥利用效率下降[9]。苹果成熟期气温对化肥利用效率的影响不显著，该阶段果实已经成熟，气温降低使果树的生长发育变缓，对养分的需求也相应减少，另外该阶段施肥量也相对较少，因此，气温变动对化肥利用效率的影响也较小（表1）。
控制变量中，时间趋势代表的技术进步对中国整体和黄土高原区苹果化肥利用效率有显著的正影响，表明苹果生产越来越重视绿色技术，其二次项系数显著为负，表明技术进步对化肥利用效率呈倒“U”形的影响，但技术进步对环渤海湾区的影响不显著。区域变量在10%的水平上显著，说明黄土高原区化肥利用效率显著高于环渤海湾区。配方施肥政策变量不显著，表明配方施肥政策实施前后化肥利用效率没有显著的差异，这与Ma等[15]的研究结论相一致，说明配方施肥仍有较大的推广优化潜力（表1）。
表1 气候变化对化肥利用效率的估计结果
化肥价格对我国苹果主产区整体和黄土高原区化肥利用效率的影响显著为负，而对环渤海湾区的影响不显著但为正。这表明整体而言，化肥价格上涨不利于苹果生产化肥利用效率的提高，但地区差异明显，化肥价格上涨可有效促进环渤海湾区化肥利用效率的提高，但对黄土高原区有显著的抑制作用，这可能与环渤海湾区化肥施用强度较大有关，化肥价格上涨有利于降低环渤海湾区的化肥施用强度提升其效率，但黄土高原区的化肥价格上涨尚不足以抵消增加化肥投入带来的收益。农家肥占比对我国苹果主产区整体及环渤海湾区的苹果化肥利用效率有显著的正向作用，这表明加大农家肥施用的投入比例对化肥利用效率有提高的作用。产业结构对环渤海湾区呈显著的正向影响，但黄土高原区却相反，这可能由于第一产业的比重越高，其可持续发展越受到重视，越注重绿色生产，更有利于化肥利用效率的提高。另外，种植规模对黄土高原区化肥利用效率有显著的正向影响，表明黄土高原区扩大苹果种植规模有利于提高化肥利用效率，而环渤海湾区则相反，不宜盲目扩大规模（表1）。
3.1 研究结论
本文基于我国两大苹果主产区1992—2016 年的苹果生产及气候数据，在测算苹果生产化肥利用效率的基础上，分析了气候变化对化肥利用效率的影响，得出以下主要结论。
（1）研究期内苹果生产的化肥利用效率平均仅为0.553，且具有时空差异，整体来讲，若提高化肥利用效率其减施潜力可以达到45%。
（2）苹果不同生长期的气温、日照时数及其变化对化肥利用效率的影响具有显著差异。开花期气温提升对化肥利用效率有促进作用，而休眠期和果实膨大期气温的升高对化肥利用效率起到抑制作用。果实膨大期气温变化的加剧也不利于化肥利用效率的提升，但果实膨大期日照时数变化加大对化肥利用效率具有促进作用。
（3）技术进步、农家肥占比对苹果生产化肥利用效率有显著的正向影响，而化肥价格、产业结构和种植规模的影响具有显著的区域特征。
3.2 政策启示
（1）在制定化肥减施增效的政策时应考虑区域特征，黄土高原区应重点考虑推广新技术突破化肥利用效率提升的瓶颈，如采用水肥一体化等先进技术，而环渤海湾区应通过减少化肥施用量或合理化肥的配比、推广配方施肥等措施来提高其效率。
（2）果农应提高对气候变化的认知水平，结合苹果不同生长周期对化肥的需求来大力推广气候变化适应性措施，以提高化肥利用效率。如苹果树休眠期更适合施用农家肥，而开花期和果实膨大期应混合施用速效肥和缓控释肥，并加大水肥一体化管理，运用滴灌、喷灌等技术加大水肥交互，提高化肥利用效率。另外，为防止果实膨大期气温升高和降水增加对化肥利用效率的不利影响，应加大果园基础设施建设，修建灌溉及排泄设施，鼓励果园种草覆盖等以减少蒸发和流失，提高利用效率。
（3）应加大苹果生产技术研发力度，引导果农增加农家肥投入比重，并对黄土高原区和环渤海湾区采取不同的化肥价格策略和产业结构调整策略，提高化肥利用效率，减少资源浪费和面源污染。
猜你喜欢 利用效率黄土高原化肥 中国耕地低碳利用效率时空演变及其驱动因素农业工程学报(2022年8期)2022-08-08浅埋滴灌下不同滴灌量对玉米花后碳代谢和光合氮素利用效率的影响作物学报(2022年10期)2022-07-21泰国批准化肥涨价今日农业(2022年7期)2022-07-06我国黄土高原区域地质地貌特征及风土人情炎黄地理(2020年3期)2020-05-26无线网络技术在智能交通系统中的应用研究物联网技术(2016年11期)2017-01-12“丝绸之路经济带”大型交通基础设施利用效率分析河北经贸大学学报·综合版(2016年4期)2017-01-09黄河哺育了黄土高原中外文摘(2016年7期)2016-12-20各种农作物是否使用化肥精经济效益对比情况一览表农民致富之友(2009年4期)2009-04-28史上最难的绕口令课外生活（小学1-3年级）(2009年2期)2009-02-13小石狮——黄土高原农家的“守护神”雕塑(1998年2期)1998-06-28
