中国水稻生产与化肥施用的脱钩关系及其关联效应分析*

姚成胜，李慧贤，杨一单

（南昌大学经济管理学院，江西 南昌 330031）

0 引言

在1949—2010年的61年时间里水稻一直是我国第一大粮食作物，至今其作为我国第一大口粮的地位始终不可动摇[1]，可见稳定和提升水稻产量乃是保障国家口粮绝对安全的关键。在人多地少的中国，通过施用化肥来提高水稻单产，又是稳定和提升水稻总产量的必要手段。目前，中国化肥施用量约占世界化肥消费总量的1∕3，化肥施用强度大大超过国家生态乡镇建设规定的250 kg∕hm2上限以及国际公认的225 kg∕hm2化肥安全施用上限[2-4]。从水稻生产施肥方面看，中国稻田氮肥施用量占我国氮肥施用总量的30%以上[5]，平均氮肥施用强度达180kg∕hm2，高出世界平均水平75%[6]。2004—2013年我国水稻化肥折纯施用量为377.54 kg∕hm2，在三大粮食作物当中施用强度最高，水稻主产区过量施肥程度达24.67%[7]，化肥有效利用率不到1∕3[8]。种植业过量施肥引发水体富营养化、土壤性质改变、农产品品质下降等生态环境与食品安全问题日益突出[3,7,9]。因此，如何提高化肥利用效率以降低化肥施用量，已成为研究者们关注的焦点。例如，张灿强等研究指出，在维持现有水稻产量水平下，如果采用测土配方施肥技术，广东和广西的早稻和晚稻化肥平均可削减100.5kg∕hm2，福建、安徽和江西的早稻和中晚稻可削减64.5～124.5kg∕hm2[10]。Liu等研究得到，在减少20%的氮肥施用量的条件下，我国北方小麦产量不会下降[11]。史常亮等对全国15个小麦主产省的分析表明，在其他投入要素不变和维持粮食产量稳定的条件下，最高可削减55%的化肥投入[12]。上述研究表明，只要改进施肥方式，提高肥料利用率，中国能够有效地实现水稻生产和化肥施用的脱钩。

然而，在农业资源环境领域，有关脱钩的研究绝大都集中于耕地占用与GDP增长[13]以及耕地利用与经济发展[14]等方面。随着研究的深入，部分学者开始探索并分析粮食生产与水资源[15,16]、自然灾害[17]、化学投入[18]等因素的脱钩关系。然而，纵观当前已有研究，罕有文献对中国粮食生产和化肥施用脱钩状况的时空变化特征及其驱动机制进行系统而全面的分析。如前所述，水稻是保障国家口粮绝对安全的关键，在三大粮食作物当中，水稻的化肥施用强度最高，推进其生产与化肥施用的脱钩也显得最为迫切。为此，文章以水稻生产为例，系统全面分析2003—2018年我国水稻生产与化肥施用的脱钩状况，进而采用KAYA恒等式模型和LMDI分解方法，揭示水稻生产与化肥施用的内在关联效应的时序变化及其空间差异，以期为我国推进农业生产和生态建设的协同发展提供参考。

1 研究方法与数据来源

1.1 研究方法

1.1.1 Tapio脱钩分析模型

OECD首先提出了脱钩模型，用于分析经济增长与环境污染两者的解耦状况，并把脱钩分为绝对脱钩和相对脱钩[19,20]，但该模型在时间上只引入了基期值和末期值，导致了数据选择具有高度的敏感性和极端性[21]。为此，Tapio将OECD模型的缺陷进行了弥补和细化分类，他基于弹性分析方法，综合相对量与绝对量，进一步将指标体系划分为脱钩、负脱钩和连接3种状态。其中，脱钩是指经济增长过程中资源环境压力仅略微增加，抑或是不变甚至减少；负脱钩则与脱钩状态相反，而连接则是处于脱钩与负脱钩的过渡状态。Tapio在原界定值1的基础上上下浮动20%，即以1.2和0.8为阈值把脱钩状态划分为弱脱钩、强脱钩、衰退脱钩，扩张负脱钩、强负脱钩、弱负脱钩、扩张连接和衰退连接8种类型[21,22]。该方法考虑了经济衰退下的脱钩情况，避免了基期时间选择的随意性和其带来的高度敏感性，更加有利于政策制定。参考Tapio[22]等的研究，构建水稻生产和化肥施用之间的脱钩模型为：

式（1）中，i为化肥种类（i=1,2,3,4，分别代表化肥、氮肥、磷肥和钾肥），t为年份，βi(t+1)为i种化肥在t+1年的脱钩指数；FPi(t+1)和FPit分别为i种化肥在t+1年和t年的施用量，RYt+1和RYt分别为t+1年和t年的水稻产量。

水稻生产受自然和经济双重因素影响，化肥施用水平受政策和水稻生产经济效益影响显著，两者都比较容易产生明显波动。为此，在β=1的基础上上下浮动20%较为符合水稻生产和化肥施用的波动特征[23]，能够避免计算结果产生的过度敏感性。因此，该文以1.2和0.8为阈值[21,22]，明确水稻生产与化肥施用8种脱钩类型的取值区间（表1）。

表1中类型Ⅰ～Ⅲ说明水稻产量和化肥施用量同步增长，即处于环境库兹涅茨倒“U”型曲线的上升部分，其中类型Ⅰ说明，以1.2%的化肥增长获得了不到1%的水稻产量增长，表明在中国化肥施用量已严重超标的情况下，以较大的农业生态环境损失换取了较小的水稻产量增长；由类型Ⅰ向Ⅲ变化的过程中，提升等值水稻产量所需化肥施用量不断下降，农业生态环境代价逐渐变小，其中类型Ⅲ是一个相对理想的状态。类型Ⅳ说明，化肥施用减少但水稻产量却增加，实现了农业生态环境优化和水稻增产的双赢，处于环境库兹涅茨倒“U”型曲线越过拐点后的下降部分，是一个最为理想的状态。类型Ⅴ-Ⅶ说明化肥施用和水稻产量同步减少，其中类型Ⅴ表明当化肥用量减少1.2%时，水稻产量下降小于1%，表明以较小的水稻产量下降换取了较大的农业生态环境改善；由类型Ⅴ向Ⅶ的变化过程中，表明提升等值农业生态环境水平，水稻产量下降幅度逐渐增大。类型Ⅷ则表明化肥施用增加而水稻产量却减少，即化肥过量使用已严重影响了水稻的可持续生产能力，是一种“双损”状态。

表1 水稻生产与化肥施用脱钩类型及其划分标准

1.1.2 水稻生产与化肥施用的关联效应及其LMDI分解

扩大粮食作物播种面积并提高水稻播种面积占粮食作物播种面积中的比重，是提高水稻产量的重要手段。然而中国人地矛盾突出，且工业化和城镇化仍在持续推进，因而上述两个指标难以持续扩大。因此提高化肥施用强度以提高水稻单产，被认为是提高水稻产量的最为有效途径，这就强化了水稻生产和化肥施用的耦合关系；然而化肥施用强度的大幅提高，又给农业生态环境带来了巨大压力，明显降低农业持续发展能力。因此要实现水稻生产和化肥施用的脱钩，必须提高化肥利用效率以降低施用强度，即通过提高单位化肥施用量的水稻产出水平。据此建立两者的关联效应模型为：

式（2）中，RYt、At、St、FPt分别为t时期的水稻产量、粮食作物播种面积、水稻播种面积和水稻生产化肥施用量。At反映了t时期整个粮食生产规模，称为“规模效应”；Jt=St∕At，为水稻播种面积占比，反映的是粮食种植结构，可称为“结构效应”；Dt=FPt∕St，为单位水稻播种面积的化肥施用量，反映的是水稻化肥施用强度，可称为“强度效应”；Et=RYt∕FPt，为单位化肥施用量的水稻产出水平，反映了化肥施用的水稻生产效率，可称为“效率效应”。

由式（2）可以看出，要实现水稻生产和化肥施用的脱钩可以有4种方法，即：扩大规模效应、提升结构效应、降低强度效应以及提高效率效应。为深入探讨4种效应对水稻生产和化肥脱钩关系的作用大小，采用对数平均迪氏指数分解法（LMDI）对式（2）进行分解。LMDI分解法因具有无残差、易理解、结果唯一等优点，得到了学者的广泛青睐，目前已广泛应用于粮食生产、畜牧业生产、工业的影响因素分析等各个领域[24-26]。设t时期的水稻产量为RYt，基期的水稻产量为RYo，依据Ang[27-29]的研究可以得到加法分解为：

式（3）中，ΔY对应水稻产量的增长量变化，Δi（i=At,Jt,Dt,Et）表示各个要素的加法分解，也即规模、结构、强度和效率4种效应变化对水稻总产量变化的影响，各要素的分解公式为：

式（4）中，Wi表示L(RYt,RYo)，L(a,b)=(a-b)/ln(a/b),a≠b，或者L(a,b)=a=b,a,b无特殊含义。

1.2 数据来源及说明

2003—2018年中国大陆23个水稻主产区（除北京、天津、山西、上海、西藏、甘肃、青海和新疆）的水稻种植面积及产量占全国比重均超过98%，因而以这些区域为研究对象。其中，水稻产量和播种面积来源于《中国统计年鉴》（2004—2019）和各省统计年鉴（2004—2019）；对于全国层面的水稻化肥及氮磷钾肥的施用总量，采用水稻亩均肥料施用量乘以水稻播种面积获得；在省域层面，并未给出水稻化肥及氮磷钾肥的亩均施用量，而是细分给出早籼稻、中籼稻、晚籼稻和粳稻4种水稻的亩均化肥及氮磷钾肥施用量，但却未给出相应的播种面积，因此借鉴姚成胜[24]等的相关研究，采用4种稻谷亩均肥料施用量的平均值乘以水稻总播种面积获得。水稻每亩化肥、氮磷钾肥、复混肥施用量（折纯用量）及早籼稻、中籼稻、晚籼稻和粳稻每亩化肥施用量数据来自于《全国农产品成本收益资料汇编》（2004—2019）。由于统计年鉴中没有将复混肥中所含氮磷钾肥计入水稻生产氮磷钾肥的施用量，因此参考邓明君等[30]、刘晓燕[31]的研究，利用水稻生产复混肥折纯用量，将其中的磷酸二铵、三元复合肥、其他复合肥和混配肥分别按17∶47∶0，11∶24∶13，1∶1.2∶0.4和10∶7∶3的比例折算并入氮磷钾肥当中，得出水稻生产的最终氮磷钾肥施用量（1亩=0.067hm2）。

2 研究结果与分析

2.1 中国水稻生产及其化肥施用量变化分析

2003—2018年水稻总产量由1.61亿t增长到2.12亿t，年均增长率1.87%（图1），其中2003—2012年实现了“九连增”，2012—2018年呈现波动增长并始终稳定在2.05亿t以上。同期水稻生产化肥施用量由2003年的835.00万t增长到2018年的1 021.14万t，年均增长1.35%；其中，2003—2007年化肥施用量波动上升，2008—2017年实现“九连增”，2017年达到最大值1 046.01万t后下降。究其原因在于：2003—2015年立足国内粮食生产确保国家粮食安全是政策重点，大量施用化肥以提高粮食产量成为常态[32]。2015年后我国基本实现了粮食供求的基本平衡，提高农业可持续发展能力成为政策关注焦点[33]。为此，2015年原农业部出台了《到2020年化肥使用量零增长行动方案》，要求在保障粮食生产稳定和增长的情况下，实现化肥使用的零增长。2016年全国全面推行新的农业补贴政策，将规模经营、新型主体培育与一般农户粮食生产能力的保护有机结合，引导农户综合采取秸秆还田、深松整地、减少化肥农药用量、增施有机肥，自觉提升耕地地力，推动化肥减量化[34]。同期，中央财政安排测土配方施肥专项资金7亿元，深入推进测土配方施肥，全面促进化肥减量增效。

图1 2003—2018年中国水稻总产量、水稻生产化肥施用总量及氮、磷、钾肥施用量变化

从单质肥料施用量来看，氮肥由532.63万t波动下降至508.21万t，年均增长-0.31%，磷肥和钾肥分别由209.36万t和93.01万t增长到327.53万t和185.40万t，年均增长3.03%和4.71%；其中2008—2017年磷肥施用量实现“九连增”，2008—2016年钾肥施用量实现“八连增”。氮磷钾肥施用总量的变化导致其强度分别由2003年的200.93 kg∕hm2、78.98 kg∕hm2、35.09 kg∕hm2转变为2018年的168.34 kg∕hm2、108.49 kg∕hm2、61.64 kg∕hm2，其中氮肥施用强度明显下降，磷肥和钾肥施用强度显著上升，3种肥料的施用比例也由2003年的1∶0.39∶0.17转变为2018年的1∶0.64∶0.36。原农业部发布的《小麦、玉米、水稻三大粮食作物区域大配方与施肥建议（2013）》（以下简称《建议》）指出，在水稻生产中氮磷钾肥施用强度应分别在147.07～179.40kg∕hm2、59.75～73.97 kg∕hm2和56.47～69.95 kg∕hm2的范围，施用比例应为1∶0.43∶0.37。由2018年水稻生产的施肥状况可知，氮肥和钾肥的施用已在《建议》范围内，但磷肥施用强度明显过大，提高磷肥使用效率以降低其施用强度，是实现水稻生产中化肥施用减量化的关键。

2.2 中国水稻生产与化肥施用的脱钩关系分析

2003—2018年水稻生产与化肥施用的脱钩关系主要包括6种，其中扩张负脱钩、强脱钩、弱脱钩和扩张连接各3次，均占统计年份的20%；强负脱钩2次，占13.33%；衰退脱钩1次，占6.67%（表2）。进一步分析可知，以2010年为节点，在此之前水稻生产与化肥施用之间以强脱钩和扩张负脱钩为主，其中2003—2004年、2005—2006年和2007—2008年两者之间呈现强脱钩，2004—2005年、2006—2007年和2009—2010年两者呈现扩张负脱钩。呈现3次强脱钩的原因在于：2003年是21世纪以来粮食生产的最低点，“中央一号文件”于2004年开始聚焦“三农”问题，实施种粮直补和水稻最低收购价格制度，因而2003—2004年水稻播种面积提高了187.10万hm2，产能大幅提高了1 843.00万t，期间化肥价格上升了33.45%，农户化肥投入成本显著增加，投入总量下降了4.06万t[35]；2005—2006年水稻产能虽然只增加了113.00万t，但由于2005年“中央一号文件”首次提出推广测土配方施肥，要求当年各地组织相关技术人员大力开展测土配方、精准施肥培训工作，因而化肥施用量下降了8.87万t，为2003—2004年的2.18倍；2007—2008年国际粮食危机，水稻作为口粮在2008年收购价格上调了0.14元∕kg，播种面积扩大了37.70万hm2，产能提高了623.10万t，期间化肥价格上升了44.53%，施用总量下降了26.58万t[35]（图1）。呈现3次扩张负脱钩的原因在于：在2004—2005年、2006—2007年和2009—2010年这3个时段，水稻收购价格基本稳定，播种面积始终维持在0.288亿hm2左右，水稻产量增幅分别只有0.84%、2.57%和0.52%；另一方面，由于前一期化肥价格过高，在国家的大力调控下，3个时段化肥价格基本维持稳定，化肥投入成本较前期明显下降，导致3个时段化肥投入量增幅分别高达8.78%、4.39%和5.43%，大大高于水稻产量增幅。

表2 2003—2018年中国水稻生产与化肥总量以及氮肥、磷肥、钾肥施用的脱钩状况

2010年以后，水稻生产和化肥施用之间以弱脱钩和扩张连接为主，即2010—2018年化肥施用量的增速明显低于水稻产量增速，表明相较于2003—2010年化肥利用效率有了明显提高，以较小的农业生态环境质量下降较大地提升了粮食安全水平。2017—2018年水稻生产和化肥施用之间呈现衰退脱钩态势，其β值达到了9.24，即以1%的水稻产能损失，降低了9.24%的化肥施用量。这表明在2010—2018年粮食产能持续增长的背景下，化肥过量施用导致的农业可持续能力下降成为人们关注的焦点，减肥增效得到了高度重视，尤其是在2015年化肥零增长行动方案颁布之后，化肥施用效率得到了明显提高。在此期间，2012—2013年和2015—2016年在化肥施用强度增强的条件下，水稻产量反而下降，两者之间呈现强负脱钩态势，原因在于：2013年和2016年我国水稻主产区均受高强度降水影响，洪涝灾害的受灾面积分别由2012年的773万hm2和2015年的562万hm2，增加到2013年的875.7万hm2和2016年的853.1万hm2，因而虽然2013年和2016年化肥施用量分别增加了19.92万t和18.10万t，但水稻产量却分别下降了24.60万t和104.80万t（图1）。

水稻生产与氮磷钾肥施用的脱钩关系和水稻生产与化肥施用总量的脱钩关系存在差异，仍以2010年为界：就氮肥而言，2003—2010年水稻生产与氮肥施用的脱钩关系和水稻生产与化肥施用总量的脱钩关系略有差异，但在2010—2017年则差异明显，除在特殊的2012—2013年和2015—2016年的洪涝灾害年份表现一致外，其他时段水稻生产与氮肥施用都呈现出强脱钩关系，这表明在水稻增产的同时，氮肥施用量在减少，这是推动水稻生产与化肥施用总量脱钩的最为关键因素；即便在2017—2018年两者同为衰退脱钩，但水稻生产与氮肥施用的脱钩指数高达14.41，显著高于水稻生产与化肥施用总量的脱钩指数（9.24）。就磷肥而言，2003—2010年其与水稻生产的脱钩关系和化肥施用总量与水稻生产的脱钩关系基本一致，但其在2010—2017年则以扩张负脱钩为主，且其指数由1.54上升到了6.03，表明在实现等量水稻增产时磷肥施用量增加了3.92倍。结合图1可知，当前磷肥施用强度已超出《建议》的范围，可见磷肥施用过量和利用效率低下问题，乃是实现水稻生产与化肥施用脱钩的关键障碍。就钾肥而言，2003—2018年，在除2个洪涝灾害年份外的13个统计时段中，其与水稻生产呈现出9次扩张负脱钩（约占统计年份的70%），且其指数值要明显大于同期水稻生产与化肥、氮肥及磷肥的扩张负脱钩指数值。结合图1可知，长期以来我国水稻生产中钾肥施用明显偏低[36-38]，大量增施钾肥乃是优化肥料使用结构的自然结果，因而其年均增速明显高于其他类型化肥。在2016—2017年和2017—2018年，水稻生产与钾肥也呈现出了强脱钩和衰退脱钩关系，表明在达到合理配备比例后，钾肥施用效率也得到了提升。

2.3 水稻生产与化肥施用关联效应分解

2.3.1 中国水稻生产与化肥施用关联效应分解

为揭示4种效应对中国水稻生产与化肥施用脱钩关系的影响大小和程度的演变趋势，以每5年为间隔，将2003—2018年划分为2003—2008年、2008—2013年和2013—2018年3个时段，根据式（3）（4）对3个时段中国水稻总产量的4种关联效应进行分解，结果如表3。

表3 2003—2018年中国水稻生产与化肥施用关联效应分解 万t

（1）规模效应（At）。该效应对水稻总产量变化呈现明显的正向驱动作用，3个时段的年均变化量分别为230.90万t、248.84万t和33.85万t。进一步分析可知，在2003—2008年和2008—2013年规模效应对水稻增产的作用均超过200万t，而在2013—2018年则不到35万t，究其原因在于前2个时段粮食作物播种面积分别净增813.41万hm2和836.31万hm2，而在2013—2018年仅净增了113.07万hm2（不及前2个时段的14%），这充分表明扩大粮食作物播种面积可以有效促进水稻增产，是推进水稻生产和化肥施用脱钩的关键因素。然而，扩大粮食作物播种面积必然挤占糖、棉、油、蔬菜等作物的播种面积，但随着经济社会的持续发展，保障一定数量的糖、棉、油等农作物自给必不可少。2013—2018年粮食作物播种面积仅净增113.07万hm2的现实也表明，在耕地资源贫乏和经济持续发展的条件下，不可能通过扩大粮食作物播种面积的手段来实现水稻生产与化肥施用的脱钩[39]；更进一步，中国工业化和城镇化仍在持续推进，未来一段时间耕地持续减少态势仍难以扭转，因此即便要保障粮食作物播种面积的稳定，也仍需要一定的努力。

（2）结构效应（Jt）。该效应对水稻总产量变化呈现由正向驱动到负向驱动的转变，其中2003—2008年其对水稻增产的年均贡献达68.11万t，而在2008—2013年和2013—2018年则成为水稻减产的首要原因，其年均贡献值分别为-98.33万t和-93.50万t。究其原因在于：受到1998—2003年粮食产量和播种面积连年下降的影响，2003—2008年粮食供求关系紧张，水稻作为最为重要的口粮，其生产得到高度重视，同时在免除农业税、种粮直补、稳定和提高水稻收购价格等一系列扶持政策[40]的促进下，水稻播种面积占粮食作物播种面积的比重由2003年的26.67%上升到2008年的27.29%，提高了0.62个百分点。比较而言，2008—2013年和2013—2018年水稻播种面积占比分别下降了0.79和0.71个百分点，致使期间水稻年均减产98.33万t及93.50万t。究其原因在于：随着城乡居民收入的持续增长，2008—2018年人们食物消费结构不断转型，作为口粮的水稻人均消费量逐渐下降（在人口总量增长条件下其消费总量基本稳定），但人均肉类消费显著增长，因而保障肉类生产的饲料用粮（玉米或青贮玉米）占粮食作物比重由28.81%提高到了36.00%[41]。比较3个时段的结构效应可知，扩大水稻播种面积占比是促使水稻增产的又一重要手段，在同一水稻产量目标下，可以有效降低对水稻单产的要求，实现水稻生产与化肥施用脱钩。但比较中国与日韩、欧美等发达国家可知，中国肉类消费增长尚有空间[42]，在今后一段时间，扩大玉米及饲用玉米播种面积占比必然导致水稻播种面积占比保持稳定或略微降低，因而期望通过提高结构效应来实现水稻生产与化肥施用脱钩的目标也难以实现。

（3）强度效应（Dt）。该效应对水稻生产由2003—2008年的负向抑制作用转变为2008—2013年和2013—2018年的正向驱动作用，其中2013—2018年的年均促进作用达153.30万t，是水稻增产的第一原因。这表明16年来强度效应已由阻碍水稻增产的最大因素转变为促进水稻增产的首要因素，究其原因在于：2003—2008年水稻化肥施用强度不高[43]，且期间其播种面积增幅高于化肥增幅，化肥施用强度下降了5.70kg∕hm2，因而对水稻生产产生了抑制作用。比较而言，2008—2013年和2013—2018年，化肥施用强度分别增加了14.40kg∕hm2和14.55 kg∕hm2，平均施用强度分别达到了317.60kg∕hm2和333.95 kg∕hm2。可见，高强度的化肥投入显著促进了2个时段的水稻增产。已有研究表明，当前水稻过量施肥程度已达24.67%[7]，长期过量施用化肥已导致稻田生态环境明显恶化，严重影响水稻的可持续生产能力[43,44]。结合图1可知，目前磷肥施用强度过大问题较为突出。因此，提高磷肥施用效率，降低其施用强度乃是实现水稻生产与化肥脱钩的关键所在。

（4）效率效应（Et）。该效应由2003—2008年促进水稻增产的第一因素转变为2008—2013年水稻增产的第二障碍因素，2013—2018年对水稻增产呈现略微的促进作用。由强度效应分析可知，2003—2008年增施化肥对水稻生产仍处于边际收益递增阶段[43]，期间由于水稻播种面积扩张，水稻化肥施用强度反而下降了5.70kg∕hm2，因而效率效应提升明显。比较而言，2008—2013年化肥施用总量增加了86.29万t，平均施用强度提高到了317.60 kg∕hm2，增施化肥已处于明显的边际效益递减阶段[43,44]；2013—2018年过量施用化肥问题得到了政府和社会广泛关注，原农业部先后颁布《关于加快配方肥推广应用的意见》《建议》《到2020年化肥零增长行动方案》等系列文件[45,46]以及2013—2018年连续6个“中央一号文件”，都明确提出要实现化肥零增长[40]。因此，2013—2018年化肥施用总量仅增加了27.06万t，仅为2008—2013年增加的31.36%；2008—2013年和2013—2018年氮磷钾肥的平均施用强度分别由183.04kg∕hm2、87.32 kg∕hm2和47.26 kg∕hm2调整为173.02 kg∕hm2、101.38 kg∕hm2和59.55 kg∕hm2，施用比例也由1∶0.48∶0.26调整为1∶0.59∶0.34，氮肥施用过量和钾肥施用不足得到改善，3种肥料的施用结构明显优化。因此，虽然化肥施用强度仍然较高，但利用效率明显提高，对水稻生产实现了由负向抑制到微弱促进的转变。

2.3.2 中国省域水稻生产与化肥施用关联效应分解

根据式（3）（4）对2003—2018年中国省域水稻总产量的4种关联效应进行分解，结果如表4。从中可以得到以下效应。

表4 2003—2018年中国省域水稻生产与化肥施用关联效应分解 万t

（1）规模效应（At）。该效应对水稻生产正向驱动超过50万t的有黑龙江、湖北、江西、江苏、安徽、吉林、湖南、辽宁和河南9个省，2003—2018年东北的黑龙江、吉林和辽宁以及中部的湖北、湖南和江西6省耕地面积增加了689.66万hm2[47]，粮食作物播种面积增加了1 060.41万hm2，除辽宁省外的其他5省都是我国水稻化肥施用低强度区[7,9]。这从省域层面揭示，扩大粮食作物播种面积，可以降低水稻增产对化肥的依赖，进而促进两者脱钩。比较而言，江苏、安徽和河南3省耕地面积虽然减少了59.01万hm2，但由于复种指数的提高，粮食作物播种面积反而增加了395.83万hm2。可见，提高复种指数应该得到充分重视。进一步分析可知，上述9省都是我国粮食主产区，其粮食作物播种面积的持续扩大使其水稻产量占全国比重由2003年的31.25%上升到2018年的35.70%，为保障国家口粮绝对安全作出了极大贡献，应该得到更多的经济补偿。规模效应对水稻生产负向驱动超过50万t的分别为广东、福建、广西、浙江、重庆和海南6个省（市、区），除重庆外，其余5省区都地处沿海，是城镇化的热点地区，2003—2018年其耕地面积减少了94.33万hm2，复种指数也有不同程度下降[48]，因而粮食作物播种面积下降了263.40万hm2，水稻产量占全国比重下降了8.55个百分点；而且沿海5省都属于稻田化肥施用高强度区，其化肥平均施用强度从2013年的328.20 kg∕hm2上升到了2018年的352.15kg∕hm2。可见，在人地矛盾尖锐的沿海地区，耕地资源有限是难以实现水稻生产和化肥施用脱钩的关键因素之一。

（2）结构效应（Jt）。该效应对水稻生产正向驱动作用超过40万t的有黑龙江、湖南、安徽、广东、江西、福建、吉林、海南和重庆9省市，期间其水稻播种面积占比由2003年的42.06%提高到2018年的43.83%，提高了1.77个百分点。表明如果上述地区仍维持2003年的种植结构，要实现水稻增产必然要更大幅度提高水稻单产，因而必然进一步提高化肥施用强度。可见提高结构效应能够有效提升水稻产量，达到降低化肥施用强度，实现两者脱钩。结构效应对水稻生产负向驱动作用超过40万t的有云南、四川、广西和湖北4个省区，其中云南和四川地处西南生态环境较为脆弱的喀斯特地区，是轮作休耕的重点地区，研究期间一些稻田选择“以水改旱”，导致水稻播种面积持续减少[49,50]，2003—2018年2省水稻播种面积占粮食作物播种面积比重分别下降了5.28和2.03个百分点。比较而言，广西和湖北则不断提高玉米的播种面积，2003—2018年2省区的玉米播种面积占粮食作物播种面积比重分别提高了5.55和6.33个百分点，导致水稻播种面积占比分别下降了5.34和1.40个百分点。

（3）强度效应（Dt）。该效应对水稻生产促进作用在45万t以上的有江西、安徽、湖北、江苏、云南、黑龙江、浙江、吉林、广西、海南、河南、内蒙古、辽宁和陕西14个省区，除云南、浙江、广西、海南和陕西5省区外，其余9个均为我国粮食主产区。2003—2018年5个非粮食主产区化肥平均施用强度由270.25 kg∕hm2增加至353.87 kg∕hm2，增加了83.62kg∕hm2；9个粮食主产区的化肥平均施用强度由299.04 kg∕hm2上升到380.01kg∕hm2，增加了80.97 kg∕hm2。结合规模效应的分析可知，9个粮食主产区在水稻播种面积持续扩大和2003年化肥施用强度本底值高于5个非粮食主产区约30kg∕hm2的条件下，2003—2018年其化肥施用强度增加值仍与5个非粮食主产区基本相当，致使其化肥施用强度始终高出非粮食主产区30 kg∕hm2左右。可见，保障国家口粮绝对安全这一责任绝大部分都压在了粮食主产区身上，过量施肥的问题在粮食主产区表现尤为突出。强度效应对湖南、四川和福建3个省份水稻生产的抑制作用较强，分别为194.34万t、145.75万t和98.36万t，究其原因在于3省都属于化肥施用高强度区，2003—2018年其平均化肥施用强度波动下降了42.48kg∕hm2，因而抑制作用明显。

（4）效率效应（Et）。该效应对水稻生产正向驱动超过50万t的有湖南、四川、福建、河南、广西和重庆6省（区、市），其中前3个超过了150万t。结合强度效应可知，研究期间这些地区的化肥施用强度多呈下降或基本稳定趋势，尤其是湖南、四川和福建3省，其平均化肥施用强度下降了42.48kg∕hm2。这表明，减肥增效在这些地区得到了率先实施，有利于优化稻田生态环境，提升水稻生产可持续能力。效率效应对水稻生产抑制作用超过120万t的有安徽、江西、湖北和云南4省，介于15万t和60万t之间的有江苏、浙江、内蒙古、辽宁、海南和陕西6省区。结合强度效应分析可知，这10个省份都是强度效应对水稻增产作用超过45万t的地区，研究期间10省区的化肥平均施用强度增加了98.83 kg∕hm2。这表明，这10个省区的化肥粗放投入问题突出，化肥的边际水稻产出水平下降明显，其中海南和云南的化肥边际水稻产出已降为-24.33kg∕kg和-116.23kg∕kg，因而效率效应明显阻碍了这些地区水稻生产，这是今后化肥零增长行动方案实施的重点地区。

3 研究结论与政策建议

3.1 研究结论

采用Tapio脱钩模型，分析了2003—2018年中国水稻生产与化肥施用的脱钩状况，构建了两者关联的效应模型，采用LMDI分解法揭示了中国及23个水稻主产区的规模、结构、强度和效率4种效应对水稻产量变化的影响大小，所得结论如下。

（1）以2010年为节点，在此之前水稻生产和化肥施用以扩张负脱钩为主，之后以弱脱钩和扩张连接为主。从不同化肥种类来看：2010年之前，氮肥和磷肥与水稻生产均以扩张负脱钩为主，之后氮肥与水稻生产呈现明显的强脱钩关系，磷肥与水稻生产则呈现明显的扩张负脱钩关系，因此提升磷肥利用效率是促进水稻生产和化肥施用脱钩的关键。整个研究期间，钾肥与水稻生产基本呈现扩张负脱钩。

（2）扩大规模效应，提高结构效应能够有效提升水稻产量，是实现水稻生产与化肥施用脱钩的有效途径。但在人多地少和经济社会持续发展的条件下，寄希望于扩大粮食作物播种面积和提升水稻播种面积占比来实现水稻生产和化肥施用脱钩的目标均难以实现。研究期间，中部5省、东北3省和江苏省等9个粮食主产区粮食作物播种面积增加了1 456.24万hm2，而沿海的浙江、福建、广东、广西、海南以及重庆6省（市、区）则下降308.52万hm2，这对水稻生产和化肥施用脱钩极为不利。

（3）研究期间，全国层面的强度效应对水稻生产的影响经历了由负向抑制到正向促进的转变；与此对应，效率效应对水稻生产的影响则经历了由2003—2008年的正向促进作用转变为2008—2013年的负向抑制作用，再到2013—2018年的正向促进作用。省域分析结果表明，化肥长期的粗放投入已导致稻田生态环境和水稻可持续生产能力明显下降，这在我国江西、安徽、湖北、江苏、黑龙江、吉林、河南、内蒙古和辽宁9个粮食主产区表现尤为突出。

3.2 政策建议

（1）强化对粮食主产区的经济补偿，稳定粮食作物播种面积和水稻播种面积占比。该文研究表明，2003—2018年粮食主产区粮食作物播种面积和水稻播种面积占比都在不断提高，这是促使粮食生产和化肥施用脱钩的重要因素。因此，要健全粮食主产区利益补偿机制，加大对粮食生产功能区的政策支持力度，着力保护和调动地方各级政府重农抓粮的积极性；支持家庭农场、农民合作社发展粮食适度规模经营，提高粮食生产经济效益和农民种粮积极性，从根本上稳定和提高粮食主产区的规模和结构效应。

（2）严控东南沿海地区城镇发展边界，压实粮食安全底线。研究期间，东南沿海的广东、福建、广西、浙江和海南5省土地城镇化快速推进，耕地面积减少了94.33万hm2，再加上复种指数的下降，粮食作物播种面积下降了263.40万hm2，这是这些地区化肥施用强度不断增大的重要原因。因此，要严格划定东南沿海地区的城镇发展边界，提高城镇土地集约利用水平。要在这些地区大力实施粮食安全党政同责，全力坚守耕地红线，鼓励农民种植双季稻，不断提高复种指数，以稳定其粮食作物播种面积。

（3）瞄准重点区域聚焦任务，全面提高化肥利用效率。以中部和东北地区为主体的9个粮食主产区以及云南、浙江、广西、海南和陕西5个省区，其水稻增产的最大动力是高强度的化肥投入，同时这些地区也是效率效应对水稻生产抑制作用最为突出的区域。因此，要瞄准这些重点区域，依据不同的自然地理和经济社会发展条件，以基层农技推广队伍为引领，充分发挥种粮大户、家庭农场等新型农业经营主体的带头作用，大力推进测土配方施肥，推进有机肥资源和新型肥料技术应用。按照减氮、控磷、稳钾和控氮、减磷、稳钾的原则，优化中部和东北粮食主产区的化肥施用结构，结合东北粮食主产区深松整地和保护性耕作，加大秸秆还田力度，恢复发展中部粮食主产区冬闲田种绿肥，全面提高化肥利用效率。