Significance:Overuse of agricultural chemicals has resulted in enormous damages to environmental quality and human health in China. Reducing the use of agricultural chemicals to an optimal level is a crucial challenge for the sustainable development of agriculture. We demonstrate that small farm size (in China, typically ∼0.1 ha for each parcel) is strongly related to overuse of agricultural chemicals. Farm size increases with economic development in many other countries, but this is not observed in China due to national policies. Increasing farm size by removing policy distortions would substantially decrease both the use of agricultural chemicals and their environmental impact, while increasing rural income in China.
庄稼一枝花，全靠肥当家。化肥和农药是现代农业的标志之一，它保障了人类粮食的产量与品质，但其过度使用也带来了一系列生态环境问题。在中国, 这一问题尤其严峻。来自浙江大学的一支跨学科团队最新研究发现：农业经营规模是影响农用化学品施用量的重要因素。适度扩大农业经营规模，能有效帮助耕地减“肥”。
相关论文“Policy Distortions, Farm Size, and the Overuse of Agricultural Chemicals in China”在线发表于6月18日的PNAS杂志（《美国科学院院刊》。论文审稿人，美国密歇根州立大学杰出教授、植物土壤和微生物科学系G. Philip Robertson博士认为：这项研究为中国农业的可持续发展提供了重要的洞见，并进行了严谨而令人信服的实证检验。
这项研究由浙江大学牵头，浙江大学的吴意云副研究员和复旦大学的奚锡灿博士为论文的共同第一作者，浙江大学的谷保静研究员和斯坦福大学的Peter Vitousek教授为论文的共同通讯作者。浙江大学罗德明教授、武汉大学的汤昕博士，墨尔本大学的Shu Kee Lam博士和Deli Chen教授联合署名。
治污之困：技术很丰满，现实很“骨感”
我国每年使用化肥6000万吨，农药180万吨——全球1/3的农用化学品消耗在9%的耕地上，单位面积施用量远超全球平均水平，也成为农业面源污染的主要来源。上世纪90年代开始，我国太湖、滇池、洱海等多地发生蓝藻爆发等环境灾害，引发了人们对于农业面源污染问题的警醒与重视。
“施下去的肥作物只利用了不到一半”，生态环境专业背景的谷保静研究员说，“其余部分则主要进入水体和大气，对环境造成严重污染。”自上世纪90年代起，中国投入大量人力物力治理环境，包括水专项在内的科技专项、示范工程等陆续实施，但收效缓慢。在实验室或示范工程中行之有效的治污控污手段，遇到了“落不了地”的尴尬。
3年前，吴意云和谷保静共同关注到了这一困境，吴意云的学科背景是产业经济学，她最关心的是：“为什么农户不愿意把化肥量降下来？”谷保静认为这个问题很有意义：“治污最根本的是源头控制，特别是面源污染，农户的施肥量降不下来，后端再怎么拦截都收效甚微”。
浙江大学社会科学研究基础平台是学校近年来兴建的一个学术交叉平台，鼓励不同学科背景的学者围绕国家和地区经济社会发展的重大问题展开协作研究。关于耕地减“肥”的话题，两位老师热烈讨论着，关注点已从治污技术拓展到了治理政策，从纯粹的生态学视角延展到更为复杂的社会科学体系。
吴意云说，农民施用化肥本质上是一种经济行为，“从经济学视角看，施肥量是农民个体理性决策的结果”吴意云说，“那么到底是什么因素在影响着农户的决策行为？我们需要获取大规模微观数据来支撑我们的研究。”
规模增加了，化肥用少了
浙江大学正在建设的中国农村家庭调查数据库，为这一研究提供了具有全国代表性的基础数据支撑。该数据库每两年组织一次全国农村家庭入户调查，全面记录我国农村社会、经济、政治、文化、资源环境等多个维度的发展情况，能够助力学者从因果关系上解释和预测中国农村社会的发展变化。
图：浙江大学组织的中国农村家庭数据库入户调查
课题组调取了数据库中2万余户农村家庭数据，有了重大发现：控制其他因素以后，农业经营规模是影响中国农场农用化学品使用强度的强有力因素。根据统计分析结果，户均耕地面积每增加1％，每公顷化肥和农药施用量分别下降0.3％和0.5％。通过与复旦大学、武汉大学、斯坦福大学与墨尔本大学的合作，课题组将视野扩展到20世纪60年代至今的74个国家农地规模与农用化学品施用强度的变化趋势，发现研究结论具有高度的一般性。
“如果把农户按照耕地面积分组，我们会发现中国耕地规模最大组别的施肥量与欧美是接近的，和正常施用强度是匹配的。”吴意云说。中国农业的化肥过度施用现象，主要集中在经营规模较小的农户。
为什么小农户施用更多？
经济学理论能够帮助我们理解背后的原因。农业生产与工业一样，存在“规模经济效应”，理解这一现象需要用到经济学的固定成本和可变成本的概念。谷保静说，农业生产中农用机械、灌溉设施和相关技术上的投入，有很大一部分是所谓的固定成本，它们不随经营规模增加而变化。因此，每单位土地上的平均成本会随规模增加而减少。当农业经营规模较小时，农民在计算相关的成本和收益后，会发现投入固定成本较大的项目是不划算的。
当前，关于控制农业面源污染的主流做法是研发技术、培训农民、知识“下乡”等知识传递路线。而事实上，农场规模成为限制这些新技术、新知识广泛采用的一大影响因素。
“打个比方，如果实施一项环境友好的新技术能提高农产品产量10%，按照中国农村户均耕地面积6-8亩算，一亩地一年平均毛收入在1000元左右，新技术可能使农户总收入增加600-800元，刨除额外增加的成本后所剩无几，你会不会在意？”谷保静说。如果农业经营规模大，10%的提升才会对农民产生吸引力。“在经营规模较小的情况下，‘拒绝’新知识、新技术对农户个人来讲是自然的理性行为，因为学习新技术可能妨碍他外出打短工获取更高的非农业性收入。而对社会总体来讲，这又是不利于环境可持续发展的。”吴意云说。
详细的家庭数据进一步解释了我国小规模农户化肥过施的现象。中国农民的兼业现象非常普遍，很多青壮年大部分时间在城镇工作，一年中只有短暂几天返回农村从事劳动生产。“这一方面让其没有时间和精力投入到技术的改进，另一方面，有的农户就采取一次施肥管半年的方法，偏离技术最优的施肥情况非常普遍。”吴意云说。谷保静在河南调研时了解到，农民每年在家经营农地的时间平均是4.7天，其余的时间就到城镇跑出租车。“他们用的是‘一炮轰’施肥法，为了节省劳动力，一次性多施点肥，其余时间就不管了。把省下来的劳动时间投入到更赚钱的城市营生中。”
适度增加农业经营规模，污染减半收入翻倍
农业经营规模限制了技术更新，那又是什么限制了我国的农业经营规模？在欧美发达国家，农业经营规模随着经济发展水平的提高而上升，工业与农业相互支撑共同壮大：农业劳动生产率的提高解放了农村劳动力，为工业发展提供了充足的人力资源。而在中国，经过近几十年的快速发展，我国的经济水平明显提高了，但是户均耕地面积却没有发生显著变化。
“如果我国的农地经营规模能够像欧美国家那样在市场机制调节下随着经济社会的发展而逐步扩大，那么我们的化肥和农药施用量会分别降低1/3和50%，化肥的流失量会降低50%以上，而粮食产量几乎不发生变化，农民的收入也会增加一倍。”谷保静说。
图：农地规模增加的潜在效应
户均18亩是目前的均衡点
那么到底多大的农业经营规模是适度的呢？实际上，适度的农业经营规模会随经济社会发展以及技术革新，特别是非农部门的发展而变化。随着农地规模的增加，农民获得的农业经营收入会相应增加，而适度规模取决于农业收入与农民进城打工预期获得的非农业收入的比较。“农民进城打工的预期收入曲线和经营农业的收入曲线存在相交点，当农地规模超过相交点，劳动力从事农业生产比进城打工更赚钱，从而有激励留在农业生产领域。“当前，这个临界点是18亩左右，换句话说，小于18亩实际上是低效的，这些人进城打工可以获得更高的预期收入。”但是这个临界点会随着我国的经济发展而持续变大，直至达到新的均衡点。
图：农地规模的均衡点（2015年数据）
潜在政策调整的方向
“目前我国农村的户均耕地面积是6-8亩。”谷保静说，这一数据远远低于欧美发达国家，也低于同等发展水平的国家。我国的小规模农业经营模式源于上世纪的农村联产承包责任制。随着经济社会发展和城市化进程加速，尚未完善的农地流转制度和社会保障制度限制了农业经营规模的扩大。“我国正在进行的农村土地确权，是完善农地流转制度的第一步。”吴意云说，要想扩大户均农地规模，“一方面要从法律制度层面去完善农地流转的相关政策；另一方面，还要在城市化的进程中进一步完善户籍制度和社保制度改革，让城市化更通畅，土地流转更顺畅。以消解移民和土地政策的抑制作用。”
“这项研究启发我们，如果有更为完备的农地流转市场，更完备的社会保障机制，小规模农户占主导的现象将得到改善。”吴意云认为，我国近年来逐步推进的农业适度规模经营、户籍制度改革，将在一定程度上促进耕地减“肥”。“这是一个非常关键的动因，从我们的研究看，只有耕地面积起来了，农户才会真正有意愿去接纳新技术。”谷保静说。
“目前我国实施的农地流转政策和城市化政策，都不是直接为降低农业化学品的施用而设计的，但我们认为它们客观上将为农地减“肥”产生显著的积极影响。”谷保静说，“这与农业部正在推行的农药、化肥两个‘零增长’计划有机结合起来，能让耕地真正实现减‘肥’。”
对其他发展中国家的启示
土地过“肥”的问题，中国不是孤例。在埃及、印度和南美一些在相对落后和处于转型期的发展中国家，部分国家地区的化肥施用量甚至超过了中国。“非洲虽然现在化肥欠缺，但是随着其经济社会发展水平的提高，未来化肥可得性会持续改善，非洲会不会走中国的老路，从化肥施用不足走向化肥施用过量？”在一次斯坦福大学举办的国际会议上，谷保静向英国科学院院士、国际知名农业生态学家Gordon Conway教授提问，院士摇了摇头：“我们目前还不确定。”
现在，谷保静可以带着他的研究论文再和Gordon Conway去探讨他们的研究发现，因为这一发现对中国之外的其余发展中国家也同样适用：要想为耕地减“肥”，通过相应的政策配套来逐步扩大农地规模，或许是一条行之有效的方法，这将为后发转型国家提供避免从化肥施用不足走向化肥施用过量的发展经验。
（科学撰稿人：周炜）
论文链接：http://www.pnas.org/content/early/2018/06/12/1806645115