氣候變化對中國南方水稻產量的經濟影響及其適應策略＊

周曙東 朱紅根,2

(1.南京農業大學經濟管理學院,江蘇南京210095;2.江西農業大學經貿學院,江西南昌330045)

氣候變化對中國南方水稻產量的經濟影響及其適應策略＊

周曙東1朱紅根1,2

(1.南京農業大學經濟管理學院,江蘇南京210095;2.江西農業大學經貿學院,江西南昌330045)

文章通過構建經濟-氣候模型(簡稱C-D-C模型),運用計量經濟模型實證分析氣候變化對南方水稻產量的影響,并對未來氣候變化情景的影響進行了模擬評估。結果表明,氣候對南方地區水稻產量有顯著負影響,且氣候對各區域影響存在差異,降水對華南、華中和華東地區有負的作用,而對西南地區有一定正影響;溫度對西南、華南、華東和華中地區都有負的影響,未來氣候變化情景對南方水稻產量的影響以減產為主,應引起政府和農戶的高度重視。最后,根據實證分析結果,提出了南方地區水稻生產適應氣候變化的對策建議。

氣候變化;水稻產量;經濟影響;中國南方;C-D-C模型

在20世紀綠色革命時期,農業生產的快速增長主要依靠現代要素投入及灌溉和化肥投入的增加,綠色革命使發展中國家的食物供給能滿足不斷增長的人口需求,但是,由于受各種因素的影響,世界各國特別是發展中國家的糧食安全問題面臨考驗,這種考驗由于受氣候變化的影響變得更加日益嚴峻[1]。因此分析氣候變化對糧食產量的影響顯得非常必要,這對于保障我國糧食安全,調整農業發展戰略具有重要的指導作用。關于影響作物生產的因素,許多因內外學者都作了大量研究[2-3],通常情況下,通過增加物質要素投入,提高管理水平都能增加作物產量,但是并不意味可以忽視氣候變化對農業的影響,特別是在當前氣候變化明顯的情況下。

關于氣候變化對農作物產量的影響仍然顯得不確定,有許多學者[4-5]主要利用間接作物模型評估了氣候變暖對作物產量的影響,但只有少部分學者實證分析過去氣候變化對作物產量的直接影響,如有研究結果表明,在作物生長期間,溫度每上升1℃,美國的玉米和大豆產量就會下降17%[6];通過分析了夜溫與水稻產量之間的關系,結果表明,夜溫越高,水稻產量越低[7];美國學者構建了一個自變量不僅包括了玉米關鍵生長期的氣候因子,而且還包括一系列社會經濟因素的混合模型,并利用多元回歸法分析了氣候變化對美國玉米產量的影響[8];中國臺灣學者構建了包括氣候因子和經濟因子在內的氣候變化影響模型,并運用面板數據模型評估了氣候變化對臺灣15個地區59種農作物的潛在影響,結果顯示,氣候變化對臺灣蔬菜有積極影響,而對谷類作物有負的影響[9]。我國科學家利用經濟模型研究氣候變化對農業影響的工作涉及不多,丑潔明,葉篤正等人將氣候變化研究和農業經濟研究相結合,在傳統C-D生產函數模型的基礎上,加入了氣候因素,構建經濟—氣候新模型用來評價氣候變化對糧食產量的影響,得出3月和6月的降水量對全年糧食產量有著重要影響,結果明顯好于沒有添加氣候因子的模擬[10]。

綜上所述,在我國的氣象學研究中,尚未普遍引入經濟學的理論和方法,而經濟學家則缺乏氣候變化的概念,使得這一交叉領域的研究進展緩慢[11]。我國經濟學界大部分學者在分析農業生產的影響因素時,通常只將各種物質要素投入、制度因素及區域特征因素納入模型,較少考慮氣候因子對農業生產的影響,忽視了氣候變量在農業生產的重要作用,而自然科學研究氣候變化對農業的影響時,主要是從自然生態因素的變化探討農業波動可能受到的影響,所采用的方法是純自然的實驗研究方法,需要有堅實的觀測實驗基礎,一般不涉及社會經濟因素。眾周所知,農業生產受社會經濟因素和氣候因素的共同影響,氣候變化對農業的影響取決于不同農業區的不同氣候條件和經濟條件及農業政策的相互作用,需要作為氣象學與經濟學的交叉學科問題來加以探討。

因此,本文以C-D生產函數為理論基礎,通過在模型中增加氣候變量,構建“經濟-氣候”新模型,簡稱為C-D-C模型,實證分析氣候變化對南方地區水稻產量的影響,并對未來氣候變化情景的潛在影響進行模擬評估。

1 模型構建

1.1 理論模型

通常,水稻生產存在多種多樣的相互依存的數量關系,它是自然生產與社會生產相結合的過程,它不僅受溫度、降水等氣候因素和化肥、勞動力、機械等要素投入的影響,而且還受技術進步、管理水平、制度變遷及區域特征影響。因此,水稻產量的影響因素理論模型如下:

Y=F(Xj,Cn,Dm,TE,Tr)

其中,Y表示水稻產量;Xj表示一系列的土地、勞動力、化肥、機械等物質要素的投入;Cn表示溫度、降水量等氣候變量;Dm為一組區域虛擬變量,用以說明其他變量沒有直接說明的社會、經濟、自然稟賦以及氣候在時間和區域方面的差異;TE為反映技術進步變量。Tr為一組制度變遷虛擬變量,用于反映制度變遷。

1.2 研究假說

根據相關理論及我國南方地區水稻生產的實際,提出如下研究假說:

假說1:氣候變化對南方水稻產量有顯著負影響。

假說2:氣候變化對南方水稻產量的影響存在區域差異。

1.3 實證模型構建

為驗證上述假說1和2,本文分別構建模型(1)、(2)。

首先,把水稻產量作為被解釋變量,選取氣候變量、水稻種植面積、化肥投入、農業機械總動力、勞動力投入、技術進步、區域虛擬變量及制度政策變量為解釋變量。這樣可建立模型(1),具體為:

其中,i和t代表第i省的第t年份;Yit表示水稻產量,RF表示水稻生長季節的平均降水量;TP表示水稻生長季節的平均溫度;AC表示水稻種植面積;FT表示水稻生產的化肥投入量;AM表示水稻生產的農業機械總動力;LB表示從事水稻生產的勞動力總數;TE反映技術進步影響的變量;T1用于反映家庭聯產承包責任制對水稻產量的影響,T2用于反映“米袋子”省長負責制對水稻產量的影響。在模型(1)中引入一組表示地區特征的虛擬變量 Dm,用以說明其他變量沒有直接說明的社會、經濟、自然稟賦以及氣候在時間和區域方面的差異。

考慮到氣候變化對不同地區水稻產量的影響可能會有差異,按不同地區來分析氣候變化對地區間水稻產量的影響有助于更細致地觀察氣候變化的區域影響效應,因此,建立溫度、降水與區域虛擬變量交互項回歸模型(2)。

2 數據來源及變量處理

2.1 數據來源

本研究數據采集區域范圍及時間,主要包括南方水稻主產區12個省份(考慮數據的完整性,作者把海南省合并到廣東省,把重慶市合并到四川省)和1978-2007年期間30年的數據,氣候數據主要是水稻生長期間月平均溫度和平均降水量,來自江西省氣象局。水稻投入產出數據(如產量、面積、勞動力、農業機械總動力、化肥投入等)主要來自歷年中國統計年鑒、中國農村統計年鑒、中國農業統計年鑒等。

2.2 主要變量處理

參考大多數學者的做法,本文一些主要變量的處理如下:水稻生產勞動力投入數量 (LB)=農林牧副漁從業人員數×(農業總產值/農林牧副漁總產值)×(水稻播種面積/農作物播種面積);農業機械投入量(AM)=農業機械化總動力×(水稻播種面積/農作物播種面積);化肥投入量(FT)=化肥投入量×(水稻播種面積/農作物播種面積);水稻生長季節平均溫度(TP)為水稻生長季節的月平均溫度;水稻生長季節平均降水量(RF)為水稻生長季節的月平均降水量;關于反映技術進步變量,現有大部分學者都用時間趨勢來替代,但在本文中不宜采用這種方法,原因在于技術進步對水稻產量影響的關鍵是提高水稻單位面積產量,而不是擴大種植面積,基于此,作者不用時間趨勢來替代,而是把各省基期1978年的水稻單產作為分母,用各年的實際水稻單產作為分子,相除得出一個系數來替代各省的技術進步。關于制度政策變量,改革開放以來,我國政府實施了一系列的農業政策促進農村經濟社會的發展,但在這一系列的政策中,其中對水稻生產影響最大的還是1978年開始實行的家庭聯產承包責任制及1995年執行的“米袋子”省長負責制。所以,本文主要分析這兩項政策對水稻產量的影響。由于任何一項政策的執行都有它的時效性,所以對于1978年開始實行的家庭聯產承包責任制,作者主要測定1978-1985期間的制度績效,當年份為1978-1985時,T1=1,其它年份時,T1=0。而對于1995年執行的“米袋子”省長負責制,由于“米袋子”省長負責制事實上主要依賴傳統的行政手段,將負責制層層分解,變成各級首長負責制,從而可能造成效率目標與產量目標的沖突,基于此,作者主要考察1995-2000年間“米袋子”省長負責制的制度績效,當年份為1995-2000時,T2=1,其它年份時,T2=0。對于區域虛擬變量,根據大多數學者的做法,將廣東、福建和廣西列為華南區,江西、湖南和湖北列為華中區,安徽、江蘇和浙江列為華東區,云南、貴州及四川列為西南區,本文以華南區為參照對象,當省份為華中區時,D1=1,其它則為0;當省份為華東區時,D2=1,其它則為0;當省份為西南區時,D3=1,其它則為0。

表1 氣候變化對南方水稻產量影響的模型結果Tab.1 The model results of climate change on the rice yield in the South of China

3 實證模型結果分析

本文采用截面數據與時間序列的混和數據進行回歸分析,為進一步減少截面異方差和時間序列自相關對回歸結果造成的不利影響,采用廣義最小二乘法 G LS進行估計。具體回歸結果見表1。

從表1可知,模型結果總體上比較良好,R2和Adj R2都比較高,說明南方地區水稻產量影響因素方程的解釋能力為98.3%,即氣候因素加上控制變量水稻種植面積、勞動投入、化肥投入、農業機械投入、技術進步、制度政策及區域特征能夠對南方地區水稻產量的98.3%做出解釋。模型總體顯著性在1%水平上通過檢驗,F值較大,說明模型中各因素對南方水稻產量的共同影響是顯著的。氣候變量在模型(1)中都通過了1%水平的顯著性檢驗,并且系數為負,表示氣候變化對南方水稻產量有負的影響,假說1得到驗證。大部分控制變量也都通過了不同水平的顯著性檢驗。

(1)平均溫度上升對水稻產量的影響。從模型(1)結果可以看出,水稻生長季節期間的平均溫度在1%水平上通過了顯著性檢驗且其系數為負,表明溫度升高會引起南方水稻總產量下降,其主要原因在于溫度升高,南方地區水稻生長發育加快,生育期大大縮短,有效分蘗減少,導致總干重和穗重減少,從而影響水稻產量。

由于南方地區各省水稻生長季節平均溫度界于19.3℃到27.0℃之間,因此,作者測算了平均溫度上升1℃對南方水稻產量的影響,結果顯示南方地區水稻生長期間平均溫度上升1℃將導致南方水稻產量下降幅度界于2.52%-3.48%之間,南方水稻產量平均下降幅度達2.99%,這個研究結果比Penget al.(2004),Nichalls(1997),Lobell and Asner(2003),Liangzhi Y ouet al.(2005)[12-13]等作者的研究結果要小。表2顯示了這些研究結果的比較。這些研究結果差異在一定程度上表明了溫度升高對不同區域不同作物的影響是不一樣的,另外同樣反映了不同區域適應氣候變化能力的差異。

(2)平均降水增加對水稻產量的影響。從模型(1)結果可知,水稻生長季節期間平均降水在1%水平上通過了顯著性檢驗且其系數為負,表明降雨過多會對水稻生產帶來負面影響,這是因為強降水會抑制水稻等作物生長發育,稻田灌水過深,造成含氧量少,使分蘗受抑制,直接影響產量;南方地區處于開花授粉階段的早稻如受暴雨沖刷,會使授粉結實率受到較大影響,不利于后期產量形成。

由于南方地區水稻生長期間的平均降水為150.939毫米,因此,作者測算了南方地區水稻生長期間平均降水量增加10毫米對南方水稻產量的影響,結果顯示降水增加10毫米將導致南方水稻產量平均下降幅度為0.40%。

(3)控制變量對水稻產量的影響。從模型(1)可知,水稻種植面積、勞動力投入、化肥投入量等要素對南方水稻產量有積極影響,并且都通過了1%水平的檢驗,表明中國南方地區要保障糧食生產,減緩氣候變化帶來的不利影響就應當擴大水稻種植面積,增加勞動力、化肥等要素投入。具體來看,水稻種植面積每增加1%,南方地區水稻總產量將增加0.85個百分點,并且其彈性系數在所有變量中最大,由此說明南方地區水稻產量的增加在很大程度上依賴于耕地資源,暗含要保障南方地區水稻主產區的地位不動搖,保護耕地顯得尤為重要。另外,化肥投入和勞動力對水稻產量有顯著正影響,兩者分別增加1個百分點,則南方地區水稻總產量將分別增加0.193和0.048個百分點。

表2 溫度升高1℃對不同地區作物的影響的比較Tab.2 The compare of temperature increases 1℃impact on the crops in different regions

而農業機械投入沒有通過顯著性檢驗,其主要原因在于:第一、南方地區的農業機械投入主要集中于交通運輸方面。第二、南方地區農業機械化的發展只是在一定程度上減輕了勞動強度,是鄉鎮企業發展之后,農村勞動力大部分轉移至鄉鎮企業就業所致。這種機械對勞動力替代的主要目標不是增加糧食產量,而是替代農村勞動力。

技術進步對南方水稻產量的影響在1%水平上通過顯著性檢驗且其系數符號為正,表明改革開放以來,南方地區水稻生產新技術的推廣和應用,特別是優良品種的推廣、旱育稀植技術和拋秧等增產節本栽培技術的推廣應用,為水稻產量的不斷提高奠定了技術基礎,如雜交稻比常規蹈的增產效果達到15%左右,水稻旱育稀植栽培技術能提高秧苗素質和抗性,減少了災害的影響,增產效果明顯。技術進步的正面影響意味著加快技術進步是減緩氣候變化不利影響的主要措施。

政策制度變量T1通過了1%水平的顯著性檢驗,表明家庭聯產承包責任制的實施在1978-1985期間極大激發了農戶的生產積極性,促進了南方地區水稻產量的快速增長。政策制度變量T2沒有通過顯著性檢驗,表明米袋子省長負責制的實施在1995-2000年期間對于水稻產量增加的貢獻不顯著。區域虛擬變量D1、D2、D3在1%水平上都通過了顯著性檢驗且系數為正。

(4)氣候變化對南方水稻產量影響的區域差異。第一,溫度對水稻產量影響存在區域差異。從模型(2)可知,溫度與D1和D2的交互項通過了1%水平的顯著性檢驗,而與D3的交互項沒有通過顯著性檢驗。從各個交互項的系數來看,溫度對南方水稻產量總的影響系數為-0.789+0.169D1+0.148D2-0.019D3,即對華南地區水稻產量的影響系數為-0.789,而對華中地區水稻產量的影響系數為-0.620,表明溫度升高對華中地區水稻生產有負的影響,但與華南地區相比,溫度對華中地區的負面影響要小些,原因在于華中地區的江西、湖南和湖北是丘陵地區,溫度上升可以滿足海拔高地區種植水稻的要求;溫度對華東地區水稻產量的影響系數為-0.641,表明與華南地區(-0.789)相比,溫度升高對華東地區水稻生產的負影響要小些,其原因在于華東地區緯度稍高,溫度升高后可使以前不適合水稻生長的區域用于種植水稻,從而可擴展水稻種植面積,提高復種指數,從而在一定程度上可減緩溫度升高帶來的負面影響;溫度對西南地區水稻產量的影響系數雖然沒有通過顯著性檢驗,但其系數為負,在一定程度上說明與華南地區相比,溫度升高對西南地區水稻生長的負影響更大一些。第二,降水對水稻產量影響存在區域差異。從模型(2)可知,降水與D1和D2的交互項通過了1%水平的顯著性檢驗,而與D3的交互項則沒有通過顯著性檢驗。從各個交互項的系數可知,降水對南方水稻產量的總體影響系數為-0.019-0.092D1-0.069D2+0.037D3,即對華南地區水稻產量的影響系數為-0.019,對華中地區水稻產量的影響系數為-0.111,意味著降水對華南地區和華中地區的水稻產量都有負作用,但與華南地區相比,降水對華中地區的負面影響要大;降水對華東地區水稻產量的影響系數為-0.088,大于華南地區的影響系數(-0.019),表明與華南區相比,降水對華東地區的負面影響要大;降水對西南地區水稻產量的影響系數雖然沒有通過顯著性檢驗但其系數為正,在一定程度上表明降水對西南地區可能有正的影響。由于缺少必要的數據,本文對南方水稻生產可能遇到的季節性干旱問題沒有進行分析。

總的來說,降水增加對華南、華中和華東地區水稻產量有負的影響,而對西南地區水稻產量可能有一定正的影響;溫度升高對華南、華中、華東及西南地區都有負的影響。

4 氣候變化對南方水稻產量影響的情景模擬

分析氣候變化影響的另一個重要任務就是模擬評估未來氣候變化情景的影響,本文用三個(GCMs)未來氣候變化情景進行模擬分析,分別是 HadCM2,CGCM1和ECHAM4,其有關信息及模擬結果見表3。

表3 氣候變化情景對中國南方水稻產量影響評估模擬Tab.3 The assessment simulation of climate change scenarios impact on southern rice production

表4 氣候變化情景對南方各區域水稻產量影響評估模擬Tab.4 The assessment Simulation of Climate change scenarios on rice production in different region

由表3可知,在2020s、2050s,未來各種氣候變化情景對南方水稻產量的影響以減產為主,含交互項與不含交互項模型相比,各種氣候變化情景在不含交互項模型中的影響稍大;對比各種氣候變化情景之間的影響程度,總體上,CGCM1-gg情景下對南方水稻產量的負面影響最大,在2020s、2050s,其影響幅度分別都在5.0%和10.0%以上;其次是 CGCM1-gs、ECHAM4-gg和 HadCM2-gx,最小的為HadCM2-gs情景。

為進一步模擬未來氣候變化情景對南方各區域的影響,作者根據模型(2)回歸結果模擬了評估 HadCM2,CGCM1和 ECHAM4情景下的影響,其結果見表4。

從表4可知,未來氣候變化情景對南方水稻產量的影響存在差異性,總體上,氣候變化對西南區水稻產量的負面影響最大,其次是華南區和華東區,影響最小的為華中區。

5 南方地區水稻適應氣候變化的策略

通過以上實證分析表明,氣候變化對南方地區水稻產量有顯著負影響,并且存在區域差異性,其中降水增加對華南、華中和華東地區水稻產量都有負的影響,對西南地區水稻產量有一定正影響但不顯著,而溫度升高對華南、華中、華東及西南地區水稻產量都有負影響。根據氣候變化情景模擬結果表明,未來各種氣候變化情景對南方水稻產量的影響以減產為主,其中對西南區水稻產量的負面影響最大,其次是華南區和華東區,影響最小的為華中區。根據以上研究結論,提出南方地區水稻適應氣候變化的策略如下:

(1)完善氣象預報預警體系。加強氣象信息預報預警網絡體系的建設,進一步完善氣象信息傳輸服務,把相關氣象信息及時傳輸到農戶層面,提高農戶對氣候變化的感知和認識意識,促進農戶積極采取相關適應性措施以減緩氣候變化的不利影響。

(2)加強農田水利設施建設。要進一步加強農田水利設施的基本建設,治理、維護水利工程,使庫、壩、堤、渠等設施充分發揮節水、保水、用水、集水協調一致的功效,以切實提高水稻生產過程中應對氣候變化的能力和減災能力。從各區域來看,華南、華中和華東地區在水稻生產過程中要注意洪澇災害的發生,增加排澇設施和蓄水設施的投入,同時大力發展抗洪抗澇水稻品種;西南地區由于水資源相對缺乏,水利設施相對落后,所以要注意增加水利灌溉設施的投資力度,保障農業水資源的供應,并大力推廣和采用節水灌溉技術及種植耐旱的熱帶水稻品種。

(3)合理調整水稻布局。氣候變化使水稻生長期的光能資源和熱量資源增加,復種面積擴大,復種指數增加,種植北界北移。因此,在華中和華東稻區北部選用生育期較長、產量潛力較高的中、晚熟品種替代生育期較短、產量潛力較低的早、中熟品種,充分利用日益豐富的熱量資源發展雙季稻是減緩氣候變化的有效途徑。華中稻區南部和華南稻區的雙季稻可以根據不同的品種搭配,分為早雙季、中雙季和晚雙季;華南稻區的三熟制亦有早、中、晚之分,從而通過調整品種布局來適應氣候變化、提高產量。在西南高原稻區,雖然在季節上可以滿足種植雙季稻的要求,但農資、勞力等投入將成倍增加,因此不宜改變現有的耕作制度。

(4)積極引進和培育水稻新品種。通過品種選育以減少高溫和旱澇逆境對水稻產量的影響,是未來農業發展適應氣候變化的必然趨勢。其中華南、華中和華東地區要注重引進和培育耐高溫、耐澇的水稻新品種,而西南地區要引進和培育耐高溫、耐旱的水稻新品種。華東稻區北部和華中稻區北部可充分利用積溫增加、生長季延長的條件,在品種選育上一方面要注意培育生育期長的中晚熟品種;另一方面要注意選育光合能力強、綜合抗性突出、適應性廣的新品種,這樣不僅可提高水稻的抗逆性,還能充分利用CO2濃度增加帶來的施肥效應,從而確保水稻生產的高產、優質、高效。

(5)加強稻田水肥管理。種植制度及品種優化后,水稻生活力強,而氣溫升高使田間蒸發量加大,對水肥的需求也就更大,通過合理灌溉以水調溫,可以減輕低溫冷害和高溫熱害的威脅,增施肥料,改良土壤結構,可增加土壤的蓄水能力,并滿足水稻不同生育期對營養元素的需求。另外要加強病蟲防治,氣溫逐漸升高,可形成有利于病蟲繁殖的生態環境,應進一步采用綜合防治措施和高效低毒的農藥,并結合抗性品種及適宜栽培技術、生物防治等進行有效治理。

(6)適當調整播期。調整作物播期可以改變水稻生育期內的溫光水配置,從而使得水稻生長過程趨利避害。適時提前春播作物的播種日期,可以避開盛夏的高溫影響;推遲秋播作物的播種日期,可以避免冬季變暖的不利影響。因此,在前后期作物茬口和氣象條件等因素允許的情況下,適當調整播期將有利于提高水稻產量。

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Economic Analysis of Climate Change Impact on the Rice Yield in Southern China and Its Adaptive Strategy

ZHOU Shu-dong1ZHU Hong-gen1,2
(1.College of Economics and Management,Nanjing Agricultural University,NanjingJiangsu 210095,China;2.College of Economics and Trade,Jiangxi Agricultural University,NanchangJiangxi 330045,China)

This paper made an empirical analysis of climate change impact on the rice yield in southern China by constructing economicclimate models,and made Simulation evaluation to the impact of future climate change scenarios.The results showed that climate change had a significantly negative impact on rice yield of Southern China,and the impactson different regions were different.Precipitation had a negative role on the southern,central and eastern regions of China,while had a positive impact on the southwest region.Temperature had a negative impact on the southwest,southern eastern and central regions.The future climate change scenarios had a negative impact on the rice yield in the southern China and the government and farmers should pay high attention to it.Finally,the paper put forward policy proposals to the southern rice production adapting climate change on the basis of empirical results.

climate change;rice production;economic impact;southern China;C-D-C Model

F062.2

A

1002-2104(2010)10-0152-06

10.3969/j.issn.1002-2104.2010.10.026

2010-05-10

周曙東,教授,博導,主要研究方向為資源與環境經濟、技術經濟。

朱紅根,副教授,主要研究方向為資源與環境,農業經濟理論與政策。

＊國家社科基金重大項目(No.08&zd015)成果,教育部哲學社會科學研究重大課題(No.07JZD0007)成果。

(編輯:劉文政)