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当前对于经济转轨过程中的生态环境效应研究比较少,主要有李国柱、马树才从定性和定量方面研究中国经济体制转轨与生态环境质量的关系[10];侯伟丽从定性角度分析中国经济转轨的生态环境的效应[11];季斌、沈等从定性和定量、尤其定量的角度分析长江三角洲地区经济转轨的生态环境效应[12]等。因此,有必要研究经济转轨带来的生态环境效应,对于区域建立和完善可持续发展机制有重要的意义。
经济体制的基本类型和特征
张春霖认为经济体制是人类为解决资源配置和动力问题而确定的一组机制,包括决策、信息、激励、约束的机制,强调所有制和协调机制并不是经济体制的构成要素,进而又把上述四种机制分为两组,即决策—信息机制和激励—约束机制[13]。张仁德认为经济体制是借助于经济体制实行资源配置的一整套经济系统,或者说是对资源配置作出决策和执行这一决策的一整套组织安排[14];樊纲、光认为经济体制是一定的经济制度或者生产关系所采取的具体组织形式和运动方式,包括社会组织和管理经济的制度、形式、方法及经济运行机制[15]。上述定义从不同角度揭示了经济体制的特征,笔者基于上述研究结论对经济体制的含义进行重新界定。经济体制主要是指资源配置的方式,这种方式也可以认为是在一系列机制运作下的制度安排,不仅仅包括生产资料所有制结构和企业所有制结构,还包括整个国民经济的管理体系和制度,主要分为计划经济体制和市场经济体制两种。计划经济体制是指经济运行主要通过政府在整体的宏观调控、总量控制、结构调整、经济布局等方面发挥作用,其主要特征是计划成为配置资源的基本方式、国家通过指标的方式直接管理企业、国家所有制是经济体制的基础、强调国家利益等[16];市场经济体制是指经济运行主要通过市场在微观经济领域、日常生产经营活动和有关资源配置等方面发挥作用,其主要特征是市场通过价格机制、供求机制、竞争机制高效率地配置资源,生产者和消费者是决策的主体,追求个人、企业利益是经济活动的基本动力[17]。
计划经济的生态环境效应分析
(一)“公地悲剧”的产生马歇尔•戈德曼(MarshallGoldman)曾对这个问题有过简练的描述,计划经济形成了个人理性与集体经济的偏离,由于不存在资源的私有产权,工厂经济不必为其使用的土地和资源付费,这就导致了对资源的过度使用。从理论上讲,计划经济体制可以避免外部性问题,只有按照自己的方式处置资源时,真正的“公地悲剧”才会产生。整个社会或者多个单位共同占有公共资源,公共资源的产权清晰而使用权模糊,经济主体往往可以以较小的成本就可以获取公共资源,最终会使公共资源枯竭[18][19],计划体制对资源的配置效率低下和企业将追求利润作为经济业绩,也浪费了大量的资源和污染了生态环境。此外,计划经济体制下,资源、生态环境政策、制度、观念不完善,往往导致资源的过度使用和生态环境污染。另外,国家作为社会成本的承担者和强制执行者,仅具有纯理论的意义,企业使用资源和排放污染物不需要支付成本或者支付很小的成本,计划经济体制下的企业运营机制和价格机制也加速了资源的过渡利用和对生态环境的破坏力度;计划经济体制时期制定的纲领、路线、方针、政策也对资源生态环境产生了深远的影响,例如重工业为重心的工业建设、和化运动造成了资源的大量浪费、“大三线”和“小三线”建设使得错误的工业布局引发严重的生态环境问题,“以钢为纲”、“以粮为纲”方针忽视生态规律,造成生态生态环境的极大破坏。
(二)重工业优先发展赶超战略的负作用由于当时的国际背景和国内背景,迫切需要尽快建立完整的国民经济体系和尽快实现工业化,我国采用苏联的工业化发展战略选择了一条优先发展重工业的发展道路,然而重工业这种资金、资源密集型产业并不符合我国的优势,因此重工业的发展必须在扭曲的宏观政策中得以生存和发展。根据现有的研究成果表明:重工业结构是生态环境效应的主要因素,是影响生态环境质量的主要驱动因子[20]。纵观实行计划经济体制的国家,重工业优先发展战略是计划经济时期的重要特征之一。我国重工业化时期大致分为五个时期,即1949年~1952年国民经济恢复时期的重工业优先、“一五”期间的重工业化、“二五”期间的“”对重工业的强化、1961年~1964年对“”的纠正、1965年~1978年备战和三线建设对重工业优先的再次强调[21]。长久以来的计划经济体制形成了重工业太重,轻工业太轻的畸形产业结构,重工业的发展不仅消耗了大量的资源,而且使生态环境破坏严重。著名的经济学家吴敬琏研究员认为重工业一般具有两大特征:一是高污染的特征,传统的重工业发展模式往往是粗放的、外延式的发展道路,重工业的过度发展造成本来已经很脆弱生态生态环境加速破坏;二是资源的高消耗特征,重工业的加速发展必然使得本来已经非常短缺的水、土、煤、电、油等基本资源高度紧张,企业的正常生产和群众的正常生活都受到负效应的影响[22]。
市场经济的生态环境效应分析
(一)市场经济体制下的生态环境正效应
1.市场机制有利于提高资源配置和利用效率市场经济最重要特征就是市场机制或称为价格机制,市场机制在反映资源稀缺性、提高资源更有效率的利用方面发挥着重要的作用。微观层面上,企业对于市场上的价格信号能够做出灵敏的反应。市场价格的波动,及时地反映出市场对各种产品的需求,以及各种资源的稀缺程度,通过企业的自发行为,促使生产要素流动,经过一定的过程,使资源得到优化配置,从而提高生产效率和经济效益[23]。宏观层面上,由于坚持了市场对资源配置的基础性作用和宏观调控,价格信息真正能够在资源配置中起导向作用,市场经济体制资源配置实现较计划经济体制高的效率。以水资源为例,研究表明,市场发育程度越高,水资源配置效率越高,反之越低[24]。建国以后的很长一段时间里都是无偿供水或者低价供水,城市生活和工业用水的价格也是严重扭曲,极为严重浪费水资源[25]。由于水资源的无价或低价,使用者很难通过技术创新来减小成本,据调查灌溉农田比喷灌、滴灌分别多耗水30%、70%,粗放使用不但加剧了水资源的浪费,还造成了土地盐渍化和地面沉降等生态生态环境问题出现。市场经济体制下水资源有偿使用法律、办理办法等明确规定了各类用水全面实行有偿使用[26],不仅使供水单位取得了明显的经济效益,而且对节水工作的开展,提高用水利用效益,均起到了经济杠杆的作用。另外,市场机制促进了非国有企业的发展,集体、三资、私营等各种产权类型的企业大量出现,这些企业是市场经济的主体,在能源、原材料的需求上展开了竞争。市场机制的引入建立了资源市场,在价格机制的引导下,市场在资源配置中的作用不断扩大。
2.市场化有利于经济增长方式的转变市场经济体制下的全要素增长率和产出增长的贡献率远高于传统经济时期,这将有利于生态环境质量的改善[10]。高投入、低效益的粗放型经济增长方式在前苏联、东欧国家及计划经济时代的中国由来已久,政府多次强调转变经济方式却没有实质性的改变,其原因何在?[27]著名学者樊纲认为归根结底这不是认识、管理、政策问题,也不是发展战略问题,而是体制问题,这个问题不解决,我国外延式发展的问题不可能根治[28]。刘国光学者也认为,相比较而言经济体制和运行机制对经济增长方式制约性更大,这种制约性不仅反映在微观层次的企业经营机制上,而且体现在宏观层次的经济调控体系和调控手段上[29]。刘传江学者认为传统集权的计划经济体制因其忽视个人利益和经济激励、排斥市场制度与市场机制,因而不仅会因为缺乏技术创新、缺乏高效率的激励和动力机制而内生出粗放型经济增长方式,而且还决定了这种增长方式的锁定状态[27]。上述观点表明,经济体制转变和增长方式的转变应该是同步的,市场化程度的提高有利于促进经济增长方式的转变。市场化可以通过三个渠道促进经济增长方式的转变:第一,市场经济体制有利于形成灵活、准确反映各类自然资源相对稀缺性的价格体系,逐渐替代过去计划经济体制下形成的不合理的资源价格体系,从而为自然资源的合理开发、利用和优化配置提供前提[10],目前价格几乎全部决定市场上供需变动的产品,受指令性价格影响的工业品占工业总产值的份额较低;第二,市场经济体制有利于调整产业结构,通过市场调整,形成有别于计划经济体制的高度化和协调化的产业结构;第三,市场经济体制有利于促进企业研发和采用新技术以在竞争中保持优势,以增进资源配置效率和降低生态环境污染程度。
3.市场化有利于生态环境经济政策的实施生态环境政策是协调发展与资源生态环境之间矛盾的手段,同时也是可持续发展战略的延伸和实现其发展目标的重要调控手段[30]。生态环境政策包括生态环境经济政策、生态环境法规制度、生态环境公众参与等三个方面。目前已形成了独具特色的生态环境经济政策,主要包括排污收费、排污权交易、生态补偿、资源生态环境税收等方面,生态环境经济政策的实施对于降低生态环境保护成本、提高行政效率、减少政府补贴、扩大财政收入以及提高公众生态环境意识诸多方面起到了较好的效果。在经济体制向市场经济体制渐进的改革时期,这些带有鲜明时代特色的生态环境政策与市场经济手段相结合,比较有效地缓解、控制了污染排放[31]。目前,主要存在两种手段,一种是政府干预的方式解决环境问题的经济手段,如环境资源税、环境污染税或排污收费、环境保护补贴、押金退款制度等。另一种是市场机制的方式解决环境问题的经济手段,如自愿协商制度、污染者与受污染者的合并、排污权交易制度等。近年来国家积极推进环境税费改革、环境价格和收费改革、绿色资本市场完善、生态补偿政策的实施、排污交易市场的试点、绿色贸易和绿色保险的实现、环境污染责任强制保险、企业环境行为信用评价、绿色信贷和银行绿色评级、企业环保债券等体现了我国环境管理的市场手段更加健全,环境经济政策体系建设日臻完善,注重市场机制在解决环境问题中的作用。
(二)市场经济体制下的生态环境负效应
市场经济相对于传统经济体制在经济发展、生态环境保护方面发挥更大的作用,但市场经济体制的调节有以下缺点:①只能解决微观经济平衡问题,不能解决宏观经济平衡问题;②市场机制只能反映现有的生产结构和需求结构,而不能反映国民经济发展的长远的目标和结构;③市场机制的有效作用是以充分竞争为前提的,而现实条件下由于信息不透明和垄断等因素下难以实现充分竞争;④许多社会消费的公共产品难以通过正常的市场价格机制加以分配[17],以及生态环境资源本身的公共物品属性使得市场经济并不能解决所有的生态环境问题,相反有些资源生态环境问题反而在市场经济的作用下变得更加恶化。一方面生态环境和资源往往属于公共财产,破坏生态环境、浪费资源将会给他人和社会带来外部不经济性,但却可以降低生产者的边际私人成本和增加消费者的边际私人效应。换句话说,对于外部性的生态环境和资源问题来说,市场机制是不起作用的,另外市场机制往往只能反映眼前和局部利益,难以解决长远和整体利益,因此市场经济难以解决可持续发展的问题[32]。另一方面,我们的经济体制转变仅仅30年的时间,而西方发达国家的经济体制转变却用了上百年的时间,我们国家的市场经济体制在制度方面还有很多不足之处,由于生态环境污染和资源消耗往往给他人和社会带来外部不经济性,却能给企业和消费者带来眼前与局部利益,然而企业和消费者行为的不规范就表现为生态环境和资源的恶化。以海洋渔业资源为例,随着水产品价格不断升高,以及资源保护、维持水产品资源再生能力的意识极为淡薄,缺乏资源持续利用的观念,20世纪70年代后期随着渔业市场的迅速发展,尤其是进入20世纪90年代以来,近海捕捞过度,水产资源严重衰退,传统的底层鱼类资源衰退最严重,形成了“见有就补,越捕越少、越少越捕”的恶性循环[33]。又如农村资源生态环境具有一定的“公共属性”,几乎没有有效的经济手段对农业生产中的社会收益大于私人收益中的部分给予一定补偿,对社会成本大于私人成本的部分收取一定费用。这实际上鼓励了农村居民采用掠夺式生产方式。由于生态环境保护尤其农村生态环境保护本身是一项公共事业,属于责任主体难以判断或责任主体太多、公益性很强、没有投资回报或者投资回报率较小的领域,对社会缺乏资金吸引力。同时由于农村生态环境保护资金利用率较低,有限的农村环保资金没有产生出最大的生态环境效益。目前在实施农业和农村生态环境保护建设项目上,还存在着资金分散、重复建设和“自上而下”的决策现象,资金分散到多个部门,难以达到协调统一效果[34]。综上所述,市场机制并不能解决所有的生态环境问题,由于资源生态环境的公共物品属性,市场体制也有不能企及之处,因此必须充分发挥政府生态环境保护和资源市场建设方面的作用。
提要环境问题是当今世界最严重的问题之一。环境问题给全球的经济和生活带来了许多的障碍,日益恶化的环境形势已经将人类逼上了危险的境地。要更好地实行可持续发展战略,必须很好地解决环境问题。
关键词:环境问题;经济学;生态技术
一、环境问题实质上是一个经济问题
经济学的研究表明,市场机制可以有效率地配置资源,但要有一系列严格的条件。只有当这些条件都成立的情况下,亚当·斯密所描绘的神奇的“看不见的手”才能有效发挥作用。如果不具备或不完全具备这些条件时,就出现市场失灵。所谓市场失灵,就是市场机制的某些缺陷造成资源配置缺乏效率,使市场不能有效地配置公共资源。环境问题上的市场失灵主要表现为:环境的公共物品属性和环境污染的负外部性。
(一)环境的公共物品属性。环境既包括生物资源、土地资源、水资源、矿产资源等环境实物资源,也包括环境容量、生态平衡和调节、空气质量等环境质量资源。其中一些资源可以被所有人共用,一些资源被一部分人共用,还有一些资源被私人利用。这就涉及到环境的物品属性分析。经济学根据物品是否具有排他性和消费的竞争性,把物品分为私人物品、公共物品。私人物品是既具有排他性又具有竞争性的物品,公共物品是既无排他性又无竞争性的物品,共有资源是具有竞争性而无排他性的物品。将物品属性分析引入环境领域,可以得出以下结论:
1、环境质量具有公共物品的属性。像清新空气就是最纯粹的公共物品,既无消费的竞争性和也无排他性。即一个人的消费不会影响其他人对同一环境物品消费的数量和质量。同时,一个人不论付费与否,都不能从这一环境物品的消费中被排除出去,即环境质量作为公共物品,使得无法、很难或不必对其进行收费,私人企业赚不到利润,市场机制就无法激励其减少空气中污染物的排放来提供清新空气这一公共物品。在这种情况下,市场机制是失灵的,必须政府干预,由政府来提供公共物品。
2、环境资源的共有资源属性。像森林、地下水、野生动物等就是典型的共有资源,有竞争性而无排他性。由于共用资源产权不明以及不能或很难向使用共用资源的人收费,即人人都可以自由取用而不负担成本,必然导致环境资源消费过程中的“搭便车”行为,滥用环境资源。以我国的草场为例,由于草场属于共有资源,任何牧民都可以随时到牧场免费使用牧草,牧民们为了从牧场上获取最大收益,竞相增加畜牧数量,结果导致出现过度放牧现象,导致草场退化,甚至毁灭性破坏,这就是“公地的悲剧”。经济学分析认为,当今社会,资源的枯竭、生态的恶化,与共有资源的非排他性有密切关系。
(二)环境污染的外部性。环境污染是指经济活动的污染物或污染因素排入环境,超过环境容量和环境的自净能力,使环境质量恶化。“外部性指的是企业或个人向市场之外的其他人所强加的成本或利益。”经济学认为,“市场之所以能有效率的运作,是因为价格向生产者和消费者双向传递了信息。然而,有时市场价格并不反映生产者或消费者的活动。当一种生产或消费活动对其他生产或消费活动产生不反映到市场价格中的效应时,就存在外部性。”外部性的内涵包括以下主要内容:(1)当企业或个人的行为不是通过影响价格而影响另一个企业或个人的环境时,便有了外部性存在;(2)私人成本或收益与社会成本或收益不一致。由于外部性的存在,价值规律无法发挥作用,导致资源不能得到有效配置。这种非市场性的影响,对社会有利的称为正外部性,对社会不利的称为负外部性。将外部性理论引入环境领域,实质是把经济行为主体的经济活动放到环境-经济复合系统中考察,就会得出这样的结论:环境污染是一种典型的负外部性,产生了不能全部反映到市场交易价格中去的额外社会成本。如上游化工厂向河流中倒入废酸液,使下游的游乐场所不能用于游泳或钓鱼。由于无须向任何人赔偿损失,从而导致外部不经济的产生。由于环境污染并不构成私人生产成本,必然出现企业私人成本与社会成本的差异。这一差异被转嫁给社会和公众,外部性成本的顺利转嫁,必然导致这种带有负外部效应的物品的过度供给行为,使资源配置扭曲,造成环境污染和资源浪费,社会福利损失。
二、环境政策的创新:与市场的整合
(一)国际的启示。在市场经济条件下,解决环境问题既要用足市场机制,又要依靠政府干预,但政府的干预应以市场机制充分发挥作用为前提,以弥补市场的功能缺陷。近10年来,西方国家环境政策手段已经开始由传统的命令——控制型手段向基于市场的经济手段转变。经济合作与发展组织(OECD)于1991年提出的《关于在环境政策中使用经济手段的建议》,建议成员国更加广泛、坚定地采用经济手段,以作为其他政策手段的补充或替代。该建议提出了4类经济手段供成员国参考:一是环境税和收费;二是许可证交易;三是押金制度;四是财政补贴。该建议推动了经济手段在欧美国家的应用。
目前,在经济合作与发展组织(OECD)国家中,已有许多国家征收环境税,尤其是欧盟一些国家,已将环境税作为优先使用的环境政策工具。环境税是国家为了保护环境与资源实现可持续发展战略,而凭借其权力对一切开发、利用环境资源的单位和个人,按照其开发、利用自然资源的程度或污染、破坏环境资源的程度征收的一个新税种。它主要有开发、利用自然资源行为税和有污染的产品税两种。前者如开发、利用森林资源税;后者如含铅汽油税、含氯氟化碳产品税。发达国家现在应用最广泛的环境税是燃料环境税,如对含铅、无铅汽油实行差别税,对含硫、含碳燃料征收硫税、碳税等。
对我国来说,应借鉴发达国家对污染大户课征高额环境税的做法,大幅提高排污收费标准,待条件成熟再逐步向环境税过渡。排污收费标准的提高和收费方法的改革,在短期内可能会给企业的经营带来负面影响,但从长远来看,对社会、对整个城市的发展是有利的,可以促进企业积极开动脑筋来控制污染,降低环境成本,最终也能使自身的市场竞争力得以提高。
(二)环境政策的经济学基础。环境经济政策的理论基础起源于20世纪初关于福利经济学的分析,以庇古在《福利经济学》中所表述的政策措施为代表,即为了消除外部效应,对产生负外部效应的单位征税或收费,对产生外部正效应的单位给予补贴,这就是“庇古手段”。虽然这种环境经济政策需要政府对费额、税率制定的科学性,但对企业和消费者的行为会产生动态有效的刺激,促使企业开发新技术,新的环境友好产品和提高污染治理水平,因为每一单位的污染削减,都将以节税的形式得到回报。随着20世纪七十年代著名学者科斯的“产权理论”的兴起,运用“科斯定律”来创新环境经济政策在理论和实践上取得了很大发展。科斯在《社会成本问题》中指出,污染问题是相互的,因为制止污染也会给企业造成损失。既然日常的商品交换可以看作是一种权利(产权)的交换,那么污染权也能够交换,可以通过市场交易来使污染问题达到最有效率的解决。在实践中逐渐形成了排污权交易、自愿协商为代表的“科斯手段”。排污权交易的主要内容是:充分利用市场主体的自发的趋利避害本能和市场交易工具,在实行污染物总量控制的前提下,进行环境保护。即政府向企业发放排污许可证,企业根据排污许可证向特定地点排放特定数量的污染物,排污权是可以买卖的,企业可以根据自己的需要,在市场上买进或卖出排污权。“科斯手段”的管理成本低,有利于刺激企业革新技术,减少污染排放,以多余的排污权在市场交易而获得利润回报。
综上所述,环境经济政策与命令控制型政策相比较,命令控制型政策需要直接决定污染控制,需要实施者监测污染物排放,具有强制性,以政府行为为主;而环境经济政策是为污染控制提供财政上的激励,不需要实施者监测污染物排放,具有诱导性,以经济主体参与为主。通过要么在污染者与公众之间进行财政转移支付,如环境税收或收费、财政补贴和产品税等;要么创建一个新的市场,如排污许可权交易,使经济主体以他们认为最有利的方式对财政刺激作出自主反应,从而达到协调环境与经济发展两者关系的目的。
三、更好地协调环境与经济发展的关系
(一)综合利用资源
1、建立资源节约型国民经济体系。有的国家发展以节能、节材、节水、节约资本等重效益、重品种、重质量的工业生产技术和制度;有的国家调整工业内部结构,由生产初级产品为主向深加工、精加工的“朝阳工业”转变,以减少对自然资源的依赖程度。
2、重视二次资源的开发利用。很多国家提倡废物资源化,把再生资源称为“第二次物料革命”,或“第二矿产资源”。例如,巴西、意大利每年所消耗的贵金属几乎全部来自再生,其他废旧金属的80%~90%均被回收利用,变废为宝。为减少水资源消耗,有些国家工业用水的回用率已接近100%。
3、对资源内涵的认识愈来愈丰富。随着科学技术的发展,人们从注重物质投入的外延正在向注重资源内涵扩大的方向转变。如回收利用垃圾也能创造新的价值,日本对垃圾回收利用率高达90%,法国每年从垃圾中回收废纸占造纸工业原料的40%。现在世界各大国正在进一步对回收垃圾进行深层次的开发利用,以保护地球生态环境。荷兰正设计用“雨”(利用雨水下降冲击力)发电。此外,将还有更多的替代资源、人造用品面世。
(二)推行清洁生产。1989年联合国环境规划署工业与环境规划活动中心首先提出清洁生产,定义为:“清洁生产是指将综合预防的环境策略持续地应用于生产过程和产品中,以减少对人类和环境的风险性。”《中国21世纪议程》将清洁生产定义为:“既可满足人们的需要,又可合理使用自然资源和能源,并保护环境的实用生产方法和措施。”
很多国家为推行清洁生产,正在实施“零废物排放”工业(简称零排放工业或闭环式工业),其实质是从生产过程和产品两方面理解的:一是就生产过程而言,为实现废物减量化、无害化和资源化,将生产过程中一端的废弃物排出,转为另一端的原料输入的方法;或者将一个生产部门的废弃物作为另一个生产部门的原料供应;二是对产品而言,近年来世界各国竞相研究和开发一些生态产品。生态产品也称“绿色产品”或“环保产品”,其含义是指能够保持社会环境和对人类无害的产品。例如,德国制造世界第一种生态轮胎、生态电视机、生态冰箱,日本制成生态电池、生态塑料渔网,加拿大开始生产实用的燃料公共汽车(无污染物排放),美国研制出生态服装,瑞典推出一种生态画,我国生产出安全、营养、无公害的绿色食品等等。可以预料,绿色产品将随着可持续发展进程的深入,而日益成为今后产品生产的主导方向。
(三)树立生态技术观。每当新科技成果向经济建设转化时,总会带来生产的大发展,产生显著的经济增长效应和质变效应。然而,进一步深思,又发现另一种倾向,大多数技术的应用,如果是以单一目的性——经济效益为前提,那么技术越尖端,单一目的性越明显,对生态环境的破坏程度也就越大。这不能不引起人们的思考,技术究竟是给人类带来幸福还是灾难,这主要取决于人类自己,而非技术本身。
21世纪的技术观应当是生态技术观。生态技术观的含义为:1、科技发明的指导思想,要坚持技术的单一性目的与多元性目的的统一,即以经济效益、生态效益为双重目的,或以经济效益、生态效益、社会效益为多重目的;2、科技成果的应用要考虑到生态环境的内在承受性和外部承受性,如资源再生循环技术、环境无害技术,都是经济可持续发展所要求的。
工业社会,一种自文艺复兴生长出来的人文主义澎涨到了极端,它与文艺复兴旨在反对神本主义的人文精神完全不相融合,这种观念的内容可以归纳为两个方面:一是认为人是地球上至高无上的主人,有权尽情掠取享受地球上的一切资源,二是认为这地球上的资源是无限的,可以供人类任意浪费挥霍。这种主张我们姑且名之为“极端的人本主义”。在极端的人本主义观念的指挥下,凭借高科技的威力,自然界的生态平衡趋于被打破,地球上诸多原本宜于人生存的自然条件发生变化,这个地球已经在一定程度上不那么宜居了。为对抗工业文明的弊病,一种名之曰“深层生态主义”的声音出现了,这种声音的基本观点就是将人类文明看成是“地球这个行星的艾滋病毒”,将地球上的生态问题的严重出现归罪于人,这是有道理的,但是解决此问题的方式过于极端。怎么能将人类比喻为地球上的“艾滋病毒”呢?正如阿尔•戈尔所说的:“这种内在的比喻只会导向唯一的药方:从地球上消灭人。”这显然是荒谬的。
两种主义———“极端的人本主义”和“深层的生态主义”,均行不通,唯一的出路只能是人文主义与生态主义的统一,这种统一所创造的文明即生态文明。生态文明既不是“极端的人本主义”所标榜的人是这个世界上唯一的价值主体,也不是“深层生态主义”所主张的“地球高于一切”,而是要恰当处理好人的利益与生态的利益关系,实现二者的统一。所谓统一就是生态平衡,基于地球上生态平衡破坏的情况不同,可以分类处理:生态问题严重的地方,要调整文明建设思路,牺牲人的某些利益,坚决地让位于生态利益,力促生态恢复;生态状况良好的地方,要确定生态与文明共生战略,坚决防止生态破坏现象出现。生态文明共生是生态文明建设的基本原则。所谓共生,就是自然的向人生成和人的向自然生成。这个过程中,生态与人出现了可贵的互动:一方面,人的目的性(人的建设文明的意志)合乎了生态发展的规律,具有合规律性;另一方面,自然的规律性(其中最重要的是生态平衡的规律)肯定了人的意志,具有合目的性。这种合规律性与合目的性的统一,即是生态主义与人文主义的统一。由于有了生态与文明的相向互动,生态主义就不是自然的生态主义而成为了人文的生态主义,人文主义也就不再是社会的人文主义而成为了生态的人文主义。生态与人文的这种统一的最高成就就是生态文明。生态文明的主体是人,也只能是人。生态文明建设不是让人生活得不好,更不是如深层生态主义中某些人所主张的让人去死①,而是让人类生活得更好。所以,生态文明建设不仅主体是人,目的也是为了人。与工业文明的人主体之不同在于生态文明主张的人主体是融入了生态利益的,或者说是以保护生态平衡为前提的,是人与生态的共生并共赢。生态文明有一个重要的原则———生态公正的原则。生态公正不仅保证人的权利与价值,也保证着物的权利与价值。生态公正的基本原则有环境正义的原则。1991年美国第一次全国有色人种环境领导峰会提出环境正义的17条原则,其主要内容有“保证地球母亲神圣、生态系统的统一,所有物种的依赖性和免受生态破坏的权利”。人类的全部历史都是人与自然的互动,即作为规律的“真”与作为意志的“善”的互动:一方面是“真”向“善”的生成,另一方面又是“善”向“真”的依归。是“真”和“善”的统一,这个统一的成果就是“美”。
人类的全部历史都是美的创造的历史。值得强调的是,这个统一,在人类已往的文明中,并没有能够全部做到,或是部分地做到了,又部分地违背了。生态文明是人类新的文明,在实现真与善的统一上,生态文明立足于人类全部文明特别是工业文明的基础,正是因为有这样一个基础,它在实现真与善的统一上,完全能够达到人类从来没有达到过的高度。基于美是真与美的统一,这就意味着生态文明可以创造人类从未创造过的美。生态文明建设有一个过去的文明从来没有过的原则———生态平衡的原则。不是生态,当然也不是人,而是生态平衡成为调控人与自然关系的最高指导原则。生态平衡原则必然给人类的审美带来新的视界,新的标准,新的方式。生态文明的美既联系于生命的美、自然的美,又联系于文明的美、人的美,这是一种完全崭新的美。虽然这种美我们现在还不能做出很好的描述,但它确是在地球上露出了曙光。在生态文明时代人类以新的观点新的方式实现自然对人的两种基本价值:环境的价值和资源价值。在生态文明时代,人不是从此就不要从自然索取资源了,这项活动永远需要,只是这项活动不应是对环境价值的破坏,而应是环境价值的新实现;同样,环境保护不应成为消极的被动的保护,它应与自然资源的新的开发结合起来。这种新开发具体是什么,需要人去探求,这条道路充满艰辛,光辉灿烂。它是真的追寻,善的实现,还是美的创造。,这条道践没有尽头,魅力无穷!
在生态文明时代,不是“资源”而是“环境”成为人类对地球价值认识的总体性概念。在工业文明时代,人类对地球价值的认识主要为资源。地球上的一切,无不被看做是资源。而在生态文明时代,也许由于工业文明已为人类积聚了相当的财富,人们对财富的贪欲较之工业文明时代有所降低,由于环境问题的严重性,人们的环境意识大为提升。基于环境问题的全人类利益一致性和生态问题的全球一体性,环境概念可能成为人类对地球价值认识的总体性概念。与其将地球看做资源,意在开发,还不如将地球看做家园,意在珍惜。一个非常有意思的现象:虽然资源与环境两个概念早就存在,但从人类出现直到工业文明的后期,人们一直重视的是资源,而忽视环境。由于环境本也可以看作是一种资源,所以,实际上,不是环境,而是资源成为人类对地球价值的总体性概念。然而,在生态文明时代,不是"资源"而是"环境"成为人类对地球价值认识的总体性概念。
地球的资源价值仍然在,但对人,不是最高价值,环境才是最高价值。在人们的观念中,“资源”不再是为统属“环境”的总体性概念,而是“环境”成了统属“资源”的总体性概念。在人们的实践中,所有对地球资源的开发性活动,均需按程序先做环境评估,根据其对环境影响决定是否开发以及如何开发。生态文明时代,环境作为人类对地球价值的总体性概念,其价值非常丰富,择其要者,有生存价值、生活价值、经济价值、生态价值和精神价值。精神价值中,有科学认识价值、道德启迪价值、历史信息记录价值和审美愉悦价值等。
(一)在环境的诸多价值中,生存价值是最为根本和最重要的,它关系着人能否生存。工业社会前,环境没有遭到严重的破坏,生态平衡比较好,人类感觉不到来自环境的生存威胁,进入工业社会后,随着生态平衡的破坏,诸多生物已经灭绝或濒临灭绝,人类也明显地感受到了生存的威胁。人类的环境意识的觉醒突出体现在对于环境的生存价值的重视。相较于资源对人的价值,环境的生存价值无疑重要得多。皮之不存,毛将焉附。生命都保不住,要财富何用?正是在这个意义上,人们理直气壮地说:“宁要绿水青山,不要金山银山。”或者说:“保住绿水青山,才要金山银山。”
(二)在环境的诸多价值中,精神方面的价值如历史信息记录价值、审美价值等无可替代,而且不可计量,因此也就无法拿来与资源做比较。从本质来看,资源是一个经济概念,它是可以折换成金钱来衡量的,而环境则是人文概念,它是不可以折换成金钱来估算的。从这个意义上讲,“金山银山有价,绿水青山无价”①。
(三)环境于人的功能主要是用来为人提供生存生活的场所的,是居,而不是游,更不是借此来做旅游生意大赚其钱。环境具有部分的经济价值,但它是有限的,其规模止于保护。对于环境,保护永远第一。人类财富的获取,不能依赖开发环境的经济功能。我们的口号是:“保住绿水青山,才建金山银山。”
(四)人类对于价值的认识,向来主要以财富计,而财富以金钱计,故而重视资源价值,忽视环境价值。环境也是有价值的,如果不是用金钱计,“绿水青山就是金山银山”,而且“绿水青山远胜金山银山”。保护和建设美好的环境,其根本上是让人更好地生存生活乃至发展。人的生存与发展与别的生物的生存与发展是相关的,彼此存在着不可分离的生态关系。一个美好的环境不仅是有利于人生存生活与发展的环境,而且也是有利其他生物生存生活与发展的环境。调节人与物的利益的原则,为生态平衡原则。生态文明时代,在审美上一个突出的现象是,对自然的审美意识凸现为对环境的审美意识。自然与自然环境是两个不同的概念。自然概念与人的概念相对,它的内涵中可以没有人;环境之所以称为环境,是因为有人在其中生存生活,故自然环境概念中必然有人。人对于自然的审美,如果联系到人的生活包括物质生活和精神生活,他实际上不是在对自然,而是在对自然环境进行审美了。虽然人类对自然的审美一直就是对自然环境的审美,但是,人类并没有明确地认识到它。直到生态文明时代,环境的审美才发展成一种成为一种重要的审美方式。
1.1农村环境污染客观成因
1.1.1农业生产污染也叫农业面源污染。农业的迅猛发展,农药、化肥、农膜的不合理使用,种植业复种指数较高,大棚等设施栽培不断扩大,使土地板结,有机质减少,土壤肥力下降。畜禽粪便、养殖场污水得不到彻底处理就排放水体;秸秆综合利用率不高,农村劳力逐步缺乏,部分地方焚烧秸秆或堆扔入沟河,使河流富营养化程度变高。农用残膜散落在田间地头、树枝、随风飘扬,秸秆、畜禽粪便堆放在房前屋后、路边,不但造成对土壤、水源等自然生态的污染,可能的细菌、微生物繁衍传播,影响城乡广大居民的身心健康,也严重丑化着农村整体形象。
1.1.2人居生活污染主要来自于生活污水和生活垃圾造成的农村环境污染广大农村地区厨房炊事用水、沐浴、洗涤用水等这些用水分散,目前没有任何收集处理的设施,基本是随着雨水的冲刷,随着地表流入河流、湖泊、沟渠、池塘、水库等地表水体、土壤水和地下水体,对于农村水环境造成了很大的污染,也对村内生活环境造成一定的污染。农村生活污水造成的环境污染不仅是农村水源地潜在的安全隐患,还会加剧淡水资源的危机,使耕地灌溉得不到有效保障,危害农民的生存发展。生活垃圾多数地方没有处理或者处理效率低。除政府投资试点的垃圾集中清运村能够实现使用垃圾池对瓜果皮、烂菜叶、纸屑、包装袋(盒)等日常生活垃圾集中进行存放集中处理外,大多数村依然存在生活垃圾和废弃杂物随手倒在自家门口、村沿街沟渠、河湾、池塘等,乱堆乱放现象严重。一到起风的日子垃圾到处乱飞,造成河流污染、苍蝇乱飞、臭气熏天的恶性反应,严重影响村容村貌及村民生活健康。
1.1.3工商业污染随着经济发展,广大农村地区逐步出现了一些淀粉、面粉、造纸等加工企业,个别地方还有采矿业、冶炼业、水泥生产,一些污染较大的企业从大中城市迁移到农村。铁矿企业的废石和尾矿砂已成为影响农村地区生态环境的主要因素;同时,工业烟尘、粉尘的排放严重影响了周围村庄的生活环境。一些地方采矿过度、经营粗放,造成矿区地表塌陷、水土流失,严重破坏了农村生态环境。一些工业行业、企业的各类废弃物、垃圾和污水形成了新的农村环境污染。
1.2农村环境污染的主观成因1)农村居住环境改善缓慢,村庄基础设施和公共服务设施规模小、配臵不均、经济性差,偏远乡镇的村卫生厕所普及率几乎为零,排水、污水处理等设施基本空白。一句话,政府给予农村的关注和投入还远远不够,农村行路难、用水难、环境差的问题还没有从根本上得到解决。2)从农村居民自身来讲,经济发展所带来的进步与生态环境建设的滞后存在着较大距离。农村比较富裕的物质生活同农民生活质量、居住环境存在距离。传统的圈厕、畜禽放养“、三大堆”等,对群众生活质量、居住环境造成直接的影响,同富裕的物质生活不相符。旧的陈规陋习与日益发展的现代生活气息之间存在反差。经济观念的转变同某些方面一些道德失衡之间存在距离。经济的发展与经济观念相互促进,但某些方面经济失衡,甚至自家门前雪也要别人来扫,而屋内却窗明几净。
2甘肃农村环境污染凸显上升趋势
2.1人居污染直线上升据统计,甘肃农村每年产生生活污水约10多亿t,而96%的村庄没有排水渠道和污水处理系统,生活污水随意排放。农村生活污水有以下特征:①面广、分散。村庄分散的地理分布特征造成污水分散,难于收集。②来源多。除了来自人粪便、厨房产生的污水外,还有家庭清洁、生活垃圾堆放渗滤而产生的污水。③增长快。随着农民生活水平的提高以及农村生活方式的改变,生活污水的产生量也随之增长。④处理率低。据调查,每个农民年均产生约220kg生活垃圾、500kg粪尿和1.3t生活污水,由于很少有生活污水处理设施,污水随意排放,滋生蚊蝇,传染疾病。人居垃圾以生活垃圾和厨房垃圾为主。据估计,人均生活垃圾产量0.86kg/d(湿基)。甘肃省多数农村所有垃圾未经分类收集,少数村虽有垃圾池,但是垃圾收运转运体系尚未建立,收运转运严重滞后,生活垃圾弃置在路边、房前屋后的空地、洼地、池塘边、河岸边。进入垃圾池的垃圾收运转运不及时,普遍存在池满溢出现象。一些村庄已基本处于垃圾的包围之中,给当地村民的生活及健康带来极大的影响。随着农村生活条件改善,人居垃圾种类数量直线上升。
2.2畜禽养殖污染处理不够甘肃省畜禽粪便年产量约4400万t,由于多数养殖场没有综合利用的粪便污水处理设施,堆放的粪便、污水不仅污染了空气和水体,而且传播病菌、危害农田生态。大部分畜禽养殖户没有较为标准的粪污处理设施,生产的粪污多用编织袋装袋后堆放在道路两旁或其他公共场所,或直接堆放于任意空地;部分养殖户生产污水随意排放,并没有做到有效、合理利用,反倒影响了生态环境和人居环境,周围群众对此反响强烈。此现象,在甘肃省中东部人口相对密集地区尤为明显。
2.3农业面源污染日趋加重有关监测资料显示,甘肃省遭受各类污染的农田面积已超过86.67万hm2,每年因此造成经济损失2600多万元,而全国因耕地污染每年造成的直接经济损失超过200亿元。农业面源污染不仅造成有害物质在农作物中累积,威胁着城乡群众的身体健康,而且制约着农村经济可持续发展。随着近年来农业集约化程度的提高,化肥、农药、地膜的使用量逐年加大,大量的有毒、有害物质进入农业生态系统,造成一些地方农业生态破坏与环境污染日趋加重。农业生产中大量使用化肥和农药导致部分农产品中农药残留量、重金属和硝酸盐等有害物质超标;地膜的广泛应用带来的“白色污染”给农业环境的压力越来越大;另外农作物秸秆和畜禽粪便等农业生产残留物综合利用水平不高,秸秆的焚烧和粪便随意排放,不仅浪费了大量宝贵的生物资源,而且造成了空气、土壤和地下水等的污染。据了解,在甘肃省农村,除一些企业固定排放污染物带来点源污染之外,农民、农业自身带来的生活垃圾,种养业、化肥农药等面源污染,通过地表径流和农田渗漏,严重影响了耕地质量。
3农村环境与生态农业的辩证关系
生态农业是农村环境综合治理的一个重要组成部分。生态农业能最大程度地从源头上减少农业生产带来的各种环境污染,包括对秸秆的循环再利用,减少化肥、农药等外来无机质的投入,对畜禽粪便的处理再利用等。但不能彻底根除这种污染,如农用残膜、难以开展生态农业生产的分散农户的种养业都会持续带来农业污染。关于农业生产造成的污染,要立足于发展高效农业的同时,通过开展生态农业建设是控制其污染的有效途径。通过加大先进农业生产技术的科研攻关力度,积极推广先进的耕作技术,实现农业产业结构合理化、生产技术生态化、生产过程清洁化、生产产品无害化。大力发展农村循环经济,推行清洁生产,积极推动乡镇企业结构调整,鼓励发展技术含量高、物耗少、污染轻、效益好的产业和产品,把产业结构调整和推广清洁生产工艺、实用治理技术、发展环保产业结合起来。
4大力发展生态农业,开启农业环境污染治理之旅
4.1生态农业内涵生态农业,简称ECO(eco-agriculture的缩写),是按照生态学原理和生态经济规律,因地制宜地设计、组装、调整和管理农业生产和农村经济的系统工程体系。它也是农、林、牧、副、渔各业综合起来的大农业,又是农业生产、加工、销售综合起来,适应市场经济发展的现代农业。
4.2生态农业模式2002年,农业部向全国征集到了370种生态农业模式或技术体系,通过专家反复研讨,遴选出经过一定实践运行检验、具有代表性的十大类型生态模式。根据甘肃省的实际,草地生态恢复与持续利用生态模式及配套技术、生态种植模式及配套技术、生态畜牧业生产模式及配套技术、设施生态农业模式及配套技术4种模式适合于甘肃省示范推广,其中以循环生态农业模式更适合当下推广。而目前比较常用的有复合生物系统循环模式,秸秆直接还田循环利用模式,种养结合循环生产模式,农业废弃物再生循环利用模式,本文在此进行介绍和推介。
4.2.1种养模式利用玉米秸秆开展养畜,主要采取将玉米摘除棒穗后进行黄贮或连带棒穗进行田间收获玉米秸秆,粉碎后用作青贮饲料;或将玉米秸秆进行塑料袋青贮和窖式青贮,成为青鲜的饲料;或将玉米秸秆加工压缩成营养成分高的“畜饼干”。通过“饲料—养殖—沼气”模式,“过腹”还田。目前全省建成青贮氨化池4万多个,建设秸秆养畜示范县10个、示范村77个、示范户1.5万户。秸秆养畜加强了种植业与养殖业的结合,实现了农业生态系统内的物质循环利用,促进了畜牧业增效和农民增收。4.2.2畜禽粪污循环利用模式将畜禽粪污处理再利用,集能源、环保、资源为一体的畜牧循环经济模式。甘肃省定西市陇西县探索建立循环经济生态园,以肉牛、肉羊良种繁育、科学种植养殖示范、生态能源循环利用示范为主,通过“向农民收秸秆做牛羊饲料,用牛羊的粪便制沼气,再用沼气池产生的沼液沼渣当有机肥料,在阳光联栋温室里种植食用菌、反季节蔬菜和花卉”的循环生产,实现“节能、环保、无污染、零排放”的循环生态平衡。生态园一年向周围农民收购5000多t秸秆,仅这一项,为周边农民增收100多万元。
4.2.3生态保护型发展模式把现代化技术与传统农业通过合理的投入,使农业生态系统维持在理想的状态并能保持良好的物质能量循环,从而达到人与自然协调发展。如千亩果园清洁生产生态化模式,重点抓生产无害化和废弃物资源化两个关键环节,以点面结合防治面源污染。通过推广生态肥、配方肥、有机肥和病虫草生态控制、秸秆资源化利用技术,优选农业投入品,修建农业投入品废弃物收集池,将农作物秸秆、有机垃圾等混合发酵生产有机肥,从而解决农业投入品和秸秆废弃物造成的污染问题。又如“一池六改”,即:沼气池、改厕、改圈、改厨、改院、改水、改路为主的家园清洁模式处理人畜粪便;以联户污水处理系统和垃圾物业管理为模式,解决垃圾、污水污染问题,实现了家园清洁,提高了农民生活质量。
4.2.4秸秆多项利用近年来,随着中部广大地区地膜双垄沟播技术推广,秸秆数量直线上升,除为养殖业提供饲料以外,还造成了农村环境的大面积污染,房前屋后、道路两旁堆积如山,甚至焚烧,烟雾缭绕。秸秆的再利用和处理是当务之急。利用处理主要有4个方面。1)秸秆饲料化。通过青贮、黄贮、秸秆加工压缩、氨化和微贮等技术处理,让秸秆过腹还田。2011年,全省饲料化利用秸秆量750.77万t,约占秸秆资源总量的45.97%。河西、中部、东部、南部饲料化利用率分别为60.03%、39.83%、35.94%、41.66%。秸秆处理技术推广多年、也相当成熟,但由于农村生产关系变革、劳动力变得越来越短缺的情况下,具体实施起来困难不少。关键还是要实行订单农业、发展农业合作社、疏通销售渠道、配套基础设施建设,找到有效处理利用的切入点,做到处理全覆盖、不留死角。2)秸秆肥料化。有两种方式,一种是直接生产有机肥,以生物发酵和无公害化处理的有机物质为基础,配以各种作物所需的营养元素和生物菌剂,经科学配伍,制成具有农药效果的多功能新型肥料。通过引进秸秆有机肥生产工艺,建立加工企业,对秸秆进行肥料化处理。二是秸秆粉碎直接还田,也是近年现代农业研究出来的一项新成果,要不断示范推广,完善机械处理工艺。秸秆肥料化不但能让废弃秸秆变废为宝,还可有效降低化肥的使用量。3)秸秆新能源化。近年秸秆沼气、气化、固化成型、高效炉灶炕等利用得到较快示范推广,秸秆能源化利用在综合利用中的地位和作用进一步显现。笔者认为,通过引进秸秆固化生产工艺,加工生产固化秸秆新能源、替代煤炭等农村传统能源有较大的发展前景,也有生态价值。4)秸秆还可作为食用菌基料、工业原料(造纸、板材、建材)等多种用途,根据实际情况进行引进和研发。
4.3其他农业污染的生态治理
4.3.1农膜农膜的使用量逐渐上升,但废弃农膜的污染也相当严重,农膜的回收利用是农村环境治理工作的热点问题。残膜治理工作有两个方面,一是建立社区残膜回收站,组织人员对农用残膜进行收集并及时上交加工场进行处理;二是加大对可回收利用农膜的研制开发和对废弃农膜的再加工利用研发工作。
4.3.2尾菜尾菜是一些自然条件相对较好农业生产区域的重要农业污染源,道路两旁、田间地头到处有尾菜,有些地方污染还相当严重,如不及时处理,还会造成连锁污染。处理方式主要通过回收、建立尾菜处理厂进行集中处理。
1.1试验区概况
试验区位于河北省深州市太古庄乡高赵圈村(N38°01′,E115°32′),属典型海河低平原区,是“十二五”国家粮食丰产科技工程核心试验区。土壤为粘性壤土,180cm土体不同层次容重为1.3~1.6g/cm3;耕层全氮含量1.2g/kg,碱解氮含量66.7mg/kg,速效磷含量24.1mg/kg,速效钾含量122.4mg/kg,有机质含量14.7g/kg,盐分质量分数1.1g/kg。2011-2012年小麦生长季降雨62.8mm,2012-2013年小麦生长季降雨量122.2mm。
1.2试验设计
2011-2013年冬小麦生长季进行,共设旋耕(RT)、深松(SRT)、深耕(MRT)3种耕作方式处理,每处理3次重复,小区面积60m2,随机区组设计:(1)旋耕,前茬玉米秸秆全部粉碎还田撒施底肥1GN-180型大型旋耕机旋耕2遍(深度15cm)耙地2遍机播。(2)深松,前茬玉米秸秆全部粉碎还田撒施底肥2FS型深松旋耕一体机作业1遍(深松深度30cm,旋耕深度15cm)耙地2遍机播。(3)深耕,前茬玉米秸秆全部粉碎还田撒施底肥1L-525铧式犁耕翻(深度20cm)旋耕机旋耕1遍(深度15cm)耙地2遍机播。供试小麦品种为良星99(冀审麦2004007号)。播前底肥施纯氮240kg/hm2,P2O5112.5kg/hm2,K2O112.5kg/hm2,小麦10月10日趁墒播种,基本苗密度为3.15×106株/hm2,2个年度均只在春季灌水2次,每次灌量82.5mm,时间分别为2012年4月6日和5月1日、2013年4月7日和5月2日,随春季第1次灌水追施纯氮135kg/hm2,6月15日收获。
1.3试验方法
10月15日开始,每隔1个月,分0-5cm,5-10cm,10-20cm,20-30cm,30-40cm5个层次采集原状土样,采用环刀法[7]测定土壤容重,计算0-10cm,10-20cm和20-40cm土层平均容重。土壤总孔隙度计算公式为:Rt=(1-RS/DS)×100。式中:Rt为总孔隙度(%);RS为容重(g/cm3);DS为比重(g/cm3)。于冬小麦播前和收获后,按五点取样法采集土样,用平板表面涂抹法对样品中的真菌、细菌和放线菌进行分离计数。分离真菌采用马丁氏培养基,每10ml培养基加入0.03%链霉素溶液1ml(含链霉素30μg/ml);分离细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基;分离放线菌采用高氏Ⅰ号培养基。其中马丁氏培养基和高氏Ⅰ号培养基平皿倒置于28℃培养箱中培养4d计数;牛肉膏蛋白胨培养基平皿倒置于37℃培养箱中培养3d计数。在播种-返青、返青-抽穗、抽穗-成熟期3个阶段,按五点取样法采集土壤样品,每阶段采集3次,测定相关酶活性、养分和有机碳含量。土壤碱解氮测定采用碱解扩散法,速效磷测定采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法,速效钾测定采用乙酸铵浸提-火焰光度法,有机质测定采用重铬酸钾容量法-磷酸浴法[1];土壤脲酶(UE)活性测定采用靛酚比色法,碱性磷酸酶(ALP)活性采用磷酸苯二钠比色法,过氧化氢酶(CAT)活性采用高锰酸钾滴定法[8],土壤多酚氧化酶(PPO)活性采用邻苯三酚比色法[9];土壤有机碳(SOC)含量测定采用重铬酸钾容量法;土壤微生物量碳(SMBC)含量测定采用氯仿熏蒸-K2SO4浸提法,SMBC=Ec/KEC。式中:Ec为熏蒸和未熏蒸土壤K2SO4浸提液的碳含量差值(mg/kg);KEC为转换系数,取值0.38[10-11]。土壤呼吸速率测定采用动态密闭气室法[12],测定仪器为Li-6400(Licor,USA)。土壤含水量采用德国IMKO公司生产的TRIME-PICO型便携式水分测定仪(TDR)测定。土壤温度测定采用HL20型自动气象数据采集器(锦州阳光气象仪器公司生产)。每小区布设8个温度感应器,感应器埋深10cm。播种后,间隔5~7d测定1次0-180cm土层体积含水量,每20cm测定1次,雨后加测;温度采集器采集周期设定为1h。
1.4数据统计分析
对2011-2013年2个生长季试验数据进行巴特勒检验(Bartletttest),趋势相同数据取平均值分析。相关数据统计分析采用SPSS12.0和DPS7.05软件;用Excel2010软件作图。
2结果与分析
2.1不同耕作方式下土壤容重与孔隙度
播种至11月上旬各处理0-10cm土层呈现容重大幅度上升、孔隙度明显下降趋势。11月中旬到次年3月中旬,各处理土壤容重缓慢下降、孔隙度则缓慢上升。播种至4月上旬灌溉春一水前,旋耕、深松和深耕处理容重分别上升6.1%,5.2%和7.3%,孔隙度分别下降4.8%,4.1%和5.3%。此阶段,深耕处理容重最低,孔隙度最大,深松处理和旋耕处理无显著差异。春季灌水和降雨的叠加效应是各处理土壤容重均出现大幅度上升,总孔隙度大幅下降。通过回归模拟,春一水灌溉后30d,旋耕、深松和深耕处理容重分别上升7.4%,6.6%和8.5%,总孔隙度分别下降6.5%,5.8%和7%。5月份以后,各处理物理性状基本趋于稳定,至成熟期处理间差异不显著。10-20cm土层各处理容重与孔隙度变化趋势与0-10cm相似,但变化幅度较小。在该层深松和深耕处理总孔隙度显著高于旋耕处理,而容重则低于旋耕处理。20-40cm土层,通过多元方程模拟发现,土壤总孔隙度随时间推移缓慢下降,容重则缓慢升高。播种至灌溉春二水,深松处理孔隙度最高,容重最低。随后深处理间差异逐步缩小,至生长季结束差异不显著。进一步分析图1发现,灌溉春二水后,0-20cm土层各处理容重出现小幅下降,孔隙度小幅提高。推测可能与土壤温度升高加速玉米秸秆腐解有关。
2.2不同土壤耕作方式下土壤水热状况和呼吸速率
2.2.1土壤水分状况由图2可知,播种至返青期,40cm以上土层,旋耕处理含水量最高,为23.8%,分别比深松和深耕处理高3.9%和8.2%;40-80cm土层,深松处理含水量最高,为26.3%,分别比旋耕和深耕处理高10.5%和4.0%。返青至抽穗期,0-20cm土层含水量表现为旋耕>深松>深耕,20-100cm土层深松处理含水量最高,为25.7%,旋耕和深耕处理分别为24.2%和23.4%;各处理100cm以下土层含水量无显著差异。抽穗至成熟期,2011-2012年各处理0-20cm土壤含水量差异不明显,20-120cm土层深松处理含水量显著高于另两处理。2012-2013年,20-120cm土壤含水量变化规律与上一年度相似,但旋耕处理0-20cm土壤含水量明显较高,可能与当年小麦开花后降雨量较多(46.6mm)有关。2.2.2土壤呼吸速率及其与10cm地温的相关性土壤呼吸是土壤碳库向大气碳库输入碳的主要途径,土壤碳库的变化将对大气圈CO2浓度产生明显影响。由图3可知,小麦越冬前,深耕处理土壤呼吸速率最高,峰值为2.9μmolCO2/(m2·s),分别比深松和免耕处理高5.5%和11.5%。越冬期各处理土壤呼吸速率均快速下降,处理间差异不显著。返青后各处理土壤呼吸速率均快速上升,至孕穗期均达到第二个峰值,此时深耕处理最高为3μmolCO2/(m2·s),比深松和免耕处理分别高7.1%和11.1%。另外,土壤不同耕作方式也明显影响到麦田土壤温度。小麦播种至越冬,旋耕处理10cm土壤平均温度为9.2℃,深松和深耕处理分别为8.9℃和8.3℃。越冬期,旋耕、深松和深耕处理土壤温度分别下降10.7,10.7,10.9℃。返青后深耕处理上升最快,深松处理其次,旋耕处理相对平缓。拔节至成熟期,深耕处理10cm土壤平均温度为23.6℃和22.3℃,分别比旋耕处理高5.8%和2.8%。说明深耕和深松均有利于提高春季地温。另外,通过对不同耕作方式下麦田10cm深度土壤平均温度与土壤呼吸速率进行Pearson相关性分析(表1)发现,土壤呼吸速率与地温呈显著正相关。
2.3不同耕作方式对麦田土壤酶活性的影响
土壤酶是土壤生物过程的主要调节者,参与土壤环境的一切生化过程,与有机物质分解、营养物质循环等密切相关。由表2可知:①0-10cm土层,抽穗前不同处理麦田土壤脲酶(UE)和过氧化氢酶(CAT)活性均无显著差异,抽穗后深松处理UE和CAT活性上升较快,并均显著高于旋耕和深耕处理;10-20cm土层,返青前各处理UE和CAT活性差异不显著,返青后处理间差异扩大,深松处理UE和CAT活性最高,分别为0.3mg/(g·d)和2.99ml/(g·h);20-40cm土层,返青前各处理UE和CAT活性无显著差异,返青后深松处理2种酶活性均显著高于其他处理。②0-10cm土层,小麦播种至抽穗阶段,免耕和深耕处理土壤碱性磷酸酶(ALP)较高。抽穗后,深松处理土壤ALP活性明显提高,为36.3g/kg,分别是旋耕处理和深耕处理的1.17倍和1.18倍。③10-20cm土层,小麦抽穗前深耕处理土壤多酚氧化酶(PPO)活性分别比免耕和深松处理提高78.9%和43.2%;抽穗后,深松处理土壤PPO活性最高,并显著高于其他处理;20-40cm土层,小麦抽穗前各处理PPO活性无显著差异,抽穗后深松处理PPO活性最高,分别比旋耕和深耕处理高78.6%和19.0%。
2.4不同耕作方式对麦田土壤养分的影响
0-10cm土层,旋耕处理碱解氮含量在小麦抽穗前较高,深耕处理则是在抽穗后较高。10-20cm和20-40cm土层,深松处理碱解氮含量始终最低,抽穗期仅为52.3mg/kg,分别为免耕和深耕处理的92%和79%;全生育期平均为46.1mg/kg,分别为免耕和深耕处理的77.1%和81.6%。0-10cm土层,旋耕处理速效磷含量最高,有“表层聚集”现象,全生育期平均含量37mg/kg,分别是深松和深耕处理的1.15倍和1.29倍;10-20cm土层,抽穗前旋耕处理速效磷含量最高;抽穗后处理间差异不显著;20-40cm土层,深松处理速效磷含量最高。0-10cm土层,小麦抽穗前,旋耕处理土壤速效钾含量最高,为106mg/kg,分别是深松处理和深耕处理的1.26倍和1.22倍;抽穗后,深耕处理土壤速效钾含量最高。10-20cm土层,抽穗前,旋耕处理速效钾含量也最高,抽穗后各处理无显著差异。20-40cm土层,深松处理速效钾含量最高。0-10cm和10-20cm土层,返青至抽穗阶段,深耕处理有机质含量较高,其他时期各处理无显著差异。20-40cm土层中,返青前旋耕处理有机质含量较高,深松处和深耕处理无显著差异。返青后深松处理有机质含量为12.28mg/kg,分别比深松和深耕处理高80%和74.6%。
2.5不同耕作方式对麦田土壤微生物与有机碳的影响
2.5.1真菌、细菌和放线菌数量由表4可知:①旋耕处理各层土壤真菌数量均呈下降趋势,深松处理土壤真菌数量在各土层均为上升趋势,而深耕处理则在0-20cm土层表现为下降,在20-40cm土层上升。2个生长季深松处理土壤真菌数量平均增加69.9%。②旋耕处理土壤中细菌数量在0-20cm土层中表现为增加,而在20-40cm土层中则下降,深耕处理与旋耕处理相反。深松处理土壤细菌数量在各土层均表现为上升。2个生长季深松处理细菌数量平均增加91.1%。③0-40cm土层,各处理放线菌数量均呈下降趋势。其中,深耕处理放线菌数量下降最明显,全生长季平均下降31.5%。2.5.2土壤SMBC和SOC含量微生物量碳(SMBC)对土壤扰动非常敏感,可反映土壤养分状况、生物活性和微生物数量。由表5可知,0-10cm土层,深耕处理SMBC含量最低,为134.5mg/kg,分别均相当于旋耕处理的84.9%。10-20cm土层,小麦播种至返青阶段,深松处理SMBC含量最高;返青至抽穗阶段,旋耕处理SMBC含量最高。深耕处理SMBC含量始终最低,全生育期平均仅为176.3mg/kg,分别仅相当于旋耕处理和深松处理的77.7%和73.9%。这可能与深耕对土壤扰动大,土壤团聚体遭破坏,土壤呼吸速率和能量消耗加快有关。20-40cm土层,小麦抽穗期前,SMBC含量为旋耕处理>深耕处理>深松处理;抽穗后,深松和深耕处理无显著差异,但均显著高于旋耕处理。总有机碳(SOC)是表征土壤肥力的重要指标之一,影响着土壤渗透、抗蚀、持水和养分循环,协调土壤水、肥、气、热等[13]。0-10cm土层,深耕处理SOC含量最低,全生育期平均为9.4g/kg,分别相当于旋耕和深松处理的91.9%和91.0%。10-20cm土层中,返青前,旋耕处理依然最高。返青后,深松和深耕处理SOC含量则呈明显增长趋势。20-40cm土层中,返青前,旋耕处理SOC含量最高;返青后,深松处理SOC含量最高,为19.2g/kg,分别是旋耕处理和深耕处理的1.75倍和1.22倍。2.6不同耕作方式对小麦产量和水肥利用的影响由表6可知,2个生长季深耕和旋耕处理总耗水量均较高,分别为430.3mm和430.9mm,深松处理仅为409.4mm,比旋耕和深耕节水6%;深松处理产量最高,平均为8550.0kg/hm2,分别比旋耕和深耕处理分别提高15.4%和6.9%,水分利用效率分别高22.7%和13.7%;深松处理N、P、K肥料偏生产力最高,其中N肥平均偏生产力为22.8kg/kg,分别比旋耕和深松处理高15.2%和6.5%。
3讨论
3.1耕作方式改变对麦田土壤物理性状与水热状况的影响
物理结构、储供水和热量循环能力是耕地质量的重要表征。研究显示,长期单一的土壤耕作方式均会影响土壤物理性状,如长期翻耕土壤失墒大,形成犁底层,影响土壤蓄水能力;长期少、免耕,表层土壤体积质量会增加、犁底层上移、耕层变浅。Milton等[14]报道免耕土壤总孔隙度较低。Borghei等[15]报道,多年免耕导致土壤压实、容重增大、产量降低。Hou等[16]报道,与常规耕作方式相比,在夏闲期间,采用免耕与深松相互交替可提高0-20cm土层含水量3.9%~7.8%,而在作物生长及季节则可提高8%~8.6%。Qin等报道,深松可增加降水入渗,提高土壤贮水能力。苏衍涛等[18]报道,免耕在冬小麦越冬期表现增温,活动期表现降温。本研究表明,深耕处理和深松处理分别有利于0-20cm和20-40cm土层土壤容重下降和土壤孔隙度增大。旋耕处理有利于表层土壤水分储蓄,深松处理有利于20-120cm土层水分储蓄。深耕有利于提高土壤温度,分别比深松和旋耕高5.8%和8.8%。深松对土壤扰动深度较大,可更好地储蓄水分,这与前人的研究结果类似。深耕比深松可更有效提高土壤温度,且温度变幅更大,这与陈继康等的研究结果相似。而深耕由于加深犁底层的同时,造成了表土大面积翻动,破坏了团粒结构,实际并未对土体储水起到更好的效果,所以频繁深耕必然对耕地质量产生较大影响,这也支持了前人的研究结果。有关耕作方式改变后土壤水热状况的改变是否有耦合效应并影响作物生长,还需进一步研究。
3.2耕作方式改变对麦田土壤酶活性与养分含量的影响
养分循环是农田生态系统最基本功能之一,其中农田三大养分要素N、P、K的循环与平衡则是农田生态系统稳定性与区域农田生产力状况的具体反映。不同栽培制度和管理措施等都会影响土壤酶和养分空间变异和生物活性变化,而土壤酶活性与土壤养分之间关系密切,可间接反映氮、磷等养分转化与供给状况。本研究表明,小麦返青至成熟,深松处理可提高土壤过氧化氢酶和脲酶活性,且深松处理还可提高小麦抽穗后土壤碱性磷酸酶活性;深耕处理和深松处理可分别在抽穗前、后提高表层土壤多酚氧化酶活性。深松处理可降低碱解氮含量而促进速效磷和速效钾积累;深耕处理可提高表层土壤有机质含量,旋耕处理和深松处理则分别在返青前和返青后提高20-40cm土层有机质含量。本研究还得出,旋耕处理速效磷有“表层聚集现象”,这与前人的研究结果一致。由此可见,深松处理对于提高土壤酶活性有着特殊意义,而土壤酶活性提升又直接加速了对土壤中养分的分解和利用。由于研究角度侧重不同,不同耕作方式下土壤酶活性与养分变化相关性将另外报道。
3.3耕作方式改变对麦田土壤呼吸和微生物的影响
由于土壤微生物比土壤理化性质对土壤质量变化能做出更快速响应,所以土壤微生物土壤污染监测评价和生态修复等方面的研究受到普遍关注。不同耕作措施创造不同的土壤环境,影响土壤微生物数量和组成。研究显示,土壤呼吸是一个复杂的土壤生态学过程,土壤呼吸季节变化一般呈现单峰型特点[21]。不同耕作措施可改变土壤物理结构和水热特性,进一步影响土壤呼吸状态。张俊丽等报道,深松耕处理小麦农田呼吸速率最高,显著高于深耕和旋耕处理。任景全等研究也认为,免耕可降低土壤呼吸速率。本研究表明,深松有利于真菌和细菌增殖,旋耕有利于放线菌增殖。这可能与深松和深耕提高了土壤温度,而温度提升加速了土壤内植物残体降解,腐殖质含量提高有关。Riley曾报道耕作方式对微生物的影响与土质关系密切,因此本研究结果还需在其他土质中进一步印证。本研究还显示,深松处理和旋耕处理分别在不同生育时期可提高土壤SMBC含量。旋耕处理在小麦返青前土壤SOC含量较高,深松处理则是在返青后最高。深耕处理土壤呼吸速率最高,2个生长季平均为1.76μmolCO2/(m2·s),分别比旋耕处理和深松处理高8.0%和4.8%,这与前人报道吻合。且本研究也证实呼吸速率与土壤温度呈显著正相关,而深耕可提高土壤温度,研究前后可互相印证。深耕处理SMBC含量SOC含量较低,这与Compton等[25]提出的土壤温度高可提高SMBC含量不一致。这可能与试验区土质有关,因为土质不同会影响SMBC的周转速率有关。有关不同耕作方式下麦田土壤呼吸和微生物的关系及其在不同土质上的表现还需要进一步研究。
4结论