氣候變暖等因素對(duì)山東省種植業(yè)產(chǎn)出的影響

曹廣平 陳永福

(1．中國農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，北京100083;2．山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，山東 濟(jì)南250100)

氣候變暖等因素對(duì)山東省種植業(yè)產(chǎn)出的影響

曹廣平1，2陳永福1

(1．中國農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，北京100083;2．山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，山東 濟(jì)南250100)

通過建立引入氣候因素的種植業(yè)生產(chǎn)函數(shù)模型，利用1990－2009年山東省40個(gè)縣市種植業(yè)生產(chǎn)及氣象面板數(shù)據(jù)，運(yùn)用產(chǎn)出增長分解法，實(shí)證分析氣候因素和非氣候因素對(duì)山東省種植業(yè)產(chǎn)出的影響并對(duì)產(chǎn)出增長的各要素貢獻(xiàn)進(jìn)行分解。結(jié)果表明:氣候變暖對(duì)山東省種植業(yè)帶來明顯的負(fù)面影響。1990－2009年間氣候因素對(duì)山東省40個(gè)縣市的總體產(chǎn)出增長的影響為 －11．03%，在其他條件不變的情況下，平均溫度每升高1℃，總體種植業(yè)總產(chǎn)值減少2．2%，總體產(chǎn)值增長下降1．48%;溫度升高對(duì)魯西北地區(qū)、魯南地區(qū)種植業(yè)產(chǎn)出的影響最為明顯;同時(shí)，降水對(duì)種植業(yè)產(chǎn)出影響顯著，降水因素使得山東省種植業(yè)產(chǎn)出增長減少16．86%;物質(zhì)投入中化肥和農(nóng)藥對(duì)種植業(yè)產(chǎn)出增長貢獻(xiàn)最大，但農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力減少，特別是種植業(yè)勞動(dòng)力的減少，開始顯著地影響種植業(yè)產(chǎn)出，使得種植業(yè)產(chǎn)出增長減少5．90%;技術(shù)進(jìn)步的影響作用在下降。

氣候變暖;種植業(yè)產(chǎn)出;山東省;面板數(shù)據(jù)

農(nóng)業(yè)是人類賴以生存的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，糧食生產(chǎn)穩(wěn)定性和可持續(xù)性是農(nóng)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵，影響糧食生產(chǎn)除經(jīng)濟(jì)因素、社會(huì)因素外，還有自然因素，其中氣候要素是非常重要的條件。大量證據(jù)表明人類正在影響著全球氣候，氣候變化又對(duì)人類的社會(huì)經(jīng)濟(jì)、糧食生產(chǎn)帶來深刻的影響，全球氣候變暖是毋庸置疑的［1］。普遍認(rèn)為氣候變暖對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響主要通過溫度和降水兩個(gè)方面，而在不同國家和地區(qū)，農(nóng)作物對(duì)溫度和降水變化的反應(yīng)有所不同［2］。在我國，東北地區(qū)氣候變暖對(duì)糧食生產(chǎn)的影響是正面的;華東地區(qū)、中南地區(qū)農(nóng)業(yè)對(duì)氣候變暖的影響還不敏感;華北地區(qū)、西北地區(qū)、西南地區(qū)農(nóng)作物對(duì)溫度升高的適應(yīng)性較差，氣候變暖的影響表現(xiàn)為對(duì)產(chǎn)量的抑制作用，但農(nóng)業(yè)投入增加及農(nóng)業(yè)科技進(jìn)步對(duì)糧食增產(chǎn)起到了關(guān)鍵作用。許多學(xué)者利用作物模型(CERES)評(píng)估氣候變化對(duì)糧食產(chǎn)量的影響，通過氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)影響的模擬結(jié)果表明，在現(xiàn)有種植制度、種植品種和生產(chǎn)水平不變的前提下，到2030，由于氣候變暖和極端氣候事件使糧食總產(chǎn)量下降約10%，小麥、玉米和水稻三大作物均以減產(chǎn)為主［3－6］。山東省地處中國中緯度東部地區(qū)，屬暖溫帶濕潤、半濕潤大陸季風(fēng)氣候，其氣候變化既有與全球氣候變化一致性，也有其區(qū)域特殊性。研究表明，20世紀(jì)80年代后期山東氣候明顯變暖，熱量資源增加，干旱發(fā)生幾率增加，氣候變暖對(duì)山東農(nóng)業(yè)影響利弊并存［5］。氣溫和降水是造成山東省糧食產(chǎn)量波動(dòng)的重要原因［7］。山東省作為我國產(chǎn)糧大省，糧食產(chǎn)量占全國的8%以上，探討氣候變暖對(duì)種植業(yè)的影響，對(duì)研究山東省糧食安全有重要意義。本文利用產(chǎn)出增長分解的方法［9－10］，以山東省40個(gè)代表縣1990－2009年間面板數(shù)據(jù)，實(shí)證分析氣候變暖對(duì)種植業(yè)產(chǎn)出的影響和對(duì)產(chǎn)值增長的貢獻(xiàn)。

1 理論框架與模型構(gòu)建

1．1 理論框架

傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)學(xué)認(rèn)為，資本、勞動(dòng)和技術(shù)進(jìn)步是經(jīng)濟(jì)發(fā)展主要要素。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，自然因素如光、熱、水等是生產(chǎn)過程中不可缺少的生產(chǎn)要素，農(nóng)業(yè)產(chǎn)出是各種自然因素和非自然因素綜合作用下形成的，農(nóng)業(yè)產(chǎn)出的影響因素可以分為社會(huì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)因素和氣候因素影響兩部分。

生產(chǎn)函數(shù)一般形式可以表示為:

其中，Y為農(nóng)業(yè)產(chǎn)出;X表示農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入要素;t表示時(shí)間;Z表示氣候要素;i表示i個(gè)縣;j表示k個(gè)投入要素中的第j個(gè)要素;l表示m個(gè)氣候要素中第l個(gè)氣候要素;A(t)表示技術(shù)進(jìn)步。

對(duì)(1)式兩邊取對(duì)數(shù):

(2)式右邊第一項(xiàng)為投入要素影響部分;第二項(xiàng)為技術(shù)進(jìn)步;第三項(xiàng)為氣候因素影響部分。

對(duì)(2)式兩邊求導(dǎo):

其中，Y為種植業(yè)總產(chǎn)值;LAB表示種植業(yè)勞動(dòng)投入;FER表示種植業(yè)化肥投入;PS代表種植業(yè)農(nóng)藥投入;MA表示機(jī)械投入;PA表示種植業(yè)播種面積，反映土地要素投入;IRA代表有效灌溉面積占播種面積的比重;Tem、P、S分別表示年平均溫度、年均降雨量和年均日照時(shí)數(shù)，反映作物生長最基本的光、熱、水等氣候因素;i表示第i縣;t為時(shí)間趨勢(shì)變量，反映隨時(shí)間變化因素產(chǎn)生的影響;α0為常數(shù)項(xiàng)(α0=Lnα)，α0，β，λ，δ，ω 均為待估參數(shù)，ε 為隨機(jī)誤差項(xiàng)且為服從N(0，σ2)的獨(dú)立隨機(jī)變量。

各投入因素的產(chǎn)出彈性計(jì)算公式為:

2 實(shí)證分析

2．1 資料來源

根據(jù)山東省氣候、地理特點(diǎn)和行政區(qū)域劃分，在氣候特征上一般把山東分為4個(gè)區(qū)，分別是魯西北、魯中、魯南和半島地區(qū)。魯西北地區(qū)包括濟(jì)陽、商河、東昌府區(qū)、陽谷、高唐、惠民、沾化、鄒平、利津、齊河、夏津等11個(gè)縣市;魯中地區(qū)包括歷城區(qū)、岱岳區(qū)、新泰市、臨朐縣、諸城市、青州市、壽光市、淄川區(qū)、博山區(qū)等9個(gè)縣市;魯南包括牡丹區(qū)、曹縣、鄄城縣、定陶縣、嶧城區(qū)、滕州市、嘉祥縣、汶上縣、曲阜市、兗州市、臨沂市、沂南、費(fèi)縣、平邑縣等14個(gè)縣市;半島地區(qū)包括膠州市、平度市、萊西市、萊州市、蓬萊市、榮成市等6個(gè)縣市。研究期間(1990－2009)40個(gè)縣市種植業(yè)總產(chǎn)值及投入數(shù)據(jù)主要取自《山東農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》、《山東農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒》和山東省各縣市歷年統(tǒng)計(jì)年鑒，40個(gè)縣市2009年種植業(yè)播種面積4 342萬畝，占全省糧食作物播種面積的41．2%，產(chǎn)量178．9億 kg，占全省糧食總產(chǎn)的41．4%。氣候數(shù)據(jù)來自山東省氣象局。氣候數(shù)據(jù)主要采用對(duì)農(nóng)作物影響較大的溫度、降水和太陽輻照，我們用日照時(shí)數(shù)反映太陽輻照，在模型中氣候數(shù)據(jù)采用年平均值。在實(shí)證分析中，把實(shí)物量投入納入模型估計(jì)氣候因素對(duì)農(nóng)業(yè)產(chǎn)出的影響很有必要［11］。根據(jù)數(shù)據(jù)的可得性，本文投入數(shù)據(jù)主要以實(shí)物投入計(jì)量，表1為在顯著性水平5%的變量描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

表1 變量數(shù)據(jù)的描述性統(tǒng)計(jì)Tab．1 Descriptive statistics of variable data

2．2 估計(jì)結(jié)果

在進(jìn)行時(shí)間序列的分析時(shí)為了避免偽回歸問題，研究者一般通過單位根檢驗(yàn)對(duì)數(shù)據(jù)平穩(wěn)性進(jìn)行判斷。隨著面板數(shù)據(jù)在經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域應(yīng)用，對(duì)面板數(shù)據(jù)單位根的檢驗(yàn)也逐漸引起重視，本文利用ADF、PP檢驗(yàn)因變量和自變量的穩(wěn)定性。檢驗(yàn)結(jié)果表明:Ln勞動(dòng)、Ln肥料、Ln農(nóng)藥、Ln播種面積、Ln機(jī)械、Ln有效灌溉面積比重、平均溫度、平均降水、日照時(shí)數(shù)數(shù)據(jù)均在5%顯著性水平拒絕存在單位根，即數(shù)據(jù)在水平上是平穩(wěn)的。進(jìn)一步開展的是選擇固定效果模型還是選擇隨機(jī)效果模型，Hausman檢驗(yàn)(p＜0．05)表明拒絕原假設(shè)，故選擇固定效果模型。

山東省種植業(yè)產(chǎn)出模型的估計(jì)結(jié)果整理在表2中。表2中的結(jié)果表明，模型的擬合度基本良好，投入要素中除機(jī)械、化肥投入系數(shù)不顯著外，其他參數(shù)都通過顯著性檢驗(yàn)，模型中的系數(shù)基本有效。土地投入對(duì)產(chǎn)出的影響最為顯著，符合經(jīng)濟(jì)現(xiàn)實(shí)。估計(jì)結(jié)果表明，溫度升高對(duì)種植業(yè)產(chǎn)出帶來負(fù)面影響，溫度平方項(xiàng)為正，符合溫度與農(nóng)業(yè)產(chǎn)出之間的U型關(guān)系。盡管降水和日照系數(shù)沒有通過顯著性檢驗(yàn)，但參數(shù)符合預(yù)期，符合降水與農(nóng)業(yè)產(chǎn)出之間的倒U型關(guān)系，降水對(duì)農(nóng)業(yè)產(chǎn)值帶來正面影響。

通過(8)、(9)、(10)及(11)式計(jì)算山東省投入要素的產(chǎn)出彈性及對(duì)種植業(yè)產(chǎn)出增長的貢獻(xiàn)(如表3)。

表3結(jié)果表明，1990－2009年間山東省種植業(yè)總產(chǎn)值年均增長28．27%，在影響農(nóng)業(yè)種植業(yè)產(chǎn)出增長因素中，投入對(duì)種植業(yè)產(chǎn)出增長影響最為顯著;其次是技術(shù)進(jìn)步，其對(duì)產(chǎn)出增長的貢獻(xiàn)為7．07%;氣候因素對(duì)產(chǎn)出增長的影響為－11．03%，氣候因素已顯著影響種植業(yè)產(chǎn)出增長。投入因素中，化肥和農(nóng)藥對(duì)產(chǎn)值增長影響最為顯著，農(nóng)藥和化肥要素投入增長較快，對(duì)產(chǎn)出的增長貢獻(xiàn)最大，種植業(yè)產(chǎn)出增長的70．36%來自化肥和農(nóng)藥的投入，但大量使用農(nóng)藥和化肥可能對(duì)農(nóng)業(yè)安全帶來負(fù)面影響。土地的產(chǎn)出彈性為0．742，相對(duì)較大，但土地播種面積增長并不快，土地和有效灌溉面積對(duì)產(chǎn)出增長的貢獻(xiàn)為35．92%。盡管勞動(dòng)投入的產(chǎn)出彈性系數(shù)為0．123，但是勞動(dòng)要素投入減少13．57%，由于勞動(dòng)力的減少，使得勞動(dòng)投入對(duì)產(chǎn)值增長的貢獻(xiàn)為－5．90%;機(jī)械投入產(chǎn)出的彈性較小，但機(jī)械要素投入增長較快，其對(duì)產(chǎn)出增長的貢獻(xiàn)為3．78%;技術(shù)進(jìn)步對(duì)種植業(yè)產(chǎn)值增長的貢獻(xiàn)率為7．07%。氣候因素對(duì)產(chǎn)值增長的貢獻(xiàn)為－11．03%，其中溫度升高導(dǎo)致種植業(yè)產(chǎn)值增長減少1．48%。

表2 山東省種植業(yè)產(chǎn)出計(jì)量模型估計(jì)結(jié)果(1990－2009)Tab．2 Results of econometric model estimation for output of plant farming of Shandong Province(1990－2009)

表3 投入要素變化對(duì)山東省種植業(yè)產(chǎn)出增長的貢獻(xiàn)(1990－2009)Tab．3 The contributions of input factor variation to the output growth of plant farming in Shandong Province(1990－2009)

通過(8)、(9)、(10)及(11)式計(jì)算魯西北地區(qū)、魯中地區(qū)、魯南地區(qū)和半島地區(qū)投入要素對(duì)種植業(yè)產(chǎn)出增長的貢獻(xiàn)(如表4)。

表4 山東省分地區(qū)投入要素變化對(duì)種植業(yè)產(chǎn)出增長的貢獻(xiàn)(1990－2009)Tab．4 The contributions of input factor variation to the output growth of plant farming in regions in Shandong Province(1990－2009)

由表4可見，山東省四個(gè)區(qū)域中，魯中、魯西北地區(qū)種植業(yè)產(chǎn)出增長最快，特別是魯中地區(qū)種植業(yè)增長達(dá)37．69%，半島地區(qū)增長相對(duì)較慢，為21．57%。在投入要素中，四個(gè)區(qū)域的化肥、農(nóng)藥投入增長對(duì)產(chǎn)出增長的貢獻(xiàn)均非常顯著，其中在魯南地區(qū)其對(duì)增長的貢獻(xiàn)為67．54%。除魯中地區(qū)外，勞動(dòng)力投入都對(duì)產(chǎn)出增長帶來負(fù)面影響，其中魯南地區(qū)最為明顯，在魯南地區(qū)由于勞動(dòng)力的減少，使種植業(yè)產(chǎn)出增長減少12．86%。在技術(shù)進(jìn)步的影響中，半島地區(qū)的技術(shù)進(jìn)步對(duì)種植業(yè)產(chǎn)出增長貢獻(xiàn)最為顯著，為71．53%。四個(gè)區(qū)域的氣候因素對(duì)種植業(yè)產(chǎn)出增長均為負(fù)面影響，其中溫度升高對(duì)魯西北地區(qū)、魯南地區(qū)種植業(yè)產(chǎn)出增長的負(fù)面影響最為明顯，分別為 －9．72%和－8.06%。降水對(duì)魯南地區(qū)影響最大，為－17．74%。這與魯西北、魯南屬山東內(nèi)陸地區(qū)，與沿海相比氣溫相對(duì)干燥，溫度升高對(duì)種植業(yè)影響較為明顯。

3 主要結(jié)論

本文利用山東省40個(gè)縣市20年面板數(shù)據(jù)，建立了引入氣候因素的種植業(yè)投入產(chǎn)出生產(chǎn)函數(shù)和計(jì)量模型，分析了氣候因素和非氣候因素對(duì)山東省種植業(yè)產(chǎn)出的影響以及各變量對(duì)種植業(yè)產(chǎn)出增長的貢獻(xiàn)，得出以下主要結(jié)論:

(1)種植業(yè)產(chǎn)出受自然因素和非自然因素的綜合影響，在自然因素中，氣候因素是重要影響因素之一。研究發(fā)現(xiàn)，氣候因素對(duì)山東省種植業(yè)產(chǎn)出增長的影響為－11．03%，氣候因素已顯著影響種植業(yè)產(chǎn)出增長。在其他條件不變的情況下，平均溫度每升高1℃，山東省種植業(yè)總產(chǎn)值減少2．2%，1990－2009年間氣溫上升使全省種植業(yè)產(chǎn)值增長減少了1．48%。溫度升高對(duì)魯西北地區(qū)、魯南地區(qū)種植業(yè)產(chǎn)出的影響最為明顯，由于氣溫使魯西北地區(qū)種植業(yè)產(chǎn)值增長減少9．72%，魯南地區(qū)種植業(yè)產(chǎn)出增長減少8．06%。降水對(duì)種植業(yè)產(chǎn)出增長的影響明顯，降水因素使得山東省種植業(yè)產(chǎn)出增長減少16．86%。

(2)在經(jīng)濟(jì)因素中，物質(zhì)投入對(duì)種植業(yè)產(chǎn)出增長的貢獻(xiàn)依然非常顯著。1990－2009年，山東省種植業(yè)總產(chǎn)值增長28．27%，其中物質(zhì)投入中化肥和農(nóng)藥對(duì)產(chǎn)出增長貢獻(xiàn)最大，種植業(yè)產(chǎn)出增長的70．36%來自化肥和農(nóng)藥。勞動(dòng)投入是重要的因素，本文沒有對(duì)勞動(dòng)力的質(zhì)量進(jìn)行分析，這是文章的缺陷，但是近幾年農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力減少，特別是種植業(yè)勞動(dòng)力的減少，開始顯著地影響種植業(yè)產(chǎn)出，結(jié)果表明，由于種植業(yè)勞動(dòng)力投入的減少，使得種植業(yè)產(chǎn)出增長減少5．90%。勞動(dòng)力因素，特別是勞動(dòng)力減少將是影響今后種植業(yè)的重要因素。

(3)技術(shù)進(jìn)步依然是種植業(yè)產(chǎn)出增長的重要因素。一般而言，在一定的條件下，當(dāng)投入超過最佳臨界點(diǎn)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)投入報(bào)酬遞減的現(xiàn)象。研究發(fā)現(xiàn)，技術(shù)進(jìn)步對(duì)山東地區(qū)種植業(yè)產(chǎn)值增長的影響作用在下降。

(4)氣候變暖毋庸置疑，氣候變暖對(duì)種植業(yè)帶來的不利影響已很明顯，在未來氣候變暖趨勢(shì)有可能加劇的情況下，這種不利影響可能進(jìn)一步顯現(xiàn)。這需要我們加大氣候變暖對(duì)農(nóng)業(yè)，特別是種植業(yè)的研究，加強(qiáng)對(duì)其脆弱性、適應(yīng)性的研究和評(píng)估，采取調(diào)整種植結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)農(nóng)田基本建設(shè)、合理開發(fā)利用水資源等措施，增強(qiáng)適應(yīng)能力，減緩氣候變暖對(duì)種植業(yè)的影響。

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Impacts of Climate Warming on the Growth of Plant Farming Output

CAO Guang-ping1，2CHEN Yong-fu1
(1．College of Economics and Management，China Agricultural University，Beijing 100083，China;2．Shandong Academy of Agricultural Sciences，Jinan Shandong 250100，China)

Based on the panel data of meteorology and plant farming from 1990 to 2009 in 40 counties of Shandong Province，by using the method of output growth decomposition，this paper established production functions of plant farming and analyzed the impacts of climate and non-climate factors on the output of that in Shandong Province as well as the contribution of each variable to the growth of plant farming output．The result indicated that the influences of climate factors on the growth of the total output in 40 counties of Shandong Province is －11．03%from 1990 to 2009．Keeping the other conditions unchanged，with the average temperature rising up 1℃，the total output of plant farming correspondingly reduced by 2．2%，while the growth of the total output reduced by 1．48%．Increasing temperature was the most obvious contributor which offected the plant farming output in the northwest and Lunan region of Shandong Province．Precipitation had significant impacts on the output of plant farming by 16．86%．Fertilizers and pesticides were the top two contributors to the growth of plantfarming output．The decrease of agricultural labor forces，especially the labor forces of plant farming，started to have obvious impacts on the output of plant farming，with the growth of output of plant farming reduced by 5．90%．The impact of technical progress was in decline．Climate warming brought negative effects on planting farming in Shandong Province．The present study dissected various elements via the production functions，especially the contribution of climate warming to planting farming，which will be useful for further food security in Shandong Province．

climate warming;output of plant farming;Shandong Province;panel data

F326．1

A

1002－2104(2012)03－0032－05

10．3969/j．issn．1002－2104．2012．03．006

2011－12－01

曹廣平，博士生，主要研究方向?yàn)闅夂蜃兓绊懺u(píng)價(jià)。

陳永福，教授，博導(dǎo)，主要研究方向?yàn)榧Z食供求模型。

國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“農(nóng)產(chǎn)品數(shù)量安全智能分析與預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)支撐系統(tǒng)及示范”(編號(hào):2009BADA9B00)。

(編輯:李 琪)