摘要：農業面源污染因其分散性、滯后性和不確定性而成為環境治理的難點。面源污染物遷移轉化過程的模擬模型發展迅速，而農業面源污染管理政策仿真評估模型研究相對較為滯后。本文系統梳理與分析了自上而下宏觀目標約束、自下而上微觀行為傳導及宏觀與微觀上下耦合三類政策仿真模型研究進展，總結了當前模型的基礎理論與方法的優勢與不足。本文提出了融合流域水系統過程規律認知，構建宏觀政策目標自上而下約束與微觀主體行為自下而上傳導耦合的農業面源污染政策仿真模型，實現政策仿真模擬在、區域、流域與柵格跨尺度上的嵌套傳導、參數互驗與系統預測，以解決因農業面源污染防治主體的多元性與防治對象的廣泛性特征所導致的復雜性系統難題，使得政策效應模擬仿真結果空間顯性化，進而實現農業面源污染控制的政策管理由粗放型向精準化方向邁進。

　　關鍵詞：面源污染;政策模擬;耦合模型;行為調控

　　農田氮磷營養物流失是流域水環境污染的重要風險源，其污染物具有廣域分散性、相對微量且運移途徑多樣無序性特征，是環境污染治理的難點，嚴重影響了河湖水環境安全，同時制約著農業綠色可持續發展。中國農業自然資源“水土光熱”匹配的耕地面積只占國土面積的9%，糧食安全需求導致投入要素的增加，特別是農藥與化肥等化學品投入的增加加劇了面源污染風險。2015年發布《到2020年化肥使用量零增長行動方案》，通過測土配方施肥、畜禽養殖廢棄物綜合利用、水肥一體、秸稈還田等一系列面源污染防治措施，化肥施用量及施用強度逐漸降低，至2019年年均下降率超過了10%。其中2019年化肥施用強度已下降至326公斤/公頃，但仍高于發達設置的安全上限(225公斤/公頃)，種植業污染負荷量仍具有較大的調控空間。2021年3月，生態環境部頒布《農業面源污染治理與監督指導實施方案(試行)》，提出2025年重點區域農業面源污染得到初步控制，2035年重點區域土壤和水環境農業面源污染負荷顯著降低的目標，并制定了一系列農業面源管理政策。如何科學評估農業面源管理政策的實施效果?農業面源管理政策調控閾值應該處于什么范圍才能實現環境與經濟雙重效益相協同?這些問題的科學解答迫切需要在流域水系統過程規律的認知基礎上耦合農業面源管理政策仿真模型工具的支撐。

　　1農業面源管理政策仿真評估模型介紹

　　1.1自上而下的政策評估模型分析

　　宏觀管理政策通常按照自上而下的過程進行實施，因此現有對政策效果的定量模型多以自上而下的思路進行建模，且多關注于上層目標的落實情況。管理政策多由政府或企業等相關管理部門制定，通過推進或促進相關社會主體行為變革而實現其環境或經濟等管理目標[2]。自上而下的經濟管理政策模擬仿真主要從宏觀管理目標出發進行調控，一是從經濟學視角出發，以部門為單位考慮多個經濟部門之間的關聯關系，進行政策調控模擬評估其宏觀經濟效應;二是從系統分析的角度出發，構建人口?資源環境?經濟的復雜系統，基于政策工具參數變動觀察系統要素的互饋關系與作用強度的響應，以實現宏觀管理政策的仿真模擬。其代表性模型有投入產出模型、一般均衡模型、系統動力學模型等。

　　1.2自下而上的政策評估模擬

　　自下而上的政策定量評估主要從實施主體的行為和管理主體的目標兩個分析角度建模。政策最終的實施主體均是人，因此可以通過調控人在實現其自身利益最大化的條件下的生產行為，如種植結構調整、農藥化肥投入等，由個體利益博弈行為決策整合形成群體行為，進而實現個體?群體?系統間自下而上的模擬。此外，可以對管理主體不同視角的目標進行系統整合，從經濟、社會、環境等多維視角考慮政策的組合目標，以形成綜合性的多個層面目標最優化決策。其中，政策評估計量經濟學模型、基于主體的建模(Agent?BasedModel，ABM)方法與多目標優化模型等是上述思路具有代表性的模型。

　　2農業面源管理政策仿真模型的重要發展方向

　　農業復雜系統集成評估模型通過實現自上而下宏觀目標約束與自下而上微觀行為傳導耦合應用，將為農業面源污染治理政策制定提供科學依據。農業生產發展過程中技術水平不斷提高，集約化種植所使用的化肥、農藥和塑料薄膜，以及農村禽畜養殖所產生的糞便及廢棄物不斷增長，成為了流域水體污染的重要外源。從源頭控制與過程削減入手，需要結合當地資源環境與經濟發展條件，合理安排農業生產方式與種植結構，提高資源利用效率和生產力，并依據所處流域水體污染程度建立不同類型的源頭控制措施，進而有效控制農業面源污染。農業系統集成評估模型有效模擬了政策影響下對農產品的生產結構和效率，其包含的驅動因素不僅考慮了宏觀社會經濟變動影響，且考慮了自然資源稟賦空間異質性的約束。同時，將農業面源污染產生的源頭刻畫降至空間柵格尺度，實現其與水系統過程過程模型耦合將成為科學決策工具發展的重要方向。全球化影響下的資源流、信息流與自然過程的物質循環使得資源環境問題解決需從人?自然耦合系統視角開展仿真模擬，農業面源污染管理的系統集成評估模型研究亟需從以下兩個方面加強。

　　一是，推進生態?水文過程、作物生長模型與農業種植行為仿真模型的過程耦合，實現要素相互作用與過程互饋的刻畫。目前，已有部分研究嘗試將生態?水文模型與農業種植行為、作物生長模型的系統耦合。如全球農業部門均衡分析的格網模型SIMPLE?G與全球水資源平衡模型(WaterBalanceModel，WBM)進行耦合，模擬減少水資源消耗和流域間的調水對全球糧食安全和土地使用變化的具體影響[88]。通過鏈接GLOBIOM模型與區域水文模型(TheCommunityWaterModel，CWATM)，模擬農業種植行為對河流營養物及污染的影響過程[97]。模型將精準刻畫生態?水文過程的變動對農業生產的影響，進而作用于農業面源污染的水質響應，推動農業復雜系統集成評估模型中自然?經濟要素之間的有效互饋。

　　二是，推動空間柵格尺度農業生產行為中資源環境要素稟賦、農業生產的理性與非理性選擇行為的耦合。具體可通過鏈接微觀行為主體模型(如網絡分析法、計量經濟學模型和基于多主體的建模方法)，將防治主體多元性與農業生產非理性行為納入模型框架，模擬污染防治中農民、企業、政府及其他多主體行為變動對農業面源污染的影響，實現數據在不同尺度的一致性表達，進而開展自然過程模型與社會經濟系統模型的互饋模擬。在模型整合技術方面，隨著ABM模型和CGE模型鏈接的最新進展，以系統科學思想為推進IAM模型與其他模型整合提供了巨大的發展潛力。

　　3結語

　　農業面源污染調控政策多以人的生產行為調控為目標，探討施肥減量化管理、種植結構布局優化、農業資源轉化與循環利用等相關生產過程的環境經濟效應。然而，傳統農業生產行為與資源環境的空間異質性特征決定了管理政策需要向精準化方向進一步發展，進而避免政策的“一刀切”和微觀規制缺乏造成的粗放式管理問題。農業面源污染治理是降低農業發展過程的環境負外部效應，實現農業綠色可持續發展的重要舉措。本文通過整理現有經濟政策仿真模擬模型和農業面源污染的特征，將建模方法劃分為自上而下、自下而上以及相互耦合的三種方式。研究提出未來需融合水系統演化、地球化學循環過程等自然規律認知，構建自上而下宏觀政策目標約束與自下而上的行為傳導集成的復合系統模型，以解決農業面源污染防治主體多元性與防治對象廣泛性所帶來的復雜性系統難題。同時，研究提出的耦合污染物遷移轉化過程的農業復雜系統集成評估模型在系統分析中呈現出了巨大潛力。將政策評估或仿真模擬由區域尺度降低至空間柵格尺度，一方面有助于實現自然過程與人類活動互饋的過程刻畫上的尺度匹配，另一方面也有利于推動主體行為調控的管理向更為精準化的方向探索。在模型技術方面，從經濟學理論的可計算一般均衡分析模型與信息計算科學的微觀行為多主體仿真模型或計量經濟分析模型框架出發，集成自然過程規律的認知模塊，將為構建人?自然耦合復雜系統模型提供技術與理論研究的重要支撐。此外，研究可在大數據技術支持下不斷提高模型模擬的精度，增加模型新的功能模塊或鏈接不同的集成評估模型，以實現人口?資源環境?經濟復合系統的集成模擬。然而，模型的復雜性與數據需求量也會隨之大幅增加，數據公開性問題與多節點數據融合問題將成為巨大的挑戰[87]。面對該難題，如何將模型簡化并通過大數據分析技術以加深對重要問題的刻畫，是值得進一步探究的問題。

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　　吳鋒1，2曾麟嵐1，2，劉桂君1，2