生物技術應用在經濟結構以及資源環境上的作用研究

田謐+張尚美+于冷+趙子健

摘要：就我國目前的情況來看，農業粗放發展的問題非常嚴重，一個可能的解決途徑是利用生物技術的研發與應用，從連續三年中央“一號文件”內容來看，尤其提到了生物技術。目前來看，三大主糧中，玉米的供需矛盾尤為嚴重，生物技術應用可能成為解決的一個思路。文章利用DNDC模型測算了中國玉米新品種種植的增產效應，并將其作為技術沖擊引入了CGE模型，模擬了在全國推進玉米新品種種植的若干情景，以此評估這一技術應用對經濟結構、資源節約以及環境保護帶來的影響。研究發現：（1）玉米新品種種植會產生積極的增產作用，增幅約為4.87%；（2）生物技術帶來的增產作用在經濟運行中可以得到有效擴散，促進整體經濟增長；（3）經濟結構變遷可以節約能源安全，有助于維護我國能源安全；（4）能源依賴度降低有力地減少了二氧化碳排放量，會對環境保護產生積極作用。

關鍵詞：生物技術應用；DNDC模型；可計算一般均衡模型

一、 引言

截止2015年底，我國糧食生產已經連續十二年豐產，意義重大。我們僅使用了世界9%的耕地、6%的淡水，養育了20%的人口。為了保證充足的糧食供給，克服氣候、地少水缺等資源約束，對于不足世界一成的耕地面積，我國投入了全球近四成的化肥，單位農藥使用量是世界平均的2.5倍，產生了嚴重的污染，阻礙農業可持續發展，并對食品安全造成隱患。

早在1988年9月，鄧小平同志在《科學技術是第一生產力》中就指出：“將來農業問題的出路，最終要由生物工程來解決，要靠尖端技術”，生物技術從那時起就開始作為國家技術革命的重要組成部分。高新技術育種一直是農業戰略發展的核心，近三年的中央一號文件更是連續提及生物技術的發展戰略，國家的態度逐漸明確。2014年提出“加強以分子育種 為重點的基礎研究和生物技術開發”，到2015年開始使用“轉基因”字眼——“加強農業轉基因生物技術研究、安全管理、科學普及”，至2016年進一步提出的“加強轉基因技術研發和監管，在確保安全的基礎上慎重推廣”，逐步將生物技術的發展戰略從科研領域擴大到應用層面。

推廣和應用意味著新品種作物要實現種植，農業部在4月13日的發布會上對此制定的路線是首先發展非食用經濟作物，其次是飼料、加工原料作物，再次是一般食用作物，最后是口糧作物，走“非食用→間接食用→食用”路線。玉米可用于榨油、生產飼料以及玉米乙醇，是階段性產業化發展的主要對象之一。農業部同時積極推進科研立項，研究重點落在技術可行性的論證，而本文關注育種技術進步之后帶來的一系列經濟和環境效應。

玉米作為第一大主糧，也是我國糧食連年增產的主力，播種面積和總產量僅次于美國。其用途十分廣泛，可從種子、原糧到畜牧飼料、工業原料和生物質能源，在增加農民收入、維護國家糧食安全等方面發揮著巨大作用。然而面對價格倒掛、進口增加、庫存過度等一系列矛盾，玉米產業面臨轉型。國內對于作為原材料的低價玉米需求一直存在巨大缺口（毛爽等，2012），如何從根本上降低生產成本、降低價格、盤活產業成為了亟需考慮的問題。

生物技術應用使得玉米作為世界上技術成熟，種植面積最廣的主糧作物，由于具備優良特性（抗除草劑、抗病蟲害、抗旱等），面對水土資源約束、氣候變化、糧食安全、產業發展、能源供給等多方問題，有可能成為一個現實解決方案。尤其是東三省和內蒙古已率先取消玉米臨儲政策，這意味著玉米價格將轉為主要由市場供需形成，玉米產業面臨重大結構調整。面對市場環境，成本較低的良種玉米極具種植優勢。一旦發展，可以在很大程度上實現原材料自給，抑制進口，利于國內飼料、畜牧業、工業、藥用、能源乙醇等行業生存發展。

因此探討我國新品種玉米種植前景具有重要理論和現實意義。本文首先使用DNDC（DeNitrification-DeComposition，反硝化—分解作用）模型測度玉米新品種的增產效應，接著將得到的增產系數作為種子改良通技術作為外生沖擊，與CGE（Computable General Equilibrium Model，可計算一般均衡模型）進行軟連接（Soft Link），模擬全國范圍內的新品種玉米商業化前景，分析其帶來的經濟效應與資源環境方面影響。

二、 文獻綜述

關于生物技術商業化探討，之前大多研究針對單一市場種植的經濟評估，例如趙芝俊等（2010）運用DREAM產業模型計算抗蟲玉米的經濟影響。本文意圖考察種植新品種玉米對于上中下游以及整個經濟體的影響，因此選用CGE模型。

有不少學者運用CGE模型研究與農業相關的問題，大多聚焦在農產品價格、貿易、糧食安全和政策評估方面（如樊明太，2005；周曙東，2009；夏伊利，2009；梁偉，2013；吳永民，2014；董瑩和穆月英，2015；劉亦文和胡宗義，2014/2015）。

本文將新品種玉米的增產效應作為切入點，而在產量變化百分比這一重要參數的設置上，一些研究采用的是假設值，如展進濤等（2015）假設轉基因水稻產出增長10%和15%，李喜明等（2013）假設玉米產量變動比例分別為5%，10%和15%。現實中增產是多方因素共同導致的復雜結果，可能由種植面積擴張、品種改良、增加生產資料投入等原因導致。本文聚焦種子從“傳統”到“新品種”這一因素變動導致的產量增長，采用DNDC模型，僅改變作物參數來計算對應的增產率。而DNDC作為一個成熟的模型，主要用于研究作物的碳、氮循環，為農業技術層面提供研究支持（如楊黎等，2014；陳海心等，2014；張賽，2014）。

關于玉米技術進步，黃季焜和楊軍（2014）引入不同品種的新品種玉米，通過設置不同產量比例的情景來展現科技進步對中國玉米和相關農產品的供需、價格乃至經濟整體的影響。本文將更多的重點放在技術進步對于宏觀經濟（不僅包括農業，還包括第二、第三產業）、資源以及環境方面的影響。

由此可見，對于作物生物技術應用對于宏觀經濟的作用，乃至資源節約和環境保護方面的影響，存在可探討的空間。本文以玉米為例，模擬在全國范圍內進行不同程度的作物新品種替代，模擬其經濟效應，并探討其種植是否對資源、環境產生了積極作用。

三、 基于DNDC模型的玉米生物技術增產效應測度

DNDC即Denitrification-Decomposition（即“反硝化-分解作用”）的縮寫，是基于農業土壤中碳、氮元素的地球-化學變化規律的模型，由美國新罕布什爾大學（University of New Hampshire）李長生教授及其團隊研發。

DNDC數據庫將全國劃分成2 743個格點，每個格點都具備GIS數據（即地理信息系統）和氣象數據，目前最新數據庫對應2007年。作物通過三個特征參數來體現，即最大產量（Max Grain Yield C，kgC/ha）、生長積溫（TDD，℃）和需水量（Water Demand，千克水/千克干物質）。中國目前只種植傳統玉米（參數依次為4 123、2 550、150），本文將美國實際的基因改良玉米種植參數（4 550、2 500、150）放入中國的土壤、氣候等條件狀況下運行模型。

本文對土壤參數取均值，并將全灌溉和零灌溉加權。省區產量計算公式為：

省區新品種玉米產量=全灌溉的新品種玉米產量*省區灌溉率+零灌溉的新品種玉米產量*（1-省區灌溉率）

省區傳統玉米產量=全灌溉的傳統玉米產量*省區灌溉率 + 零灌溉的傳統玉米產量*（1-省區灌溉率）

計算發現增產幅度地區差異較大，全國層面的增產均幅為4.87%。由于玉米廣泛種植，基數大，這個比例意味著很大的增量，會對整個國家的經濟、資源、環境等方面將產生一系列影響：如價格、播種面積、生產資料、相關上、中、下游行業等變動。本文下一步將針對這些經濟層面上的系統變化，通過CGE進行模擬與評估。

四、 新品種玉米種植影響的CGE模型

Computable General Equilibrium（CGE）Model即為可計算一般均衡模型，將瓦爾拉斯的一般均衡理論變為描述現實經濟的模型（Dixon et al.， 1996），并成為可計算的數值模型，在國民經濟、貿易、環境、財政、稅收以及公共政策等領域得到了廣泛應用。

本文采用的單國CGE模型覆蓋了58個行業（將原玉米（A03）拆解為兩個行業，分別為A03：傳統玉米，A04：新品種玉米，合計58），CGE模型結構以翟凡等（1997）創建的中國經濟CGE為基礎，對應方程可以分別歸入生產模塊、價格模塊、收入支出模塊、貿易模塊、和閉合模塊。

本文的數據基礎包括兩部分，即社會核算矩陣（Social Accounting Matrix，簡稱SAM表）和外生參數。SAM表為矩陣的形式，展示一個經濟系統中的生產行為以及各主體行為之間的關系，對于CGE來說，AM表為模型中的內生變量提供初始值，且模型中的許多參數必須利用SAM表中的數據予以標定。由于數據統計口徑不同，所以往往無法直接匹配，需要進行平滑。數據平滑是依據D. Roland-Holstand 和 D. van der Mensbrugghe（2009）中應用的結構，采用Robinson、Cattaneo 和 El-Said（2001）的CE（Cross Entropy，CE）方法，主要源于Kullback 和 Leibler（1951）提出的交叉熵值最小化概念。

平滑之后對變量與參數進行賦值，模型中CES生產函數的彈性值與進出口合成彈性主要參考了蔡松鋒（2011）。工資差別系數philj為《中國統計年鑒（2008）》“各地區按行業分城鎮單位就業人員平均勞動報酬”表中各行業平均工資除以整體平均工資的商值。土地和資本回報調整參數phikj、phidj的計算主要基于中國統計部門編制的投入產出表。

五、 新品種玉米種植在經濟結構以及資源環境上的作用仿真

運用上文構建的玉米新品種CGE模型來模擬在國內范圍內種植不同比例傳統玉米的情景，并探討其對經濟結構的效應，并著重分析資源環境方面的影響。

1. 情景設計。玉米替代是個漸進過程，新品種玉米對傳統玉米的替代比例分別設置為20%、40%、60%、80%和100%（完全替代）這五個情景。國內的玉米消費包含兩塊，即生產過程的中間投入和居民直接消費。

2. 不同情景的模擬結果與分析。

（1）不同情景下國民經濟的變動分析。CGE模擬結果顯示，隨著替代幅度的提升，GDP、三大產業增加值和社會福利都有逐步增長。可以說，生物技術帶來的增產作用在經濟運行中得到了擴散，有利于經濟增長。而三大產業增速不一樣，主要因為：第一，玉米增產之后，耕地面積需求減少，土地資源會釋放出來種植其他作物，使得第一產業增長較快；第二，玉米種植過程中農資用品使用的減少削弱了經濟對于第二產業的依賴度，部分生產要素流入第三產業，使得第三產業增加較快。這種發展是可持續的，并且使得社會福利增速快于GDP，福利惠及廣大消費者。

（2）不同情景下能源生產的變動分析。本文測度了化石能源生產和使用的變化情況，并結合《中國能源統計年鑒》中的能源實物量數據和各類化石能源二氧化碳轉換系數計算了二氧化碳排放量變化。模擬結果表明：隨著新品種玉米種植比例的提升，經濟結構得到優化，從而對于能源的依賴度降低，主要能源品種的生產量均減少。鑒于化石能源我國產量巨大，即使是微小的減產比例，也能節約可觀的能源實物量。

（3）不同情景下能源消費的變動分析。模型還計算了不同情景下煤炭、石油和天然氣消費量的變動比率。結果表明，隨著新品種玉米種植比例的提升，經濟結構調整而減少了經濟體對能源需求的依賴，三種主要能源品的消費都得到了抑制。根據化石能源消耗節約量乘以對應的能源二氧化碳排放系數（秦昌波，2014），可以獲得二氧化碳減排量，在完全替代情景下，對我國煤炭需求減少30萬噸，石油7萬噸與天然氣0.146億立方米，且對于整體二氧化碳排放減少104.42萬噸。整體而言，新品種玉米的種植與投入生產，對于國家整體資源壓力緩解、溫室效應抑制、大氣質量改善、與貫徹國家低碳發展理念皆具有積極作用。

六、 研究總結與政策建議

本文首先通過DNDC模型測度了新品種玉米的增產效應，接著將此增產沖擊引入CGE模型，通過多情景仿真探討了玉米的生物技術應用對經濟發展，尤其是資源節約和環境保護的影響。取得的主要結論如下：

1. 玉米新品種種植會產生積極的增產作用，平均增產幅度大致為4.87%，不同省份差異較大。

2. 就CGE模擬結果來看，生物技術帶來的增產作用在經濟運行中得到了有效擴散，促進了整體經濟增長。三大產業的增速不一致，一、三產業增幅較快，這種結構上的變遷是符合社會發展需要的，使得社會福利增速快于GDP，經濟增長的利益惠及到了居民戶。

3. 經濟結構的變遷降低了能源依賴度，從而節約了能源資源。盡管主要能源行業減產幅度很有限，但鑒于巨大的行業產量基數，節約量是十分可觀的。

4. 能源依賴度降低同樣表現在消費層面，有力地減少了二氧化碳排放量，能源絕對量的節約以及相應的二氧化碳排放量較為可觀，這對于緩解資源壓力、抑制溫室效應、改善大氣質量、貫徹國家低碳發展理念產生了積極作用。

基于如上結論，考慮我國實際狀況，本文提出如下建議：在新品種增產效應較高的省份優化推廣新品種玉米種植，提高當地玉米生產的核心競爭力。在新品種玉米消費方面，政府可以先從非食用領域切入。玉米是重要的為工業原材料，若是用于制造清潔能源，可以進一步減少經濟對于石油的依賴度，體現資源環境效益。在消費者層面，部分消費者生物技術應用認知存在誤區，需要政府著力去減少其中的信息不對稱問題，科普與宣傳是最為重要的渠道。

參考文獻：

[1] 毛爽，高慶鵬，朱豐超.未來國際市場對中國玉米進口的適應性分析[J].世界農業，2012，（5）：57-62.

[2] 趙芝俊，孫煒琳，張社梅.轉基因抗蟲（Bt）玉米商業化的經濟效益預評價[J].農業經濟問題，2010，（9）：32-36，111.

[3] 樊明太，鄭玉歆，齊舒暢，陳杰.中國貿易自由化及其對糧食安全的影響——一個基于中國農業CGE模型的應用分析[J].農業經濟問題，2005，（S1）：3-13

[4] 周曙東，崔奇峰，吳強.美國發展生物質能源對國際市場玉米價格、貿易與生產格局的影響——基于CGE的模擬分析[J].中國農村經濟，2009，（1）：82-91.

[5] 夏伊麗.基于CGE模型的我國生物質能經濟激勵政策的研究[D].杭州：浙江工業大學學位論文，2009.

[6] 梁偉.基于CGE模型的環境稅“雙重紅利”研究[D].天津：天津大學學位論文，2013.

[7] 吳永民.基于CGE模型的我國燃料乙醇產業財政政策研究[D].北京：中國地質大學（北京）學位論文，2014.

[8] 董瑩，穆月英.農業技術進步、農村勞動力轉移對地區工資與收入差距的影響——基于SFA-CGE兩階段模擬分析[J].北京理工大學學報（社會科學版），2015，（5）：91-98.

[9] 劉亦文，胡宗義.能源技術變動對中國經濟和能源環境的影響——基于一個動態可計算一般均衡模型的分析[J].中國軟科學，2014，（4）：43-57.

基金項目：國家自然科學基金重點項目群之重點項目“氣候變化背景下低碳農林業發展戰略及政策研究：基于作用、潛力和成本效益的分析”（項目號：71333010）；國家自然科學基金項目“中國轉基因玉米商業化市場前景及其經濟影響研究”（項目號：71573173）；上海交通大學博士后研究基金（項目號：14X100030025）。

作者簡介：于冷（1966-），男，漢族，吉林省長春市人，上海交通大學安泰經濟與管理學院教授、博士生導師，研究方向為農業經濟學；田謐（1986-），女，漢族，江蘇省昆山市人，上海交通大學安泰經濟與管理學院博士生，研究方向為食品經濟學；張尚美（1994-），女，漢族，陜西省西安市人，上海交通大學安泰經濟與管理學院本科生，研究方向為金融學；趙子健（1984-），男，上海市人，上海交通大學安泰經濟與管理學院博士后，研究方向為產業經濟學。

收稿日期：2016-11-11。