基于STIRPAT模型的農戶農藥化肥施用行為研究
——以武漢市城鄉結合部為例

(華中農業大學 公共管理學院,湖北 武漢 430070)

基于STIRPAT模型的農戶農藥化肥施用行為研究
——以武漢市城鄉結合部為例

馬才學,金 瑩,柯新利,朱鳳凱,李紅艷,馬艷春

(華中農業大學 公共管理學院,湖北 武漢 430070)

以武漢市城鄉結合部為例,基于農戶調查數據,采用STIRPAT隨機回歸模型分析不同生計類型的農戶農藥化肥施用差異。結果發現:①不同生計類型的農戶農藥化肥施用強度存在顯著差異:純農戶>一兼農戶>二兼農戶;②不同生計類型的農戶農藥化肥施用影響因子不同:純農戶農藥化肥施用強度主要與收入構成相關,一兼農戶農藥化肥施用強度主要與耕地規模相關,二兼農戶農藥化肥施用強度與非農活動程度、耕地規模、農戶收入構成相關;③相比不分類型的農戶農藥化肥施用行為,不同生計類型的農戶農藥化肥施用行為能深入客觀揭示地農戶農藥化肥施用行為的關鍵影響因素,為實現農戶農藥化肥施用行為調控提供科學依據。

生計類型;農藥化肥施用;農戶;城鄉結合部;武漢市

中國是農業和農藥化肥施用大國。1994年,我國化肥消費總量超過美國,成為世界第一農藥化肥施用國[1]。近年來,我國農藥化肥施用強度一直呈現出上升的趨勢[2]。據《中國統計年鑒》統計,2015年我國化肥消費總量達到6022.6萬t,約占全世界消費量的35%,相當于美國、印度兩國化肥施用量的總和。在農業生產中,化肥是最基礎和最重要的物質投入,對促進農作物增產起到了關鍵作用,保障了我國農業增長和糧食安全[3]。但是，我國農藥化肥施用強度增加也造成了嚴重的農業面源污染和農產品質量問題[4,5]。

農戶作為農村地區最基本的決策單位,是農藥化肥施用的主體。目前國內外有大量研究對農戶農藥化肥施用行為進行了分析,包括農業技術培訓對農戶化肥施用行為的影響[6]、農戶減少農藥化肥施用強度的生產意愿和影響因素分析[7]、依托農藥化肥施用的農戶低碳生產行為影響因素分析[8]、依托農藥化肥施用的農田生態補償測算[9]、農藥化肥施用對環境的影響[10]、農藥化肥投入的時空差異[11]等。但當前大多數研究忽略了農戶生計方式不同對農藥化肥施用強度的影響。當前農戶生計方式分化正在我國發生,農戶生計方式分化對投入、生產決策、土地利用行為等都產生了較大的影響[12-19],并且農戶生計方式分化也有可能通過這些影響因素導致對農藥化肥施用量的差異。所以,研究不同生計類型的農戶農藥化肥施用行為,為科學認識農戶農藥化肥施用行為的影響因素、合理調控農藥化肥施用量提供依據。

1 研究區概況

武漢市地處長江中下游平原、江漢平原東部,屬亞熱帶季風性濕潤氣候區,具有雨量充沛、日照充足、四季分明,夏季高溫且降水集中,冬季稍涼且濕潤等氣候特點,是我國糧食產量大省——湖北省的省會城市。武漢市城鄉結合部由中心城區與黃陂區、新洲區、江夏區、漢南區、蔡甸區、東西湖區六個遠城區交匯構成。城鄉結合部鄰接大型農產品消費市場,是城市居民短途觀光休閑活動的首選區域,為農戶選擇生計多樣化提供了便利,是農戶生計方式分化最明顯的區域[17]。

改革開放以來,武漢市城市化、工業化迅速發展,建成區面積不斷擴大,導致耕地面積急劇減少。截至2014年末,武漢市總面積為8494.41km2,其中7個中心城區的面積為863km2,建成區的面積為552.61km2。便利的交通系統、較高的非農活動收益等因素使武漢市城鄉結合部的農民生計方式發生了明顯分化。《武漢市統計年鑒》數據顯示,2010—2014年武漢市鄉村從業人員從事農林牧漁業的人數由56.45萬人減少至49.93萬人,從事非農行業的人數均有不同幅度的提高。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

為了考察武漢市城鄉結合部農戶生計方式對農藥化肥施用的影響,本文采用簡單隨機抽樣法進行入戶調查。本研究使用的數據為2015年11月對武漢市黃陂、新洲、江夏等城郊區域的農戶調研數據(圖1)。本次發放問卷729份,其中有效問卷為568份,占調查問卷總數的77.9%。調查內容主要包括:①農戶家庭基本情況,包括家庭成員年齡、性別、受教育程度、家庭收入結構等;②農戶的生計方式,包括農戶家庭的主要收入來源、從事職業方向等;③農戶的農業生產情況,包括目前農田投入成本與產出效益情況、農戶家庭的耕地規模、是否存在耕地轉移行為、農藥化肥施用強度等。

2.2 農戶生計類型劃分

由于城鄉結合部的區位優勢特點,為農戶選擇生計多樣化提供了便利。由于該區域鄰接大型農產品消費市場,同時也是城市居民短途觀光休閑活動的首選區域,因此城鄉結合部地區農戶通常選擇兼業活動來提高生計水平。所謂兼業活動,主要是指農戶家庭勞動力在從事農業勞動的同時,部分人會利用農閑時進行非農工作,甚至有些農戶家庭成員將非農工作作為主體,僅利用工作之余的周末進行農業勞動[17]。按照非農化程度和農戶生計多樣化差異,綜合已有農戶類型劃分的研究成果[20-23],以有無勞動力從事非農活動為標準,將武漢市城鄉結合部農戶家庭劃分為四大類別:純農戶家庭、一兼農戶家庭、二兼農戶家庭、非農戶家庭。其中,純農戶家庭成員均從事農業活動,一兼農戶家庭中超過50%的勞動力從事農業活動,二兼農戶家庭中超過50%的勞動力從事非農業活動,非農戶家庭中全部家庭成員均從事非農業活動。根據此劃分標準,本研究有79戶為純農戶家庭，129戶為一兼農戶家庭，260戶為二兼農戶家庭，96戶為非農戶家庭,分別占調查總數的14.0%、22.9%、46.1%、17.0%。

圖1 調查樣點分布

2.3 模型構建

本文采用環境壓力隨機模型(Stochastic Impacts by Regression on Population,Affluence, and Technology,簡稱“STIRPAT隨機回歸模型”)分析生計方式對農藥化肥施用的影響。STIRPAT隨機模型是指國家或地區對環境和生態系統的影響(I)都是其人口數量(P)和富裕水平(A)的產物,并被支持這種富裕程度的特定技術(T)所影響,其實質是測算人類活動對環境的輸入性影響或壓力[24]。借鑒現有研究成果[25],趙雪雁在研究生計方式對農戶生活能源消費量的影響時采用STIRPAT隨機回歸模型分析家庭特征、收入、能源可獲取性對農戶生活能源消費量的影響。結合調研區的實際情況,在本研究中,I為農戶家庭的農藥化肥施用強度;P為農戶家庭的非農活動程度,反映農戶家庭的農業勞動力;A為農戶家庭的耕地規模,反映農戶家庭的農業經濟資產;T為農戶家庭的收入構成,反映農戶家庭的種植技術不同所帶來的收益差異。

STIRPAT模型的表達形式為:

I=aPbAcTde

(1)

式中,a為該模型的系數;b,c,d分別為P、A和T的驅動力指數;e為誤差項。

在對模型取對數后,原模型變為:

ln(I)=lna+blnP+clnA+dlnT+lne

(2)

該模型以對數形式表示的優勢在于:方程中的參數可直接反應因變量對自變量的彈性,因此以驅動力指數(b,c,d)表示。如果其他影響因素保持不變,驅動力因素(P或A或T)變動1%表示引起農藥化肥使用量變動的百分比。

為了確定所選變量(非農活動程度、耕地規模、農戶的收入構成)與農戶家庭的農藥化肥施用強度間是否存在相關關系,本研究使用灰色關聯度進行預檢驗。灰色關聯度分析方法可以找出各種影響因素與系統發展態勢之間的關系[26],定量分析出農戶的農藥化肥施用強度與所選變量之間的關聯排序,從而提供選擇該影響因子的依據。

3 結果分析

3.1 農戶基本特征

武漢市城鄉結合部區域不同生計類型的農戶農業活動情況具有明顯差異(由于非農戶家庭不進行農業活動,因此本研究僅討論純農戶、一兼農戶、二兼農戶三種生計類型農戶)。隨著農戶家庭進行非農活動程度增加,其平均耕地規模、農業收入比例等明顯降低。其中,純農戶家庭中有耕地轉入行為的占農戶總數的13.9%,平均耕地規模0.56hm2,農業收入(包括所有與耕地相關的收入)占家庭總收入的68.4%,年均農業收益9476.63元/戶(表1)。

表1 武漢市城鄉結合部不同生計類型的農戶基本特征

目前,農藥化肥施用強度主要有數量和價格兩種度量方式。由于本研究是從農戶生計視角對農藥化肥施用量進行研究,農戶生計具有資產屬性,為使兩者計量單位保持一致,本研究采用價格度量農藥化肥的施用強度。武漢市城鄉結合部農戶家庭的農藥化肥施用量隨農業活動程度增加而增多,相比純農戶家庭,一兼農戶、二兼農戶的農藥化肥施用強度分別減少了6.9%、22.9%。根據樣本統計顯示,不同生計類型的農戶農藥化肥施用差異明顯。 為了進一步驗證不同生計類型的農戶化肥農藥施用量是否具有顯著性差異,本研究對三種生計類型的農戶農藥化肥施用量進行了兩兩之間的獨立變量t檢驗。結果顯示,一兼農戶家庭和二兼農戶家庭農藥化肥施用量差異在0.15的顯著水平下拒絕原假設,其他生計類型的農戶農藥化肥施用量兩兩之間在0.1的顯著水平下均具有顯著性差異,且三種生計類型的農戶家庭農藥化肥施用強度數量關系為:純農戶家庭>一兼農戶家庭>二兼農戶家庭。

3.2 農戶農藥化肥施用關鍵影響因素分析

通過灰色關聯度分析發現,農戶收入構成、耕地規模、非農活動程度均對農戶農藥化肥施用強度有較大影響。我們將全部樣本點農戶的農藥化肥施用強度作為因變量,將農戶的非農活動程度、耕地規模、收入構成作為自變量,采用STIRPAT隨機回歸模型分析農戶農藥化肥施用的關鍵影響因素,見表2中的模型(1)。利用最小二乘法對模型進行擬合,模型(1)的R2統計量達到0.678,F統計量為11.95,在0.001水平上顯著,說明方程擬合情況較好,上述變量能解釋農戶農藥化肥施用強度的67.8%。

表2 不同生計類型的農戶生計方式對農藥化肥施用的影響

注:*、**、***分別表示顯著性水平為0.1、0.05、0.01。

結果顯示,非農活動程度與農戶農藥化肥施用強度在0.01的顯著性水平上呈顯著負相關,說明隨著非農活動程度的增強,農戶的農藥化肥施用強度將顯著下降,且非農活動程度的非標準化系數小于-1,說明非農活動程度增強引起的農藥化肥施用強度減少速度高于非農活動程度自身的變化速度。耕地規模、農戶的收入構成分別在0.05、0.1的顯著性水平上與農戶的農藥化肥施用強度呈顯著正相關,說明農戶家庭擴大耕地規模、增加農業收入比例會影響農戶的農藥化肥施用強度。但耕地規模和農戶收入構成的非標準化系數為小于1的正數,說明擴大耕地規模、增加農業收入比例引起的農藥化肥施用強度增加速度低于耕地規模、農戶收入構成自身的變化速度。其中,耕地規模對農藥化肥施用的影響與農業生產方式有關。當農戶經營的耕地面積較大時,他們主要采用資本密集型生產方式,即主要通過化肥農藥等物質生產要素的大量投入來實現收益增加[8]。農戶收入構成對農藥化肥施用的影響與農戶對耕地的依賴程度有關,農戶家庭非農業收入水平越高,他們可能越愿意嘗試具有一定風險性的農業活動[27]。反之,農業收入比例越大,農戶增產增收的期望越高,農藥化肥的投入越大。非農活動程度對農藥化肥施用的影響與農業勞動力有關。一般而言,家庭勞動力數量多,意味著農戶采用勞動密集型生產方式的可能性較大。為了降低物質成本,農戶可能更傾向于減少化肥農藥施用量[8]。

3.3 不同生計類型的農戶農藥化肥施用差異分析

由于不同生計類型的農戶農藥化肥施用存在顯著差異,本文分別對純農戶、一兼農戶、二兼農戶這三種不同生計類型的農戶進行了定量分析。使用STIRPAT隨機模型,以農戶的農藥化肥施用強度作為因變量構建逐步回歸,利用最小二乘法對農戶生計方式與農藥化肥使用的影響模型進行擬合,擬合情況見表2中的模型(2)、(3)、(4)。

分析結果顯示,純農戶家庭的收入構成與農戶的農藥化肥施用強度在0.1顯著性水平上呈顯著正相關,說明農戶農業收入比例降低會在一定程度上引起農戶農藥化肥施用強度下降。純農戶家庭由于收入來源相對單一性,其農業收入比例越大,該類農戶對耕地的依賴程度越高,愿意嘗試具有一定風險性的農業活動的可能性越低。無論耕地規模多少,純農戶均會最大程度地提高產量,而增大農藥化肥施用強度是他們采取的有效途徑之一,因此純農戶家庭的農藥化肥施用強度主要與農戶收入構成顯著相關。針對該類型農戶可采用增加農業補貼等方式來增加他們的非農收入,以此降低該類農戶的農業收入占比,達到調控農藥化肥施用強度的目的。

一兼農戶家庭的農藥化肥施用強度主要與耕地規模相關。該類農戶家庭的耕地規模與農戶的農藥化肥施用強度在0.01顯著性水平上呈顯著正相關,說明農戶耕地規模擴大會在一定程度上引起農戶農藥化肥施用強度增多,但其非標準化系數均大于0小于1,說明擴大耕地規模引起的農藥化肥施用強度低于耕地規模的變化速度。一兼農戶家庭耕地規模越大,他們選擇非農活動的機會成本越高,會促使他們更多地進行農業活動,從而導致非農活動程度降低、農業收入比例提高,引起農藥化肥施用強度變化。針對該類型農戶應提倡適度規模經營,達到調控農藥化肥施用強度的目的。

二兼農戶家庭生計方式與農藥化肥使用影響的分析結果與總體分析結果類似,說明在武漢市城鄉結合部這一特殊區域,二兼農戶占全部農戶的比例最大,與現實情況相符。二兼農戶家庭耕地規模、農戶收入構成在0.1顯著性水平上與農戶的農藥化肥施用強度呈顯著正相關,但耕地規模和農戶收入構成的非標準化系數均大于0小于1,說明擴大耕地規模、提高農業收入比例引起的農藥化肥施用強度增加速度低于耕地規模、農戶收入構成自身的變化速度。二兼農戶家庭由于缺少農業勞動時間,多采用粗放耕作方式,其耕地規模的擴大會提高農藥化肥施用強度,但并非帶來更多的農業收入,因此二兼農戶的農藥化肥施用強度與農戶收入構成、非農活動程度、耕地規模均具有顯著的相關關系。針對該類型農戶應鼓勵他們增加農業勞動力,適度擴大耕地規模、增加農業收入比例,達到調控農藥化肥施用強度的目的。

4 結論與討論

不同生計類型農戶的農藥化肥施用強度存在顯著差異:三種生計類型的農戶家庭農藥化肥施用強度數量關系為:純農戶家庭>一兼農戶家庭>二兼農戶家庭。一方面,城鄉結合部的純農戶家庭往往具有農戶年齡較大、勞動力不足、難以進行非農活動等特征,且與其他類型農戶相比耕地規模更大等因素促使該類農戶通過農藥化肥的大量施用來實現增產增收。另一方面,農戶對耕地重視程度越高,會通過增加化肥農藥施用量來促進農作物生產、提高農作物產出的可能性越大。純農戶家庭單一的農業收入來源,導致該類農戶對耕地的重視程度比其他類型農戶更高,農藥化肥施用強度更強。

不同生計類型農戶農藥化肥施用行為的影響因子不同:純農戶家庭由于收入來源相對單一性,對耕地的依賴度最高,無論耕地規模大小,該類農戶均會加大化肥農藥施用來最大程度地提高產量,因此該類農戶的農藥化肥施用強度主要與農戶收入構成顯著相關。一兼農戶家庭耕地規模越大,他們選擇非農活動的機會成本越高,會促使他們更多地進行農業活動,從而導致非農活動程度降低、農業收入比例提高,因此該類農戶的農藥化肥施用強度主要與耕地規模顯著相關。二兼農戶家庭由于缺少農業勞動時間,多采用粗放耕作方式,耕地規模的擴大會提高農藥化肥施用強度,但并非帶來更多的農業收入,因此該類農戶的農藥化肥施用強度與農戶收入構成、非農活動程度、耕地規模三個影響因素均具有顯著的相關關系。

采用分生計類型來研究農戶農藥化肥施用強度的影響因素更具體、更客觀。開展不分生計類型的農戶農藥化肥施用行為分析與分類型分析的結果存在較大差異。不分生計類型時,農戶收入構成、非農活動程度、耕地規模均對農戶農藥化肥施用強度具有顯著影響;而分類型農戶農藥化肥施用行為影響因素則對應不同生計類型存在不同的影響因子。農戶生計結構所體現的分化特點必然要求在農戶農業行為分析中不能一刀切。在城鄉結合部區域,農戶生計多元分化明顯[14],需針對不同生計類型的農戶開展有針對性的農藥化肥施用行為精準調控。

農藥化肥施用行為研究對改善耕地利用的生態效率具有重要意義。農戶作為農藥化肥施用的主體,直接影響著農藥化肥施用情況。本研究分析了不同生計類型的農戶農藥化肥行為及其影響因素,發現在不同生計類型的農戶間存在顯著性差異,因此要重視生計分化的差異,針對不同的生計類型分析農戶的耕地利用行為,開展針對性的調控。

[1]欒江,仇煥廣,井月,等.我國化肥施用量持續增長的原因分解及趨勢預測[J].自然資源學報,2013,28(11)∶1869-1878.

[2]馬文奇,張福鎖,張衛鋒.關乎我國資源、環境、糧食安全和可持續發展的化肥產業[J].資源科學,2005,27(3)∶33-40.

[3]Wang Q,Halbrendt C,Johnson S R.Grain Production and Environmental Management in China′s Fertilizer Economy[J].Journal of Environmental Management,1996,47(3)∶283-296.

[4]Choudhury A T M A,Kennedy I R.Nitrogen Fertilizer Losses from Rice Soils and Control of Environmental Pollution Problems[J].Communications in Soil Science and Plant Analysis,2005,36(11-12)∶1625-1639.

[5]Bosede A J.Economic Assessment of Fertilizer Use and Integrated Practices for Environmental Sustainability and Agricultural Productivity in Sudan Savannah Zone,Nigeria[J].African Journal of Agricultural Research,2010,5(5)∶338-343.

[6]項誠,賈相平,黃季焜,等.農業技術培訓對農戶氮肥施用行為的影響——基于山東省壽光市玉米生產的實證研究[J].農業技術經濟,2012,(9)∶4-10.

[7]崔新蕾,蔡銀鶯,張安錄.農戶減少化肥農藥施用量的生產意愿及影響因素[J].農村經濟,2011,(11)∶97-100.

[8]田云,張俊飚,何可,等.農戶農業低碳生產行為及其影響因素分析——以化肥施用和農藥使用為例[J].中國農村觀察,2015,(4)∶61-70.

[9]蔡銀鶯,余亮亮.重點開發區域農田生態補償的農戶受償意愿分析——武漢市的例證[J].資源科學,2014,36(8)∶1660-1669.

[10]劉欽普,林振山,周亮.山東省化肥使用時空分異及潛在環境風險評價[J].農業工程學報,2015,31(7)∶208-214.

[11]姚冠榮,劉桂英,謝花林.中國耕地利用投入要素集約度的時空差異及其影響因素分析[J].自然資源學報,2014,29(11)∶1836-1848.

[12]張芳芳,趙雪雁.我國農戶生計轉型的生態效應研究綜述[J].生態學報,2015,35(10)∶3157-3164.

[13]喬蕻強,程文仕,岑國璋,等.黑河—石羊河流域不同生計類型的農戶生計資產研究[J].干旱區資源與環境,2017,31(2)∶32-37.

[14]李燦,張佰林,張鳳榮.農戶生計分化對農民新村建設的影響——基于山東沂水縣農村的實證調查[J].農業現代化研究,2016,37(4)∶754-759.

[15]趙雪雁,劉春芳,王學良,等.干旱區內陸河流域農戶生計對生態退化的脆弱性評價——以石羊河中下游為例[J].生態學報,2016,36(13)∶4141-4151.

[16]任國平,劉黎明,付永虎,等.基于GWR模型的都市城郊村域農戶生計資本空間差異分析——以上海市青浦區為例[J].資源科學,2016,38(8)∶1594-1608.

[17]李翠珍,徐建春,孔祥斌.大都市郊區農戶生計多樣化及對土地利用的影響——以北京市大興區為例[J]. 地理研究,2012,31(6)∶1039-1049.

[18]Singh P K,Hiremath B N.Sustainable Livelihood Security Index in a Developing Country：A Tool for Development Planning[J].Ecological Indicators,2010,10(2)∶442-451.

[19]Hahn M B,Riederer A M,Foster S O.The Livelihood Vulnerability Index：A Pragmatic Approach to Assessing Risks from Climate Variability and Change：A Case Study in Mozambique[J].Global Environmental Change,2009.19(1)∶74-88.

[20]趙雪雁.不同生計方式農戶的環境影響——以甘南高原為例[J].地理科學,2013,33(5)∶545-552.

[21]張麗瓊,趙雪雁,郭芳,等.黑河中游不同生計方式農戶的水足跡分析[J].中國生態農業學報,2014,22(3)∶356-362.

[22]程文仕,喬蕻強,韓國君.基于不同農戶生計類型的生態壓力研究[J].蘭州大學學報(自然科學版),2015,51(5)∶699-704.

[23]侯彩霞,趙雪雁,文巖,等.不同生計方式農戶的碳足跡研究——以黑河流域中游張掖市為例[J].自然資源學報,2014,29(4)∶587-597.

[24]鐘興菊,龍少波.環境影響的IPAT模型再認識[J].中國人口·資源與環境,2016,26(3)∶61-68.

[25]趙雪雁.生計方式對農戶生活能源消費模式的影響——以甘南高原為例[J].生態學報,2015,35(5)∶1610-1619.

[26]劉寶濤,郄瑞卿,王冬艷,等.基于灰色關聯模型的吉林省土地利用系統健康診斷[J].中國農業資源與區劃,2016,37(10)∶9-17.

[27]豐軍輝,何可,張俊飚.家庭稟賦約束下農戶作物秸稈能源化需求實證分析——湖北省的經驗數據[J].資源科學,2014,36(3)∶530-537.

PesticideandFertilizerApplicationBehaviorofFarmersBasedonSTIRPATModel——ACaseStudyinWuhanPeri-urbanArea

MA Cai-xue,JIN Ying ,KE Xin-li,ZHU Feng-kai,LI Hong-yan,MA Yan-chun

(College of Public Administration,Huazhong Agricultural University,Wuhan 430070,China)

Based on the farmer ′s survey data,the STIRPAT stochastic regression model was used to analyze the differences in the application of pesticide and chemical fertilizers in different livelihood types.The results showed that:①There were significant differences in the application of pesticide and chemical fertilizers in different types,the pure agricultural type was the highest,the type one agricultural was the second highest.②The influencing factors of pesticide application in different types of farmers were different.The pure agricultural type was related to the composition of household income,the type one agricultural was related to farmland scale,and the type two agricultural was related to all influencing factors.③Compared with the general research,the study on the application of different types of pesticide fertilizer was more in-depth and objective to reveal the key influencing factors of pesticide application behavior of farmers.

livelihood type;pesticide and chemical fertilizer application;farmer;peri-urban area;Wuhan City

2017-11-20；

2017-12-25

國家自然科學基金項目(編號:41371113、41101098);國家社會科學基金項目(編號:13CGL092);中央高校基本科研業務費專項基金項目(編號:0900206296)。

馬才學(1961-),男,湖北省天門人,博士,教授,主要研究方向為空間信息技術在土地資源管理中的應用。

柯新利(1977-),男,湖北省天門人,博士,教授,主要研究方向為土地利用與管理。

10.3969/j.issn.1005-8141.2018.01.001

S48;S143

A

1005-8141(2018)01-0001-05