美國生物燃料價格與農作物價格內生性及其互動影響

杜 婧，王 磊，顧 蕾，張立中

美國生物燃料價格與農作物價格內生性及其互動影響

杜 婧1，王 磊2，顧 蕾2，張立中1

（1.北京林業(yè)大學 經濟管理學院，北京100083；2.浙江農林大學 經濟管理學院，浙江 臨安311300）

生物燃料的發(fā)展一直是國內外熱議話題。從價格視角討論了燃料乙醇和玉米Zea mays市場間的相互關聯(lián)程度及互動影響，基于此分析現(xiàn)階段國際上生物燃料發(fā)展是否仍會對糧食安全產生嚴重威脅。以美國為例，利用2006－2015年共38季度時間序列數(shù)據，綜合社會、經濟、政策等因素構建了玉米價格和燃料乙醇價格間的聯(lián)立方程組，分析了各自的影響因素以及2個價格間雙向、不對稱的相互作用關系。得出：影響玉米價格的主要因素依次為政策、玉米產量、美元價格指數(shù)和燃料乙醇價格；影響燃料乙醇價格的主要因素依次是汽油價格、居民收入和玉米價格，玉米價格和燃料乙醇價格間存在正向的相互影響，作用力相對較弱。能源用途和食物用途對農產品的爭奪并不是造成農作物價格上漲的主要推動力，價格上漲的推動力更多來自于其他外生變量變化所導致的供給、需求不平衡。表3參15

農業(yè)經濟學；生物質能源價格；農作物價格；聯(lián)立方程；美國

1 研究方法及模型設定

1.1 農產品價格和能源價格關系分析

糧食價格和能源價格之間的關系可以從2個方面展開研究：①原料和最終產品的關系。糧食作物作為生產生物燃料最重要的原料，其價格直接影響了生物燃料的生產成本。②原料競爭關系。糧食價格和生物燃料價格的高低直接影響了有限資源在兩者之間的分配、流動。生物燃料的高價格、高利潤吸引了大量玉米用于加工生物乙醇，導致食物、飼料用途的玉米供應減少，進而引發(fā)了糧食價格的大幅攀升。兩者之間存在著多向的因果關系，因而本研究擬采用聯(lián)立方程模型對生物燃料價格和糧食價格間的互動關系進行實證研究，以把握生物燃料價格與農作物價格間錯綜復雜的關系。

1.2 模型設定

實證分析中主要分析2個問題：第一，影響燃料乙醇價格的因素。玉米價格的任何變動將會從成本上推動燃料乙醇價格的改變。同時燃料乙醇作為傳統(tǒng)石油燃料的替代物，任何原油市場的波動、不景氣現(xiàn)象都會讓人們對燃料乙醇的未來更為樂觀。此外，政策支持因素和經濟發(fā)展情況都會影響到燃料乙醇發(fā)展的大環(huán)境，從而對其價格產生影響。第二，影響玉米價格的因素。玉米乙醇的發(fā)展大幅提高了美國國內對玉米的需求，從2000年到2012年乙醇生產增加了700%，而美國國內生產的玉米用于生產生物乙醇的數(shù)量僅僅增加了10%～40%［10］。CONDON等［11］計算了玉米乙醇的生產每擴張1億加侖 （美制的1加侖液體被定義為3.785 411 784 L，美制的1加侖干貨被定義為4.404 842 803 2 L），玉米價格將增加5%～10%。ABBOTT等［12］則論述了可再生能源目標規(guī)定了用于生產生物燃料的玉米的數(shù)量，早期會促進廣大農民對玉米的種植，在中后期則會引起增速遞減直至供需穩(wěn)定。WHITTAKER［13］得出從1982年到2013年間，美元價格指數(shù)的波動對玉米價格產生了重要影響，當美元處于弱勢時，玉米的相對價格就會變低，其他國家就愿意從美國購買更多的玉米。天氣因素對玉米價格產生了重要影響，如2012年的高溫干旱影響了諸多玉米種植區(qū)的生產，玉米總供給量減少，進而推動了玉米價格的上漲。

基于以上理論分析，除內生變量玉米價格Pcorn和燃料乙醇價格外Pethanol外，影響燃料乙醇價格的4個外生因素為互為競爭品的汽油價格Pgasoline，居民收入Pincome，生物質政策目標Mmandate和狹義貨幣供應量M1；影響玉米價格的5個外生變量因素為生物質政策目標Mmandate，天氣因素Myield，燃油價格Poil，國內生產總值PGDP和美元價格指數(shù)IUSDX。

本研究選用了簡約型模型構建了燃料乙醇價格和糧食價格的聯(lián)立方程，簡約型的好處在于它不依賴于某一特定理論和某一特定環(huán)境，但能找出兩者之間的關系［14］。本研究采用線性函數(shù)形式：Pcorn＝α0＋α1Pethanol＋α2Mmandate＋α3Myield＋α4Poil＋α5PGDP＋α6IUSDX；Pethanol＝β0＋β1Pcorn＋β2Mmandate＋β3Pgasoline＋β4Pincome＋β5M1。

1.3 數(shù)據來源

本研究選取了美國2006年第1季度至2015年第2季度共38個季度數(shù)據作為樣本。具體數(shù)據說明及來源如表1。

表1 數(shù)據描述及來源Table 1 Data description and sources

2 分析結果

2.1 模型估計和分析

采用Eviews 6.0軟件進行2個階段估計，具體結果見表2。其中：不顯著的變量已省略，最終得出玉米價格和燃料乙醇價格聯(lián)立方程模型可以表達為 Pcorn＝12.215＋0.503 Pethanol＋0.169 Mmandate－0.038Myield－0.078 IUSDX。Pethanol＝－0.668＋0.102 Pcorn＋1.004 Pgasoline＋0.082 Pincome。

2.1.1 玉米價格與燃料乙醇價格的聯(lián)立性檢驗 方程間存在聯(lián)立性是保證2階段最小二乘法（2SLS）估計一致有效的前提。本研究采用HAUSMAN設定誤差檢驗方法對方程的聯(lián)立性進行檢驗［15］。將解釋變量

Pethanol對Pcorn和估計階段1的殘差 et進行簡單回歸，et的系數(shù)為－0.528，且t值為－5.782，在統(tǒng)計上系數(shù)顯著地異于0，說明解釋變量Pethanol與Pcorn方程間存在聯(lián)立性，2階段最小二乘法方程估計一致有效。

表2 模型估計結果Table 2 Models estimation results

2.1.2 玉米價格的外生影響因素分析 在多元回歸分析中，各自變量的單位、量綱不同，其系數(shù)值的大小只能代表各統(tǒng)計值數(shù)學上的關系，并不能作為衡量各自變量影響程度的指標。本研究通過計算各自變量的標準化系數(shù)和彈性系數(shù)，科學分析各影響因素的顯著程度，如表3。影響玉米價格的5個外生變量因素中進入方程的有玉米產量、燃料乙醇占比目標和美元價格指數(shù)，國內生產總值和原油價格因素并未進入方程，是因為原油價格與燃料乙醇價格存在一定相關性，作為傳統(tǒng)化石燃料的補充替代品，燃料乙醇的價格在一定程度上受原油價格的影響。代表國家經濟發(fā)展的國內生產總值（GDP）也并未進入方程，說明經濟進步因素并不是影響玉米價格的主要因素。從變量的符號看，單位面積產量因素和美元價格指數(shù)與玉米價格呈負相關，燃料乙醇占比目標和燃料乙醇價格與玉米價格呈正相關。從標準化系數(shù)值分析，影響程度最大的因素是政策目標，其次影響程度按從大到小依次是玉米單位產量、美元價格指數(shù)和燃料乙醇價格；從彈性系數(shù)看，美元價格指數(shù)、單位產量、政策目標和燃料乙醇價格每增加1.00%，玉米價格相應變化－0.57%，－0.94%，0.38%和0.32%。與標準化系數(shù)值排序順序不一致，是由于自變量變化的難易程度和范圍不同。

表3 標準化系數(shù)和彈性系數(shù)Table 3 Standard coefficient and elastic coefficient

2.1.3 燃料乙醇價格的外生影響因素分析 影響燃料乙醇價格的4個外生變量因素中進入方程的為汽油價格和居民收入，生物質政策目標和狹義貨幣供應量M1并未進入方程，一方面由于Mmandate與Pincome序列之間存在高度線性相關性；另一方面，可能因為Mmandate同時影響了燃料乙醇的供給量和需求量，并未引起供給、需求之間的不平衡。狹義貨幣量作為衡量當前市場經濟活躍程度的指標，也并未對燃料乙醇的價格產生影響。從變量的符號看，汽油價格、可支配收入和玉米價格均與燃料乙醇價格呈正相關。從標準化系數(shù)值分析，影響程度最大的因素是汽油價格，燃料乙醇作為新興、環(huán)保燃料，為了獲得更大的市場占有率多采用競爭導向定價法，參考同為競爭替代品的汽油價格進行定價，其次依次是收入因素和玉米價格因素。從彈性系數(shù)看，汽油價格、居民可支配收入和玉米價格每增加1.00%，燃料乙醇價格相應變化0.80%，0.23%和0.12%，與標準化系數(shù)值排序一致。

2.1.4 玉米價格與燃料乙醇價格的互動影響分析 通過聯(lián)立方程可知：玉米價格和燃料乙醇價格間存在正向的相互影響，玉米價格作為原料成本推動了燃料乙醇價格的增長，同時燃料乙醇價格作為有限的玉米資源流動、分配的重要影響因素，也推動了玉米價格的上漲。通過對兩者之間標準化系數(shù)的比較，燃料乙醇價格對玉米價格的競爭推動作用更明顯（標準化系數(shù)為0.26），大于玉米價格對燃料乙醇價格的成本推動（標準化系數(shù)0.20）。彈性系數(shù)進一步表明燃料乙醇價格上漲1.00%，將推動玉米價格增加0.32%，而玉米價格上漲1.00%，僅帶來燃料乙醇價格變化0.12%。燃料乙醇價格對玉米價格的影響程度相對其他影響因素較弱，說明能源和食物用途之間的矛盾帶來的價格推動作用并不如其他因素明顯；同時，玉米價格對燃料乙醇價格的推動作用也弱于其余外生變量，因為玉米價格只作為生產燃料乙醇過程中可變成本的一部分，成本推動作用相對較小。

3 結論與建議

本實證研究表明：玉米價格和燃料乙醇價格之間存在內生性關系，相互的影響方向為正向，且燃料乙醇價格對玉米價格的競爭推動效應略高于玉米價格對乙醇價格的成本推動效用，說明玉米價格與燃料

乙醇價格相比，在價格競爭上處于弱勢地位，因而玉米的食物用途應該得到更多的財政支持和保護。標準化系數(shù)和彈性系數(shù)表明：盡管2個價格互相對對方價格的上漲起到了推動和促進作用，但是作用力相對較弱，能源用途和食物用途對農產品的爭奪并不是造成農作物價格上漲的主要推動力，食品安全和能源安全之間爭奪資源的矛盾也并非當前輿論所理解的那樣激烈、嚴重。價格上漲的推動力更多地來自于其他外生變量變化所導致的供給與需求不平衡。

中國作為發(fā)展中國家和第一人口大國，農產品資源的使用應始終將食物用途放在首位，但是叫停農業(yè)生物質能源開發(fā)項目并不是解決中國糧食安全和能源安全間矛盾的最佳途徑。通過科學的政策引導，如對食物用途的農產品進行政策上的支持和財政上的補貼、新原料的開發(fā)及選擇等，以及適時地順應國際形勢和發(fā)展潮流均能有效避免糧食安全與能源安全的矛盾。

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Empirical study on endogeneity and interactions between biofuel price and crop price in the USA

DU Jing1,WANG Lei2,GU Lei2,ZHANG Lizhong1
（1.School of Economics and Management,Beijing Forestry University,Beijing 100083,China； 2.School of Economics and Management,Zhejiang A&F University,Lin’an 311300,Zhejiang,China）

Biofuel has been a hot research topic.This study aimed to evaluate whether large-scale production of biofuel would pose a threat to food security by analyzing the correlations and interactions between biofuel and corn market.The Untited States of America,the largest biofuel-producing country was exemplified to analyze the two-way and asymmetrical interactions between the price of corn and that of fuel ethanol by building simultaneous equation models between them with 38 quarterly time-series data collected from 2006 to 2015.The association degree between energy security and food security from the view of price by comprehensively analyzing social,economic,policy and other factors were studied.The main determinant of the corn price was policy,followed by yield,dollar index and ethanol price,while the determinants of fuel ethanol price included gasoline price,income and corn price.It was concluded that there was positive but fairly weak relationship between prices of fuel ethanol and corn,indicating that the competition for the limited supply of crops between food and energy sectors was not the main reason for the sharp rise in food prices.［Ch,3 tab.15 ref.］

agricultural economy;biofuel price;agricultural products price;simultaneous equation;the United States of America

S-98；F316

A

2095-0756（2016）06-1073-05

2015-12-24；

2016-04-10

中國農民發(fā)展研究中心資助項目

杜婧，從事農產品市場與貿易、生物燃料產業(yè)研究。E-mail：dj_1128@163.com。通信作者：王磊，教授，博士，從事農林產品商貿和管理研究。E-mail：waleland@foxmail.com

10.11833/j.issn.2095-0756.2016.06.021

美國是世界上最早推廣生物燃料的國家，生物燃料產量世界第一。生物乙醇和生物柴油的主要生產原料分別來自于玉米Zea mays和大豆Glycine max。美國玉米產量占世界玉米總量40%以上，以絕對優(yōu)

勢居于首位，用于生產生物乙醇的玉米使用量占國內使用總量的44%，幾乎與飼料使用量一致，成為了玉米消耗的第二大途徑［1］。作為世界上領先且最具代表性的生物燃料生產國，美國糧食安全和能源安全對農產品資源爭奪的矛盾尤為突出，并引起世界范圍內市場的變化和動蕩。目前，關于農業(yè)生物燃料發(fā)展對糧食安全的影響研究已經相對深入且全面，但是仍然缺乏對生物質能源和農作物之間系統(tǒng)、全面的價格定量分析。一是現(xiàn)階段的分析往往針對于發(fā)展生物質燃料對糧食安全帶來影響的單向研究，包括價格、產量、供給等方面。如ROSEGRAN［2］通過IMPACT模型得出不斷增加的生物燃料需求引起了2000－2007年間谷物平均加權價格上升30%，玉米價格上漲39%。DRABIK［3］也通過建立玉米燃油市場的理論市場模型得出：在2008－2011年期間燃料政策的實施推動玉米價格上漲了33.0%～46.5%。BABCOCK［4］運用CARD-FAPRI模型分析得出生物燃料在市場上大規(guī)模擴張是導致玉米價格和食物價格上漲的重要因素。TIMILSINA等［5］使用GDCGE模型分析了生物燃料的擴張對世界范圍內食物供應的影響較小，對印度等亞非發(fā)展中國家的影響則較為顯著。以上研究均忽略了作為原材料的農產品價格對生物燃料帶來的影響。二是現(xiàn)有的價格分析也僅僅局限于某種農產品價格與生物燃料價格的線性或非線性關系，且研究方法多集中于VAR模型和VEC模型，通過檢驗時間序列數(shù)據之間的相互關系分析2個價格間的動態(tài)關系。如ZHANG等［6］運用格蘭杰因果檢驗，VECM，MGARCH模型檢驗了石油、汽油、燃料乙醇、玉米和大豆價格之間的相關關系。SERRA等［7］使用STVECM模型構建了美國玉米、生物乙醇、燃油價格間非線性等式方程。ANDERSON等［8］運用VAR模型得出玉米價格變動僅對食物成本及其他食品價格產生微弱影響。BASTIANIN［9］也運用格蘭杰檢驗和長期協(xié)整得出燃料乙醇價格和農產品價格間的相互關系較弱。上述研究忽略了社會、經濟、政治等綜合因素的影響，也忽略了農作物的價格不僅僅是作為成本支出同時還作為同種原材料的競爭品的價格對生物燃料價格產生影響。我們迫切需要從雙向研究角度，彌補在社會、經濟、政治綜合大背景下農產品和最終能源價格間關系的空白。通過對美國糧食市場和能源市場的研究分析，把握生物燃料發(fā)展對糧食安全帶來的影響和生物燃料價格與作為原材料的生物質作物價格間的定量關系，為日后分析中國農業(yè)生物質燃料發(fā)展?jié)摿?、評價農業(yè)生物質燃料發(fā)展現(xiàn)狀分析，完善未來農業(yè)生物質燃料發(fā)展提供建議、借鑒和新的研究思路。