中國(guó)糧食生產(chǎn)化肥利用效率的區(qū)域差異與收斂性分析

何悅 漆雁斌 湯建強(qiáng)

摘要：本研究采用1998-2016年全國(guó)31個(gè)省市自治區(qū)的面板數(shù)據(jù)，運(yùn)用隨機(jī)前沿函數(shù)，對(duì)中國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)、主銷區(qū)和平衡區(qū)的糧食生產(chǎn)化肥利用效率進(jìn)行測(cè)算，并借助σ收斂和β收斂對(duì)全國(guó)范圍及各功能區(qū)糧食生產(chǎn)化肥利用效率的收斂性進(jìn)行檢驗(yàn)。中國(guó)3個(gè)糧食功能區(qū)糧食生產(chǎn)技術(shù)效率和化肥利用效率均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，但糧食生產(chǎn)技術(shù)效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于化肥利用效率;三大功能區(qū)的化肥利用效率雖存在一定的區(qū)域差異，但均具有收斂特征，說(shuō)明這種區(qū)域差異會(huì)逐漸縮小，各省市自治區(qū)自身的效率水平也逐漸趨于穩(wěn)態(tài)。中國(guó)糧食生產(chǎn)化肥利用效率水平較低，還有較大的提升空間，且中國(guó)不同區(qū)域存在較大差異，建議通過(guò)教育培訓(xùn)、技術(shù)推廣等多途徑促使農(nóng)民合理施肥，提高化肥利用效率，促進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展。

關(guān)鍵詞：化肥利用效率;糧食生產(chǎn);σ收斂;β收斂

中圖分類號(hào)：S147.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)： 1000-4440（ 2019） 03-0729-07

在基本自給的糧食安全政策主導(dǎo)下，追求糧食產(chǎn)量成為中國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展的首要目標(biāo)[1]。改革開(kāi)放以來(lái)，中國(guó)糧食生產(chǎn)發(fā)展迅速，用世界十分之一的耕地養(yǎng)活了世界五分之一的人口，創(chuàng)造了糧食生產(chǎn)的奇跡[2]。在巨大的糧食需求壓力下，化肥成為保障中國(guó)糧食安全的重要選擇。據(jù)中國(guó)歷年統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)農(nóng)業(yè)化肥施用折純量1978年為1.64x10 t，到2016年為5.98x10 t，年均增長(zhǎng)率達(dá)到7%?；实氖┯么偈怪袊?guó)糧食產(chǎn)量不斷提升，但當(dāng)化肥施用量達(dá)到一定程度后，其對(duì)糧食產(chǎn)量增長(zhǎng)的邊際貢獻(xiàn)率卻逐漸下降，而且過(guò)量施肥會(huì)造成生產(chǎn)資源的浪費(fèi)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本的提升，還會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)面源污染，不利于中國(guó)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的實(shí)施。2016年中國(guó)平均每1 hm化肥施用量達(dá)359 kg/hm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)際上為防止水體污染而設(shè)置的225 kg/hm2的安全上限[3]，過(guò)量施肥已成為中國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中較為普遍的現(xiàn)象[4]?；实倪^(guò)量使用也意味著中國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)化肥利用效率較低，造成嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境污染，直接影響到農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。在當(dāng)前中國(guó)推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，邁向高質(zhì)量發(fā)展的背景下，如何在保證糧食安全的同時(shí)，減少化肥施用量，提高化肥利用效率，成為中國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展的重要議題。

隨著環(huán)境問(wèn)題不斷涌現(xiàn)，農(nóng)業(yè)面源污染問(wèn)題逐漸受到社會(huì)各界的重視，越來(lái)越多的學(xué)者圍繞化肥施用量和化肥利用效率進(jìn)行研究?，F(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)于化肥利用效率的研究主要分成2類：一是學(xué)者們主要從農(nóng)作物對(duì)化肥的吸收率和化肥利用效率進(jìn)行研究，張福鎖等對(duì)中國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)水稻、小麥、玉米3種糧食作物的氮肥吸收率進(jìn)行了測(cè)算[5];二是學(xué)者們主要是利用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和經(jīng)濟(jì)模型來(lái)測(cè)算化肥利用效率。Reinhard在測(cè)算荷蘭奶牛養(yǎng)殖戶環(huán)境效率時(shí)，假設(shè)產(chǎn)出和其他要素投入保持不變，用能夠?qū)崿F(xiàn)當(dāng)前產(chǎn)量的最低施用量除以當(dāng)前實(shí)際施用量，所得到的比值即為環(huán)境效率[6]。隨后，學(xué)者們[7-11]逐漸將這種思路引用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)化肥利用效率的測(cè)算中，學(xué)者們普遍認(rèn)為中國(guó)存在過(guò)量施肥現(xiàn)象，化肥利用效率偏低。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有研究結(jié)果的梳理，目前研究糧食生產(chǎn)效率的文獻(xiàn)較為豐富，研究單一生產(chǎn)要素投入效率的文獻(xiàn)相對(duì)薄弱，已有化肥利用效率的研究，大多是從全國(guó)或者東、中、西部地區(qū)劃分、水域劃分進(jìn)行分析和比較，缺乏從糧食生產(chǎn)功能區(qū)的視角對(duì)化肥利用效率的分析。鑒于此，本研究通過(guò)1998- 2016年中國(guó)31個(gè)省市自治區(qū)糧食生產(chǎn)的省級(jí)面板數(shù)據(jù)，采用隨機(jī)前沿生產(chǎn)函數(shù)，測(cè)算糧食生產(chǎn)主產(chǎn)區(qū)、主銷區(qū)和平衡區(qū)的化肥利用效率，詳細(xì)分析不同區(qū)域化肥利用效率的變化及其差異，深入探討不同功能區(qū)的化肥利用效率特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上，對(duì)全國(guó)以及糧食主產(chǎn)區(qū)、主銷區(qū)和平衡區(qū)的化肥利用效率的收斂性特征進(jìn)行分析。

1 研究方法、變量與數(shù)據(jù)

1.1 研究方法

參考已有文獻(xiàn)，學(xué)者們主要從技術(shù)方面測(cè)算化肥利用效率。當(dāng)其他要素投入固定，產(chǎn)出不變的情況下，可能的最小化肥使用量和實(shí)際使用量之比，即為化肥利用效率[7，12-14]。實(shí)際上，是在測(cè)算糧食生產(chǎn)技術(shù)效率的基礎(chǔ)上進(jìn)一步測(cè)算化肥利用效率。

由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)存在一定的特殊性，其受隨機(jī)性強(qiáng)的自然因素影響較大，因此，本研究采用隨機(jī)前沿生產(chǎn)函數(shù)模型構(gòu)建中國(guó)糧食生產(chǎn)的隨機(jī)前沿生產(chǎn)函數(shù).設(shè)定為C-D函數(shù)模型.具體如下：

1.2 變量說(shuō)明

本研究選取1998 -2016年中國(guó)31個(gè)省市自治區(qū)的糧食總產(chǎn)量作為產(chǎn)出指標(biāo)。投入指標(biāo)主要從勞動(dòng)力投入、化肥投入、農(nóng)藥投入和技術(shù)投入4個(gè)方面進(jìn)行考量，其中土地投入選取糧食作物播種面積，勞動(dòng)力投入借鑒王躍梅等[15]的測(cè)度方法，從事種糧勞動(dòng)力數(shù)量=農(nóng)林牧漁從業(yè)人員×（農(nóng)業(yè)產(chǎn)值/農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值）×（糧食播種面積/農(nóng)作物播種面積），與之對(duì)應(yīng)，化肥投入、農(nóng)藥投入和機(jī)械投入均采用此方法進(jìn)行測(cè)度。指標(biāo)說(shuō)明詳見(jiàn)表1。

1.3 數(shù)據(jù)來(lái)源

鑒于中國(guó)糧食生產(chǎn)具有明顯的區(qū)域性特征，本研究參考高鳴等[16]將31個(gè)省市自治區(qū)劃分為糧食主產(chǎn)區(qū)、平衡區(qū)和主銷區(qū)三大功能區(qū)進(jìn)行比較和分析（表2）。各個(gè)變量數(shù)據(jù)主要來(lái)源于《中國(guó)農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》、《新中國(guó)60年統(tǒng)計(jì)資料匯編》。

2 中國(guó)糧食生產(chǎn)化肥利用效率的測(cè)算與分析

2.1 隨機(jī)前沿生產(chǎn)函數(shù)模型估計(jì)

本研究利用軟件Frontier4.1，采用極大似然估計(jì)方法對(duì)隨機(jī)前沿生產(chǎn)函數(shù)模型進(jìn)行估計(jì)（表3）。

從回歸結(jié)果可以看出，通過(guò)似然比LR檢驗(yàn)，拒絕技術(shù)無(wú)效率部分各項(xiàng)系數(shù)為零的原假設(shè)，說(shuō)明存在技術(shù)無(wú)效率的情況，所有樣本點(diǎn)都處于生產(chǎn)前沿面上的假設(shè)是不成立的，因此，采用隨機(jī)前沿生產(chǎn)函數(shù)更適合數(shù)據(jù)分析。在投入的5種要素中，只有土地投入和化肥投入2種要素在0.01水平顯著，土地投入的彈性系數(shù)較大，為0.855 1，化肥投入的彈性系數(shù)為0.204 3，說(shuō)明化肥投入對(duì)糧食生產(chǎn)具有一定的影響。

2.2 化肥施用效率區(qū)域差異分析

本研究運(yùn)用軟件Frontier4.1，根據(jù)1998 - 2016年全國(guó)31個(gè)省市自治區(qū)的相關(guān)數(shù)據(jù)測(cè)得技術(shù)效率TE的值。根據(jù)上文中提到的公式TEit=e-u可以求出uit，然后利用公式FEit=e-u/β3和表3中β3的估計(jì)結(jié)果（即估計(jì)系數(shù)）計(jì)算可以得到化肥利用效率值FE，并基于區(qū)域差異的視角對(duì)全國(guó)及其糧食生產(chǎn)三大功能區(qū)進(jìn)行分析和比較。表4給出了全國(guó)及糧食主產(chǎn)區(qū)、主銷區(qū)和平衡區(qū)1998- 2016年糧食生產(chǎn)技術(shù)效率和化肥利用效率，表中顯示的數(shù)據(jù)是各區(qū)域省市自治區(qū)每年的效率均值。

從表4中我們可以看出，1998-2016年全國(guó)及糧食生產(chǎn)三大功能區(qū)糧食生產(chǎn)技術(shù)效率均呈現(xiàn)逐步上升的趨勢(shì)，基本符合中國(guó)基本國(guó)情。1998-2016年全國(guó)糧食生產(chǎn)技術(shù)效率平均值為0.625 7，其中主產(chǎn)區(qū)的糧食生產(chǎn)技術(shù)效率平均值為0.644 3，高于主銷區(qū)糧食生產(chǎn)技術(shù)效率（0.640 0）和平衡區(qū)糧食生產(chǎn)技術(shù)效率（0.625 0），主產(chǎn)區(qū)的糧食生產(chǎn)技術(shù)效率高于主銷區(qū)和平衡區(qū)，中國(guó)劃分糧食功能區(qū)的初衷得到體現(xiàn)。

在環(huán)境和資源的雙重壓力下，國(guó)家多次提出提高化肥利用效率。1998-2016年全國(guó)及糧食生產(chǎn)三大功能區(qū)化肥利用效率均呈現(xiàn)逐步提高的趨勢(shì)，但其效率值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于糧食生產(chǎn)技術(shù)效率值。1998- 2016年全國(guó)化肥利用效率平均值為0.344 6，其中主產(chǎn)區(qū)的化肥利用效率為0.344 2，主銷區(qū)的化肥利用效率為0.351 9，平衡區(qū)的化肥利用效率為0.337 7，在研究期內(nèi)化肥利用效率，主銷區(qū)>主產(chǎn)區(qū)>平衡區(qū)。這主要是糧食主銷區(qū)所包含的省市自治區(qū)位于中國(guó)東部沿海地區(qū)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高且農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化程度較高，大量農(nóng)業(yè)機(jī)械得到廣泛使用，當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶為節(jié)約勞動(dòng)力成本，運(yùn)用機(jī)械施肥，采用深耕深施等技術(shù)，有效提高化肥的利用效率。而由于糧食平衡區(qū)所包含的省市自治區(qū)大多位于中國(guó)西部地區(qū)和貧困地區(qū)，農(nóng)戶收入較低，大量農(nóng)村勞動(dòng)力外出務(wù)工，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力的短缺，通過(guò)化肥、農(nóng)藥等農(nóng)業(yè)化學(xué)品的大量投入來(lái)替代勞動(dòng)力的趨勢(shì)已成為農(nóng)戶的普遍選擇，化肥施用量的增加導(dǎo)致化肥利用效率處于較低水平。

2.3 化肥施用效率時(shí)間維度分析

圖1可以看出，從絕對(duì)值來(lái)說(shuō)，無(wú)論是糧食生產(chǎn)技術(shù)效率還是化肥利用效率，從1998- 2016年均呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，且糧食生產(chǎn)技術(shù)效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于化肥利用效率。為了保障人們對(duì)于糧食的需求，國(guó)家出臺(tái)政策極力推進(jìn)糧食產(chǎn)量的增加，逐漸形成農(nóng)戶對(duì)化肥等化學(xué)品的依賴，化肥過(guò)量使用的現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮。但隨著生態(tài)環(huán)境的惡化，國(guó)家和社會(huì)各界開(kāi)始關(guān)注過(guò)量施肥的危害，并開(kāi)始引導(dǎo)農(nóng)戶的合理施肥行為。因此，從增長(zhǎng)率來(lái)看，雖然糧食生產(chǎn)技術(shù)效率和化肥利用效率增長(zhǎng)率呈現(xiàn)持續(xù)下降的趨勢(shì)，但是化肥利用效率的增長(zhǎng)率仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于糧食生產(chǎn)技術(shù)效率的增長(zhǎng)率。由于科學(xué)技術(shù)的研發(fā)和推廣需要一段時(shí)間，而且隨著糧食生產(chǎn)技術(shù)效率和化肥利用效率基數(shù)的增加，雖仍保持效率絕對(duì)值的增加，但直接影響到兩者增長(zhǎng)率的持續(xù)增長(zhǎng)。

3 中國(guó)糧食生產(chǎn)化肥利用效率收斂性分析

中國(guó)糧食生產(chǎn)化肥利用效率存在較大的區(qū)域差異，而不同區(qū)域化肥利用效率是否趨于相同效率水平，是本部分要研究的重要問(wèn)題。分別對(duì)全國(guó)糧食生產(chǎn)三大功能區(qū)（主產(chǎn)區(qū)、主銷區(qū)、平衡區(qū)）的化肥利用效率進(jìn)行σ收斂和β收斂分析，其中β收斂又包括絕對(duì)盧收斂和條件盧收斂。

3.1 σ收斂

隨著σ收斂廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，其計(jì)算方法也越來(lái)越豐富，現(xiàn)有研究中主要的計(jì)算方法有標(biāo)準(zhǔn)差、基尼系數(shù)、變異系數(shù)、泰爾指數(shù)等[17]，本研究選取變異系數(shù)進(jìn)行測(cè)度。

從圖2中可以看出，中國(guó)化肥利用效率變異系數(shù)從1999年的0.009 9逐漸下降到2016年的0.007 7，說(shuō)明中國(guó)各省市自治區(qū)之間的化肥利用效率差距在逐漸縮小。糧食三大功能區(qū)化肥利用效率變異系數(shù)的線性趨勢(shì)較明顯，均呈現(xiàn)不斷下降的趨勢(shì)，但又存在一定的差異;糧食主產(chǎn)區(qū)變異系數(shù)從1999年至2016年下降幅度最大，其次是糧食主銷區(qū)，最后是糧食平衡區(qū)?？傮w來(lái)說(shuō)，全國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)、糧食主銷區(qū)和糧食平衡區(qū)的化肥利用效率存在不同程度的σ收斂。

3.2 β收斂

3.2.1 絕對(duì)β收斂絕對(duì)β收斂是指不同區(qū)域化肥利用效率將會(huì)達(dá)到完全相同的穩(wěn)態(tài)水平，即各區(qū)域化肥利用效率最終會(huì)趨于一致，表明化肥利用效率低的區(qū)域其提升速率快于化肥利用效率高的區(qū)域。本研究利用Robert等[18]提出的檢驗(yàn)β收斂的方程：

絕對(duì)β收斂檢驗(yàn)結(jié)果（表5）表明，全國(guó)糧食生產(chǎn)三大功能區(qū)模型中β系數(shù)都為負(fù)值且在0.01水平顯著，表明化肥利用效率低水平的地區(qū)增速明顯快于高水平地區(qū)，其存在的差距逐漸縮小，各地區(qū)化肥利用效率最終將達(dá)到一個(gè)穩(wěn)態(tài)水平。

3.2.2 條件β收斂條件β收斂指由于每個(gè)區(qū)域存在不同的特征和條件，從而使化肥利用效率會(huì)朝著不同的穩(wěn)態(tài)水平趨近。本研究遵循一般思路，采用固定效應(yīng)模型對(duì)相關(guān)條件收斂性進(jìn)行檢驗(yàn)，設(shè)定條件收斂的檢驗(yàn)方程如下：

從表6可知，全國(guó)糧食生產(chǎn)三大功能區(qū)模型中β1系數(shù)都為負(fù)值，且在0. 01水平通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明全國(guó)糧食生產(chǎn)三大功能區(qū)的化肥利用效率均朝著各自的均衡水平調(diào)節(jié)，存在條件β收斂現(xiàn)象。

結(jié)合絕對(duì)β收斂和條件β收斂檢驗(yàn)結(jié)果表明，全國(guó)糧食生產(chǎn)三大功能區(qū)，其化肥利用效率均具有收斂特征，這說(shuō)明糧食主產(chǎn)區(qū)、主銷區(qū)和平衡區(qū)所包含省份的化肥利用效率的差異會(huì)逐漸縮小，同時(shí)各省份自身的效率水平也逐漸趨于穩(wěn)態(tài)。

4 討論

本研究運(yùn)用中國(guó)31個(gè)省市自治區(qū)1998-2016年糧食生產(chǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù)，采用隨機(jī)前沿生產(chǎn)函數(shù)模型測(cè)算全國(guó)范圍和糧食三大功能區(qū)的糧食生產(chǎn)化肥利用效率，并對(duì)其收斂性進(jìn)行檢驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn)：（1）糧食生產(chǎn)三大功能區(qū)的化肥利用效率存在一定的區(qū)域差異，考察期內(nèi)，糧食主銷區(qū)化肥利用效率最高，主產(chǎn)區(qū)次之，平衡區(qū)利用效率最低;（2）中國(guó)三個(gè)糧食功能區(qū)糧食生產(chǎn)技術(shù)效率和化肥利用效率均呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，但糧食生產(chǎn)技術(shù)效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于化肥利用效率;（3）全國(guó)糧食生產(chǎn)三大功能區(qū)的化肥利用效率均具有收斂特征，糧食主產(chǎn)區(qū)、主銷區(qū)和平衡區(qū)所包含省份的化肥利用效率的差異會(huì)逐漸縮小，同時(shí)各省份自身的效率水平也逐漸趨于穩(wěn)態(tài)。

在中國(guó)深化農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的背景下，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)化肥利用效率勢(shì)在必行。基于上述研究結(jié)論得到以下啟示：從整體來(lái)看，一是加大對(duì)農(nóng)戶的教育和培訓(xùn)，增強(qiáng)他們的綠色生產(chǎn)意識(shí)，提高農(nóng)戶對(duì)過(guò)量施肥和合理施肥的認(rèn)知，鼓勵(lì)在糧食生產(chǎn)中用有機(jī)肥、農(nóng)家肥替代化肥，提高化肥利用效率;二是加大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的推廣力度，促進(jìn)測(cè)土配方施肥技術(shù)的采納和運(yùn)用，積極引導(dǎo)農(nóng)戶根據(jù)不同區(qū)域土壤特性和自然環(huán)境進(jìn)行合理施肥。從區(qū)域來(lái)看，結(jié)合中國(guó)糧食生產(chǎn)的功能性分區(qū)，在充分發(fā)揮各區(qū)域功能性優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，不斷提高各區(qū)域糧食生產(chǎn)化肥利用效率，避免糧食主產(chǎn)區(qū)“產(chǎn)量化肥施用量，雙量齊飛”、糧食主銷區(qū)“過(guò)量化肥替代勞動(dòng)力”、糧食平衡區(qū)“認(rèn)知不夠，數(shù)量來(lái)湊”等現(xiàn)象的發(fā)生。

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（責(zé)任編輯：陳海霞）