农业生产转型及其环境效应的研究进展与展望

张英男; 龙花楼

doi:10.31497/zrzyxb.20220703

自然资源学报 >

2022 , Vol. 37 >Issue 7: 1691 - 1706

DOI: https://doi.org/10.31497/zrzyxb.20220703

新时期自然资源利用与管理

农业生产转型及其环境效应的研究进展与展望

张英男 ^,¹ ,
龙花楼 ^,²^,³

展开

1.浙江大学公共管理学院,杭州 310058
2.广西大学公共管理学院,南宁 530004
3.中国科学院地理科学与资源研究所,北京 100101

龙花楼（1971- ）,男,湖南醴陵人,博士,教授,研究方向为城乡发展与土地利用转型、“三农”问题与乡村振兴。E-mail: longhl@igsnrr.ac.cn

张英男（1993- ）,男,辽宁凤城人,博士,副研究员,研究方向为乡村土地利用与政策、城乡融合发展。E-mail: zhangyingnan@zju.edu.cn

收稿日期: 2021-07-27

修回日期: 2021-12-15

网络出版日期: 2022-09-28

基金资助

国家自然科学基金项目(41731286)

广西科技基地和人才专项(桂科AD19110158)

收起

Agricultural production transition and its environmental effects: Research progress and prospect

ZHANG Ying-nan ^,¹ ,
LONG Hua-lou ^,²^,³

Expand

1. School of Public Affairs, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China
2. School of Public Administration, Guangxi University, Nanning 530004, China
3. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China

Received date: 2021-07-27

Revised date: 2021-12-15

Online published: 2022-09-28

Fold

摘要

农业绿色转型已经成为乡村振兴与农业农村深化改革的关键路径,亟待探索农业生产转型与其环境效应的耦合关系与机制,从而推进农业的高质量发展。近年来,学者们基于不同的空间尺度,对农业生产转型及其环境效应的过程、格局、机理与优化调控开展了广泛探讨。为系统梳理该方面研究的相关进展,识别出相应的研究不足,本文采用文献分析与系统归纳相结合的方法,分析了农业生态环境问题的识别、测度与成因等方面的研究态势,从关键要素的视角解析了农业生产转型对生态环境影响的研究进展,并对农业经济增长与农业面源污染和农业生产转型与农业生态效率的相互关系进行了总结。研究指出：未来农业生产转型及其环境效应研究应加强从系统科学的视角解读二者的互馈关系,并关注二者互馈响应的区域异质性,深化基于土地系统科学视角的耕地利用转型的环境影响研究,通过多学科交叉融合加强对中国特色“小农”生产方式转型所引发的环境问题的微观机理探析。

关键词： 农业生产空间; 农业可持续发展; 绿色农业; 农业地理; 乡村地理

本文引用格式

张英男 , 龙花楼 . 农业生产转型及其环境效应的研究进展与展望[J]. 自然资源学报, 2022 , 37(7) : 1691 -1706 . DOI: 10.31497/zrzyxb.20220703

Abstract

The green transformation of agriculture has become an inevitable choice of rural vitalization and agricultural/rural reforms, therefore, it is urgent to explore the relationship between agricultural production transition and its environmental effects, and fuel the high-quality development. In recent years, the process, spatio-temporal pattern and the mechanism of agricultural production transition and its environmental effects have been intensively investigated and discussed at multiple scales. In order to systematically review the progress and garner the research gaps, literature analysis was used to summarize the state-of-the-arts. Finally, this paper provided an overview of the research progress from the perspective of key elements of agricultural production, and then summarized the research progress of the environmental effects from three aspects - the identification of agricultural environmental problems, the relations between agricultural production transition and non-point source pollution, and agro-ecological efficiency. Future research of agricultural production transition and its environmental effects should be focused on explaining the mutual relations from system science, underlining the regional heterogeneity, enriching the farmland use transition research by applying land system science, and highlighting the micro-mechanism of the environmental response from the perspective of small-holding peasants in China.

Key words： agricultural production space; sustainable agricultural development; green growth of agriculture; agricultural geography; rural geography

我国的城乡关系已逐步由城乡对立走向城乡融合^[1],乡村的转型与发展是当前也将是今后很长一段时间内国家和区域发展应当关注的重点问题^[2]。农业农村发展问题近年来已经引发了相关学者、政府部门及工商界人士的广泛关注^[3]。考察20世纪80年代以来“中央一号”文件中关于农业环境保护与治理的内容,可以窥探我国农业农村环境保护的思想脉络。1982—1986年的“中央一号”文件从承认包产到户合法性、放活农村工商业发展、取消统购统销及调整城乡关系等方面对农村改革和农业发展做出了具体部署。2004—2021年,中央连续18年颁布与农业农村发展相关的“一号文件”（表1）,且持续关注农业生态保护,2009年之前始终强调加强“沃土工程”建设,提高耕地质量。随后,农业面源污染治理得到关注。2013年之后,更加注重农村生态环境的综合整治与农业的绿色化发展,体现出注重落实和解决实际问题的特征。

表1 2004—2021年“中央一号”文件中关于农业环境保护与治理的内容

Table 1 Review of the No. 1 documents issued by the central government of China from 2004 to 2021

年份	文件中涉及的农业生态环境治理内容
2004	在粮食主产区扩大实施“沃土工程”规模,提高土地利用质量
2005	实行最严格的耕地保护制度,切实提高耕地质量;加大土壤肥力调查和监测工作力度,建立全国耕地质量动态监测和预警系统,改革传统耕作方法,发展保护性耕作
2006	要大力加强耕地质量建设,实施新一轮“沃土工程”,科学施用化肥,引导增施有机肥,全面提升地力。增加测土配方施肥补贴,继续实施保护性耕作示范工程和土壤有机质提升补贴试点
2007	加快实施“沃土工程”,重点支持有机肥积造和水肥一体化设施建设,鼓励农民发展绿肥、秸秆还田和施用农家肥。扩大土壤有机质提升补贴项目试点规模和范围;鼓励发展循环农业、生态农业,有条件的地方可加快发展有机农业;开发农业多种功能,健全发展现代农业的产业体系
2008	加强耕地保护和土壤改良,加快“沃土工程”实施步伐,扩大测土配方施肥规模。支持农民秸秆还田、种植绿肥、增施有机肥
2009	继续推进“沃土工程”,扩大测土配方施肥实施范围。开展鼓励农民增施有机肥、种植绿肥、秸秆还田奖补试点
2010	扩大测土配方施肥、土壤有机质提升补贴规模和范围。加强农业面源污染治理,发展循环农业和生态农业
2011	关注农田水利设施建设,发展节水农业
2012	推进农业清洁生产,引导农民合理使用化肥农药,加快农业面源污染治理
2013	加强农村生态建设、环境保护和综合整治,努力建设美丽乡村。继续实施土壤有机质提升补助,启动低毒低残留农药和高效缓释肥料使用补助试点
2014	建立农业可持续发展长效机制。加大农业面源污染防治力度,支持高效肥和低残留农药使用、规模养殖场畜禽粪便资源化利用、新型农业经营主体使用有机肥、推广高标准农膜和残膜回收等试点
2015	加强农业生态治理。实施农业环境突出问题治理总体规划和农业可持续发展规划。加强农业面源污染治理,深入开展测土配方施肥,大力推广生物有机肥、低毒低残留农药,开展秸秆、畜禽粪便资源化利用和农田残膜回收区域性示范,按规定享受相关财税政策
2016	加强资源保护和生态修复,推动农业绿色发展。基本建立农业资源有效保护、高效利用的政策和技术支撑体系,从根本上改变开发强度过大、利用方式粗放的状况。基本形成改善农业环境的政策法规制度和技术路径,确保农业生态环境恶化趋势总体得到遏制,治理明显见到成效。实施并完善农业环境突出问题治理总体规划。加大农业面源污染防治力度,实施化肥农药零增长行动
2017	推进农业清洁生产。深入推进化肥农药零增长行动,开展有机肥替代化肥试点,促进农业节本增效。集中治理农业环境突出问题。扩大农业面源污染综合治理试点范围。加大东北黑土地保护支持力度
2018	实施乡村振兴战略,加强农村突出环境问题综合治理。加强农业面源污染防治,开展农业绿色发展行动,实现投入品减量化、生产清洁化、废弃物资源化、产业模式生态化
2019	加强农村污染治理和生态环境保护。推动农业农村绿色发展,加大农业面源污染治理力度,开展农业节肥节药行动,实现化肥农药使用量负增长,发展生态循环农业
2020	深入开展农药化肥减量行动,加强农膜污染治理,推进秸秆综合利用
2021	推进农业绿色发展。实施国家黑土地保护工程,推广保护性耕作模式。健全耕地休耕轮作制度。持续推进化肥农药减量增效,支持国家农业绿色发展先行区建设

注：相关内容摘录自2004—2021年“中央一号”文件。

农业产业发展与生态环境的协调性是衡量乡村发展是否可持续的重要指标。快速发展的短板问题已经开始逐步制约乡村社会经济系统的健康运行,传统的竭泽而渔式的发展模式忽视了环境的实际承载能力,这种对资源的消耗和对生存环境造成的伤害是难以估量的。环境污染治理的“重城轻乡”造成我国农村地区污染类型复杂多样,点源污染与面源污染共存,生活污染和生产污染叠加,以及外源性污染持续向农村转移^[4]。无序失当的土地利用行为已经导致乡村土地污损化、水体污染化和空气污浊化^[5]。1978—2010年国内生产总值增加了近26倍,虽然二、三产业及外向型经济起着主导作用,但农业和农村所发挥的作用仍不可忽视,农业由传统的精耕细作向现代农业转变,依靠大量农药及化肥投入的经营方式已经引发严重的农业面源污染问题^[6]。根据《全国土壤污染状况调查公报（2014）》和《全国耕地质量等级情况公报（2014）》,在全国范围内土壤点位污染超标率高达19.4%,耕地退化面积占总面积的40%,长三角、珠三角及东北老工业基地的状况尤为严重^[7]。如果按照18亿亩耕地来计算,约3.5亿亩耕地遭受不同程度的污染,严重威胁着我国的粮食安全。

农业生产是乡村空间的重要组成部分之一,是由劳动力、土地和产业等核心要素以特定的方式进行有机结合、交互作用形成的复杂的、开放的、动态的巨系统^[8]。农业经营方式、生产方式、资源利用方式和管理方式已经发生剧烈变革,近年来农业生产转型及其环境效应研究日益成为地理学关注的重点,学者们围绕农业生产的关键要素转型及其引发的土壤、水体等环境响应开展了多尺度的理论与实证探讨,对单一关键要素及系统综合变化与相应的环境影响的耦合关系及优化路径进行了理论思辨和路径探讨。因此,有必要系统回顾农业生产转型及其环境效应相关研究进展,并展望未来的研究趋势,为农业的绿色化转型提供理论支撑。本文通过多层次检索、逐条筛选及精读与泛读相结合的方法对相关文献进行了分类归纳与总结提炼,从关键要素的视角解析了农业生产转型对生态环境影响的研究进展,并对农业经济增长与农业面源污染和农业生产转型与农业生态效率的相互关系进行了总结,以期为后续研究提供参考,为乡村可持续发展提供支撑。

1 农业生态环境问题的识别、测度与成因

农业生态环境问题的识别、测度。自20世纪50年代的绿色革命以来,高投入式的农业发展模式已经通过快速的粮食产量增加解决了粮食安全问题,但其带来的农业面源污染已经成为制约乡村可持续发展的首要问题。关于农业面源污染的测度方法首先于20世纪60年代在北美提出,之后经过不断发展完善,已衍生出多种方法,并在80年代被引入中国。大多数模型均以实证模拟为基础,例如AGNPS（Agricultural Non-point Source Model: A Family of Models）^[9]、ANSWERS（Areal Nonpoint Source Watershed Environment Response Simulation）^[10]、BASINS（Better Assessment Science Integrating Point and Non-Point Sources）^[11]、SWAT（Soil and Water Assessment Tool）^[11]以及其他经典的测算方法^[11],这些模型都有自己的优势与缺陷,其局限性主要体现在数据的敏感性及区域性上^[12]。一方面,大多数模型在计算过程中需要大量的参数及基础数据输入,导致模型的校正与验证存在很多困难。另一方面,虽然这些模型在发达国家具有很好的适用性,呈现很好的测算效果,但由于发展中国家与发达国家在自然地理条件等方面存在较大差异,并不一定真正适用于发展中国家。

中国虽然关于农业面源污染的研究数据已有一定积累,但长时间序列的污染载荷数据仍然较为匮乏。而清单分析法可以克服各种参数缺乏及长时间序列观测数据不足的问题,为在中国开展农业面源污染载荷的测算提供了新的视角。同时,该方法减少了对复杂污染过程和机制的考虑以及大量实验和检测的投入,利用投入的生产要素进行估算有利于在区域尺度的评估。此外,由于化肥施用与农业面源污染具有直接关系,部分研究利用化肥施用强度与施用超标量等来间接表征农业面源污染强度。高如梦等^[13]基于化肥流失量等指标分析了农业增长与环境污染的关系;石文香等^[14]基于化肥施用量对中国化肥面源污染排放驱动因素进行了分解并采用空间计量方法分析了其EKC特征;高晶晶等^[15]利用中国农村固定观察点数据分析了高化肥用量与小农户施肥行为的关系。

化肥过量施用的成因。为应对农业面源污染及促进农业的可持续发展,诸多学者试图探讨是什么原因导致了化肥的过量施用。其研究切入点大致可分为两类：一方面,部分研究分析了人口增长^[16]、产业发展^[17]、技术进步^[18]、环境及农业政策变化^[19]以及价格政策改变^[20]等宏观因素对化肥投入的影响;另一方面,学者们试图利用微观调查数据定量分析农户及个体因素对化肥过量投入的作用^[15],在微观尺度的研究中,人口因素（教育、年龄和性别）、农场规模、土地承包期等通常为关注的主要因素^[21]。大多现有的研究将化肥的过量施用视为技术或经济问题^[22],然而,过量施用行为不仅是技术问题,也与社会文化因素紧密相关^[23]。从技术的角度解释过量施用行为是指化肥施用量超过生产厂商规定的最高施用剂量;从社会文化角度理解,化肥过量施用也是一种社会行为。通过规定的剂量来判断是否过多投入了化肥是很有必要的。同时,农民是化肥施用的行为主体,所以化肥过量施用问题需要以“社会人”的假设前提来考虑。从技术角度理解化肥施用问题已经得到了很好的研究^[23],但农民社会文化行为的复杂性使从社会文化视角全面深入地剖析化肥过量施用的机理变得较为困难。

农业面源污染是自然和人类活动因素综合作用的结果^[24]。但环境问题往往由人类活动引发,与社会文化背景、个体心理因素和本土文化息息相关^[25]。从根本上说,农户行为直接影响着农业生态环境^[26]。大量的文献试图去阐释农户行为如何影响化肥施用这一难题,尤其体现在以经济效益和政策制度为出发点^[24]。多数研究倾向于使用基于理性经济人的新迁移经济学理论,认为在快速城镇化进程中农民倾向于利用化肥来代替劳动力流失（替代效应）。非农就业同时也会带来更多的经济收入,使农户有更多的资金来购买化肥（汇款效应）,从而导致农业生产由劳动力集约型转变为资本集约型。在完全竞争市场中,农民的生产决策可以看作要素价格的函数。然而,即使化肥的价格有所上涨,农民仍倾向于使用更多的化肥^[27]。这也与小规模经营及不完善的户籍制度有关。已有研究表明农场规模每扩大1%将导致化肥施用量下降0.3%^[28]。成本效益分析及消费者购买决策模型也被部分研究者使用来解释化肥过量施用行为。研究大多假设农民为“理性经济人”,并将追求经济效益最大化为他们的目标。“效益最大化”理论和“风险规避”理论也常常被用来解释小农经营行为。

2 基于关键要素视角的农业生产转型对农业生态环境的影响

农业生产活动是由一系列要素通过特定方式综合作用形成,关键要素的运行规律与特征及其与其他要素的联结决定着系统的结构和功能。目前,关于农业生产的环境影响研究大多从单个或多个关键要素入手,剖析二者间的相互关系。而且,从关键要素入手探究农业生产对生态环境的影响可以起到“化繁为简”的效果,可以为关键要素的管控提供科学支撑。因此,本文从劳动力、耕地、技术及资本入手,分析其时空演化的环境响应。

2.1 农业劳动力转移与农业化学品投入

人口外流、非农就业与化肥施用。非农就业有本地就业、非本地就业、全职与兼职等多种形式,这些均对农业生产产生直接或间接的影响。探索非农就业如何影响化肥投入及其与农业面源污染的关系对于乡村的可持续发展具有重要意义,已经成为目前乡村地理学与环境科学等学科的重要研究领域之一。目前,大量的研究已经对非农就业与化肥投入之间的关系进行了探讨,但是其相互之间的关系仍未被阐述清楚,通常呈现不一致和复杂的相互关系^[29,30]。依据传统的“要素替代理论”,乡村劳动力转移与非农务工会减少劳动力的投入并引发农业化学品投入的增加来保持粮食产量^[31]。新迁移经济学强调非农务工收入在缓解农民购买化肥的资金约束方面的作用,这也促进了农业技术进步向省工性技术创新的方向转型。因此,拥有非农务工的农户倾向于使用劳动力替代型技术。从风险规避的角度考虑,大多数农民不仅不会考虑到过量化肥施用带来的负外部性,而是认为其会在充足的资金支持和小农生产的前提下稳定粮食产出。由于日益增长的非农务工收入增强了农民抵御风险的能力,传统的以保障生存为主要目标的生产模式已经逐步趋向商业化和产业化,保障家庭的粮食安全已经不是农户经营的首要目标^[32]。现有的研究已经表明非农化就业已经导致作物种植结构发生改变^[33],而种植结构的多样化也会导致农户化肥施用量的变动。

与以上研究相比,部分研究对于非农就业对化肥施用的影响得出相反的结论。非农就业收入的上涨导致农民务农的机会成本上升,会进一步导致粗放化经营以及生产要素的投入减少。在获取更多收入的驱使下,由于农业生产要素价格上涨以及日益拉大的农业部门与非农业部门收入差距,农民往往会选择撂荒或弃耕^[34]。这种农户决策将直接对化肥施用产生负面影响。此外,农业政策与农业生态环境也息息相关。随着劳动力短缺效应的凸显,土地经营权的流转可以促进分散化的土地向少数种粮大户集中,促进了耕地的规模化、专业化经营。日益增长的土地流转规模使土地经营的规模效应凸显,在一定程度上减少了单位面积化肥施用量,有益于农业生态环境的改善^[35]。

许多研究印证了上述两种观点。一些农业经济、环境管理及地理等领域的相关研究运用各种不同的计量模型在区域、农户等不同尺度对非农就业与化肥施用之间的关系进行了探讨（表2）。例如,一项安第斯山脉地区的研究发现外出务工的汇款收入被农户用来购买农药化肥等农业化学品来提高产出水平^[29]。有的学者在中国9个省区也做了关于非农务工影响的相似研究,发现劳动力的非农化就业与化肥消耗呈现明显的正相关关系^[36]。尽管部分研究已经证实了劳动力的非农化转移会通过增加化肥投入来促进土地的集约化经营,但有些研究也发现二者之间存在着负相关关系。Chang等^[40]探究了农户的非农劳动力配置与购买化肥的资金之间的关系,结果表明化肥花销随着非农就业的增加而减少。其他研究发现二者之间存在复杂的、动态的非线性关系,因为非农就业既可以增加化肥施用,也可以在一定程度上减少化肥消耗。因此,与农业生产环境质量紧密相关的化肥施用强度可以在不同发展阶段表现出不同的变化趋势。黄俊^[46]的研究表明劳动力外流与化肥施用存在倒“U”型曲线关系。另外一项研究试图分析非农就业导致农业化学品投入增加,从而加剧乡村环境退化,其部分结果显示山区的劳动力流失效应远远大于非农就业的汇款效应^[35]。

表2 关于农民非农化就业/乡村人口外流对化肥施用/耕地经营的影响相关文献梳理

Table 2 Literature review of the impacts of off-farm work and rural outmigration on chemical fertilizer application and farmland management

作者信息	研究尺度	地貌类型	主要方法	主要结论	变化趋势
Caulfield等^[29]	农户尺度	山区	线性回归、结构方程模型	外出务工的汇款效应与化肥施用呈现正相关关系
Vasco^[36]	农户尺度	高海拔山区	Tobit模型	拥有一个或更多的外出（海外）务工成员的农户比没有在外务工成员的家庭施用更多的化肥
段伟等^[37]	农户尺度	低山丘陵区	Tobit模型	化肥投入随着外出务工人数增多而减少
张军伟等^[17]	省域尺度	—	Durbin模型	化肥施用与人口外流呈现正相关关系
栾江等^[38]	县域尺度	—	Granger因果关系检验	劳动力外流与化肥施用之间存在正相关关系
何浩然等^[39]	农户尺度	研究区域包含中国 9省区	多元回归分析	农户拥有越多非农就业劳动力施用越多的化肥
Chang等^[40]	农户尺度	美国家庭调查数据	Probit模型、受限分位点回归	非农就业将会减少化肥支出,且这一现象在化肥支出百分比较高的群体中更为明显
Fanariotu等^[41]	农户尺度	希腊	多变量离散分析、分层对数线性模型	40.3%的高化肥投入农户为全职的农民,25%为兼业化农民,但其主要收入来源为农业生产。兼业化农民与高化肥投入无显著相关性	—
Liu等^[42]	地级市尺度	山区	混合回归、固定效应模型	劳动力外流与耕地利用强度之间存在倒“N”型关系
Aregay等^[21]	农户尺度	关中平原	最小二乘法	家庭务农劳动力每增长1%会导致无机化肥施用减少0.117%
Mathenge等^[43]	农户尺度	肯尼亚的部分农业生态区	双栏模型（Double-hurdle model）	对于玉米种植,非农收入与化肥施用呈反向相关关系
Phimister等^[44]	农场尺度	英格兰和威尔士	样本选择模型、结构性农户模型（Structural FarmHousehold Model）	化肥施用强度会随着非农就业的增加而降低
Shi等^[35]	农户尺度	山区	可计量一般均衡模型（CGE）	非农就业的劳动力流失效应显著强于收入增长效应	—

注：最后一栏横坐标代表乡村人口外流或非农就业程度,纵坐标代表相应的农业化学品投入强度。本表基于文献 [45] 完成。

事实上,农户对于非农就业的响应在山区与平原地区存在一定差别。现有研究已经发现在偏远山区存在明显的土地粗放化利用及大规模的撂荒现象^[47]。由于偏远地区交通条件较差、耕作半径较大、不利于机械化操作,需要大量的劳动力投入,其生产成本较高。因此,山区化肥总消耗量应比平原农区下降得快。此外,山区地块分散,耕地的景观细碎化及权属细碎化阻碍了山区的规模化经营。相反,平原农区的耕地具有较好的耕作条件,有利于其在农户间的流转,形成规模效应。因此,地貌条件的异质性通过影响耕地经营行为及乡村居民对城镇化的响应程度而使非农就业对于化肥施用的影响存在区域差异。

2.2 耕地利用转型的环境影响

耕地利用的经营方式转型会影响农业生产的要素投入,进而引发耕地生态环境本底反馈的差异性。该方面的研究集中于耕地流转与规模化经营对化肥、农药等要素投入及环境效率的影响,但不同学者的研究结果与观点并不一致。部分学者通过研究发现农地流转与规模经营有利于发挥规模效应,比小农户更具有施肥的理性,有利于化肥的减量化投入^[48]。以小农为主导的分散的农业经营模式,农民的组织化程度低,制约着新型农业经营技术及生产理念的推广,且存在着较强的路径依赖。持相反观点的学者认为耕地流转与规模化经营使生产者更加追逐利润的最大化,增强了化肥等生产要素投入强度。而且经营者对于转入的土地因对地权不稳定的预期会倾向于短期内完成投资回报,可在一定程度上加剧化肥的投入。耕地流转、规模经营与化肥施用之间的关系是错综复杂的,可能受到区域资源禀赋、社会经济发展条件及流转规模等因素的影响,也可能受到调查样本选择偏差的影响,这也是造成诸多研究结果不一致的原因。

关于农业规模经营与农业环境效率间的关系,大部分实证研究已经表明农业经营规模的扩大会对农业环境效率产生负面影响^[49]。如Reinhard等^[50]研究发现荷兰的农厂环境效率与农厂规模间呈负相关关系。马贤磊等^[51]利用超效率SBM模型与中介效应模型,测算了“面源污染”和“碳排放”两类非期望产出,探究了耕地流转、利用规模、利用方式与利用强度与农业环境效率间的传导关系,结果表明耕地经营规模的扩大会通过增加化肥和机械投入强度来负向影响农业环境效率。现有研究针对不同农业经营主体（如纯务农户、兼业农户与专业大户、家庭农场、农民合作社及农业产业化龙头企业等）的农业生产活动对环境的影响程度研究匮乏,尚未明确哪些经营主体是绿色生产经营行为的主要实施者,哪些经营主体的生产经营方式与绿色生产相背离。

2.3 技术进步与农业生态环境响应

农业技术进步对生态环境既可以产生消极影响也可以产生积极影响。一方面,农业技术进步是推动要素投入密集化的直接动因。化肥、农药等增产性要素的非理性投入导致土壤污染、水体污染等与农业生产活动相关的污染现象。具有盲目性、单一性及技术不合理的化肥及农药投入会导致土壤结构失衡、肥力下降甚至酸化板结,且过量氮、磷等元素的积累会造成水体污染和富营养化^[49]。虽然通过无机化肥的使用等方式提高利于土地产出率增加的第一类技术进步可以在一定程度上提高劳动生产率,但其仍会对土壤理化性质与结构产生负面影响^[52]。而有研究则通过面板数据回归模型得出了中国的农业技术进步会减轻化肥污染,但会加剧农药、农膜的污染^[53]。部分研究也表明农业绿色生产技术的进步对碳排放的影响是异质的,并不是所有的相关技术都会促进“碳减排”^[54]。

另一方面,农业技术进步会对农业生态环境的改善产生积极作用。农业化学品生产工艺的改进及成分的革新与优化有利于化肥和农药的减量化施用,并在一定程度上促进农业化学品的生态友好性。如控释肥料可以提高肥料的氮效率,降低地下水中相关污染物浓度,减轻农业面源污染^[55]。在资源环境约束日益增强及农业生态危机不断加剧的情形下,发展生产前沿技术有助于解决农业生产与环境本底间的胁迫效应^[56]。部分新技术的运用有助于农药等有机污染物的降解,如纳米技术在污染感测和预防领域具有显著的应用前景^[57]。

总体上,相关研究仍主要关注技术进步对农业环境影响的理论分析,相关的定量研究相对缺乏,且对于农业技术的细分方向对农业生态环境的差异性影响探究较少,部分研究结论间仍存在冲突,已有的研究尚未充分阐明农业技术进步与生态环境反馈之间的关系。

2.4 资本驱动下的农业转型及其环境影响

资本是农业生产与发展不可或缺的因素,其对农业生产环境的影响与资本类型相关,具有一定的差异性。目前相关研究主要集中于探究外商直接投资（FDI）与工商业资本。针对FDI对农业生态环境的影响,“边际产业扩张理论”“污染避难所假说”“波特假说”及“污染晕轮效应”等相关理论得到了学界的广泛探讨^[58]。实际上,FDI通过规模路径、结构路径和技术路径影响东道国的农业生态环境。已有研究表明FDI可以影响农业生产方式,改变化肥施用方法与灌溉模式等,从而改善污染现状。对中国而言,1997—2014年间,FDI与我国农药、化肥等生产资料的使用总量呈正相关关系,而与其施用强度呈现出明显的负相关关系,说明FDI对我国农业的绿色化转型与可持续发展具有积极意义^[58]。这与其他研究结论相吻合,印证了从规模效应视角来看,农业利用外商直接投资规模的扩大显著增加了农业面源污染排放量。

工商业资本下乡虽然可以在一定程度上加快推进农业的产业化经营,但资本的逐利性也导致农业环境危机逐步显现。中国加快农业现代化发展恰逢工商业资本过剩,而资本大举进入农业的唯一目的是获取收益,无视引发的环境负外部性^[59]。部分学者针对农民应对资本下乡引发环境危机的行为策略与困境进行了探讨^[60]。实际上,目前相关研究集中于资本下乡对农村产业发展、农户生计的影响,忽视了其对于环境负面影响的研究。

3 农业经济增长与农业面源污染

现存的关于乡村或农业发展对农业面源污染的影响研究多集中于（农业）经济增长与面源污染的关系以及城镇化对农业面源污染的影响两个方面^[61]（表3）。前者主要基于环境库兹涅茨曲线（EKC）理论运用社会经济发展数据在不同研究尺度上探究（农业）经济增长与农业面源污染各项指标间的相互关系。研究表明：农业面源污染的演化轨迹在大多数情况下随着经济发展呈倒“U”型关系,但也有少部分研究发现在部分区域其表现出“N”型或倒“N”型的演化轨迹^[66]。农业面源污染的来源是多元的,包括种植业、养殖业和居民生活等。因此,其测度指标并非唯一,可以从不同的要素投入和产出角度来分析。关于“产出”指标可以理解为各种生产要素投入所产生的结果,如化学需氧量（COD）、总氮（TN）和总磷（TP）等。相关的实证研究已经表明,在经济发展过程中不同污染物变化轨迹不同^[76]。在欠发达国家,经济现代化过程往往伴随着农业化学品的大量投入^[63]。以上事实表明,（农业）经济增长与农业面源污染的关系存在不同形式,但是大多数实证结果仍支持EKC曲线。

表3 经济增长/农业发展/城镇化与农业面源污染的关系相关文献梳理

Table 3 Literature review of the relationship between economic growth/agriculture development/urbanization and agricultural non-point source pollution

作者信息	研究时段/年	研究区域	研究方法	研究结果
A: 经济增长/农业发展与农业面源污染的关系
张锋等^[62]	1990—2007	中国江苏省(经济发达地区)	VAR; GCA	阶段1: PCGDP → + EN; 阶段2: PCGDP → -EN
Jorgenson等^[63]	1995	40个欠发达国家	OLS	PCGDP → + PID
郭利京等^[64]	1993—2015	中国(省域尺度)	FE; RE	阶段1: PCGDP→+COD; 阶段2: PCGDP→-COD阶段1: PCGDP→+TN; 阶段2: PCGDP→-TN 阶段1: PCGDP→ +TP; 阶段2: PCGDP→ -TP
Zhang等^[18]	1990—2007	中国30省份	TSE; FE	阶段1: PCGDP→ +EN; 阶段 2: PCGDP→ -EN
Zhang等^[65]	2003—2012	中国三峡库区	OLS	阶段1: RNIPC→ +FID; 阶段 2: RNIPC→ -FID 阶段1: RNIPC→ +PID; 阶段 2: RNIPC→ -PID 阶段1: RNIPC→ +AFID; 阶段 2: RNIPC→ -AFID RNIPC→ +GI RNIPC→ +LMI
陈栋等^[66]	1995—2015	中国	OLS	阶段1: PCAO→ +FID、PID、AFID; 阶段2: PCAO → -FID、PID、AFID; 阶段3: PCAO → +FID、PID、AFID
B: 城镇化与农业面源污染的关系
Fischer等^[61]	2000—2030(预测)	中国	APPM	UR → + NL、AE
Wang等^[67]	1997—2015	中国(省域尺度)	Penal data model; GMM	低城镇化水平阶段: URID→ -FID 高城镇化水平阶段: URID→ +FID
You^[68]	1992—2013	中国湖北省	OLS; VAR	阶段1: UR、STP→ -FID;阶段2: UR、STP→ +FID 阶段1: UR、STP→ +AFID;阶段2: UR、STP→ -AFID UR、STP→ +PID
薛蕾等^[69]	1997—2016	中国(省域尺度)	FE; RE; SDM	Northeast China and Eastern China: 阶段1: UR → +PD; 阶段2: UR→ -PD Central and Western China: 阶段1: UR→ -PD; 阶段2: UR→ +PD
姚文捷^[70]	2007—2016	中国(省域尺度)	OLS; FE; RE	UR→ +SRIPE LUR→ =SRIPE
C: 其他相关研究
Abd-Elmabod等^[71]	1972—2017	尼罗河三角洲地区	—	RNIPC→ -SOC
Ouyang等^[72]	1976—2006	中国东部三江平原	LP; RDA	农业发展→ +TN、TP
Cui等^[73]	1990—2009	中国	NNF	阶段1: HDI→ +NF; 阶段2: HDI→ -NF
Hou等^[74]	2000—2014	中国长江经济带	GMM	UR→ -ECLU

注释：“+”：正相关;“-”：负相关;“=”：微弱相关或尚未明确相互关系。当被划分为两个阶段,分别代表前期和后期。当被划分为三个阶段,分别表示早、中、晚期。本表基于文献 [75] 完成。因变量：氮素超额量（EN）;农药投入密度（PID）;化肥投入量（CFI）;化肥投入强度（FID）;农药投入强度（PID）;地膜投入强度（AFID）;作物秸秆残留（GI）;畜禽粪便投入（LMI）;氮淋失量（NL）;氨排放量（AE）;农药施用量（PD）;畜牧业污染排放量（SRIPE）;土壤有机碳含量（SOC）;氮足迹（NF）;耕地利用生态效率（ECLU）。解释变量：人均GDP（PCGDP）;农业总产出（AGO）;农民人均纯收入（RNIPC）;人均农业产出（PCAO）;城镇化率（UR）;城乡收入差距（URID）;二三产业产值比例（STP）;土地城镇化率（LUR）;人类发展指数（HDI）。研究方法：向量自回归模型（VAR）;格兰杰因果分析（GCA）;最小二乘法（OLS）;固定效应模型（FE）;随机效应模型（RE）;曲劳—斯坦福方程（TSE）（计算植物对氮的需求量与土壤对氮的供给量的差值）;农业生产规划模型（APPM）;广义矩阵估计法（GMM）;空间杜宾模型（SDM）;景观格局指数（LP）;冗余度分析（RDA）;国家氮足迹模型（NNF）。

在探究城镇化与农业面源污染关系时,在所谓的“污染—收入”关系的文献中,研究方式大体相似。人口城镇化率是应用最广泛的表征城镇化发展水平的指标^[69]。同时,农业面源污染与土地城镇化率的关系也曾被分析^[70]。相关研究表明城镇化早期阶段农业生态环境往往趋于恶化,而在后期阶段农业生态环境会得到改善^[69]。同时薛蕾等^[69]的研究也表明：城镇化对农业面源污染的影响呈现区域异质性,即在东部沿海地区呈现出倒“U”型曲线,而在西部地区呈现相反的变化轨迹,这一结果也表明经济发展阶段可能对二者之间的关系产生影响。

4 农业生产转型与农业生态效率

长期依靠过度的自然资源利用及农业化学品投入已经造成严重的面源污染及环境恶化,对农业的可持续发展造成严重威胁。农业生产中的生态效率有助于理解农业生产所带来的经济效益与环境外部性关系。但关于生态效率的研究尚未给出明确定义。其首次由德国学者Schaltegger等^[77]于1990年提出,随后被各国发展和接受。目前,被全球各国广泛接受和认可的是世界可持续发展工商业联合理事会给出的解释。尽管关于农业生态效率的理解尚存在一定差异,但农业生态效率总体上可理解为以最少的资源消耗和环境影响达成最大的经济产出及相关服务。如陈兴鹏等^[78]将其定义为“农业生产资料的投入与经济产出以及环境期望产出的关系”。

农业生态效率的研究方法日益丰富,如比值法、生命周期评价法、随机前沿分析法、生态足迹分析法、能值分析法、数据包络分析法等^[79]。以上方法各具优势与不足,需根据区域实际情况进行选择。随机前沿分析法和数据包络分析法是两个应用较为广泛、结果具有较高精确性的两种方法,且二者的测算结果具有高度的相关性^[80]。虽然随机前沿分析法的分析结果更接近于实际情况,但其只适用于单一产出与多要素投入的生产方式。数据包络分析法是被广泛应用的非参数模型,可以对多产出与多投入的生产方式进行评估^[81]。但考虑非期望产出的DEA模型同样存在缺陷,其无法将同处于有效前沿面的评价单元进行区分。而SE-SBM模型可以克服这一缺陷,且能明晰效率损失的来源^[82]。

农业生态效率的时空格局对于揭示宏观背景下区域农业生产活动的生态效率具有重要价值。现有研究多集中于国家、省域尺度,而对市、县及更为微观尺度的研究相对较少。Liu等^[80]基于Super-SBM模型和非期望产出的SBM模型对中国省域尺度的农业生产效率的时空格局进行了分析。张子龙等^[83]运用非期望产出的SBM模型分析了黄土高原农业生态效率的时空演变。此外,农业生态效率受多因素综合影响。宏观层面,受城乡收入差距、工业化水平、城镇化水平、农业规模经营、区域农业政策、农民人均纯收入等因素影响^[84],微观层面,与农业经营主体的经营行为相关,如化肥、农业投入、灌溉方式等^[77]。总体来看,从农民生产行为视角更为深入地探讨农业生态效率的微观影响机理亟待加强,而在宏观层面需在指标选取等方面进行更多研究。

5 研究评述与展望

农业生产系统作为乡村地域系统的重要维度之一,理解其转型规律及环境效应可以为乡村可持续发展奠定科学基础。现有研究已对乡村人口变迁对农业生产的影响、耕地利用转型的内涵、格局及驱动机制、农业产业转型、农业生态环境的测度、时空格局、农业经济增长与环境效应的互馈关系和农业生态效率等方面进行了丰富的理论与实证探索,但仍存在一定的不足,需在未来的研究中加以关注。

5.1 研究评述

（1）理论创新的欠缺。农业生产转型的环境影响具有明显的跨学科性,涵盖地理学、环境科学、经济学、生态学及农学等多学科领域。农业生产本身是一项涉及多要素的系统工程,而其环境影响同样具有多维度。因此,需要多学科理论的交叉融合才能全面揭示二者之间复杂的相互关系。目前,从宏观层面来看,相关研究主要聚焦于人地关系理论、可持续发展理论、农业生产服务功能理论、环境库兹涅茨曲线理论等。这些理论往往具有明显的学科归属,有其自身的思维逻辑和研究范式,导致各个学科间所关注内容存在差异,使基于此提出的政策建议无法使整个系统得到优化。从微观视角来看,大多研究基于“农户是理性经济人”的基本假设,沿袭农户行为理论的研究范式,然而缺乏对“有限理性”农户行为特征的探讨,忽略了其“社会人”属性特征,导致理论认知与农户现实行为选择的偏离。

（2）研究重心的迁移。农业生产转型及其环境效应研究目前随着相应技术手段的发展已经由传统的侧重宏观尺度的研究向农户行为等微观尺度转型。结合问卷调查、半结构式访谈、案例分析等方法的质性分析使得研究内容向纵深发展。农民是农业生产实践的主体,研究其生产行为特征与规律对于改善区域农业生态环境质量至关重要。基于微观实证调查数据的以农户人口统计学特征及社会经济特征为基础的经验研究,以及以质性分析为主要手段的农户环境行为理论探讨成为当前关注的热点^[85]。

（3）研究方法的更新。在农业环境影响分析中,传统的回归分析方法已经向准实验设计方案转变^[85]。对于农业生态环境质量的监测,传统的以指标体系赋权为基础的评价方式已经逐步向基于3S技术的高精度监测与评价方式转变,可以更为便捷和科学地刻画农业生态环境质量的变迁。但目前关于农业生态环境质量的评价,国内研究主要应用模糊综合评价、层次综合评价及灰色综合聚类等方法,但在指标选取上对社会经济指标引用过多,忽视了生态指标及生态环境的作用,没有考虑到农业生态环境的时空变异性。

（4）定量偏向的弊端。由于数据可获得性的增强、技术手段的升级及统计分析方法的完善,定量手段越来越多地应用于农业经营行为对生态环境的影响等微观尺度的研究。但定量偏向手段往往局限于对农民或农户个体的人口特征、收入、就业等可量化因素的分析,缺乏对社会文化因素的综合考量,导致经验证据与理论分析间的偏差。

5.2 展望

（1）加强从系统科学的视角解读农业生产转型与其环境效应的互馈关系。农业生产活动是一项系统工程,是由多要素通过一定的运行机制综合集成的复杂系统,具有综合性、动态性及层次性。农业生产系统具有经济、社会、生态及文化等多重属性,不同维度的相关要素在不同的空间尺度上表现出不同的运行机制。现有的关于农业生产转型的研究多从某一维度、某一要素入手,无法窥探系统整体的运行规律。地理信息技术、大数据及现代农业技术的发展为全面获取农业生产系统运行信息提供了支撑,也使从系统科学的视角探究农业生产转型与其环境效应的互馈关系成为了可能。农业生产并不是孤立运行的系统,其与社会经济运转、科技进步等诸多环境密不可分,需要考虑诸多横向因素间和纵向各个环节间的关联,构建基于全生命周期的农业生产环境效应分析框架。

（2）深化基于土地系统科学视角的耕地利用转型的环境影响研究。耕地利用转型研究虽然得到了较多学者的关注,但关于其环境效应的研究仍较为匮乏。首先,耕地利用转型环境效应的监测需要通过测试、化验等环境科学的手段进行获取,且往往需要长时间序列数据,难以获取。由此,导致目前关于耕地利用的环境影响研究大多依赖于化肥施用这一间接指标来衡量,难以直接客观地刻画耕地利用转型的环境影响机制。其次,农业耕地利用是自然再生产与社会再生产过程的结合,既涉及耕地的自然属性,也与耕地经营的组织形式、制度及相关政策等有关。从土地系统科学视角理解耕地利用系统运行的过程、格局、机理与效应,对其加强科学监测、模拟与预警,从而形成对耕地利用转型环境效应的全面认知。

（3）关注关键要素演变与其环境响应互馈关系的异质性。农业生产系统是复杂多维的,与农业面源污染之间的关系往往是非线性的,且各要素的变动所引发的环境效应也存在差异。虽然农业经济增长与农业面源污染之间的互动关系已经得到广泛关注,但各子系统的变化所引发的生态环境响应仍未得到全面而详细的阐释。如人口外流与非农就业是城镇化进程中人口转型的典型过程,其可以直接或间接地影响农业生产。但对于非农就业与农业面源污染之间的互馈关系在不同区域的表现形式仍未得到充分阐明。且现有研究大多从国家、省域尺度探究二者关系,忽视了人多地少且处于快速城镇化发展进程中的传统农区。

（4）加强对中国特色“小农”生产方式转型所引发的环境问题的微观机理探析。现有关于农业面源污染形成机制的研究具有明显的“定量方法”偏向,一方面侧重于从宏观尺度的需求引致视角来进行分析,如人口增长、产业发展、技术进步等因素;另一方面在微观尺度更多基于“理性经济人”的视角关注可量化的农户人口特征、收入情况等因素,社会文化因素往往被忽视。然而,农户行为不是通过一个或几个统计显著指标就可以阐明的,而是需要促进包括经济学、环境行为学和社会心理学等多学科交叉融合与理论创新,进行定性与定量相结合的全面而深刻的分析。同时,重视自然实验手段的应用。虽然通过人文实证调查与统计分析方法的结合可以揭示农户环境行为的微观机理,但无法避免可能存在由于问卷设计倾向及调查方式选择等造成研究结果的不科学性。因此,应逐步引入自然实验的手段进行更精准的因果推断。

参考文献

原文顺序 | 文献年度倒序 | 文中引用次数倒序

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