我國糧食生產(chǎn)中的化肥過量施用研究

李子涵

(中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)經(jīng)濟與發(fā)展研究所，北京 100081)

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我國糧食生產(chǎn)中的化肥過量施用研究

李子涵

(中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)經(jīng)濟與發(fā)展研究所，北京 100081)

摘要基于2000～2014年我國糧食生產(chǎn)投入數(shù)據(jù)，建立C-D生產(chǎn)函數(shù)，根據(jù)利潤最大化理論，即邊際收益等于邊際成本，測算了我國四大糧食作物生產(chǎn)中的化肥過量施用量。結(jié)果表明，稻谷、小麥和玉米生產(chǎn)中均存在不同程度的化肥過量施用，在此基礎(chǔ)上提出我國應(yīng)該加大農(nóng)技推廣宣傳、大力推廣測土配方施肥技術(shù)，引導農(nóng)民科學、合理的施用化肥和農(nóng)藥，注意施肥施藥的時機。同時，應(yīng)調(diào)整化肥產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展有機肥。

關(guān)鍵詞糧食；化肥；過量

1978年以來，我國的糧食產(chǎn)量從30 476.50萬t上漲到2014年的60 702.61萬t，上漲幅度近100%。特別是從2003年以來，實現(xiàn)了11年的連續(xù)增收，成為享譽國內(nèi)外的“十一連收”。同時，糧食單產(chǎn)也從1978年的2 527.34 kg/hm2提高到2014年的5 385.13 kg/hm2，增幅達113%。值得注意的是，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的化肥施用量(折純量)也在增加，從884.00萬t增加至5 995.94萬t，漲幅高達578%，遠遠超過了糧食產(chǎn)量及單產(chǎn)的增幅。

化肥投入是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要組成部分[1]。化肥施用量的大幅增加在我國農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展過程中起到了非常重要的作用，促進了我國糧食生產(chǎn)產(chǎn)量及單產(chǎn)的快速增長，但是不可避免地，也帶來了嚴重的環(huán)境污染問題[2]，以及生態(tài)環(huán)境破壞和溫室氣體排放增加等負面影響[3]。其中，氮肥的大量施用會導致地表水富營養(yǎng)化、地下水硝酸鹽富集和酸雨形成等[4]。林源等[1]測算了華北平原小麥種植戶的化肥施用的經(jīng)濟水平，張林秀等[6]在利潤最大化框架下測算了玉米、小麥和水稻生產(chǎn)中的化肥施用的過量程度。已有的研究表明，目前我國化肥的施用量已經(jīng)超過了經(jīng)濟意義上的最優(yōu)施用量，我國農(nóng)戶化肥施用過量現(xiàn)象非常普遍，過量施用化肥導致農(nóng)業(yè)增產(chǎn)效應(yīng)下降，因此化肥的利用率較低[7-8]。筆者將利用我國四大糧食作物的投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)，通過構(gòu)建柯布道格拉斯(Cobb-Douglas)生產(chǎn)函數(shù)，分析我國四大糧食作物的化肥過量施用問題。

1數(shù)據(jù)來源與模型構(gòu)建

筆者分析所用的數(shù)據(jù)源自2001～2014年的《中國農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》，包括稻谷、小麥、玉米和馬鈴薯四大糧食作物的生產(chǎn)投入數(shù)據(jù)及單產(chǎn)數(shù)據(jù)。

首先，筆者建立柯布道格拉斯生產(chǎn)函數(shù)(C-D)測算化肥的產(chǎn)出彈性，然后，基于該結(jié)果計算出化肥的最優(yōu)投入量及過量施用量。

筆者構(gòu)建C-D生產(chǎn)函數(shù)，以測算化肥的產(chǎn)出彈性，具體如下：

yield=afertilizerβ1laborβ2pesticideβ3machineβ4irrigationβ5seedβ6

(1)

式(1)中，因變量yield代表每公頃的糧食產(chǎn)量，自變量包括生產(chǎn)要素投入量，如化肥投入(fertilizer)，勞動力投入(labor)，農(nóng)藥投入(pesticide)，機械投入(machine)，灌溉投入(irrigation)和種子投入(seed)。β1即是化肥投入的產(chǎn)出彈性。

將公式(1)兩邊取對數(shù)，可將公式(1)線性化為：

log(yield)=α0+β1log(fertilizer)+β2log(labor)+β3log(pesticide)+β4log(machine)+β5log(irrlgation)+β6log(seed)

(2)

根據(jù)利潤最大化理論，農(nóng)戶獲得收益最大化的條件是邊際收益等于邊際成本，此時，化肥對糧食產(chǎn)量的邊際收益應(yīng)等于化肥價格與糧食產(chǎn)出的價格的比值。即：

(3)

同時，基于公式(2)測算化肥對糧食產(chǎn)量的邊際效應(yīng)為：

(4)

利用利潤最大化的式(3)和式(4)，可得出單位面積化肥的最優(yōu)施用量，即：

(5)

最后，基于式(5)在計算出每公頃化肥最優(yōu)施用量后，可進一步測算每公頃化肥的過量施用量。即：

fertilizeroveruse=fertilizeractual-fertilizeroptimal

(6)

表1是上述式(1)～(6)中的變量定義與統(tǒng)計描述。可以看到，四種糧食作物的平均產(chǎn)量為10 503 kg/hm2，其中馬鈴薯產(chǎn)量最高，為23 488 kg/hm2，小麥的產(chǎn)量最低，僅為5 214 kg/hm2。就農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的投入來看，四種作物的化肥平均施用量為1 595元/hm2，施用量最高的是馬鈴薯，為1 889元/hm2，稻谷的化肥施用量最低，為1 448元/hm2；在勞動力投入上，小麥最低，馬鈴薯最高，這是由于我國小麥的機械化程度較高，馬鈴薯生產(chǎn)的機械化程度較低；就機械投入來看，稻谷的機械投入最高，馬鈴薯最低；稻谷的農(nóng)藥投入最高，玉米最低；灌溉投入中，小麥最高，馬鈴薯最低，這是由于馬鈴薯是耐旱作物，通常種植在自然環(huán)境較差的地區(qū)；馬鈴薯的種子投入最高，稻谷的投入最低。由此可以看出，馬鈴薯生產(chǎn)的灌溉與機械投入較低于其他三種糧食作物，但是化肥與勞動力投入要高于其他三種糧食作物。

表1　模型變量定義與描述性

注：括號內(nèi)是標準差。除單產(chǎn)的單位是kg/hm2外，生產(chǎn)投入的單位均為元/hm2。

Note：Data in the brackets were standard deviation.Unit of yield per unit was kg/hm2；amd the unit of production input was yuan/hm2.

2回歸結(jié)果與討論

2.1對生產(chǎn)函數(shù)的回歸結(jié)果筆者利用四種糧食作物的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，采用普通最小二乘回歸(OLS)對公式(2)進行了估計。估計結(jié)果如表2所示。第一列是對四種糧食作物進行的回歸結(jié)果，第二至五列是分別對稻谷、小麥、玉米和馬鈴薯進行的回歸結(jié)果。

結(jié)果表明，除對馬鈴薯進行估計的R2值較小外，其他模型估計的R2均較高，表明模型總體的擬合度較好。具體來看，就四種糧食作物的分析結(jié)果來看，化肥對糧食單產(chǎn)具有正向影響，即增加化肥施用量可以提高糧食產(chǎn)量，且化肥投入每增加1%，糧食產(chǎn)出將提高0.13%。此外，農(nóng)藥投入及種子投入也是影響糧食產(chǎn)量的重要因素，這兩個變量顯著且系數(shù)為正，表明農(nóng)藥施用量及種子投入增加將有助于糧食產(chǎn)量的提高。相比之下，機械投入對糧食產(chǎn)量具有顯著負向影響。

就稻谷生產(chǎn)而言，化肥對稻谷產(chǎn)量的提高并沒有顯著影響，勞動力投入和機械投入對稻谷產(chǎn)量的提高具有顯著正向影響，而種子投入對稻谷產(chǎn)量的影響顯著為負。就小麥生產(chǎn)來看，化肥對小麥的產(chǎn)量提高作用不顯著，但是機械投入則可以顯著提高小麥產(chǎn)量，同時，種子投入對小麥產(chǎn)量的影響也是顯著為負。對玉米生產(chǎn)來說，化肥可以顯著提高單位產(chǎn)出，且化肥投入增加1%，玉米產(chǎn)量可以提高0.37%。就馬鈴薯生產(chǎn)而言，化肥對馬鈴薯產(chǎn)量提高的作用同樣不顯著，但是灌溉投入?yún)s可以顯著提高馬鈴薯產(chǎn)量，同時，種子投入對馬鈴薯產(chǎn)量提高的作用依然是負的。

表2　C-D生產(chǎn)函數(shù)回歸結(jié)果

注：括號內(nèi)是標準差。***，**和*分別表示在1%、5%和10%的統(tǒng)計水平下通過了顯著性檢驗。

Note：Data in the brackets were standard deviation.***，**，and * indicated passing the significant test at 1%, 5% and 10% levels，respectively.

2.2化肥過量施用的測算結(jié)果表3報告的是根據(jù)四種糧食作物平均的化肥對產(chǎn)量的產(chǎn)出彈性(0.125)計算的化肥過量施用的測算結(jié)果。進一步地，結(jié)合數(shù)據(jù)中化肥對糧食產(chǎn)量的邊際效應(yīng)、化肥價格及糧食銷售價格，基于式(5)和(6)，計算出了化肥最優(yōu)施用量以及化肥過量施用量。表3是各種糧食作物的化肥施用指標。

可以看到，平均來看，糧食作物的化肥的實際施用量略低于最優(yōu)施用量，二者之差為18 kg/hm2。具體來看，稻谷的化肥實際施用量比最優(yōu)施用量低24 kg/hm2，小麥的化肥實際施用量高于最優(yōu)施用量104 kg/hm2，玉米的化肥實際施用量也比最優(yōu)施用量高，約為54 kg/hm2，而馬鈴薯的化肥實際施用量比最優(yōu)施用量低204 kg/hm2。也就是說，我國小麥和玉米生產(chǎn)中的化肥存在過量施用的現(xiàn)象。

表3　四種糧食作物化肥實際施用量、最優(yōu)施用量與過量施用量情況

表4報告的是根據(jù)四種糧食作物各自的化肥對產(chǎn)量的產(chǎn)出彈性計算的化肥過量施用的測算結(jié)果。表4是四種糧食作物的化肥施用指標。可以看到，稻谷的化肥實際施用量比最優(yōu)施用量高117 kg/hm2，小麥的化肥實際施用量略低于最優(yōu)施用量，約14 kg/hm2，玉米的化肥實際施用量比最優(yōu)施用量低496 kg/hm2，而馬鈴薯的化肥實際施用量比最優(yōu)施用量低302 kg/hm2。同樣地，可以發(fā)現(xiàn)，稻谷生產(chǎn)的化肥施用存在過量現(xiàn)象。

表4　四種糧食作物化肥實際施用量、最優(yōu)施用量與過量施用量情況

3結(jié)論與政策建議

通過建立柯布道格拉斯生產(chǎn)函數(shù)，在利潤最大化理論框架下，利用《全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》中我國四大糧食作物的生產(chǎn)投入及產(chǎn)出數(shù)據(jù)，測算了我國四大糧食作物生產(chǎn)中的化肥最優(yōu)施用量，并計算了化肥過量施用量。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，就四大糧食作物平均來看，我國糧食生產(chǎn)中的化肥實際施用量已經(jīng)接近最優(yōu)施用量，如果繼續(xù)增加化肥施用量，將不利于農(nóng)戶的產(chǎn)出及收入增加；就不同糧食作物來看，我國小麥和玉米生產(chǎn)中的化肥存在過量施用的現(xiàn)象，小麥的化肥施用過量約為7 kg/hm2，而玉米約為3.6 kg/hm2。基于四大糧食作物各自的產(chǎn)出彈性系數(shù)計算的化肥最優(yōu)施用量及過量施用量的結(jié)果來看，我國稻谷生產(chǎn)中的化肥施用存在過量現(xiàn)象，其值約為7.8 kg/hm2。

化肥在促進糧食和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展中發(fā)揮了不可替代的作用，但目前我國的糧食生產(chǎn)中也存在化肥過量施用、盲目施用等問題，盡管基于兩種回歸結(jié)果計算得到的化肥過量施用量數(shù)值不盡相同，但是可以看到，我國糧食生產(chǎn)中存在著化肥過量施用現(xiàn)象。2015年，農(nóng)業(yè)部出臺了化肥農(nóng)藥使用量零增長行動方案，其宗旨是到2020年，我國主要農(nóng)作物的化肥農(nóng)藥使用量實現(xiàn)零增長。因此，可以適當?shù)販p少稻谷、小麥和玉米生產(chǎn)中的化肥投入，這樣不僅可以提高農(nóng)戶的農(nóng)業(yè)產(chǎn)出及種植收入，也可以減少對環(huán)境的污染及溫室氣體排放。

基于上述分析結(jié)果，結(jié)合我國實際情況，提出以下政策建議：首先，應(yīng)該加大農(nóng)技推廣宣傳，開展農(nóng)技培訓和咨詢服務(wù)，積極推廣科學施肥，提高農(nóng)民科學施肥意識，并將先進的施肥技術(shù)及時進行推廣。其次，應(yīng)大力推廣測土配方施肥技術(shù)，提高農(nóng)民科學施肥的技能。再次，引導農(nóng)民科學、合理的施用化肥和農(nóng)藥，注意施肥施藥的時機，以提高施肥施藥的精準性和利用率，更好地促進農(nóng)業(yè)增收。同時，應(yīng)調(diào)整化肥產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展有機肥，鼓勵農(nóng)民使用綠肥、農(nóng)家肥來培肥地力。甚至可以在適合的地區(qū)推廣減耕或免耕技術(shù)，減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的化肥使用。

參考文獻

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作者簡介李子涵(1984- )，女，河北霸州人，博士研究生，研究方向：農(nóng)業(yè)能源與農(nóng)村發(fā)展。

收稿日期2016-05-16

中圖分類號S-9

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)16-245-03

Analysis of Fertilizer Overuse during Crop Production in China

LI Zi-han

(Institute of Agricultural Economics and Development, Chinese Academy of Agricultural Science, Beijing 100081)

AbstractBased on crop production input data from 2000 to 2014, fertilizer overuse in crop production was estimated by constructing Cobb-Douglas production function under profit maximization framework. It was indicated that fertilizers used in rice, wheat and corn were excessive. Thus, China should increase agricultural technology promotion, promote soil testing and formula technology, guide farmers to the scientifically and rationally apply fertilizer and pesticides, and adjust the structure of chemical fertilizer.

Key wordsCrop; Fertilizer; Overuse