江蘇農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入要素對(duì)產(chǎn)量的影響研究

陳春蘭 史琛 金濤

[摘要]為了探明江蘇糧食產(chǎn)量與主要生產(chǎn)投入要素的關(guān)系，利用多元線性回歸模型對(duì)1978-2018年江蘇糧食產(chǎn)量與生產(chǎn)投入要素的聯(lián)系進(jìn)行分析。結(jié)果表明：化肥施用量、機(jī)械化水平和種植面積對(duì)江蘇糧食產(chǎn)量影響較大，作用因子分別為1.3914、1.1846和0.8264，而農(nóng)用薄膜和農(nóng)藥的使用對(duì)江蘇糧食產(chǎn)量增長(zhǎng)具有副作用，作用因子分為-0.5775和-0.1118，增加有效灌溉面積也能增加糧食產(chǎn)量。針對(duì)江蘇糧食生產(chǎn)提出合理增加化肥使用、增加種植面積和提升機(jī)械化水平的建議，增強(qiáng)江蘇稻米產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在動(dòng)力。

[關(guān)鍵詞]糧食產(chǎn)量;生產(chǎn)要素;江蘇

[中圖分類號(hào)]F323

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

江蘇是我國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)之一，受益于氣候、地理和耕種技術(shù)進(jìn)步等方面的優(yōu)勢(shì)，江蘇糧食產(chǎn)量連續(xù)多年實(shí)現(xiàn)豐產(chǎn)豐收，很好的保障了江蘇的口糧安全。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口的不斷提高，穩(wěn)定增長(zhǎng)的糧食產(chǎn)量是糧食安全的重要支撐。

糧食的生產(chǎn)受農(nóng)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r和自然條件的影響。研究影響糧食產(chǎn)量的因素有助于分析口糧增長(zhǎng)受限原因，為增強(qiáng)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力提供方向。國(guó)內(nèi)多名學(xué)者通過(guò)選取某時(shí)間段內(nèi)糧食產(chǎn)量與影響因素的數(shù)據(jù)建立模型分析其作用關(guān)系，普遍認(rèn)為糧食種植面積，化肥使用量，機(jī)械化耕種水平對(duì)糧食的生產(chǎn)有正面作用。韓葉梓認(rèn)為機(jī)械化的投人能促進(jìn)糧食面積的增加，從而提高糧食產(chǎn)量。譚忠昕發(fā)現(xiàn)拋開(kāi)自然降水的不可控制因素，人為的有效灌溉面積是糧食增產(chǎn)的重要因素。孫小鈞認(rèn)為化肥的合理使用能增加糧食生產(chǎn)的效率。劉珍環(huán)研究發(fā)現(xiàn)我國(guó)水稻種植面積變化對(duì)產(chǎn)量增減具有重要影響，其中產(chǎn)量增加表現(xiàn)為面積與非面積因素的共同作用。徐建玲等認(rèn)為加快農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)推廣，提高糧食單產(chǎn)是保障江蘇糧食安全的根本途徑。

針對(duì)糧食生產(chǎn)要素對(duì)產(chǎn)量的影響研究的回歸模型，以往的研究多采用數(shù)據(jù)分析軟件作為研究工具，以整體數(shù)據(jù)作為分析樣本，根據(jù)指標(biāo)數(shù)據(jù)提出觀點(diǎn)。本研究基于線性回歸模型采用部分?jǐn)?shù)據(jù)作為分析來(lái)源，得出模型后對(duì)剩余數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)與真實(shí)值的擬合程度越高，說(shuō)明模型對(duì)未來(lái)數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢(shì)表達(dá)更準(zhǔn)確。該方法應(yīng)用于研究生產(chǎn)要素對(duì)產(chǎn)量影響上，能明確調(diào)整投人的方向和程度，為產(chǎn)量持續(xù)增長(zhǎng)提供思路和方法，保障糧食產(chǎn)業(yè)內(nèi)在發(fā)展動(dòng)力。

研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1研究方法

1.1.1模型選擇。糧食生產(chǎn)是一種精耕細(xì)作的集約型勞動(dòng)，除了自然天氣的作用，其產(chǎn)量受農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素的投入的影響明顯。糧食生長(zhǎng)需要良好的灌溉條件，充足的肥料，及時(shí)的農(nóng)藥化肥施撒等，例如在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)進(jìn)步的生產(chǎn)條件下，運(yùn)用農(nóng)膜技術(shù)能極大改善作物生長(zhǎng)條件，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增收;農(nóng)用機(jī)械的進(jìn)步提升了耕作效率！，進(jìn)一步解放了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力。因此在沒(méi)有特大千旱洪澇災(zāi)害的情況下，糧食的產(chǎn)量是多種要素共同作用的結(jié)果。本研究構(gòu)造多元線性回歸模型對(duì)影響糧食生長(zhǎng)的因素進(jìn)行分析，模型如下：

其中，y是因變量，表示江蘇糧食的產(chǎn)量;Xla……Xxs是自變量，表示江蘇糧食生產(chǎn)要素的投人量，Bo……Bw是回歸系數(shù)，指各個(gè)生產(chǎn)要素對(duì)產(chǎn)量的影響因子;s是剩余項(xiàng)，代指其他影響因素，如：無(wú)法獲得的生產(chǎn)要素投人、數(shù)據(jù)收集誤差、模型內(nèi)在誤差和變量?jī)?nèi)在誤差等。

1.1.2變量選擇與說(shuō)明?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)的糧食生產(chǎn)是自然生長(zhǎng)和技術(shù)生產(chǎn)的有機(jī)結(jié)合。江蘇作為中國(guó)糧食生產(chǎn)的重點(diǎn)區(qū)域之一，擁有肥沃雨水充沛的谷物生長(zhǎng)條件，這也是糧食生產(chǎn)中最重要的兩種投入要素。作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展大省，改革開(kāi)放以來(lái)江蘇的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)不斷進(jìn)步，機(jī)械化水平不斷提高，農(nóng)膜農(nóng)藥和化肥等生產(chǎn)資料的出現(xiàn)解放了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力。

為更好分析江蘇1978-2018年糧食生產(chǎn)量的變化與各生產(chǎn)要素投人的規(guī)律，筆者提出以下6種假設(shè)：

假設(shè)一：我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步空間較大，在過(guò)去40年內(nèi)，糧食產(chǎn)量的變化與農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平成正比變化關(guān)系，即機(jī)械代替勞力能提高生產(chǎn)力，提升糧食產(chǎn)量。

假設(shè)二：肥料是糧食作物生長(zhǎng)的重要養(yǎng)分來(lái)源，能促進(jìn)碳水化合物的合成和新陳代謝，加速谷物分蘗，提高化肥的使用能增加糧食的產(chǎn)量。

假設(shè)三：糧食離不開(kāi)灌溉，糧食的幼苗生長(zhǎng)在水中，且在生長(zhǎng)過(guò)程中需提供充足的水分，因此灌溉面積和糧食產(chǎn)量有正相關(guān)關(guān)系。

假設(shè)四：農(nóng)膜技術(shù)能促進(jìn)作物的生長(zhǎng)，增加作物復(fù)種指數(shù)，江蘇屬于亞熱帶，谷物熟制為稻麥兩熟，且糧食種植時(shí)間集中在6月至10月，氣溫較高，適度較大，推廣農(nóng)膜技術(shù)未能對(duì)糧食產(chǎn)量產(chǎn)生顯著提升。

假設(shè)五：農(nóng)藥具有防治農(nóng)作物病害，除草和殺蟲(chóng)的作用，但隨著雜草和病蟲(chóng)抗藥性的增強(qiáng)，對(duì)農(nóng)藥的需求也逐漸增大，所以，農(nóng)藥的增加能提升防治效果，糧食產(chǎn)量也增多。

假設(shè)六：江蘇人口眾多，在應(yīng)對(duì)糧食需求上，開(kāi)辟多處荒野用于種植谷物，以糧食為代表提出“萬(wàn)畝良田計(jì)劃”，卓見(jiàn)成效，糧食常量逐步提高，此外由于規(guī)?；б娴拇嬖?，大田生產(chǎn)較小農(nóng)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)力更加強(qiáng)勁，因此可認(rèn)為種植面積的擴(kuò)大對(duì)糧食產(chǎn)量具有提升作用。

為驗(yàn)證假設(shè)合理性，分別對(duì)江蘇糧食1978-2018年產(chǎn)量和機(jī)械化水平（農(nóng)業(yè)機(jī)械化總動(dòng)力）、化肥施用量、有效灌溉面積、農(nóng)藥使用量、農(nóng)用塑料薄膜使用量、糧食種植面積做線性圖，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，6種假設(shè)合理，整體上線性關(guān)系是存在的。所以本研究選取以上六種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素為研究對(duì)象，用線性回歸研究生產(chǎn)要素對(duì)江蘇糧食產(chǎn)量的影響是可行的。

1.2數(shù)據(jù)來(lái)源與變量處理

各變量數(shù)據(jù)采用的樣本選取1978-2018年江蘇歷年的有關(guān)糧食生產(chǎn)活動(dòng)的相關(guān)數(shù)據(jù)，來(lái)源于《江蘇省農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》。由于選取的六種生產(chǎn)要素量化單位不同，所以數(shù)值存在數(shù)量級(jí)差異，需進(jìn)行處理，本研究以各類要素均值為中心，方差為單位分量，進(jìn)行縮放處理。

2結(jié)果分析

2.1模型回歸結(jié)果

使用多元線性回歸模型為本研究模型（隨機(jī)種子random_state=：532），劃分模型學(xué)習(xí)與預(yù)測(cè)的比例為4：1，迭代出參數(shù)后帶人預(yù)測(cè)部分?jǐn)?shù)據(jù)，驗(yàn)證模型擬合情況，并交叉驗(yàn)證。最終得回歸系數(shù)Po....P6依次為：0.03234、0.8264、1.3914、0.1253、-0.1118、-0.5776、1.1846。均方差誤差為0.4965，R'為0.81。即：

其中：ya代表a年江蘇的糧食產(chǎn)量，a代表年份，從1978年至2018年，xIa、x2a、Xza、x4a、x5a、x6a分別代表機(jī)械化水平、化肥施用量、有效灌溉面積，農(nóng)藥使用量、農(nóng)膜使用量和種植面積。

對(duì)測(cè)試集的數(shù)據(jù)驗(yàn)證結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以看出，使用訓(xùn)練集產(chǎn)生的多元線性回歸模型在帶人測(cè)試集數(shù)據(jù)后與真實(shí)數(shù)據(jù)擬合程度高。

2.2參數(shù)回歸預(yù)測(cè)與真實(shí)產(chǎn)的擬合程度分析

為分析模型對(duì)原始數(shù)據(jù)的表達(dá)情況，將多元線性回歸模型參數(shù)帶人數(shù)據(jù)樣本，與真實(shí)值做對(duì)比圖，并參照1978-2018年間江蘇糧食產(chǎn)量的變化趨勢(shì)，如圖3所示。

從圖3中可以看出，所選模型的預(yù)測(cè)值與真實(shí)值擬合程度好，可以從模型的特征表示原始真實(shí)值的特征，即從模型表征的結(jié)果得出的結(jié)論是有依據(jù)的。

2.3對(duì)回歸結(jié)果的解釋

從上述實(shí)證分析的結(jié)果來(lái)看，江蘇糧食生產(chǎn)受農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料投入的影響，其中化肥使用量、種植面積、機(jī)械化水平三種生產(chǎn)要素和糧食產(chǎn)量呈正相關(guān)，而農(nóng)藥使用和農(nóng)用薄膜的使用與之呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，有效灌溉面積的影響與其他要素較弱。

由此看出化肥使用量對(duì)江蘇糧食的生產(chǎn)有重要作用，這可能是江蘇所處的氣候條件決定的。充足的光照有利于稻苗的生長(zhǎng)，抽穗，灌漿，增加施肥能促進(jìn)其生長(zhǎng)。同時(shí)江蘇地區(qū)夏季多雨的氣候會(huì)導(dǎo)致肥料的流失，因此投人更多的化肥是增加產(chǎn)量的關(guān)鍵。

1978年自實(shí)行家庭年產(chǎn)承包責(zé)任制以來(lái)江蘇稻米產(chǎn)量穩(wěn)步升高，同時(shí)國(guó)家在農(nóng)用機(jī)械方面實(shí)行大量補(bǔ)貼，農(nóng)用機(jī)械化水平的不斷提升，解放了生產(chǎn)力，糧食產(chǎn)量在1999年達(dá)到最高。

1999-2004年，糧食價(jià)格低廉，江蘇的種植面積減少，糧食產(chǎn)量下降。2006年以后，國(guó)家推廣三農(nóng)政策，實(shí)行保底糧價(jià)收購(gòu)，激發(fā)了農(nóng)戶糧食種植的激情，種植面積再度上升，產(chǎn)量隨之提高。

2.4模型的特點(diǎn)和局限性

特點(diǎn)：數(shù)據(jù)信息表達(dá)程度更高。本模型是采用迭代的方法優(yōu)化參數(shù)，損失函數(shù)為：

用RSS（殘差平方和）最小使真實(shí)數(shù)據(jù)與預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)最接近，觀察預(yù)測(cè)值與真實(shí)值的擬合情況判斷模型的優(yōu)劣，最終選定符合本數(shù)據(jù)集特，點(diǎn)的參數(shù)作為影響因子系數(shù)，模型繼承了數(shù)據(jù)特異性，表達(dá)出原始數(shù)據(jù)的內(nèi)價(jià)值，即各個(gè)生產(chǎn)要素對(duì)產(chǎn)量的影響程度。此外，隨著迭代次數(shù)的增加，能減小特殊年份數(shù)據(jù)異常時(shí)對(duì)整體回歸性能的影響。

局限性：有限的自變量。由于選取數(shù)據(jù)的有限，列舉的影響江蘇糧食生產(chǎn)要素是有限的，必然會(huì)忽略如天氣、政策、科技進(jìn)步、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)理念的轉(zhuǎn)變等要素的影響。所忽略的要素影響能力無(wú)法量化，致使模型評(píng)估和預(yù)測(cè)能力有限;模型的不唯一性，選取用來(lái)學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)樣本存在多種可能，不同數(shù)據(jù)樣本所迭代出的數(shù)值不相等。

3結(jié)論與建議

3.1結(jié)論

模型分析結(jié)果顯示：各農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素在對(duì)江蘇糧食產(chǎn)量的影響上具有差異性?；实氖┯昧繉?duì)糧食產(chǎn)量的增長(zhǎng)有促進(jìn)作用，強(qiáng)度最高，作用彈性系數(shù)為1.3914;其次是種植面積，隨著種植面積的增加，糧食的產(chǎn)量不斷提高，作用彈性系數(shù)為1.1846;機(jī)械化水平對(duì)糧食產(chǎn)量的影響比較平緩，排在第三。農(nóng)藥和農(nóng)用塑料薄膜的使用不能提高糧食產(chǎn)量，模型中呈現(xiàn)頻相關(guān)，有效灌溉面積對(duì)糧食產(chǎn)量影響小。

3.2建議

（1）合理的增加化肥施灑，同時(shí)改進(jìn)施肥技術(shù)，保證肥料高效利用。中國(guó)化肥使用總量較大，但是氮肥當(dāng)季利用率只有30%～35%左右，低于世界發(fā)達(dá)國(guó)家20個(gè)百分點(diǎn)。推廣肥基檢測(cè)技術(shù)，實(shí)施精準(zhǔn)施肥是解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中肥料利用率低的重要途徑，也是提高糧食產(chǎn)量的可選之路之一。

（2）優(yōu)化糧食種植布局，提高機(jī)械化水平，釋放農(nóng)業(yè)產(chǎn)能。保持現(xiàn)有糧食生產(chǎn)的前提下，以開(kāi)墾的方式增加糧食種植面積能明顯提升糧食產(chǎn)量，也是推廣農(nóng)業(yè)機(jī)械化提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的重要舉措。

（3）倡導(dǎo)綠色生產(chǎn)，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)核心競(jìng)爭(zhēng)力。選育高產(chǎn)抗病良種，減少農(nóng)藥和農(nóng)用薄膜的使用，不但能節(jié)約生產(chǎn)成本，更是農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展的必然要求，增強(qiáng)農(nóng)產(chǎn)品的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

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