氣候變化對我國棉花產(chǎn)量的影響
——基于C-D-C模型的實證分析

王太祥， 董舒婷

(石河子大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，新疆石河子 832000)

以增溫為主要特征的氣候變化問題是世界各國政府、學(xué)術(shù)界及社會公眾廣泛關(guān)注的焦點問題。1880—2012年全球平均地溫升高0.85 ℃，1951—2012年全球地溫升溫速率是1880年以來升溫速率的2倍[1]。我國氣候變化情況與全球氣候變化趨勢基本一致，《第二次氣候變化國家評估報告》指出，近100年我國地溫年均升高0.5～0.8 ℃。與氣候息息相關(guān)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域受氣候變化的影響更為直接，氣候變化勢必會對農(nóng)作物自然生長造成影響，進(jìn)而影響作物生產(chǎn)。研究表明，氣候變化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不利影響已經(jīng)顯現(xiàn)[2]，嚴(yán)重沖擊了我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，制約我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展[3]。氣候變化易使水資源供需矛盾尖銳化，引發(fā)干旱、洪澇等極端氣候事件，加重農(nóng)業(yè)病蟲害[4]，致使農(nóng)作物產(chǎn)量受影響。據(jù)統(tǒng)計，截至2030年，氣候變化可能導(dǎo)致我國種植業(yè)產(chǎn)量減少5%～10%；至21世紀(jì)后期，小麥、水稻、玉米等主要糧食作物產(chǎn)量最大可減少37%[5]。

我國有200多個縣的財政收入、2億農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)來源、1 000 多萬紡織工業(yè)和棉花流通領(lǐng)域的勞動力與棉花產(chǎn)業(yè)息息相關(guān)[6]。而全球氣候變化對棉花生產(chǎn)是利還是弊，目前尚存在爭論。Hebbar等利用大氣環(huán)流模式和棉花生長季模型相結(jié)合的方法，研究了氣溫變化對印度棉花產(chǎn)量的影響，認(rèn)為平均氣溫上升會降低棉花的產(chǎn)量[7]；Assad等利用棉水平衡模型，研究了氣溫變化對巴西棉花產(chǎn)量的影響，認(rèn)為氣溫升高將不利于巴西棉花的種植[8]。氣候變化對不同地區(qū)棉花生產(chǎn)的影響存在顯著差異，李迎春等基于1961—2007年新疆北疆棉區(qū)氣象資料，采用氣候趨勢系數(shù)等方法分析發(fā)現(xiàn)，棉花生長季平均氣溫升高、降水增多、日照時數(shù)減少等氣候條件的變化對棉花生產(chǎn)的影響以有利為主[9]；而岳偉等利用1961—2010年的氣象數(shù)據(jù)，采用線性趨勢法和Mann-Kendall非參數(shù)檢驗法研究發(fā)現(xiàn)，氣候變化不利于安徽沿江地區(qū)棉花的增產(chǎn)[10]。

顯然，僅從氣候變化或要素投入、技術(shù)進(jìn)步的視角來研究棉花生產(chǎn)有失偏頗。為了有效地揭示氣候變化對我國棉花產(chǎn)量的影響，在要素投入和技術(shù)進(jìn)步的基礎(chǔ)上，本研究借鑒以往研究結(jié)果，利用我國9個棉花主產(chǎn)省份1988—2015年的面板數(shù)據(jù)，基于C-D-C模型(經(jīng)濟(jì)-氣候新模型)，引入積溫、降水以及日照時間3個氣候變量，探究氣候變化及其3個維度對我國棉花產(chǎn)量的影響，并探討在不同區(qū)域氣候變化對該區(qū)域棉花產(chǎn)量的影響。

1 模型構(gòu)建與數(shù)據(jù)說明

1.1 模型構(gòu)建

棉花產(chǎn)量受諸多因素的綜合影響，它是自然條件、社會資本投入共同作用的過程，不僅受到氣候因素與要素投入的影響，還要受技術(shù)進(jìn)步的影響。因此，為探究氣候變化對棉花產(chǎn)量的影響，理論模型設(shè)定如下：

Y=(X,C,TE)。

(1)

式中：Y表示棉花產(chǎn)量；X表示一系列的土地、化肥、機(jī)械等要素投入；C為積溫、降水量、日照時間等氣候變量；TE為反映技術(shù)進(jìn)步的變量。

基于理論模型(1)，代入解釋變量積溫、降水量、日照時間、棉花種植面積、化肥投入、農(nóng)業(yè)機(jī)械投入、技術(shù)進(jìn)步及被解釋變量棉花產(chǎn)量，建立模型(2)，具體為

lnYit=α0+b1ln(ATit)+b2ln(RFit)+b3ln(ITit)+b4ln(ACit)+b5ln(FTit)+b6ln(AMit)+b7TE+λit。

(2)

式中：i和t代表第i省的第t年份；Yit表示棉花產(chǎn)量；ATit表示棉花生長期的積溫；RFit表示棉花生長期的降水總量；ITit表示棉花生長季節(jié)的日照時間總量；ACit表示棉花種植面積；FTit表示棉花生產(chǎn)的化肥投入；AMit表示棉花生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)機(jī)械投入；λit為隨機(jī)擾動項；α0為常數(shù)項；b1、b2、b3、b4、b5、b6、b7為回歸系數(shù)。

由于不同區(qū)域氣候條件存在差異，氣候因素對不同區(qū)域棉花產(chǎn)量的影響程度也可能有所不同。因此在模型(2)的基礎(chǔ)上，將全國9個棉花主產(chǎn)省分為3個片區(qū)分別進(jìn)行回歸，具體分為黃河中下游棉區(qū)、長江中下游棉區(qū)、西北內(nèi)陸棉區(qū)。將研究整體按照地理方位劃分為三大棉區(qū)來探究氣候變化對不同區(qū)域棉花產(chǎn)量的影響有助于更細(xì)致地觀察氣候變化的區(qū)域影響效應(yīng)。

1.2 數(shù)據(jù)來源及變量處理

1.2.1 數(shù)據(jù)來源 除青藏高原和黑龍江省受熱量條件限制不能植棉外，棉花在我國廣泛種植，全國有產(chǎn)量統(tǒng)計的省區(qū)達(dá)24個。按照種植區(qū)的形成現(xiàn)狀及地理、地貌類型，劃分為西北內(nèi)陸、長江中下游以及黃河中下游三大棉區(qū)。本研究選擇新疆、山東、河北、湖北、安徽、江蘇、河南、江西、甘肅等9個棉花種植省份作為研究對象，引入氣候變化因素，考察氣候變化對我國棉花產(chǎn)量的影響。

本研究涉及的氣候數(shù)據(jù)來源于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)；棉花投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)來源于國家統(tǒng)計局所編的《中國統(tǒng)計年鑒》、農(nóng)業(yè)部所編的《中國農(nóng)業(yè)年鑒》及各省所編的省級統(tǒng)計年鑒。

1.2.2 主要變量處理 參考部分學(xué)者的做法[11]，本研究對部分變量做如下處理：化肥投入(FT)以研究區(qū)域當(dāng)年種植棉花所施用的化肥總量(×102t)表示，計算方法如下：FT=化肥施用量×(棉花播種面積/農(nóng)作物播種面積)。農(nóng)業(yè)機(jī)械投入(AM)以每個省棉花生產(chǎn)所用農(nóng)業(yè)機(jī)械動力(×103kW·h)投入表示，計算公式為AM=農(nóng)業(yè)機(jī)械總動力×(棉花播種面積/農(nóng)作物播種面積)。積溫(AT)以每個棉花主產(chǎn)省的主要棉花生產(chǎn)區(qū)的棉花生長季(一般為4—10月)積溫(℃)表示，積溫計算公式為AT=∑max(0,Ti-Tb)，其中，Ti為第i天的日均氣溫，Tb為棉花的生物學(xué)下限溫度，本研究取 10 ℃。降水量(RF)以每個棉花主產(chǎn)省的主要棉花生產(chǎn)區(qū)的棉花生長季節(jié)降水總量(mm)表示。日照時間(IT)以每個棉花主產(chǎn)省主要棉花生產(chǎn)區(qū)棉花生長季日照時間(h)表示。技術(shù)進(jìn)步(TE)是由棉花單產(chǎn)本期數(shù)與基期數(shù)的比值系數(shù)反映，以1988年為基期，計算公式為

(3)

式中：ti為第i個省t年。

2 實證模型分析結(jié)果

2.1 模型設(shè)定檢驗

本研究運(yùn)用stata14.0軟件，對模型進(jìn)行相關(guān)檢驗，結(jié)果如表1、表2顯示。Kao檢驗結(jié)果表明在1%顯著性水平下拒絕不存在協(xié)整性關(guān)系的原假設(shè)，說明模型各變量間存在協(xié)整關(guān)系，模型不存在偽回歸情況。Hausman檢驗結(jié)果表明，模型在1%顯著性水平下拒絕隨機(jī)效應(yīng)模型，選擇固定效應(yīng)模型。Wooldridge檢驗、Pesaran檢驗、Modified Wald檢驗結(jié)果表明，在1%顯著性水平下拒絕不存在組間相關(guān)性、組間異方差的原假設(shè)，接受不存在組內(nèi)相關(guān)性的原假設(shè)，即模型存在組間相關(guān)性及組間異方差。最后，對面板數(shù)據(jù)模型進(jìn)行內(nèi)生性檢驗，為了克服可能存在的內(nèi)生性問題造成的估計偏誤，使用工具變量(滯后1期和滯后2期的原變量)來對模型進(jìn)行內(nèi)生性檢驗。根據(jù)DHW檢驗結(jié)果顯示，在1%顯著性水平下拒絕了技術(shù)進(jìn)步這一變量為外生變量的原假設(shè)，即技術(shù)進(jìn)步存在內(nèi)生性問題。

表1 模型設(shè)定檢驗結(jié)果

表2 模型內(nèi)生性檢驗結(jié)果

2.2 實證結(jié)果分析

本研究選用省級面板數(shù)據(jù)，它的優(yōu)勢在于面板數(shù)據(jù)能反映個體存在的異質(zhì)性，即時間、空間上的抑制效應(yīng)，顯著提高樣本自由度，使參數(shù)估計結(jié)果更為準(zhǔn)確。綜合考慮面板模型相關(guān)檢驗結(jié)果，采用工具變量法2SLS(兩階段最小二乘法，two stage least square)進(jìn)行估計，具體估計結(jié)果見表3。

由表3可知，模型結(jié)果總體上較好，擬合優(yōu)度r2為 0.738 1，說明研究區(qū)域棉花產(chǎn)量影響因素方程的解釋能力為73.81%，即氣候變量與控制變量(棉花種植面積、農(nóng)業(yè)機(jī)械投入、化肥投入、技術(shù)進(jìn)步)能夠?qū)γ藁óa(chǎn)量的73.81%做出解釋。氣候變量中，積溫的顯著性水平為1%，方向為正；降水量、日照時間的顯著性水平分別為1%、5%，且方向均為負(fù)?？刂谱兞恐?，化肥投入、種植面積通過顯著性檢驗，顯著性水平分別為1%、5%，方向均為正；農(nóng)業(yè)機(jī)械投入、技術(shù)進(jìn)步未通過顯著性檢驗。

2.2.1 積溫對棉花產(chǎn)量的影響 從模型結(jié)果可以看出，棉花生長季積溫在1%水平上通過顯著性檢驗，方向為正表明積溫增加會引起我國棉花產(chǎn)量增加。一般來說，棉花全生長期均需要較高的溫度，積溫越高意味著棉花全生長期的溫度越高，越有利于棉花生產(chǎn)。然而，不同生長期對積溫的要求不同。棉花播種期、出苗期溫度越高越利于棉種的萌發(fā)和棉苗的生長，但是過高和過低的溫度會延緩棉種的萌發(fā)和影響根系生長，使出葉速度減緩，棉苗生長變慢。開花結(jié)鈴期最適溫度一般為25～30 ℃，過高、過低的溫度都不適宜棉株開花，溫度過低可能引起雌蕊異常，降低受精率，影響棉鈴正常發(fā)育；溫度過高易使雄蕊發(fā)育不正常，妨礙棉株正常光合作用，鈴質(zhì)量下降；吐絮成熟期棉花生長逐漸衰弱，積溫過低、過高容易造成棉花的早衰、貪青、爛鈴等問題，不利于棉花增產(chǎn)。

2.2.2 降水量對棉花產(chǎn)量的影響 從模型結(jié)果可以看出，降水量在1%水平上通過顯著性檢驗且其系數(shù)為負(fù)，表明降水總量的增加不利于棉花增產(chǎn)。棉花全生長期最適需水量一般為450～620 mm，不同階段耗水量差異較大。隨著棉株的不斷增大，耗水量也逐漸增多，一般規(guī)律為早期耗水量少，中期耗水量多，后期隨著棉株生長活力的減退，耗水量又減少。降水量的多少及其分布直接影響棉花鈴數(shù)，并最終影響棉花產(chǎn)量。若降水過多導(dǎo)致棉田積水，土壤中氧氣不足，根系功能受阻，也會加重蕾鈴脫落，直接影響棉花產(chǎn)量。

表3 我國棉花產(chǎn)量影響因素模型回歸結(jié)果

2.2.3 日照時間對棉花產(chǎn)量的影響 日照時間通過5%水平的顯著性檢驗，且系數(shù)為負(fù)，表明日照時間的增加會負(fù)向影響棉花產(chǎn)量。棉花雖然是好光作物，但不同生長期對日照的需求也會不同。播種期、出苗期日照時間正向影響棉花產(chǎn)量，日照越充足越有利于棉株現(xiàn)蕾；蕾期日照時間會對棉花產(chǎn)量產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)，主要是因為苗期降水量較少，日照時間越多則容易導(dǎo)致水分缺失，不利于棉株的生長發(fā)育；花鈴期日照時間對棉花產(chǎn)量產(chǎn)生正效應(yīng)；吐絮期日照時間負(fù)向影響棉花產(chǎn)量，主要是日照時間長導(dǎo)致水分相對減少，影響鈴質(zhì)量，造成棉花早衰。因此，日照時間對棉花產(chǎn)量造成負(fù)向影響可能是因為在棉花生長的蕾期和吐絮期光照時間較多，而在其他生長階段光照時間較少。

2.2.4 控制變量對棉花產(chǎn)量的影響 從模型結(jié)果可知，化肥投入量、種植面積在1%和5%的顯著性水平下顯著且值為正，農(nóng)業(yè)機(jī)械投入不顯著。具體來看，棉花種植面積每增加1%，我國棉花總產(chǎn)量將增加0.26%，由此說明我國棉花產(chǎn)量的增加在很大程度上依賴于耕地資源，然而，由于耕地資源的稀缺和其他經(jīng)濟(jì)作物種植面積的增長，我國棉花種植面積呈持續(xù)減少的態(tài)勢?；释度朐黾?%，我國棉花產(chǎn)量將會增加0.54%，說明化肥投入仍然可以作為棉花增產(chǎn)的重要動力，但要同時考慮到環(huán)境保護(hù)和生態(tài)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

進(jìn)一步分析三大棉花產(chǎn)區(qū)，結(jié)果表明長江中下游棉區(qū)、西北內(nèi)陸棉區(qū)的積溫對棉花產(chǎn)量的增加產(chǎn)生消極作用，黃河中下游棉區(qū)積溫對棉花產(chǎn)量的增加產(chǎn)生積極作用，但回歸結(jié)果均未通過顯著性檢驗；長江中下游棉區(qū)、黃河中下游棉區(qū)降水量對棉花產(chǎn)量有負(fù)向影響，且分別在1%和5%的顯著性水平下顯著，說明降水量的增加將增加棉花產(chǎn)量，而西北內(nèi)陸棉區(qū)降水量雖負(fù)向影響棉花產(chǎn)量但效果不顯著；長江中下游棉區(qū)日照時間顯著負(fù)向影響棉花產(chǎn)量，顯著性水平為5%；長江中下游、西北內(nèi)陸棉區(qū)種植面積均在1%顯著性水平下正向影響棉花產(chǎn)量，在其他因素保持不變的情況下，種植面積每增加1%，棉花分別增產(chǎn)1.08%和0.99%；黃河中下游棉區(qū)、長江中下游棉區(qū)機(jī)械投入分別在10%、5%的顯著性水平下對棉花增產(chǎn)起到了促進(jìn)作用，在其他因素保持不變的情況下，機(jī)械投入每增加1%，棉花產(chǎn)量分別增加0.33%、0.10%；黃河中下游棉區(qū)化肥投入在1%顯著性水平下對棉花產(chǎn)量產(chǎn)生正向影響，化肥投入每增加1%，棉花增產(chǎn)0.6%；三大棉區(qū)技術(shù)進(jìn)步均在1%顯著性水平下正向影響棉花產(chǎn)量，即技術(shù)進(jìn)步對棉花產(chǎn)量的邊際貢獻(xiàn)率分別為5.73%、69.91%和 35.25%(表4)。由此可見棉花產(chǎn)業(yè)在技術(shù)方面有很大的進(jìn)步空間，科技仍然是保障我國棉花穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)的持久動力。

3 結(jié)論與建議

通過以上實證分析表明，氣候變化能夠顯著影響我國棉花產(chǎn)量。3個氣候變量中，日照時間、降水量對我國棉花產(chǎn)量有顯著負(fù)向影響，積溫顯著正向影響我國棉花產(chǎn)量。以上結(jié)果存在區(qū)域性差異，其中積溫增加不利于西北內(nèi)陸棉區(qū)和長江中下游棉區(qū)棉花增產(chǎn)，利于黃河中下游棉區(qū)棉花增產(chǎn)；降水量負(fù)向影響三大棉區(qū)棉花產(chǎn)量，長江中下游棉區(qū)通過顯著性檢驗；日照時間正向影響黃河中下游、西北內(nèi)陸棉區(qū)棉花增產(chǎn)，顯著負(fù)向影響長江中下游棉區(qū)棉花產(chǎn)量。根據(jù)以上研究結(jié)論，提出我國棉花產(chǎn)區(qū)適應(yīng)氣候變化的策略如下：

(1)完善氣候預(yù)報、預(yù)警、預(yù)防體系。加強(qiáng)氣候信息預(yù)報、預(yù)警、預(yù)防體系的建設(shè)，進(jìn)一步暢通氣候預(yù)報信息傳輸渠道，把有關(guān)氣候預(yù)報信息及時傳輸?shù)睫r(nóng)戶層面，提高農(nóng)戶對氣候變化的感知和認(rèn)知意識，協(xié)助農(nóng)戶及時采取相關(guān)適應(yīng)性措施以減緩氣候變化的不利影響。

(2)加強(qiáng)棉田水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。要進(jìn)一步加強(qiáng)棉田水利基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，治理、維護(hù)水利工程，使庫、壩、堤、渠等設(shè)施充分發(fā)揮節(jié)水、保水、用水、集水協(xié)調(diào)一致的功效，以切實提高棉花生產(chǎn)過程中應(yīng)對氣候變化的能力和減災(zāi)能力。從各區(qū)域來看，黃河中下游棉區(qū)、長江中下游棉區(qū)要注意洪澇災(zāi)害的發(fā)生，增加排澇設(shè)施和蓄水設(shè)施的投入，而西北內(nèi)陸棉區(qū)由于水資源匱乏，水利設(shè)施相對落后，所以要注意增加水利灌溉設(shè)施的投資力度，保障農(nóng)業(yè)水資源的供應(yīng)，并大力推廣和采用節(jié)水灌溉及研發(fā)耐旱棉花新品種。

(3)合理調(diào)整棉花種植布局。氣候變化使棉花生長期的熱量資源和光能資源增加，如何充分使用充足的光能和熱能是能否應(yīng)對氣候變化、促使棉花增產(chǎn)的關(guān)鍵所在。棉花的種植應(yīng)適應(yīng)氣候的變化，適宜的遷移棉田，選取更為優(yōu)良的氣候環(huán)境種植棉花。調(diào)整棉花種植密度與種植時間，充分利用日益豐富的熱量資源發(fā)展減輕氣候變化的有效途徑。

表4 我國不同地區(qū)棉花產(chǎn)量影響因素回歸結(jié)果

(4)積極引進(jìn)、培育棉花新品種。通過品種選育來降低氣候變化對棉花產(chǎn)量的不利影響，是未來棉花產(chǎn)業(yè)發(fā)展適應(yīng)性氣候變化的必然趨勢。三大棉花產(chǎn)區(qū)有不同的區(qū)域優(yōu)、劣勢，如西北內(nèi)陸棉區(qū)高海拔、日照充足、光熱資源豐富、晝夜溫差大、空氣濕度小，但土壤匱乏且干旱缺水；而長江中下游棉區(qū)氣候濕潤、無霜期長、土壤肥沃，但光照不足、病蟲害嚴(yán)重；黃河中下游棉區(qū)熱量條件好、水資源充足、土壤肥沃，但初夏多旱、伏雨較集中。因此，依據(jù)三大棉花產(chǎn)區(qū)的區(qū)域特征，因地制宜地引進(jìn)和培育棉花新品種，使各棉區(qū)種植更適宜該區(qū)域環(huán)境條件的棉花是適應(yīng)氣候變化的又一重要舉措。

(5)提高要素使用效率。棉花種植應(yīng)以提高要素生產(chǎn)效率為工作重點，通過科學(xué)的棉田管理，合理配置和使用資源，以實現(xiàn)棉花最優(yōu)生產(chǎn)。具體措施包括推廣綠色棉花種植技術(shù)，將化肥與綠色有機(jī)肥配合施用，因地制定科學(xué)的施用數(shù)量、方法和養(yǎng)分配比；推進(jìn)植棉全程機(jī)械化，實現(xiàn)農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝的有機(jī)結(jié)合，以緩解農(nóng)村勞動人口相對不足的壓力；提高勞動資源配置效率，調(diào)整農(nóng)村勞動資源配置結(jié)構(gòu)；提高土地使用效率，調(diào)整棉花生產(chǎn)布局。