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JOURNAL OF NATURAL RESOURCES >

2024 , Vol. 39 >Issue 10: 2399 - 2417

DOI: https://doi.org/10.31497/zrzyxb.20241009

Regular Articles

Evolution of agricultural green development in the Yangtze River Economic Belt based on the perspective of reducing chemical products input and increasing output

  • CHEN Cheng , 1 ,
  • WU Ke 1, 2 ,
  • CHEN Jiang-long 1
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  • 1. Nanjing Institute of Geography and Limnology, CAS, Nanjing 210008, China
  • 2. University of Chinese Academy of Sciences (Nanjing), Nanjing 211135, China

Received date: 2024-01-02

  Revised date: 2024-06-11

  Online published: 2024-10-16

Fold

Abstract

The green transformation in agricultural production is an important research topic in the field of agricultural sustainable development. Based on the concept of agricultural green development and theoretical analysis in terms of the transformation path, this paper aims to examine the major processes of the agricultural green development practices and assess the effects in reducing chemical products input and increasing agricultural output within the Yangtze River Economic Belt (YREB) in the past 20 years in combination of the methods of literature investigation, semi-structural interviews, questionnaire analysis and decoupling analysis. The results show that since 2015 the provincial-level regions within the YREB issued a set of policies related to the agricultural green development actions, which encouraged the farmers to replace the traditional chemical fertilizer with alternative and organic fertilizer, prevent and control the devastations caused by the diseases, insects and herbs with ecological measures, and reuse the agricultural residues in order to reduce the consumption of chemical fertilizer and pesticides and herbicides in agricultural production. Compared to the other regions in China, the YREB has a five-year lead in terms of achieving the great aims of zero growth and reduction of pesticide and chemical fertilizer use in agricultural production. Nevertheless, the current chemical fertilizer and pesticide usage intensity in the YREB is still more than two times the international average level. Although the chemical fertilizer and pesticide usage intensity in the downstream areas of the Yangtze River is much higher than that in the upstream areas due to the differentiation in terms of multiple crop index and agricultural output density, the chemical fertilizer and pesticide usage intensity appears to gradually disconnect with the multiple crop index and agricultural output density because of the wide application of new technologies for agricultural green development. However, the ongoing agricultural green development agenda within the studu area still faces challenges, including the rising costs in upgrading the production technology and agricultural machinery and equipment and the severe difficulty in overcoming ageing issues and introducing or fostering young talents in agricultural sector.

Key words： agricultural transformation; agricultural green development; inputs for agricultural production; Yangtze River Economic Belt

Cite this article

CHEN Cheng , WU Ke , CHEN Jiang-long . Evolution of agricultural green development in the Yangtze River Economic Belt based on the perspective of reducing chemical products input and increasing output[J]. JOURNAL OF NATURAL RESOURCES, 2024 , 39(10) : 2399 -2417 . DOI: 10.31497/zrzyxb.20241009

“二战”结束以来，以规模化、专业化和机械化为主要特征的生产主义（productivism）农业迅速发展，20世纪80—90年代农业水土资源退化、环境污染、农业生态系统生物多样性减少等问题不断涌现，危及农业生产系统的可持续性，在此背景下农业生产绿色化（可持续性）转型受到学界和决策者们的普遍关注[1,2]。农业生产技术创新、水土资源和投入品高效利用、生产模式循环化等成为农业生产绿色化探索的热点，推动了农业生产绿色化的实践创新[3,4]。
1949年新中国成立之后，农业生产转向集体化，农田水利设施逐步完善，农业机械和化肥也开始得到应用[5]。家庭联产承包责任制实施以来，农业商品化生产和农产品市场化流通迅速发展，良种、化肥、农药、农膜和机械等新生产要素广泛使用，各类农产品生产持续增长[5]。然而，长期高强度的水土资源农业开发和大量化肥农药农膜等化学投入品的粗放使用，也导致了原本紧缺的水土资源退化与农业面源污染，严重危及农业的可持续发展和粮食安全[6,7]。控制农业化学投入品的使用，解决农业生产的环境污染问题，成为推动中国农业可持续发展的重要途径之一[8,9]。
自2015年起，中国陆续发布《全国农业可持续发展规划（2015—2030年）》《关于创新体制机制推进农业绿色发展的意见》《“十四五”全国农业绿色发展规划》，明确了农业生产绿色化转型的目标、路径和政策体系。《到2020年化肥使用量零增长行动方案》《到2020年农药使用量零增长行动方案》《到2025年化肥减量化行动方案》《到2025年化学农药减量化行动方案》的颁布实施提出了农药化肥等化学品减量化的目标和战略指引[10]。同时，学者们对农业绿色化转型与发展的内涵[11,12]、国际经验[13]、政策干预的逻辑演化[10,14]等进行了系统梳理，对农业绿色发展水平和效率[15⇓-17]、农业发展与环境的关系[18]等方面开展量化测度和变化分析，为中国农业绿色化转型实践和引导政策的完善提供科学指引。然而，当前的研究或聚焦于农业生产绿色化的概念和引导政策，或集中于综合性的绿色化水平和环境质量的测度，或集中于个别投入品与农产品产量关系的分析，而对于农用化学投入品和化石能源消耗的连续变化及其与农业生产绿色化转型过程关联研究不够，难以为农业可持续发展的科学决策和精准施策提供指引。鉴于此，本文拟以农业生产绿色化转型的引导政策梳理和农户实践创新分析为基础，从农用化学投入品和农用化石能源消耗的分析切入，开展农业生产绿色化转型的演变过程与特征探究。
长江经济带包括了全国四大平原的半数（四川盆地和长江中下游平原），地貌、水土、光热等农业生产条件匹配良好，农业垦殖历史悠久、生产规模巨大，是中国重要的农产品生产区和消费区。1978年改革开放以来，农业商品化发展推动了农用化学投入品的高强度使用，对农业水土资源的保护和农业可持续发展产生了巨大压力，也要求长江经济带积极开展农业生产绿色化的实践探索。
因此，本文拟以农业生产绿色化概念、动力、路径和时空表征的理论分析为基础，研究长江经济带过去20年农业生产绿色化转型的行动过程、投入品减量增效演变的时空特征，以期为长江经济带农业转型和绿色化发展提供基础认知。

1 概念界定与理论分析

1990s以来，为应对长期的规模化和集约化农业生产导致的水土资源和生态退化挑战，西方国家通过改革农业政策，实施农业生产配额管控、轮作休耕，鼓励开展农业水土资源污染治理、化肥农药替代品的应用、病虫草害的生物或物理防控、水肥精准施用、优质抗逆种质资源的选育等生产技术创新和应用，试图转变长期的“生产主义”农业模式，减轻农业资源环境压力，推动农业的可持续发展[13,19]。这一农业生产变迁过程通常被称为农业生态化、绿色化或可持续性转型。
然而，由于人地关系紧张程度和粮食安全风险的空间差异，不同国家和地区农业生产绿色化转型的路径不尽相同。对于人多地少的发展中国家来说，配额制生产或大幅度缩减农业水土资源开发规模，可能对粮食安全和食物保障形成挑战，加强包括育种在内的农业生产技术创新，推动农业发展的可持续集约化更具现实意义[20⇓-22]。虽然农业生产绿色化转型的创新措施与可行路径并不相同，但以农用化学品和化石能源消耗的变化作为农业生产绿色化转型程度刻画的关键指征逐步成为学术讨论的共识[18,23⇓-25]。
理论上，随着农业生产绿色化转型的开启，“生产主义”农业依赖的农用化学品和化石能源消耗（规模和强度）可能先增长减缓、达到顶峰后逐渐减少，总体呈现倒“U”型的变化轨迹。由于水土光热资源条件、农业类型与规模、耕作制度、农业科技应用水平以及行动能力的区域差异，不同地区农业生产绿色化转型“进度”可能不同[24⇓⇓-27]。例如，发达地区可能先行实现农用化学品和化石能源使用的零增长与减量化，“农业大省（直辖市）”的农用化学品和化石能源消耗的增减变化可能更为显著（指标轨迹曲线平缓程度不同、峰值拐点的时点不同）。此外，由于作物生长需求、有效利用率以及技术进步状况的差异，不同农用化学品消耗的变化轨迹曲线也可能不同（图1）。
图1 农业生产绿色化过程与表征的地域分化

Fig. 1 Regional differentiation of process and representation of agricultural green development

虽然水土资源和农业生态系统的退化要求转变现行农业生产模式，但生产效率的提升是绿色化转型得以持续推进的内在动力。“减肥减药”行动通常依靠化肥农药替代品使用、水肥药精准使用、优势抗逆品种的研发和使用、农业生产装备升级和耕作制度调整等联合开展，一方面减少农用化学品的无效投入，另一方面促进生产过程的省时省工，促进农业生产效率的持续提高[28⇓-30]。但替代投入品和新技术的使用、新装备的应用需要大量资金与人力资本投入，还面临一定的生产模式转换适应性风险。因此，农业生产绿色化转型可能呈现多样化的“景观”[30]。经济发达地区凭借良好的人力资本储备、农业科技和资金投入能力，不仅可能较早地开启绿色化进程，还可能更多地捕获生产绿色化转型带来的红利。
鉴于此，本文主要回答以下问题：一是长江经济带的农业生产绿色化转型是如何实现的，有哪些实践创新，投入品减量增效的潜在效果如何?二是近20年来长江经济带农业现代化过程中的农用化学品（化肥、农药、农膜等）和化石能源（柴油）消耗是否经历了先增后减的倒“U”型变化?不同类型化学投入品消耗的总量和强度变化趋势是否一致?三是长江经济带农用化学品和化石能源消耗的减量化、农业生产效率提升是否存在明显的上中下游地理差异，可能与什么因素有关，未来面临哪些挑战?

2 研究方法与数据来源

2.1 研究区概况

研究区域包括长江经济带覆盖的上海、江苏、浙江、安徽、江西、湖北、湖南、重庆、四川、贵州和云南等长江流域9个省2个直辖市，总面积约205.2万km2，占全国的21.4%。2020年长江经济带城镇化率63.2%，与全国平均水平相当；农业总产值58291.1亿元，占全国的42.3%；农村居民人均可支配收入17905元，比全国平均水平高4.5%。长江经济带集中了全国13个粮食主产区中的6个，拥有油料、棉花等重要农产品保护区，2020年粮食和蔬菜播种面积分别为42212.5千hm2和11152.5千hm2，占全区种植总面积的比例分别为57.5%和15.2%。受光热水土地形条件组合的影响，粮食生产主要分布于长江中下游平原和四川盆地的江苏、安徽、湖北、湖南和四川等省，2020年粮食播种面积占全区的比例均高于11.0%；蔬菜种植主要分布在长江中下游的江苏、湖北和湖南以及上游的云贵川等地，2020年蔬菜播种面积占全区的比例均高于10.0%；油料生产集中于长江中上游的湖北、湖南和四川等省，播种面积占全区油料播种面积比均接近或超过20.0%；果茶生产主要分布在长江上游的云贵川地区，种植面积占全区比例均位于15%~20%之间；烟草、药材、糖料生产多集中于上游南部的云南、贵州等省（图2、图3）。
图2 研究区概况

注：本图基于自然资源部标准地图服务系统下载的标准地图制作，底图无修改。

Fig. 2 Overview of the study area (Yangtze River Economic Belt)

图3 各省（直辖市）农作物占全区同类作物种植面积比例

Fig. 3 The proportion of planting area of each province within the Yangtze River Economic Belt in terms of main crops

2.2 数据来源

本文使用的数据主要包括社会经济统计数据、土地利用数据、行政区划数据、地形要素数据等。社会经济数据来源于2001—2020年的《中国农村统计年鉴》和《中国统计年鉴》、第五至第七次《中国人口普查数据》、FAO数据库（https://www.fao.org/faostat/en/#data）、农业农村部“农业现代化辉煌五年系列宣传报告”、长江经济带各省（直辖市）统计年鉴、长江经济带各省（直辖市）农业绿色发展的相关政策文件。种植制度相关数据来源于公开发表的研究论文[31,32]。为刻画长江经济带农业化学投入品使用规模、强度和生产密度的时空演替，涉及社会经济数据主要包括农业化学投入品量、农业机械能源消耗量、各类农作物播种及种植面积（主要包括粮食、油料、棉花、麻类、糖料、烟叶、蔬菜、茶叶、水果等）、农林牧渔业（除牧业和渔业）产量等。行政区划数据来源于自然资源部标准地图服务系统网站（http://bzdt.ch.mnr.gov.cn/），主要用于分析长江经济带农业资源、产品和绿色化演变的时空差异。地形要素数据来源于NASA DEM发布于2020年2月18日的全球30 m分辨率DEM数据（https://www.earthdata.nasa.gov）。需要指出的是，本文主要分析过去20年种植业生产的绿色化演变过程，水产和畜禽行业的相关数据未收集处理。

2.3 研究方法

围绕表征农业生产绿色化程度及关联的农用化学品和化石能源消耗、农业产出密度等因素，构建农用化学品与化石能源消耗的总量和强度指标、农业产出密度指标，运用描述性数理统计方法，刻画2000—2020年长江经济带农用化学品和化石能源消耗、农业产出密度的时空演变特征，并与全国农业生产绿色化行动计划的关键时间节点、成效开展对比分析，揭示长江经济带农业生产绿色化转型的“进度”特征。农用化学品与化石能源消耗的强度主要用单位种植面积的化肥（折纯量）、农药、农膜和农用柴油使用量表征 [式（1）~式（4）]，农业产出密度则以地均农林产量表征 [式（5）]。
I C = C S
I P e s t = P e s t S
I F = F S
I D = D S
式中： I C、 I P e s t、 I F和 I D表示农用化学品与化石能源消耗的强度，分别为单位种植面积的化肥（折纯量）施用量（kg/hm2）、农药使用量（kg/hm2）、农膜使用量（kg/hm2）和农用柴油使用量（kg/hm2）；C表示化肥（折纯量）施用量（kg）；Pest表示农药使用量（kg）；F表示农膜使用量（kg）；D表示农用柴油使用量（kg）；S表示农作物种植面积（hm2）。
G = P r o 1 S
式中：G表示农业产出密度（t/hm2），以地均种植业产量表征； P r o 1为种植业产量（t）。
化肥农药的消耗除了与生产技术紧密关联外，还因复种指数、农业产出密度不同而呈现明显的地区差异。为刻画化肥农药使用强度与复种指数、农业产出密度区域差异的关联关系及演变，探究长江经济带内部化肥农药使用强度分异的驱动因素机制，研究运用Tapio脱钩评价模型[33]刻画长江经济带各省（直辖市）化肥农药使用强度与复种指数、农业产出密度的脱钩关系及其变化 [式（6）]（表1）。考虑长江经济带农用化学品使用的总体变化趋势和数据完备性的影响，主要开展2000—2010年、2010—2015年和2015—2020年三个阶段的脱钩分析（由于数据可获得性影响，农业产出密度从2002年开始分析）。
T = Δ I / I 0 Δ G / G 0 = ( I i - I 0 ) / I 0 ( G i - G 0 ) / G 0
式中：T为脱钩指数； Δ I为农用化学品消耗强度变化； Δ G为复种指数或农业产出密度的变化； I i和 I 0分别为第i年和基期的农用化学品消耗强度； G i和 G 0分别为第i年和基期的复种指数或农业产出密度。
表1 基于指标变化率与弹性值的脱钩程度划分

Table 1 The classification of decoupling based on the index change rate and elasticity value

状态 程度 Δ I / I 0 Δ G / G 0 弹性 解释
脱钩 强脱钩 <0 >0 T<0 农用化学品消耗强度下降，复种指数或农业产出密度上升
弱脱钩 >0 >0 0<T<0.8 农用化学品消耗强度上升，复种指数或农业产出密度上升（更快）
衰退脱钩 <0 <0 T>1.2 农用化学品消耗强度下降（更快），复种指数或农业产出密度下降
负脱钩 强负脱钩 >0 <0 T<0 农用化学品消耗强度上升，复种指数或农业产出密度下降
弱负脱钩 <0 <0 0<T<0.8 农用化学品消耗强度下降，农业产出密度或复种指数也下降（更快）
扩张性负脱钩 >0 >0 T>1.2 农用化学品消耗强度上升（更快），复种指数或农业产出密度均上升
连接 扩张性连接 >0 >0 0.8<T<1.2 农用化学品消耗强度、复种指数或农业产出密度均上升，且增速相当
衰退连接 <0 <0 0.8<T<1.2 农用化学品消耗强度、复种指数或农业产出密度均下降，且降速相当
运用半结构访谈、问卷调查和参与观察方法，获取农业生产绿色化转型过程的相关信息。访谈对象包括长江下游江苏省太仓市和昆山市的农业部门官员、农技人员和农户共50人，其中，农技人员和农业部门官员14人，农户36人，访谈时间不低于半小时，征求访谈对象同意前提下录音访谈内容、并誊写整理内容。访谈主要围绕如下问题展开：（1）主要采取了哪些“减肥减药”的创新实践?比如替代性肥料使用、水肥一体化技术使用、低毒和生物农药的使用、病虫草害的生物物理防控等?（2）取得了哪些成效?化肥和农药使用量减少了多少?是否对农业产出形成负面影响?（3）持续推进“减肥减药”增效面临的主要问题?比如装备投入、农田设施的建设投入等?（4）化肥农药、农膜和柴油施用的地区差异主要受哪些因素影响?

3 结果分析

3.1 长江经济带农业生产绿色化转型过程

3.1.1 农业生产理念与政策创新

响应国家有关农业绿色发展试点试验、化肥农药零增长和减量化的相关规划与政策指引，2015年以来长江经济带11个省（直辖市）共出台了120余项政策或行动方案，试图推动农业生产绿色化转型的地方实践。运用微词云分析软件，围绕化肥、农药、农膜、养殖等关键词对农业绿色发展的现有相关政策文本进行“新词挖掘”分析（图4），归类可以发现关于农业绿色化发展的主要措施可以分为化肥减量增效、绿色防控和农业废弃物综合利用三类，其中有机肥替代、水溶肥、缓释肥、配方肥、化肥定额制、轮作休耕、有机肥补贴等是化肥减量增效的主要应对，绿色防控、低残留农药、生态化养殖、农药管理等是农药减量化的关键举措，而包装废弃物回收、秸秆还田、废弃物回收和资源化利用等是农业循环化生产模式培育的主要路径。梳理、比较各省（直辖市）相关政策文件颁布实施的时间还可以发现，与中下游地区相比，云贵川渝等长江上游地区出台的有关农业“减肥减药”、生产循环化的专项行动方案的密集出台较为滞后，主要集中于2018年之后。
图4 农业生产绿色化主要措施词云图

Fig. 4 Cloud map of main measures for agricultural green development

3.1.2 政策实施与农户生产实践创新

2015年以来，在各方面因素的综合驱动下，案例地受访农户采用了多种绿色化农业生产技术，主要包括用缓释肥和有机肥替代化肥、采用侧深施肥新技术、使用生物物理技术开展病虫草害防控以及有序轮作休耕等。其中，约70%的受访农户认为农产品消费者和政府的要求是其采取绿色化生产技术的主要原因，约20%的受访农户因为农业生产环境恶化被迫选择绿色生产方式，而认为社会舆论宣传、朋友/同行推荐和个人偏好促进“尝试”绿色生产技术的受访农户不足10%（图5）。然而，“降耗增效”是推动农户采用绿色技术、推动生产稳定转型的根本动力。事实上，受访农技人员和农户认为，绿色生产技术的使用显著减少了农业投入品及劳动力需求和生产复杂性，降低了生产成本。问卷调查发现，采用缓释肥和精准施肥技术后，施肥次数平均约减少1.81次，近70%的受访农户表示施肥量减少10%~30%，约75%的受访农户表示施肥成本减少10%及以上；采用绿色防控技术以后，打药次数平均减少1.67次，超过60%的受访农户表示农药使用量减少10%及以上，近40%的受访农户农药使用成本减少15%及以上（图6）。农业生产废弃物的利用，如秸秆资源化再利用等，往往受到天气条件、茬口衔接、在地化创新和应用门槛、再利用活动的组织和投入产出平衡性等因素的制约。然而，约一半的受访农户表示绿色农业生产技术的使用需要额外专业化服务和设施设备支持，需要额外的成本投入，少量的受访者（8.3%）认为农业绿色生产技术学习时间长且繁琐等。由于样本的限制，受访的农业经营主体主要是种植农户。尽管如此，田野调查证实，“减肥减药”的生产技术得到农户的广泛接纳和应用，有助于促进化肥农药的零增长和减量化，推进农业清洁生产，减轻农业生态环境压力。
图5 农户采用农业生产绿色化技术的缘由

Fig. 5 The reasons for leading farmers to adopt green technology in agricultural production

图6 肥药削减次数的农户调查

Fig. 6 Statistics of times in reducing fertilization and pesticide usage

3.2 农业生产投入品消耗的规模变化

过去20年长江经济带的农用化学品消耗总量呈现先增后减的倒“U”型变化过程，与理论预期较为相符，但不同类型农用化学品消耗变化的轨迹曲线差异明显（图7a）。其中，农药使用量在2010年到达最大值78.6万t，之后逐步减少到2020年的54.7万t，年均减少3.0%；化肥施用量在2014年达到最大值2179.0万t，此后逐年减少，2020年化肥施用量减少至1823.1万t，年均减少2.7%。农膜与柴油的使用量从2000年至2017年持续增长，年均增长3.7%和2.6%，2017年分别达到“峰值”84.9万t和706.4万t；2017年以来缓慢减少至81.6万t和634.6万t，年均减少1.3%和3.4%。这表明，长江经济带（长江流域）在2010—2015年间实现了农药和化肥使用的零增长与减量化，在2015—2020年间实现了农膜和柴油消耗的减量化，不仅有利于提升长江经济带农产品的质量安全水平、减少面源污染风险，还能够促进农业生产温室气体减排。另外，与全国化肥农药使用总量的零增长行动相比，长江经济带（长江流域）分别早4年和1年实现了农药和化肥使用量零增长目标，近期还实现了农膜和柴油使用的零增长与减量化，这暗示长江经济带先于全国5年左右启动农业生产的绿色化转型[34]。
图7 2000—2020年农用化学品与能源消耗变化

Fig. 7 Schematic diagram of changes in agricultural chemicals and energy consumption from 2000 to 2020

与总体趋势不同，各省（直辖市）农用化学品消耗总量的变化轨迹曲线分化明显。化肥施用方面（图7b）：长江下游的上海、浙江和江苏等省（直辖市）化肥施用量在2000—2006年间徘徊于15万t、90万t和340万t左右，2006年以来持续缓慢减少。长江中上游的其他省（直辖市）化肥施用都经历了先增后减的转折，不同的是过去20年安徽和湖北等省化肥施用量的增减均超过50万t，且多在2010—2014年间实现了化肥施用量的“达峰”；长江上游的贵州和重庆等农业规模较小省（直辖市）化肥施用量变化轨迹曲线较为平缓，且在2016年实现了化肥施用零增长，之后连续减少。可能受农业规模的影响，各省（直辖市）化肥施用量呈较为明显的“层级”群组格局，2020年长江中下游的江苏、安徽和湖北等省化肥施用量位于250万~300万t之间，中上游的四川、云南和湖南化肥施用量位于190万~230万t之间，重庆、贵州和浙江等位于60万~110万t之间。与化肥施用量的变化相似，长三角地区的上海、浙江和江苏等省（直辖市）在2000—2005年间农药使用量（图7e）分别徘徊于1万t、6万t和9万t左右，2006年之后持续减少至0.3万t、3.7万t和6.6万t左右，降幅分别为68.4%、44.3%和36.4%。其他省（直辖市）的农药使用量均呈先增后减，湖北、湖南、江西和安徽等省均在2010—2014年之间达到农药使用“峰值”并进入减量化阶段，云南和贵州等上游省（直辖市）2016—2017年实现了农药使用零增长。农药使用绝对量上也呈现与化肥相似的省（直辖市）群组聚类特征。比较来看，长江经济带内部，长三角各省（直辖市）最先实现化肥和农药使用的零增长与减量化，领先于全国10年左右，长江上游的省（直辖市）农业生产绿色化转型较为缓慢。
随着农业机械化的推进，2000年以来长江经济带几乎所有省（直辖市）的农膜使用量（除上海市）和柴油使用量都呈现持续增长的态势，仅2016—2018年以来有微弱缓慢的回落，年均降幅徘徊在2.0%左右。与柴油相比，农膜使用量增长更快，各省（直辖市）农膜使用量的年均增长多超过4.0%，其中江苏、安徽、四川等省年均增长均高于4.5%。另外，可能受较高的农业机械化水平影响，长三角地区的江苏、浙江等省农机柴油消耗量较大（图7c、图7d）。

3.3 农业生产投入品的消耗强度演变

与总量变化相似，2000—2020年长江经济带单位种植面积化肥和农药使用量也呈倒“U”型变化（图8a）。单位种植面积的农药使用量在2008年达到最大值11.4 kg/hm2，并逐步减少至2020年的7.4 kg/hm2，年均减少2.9%。单位种植面积的化肥施用量则在2007—2012年间徘徊于“峰值”区（300 kg/hm2），2013年之后逐步减少至248.2 kg/hm2，年均减少2.2%。这表明长江经济带的农药和化肥使用“强度”早于“总量”2年左右实现零增长与减量化。尽管如此，2020年长江经济带农药和化肥使用强度仍然比世界平均水平高240%和105%，比欧洲平均水平高340%和220%左右，比北美平均水平高170%和120%左右，实现生产绿色转型的任务仍然艰巨。2017年之前单位种植面积的农膜和柴油使用量连续上升，年均增加4.6%和2.8%；2017年之后开始下降，年均下降2.0%和4.0%，比“总量”减少得更快。
图8 2000—2020年单位种植面积农用化学品与化石能源消耗变化

Fig. 8 Changes in agrochemicals and fossil energy consumption per unit sown area from 2000 to 2020

各省（直辖市）农用化学品消耗“强度”变化的倒“U”形曲线较为平缓。大部分省（直辖市）化肥使用强度在2007—2014年间徘徊于“峰值”附近，2014年之后持续降低。虽然长江中下游的江苏和湖北等省较早实现化肥使用强度的减量化（2007年左右），但2020年化肥使用强度仍然超过305 kg/hm2，约是国际平均值的2.5倍。其中，江苏单位种植面积的化肥施用量高达364.5 kg/hm2，约是长江经济带平均值的1.5倍，约是最低的贵州省的3.1倍（图8b）。除安徽和云南外，各省（直辖市）单位种植面积的农药使用量均在2008年左右达到“峰值”，2009年之后农药使用强度开始逐步下降。与上游省（直辖市）相比，2009年以来长江中下游地区农药使用强度下降曲线较陡、降幅较大，但上游省（直辖市）的农药使用强度整体较低。2020年长三角地区的浙江省农药使用强度最高，为14 kg/hm2，约是云南、四川和重庆等省（直辖市）的2.6倍以上，是最低的贵州省的11.5倍（图8e）。这表明，长江下游发达省（直辖市）的农业生产活动虽然较早实现化肥农药使用强度的减量化，但与上游地区相比，化肥农药的使用强度和水土资源污染风险较高。
与农膜和柴油消耗强度的整体变化趋势相似，过去20年间长江经济带大部分省（直辖市）农膜和柴油的消耗强度持续平缓增长，仅是近期略有减少。2000—2020年间大部分省（直辖市）的农膜使用强度由4~8 kg/hm2增加至8~16 kg/hm2左右，增长了约一倍。2020年大部分省（直辖市）每千公顷种植面积的柴油消耗依然低于100 t，可能受高度发达的农业生产设施化和机械化影响，与其他省（直辖市）相比，长三角地区的上海与浙江农膜和柴油消耗强度较高。2020年上海和浙江的农膜使用强度高达47.9 kg/hm2和26.3 kg/hm2，分别是其他省（直辖市）的3.2倍和1.7倍以上；柴油消耗强度分别为544.0 kg/hm2和742.5 kg/hm2，分别是其他省（直辖市）的3.8倍和5.2倍以上（图8c、图8d）。

3.4 农业生产化学投入品消耗强度时空分异的影响因素

理论上，化肥农药使用强度与有效利用率、种植制度（复种指数）和农业产出密度直接关联，有效利用率受肥药类型与施用技术、土壤和农业气象条件等因素影响，复种指数与光热水土资源组合、农业生产设施化程度等密切关联，产出密度受光热水土条件组合、种质资源和农田管理共同影响[35⇓⇓⇓⇓-40]。因此，在种质资源、水肥供给、病虫草害防控技术等一致性假设下，复种指数、农业产出密度可能是化肥农药使用强度空间差异的“主控因素”[37⇓⇓-40]。
如图9a和图9b所示，从长江上游（西）到下游（东）地区复种指数和农业产出密度梯次增加，复种指数大体从1.1增加至1.7，农业产出密度从长江上游的不足8 t/hm2增加至下游超过14 t/hm2。特别是上游云南省的复种指数较高，可能与低纬度的光热资源组合更好有关；下游上海和浙江复种指数较低，可能与当地农业比较收益较低、农业资源开发强度较低关联。而且，随着时间推移，长江经济带的复种指数和农业产出密度不断增长。与复种指数和产出密度的空间变化梯度相同，化肥和农药的使用强度总体呈从西（上游）到东（下游）逐步增加趋势，表明复种指数和产出密度低的地区化肥农药使用强度也低；反之，复种指数和产出密度高的地区化肥农药使用强度也高，某种程度上印证了复种指数和产出密度主导化肥农药使用强度的推断。虽然江苏的复种指数和产出密度较高，但农药使用强度较低（图9c、图9d），这可能与采用先进的病虫草害防控技术有关。不同的是，虽然长江经济带的复种指数和农业产出密度持续增长，但农药化肥的使用强度自2010—2015年以来开始减少，生产绿色化的转型特征显现。
图9 各省（直辖市）的复种指数、产出密度和化肥农药使用强度统计

Fig. 9 Statistics of multiple planting index, agricultural output density, utilization intensity of fertilizer and pesticides across the provinces within the Yangtze River Economic Belt

进一步地，通过多时段脱钩分析揭示化肥农药的使用强度与复种指数、农业产出密度“偏离”的时空差异。如表2~表5所示，2010年以来，长江经济带大部分省（直辖市）的农药化肥使用强度与复种指数之间关系由强负脱钩向弱脱钩和强脱钩转变，与农业产出密度的关系逐步由扩张性负脱钩状态逐步向强脱钩状态转变，且与长江上游省（直辖市）相比，下游省（直辖市）的脱钩指数相对较高。这表明：一方面，近十余年来长江经济带农业生产对于化肥农药的“依赖”程度逐步降低，农业生产绿色化转型特征明显，而且长江下游省（直辖市）的农业生产绿色化转型进程更快。另一方面，除了复种指数和农业产出密度的分化引致了化肥农药使用强度的空间差异，先进农业生产技术（优质籽种、肥药和管理）的应用可能“扮演”了农业绿色化转型空间分化的新关键因素。
表2 各省（直辖市）化肥使用强度与复种指数的脱钩特征

Table 2 Decoupling characteristics of fertilizer utilization intensity and multiple planting index in each province

省（直辖市） 2002—2010年 2010—2015年 2015—2020年
脱钩指数 脱钩状态 脱钩指数 脱钩状态 脱钩指数 脱钩状态
上海 1.07 衰退连接 0.01 弱脱钩 -0.37 强脱钩
江苏 1.53 扩张性负脱钩 -1.74 强脱钩 -1.59 强脱钩
浙江 -2.95 强负脱钩 0.04 弱脱钩 -1.65 强脱钩
安徽 -27.71 强负脱钩 1.07 扩张性连接 -2.60 强脱钩
江西 -2.02 强负脱钩 0.09 弱脱钩 -6.91 强脱钩
湖北 -2.07 强负脱钩 8.98 衰退脱钩 -0.80 强脱钩
湖南 -1.20 强负脱钩 -0.55 强脱钩 -0.44 强脱钩
重庆 -2.12 强负脱钩 -0.09 强脱钩 -0.37 强脱钩
四川 -0.90 强负脱钩 -0.46 强脱钩 -1.15 强脱钩
贵州 -0.70 强负脱钩 0.00 弱脱钩 -5.25 强脱钩
云南 -3.77 强负脱钩 0.63 弱脱钩 2.78 衰退脱钩
表3 各省（直辖市）农药使用强度与复种指数的脱钩特征

Table 3 Decoupling characteristics of pesticide usage intensity and multiple cropping index in each province

省（直辖市） 2002—2010年 2010—2015年 2015—2020年
脱钩指数 脱钩状态 脱钩指数 脱钩状态 脱钩指数 脱钩状态
上海 0.92 衰退连接 -1.38 强脱钩 -0.95 强脱钩
江苏 0.57 弱脱钩 -3.29 强脱钩 -2.25 强脱钩
浙江 -2.61 强负脱钩 -0.32 强脱钩 -3.79 强脱钩
安徽 -58.27 强负脱钩 -0.70 强脱钩 -4.58 强脱钩
江西 -4.99 强负脱钩 -0.98 强脱钩 -12.02 强脱钩
湖北 -0.80 强负脱钩 22.49 衰退脱钩 -0.91 强脱钩
湖南 -1.64 强负脱钩 -0.97 强脱钩 -0.94 强脱钩
重庆 -1.05 强负脱钩 -2.51 强脱钩 -0.57 强脱钩
四川 0.00 弱负脱钩 -1.34 强脱钩 -1.91 强脱钩
贵州 -2.43 强负脱钩 -0.49 强脱钩 -7.62 强脱钩
云南 -5.51 强负脱钩 0.69 弱脱钩 4.22 衰退脱钩
表4 各省（直辖市）化肥使用强度与农业产出密度的脱钩特征

Table 4 Decoupling characteristics of fertilizer utilization intensity and agricultural yield density in each province

省（直辖市） 2002—2010年 2010—2015年 2015—2020年
脱钩指数 脱钩状态 脱钩指数 脱钩状态 脱钩指数 脱钩状态
上海 17.78 衰退脱钩 -0.28 强负脱钩 1.84 衰退脱钩
江苏 0.36 弱脱钩 -0.39 强脱钩 -1.34 强脱钩
浙江 0.94 扩张性连接 0.16 弱脱钩 -1.06 强脱钩
安徽 1.48 扩张性负脱钩 0.31 弱脱钩 2.26 衰退脱钩
江西 1.95 扩张性负脱钩 0.10 弱脱钩 -3.56 强脱钩
湖北 -5.34 强负脱钩 -0.29 强脱钩 -3.84 强脱钩
湖南 1.04 扩张性连接 -0.17 强脱钩 -1.11 强脱钩
重庆 0.69 弱脱钩 -0.04 强脱钩 -0.33 强脱钩
四川 1.04 扩张性连接 -0.27 强脱钩 -2.66 强脱钩
贵州 0.34 弱脱钩 0.00 弱脱钩 -0.99 强脱钩
云南 3.64 扩张性负脱钩 0.68 弱脱钩 -1.90 强脱钩
表5 各省（直辖市）农药使用强度与农业产出密度的脱钩特征

Table 5 Decoupling characteristics of pesticide usage intensity and agricultural yield density in each province

省（直辖市） 2002—2010年 2010—2015年 2015—2020年
脱钩指数 脱钩状态 脱钩指数 脱钩状态 脱钩指数 脱钩状态
上海 11.90 衰退脱钩 57.33 衰退脱钩 4.76 衰退脱钩
江苏 0.76 弱脱钩 -0.74 强脱钩 -1.90 强脱钩
浙江 1.04 扩张性连接 -1.22 强脱钩 -2.43 强脱钩
安徽 4.78 扩张性负脱钩 -0.20 强脱钩 3.99 衰退脱钩
江西 8.85 扩张性负脱钩 -1.04 强脱钩 -6.19 强脱钩
湖北 -4.32 强负脱钩 -0.73 强脱钩 -4.38 强脱钩
湖南 1.44 扩张性负脱钩 -0.30 强脱钩 -2.35 强脱钩
重庆 0.22 弱脱钩 -1.27 强脱钩 -0.51 强脱钩
四川 0.79 弱脱钩 -0.77 强脱钩 -4.41 强脱钩
贵州 1.47 扩张性负脱钩 -0.91 强脱钩 -1.44 强脱钩
云南 7.14 扩张性负脱钩 0.75 弱脱钩 -2.89 强脱钩

4 结论与讨论

4.1 结论

本文以农业生产绿色化的概念、农业生产绿色化转型的主要动力和路径以及特征指标的时空变化理论分析为基础，综合运用政策文件分析、半结构性访谈与问卷调查、描述性梳理统计和脱钩分析方法，分析了长江经济带农业生产绿色化转型的关键过程，研究了表征生产绿色化转型的农用化学品消耗的时空演变规律，总结如下：
2015年以来，长江经济带各省（直辖市）连续制定和发布“化肥农药零增长、减量化和农业绿色化发展”相关政策和行动方案，引导农户开展化肥减量增效、病虫草害绿色防控和农业废弃物综合利用等农业生产绿色化实践创新行动。农户访谈表明，施用替代性肥料和新型农药、升级施肥和病虫草害防控技术是较为“成功”的绿色化生产实践，显著减少了施肥用药的频率、数量和成本，实现了农业生产的轻简化，降低了环境污染风险，但农业废弃物资源化利用的地方实践创新探索则受到多种因素制约。
对比分析表明，长江经济带分别在2010—2014年和2008—2012年左右实现了农药化肥使用总量和强度的零增长和减量化，2020年农药和化肥使用总量较“峰值”年份分别减少了30.4%和16.3%，农药和化肥使用强度分别为7.4 kg/hm2和248.2 kg/hm2，分别是世界平均水平的3.4倍和2.1倍。虽然长江经济带总体先于全国5年左右开启农业生产绿色化进程，但上游云贵川地区2016年左右才实现化肥施用总量“达峰”，滞后于全国整体“步伐”。长江中下游省（市）虽先进入化肥农药零增长减量化阶段，但现状使用强度仍然较高，2020年江苏省的化肥使用强度（最高）是贵州省（最低）的3.5倍以上，浙江省农药使用强度（最高）是贵州省（最低）的10倍以上。
复种指数和农业产出密度“主导”了长江经济带的化肥农药等化学投入品使用强度空间分异的总体梯度格局。西部长江上游地区复种指数和农业产出密度较低，化肥农药使用强度也低；相反，东部的长江中下游地区农业复种指数和产出密度较高，化肥农药使用强度也较高。脱钩分析表明，随着高效农业技术使用和生产绿色化转型的推进，长江经济带各省（直辖市）化肥农药的使用强度拟合“曲线”逐步偏离复种指数和农业产出密度“曲线”，其中长江下游省（直辖市）的农业生产对于化肥农药等投入品的依赖程度下降更快。
虽然农业废弃物资源化再利用的地方实践面临较多的挑战，但农膜回收和再利用广泛实施。自2017年以来，长江经济带的农用薄膜和柴油消耗也开始趋于减少，农业“白色污染”和化石能源消耗趋于减少。此外，农业生产绿色化转型的深度实施和人工化学投入品的持续减量化，需要持续加大新型肥药和农技农艺的研发与应用，对农业生产装备、基础设施建设和人力资本的投入需求将持续增加，这对于仍以小农经营为主的长江经济带乃至全国的农业生产系统将是较为严峻的挑战。

4.2 不足与展望

本文通过长江下游江苏地区的访谈与问卷调查梳理总结农户层面的生产绿色化转型实践、动力和挑战，运用省级尺度的农业生产相关统计数据测度长江经济带过去20年农用化学品、化石能源和产出密度的时空变化特征，虽然访谈样本规模较小、统计单元不够精细，但可以基本“勾勒”长江经济带区域农业生产绿色化转型的过程机制和投入品消耗的演变轨迹。此外，本文主要聚焦于种植业生产绿色化转型的演变，而对于水产、畜禽等行业以及资源循环利用、科技创新和机械投入等方面的因素考虑较少，难以避免一定的信息损失。期望在后续的研究中系统开展长江流域上中下游不同类型典型区域的农业生产绿色化转型的行动过程、动力机制和成效的田野调查以及农业生产相关统计资料的收集处理，弥补大尺度统计数据难以刻画局部细节的缺陷，更加全面地认知绿色化转型规律和面临的挑战，为农业可持续发展引导政策的制定提供认知指引。

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