中国农业的化肥减量化逻辑:理论与证据

第1章 绪论 1.1 问题提出 1.1.1 化学品用量的时序和空间特征 化肥的施用对提升作物产量、维护粮食安全具有重大意义（何秀丽和刘文新，2014）。在中国，化肥对粮食增产的贡献在20.79%～56.81%（房丽萍和孟军，2013；王祖力和肖海峰，2008）。同样令人瞩目的是，1978～2015年，中国农用化肥施用折纯量由884.00万吨激增至6022.60万吨，年均增长率达5.32% 。化肥消费量占全球总量的32%。中国已成为化肥用量*高的国家之一，化肥用量为世界平均水平的3倍，欧美发达国家的2倍（李红莉等，2010；张凯等，2019）。同时，化肥利用率相对低下，例如，氮肥在中国水稻、小麦和玉米生产中的利用率仅为27.3%、38.2%和31.0%，相较于世界平均利用率低出20%～30%（闫湘等，2017）。 更为严峻的是，长期过量施用化肥，不仅造成严重的环境污染，表现为土壤板结酸化、水体富营养化和温室气体排量增加，威胁粮食安全乃至农业可持续发展（黄国勤等，2004；Cordell et al.，2009；杨林章等，2013；吕娜和朱立志，2019）；而且经污染的土壤、水和空气进入食品，引致突出的食品安全问题，如农产品的重金属超标等，产生致癌等健康风险（向涛和綦勇，2015；叶兴庆，2016；Zhang et al.，2018）。据此，农业部于2015年发布《到2020年化肥使用量零增长行动方案》，化肥减量受到普遍重视（刘丹等，2018）。于是，以2015年为政策冲击的时间节点，形成“准自然实验”，可以观测其前后化肥用量的时空演进特征。 （1）时间维度：**，1983～2015年化肥用量持续增长，且增长率呈现出时间的阶段性，其中，1983～1998年为快速增长期，年均增速为5.79%，1999～2015年为增速放缓期，年均增速降至2.39%；第二，在2015年达到峰值后，农用化肥施用折纯量于2016年首度出现下降，2016～2018年较上一年的降幅分别为0.64%、2.09%和3.52%；第三，施用量的下降主要表现在氮肥、磷肥与钾肥方面，农用复合肥的施用量和占比仍呈持续上升趋势，2018年（2268.84万吨）相较于2015年（2195.69万吨）增长3.33%（图1-1）。 图1-1 时间维度：1983～2018年农用化肥施用折纯量及其品类构成 （2）空间维度：**，化肥用量的贡献率表现出区域异质性 ，1980～2018年平均贡献率由高到低顺次为华东（31.61%）、华中（19.91%）、西南（11.38%）、华北（10.88%）、华南（9.52%）、东北（9.21%）和西北（7.49%）；第二，化肥用量的增长率也呈现出区域异质性，相较于华北、东北和华南片区，华中和西北片区的增长相对迅速；第三，化肥消费重心出现转移，以1996年为基期，华中片区的贡献率持续上升，而华东片区的贡献率呈现下降趋势，华中片区的河南于2001年超越华东片区的山东，高居全国化肥用量榜首；第四，着力推进减量化的2015～2018年，化肥施用的区域空间格局未发生显著改变。 本书致力于回答：为何化肥用量居高不下？各类农业经营主体的化肥施用的行为逻辑是什么？激励各类农业经营主体减少化肥用量的策略是什么？ 1.1.2 化学品减量的政策与误区 1. 既有减量政策的技术依托 由于农业减量化依赖于技术的进步，2016～2018年，中央财政投入23.97亿元设立“十三五”国家重点研发计划重点专项，开展“化学肥料和农药减施增效综合技术研发”，为减量奠定坚实的技术基础（张凯等，2019）。那么，如何有效推广这些既以成熟的减量技术？历年出台的多个《土壤有机质提升补贴项目实施指导意见》主要是按照所采纳的技术类型来制定不同额度的补贴，而补贴额度的高低则体现了对应减量技术策略的优先序，这是典型的技术导向设计（金书秦等，2015）。以技术为导向的减量策略可归纳为三类：一是弱化毒性成分，二是提升吸收效率，三是降低施用损耗。 （1）弱化毒性成分。传统意义上的生产要素替代效应是在产出不变情形下，由相对价格变化所激发的。但随着环境保护约束力的增强，生产要素替代是否发生也可能由相对污染强度决定，即通过要素替代，降低甚至消除肥料中可能形成毒害或污染的要素用量。比如，用生物质炭基肥替代部分化肥进行施用，这既能增加产量，又能减低传统化肥施用造成的污染物累积及其健康危害；再比如，以种养结合构建家庭农业生态圈，通过适量的畜禽养殖或绿肥种植产出有机肥，实现有机无机相结合，短期可以兼顾成本与肥效需求，长期能够提升耕地肥力，用耕地内在养分替代外部化肥投入（全为民和严力蛟，2002；Xin et al.，2017）。可见，要素替代包括两种路径：一是用无毒或低毒要素替代高毒要素，降低环境或健康危害程度，表现为外部要素之间的替代；二是通过生态圈内部良性循环的构建，实现内部要素间的自发均衡，表现为内部要素对外部要素的替代。值得注意的是，目前针对农产品品质的市场甄别与监管机制尚未健全，若直接推广弱化毒性成本的减量技术，在不完全市场条件下容易引致道德风险。一方面表现为施肥行为的双标倾向，即供给家庭消费的部分采用要素替代以降低毒性，用于出售的部分则多施化肥以保证产量；另一方面，受绿色农产品的高附加价值影响，可能诱发漂绿行为，即虚假宣称已采用要素替代（张露和罗必良，2020a）。 （2）提升吸收效率。利用效率表达的是既定投入要素组合获取的产出数量，提升效率的路径为在稳定产出的情形下降低投入或在稳定投入的情形下提升产出。具体来说，测度化肥利用效率的指标参数包括养分回收率（apparent recovery efficiency，RE）、偏生产力（partial factor productivity，PFP）、农学效率（agronomic efficiency，AE）和生理利用率（physiological efficiency，PE）。RE反映施入土壤中肥料养分的回收效率，PFP和AE分别反映单位肥料投入所生产的作物籽粒产量或产量的增量，PE则反映作物地上部分每吸收单位肥料所获得的籽粒产量增量（张福锁等，2008）。显然，高吸收率、低残留率是减量的重要思路，要求根据土壤肥力状况和作物营养需求等实施精准施肥用药。例如，我国着力推广的测土配方肥，就是先检测土壤营养物质状况，再有针对性地配比养料元素。既提高所缺物质的吸收效率，又避免富余物质的无效累积。然而，吸收效率的变化并非可以直观被感知的，需要基于精密仪器的检测与实验才能准确判断，这就使得农户在采纳提升吸收效率的减量技术时，由于自身缺乏技术绩效的检验能力，而面临极高的风险与交易成本约束。农户，特别是小规模经营农户，囿于家庭要素禀赋局限，其生产决策往往具有明显的风险规避和简化交易倾向，造成相对较低的技术采纳率。 （3）降低施用损耗。研究显示，我国水稻、小麦和玉米的氮素当季回收率仅为27.2%、43.8%和32.4%，与国际平均回收率51%相差甚远。这表明粮食作物种植中，56.2%～72.8%的氮素被无效损耗（朱兆良和金继运，2013）。在提升作物吸收效率的同时，通过施用方式的优化降低无效损耗，也是减量的重要思路。其一，改进施肥观念。农户普遍存在认知误区，认为化肥用量越高，作物生长所需的养分供应越充分，产量也就越高（尚杰等，2019）。事实上，化学投入品的过量施用不仅无效，甚至有害。张福锁等（2008）的分析显示，氮肥施用量与产量呈倒“U”形变动关系，即用量超过240千克/公顷时，产量出现下降。其二，改进施用工具。以无人机为代表的机械化喷施，通过雾化形式均匀连续作业，避免人工重复喷施以及地形限制等因素造成的损耗，可将施用量降低30%～50%（蒙艳华等，2018）。其三，改进施用措施。叶面施肥、湿润施肥、化肥深施、化肥缓释等对表面撒施方式的改进均能有效降低流失风险（樊小林和廖宗文，1998；全为民和严力蛟，2002）。需要注意的是，无论是思想观念的革新还是工具措施的改进，都需要打破农户原先旧的耕作理念与方式（张露和罗必良，2019）。然而，农户的耕作经验是经由家庭世代沿袭和传承的，通常表现出极强的行为惯性特征。若不具备强烈的行为动机诱导，任何对其进行变革的努力都难以奏效或不可持续。 综上可以发现，技术导向的减量化策略主要聚焦于如何通过技术或工具的改进，以达到其弱化毒性成分、提升吸收效率或者降低施用损耗的目标。鲜见技术导向的减量研究探讨如何将改进的技术或工具在农户中进行推广，从而造成技术的适用对象不明确，相应的政府扶植政策也呈现普惠性，略显无的放矢。事实上，对于技术受众农户而言，不同的技术或工具隐含着不同的采纳门槛或者说要素匹配要求，也隐含着不同的交易费用，普惠制的政策激励并不能形成广泛的行为激励与目标相容。类似于2017年印发的《关于创新体制机制推进农业绿色发展的意见》等减量政策，仍过于强调目标导向与政府导向（庇古传统），忽视了农户的行为特征及其响应逻辑。例如，种粮大省黑龙江在2016～2017年使用测土配方肥、缓释肥、生物肥等新型肥料及水肥一体化的面积为91.7万亩 ，占其耕地面积（2.39亿亩）的比例不足4‰（刘伟林，2017b）。因此，在减量技术研发取得坚实进展的情形下，农业减量化重心应转向技术-需求匹配，即探索如何根据地域自然环境特征与决策主体特征，靶向精准实施减量技术推广。 2. 既有减量政策的激励思路 鉴于减量行为的显著外部性特征，既有政策导向集中表达为两个方面的激励。一是遵循庇古传统，强化政府的职能，以期通过测土配方肥补贴等政策手段，来改善各类农业经营主体的减量行为响应；二是遵循科斯定理，试图通过产权明晰（农地的确权颁证）来促进农地流转交易，以期诱导农业的规模经济性，从而改善新型农业经营主体的减量化效果。 Pigou（1920）主张通过政府补贴等实现外部性的内部化，在环境友好行为激励方面得到普遍运用。2015年中央财政补助6.94亿元，支持测土配方肥的推广运用，补贴项目覆盖全国67万个村的1.63亿农户及1642家农企合作企业 。需要指出的是：其一，政府干预也并非零成本，特别是对广泛且大量存在的小农户采取补贴策略以激励其可持续生产行为，可能造成干预成本高于外部性产生的损失（李江一，2016；Chen et al.，2017）。其二，政府干预情形下容易滋生寻租行为，且对寻租行为监督困难，同样可能产生额外监督成本，从而形成政府资源配置的效率障碍，甚至引发干群之间或者群众之间的团结稳定问题（马恩涛等，2018）。其三，合理补贴对象和补贴标准的确定困难，因为需要明确行为主体和受既定行为影响主体，同时采集其边际成本与边际收益数据等相关信息的难度较大，需要支付可观信息成本（蔡时雨等，2019）。其四，补贴引致长期行为改变存在准入门槛问题，对人力、资本和经营规模均受限的小农户而言，只有补贴后的新要素采购成本低于传统要素时，才能激励其采纳行为改变（Mason et al.，2017；周静等，2019）；而补贴刺激消失后，小农户可能并不具备采纳环保新要素的可持续性，从而表现出行为改变的短期性（Pan et al.，2016；林楠等，2019）。 Coase（1960）认为外部性内部化无须抛弃市场机制而依赖政府行为，产权界定的明晰化可提高资源配置效率。于是，以确权产权界定策略刺激农地交易市场发育，实现农地的流转与集中，继而扩大农户的农地经营规模，被认为是实现减量化的重要路径（程令国等，2016；张聪颖等，2018）。值得注意的是：其一，Coase强调要将产权界定为更有能力或者可以降低交易费用的主体，但更有能力的产权主体识别及其成本问题却未能得以有效揭示。其二，随着环境条件的改变，如资源相对重要性改变，原有产权安排可能产生高昂的交易成本，此时若变更产权可能引发不稳定预期，若维持产权