国内外农业发展的历史经验和现实表明，化肥作为粮食的“粮食”，其有效投入是粮食增产重要的措施和途径。湖南是全国重要的粮食主产区之一，而粮食产区又主要分布于环长株潭城市群区域。在当前“两型社会”建设已开始向全省铺开的情况下，随着化肥投入日趋增多而相应带来土地、水资源和大气等污染问题，也应当高度重视并加以解决。本文旨在通过对粮食主产区化肥投入的环境效应分析，为长株潭区域乃至全省进一步加强水土环境保护的决策提供依据。

一 粮食产出与化肥投入比的变化

1.粮食产量与化肥投入

自20世纪80年代以来，湖南的粮食产量一直维持在2500万～3000万吨之间，其中92%以上是稻谷。一般来说，粮食产量与化肥施用量之间存在较强的正相关性。湖南粮食产量从1983年的2653万吨增加到2010年的2847万吨，年均增长率为0.26%；而化肥施用量则从1983年的102万吨增加到2010年的236万吨，年均增长率为3.12%（见图1）。1983～2010年，全国粮食产量的年均增长率为1.28%，化肥年均增长率为4.58%。可见，无论是全国还是湖南，化肥施用量的年均增长率均大于粮食的年均增长率。

2.粮食单位面积产量与化肥投入

由表1可见，1983年以来湖南粮食单位面积产量以年均0.74%的速度增长，与此同时，化肥施用量的增速是粮食增速的5.67倍，但如果考虑化肥粮食单产投入与产出比率，则更是逐年显著下降，由1983年的62.20下降到2010年的24.07，单位面积粮食产出的化肥投入边际效益以年均3.58%的速度下降。从粮食产出的化肥投入比看，无论是全国还是湖南的动态趋势都是单位粮食产出的化肥投入边际效益不断下降。

图1 1983～2010年湖南粮食产量与化肥投入情况

表1 湖南粮食单位面积产量与化肥施用量及与全国比较

3.粮食产量与化肥施用量之间关系的检验

影响粮食产量的因素主要包括化肥使用量、粮食播种面积、受灾面积等。我们以湖南粮食产量为被解释变量，化肥使用量、粮食播种面积、受灾面积为解释变量做回归，结果显示粮食播种面积、受灾面积两变量对被解释变量无显著影响，粮食产量的变化主要是受化肥施用量的影响。观察1983～2010年湖南粮食生产的有关数据发现，粮食产量年均增长0.26个百分点，粮食播种面积年均减少0.45个百分点，表明粮食播种面积对粮食产量的增加无显著影响。据此，考虑如下模型：

log（lscl_t）=β₀+β₁log（hfsyl_t）+ε_t

其中：l-粮食产量（单位：万吨），hf-化肥使用量（单位：万吨），ε-随机误差项。

通过收集1983～2010年样本，对上述模型参数进行估计，经各项修正处理后的回归函数为：

在0.05的显著水平下，模型各项检验都通过。由模型可知，从平均意义上来说，在其他条件不变的情况下，化肥使用量每增加一个百分点，粮食产量增加0.139个百分点。

二 施用化肥对生态环境的影响

1.化肥利用率与环境污染

研究表明，在诸多引致因素中，因过量和不合理施用化肥所带来的养分流失逐渐成为我国农业面源污染最主要的来源之一。我国粮食生产中化肥的过量使用与较低的利用率同时存在，不但造成资源的浪费，还会带来严重的环境问题。据不完全统计，我国每年浪费损失的氮素相当于4000多万吨硫酸铵，价值高达500多亿元，同时导致土壤酸化和板结，重金属污染，硝酸盐污染和土地次生盐渍化；造成水体富氧化，淋溶污染地下水；影响大气环境，氨挥发和NOX、CH₄及CO₂的释放，不仅引起温室效应，而且还造成臭氧层的破坏。如果仅考虑用于粮食生产的化肥投入所产生的污染效果，自1983年以来，湖南氮肥流失总量以年均1.24%的速度增长；磷肥流失总量以年均1.71%的速度增长（见表2）。

表2 湖南粮食化肥施用中氮肥、磷肥流失情况

2.化肥投入的环境成本估值

长期以来，人们习惯于计算粮食的直接生产成本而忽略了粮食生产过程中的资源环境损失成本。为研究化肥施用量的环境成本与化肥施用量之间的关系，我们采取剂量影响法测算湖南化肥施用量的环境成本，其计算方法如下。

首先，将化肥施用的污染进行分类，在此基础上，对各种可能存在的污染物的产生途径、污染方式进行归纳；其次，对化肥施用的营养物质流向和污染产生物的影响剂量进行分析。

Dose_i=M×C_ei×（W_e/W_f）， （1）

此式中，Dose_i表示污染物i的产生剂量，单位t；