吉林省县域农业绿色发展指标时间变化特征*-以梨树县为例

侯相成 ,李涵 ,王寅 ,冯国忠 ,刘亚军 ,李晓宇** ,高强**

(1. 吉林农业大学资源与环境学院/秸秆综合利用与黑土地保护教育部重点实验室 长春 130118;2. 梨树县农业技术推广总站 梨树 136500)

农业作为人类生存之本,既是可持续发展的核心内容,又能对全球经济、社会与自然世界的关系产生直接影响[1]。同时,农业作为我国的基础产业,一直以来都是我国工作的重点内容。近年来,我国在农业方面获得了巨大的进步,粮食总产量剧增,养活了全球近20%的人口[2],缓解了农产品的供需矛盾,使全球粮食安全问题得到良好的改善。即便如此,我国农业发展仍存在诸多问题。一方面,农业生产方式并未有太大的改变,导致优质农产品供给仍存在隐患[3],同时水体富营养化[4]、土壤酸化[5]、大气污染[6]等生态环境风险加剧。另一方面,农户不合理施肥的行为导致大量的农用资源浪费,盈余的氮、磷等养分进入生态环境中[7]。因此,农业生产方式急需优化,并在确保经济发展的前提下,坚持以生态环境为先的绿色道路,促使农业生产可持续发展。

绿色发展作为农业发展的新模式,吸引了国内外很多学者的关注,其中Carfi等[8]认为应发展可再生能源来延长自然资源的使用,并强调从人的意识和相关政策多角度来保持环境的可持续性;Martin-Guay等[9]以科学方法改革了土地的使用,提高了经济效益,促进了农业绿色发展。上述研究多与农业可持续发展政策相关,为农业可持续发展提供理论依据,但没有进一步对社会经济、食物生产及生态环境各方面进行特征分析。而在国内,张建杰等[10]以Nufe (nutrient flows in food chain,environment and resources use)模型[11]就农业绿色发展建立了一个可在国家和区域尺度上进行讨论的中国农业绿色发展指标体系,该体系从食物链角度对养分平衡、养分利用效率、环境排放量及养分流动规律进行定量分析与综合评价;宋晨阳等[12]对海南岛农业绿色发展现状和特征进行了定量研究,并找出了海南岛农业绿色发展受到制约的主要原因。国内学者通过建立指标体系,对农业绿色发展进行特征分析,多侧重于对生产力、资源投入和生态环境方面,缺少对于整个生产环节及与社会经济方面进行结合的综合评级分析。

作为中国粮食主产基地的吉林省[13],推动农业绿色发展是增长经济,提升产品质量,保护生态环境的必经之路。要想实现这一目标,对农业绿色发展水平的科学评估至关重要,然而吉林省在此方面的相关研究有所不足。同时县域是国家行政调控的基本单元,拥有地域特色,是农业绿色发展落实的最佳单元[14]。梨树县素有“东北粮仓”“松辽明珠”的美誉,农业基础扎实,粮食产量居全国前列;全县内建有全国最大的生猪交易市场,猪、牛饲养水平居东北之首。因此,本文以国家的产粮大县且拥有着丰富的黑土资源[15]的梨树县为例,从社会经济、食物生产和生态环境3 方面分析农业绿色发展指标变化特征,明确吉林省县域农业绿色发展的主要制约因素,并探究可行性路径,进而为吉林省县域农业绿色发展提出可行性建议。

1 材料与方法

1.1 农业绿色发展指标的含义、计算方法及分级标准

参考中国农业绿色发展指标体系[10]及其分级标准,依据系统性、完整性、协同性、科学性和可行性的原则,将36 个相关指标分别划分为社会经济、食物生产和生态环境3 个方面,并按照农业绿色发展程度的高低,将所有指标分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 共4 个等级,等级越高,绿色发展程度越好,所选指标的具体情况及分级标准见表1 与表2。

1.2 数据来源

本研究需要的数据共两部分,分别为生产数据与参数数据。通过生产数据主要可以了解县域的社会经济、资源消耗和生产方式等基本情况,而参数数据反映出农业生产的基本性状如动植物的养分含量和城乡居民的活动行为。

生产数据:吉林省梨树县1994-2019 年国民生产总值、总产值、农业产值、农药投入量、化肥投入量,以及农作物耕地面积、产量,各类畜禽的养殖数量等数据从梨树年鉴[16]、四平统计年鉴[17]以及吉林统计年鉴[18]中获取。

参数数据:为了更符合东北地区的实际情况,将模型的参数进行了部分调整。化肥投入含氮量及含磷量来源于吉林统计年鉴[18]。草谷比参数来源于刘晓永等[19]研究结果。农村地区、城镇居民饮食消费量根据中国统计年鉴[20]中吉林省的数据进行适当调整。

2 结果与分析

2.1 梨树县农业绿色发展指标整体时间变化

1994-2019 年梨树县农业绿色发展各级指标总数如图1 所示,梨树县的农业绿色发展水平稳步上升。截至2019 年,统计数据记录越来越完善,无法计算指标个数在大幅度减小,由27 个下降至11 个。与此同时,其他级别的指标也在逐步改善,Ⅲ、Ⅳ级指标数量由4 个增长到17 个。在2019 年Ⅰ级指标个数仅剩余2 个,同时部分Ⅱ级指标在向Ⅲ级指标转变。

图1 梨树县农业绿色发展各级指标总数(1994—2019 年)Fig.1 Number of indicators of agricultural green development at each level in Lishu County (1994-2019)

1997 年、2000 年、2006 年、2012 年和2019 年梨树县农业绿色发展社会经济、食物生产及生态环境方面各级指标分布情况如图2 所示。从图可知,1997-2019 年,Ⅰ级指标有所下降,从19%下降到6%,Ⅱ级指标占比有所降低,由28%下降至17%,而Ⅲ级和Ⅳ级指标占比由最初的22%上升到47%。由图中的柱状图可知社会经济的Ⅰ级指标逐年减小,由40%减小到10%,Ⅲ、Ⅳ级指标占比增长到40%;食物生产指标中由Ⅰ级指标向Ⅱ级指标转变,2019年Ⅱ级指标占比增加到25%,同时Ⅰ级指标占比下降到0%;生态环境Ⅰ、Ⅱ级指标占比之和由50%下降到14%,其中变化幅度最大的指标数为Ⅲ级指标,截止到2019 年增长到43%。

图2 梨树县农业绿色发展社会经济、食物生产及生态环境方面各级指标的占比(1997 年、2000 年、2006 年、2012 年、2019 年)Fig.2 Proportion of indicators at each level in three aspects of agricultural green development in Lishu County,including social economy,food production and ecological environment (1997,2000,2006,2012,2019)

2.2 梨树县农业绿色发展社会经济指标整体时间变化

由图3 可知,2019 年人均农业综合投入较1994年有所提升,全县绿色发展水平从Ⅰ级变到Ⅳ级,从2049.7 ¥·capita-1增长到11 366.7 ¥·capita-1。全县农业机械化动力虽然呈现连年增长的趋势,从1.3 kW·hm-2增加到5.1 kW·hm-2,但是整体水平仍处于Ⅰ级。有效农田灌溉面积占比截止到2019 年增长到61.1%,2013 年前增长虽缓慢,但2014 年后,增长速度有所提升。虽然农村居民可支配收入仍然处于较低的绿色发展水平,但是从1994 年Ⅰ级(0.2×104¥)增长到2019 年的Ⅱ级(1.7×104¥) 。人均农业收入占比1994-2019 年一直呈增长态势,2019 年为35.1%,越来越接近绿色发展Ⅲ级水平。而动物蛋白生产占比增长幅度较大,呈显著上升趋势,从1994 年的20.9%增加到2019 年69.4%,达到Ⅳ级水平。人均蛋白质摄入量一直呈增长趋势,指标Ⅰ级转向Ⅲ级水平,由15.2 kg·capita-1·a-1增长到29.2 kg·capita-1·a-1。

图3 梨树县社会经济指标时间变化(1994—2019 年)Fig.3 Time changes of socioeconomic indicators in Lishu County (1994-2019)

2.3 梨树县农业绿色发展食物生产指标整体时间变化

由图4 可知,相比于1997 年,梨树县2019 年单位农田农药投入量由3.2 kg·hm-2提高到4.0 kg·hm-2,虽然有所增加,但整体仍处于Ⅱ级水平。单位动物畜牧外源饲料氮投入量虽然一直处于Ⅱ级水平,但呈现出先上升后下降的变化趋势,2019 年值为35.1 kg(N)·LU-1。1994-2019 年,人均农业水足迹指标呈现增长趋势,增长到617.0 m3·capita-1·a-1,从Ⅲ级水平向Ⅱ级水平恶化。梨树县单位耕地面积蛋白质产量先下降后慢慢升高,2019 年值为372.3 kg·hm-2,向Ⅱ级绿色水平慢慢变化。单位耕地面积卡路里产量呈先下降再升高趋势,从2266.8×104kcal·hm-2降低到1968.7×104kcal·hm-2,而后又渐渐升高到2384.2×104kcal·hm-2,2019 年全县水平处于Ⅲ级。单位耕地面积农业产值虽然一直处于Ⅰ级水平,但是呈现上升趋势,2019 年为6.8×104¥·hm-2。农业产值能耗处于Ⅳ级水平,从1997年2788.0 MJ·(104¥)-1上升到2019 年3341.0 MJ·(104¥)-1,变化幅度较小。农田氮综合利用效率呈先下降后上升的趋势,2017 年起处于Ⅲ级,2019 年达53.8%。2019 年畜禽氮综合利用效率相比于1997 年所有增长,从9.1%增长到11.9%,但仍处于较不绿色的Ⅱ级水平。农田化肥磷吸收利用效率整体仍处于Ⅳ级绿色水平,变化幅度较小。

图4 梨树县食物生产指标时间变化(1994—2019 年)Fig.4 Time changes of food production indicators in Lishu County (1994-2019)

2.4 梨树县农业绿色发展生态环境指标整体时间变化

由图5 可知,2019 年梨树县畜禽粪尿综合利用率比1997 年呈小幅度下降,虽然整体绿色发展水平仍处于Ⅱ级,但是指标数从44.6%下降到37.0%,有向Ⅰ级水平发展的趋势。秸秆氮综合利用效率从1997 年的61.5%一直上升至2019 年的73.4%,从Ⅱ级水平慢慢向Ⅲ级转变。单位面积农田氮盈余量指标呈先上升后下降趋势,2019 年处于Ⅱ级水平,值为149.3 kg·hm-2。单位面积畜禽承载量绿色发展水平始终处于Ⅰ级水平,2019 年为5.1 LU·hm-2。单位面积农业源氨排放量全县呈好转趋势,从1997 年Ⅱ级水平的139.8 kg·hm-2,下降至2019 年Ⅲ级水平的107.8 kg·hm-2。2019 年梨树县生产单位食物氮环境代价为3.6 kg·kg-1,从1994 年Ⅲ级转变为Ⅱ级水平。2019 年单位面积农业源温室气候排放量相比于1997 年有所降低,由Ⅱ级6204.5 kg(CO2eq)·hm-2,转变为Ⅲ级的4751.0 kg(CO2eq)·hm-2。

图5 梨树县生态环境指标时间变化(1994—2019 年)Fig.5 Time changes of ecological environment indicators in Lishu County (1994-2019)

3 讨论

3.1 梨树县农业绿色发展指标整体时间变化

从整体来看,梨树县1994-2019 年的农业绿色发展水平显著提高,社会经济、食物生产、生态环境3 大方面的Ⅰ级、Ⅱ级指标都在逐步向Ⅳ级指标转变。这与以往的研究相似,崔石磊等[21]通过对比1980-2017 年间全国氮素使用强度、环境排放及整体利用效率情况,发现大部分氮素生产类以及食物消费类的指标均呈现上升趋势;张晓萌等[22]通过对比1984-2014 年东北地区食物链养分循环特征发现总输入与输出量不断攀升,河北省与海南岛的县域农业绿色发展时空变化也体现出相同上升趋势[12,14]。本研究结果说明近年来梨树县为了发展生态农业,将农业绿色发展作为首要任务[23],2016 年梨树县开始大面积推广“梨树模式”,打造“梨树现代农业综合体,创建智慧农业”,开展“梨树黑土地论坛”会议活动等[24]。这些政策和保护措施,使梨树县为吉林省乃至我国农业主导的限制开发区域探索绿色发展、推进生态文明建设做出了一个良好的表率和示范[25]。但是Ⅰ级和Ⅱ级指标的存在也说明梨树地区农业绿色发展仍将面临很多挑战,农业绿色发展仍有很大进步空间,农业现代化建设在质量效益和绿色发展上还有一定差距。

3.2 梨树县农业绿色发展社会经济指标整体时间变化

从整体上看,1994-2019 年梨树县社会经济指标农业绿色发展水平显著提高,这与海南岛的变化趋势相同,但提高幅度高于海南岛[12]。这一结果与吉林省政府财政对农业发展加大投入息息相关,其投入占农林牧渔业增加值的比重为35.5%,高于全国平均水平7.1 个百分点[26],同时随着农村人口的逐渐减少,农业综合投入指标大幅度增长,从而转变为绿色。农业机械化程度的好坏是推动农业供给侧结构性改革与乡村振兴战略的基本,但四平市机械化率仅占吉林省9.2%[26-27],因此虽然农业机械化水平与1997年相比有明显提高,可仍未脱离Ⅰ级水平。农田灌溉面积占比从1997 年增长幅度较大,但到2003 年国家开始提倡退耕还林政策后,增长幅度慢慢变小,但随后增长幅度变大,到2019 年梨树县农田灌溉水平达61.1%,与全国水平74.3%还相差一定距离。在经济发展上梨树县有明显提高,这与郭田田[28]的研究结果一致。经济收入的增长刺激消费,促使相应农牧产品产量不断增加,人们的生活水平也随之提升,动物蛋白生产占比与人均蛋白质摄入量均处于绿色水平,说明膳食结构发生明显变化,营养状况得到改善。张黎等[29]针对吉林省膳食结构的研究表明,肉蛋奶的消费量及食用频率明显增长,说明该地居民的营养状态已经改善,本文研究结果与此一致。但应该注意的是,虽然人们生活水平提高,蛋白质的摄入量也要注意,过量或缺少都会造成指标向不绿色方向发展。

3.3 梨树县农业绿色发展食物生产指标整体时间变化

梨树县在食物生产方面整体有明显提高,逐渐趋于绿色发展,但是有个别指标有向不绿色方向发展趋势,需要多加注意。随着粮食产量逐年上升,耕地面积卡路里产量指标变为绿色;另外单位耕地面积农业产值也从1.7×104¥·hm-2增加到6.8×104¥·hm-2,这与吉林省农业现代化建设水平评估报告[26]结果相似,也正是因为农业在生产条件方面的改善,才取得这样的成就。同时,正因为我国开始倡导向低碳未来迈进[30],资源投入有所降低,慢慢向绿色方向发展,如单位农业产值能耗指标、畜禽氮综合利用效率指标等。梨树县虽然被评为“全国商品瘦肉型猪基地县”“国家秸秆养牛示范县”“全国畜牧兽医科技示范县”等称号,但畜牧业产业发展仍然处于初级阶段[31],导致畜牧养殖数量极不稳定,限制了单位耕地面积蛋白质产量指标的绿色发展。梨树县2019 年农田系统氮素利用效率为53.8%,是由于梨树县化肥施用量虽实现减少但幅度较小,这虽高于吉林省的平均水平(48.8%),但远低于全国平均水平(89.8%),说明梨树县为典型代表的吉林省在氮素利用方面仍有较大的提升空间[21,26]。在毛健伟等[32]研究发现梨树县仍存在农药投入不当的风险,使得农药投入量有所增加,有向不绿色方向发展的风险。梨树县农村人口逐年递减限制了人均农业水足迹指标的发展,呈现增长趋势,到2019 年增长到617.0 m3·capita-1·a-1,向不绿色方向转变。

3.4 梨树县农业绿色发展生态环境指标整体时间变化

截止到2019 年,除无法计算指标外,梨树县大部分生态环境类指标慢慢朝绿色水平靠拢,这与河北省县域农业绿色发展的研究结果相似,却显著优于海南岛的发展水平[12]。随着保护环境理念的逐渐增强,梨树县的人居环境也有所改善,通过全县分布的721 个散养户粪污收集点,各粪污处理中心进行粪污收集转运,逐步建立完善粪污收储运体系[33],畜禽粪尿综合利用率有所提高。并且在过去很长一段时间,农户处理农田秸秆一直以焚烧为主,并未合理循环利用。近些年国家开始对秸秆焚烧进行管控,梨树县积极响应国家号召,建立了符合自己实际情况的模式-梨树模式,以农作物秸秆直接覆盖还田为核心内容的保护性耕作方式[34],此项措施在一定程度上提高了秸秆氮综合利用效率,因此利用效率呈上升趋势,趋于Ⅳ级绿色水平。农田化肥投入量由于实行测土配方施肥,达到节本增效[35],使得单位面积农田氮盈余呈现下降趋势,到2019 年为149.3 kg·hm-2,环境压力有所减少。虽然在种植业方面氮素有所下降,但在全国范围内增加的动物食品消费需求量,促使畜牧养殖数量、畜牧业氮投入量都有所增加,研究结果与张晓萌等[22]相似,因此生产单位食物氮环境代价与单位面积畜禽承载量绿色发展情况较落后。近年来,我国空气污染事件越来越严重,梨树县空气也有所污染,吉林省的空气质量指数也相对增加(58.4%～80.2%)[36],向不绿色方面发展。伴随着我国越来越重视农业工作,梨树县耕地面积逐年递增,与此同时化肥的合理施用,使得单位面积农业源氨排放量与单位面积农业源GHG 排放量都有所好转,慢慢趋于绿色水平。

3.5 研究的不确定性

在本研究中,参数数据并没有完全本地化,所选用模型Nufer 的原有参数数据,因此和反映区域有一定的偏差,这使研究带有一定的不确定性。而生产数据获取途径方面,例如县域的农业产值、化肥折纯量投入量、农药投入量、农业机械总动力投入、各种农作物播种面积及产量、畜禽动物养殖数量都来自于四平市统计年鉴,与梨树年鉴以及吉林省统计年鉴数据有些许的出入,也使得研究有一定的不确定性。

4 结论

梨树县作为吉林省农业绿色发展的典型县域,农业绿色发展程度较高,从1994-2019 年Ⅰ、Ⅱ级指标占比由47%下降到23%,Ⅲ、Ⅳ级指标占比由22%上升到47%。发展同时仍存在一些问题,在社会经济方面,农业机械化水平较低,2019 年农业机械化动力仅为5.1 kW·hm-2;在食物生产方面,在农业生产过程中,资源投入有所降低,使农业产值能耗指标、畜禽氮综合利用效率指标等慢慢转变为绿色,但仍存在种植结构单一、优质农产品产量低等问题,限制了单位耕地面积农业产值指标的发展,2019 年梨树县产值仅达到Ⅰ级水平6.8 ×104¥·hm-2;从生态环境来看,由于畜禽数量的增加,而畜禽粪尿的利用程度偏弱,导致畜禽粪尿综合利用率处于Ⅰ级水平,而耕地面积未能与畜禽数量按同样的倍数增长,也使单位耕地畜禽承载量始终处在Ⅰ级水平。

综上所述,实现吉林省农业的绿色发展,在种植业方面需要改变种植结构单一的现状,同时减少农药、化肥等投入,提升优质农产品产量,合理开发利用黑土地资源,大力推广测土配方施肥、保护性耕作等优秀农业技术;在畜牧业方面应全面推广农牧结合,减少畜禽粪尿污染物,应用畜牧业规模化生产的环保减排技术,实现粪尿的无害化和资源化利用,减少对生态环境的伤害,全面推进吉林省农业绿色发展。