種糧農(nóng)戶化肥施用技術(shù)效率及其影響因素
——基于河南省西華縣調(diào)研數(shù)據(jù)

孫芳玲

(河南財經(jīng)政法大學(xué) 農(nóng)林經(jīng)濟管理系 河南 鄭州：450000)

化肥的施用為中國糧食安全做出了極大貢獻，但化肥對糧食生產(chǎn)的貢獻率是逐年下降的[1]。房麗萍和孟軍基于1978—2010年間數(shù)據(jù)，測算得出化肥投入對糧食產(chǎn)量增長的貢獻率達20.79%[2]。李昊儒等經(jīng)研究得出2006—2010年化肥對糧食產(chǎn)量的影響率是11.1%[3]。統(tǒng)計資料顯示：我國化肥施用總量從1980年的1269.4萬噸(折純)增加到2017年5859.4萬噸，每公頃化肥施用量從86.72kg增加到352.27kg，整體化肥用量遠高于世界平均水平(每畝8公斤)，是美國的2.6倍，歐盟的2.5倍[4]?；世眯实南陆凳俏覈适┯脧姸仍黾拥闹鲗?dǎo)因素[5]。由于化肥不斷地被過量施用，一方面使得化肥對糧食生產(chǎn)的貢獻率不斷下降，另一方面造成資源浪費和嚴重的生態(tài)污染。

我國化肥、農(nóng)藥總投入不斷增加，農(nóng)業(yè)化學(xué)品施用存在過量投入、結(jié)構(gòu)失衡、技術(shù)落后等問題[6]。以往對化肥施用效率的相關(guān)研究分為宏觀與微觀兩個層面。從宏觀層面多采用具有一定時間跨度的面板數(shù)據(jù)分析化肥投入總量、走勢、地區(qū)差距、與發(fā)達國家的比較等方面。潘丹基于2004-2011年間31個省市的面板數(shù)據(jù)，采用因素分解方法發(fā)現(xiàn)研究期間我國化肥施用強度呈明顯上升趨勢，并且遠遠高于國際公認的目標范圍值[5]。朱寧等基于2004-2015年中國小麥主產(chǎn)省份的小麥生產(chǎn)投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)，利用SBM模型和ML指數(shù)測算得出主產(chǎn)省份小麥生產(chǎn)的化肥削減及碳減排潛力分別為0.54、0.37[7]。劉德偉等基于1997-2012年我國31個省區(qū)農(nóng)業(yè)投入和產(chǎn)出數(shù)據(jù)，采用CD隨機前沿生產(chǎn)函數(shù)(SFA)研究得出化肥投入的技術(shù)效率低于生產(chǎn)效率，只有0.603，各省化肥平均可節(jié)約0.37[8]。張永強等同樣是利用面板數(shù)據(jù)，從2004-2015年間的20個省份玉米投入生產(chǎn)數(shù)據(jù)，運用超越對數(shù)函數(shù)模型分析得出全國玉米生產(chǎn)效率為0.754，化肥投入效率均值為0.448，節(jié)肥潛力巨大[9]。

微觀層面多以調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，測算化肥投入效率、技術(shù)效率，采用計量經(jīng)濟模型分析影響農(nóng)戶化肥施用的內(nèi)外部因素。史常亮等利用4省577個水稻種植戶的微觀調(diào)研數(shù)據(jù)，采用基于SFA方法的單一投入要素技術(shù)效率測度模型，對我國農(nóng)戶化肥施用技術(shù)效率測算得出水稻種植農(nóng)戶的平均化肥施用技術(shù)效率僅為0.35，存在很大的節(jié)肥空間[10]。2005年中國經(jīng)濟作物的化肥施用量超過了總施肥量的50%，黃土高原蘋果生產(chǎn)的化肥利用效率平均為0.43，遠低于純技術(shù)效率0.78[11]。

對化肥技術(shù)效率的研究側(cè)重運用生產(chǎn)前沿理論，主要是基于參數(shù)估計的隨機前沿方法 (SFA) 和基于數(shù)學(xué)規(guī)劃的數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法 (DEA) 兩種。對于化肥技術(shù)效率影響因素主要運用Logit、Probit、Heckman兩步法和回歸分析等模型，影響因素主要有農(nóng)戶個體稟賦與家庭特征。

河南省是冬小麥主產(chǎn)區(qū)，化肥過量施用現(xiàn)象嚴重，2000年至2015年糧食主產(chǎn)區(qū)河南省的化肥施用強度每年都高于全國平均水平，而化肥的生產(chǎn)力卻低于全國平均水平[12]。西華縣是全國糧食生產(chǎn)先進縣，小麥播種面積103萬畝，土地質(zhì)量、生產(chǎn)條件、農(nóng)民生產(chǎn)意識極具代表性。糧食作物中，小麥的年均利潤僅為75.60元/畝，低于玉米和小麥。分析小麥化肥施用的技術(shù)效率與影響因素，可以為化肥減量增效提供切實可行的建議，縮減種植小麥成本，以便在保障糧食安全的同時實現(xiàn)小麥增收和土地資源的可持續(xù)發(fā)展。

1 構(gòu)建模型

本文采用隨機前沿生產(chǎn)函數(shù)(SFA)估計農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和化肥投入的單一要素技術(shù)效率?；适┯玫募夹g(shù)效率是假定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的投入和產(chǎn)出不變的情況下，化肥最小的投入與實際投入的比值[10]，比值越高，則化肥利用率越高。參考Reinhard[13]等的測算單一要素技術(shù)效率的方法，先假設(shè)隨機前沿函數(shù)為柯布—道格拉斯生產(chǎn)函數(shù)：

(1)

將(1)式的兩端取對數(shù)：

lnYik=β0+β1lnXik+β2lnSik+vik-uik

(2)

其中i表示第i個農(nóng)戶，k表示年份，Yik表示第i個農(nóng)戶在第k年的產(chǎn)出，Xik表示化肥投入，Sik表示除化肥以外的其他生產(chǎn)資料的投入，β0表示待估常數(shù)，β1表示化肥因素的待估參數(shù)，β2表示其他生產(chǎn)資料的待估計參數(shù)，(vik-uik)表示混合誤差項，vik和uik相互獨立，vik服從正態(tài)分布，反映隨機誤差，是不可控制的因素，如自然因素。假定uik服從N(0,σ2)，取截斷正態(tài)分布，表示技術(shù)無效率。

(3)

生產(chǎn)處于理想狀態(tài)時，(2)式的uik設(shè)為0，假設(shè)其他生產(chǎn)資料不變，產(chǎn)出不變的情況下，化肥最小的投入為X*ik，則(2)式可化為：

(4)

由于產(chǎn)出不發(fā)生變化，所以(2)式與(4)式相等，則：

(5)

TEi=e-uik/β1

(6)

根據(jù)(3)式可求出：uik=-lnPEi

采用柯布—道格拉斯生產(chǎn)函數(shù)，估計化肥施用技術(shù)效率的隨機前沿生產(chǎn)函數(shù)為：

lnYi=β0+β1lnX1i+β2lnX2i+β3lnX3i+

β4lnX4i+β5lnX5i+β6lnX6i+vik-uik

(7)

其中，Yi表示每畝農(nóng)作物產(chǎn)量(公斤)，X1i表示每畝化肥折純用量(公斤)，X2i表示每畝農(nóng)藥用量(元)，X3i表示每畝種子花費(元)，X4i表示每畝機械與灌溉花費(元)，X5i表示每畝勞動力投入(天)，X6i表示農(nóng)作物播種面積(畝)，βi表示待估參數(shù)(i=1，2，…，6)。假設(shè)vik與uik相互獨立，且vik服從正態(tài)分布，uik服從半正態(tài)分布。由(6)可知，第i個農(nóng)戶的化肥施用技術(shù)效率為：

TEi=e-uik/β1

化肥施用技術(shù)效率的影響因素因素研究采用Tobit模型代替最小二乘法。因為化肥施用的技術(shù)效率取值范圍是[0,1]，屬于受限變量。Tobit模型的函數(shù)表達式為：

TEi為化肥施用技術(shù)效率；Xi為影響化肥施用技術(shù)效率的因變量，包括農(nóng)戶個體與家庭因素，農(nóng)地經(jīng)營特征因素；βT為回歸系數(shù)向量，εi為服從正態(tài)分布的隨機項。

農(nóng)地經(jīng)營特征因素中，不少學(xué)者用辛普森系數(shù)來衡量土地細碎化程度[14]，森普森指數(shù)定義如下：

n表示地塊數(shù)，ai表示第i塊土地的面積。SI的取值在0～1之間，SI=0，說明農(nóng)戶只有一塊地，SI越接近1，土地的細碎化程度越嚴重。

2 數(shù)據(jù)來源與變量描述

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究使用的數(shù)據(jù)是2019年7月對河南省種糧農(nóng)戶的調(diào)查問卷，選擇這個時間段是因為距離2018年冬小麥收割時間較近，農(nóng)戶對相關(guān)數(shù)據(jù)記憶較深刻。選取小麥播種面積大且處于典型中原地貌的西華縣作為代表縣。按照經(jīng)濟發(fā)展水平五等分所有鄉(xiāng)鎮(zhèn)，每份隨機抽取一個，得到5個樣本鎮(zhèn)。同樣，樣本鎮(zhèn)中按照經(jīng)濟水平將所有村莊分為三組，每組隨機抽取一個，得到3個樣本村。每村隨機抽取24戶。共計360個樣本戶，通過提前預(yù)約樣本戶和樣本村村干部，由經(jīng)過培訓(xùn)的本地調(diào)查員進行一對一入戶訪談。調(diào)研共發(fā)放360份，回收360份，有效問卷359份，有效率為99.7%。問卷的內(nèi)容包括農(nóng)戶的家庭基本情況、生產(chǎn)條件、生產(chǎn)經(jīng)營情況和對生產(chǎn)經(jīng)營行為的認知等方面信息。

2.2 變量描述

整理調(diào)研數(shù)據(jù)得出小麥隨機前沿生產(chǎn)函數(shù)變量描述，如表1。根據(jù)第二部分的模型設(shè)計，計算小麥技術(shù)效率投入變量主要有每畝化肥折純用量(公斤)，每畝農(nóng)藥用量(元)，每畝種子花費(元)，每畝機械和灌溉花費(元)，每畝勞動力投入(天)，每畝小麥物播種面積(畝)，產(chǎn)出變量為每畝小麥產(chǎn)量(公斤)。

表1 小麥生產(chǎn)函數(shù)中的變量描述

數(shù)據(jù)來源：調(diào)研數(shù)據(jù)整理。

3 實證結(jié)果與分析

3.1 化肥施用技術(shù)效率測算

由于假設(shè)隨機誤差服從正態(tài)分布，技術(shù)無效率uik的概率密度是均值為0，方差為σ2的正態(tài)概率密度函數(shù)的截斷形式，且二者互不相關(guān)，相互獨立，傳統(tǒng)普通最小二乘法(OLS)無法獲取截距系數(shù)的無偏估計量，更合適的方法是采取最大似然法(ML)來估計模型。本文采用Frontier4.1軟件包進行模型估計，參數(shù)γ表示技術(shù)無效方差占總方差的比例，根據(jù)模型定義其取值范圍是[0，1]，如果γ=0，則模型不存在技術(shù)無效，本模型不適用。根據(jù)模型運算結(jié)果表2可以看出，模型中部分數(shù)據(jù)具有統(tǒng)計顯著性，其中γ值為0.9761，通過了1%的顯著性檢驗，表明模型適用，同時也表示有大約97%的產(chǎn)出隨機因素可以用技術(shù)無效解釋。化肥用量在10%的顯著水平對小麥產(chǎn)量有正向影響，但化肥對小麥產(chǎn)量影響的彈性較小，若繼續(xù)增加化肥施用，則可能造成邊際報酬的減少。

表2 小麥隨機前沿生產(chǎn)函數(shù)參數(shù)估計結(jié)果

“*”、“**”、“***”分別表示在10%、5%、1%的顯著水平顯著。

根據(jù)Frontier4.1給出的第三部分運算結(jié)果(表3)可以看出，農(nóng)戶的平均生產(chǎn)效率(mean efficiency)為0.842，即若消除技術(shù)無效因素，以當(dāng)前投入可提高約15.8%的產(chǎn)量。小麥隨機前沿生產(chǎn)函數(shù)的參數(shù)估計結(jié)果結(jié)合推導(dǎo)公式(6)可以求出第i個農(nóng)戶的化肥施用技術(shù)效率，所有農(nóng)戶施肥技術(shù)效率的平均值為0.3444，表明其他投入要素不變，化肥施用量減少66%，小麥產(chǎn)出不變?；释度胗?6%的占比是過量的，樣本中化肥折純每畝平均投入為38.09公斤，即化肥每畝過量施用25.13公斤。

表3 農(nóng)戶生產(chǎn)效率與化肥施用的技術(shù)效率

按照化肥技術(shù)效率將農(nóng)戶化肥利用情況分為四等級：技術(shù)效率是0.8-1區(qū)間的農(nóng)戶化肥利用高，但占比僅為1.11%；技術(shù)效率在0.6-0.8區(qū)間的農(nóng)戶化肥利用較高，占比17.83%；技術(shù)效率在0.4-0.6區(qū)間的農(nóng)戶化肥利用情況一般，占比為23.68%；技術(shù)效率在0-0.4區(qū)間的農(nóng)戶化肥利用低，化肥過量施用嚴重，占比為57.38%。在調(diào)研樣本中，有一半多的農(nóng)戶化肥用量亟待改善。調(diào)研的359位農(nóng)戶中不同等級化肥施用技術(shù)效率的占比見圖1。

圖1 農(nóng)戶化肥施用的技術(shù)效率占比

3.2 農(nóng)戶化肥施用技術(shù)效率的影響因素

3.2.1 模型變量選取

以往的研究對于農(nóng)戶化肥施用技術(shù)效率的影響因素可分為內(nèi)部因素與外部因素兩類，內(nèi)部因素注重農(nóng)戶個體特征、家庭特征、風(fēng)險態(tài)度、環(huán)保認知和生產(chǎn)特征等；外部因素注重政策、生產(chǎn)組織形式等。本文主要關(guān)注微觀個體的內(nèi)部因素。

農(nóng)業(yè)主要從事者年齡，黎孔清、馬豆豆認為戶主年齡對化肥減量投入有顯著負向影響，戶主年齡越大，減少化肥施用的可能性越小[15]。

文化程度，史常亮等研究認為農(nóng)民受教育水平與小麥化肥投入效率之間呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)關(guān)系[10]。文化程度越高，對新興事物的接受程度越高，相關(guān)的環(huán)境污染意識與環(huán)境保護的責(zé)任度越高，對于種植小麥的生產(chǎn)投入更理性，化肥施用效率可能越高。

種糧年數(shù)代表受訪者從事農(nóng)業(yè)工作的經(jīng)驗，是否從事農(nóng)業(yè)勞動時間越長，對化肥的利用就更合理有待討論。

農(nóng)業(yè)收入占比，馬才學(xué)等研究認為不同生計類型的農(nóng)戶農(nóng)藥化肥施用強度存在顯著差異[16]，兼業(yè)農(nóng)戶的化肥施用強度小于純農(nóng)戶，也就是說當(dāng)農(nóng)業(yè)收入占家庭收入100%時，農(nóng)戶對于農(nóng)業(yè)的收入看重，因此會對農(nóng)業(yè)常年保持一個較高的投入，以提高產(chǎn)量，這勢必會造成化肥投入過量。

務(wù)農(nóng)勞動力占比，家庭務(wù)農(nóng)勞動力較多，化肥與勞動力之間存在替代關(guān)系[19]，化肥用量可能會減少，化肥技術(shù)效率上升。

種植規(guī)模，張永強等認為中國玉米種植規(guī)模與玉米化肥投入效率成正相關(guān)關(guān)系[9]；張波與白秀廣對黃土高原產(chǎn)區(qū)358個蘋果種植戶的微觀數(shù)據(jù)研究后認為種植面積對化肥利用率有正影響[11]。農(nóng)戶經(jīng)營規(guī)模越大，越有利于降低成本，對于新型的節(jié)肥技術(shù)和長久的地力調(diào)整會比較重視。

土地細碎化程度，黎孔清和馬豆豆認為農(nóng)地細碎化程度越高,越不利于化肥減量施用[15]。楊慧蓮等實證驗證了土地細碎化對從事糧食作物生產(chǎn)的家庭農(nóng)產(chǎn)和專業(yè)大戶有生產(chǎn)成本有正向影響，土地每增加一塊，單位產(chǎn)量化肥成本增加0.86%[17]。土地越細碎，化肥技術(shù)效率可能越低。

土壤板結(jié)，單一的土壤板結(jié)并不能概括土壤質(zhì)量，但從農(nóng)戶主觀上是最容易判斷出土壤質(zhì)量好壞的。土壤肥力對農(nóng)戶采取有機肥替代化肥行為有顯著影響[18]。

按照以上篩選的農(nóng)戶特征對樣本進行梳理，如表4。年齡在40-50歲區(qū)間的農(nóng)戶化肥施用技術(shù)效率最高；大專文化程度的農(nóng)戶化肥施用技術(shù)效率最高，但高中以上文化程度的占比比較小，僅有18.38%；種糧年數(shù)在41-50年之間的農(nóng)戶化肥施用平均技術(shù)效率最高；農(nóng)業(yè)收入占家庭收入0%-20%的農(nóng)戶的化肥施用平均技術(shù)效率最高，為0.3970；務(wù)農(nóng)勞動力占家庭勞動力比例越高，化肥施用技術(shù)效率越高。土地細碎化程度越高，化肥施用技術(shù)效率越低；土壤板結(jié)與不板結(jié)的化肥施用技術(shù)效率變化不大；小麥經(jīng)營面積越大，化肥施用的平均技術(shù)效率越高。

表4 西華縣樣本農(nóng)戶的基本統(tǒng)計特征

3.2.2 實證檢驗與分析

運用stata14對樣本數(shù)據(jù)進行Tobit回歸分析，結(jié)果如表5所示。

表5 小麥化肥技術(shù)效率影響因素實證分析結(jié)果

注：“*”“**”“***”分別表示在10%、5%、1%水平顯著性。

從表5中可以得出如下分析結(jié)果：

(1)農(nóng)戶的年齡對化肥技術(shù)效率的影響并不顯著。隨著年齡的增長，農(nóng)戶的認知能力，身體狀況等條件下降，不能夠及時了解新興化肥品種，對環(huán)境保護的概念比較薄弱，由于身體條件下降而使用“一炮轟”式的施肥方式都使得化肥技術(shù)效率居高不下。

(2)文化程度對化肥技術(shù)效率在5%的水平呈現(xiàn)正向的顯著影響。文化程度越高，化肥的技術(shù)效率越高，越有利于化肥減量增效。

(3)種糧年數(shù)對化肥技術(shù)效率的影響不明顯?？赡艹Ｄ旯逃械母髂Ｊ椒炊鴷沟檬┓市问焦袒?，而土地從家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制實施以來一直以高度集約的生產(chǎn)模式在供給，土壤質(zhì)量質(zhì)量下降，而農(nóng)戶依據(jù)種糧經(jīng)驗靠施肥增產(chǎn)，造成土壤污染、肥力下降的惡性循環(huán)。

(4)農(nóng)業(yè)收入占比對化肥技術(shù)效率影響是反向的，在1%水平顯著。農(nóng)業(yè)收入占家庭收入比例越高，農(nóng)戶對小麥生產(chǎn)的產(chǎn)出越重視，勢必會導(dǎo)致化肥、農(nóng)藥等農(nóng)資過量投入。

(5)務(wù)農(nóng)勞動力占比在1%的水平對化肥技術(shù)效率有顯著正向影響。當(dāng)勞動力上升時，化肥的施用量會下降，化肥技術(shù)效率提高。說明化肥與勞動之間存在替代關(guān)系，這與胡楊、楊泳冰研究結(jié)果一致[19]。

(6)小麥經(jīng)營總面積對化肥技術(shù)效率影響在10%水平是顯著的?？偯娣e越大，越有利于減少化肥投入，這與Ju X T[20]研究結(jié)論相同。一定規(guī)模的農(nóng)戶對于土地狀態(tài)會更加重視，相關(guān)化肥減施政策更了解，相關(guān)因素都有利于化肥減量增效。

(7)土地細碎化程度對化肥技術(shù)效率影響是反方向的，在10%水平顯著。由于土地細碎，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)無法應(yīng)用，或者在市場上購買時比較難購買到，需要勞動投入增加，造成農(nóng)戶選擇增加化肥投入來減少勞動。

(8)土壤板結(jié)對化肥技術(shù)效率影響是正面的。土壤質(zhì)量情況越好，越有利于化肥減量增效。農(nóng)戶通過主觀判斷土壤貧瘠的情況，去增加或減少化肥用量，土壤越肥沃，土地產(chǎn)出越高，化肥的投入可能就會減少。

4 結(jié)論與建議

通過對西華縣359戶小麥農(nóng)戶調(diào)研數(shù)據(jù)的整理分析，發(fā)現(xiàn)西華縣小麥農(nóng)戶的化肥技術(shù)效率為0.3444，化肥每畝過量施用25.13公斤。農(nóng)戶文化程度、務(wù)農(nóng)勞動力占比和經(jīng)營面積對化肥技術(shù)效率有顯著正向影響；年齡、種糧年數(shù)和土壤板結(jié)對化肥施用效率有正向影響，但不顯著；農(nóng)業(yè)收入占比、土地細碎化程度對化肥技術(shù)效率有顯著負向影響。

根據(jù)研究結(jié)論，對河南省小麥農(nóng)戶提高化肥施用技術(shù)效率，實現(xiàn)化肥減量增效，提出如下幾點建議：(1)廣泛開展化肥減量增效宣傳，通過講課、田間示范等形式對農(nóng)戶施肥技術(shù)進行培訓(xùn)，注意不同文化程度農(nóng)戶的接受程度不同，可以先從文化水平較高的農(nóng)戶作為試點，發(fā)揮示范帶動作用；積極與市場合作，例如種子公司、化肥公司，引導(dǎo)市場研發(fā)環(huán)境友好型肥料，組織專業(yè)的技術(shù)人員幫助農(nóng)戶修復(fù)土壤；(2)推動土地流轉(zhuǎn)，鼓勵進城務(wù)工返鄉(xiāng)人員創(chuàng)業(yè)，通過村小組、村委形式招標流轉(zhuǎn)土地，以減少承包戶的土地細碎化程度；(3)培育新型經(jīng)營主體，對糧食規(guī)模農(nóng)戶給與適當(dāng)補貼與技術(shù)支持，以此減少兼業(yè)農(nóng)戶，提高糧食生產(chǎn)的專業(yè)性；積極發(fā)展村集體經(jīng)濟，提高農(nóng)戶組織化程度和收入水平。