三種主糧生產(chǎn)中化肥、農(nóng)藥的經(jīng)濟(jì)用量探析

張謀貴

摘要：文章運(yùn)用C-D函數(shù)、主成分回歸等方法計(jì)算水稻、小麥和玉米三種糧食化肥及農(nóng)藥的邊際效益，以邊際效益來衡量三種糧食化肥及農(nóng)藥的施用量是否過剩。實(shí)證發(fā)現(xiàn)小麥的化肥使用量達(dá)到了經(jīng)濟(jì)上過量，水稻和玉米的化肥使用量接近經(jīng)濟(jì)上的過量，因此糧食生產(chǎn)中應(yīng)該多種途徑控制化肥使用量;三種糧食生產(chǎn)中農(nóng)藥的邊際效益較高，對(duì)農(nóng)藥的使用可以不加以控制，但要引導(dǎo)農(nóng)戶使用低毒高效農(nóng)藥。

關(guān)鍵詞：三種主糧;化肥;農(nóng)藥;邊際效益;實(shí)證

中圖分類號(hào)：F307.11? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1001-862X（2019）03-0010-006

一、引 言

在國(guó)家糧食安全戰(zhàn)略目標(biāo)下，我國(guó)從2004年至2015年糧食產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)了“十二連增”，2016年、2017年糧食總產(chǎn)量略有降低。中國(guó)用7%的耕地養(yǎng)活了世界22% 的人口，中國(guó)對(duì)世界糧食安全的貢獻(xiàn)是巨大的。中國(guó)糧食產(chǎn)量提高，除了政策和投入外，更多的是依靠科技進(jìn)步取得的。而在農(nóng)業(yè)科技進(jìn)步的進(jìn)程中，化肥農(nóng)藥的使用對(duì)糧食增產(chǎn)的貢獻(xiàn)相當(dāng)大，尤其是化肥的使用對(duì)糧食增產(chǎn)的作用非常明顯。但化肥施用量過大，對(duì)環(huán)境也造成了負(fù)面的影響。2000年我國(guó)使用強(qiáng)度為 340.8 千克/公頃，超出發(fā)達(dá)國(guó)家所規(guī)定的225 千克/公頃的安全上限值（為防止水體污染所設(shè)置的）。2015年我國(guó)化肥使用強(qiáng)度達(dá)到了362.0千克/公頃，為2000年的106.2%，超出世界平均強(qiáng)度（137.6千克/公頃）的1.6倍，在世界排名為第21位，不僅遠(yuǎn)超過了同為金磚國(guó)家的俄羅斯、南非、印度和巴西三國(guó)，也超過法國(guó)、美國(guó)等農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家。日本、法國(guó)等國(guó)家的化肥使用在2008年有所下降，這一方面與全球金融危機(jī)有關(guān)，另一方面也與他們努力改變化肥不合理使用有關(guān)。農(nóng)藥使用方面，2016年我國(guó)農(nóng)藥使用強(qiáng)度為10.4千克/公頃，是2000年的127.6%，比國(guó)際警戒線（7千克/公頃）高出48.6%，使用強(qiáng)度同樣遠(yuǎn)超世界平均水平，約為后者的2.5倍。[1]從目前情況看，中國(guó)化肥的施用量還有增加的趨勢(shì)。那么，化肥、農(nóng)藥施用量到底多少為合適？化肥使用有生物學(xué)過量和經(jīng)濟(jì)過量，撇開生物學(xué)過量特性，本文利用化肥、農(nóng)藥的邊際效益指標(biāo)，從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度討論化肥和農(nóng)藥使用是否已經(jīng)過量。

梳理當(dāng)前的研究文獻(xiàn)，相關(guān)研究主要如下：

（一）化肥對(duì)糧食增產(chǎn)影響。中外學(xué)者基本達(dá)成了共識(shí)：糧食的增產(chǎn)與化肥的使用量呈正相關(guān)關(guān)系。美國(guó)諾貝爾獎(jiǎng)獲得者、著名的農(nóng)業(yè)作物育種專家Norman E.Borlaug說過，20 世紀(jì)全球農(nóng)作物的產(chǎn)量的增加，其中有一半是由化肥的施用而取得的。[2]據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織（FAO）統(tǒng)計(jì)，化肥在農(nóng)作物增產(chǎn)中，對(duì)增產(chǎn)的貢獻(xiàn)約占 40%～60%。[3]我國(guó)學(xué)者李家康（1999）對(duì) 1981 年開始布置的 52 個(gè) 10 年以上長(zhǎng)期肥料定位試驗(yàn)點(diǎn)研究表明，施用化肥對(duì)糧食產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率全國(guó)平均為 40.8%，其中雙季稻區(qū)早稻為 31.9%，晚稻為 34.6%，旱作兩熟區(qū)的小麥為 60.2%，玉米為 46.2%。徐浪、賈靜（2003）根據(jù)四川省的數(shù)據(jù)研究表明，化肥的使用量與糧食產(chǎn)量呈顯著的正相關(guān)關(guān)系。王祖力、肖海峰（2008）通過回歸模型研究也認(rèn)為化肥施用量與糧食產(chǎn)量之間呈明顯的正相關(guān)關(guān)系，化肥的使用是影響糧食產(chǎn)量增長(zhǎng)的重要因素，化肥對(duì)糧食增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)率達(dá)56.81%，超過50%，是所有投入要素中貢獻(xiàn)最大的一項(xiàng)。[4]房麗萍、孟軍（2013）通過C-D生產(chǎn)函數(shù)模型研究，也得出相同的結(jié)論。[5]

（二）化肥、農(nóng)藥對(duì)農(nóng)村環(huán)境的負(fù)面影響。上世紀(jì)80年代以來，我國(guó)在糧食生產(chǎn)過程中化肥、農(nóng)藥使用得到了普遍推廣，使糧食產(chǎn)量有了大幅提高，基本解決了中國(guó)人吃飯問題，保證了中國(guó)的糧食安全。中國(guó)的耕地越來越少，產(chǎn)量越來越高，化肥、農(nóng)藥的使用量也越來越大。糧食生產(chǎn)對(duì)化肥、農(nóng)藥的依賴性越來越強(qiáng)。任何事物都有兩面性，大量使用化肥和農(nóng)藥會(huì)增加糧食產(chǎn)量，但也會(huì)污染環(huán)境。因?yàn)榛蔬^量使用，植物只吸收一小部分，大部分隨水土流失或留在土壤，對(duì)周圍的水體造成面源污染。據(jù)有關(guān)部門測(cè)算，當(dāng)前我國(guó)化肥被植物吸收利用的只有30%～40%，大量沒有被吸收的化肥殘留在土壤中對(duì)水體和環(huán)境造成重大影響，形成了大量的面源污染，生態(tài)環(huán)境遭受破壞，反過來又影響糧食產(chǎn)量和質(zhì)量提高。這方面的研究，中外學(xué)者也形成了一致看法：過量使用化肥和農(nóng)藥會(huì)導(dǎo)致農(nóng)業(yè)面源污染，破壞環(huán)境，導(dǎo)致食品的不安全。David Pimentel等首先提出了在集約化糧食生產(chǎn)中，由于大量使有化肥和農(nóng)藥，帶來土壤侵蝕的問題。隨后Matson等（1998）提出“高投入和高產(chǎn)出”的糧食生產(chǎn)模式引起的農(nóng)田養(yǎng)分流失造成的面源污染、生物多樣性下降、溫室氣體排放增加等生態(tài)環(huán)境問題，是對(duì)糧食生產(chǎn)可持續(xù)性的挑戰(zhàn)。[6]中國(guó)學(xué)者馬驥（2006）認(rèn)為，一些農(nóng)區(qū)由于長(zhǎng)期大量使用單一品種或比例的化肥，不僅導(dǎo)致農(nóng)業(yè)成本增加，而且會(huì)引起農(nóng)業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的下降和環(huán)境污染的加劇等一系列問題。[7]張福鎖（2012）認(rèn)為，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中高能源消耗和大量的化學(xué)品投入所引起的農(nóng)業(yè)面源污染問題日趨顯著，必須引起足夠的重視。[8]趙志堅(jiān)等（2012）通過對(duì)湖南省化肥施用與糧食產(chǎn)量的變化，研究化肥使用對(duì)環(huán)境的影響，結(jié)果顯示，化肥投入量每增加1%，會(huì)帶來糧食產(chǎn)量增加 0.139 %;糧食的化肥投入量與環(huán)境成本之間存在更為明顯的相關(guān)關(guān)系，化肥投入每增加一個(gè)百分點(diǎn)，環(huán)境成本增加 1.57 個(gè)百分點(diǎn)。單位面積糧食產(chǎn)出的化肥投入邊際效益以年均 3.58%的速度降低。[9]

從上可以看出，對(duì)于化肥和農(nóng)藥的使用基本達(dá)成了兩個(gè)共識(shí)：一是化肥對(duì)我國(guó)糧食增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)是比較大的。二是無論是政府決策層還是學(xué)術(shù)界，普遍認(rèn)為我國(guó)化肥、農(nóng)藥過量使用。但化肥、農(nóng)藥的使用量到底是多少較合理，目前，還沒有一個(gè)統(tǒng)一的化肥農(nóng)藥使用的標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)外似乎有標(biāo)準(zhǔn)，但中國(guó)人多地少，土地資源約束較緊，要解決中國(guó)人吃飯，確保糧食安全，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)又不適合中國(guó)。理論上講，化肥的投入量可以從生態(tài)環(huán)境、農(nóng)學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)三個(gè)角度進(jìn)行分析，三種分析結(jié)果相差較大。生態(tài)環(huán)境角度分析除了考慮化肥投入的直接成本外，還要將化肥投入對(duì)環(huán)境的影響考慮進(jìn)去，化肥使用會(huì)帶來的環(huán)境外部成本增加。農(nóng)學(xué)角度主要從生物學(xué)的特性考慮，通過化肥使用獲得最大的農(nóng)產(chǎn)品量。經(jīng)濟(jì)學(xué)則主要從成本的投入與收益角度考慮，將農(nóng)戶看作理性的經(jīng)濟(jì)人，通過化肥施用獲得收益最大化。本文從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度研究，討論我國(guó)三種糧食生產(chǎn)中化肥的施用是否過量。在一定的技術(shù)條件下，任何生產(chǎn)要素的使用都呈邊際遞減現(xiàn)象，化肥、農(nóng)藥的使用也一樣。如果化肥、農(nóng)藥邊際成本超過了施用化肥獲得的糧食邊際收益，則化肥、農(nóng)藥的使用達(dá)到經(jīng)濟(jì)上過量，多施化肥不僅收入不會(huì)增加，反而會(huì)減少，是典型的“得不償失”現(xiàn)象。

從文獻(xiàn)上看，這一問題研究成果較少。即使有，這部分成果在模型選擇和方法上存在一些不足。如很多學(xué)者在用C-D函數(shù)估計(jì)生產(chǎn)彈性時(shí)，都用普通最小二乘數(shù)回歸求生產(chǎn)彈性，是不妥的。因?yàn)槠胀ㄗ钚《藬?shù)用在多元回歸時(shí)，必須是多元自變量相關(guān)性較低，即不存在共線性問題。如林源、馬驥（2013）運(yùn)用普通最小二乘數(shù)回歸估計(jì)C-D函數(shù)的生產(chǎn)彈性，通過化肥的生產(chǎn)彈性計(jì)算化肥施用的經(jīng)濟(jì)水平，沒有考慮到多元回歸的共線性問題。[10]本文在此基礎(chǔ)上，對(duì)回歸方法進(jìn)行改進(jìn)，使用主成分回歸模型，盡量克服多元回歸的多重共線性問題，使計(jì)算出的生產(chǎn)彈性符合實(shí)際。

二、模型選擇及數(shù)據(jù)來源

（一）農(nóng)業(yè)生產(chǎn)函數(shù)

1928 年，經(jīng)濟(jì)學(xué)家道格拉斯（P.H.Douglas）與數(shù)學(xué)家柯布提出了“柯布-道格拉斯（Cobb-Douglas）生產(chǎn)函數(shù)”，又簡(jiǎn)稱為 C-D 生產(chǎn)函數(shù)。即：Y=AKαLβ。其中Y為總產(chǎn)出，K為資本投入，L為勞動(dòng)力投入，α，β分別為勞動(dòng)力、資本產(chǎn)出彈性。C-D生產(chǎn)函數(shù)的提出，提示了生產(chǎn)的產(chǎn)出與投入的關(guān)系，但它也存在著不足，就是假設(shè)與實(shí)際存在區(qū)別。例如，時(shí)間不同，可能得出的結(jié)果是不同的，因?yàn)闆]有考慮技術(shù)變量，因而是不科學(xué)的，得出的結(jié)論不可靠。只有在技術(shù)不同的情況下，即在同一個(gè)時(shí)點(diǎn)下研究得出的結(jié)論才可靠。為了彌補(bǔ)這一缺陷，后來的不少學(xué)者作了大量的研究，力求改善C-D函數(shù)。1942年，首屆諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)的獲得者丁伯根（J.Tingbergen）對(duì)C-D生產(chǎn)函數(shù)作了改進(jìn)，將常數(shù)項(xiàng)A換成了隨時(shí)間變化的函數(shù)A（t），于是C-D生產(chǎn)函數(shù)可寫為Yt=A（t）KαtLβt，其中A（t）表示第t期的生產(chǎn)技術(shù)水平，假設(shè)A（t）=A0eθt，θ為技術(shù)進(jìn)步系數(shù)，對(duì)該式兩邊取自然對(duì)數(shù)并整理可得：Yt=A0eθtKαtLβt，假如把生產(chǎn)要素進(jìn)一步細(xì)分為多種生產(chǎn)要素，Y=A0eθtxb11xb12…xbnn，兩邊取對(duì)數(shù)得：

（二）邊際效益模型

（三）生產(chǎn)彈性估計(jì)——主成分回歸

對(duì)生產(chǎn)彈性估計(jì)有多種方法，不少人都用多元回歸方法。根據(jù)多元回歸的性質(zhì)，當(dāng)自變量之間存在多重相關(guān)時(shí)，即多重共線性時(shí)，估計(jì)出的回歸系數(shù)是不準(zhǔn)確的，導(dǎo)致有的回歸系數(shù)t檢驗(yàn)不顯著?？朔嘀毓簿€性方法有逐步回歸、嶺回歸和主成分回歸。本研究用主成分回歸方法估計(jì)要素的生產(chǎn)彈性，消除解釋變量間的多重共線性。

主成分回歸。主成分回歸是克服多重共線性的一種回歸模型。它是根據(jù)主成分分析原理，從數(shù)據(jù)抽提出若干主成分進(jìn)行回歸，一般來說是選擇前面的幾個(gè)主成分，由于各主成分是不相關(guān)的，因而主成分與因變量之間的回歸就不存在多重共線性問題。主成分回歸后，再根據(jù)主成分變量與解釋變量之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，還原原來的回歸方程。主成分回歸的具體步驟為：

①對(duì)原始樣本數(shù)據(jù)做標(biāo)準(zhǔn)化處理，計(jì)算解釋變量的相關(guān)系數(shù)矩陣R。根據(jù)相關(guān)系數(shù)矩陣對(duì)解釋變量之間相關(guān)系數(shù)作出共線性判斷（解釋變量之相相關(guān)系數(shù)大于0.9時(shí)存在共線性）。

②計(jì)算R的k個(gè)特征值λ1>λ2>…λk，以及相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化特征向量u1，u2…uk。

③用k個(gè)自變量進(jìn)行主成分分析，得到主成分矩陣和各個(gè)主成分的累計(jì)方差百分比。

④計(jì)算標(biāo)化應(yīng)變量和k個(gè)標(biāo)化自變量以及k個(gè)主成分的值，如下：

（四）模型變量及數(shù)據(jù)來源

模型變量的含義為：

1.產(chǎn)出。產(chǎn)出（Y）以糧食每畝產(chǎn)值表示。

2.物質(zhì)投入量。將物質(zhì)和人工的投入根據(jù)需要分為：土地成本投入（x1）、人工成本投入（x2）、種子成本投入（x3）、化肥投入（x4）、農(nóng)藥投入（x5）和其他成本投入（x6）。

本文對(duì)糧食生產(chǎn)要素投入和產(chǎn)出效率進(jìn)行研究，數(shù)據(jù)采用三種主糧（小麥、水稻和玉米）的平均數(shù)據(jù)，產(chǎn)出和投入都是以畝為單位。數(shù)據(jù)均來自于《2004—2018年全國(guó)主要農(nóng)產(chǎn)品成本收益匯編》。

三、實(shí)證結(jié)果

（一）三種糧食的生產(chǎn)彈性估計(jì)

（二）三種糧食的邊際效益

四、結(jié)論及建議

（一）結(jié)論

1.從三種糧食生產(chǎn)中化肥投入的生產(chǎn)彈性看，水稻和玉米的化肥投入生產(chǎn)彈性較高，分別為0.1761和0.1733，即水稻化肥成本增加1%，水稻產(chǎn)值增加0.1761%，玉米化肥成本增加1%，玉米產(chǎn)值增加0.1733%。而小麥的化肥投入生產(chǎn)彈性為0.139，即小麥化肥成本增加1%，小麥產(chǎn)值增加0.139%。三種糧食的化肥生產(chǎn)成本彈性都為正值，即成本要素投入都會(huì)帶來產(chǎn)值的增加，無疑化肥、農(nóng)藥的投入都會(huì)帶來糧食產(chǎn)值的增加。也驗(yàn)證了大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為當(dāng)前增加化肥和農(nóng)藥使用對(duì)糧食的增產(chǎn)是有效的。

2.從三種糧食生產(chǎn)的邊際效益看，三種糧食生產(chǎn)的農(nóng)藥成本邊際效益都比較高。如2003—2017年15年來水稻農(nóng)藥的邊際收益為2～5之間，即農(nóng)藥投入1元，能獲得2～5元的收益;小麥的農(nóng)藥的邊際收益為6～10之間，即農(nóng)藥投入1元，能獲得6～10元的收益;玉米的農(nóng)藥的邊際收益為6～12之間，即農(nóng)藥投入1元，能獲得6～12元的收益?？梢姡瑥慕?jīng)濟(jì)角度看，三種糧食生產(chǎn)中農(nóng)藥用量不但沒有過量，反而有些不足。因此，增加農(nóng)藥的投入會(huì)帶來三種糧食產(chǎn)值的提高。

3.三種糧食生產(chǎn)化肥投入邊際收益不高。小麥化肥投入邊際收益大多數(shù)年份小于1，說明化肥投入1元錢，得不到1元錢的收益，即入不敷出，是典型的不經(jīng)濟(jì)的表現(xiàn)，說明化肥用量達(dá)到了經(jīng)濟(jì)上的絕對(duì)過量。水稻和玉米的化肥成本邊際收益大于1，小于2，說明水稻和玉米的化肥用量接近了盈虧臨界點(diǎn)，水稻和玉米化肥投入也快達(dá)到經(jīng)濟(jì)上的過量了。

4.從邊際效益看，三種主糧生產(chǎn)要素的邊際效益都出現(xiàn)遞減現(xiàn)象。

5.三種糧食生產(chǎn)的技術(shù)進(jìn)步率不高，年技術(shù)進(jìn)步率為0.012～0.013，說明糧食生產(chǎn)技術(shù)提高快達(dá)到了一個(gè)瓶頸。

（二）建議

1.糧食生產(chǎn)中要控制化肥的使用量。不考慮農(nóng)學(xué)、生態(tài)學(xué)問題，僅從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度看，我國(guó)糧食生產(chǎn)中化肥施用量已經(jīng)過量或達(dá)到施用量的臨界點(diǎn)了，因此，糧食生產(chǎn)中必須控制化肥的施用量。一是適當(dāng)提高化肥的價(jià)格，同時(shí)又通過糧食補(bǔ)貼的形式將化肥價(jià)格提高的部分返還給農(nóng)民。提高化肥價(jià)格讓農(nóng)民覺得過多施用化肥不劃算，從而達(dá)到減少化肥施用量的目的。二是指導(dǎo)農(nóng)戶科學(xué)施肥。通過宣傳與培訓(xùn)，使農(nóng)民掌握科學(xué)施肥技術(shù)和方法。施肥方式方法由表施、淺施、撒施向深施肥轉(zhuǎn)變，施肥結(jié)構(gòu)向科學(xué)合理轉(zhuǎn)變，逐步提高肥料利用率。三是加大農(nóng)機(jī)現(xiàn)代化的應(yīng)用。全程機(jī)械化使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更加標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，肥料施用也實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)化。在肥料施用方式、方法上，現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備，使施肥變得簡(jiǎn)便易行，追肥設(shè)備、水肥一體化可以根據(jù)農(nóng)作物生長(zhǎng)需要，有針對(duì)性地實(shí)施分次施肥，能有效地減少化肥用量。

2.合理使用低毒高效農(nóng)藥。從以上結(jié)論可以看出，糧食生產(chǎn)中農(nóng)藥施用的經(jīng)濟(jì)效果較好，也說明當(dāng)前糧食生產(chǎn)中農(nóng)藥施用量沒有過量?？赡茉蚴寝r(nóng)藥施用需要大量人工，而農(nóng)民大量外出，導(dǎo)致農(nóng)藥使用量不足而影響糧食生產(chǎn)。當(dāng)前糧食生產(chǎn)中可以不控制農(nóng)藥的施用量，但必須使用低毒高效農(nóng)藥，不允許有害生態(tài)環(huán)境和對(duì)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量有影響的高毒性農(nóng)藥，有條件的地方鼓勵(lì)生物高效農(nóng)藥。

3.提高糧食技術(shù)進(jìn)步。中國(guó)的糧食生產(chǎn)取得了很大的技術(shù)進(jìn)步，但從以上結(jié)論也可以看出，當(dāng)前的糧食生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步遇到了一個(gè)關(guān)鍵瓶頸，因此，國(guó)家必須加大農(nóng)業(yè)科技的投入，刻苦攻關(guān)，不斷提高糧食生產(chǎn)技術(shù)。

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（責(zé)任編輯 吳曉妹）