低碳視角下城鎮化與農業生態效率的門檻效應

張 贇

(陜西師范大學 西北歷史環境與經濟社會發展研究院, 陜西 西安 710119)

一、 前言

傳統農業即使用傳統生產要素且長期處于低效率均衡的農業。在工業與農業、城市與鄉村的二元經濟背景下，農業回報率偏低、農業勞動力報酬偏低、農村勞動力逆淘汰、自然資源緊張、涉農項目投入資金不足，農產品結構不合理等問題不容忽視。為保證農民持續增產增收，進一步縮小城鄉差距，實現鄉村振興迫切需要農業現代化建設。《農業發展的國際分析》 一書中速水佑次郎和弗農-拉坦的“誘導技術變革”理論提出使用現代生產要素對傳統稀缺資源進行替代的重要性[1]。舒爾茨在《改造傳統農業》中也提到現代農業的關鍵在于改變農業經濟增長源泉，使用現代生產要素不斷提高農業經濟增長質量和投資收益，打破農業資源配置的低效均衡[2]。城鎮化伴隨工業化產生，期間產業及人口的集聚改變了人們的消費結構和消費水平，拉動農業供給側改革，促進農產品多樣化過程中伴隨非農部門擴張產業結構發生變遷，進一步擴大和豐富了對涉農產品及服務的市場需求，以上種種拉動了農業技術進步。現代化涉農生產要素如現代農機、高質量化肥農藥、降解薄膜、節水灌溉器械、優良作物品種等持續迭代并投入農業生產，技術水平得到提升，現有技術利用率提高，農業生產前沿面得以向前推進。但近年來人口城鎮化和土地城鎮化不斷加快，關鍵農業生產要素如人力、耕地等愈發稀缺。一些地區出現屢屢觸碰耕地紅線，務農人員老齡化、女性化、文化水平偏低等問題。在短期涉農技術水平得不到較大提升且稀缺資源難以獲得的情況下，農民為提高對現有稀缺性資源的利用率以維持生產，會加快并加大對其他現代生產要素的使用，致使面源污染源增多、污染面擴大，碳排放量增高等環境問題日益嚴重，這一結果有悖于我國生態農業建設及可持續農業發展規劃。如何在城鎮化進程中進一步加強農業可持續發展、提高農業生態效率，發展綠色低碳農業成為亟待解決的問題。

二、 研究思路及研究意義

本文利用2006-2015年西部各省區(西藏除外)農業生產及城鎮化相關數據，根據基于農業生產作業碳排放這一非期望產出的SBM-DEA模型和基于Hansen門檻回歸思想的門檻回歸模型，研究城鎮化中人口城鎮化、土地城鎮化與低碳視角下農業生態效率的非線性關系，這對西部地區推進農業現代化、打造生態農業，促進城鎮化同低碳農業的協調發展具有實際意義。

三、 國內外研究概況

國內學者在對城鎮化與農業經濟，現代化進程等的相互關系以及農業效率的影響因子等重要農業問題上進行過許多探索。趙麗平等利用DEA對基于非期望產出(污染排放物)的糧食環境技術效率效率進行測算并經計量研究發現：2002-2013期間城鎮化水平與其顯著負相關，人力資本存量顯著正相關且系數偏低[3]。郝愛民根據中國2005—2013相關數據經門檻回歸發現農業生產性服務業水平對地區城鎮化的影響存在雙重門檻[4]。謝杰使用1980年至2009年中國31個省(市、自治區)農業機械化水平、農業產出、工業化率等變量研究工業化、城鎮化對農業現代化進程的門檻效應，發現工業化存在單一門檻，城鎮化存在雙重門檻，且二者躍過一定門檻后均有益農業現代化[5]。劉瓊等人對城鎮化的深入研究發現人口城鎮化跟土地城鎮化由于投入要素的階段性使得兩者之間存在階段性協調，提出政府應合理調整土地城鎮化對人口城鎮化的追趕[6]。陳鳴等人對中國1997-2013年31個省級區域的面板數據做門檻回歸發現農業科技投入對其生產效率的作用受農地規模的門檻影響[7]。基于中國14年省級面板，姚增福等人以要素積累為門檻，研究農村人力資本水平對農業生產環境效率的影響中發現：要素積累呈現雙門檻區間效應[8]。王艾敏采用2000-2012 年除西藏外的中國年度數據，結果顯示信息化水平、資本投入、時間等三個要素均存在雙重門檻效應，且信息化不存在生產率悖論[9]。李世宏基于超效率DEA對中國各地區1995-2014年的農業效率率進行了橫縱對比，在對農業效率、工業化與城市化GMM回歸時發現傳統城市化受制于城鄉二元經濟,不能抵消傳統工業化對農業效率的負面作用[10]。宋元梁等人基于中西部六個農業大省相關數據，利用SFA得到農業技術效率，經協整和脈沖分析發現短期技術效率與城鎮化二者相互阻礙，但長期中具有正向交互作用[11]。石慧等人研究發現工業化和城市化進程顯著影響生產率水平，由于勞動力跨區流動等的階段性影響，人力資本因素不同時期作用不同[12]。陳志峰等人指出城鎮化帶動農業產業結構優化、促進農業多樣化發展，為農業現代化提供投資來源[13]。應瑞瑤等參考清單分析法計算發現1998-2009年中國綠色農業效率總體緩慢上升，但水平偏低[14]。龐家幸用SBM模型研究了中國農業綠色效率和空間分布特征[15]。

四、 模型建立及變量說明

(一) 基于非期望產出的SBM-DEA模型

1. 模型設定

SBM-DEA由Tone提出，建立在Cooper等人提出的DEA分析基礎上，可對包含農業投入產出及非期望產出在內的決策單元(DMU)的效率、冗余及目標改進量進行測算和評價。較傳統DEA模型如BCC，CCR需從產出或投入某單一角度出發解釋效率而言，SBM具有非角度非徑向優點，可從產出及投入綜合進行效率評價，且模型中引入松弛量(S)，對DMU提出了松弛改進。由于各區域農業規模不一，模型設定為規模報酬可變，對原始SBM模型加入非期望產出(碳排放量)得到模型1：

模型1基于碳排放的SBM-DEA模型

模型s-、s0、sb分別對應投入、產出及非期望產出的松弛值，λ表示權重。農業生態效率用ρ表示，值為1表示決策單元完全有效率；0到1之間說明效率受損，存在冗余。0代表output即正常產出，本文用各省區農林牧漁實際總產值代表；b代表bad output即非期望產出，這里用基于各類投入碳排放系數計算得到的農業生產碳排放量作為體系內的非期望產出。

2. 變量選取及數據來源

(1) 投入變量：第一產業從業人數(萬人)，農用機械總動力(萬千瓦)，農用化肥折純使用量(萬噸)，農作物播種面積(千公頃)，農用塑料薄膜使用量(噸)，農藥使用量(噸)，有效灌溉面積(千公頃)。

(2) 期望產出變量：農林牧漁總產值(億元)

(3) 非期望產出變量：參考文獻中姚增福等人的做法[8]，考慮數據可得性，選用化肥、農藥、農用塑料薄膜及灌溉產出的碳排放總量作為非期望產出。其中化肥，農藥，薄膜，灌溉各自的碳排放系數分別為：0.8956kg/kg，4.9341kg/kg，5.18kg/kg，20.476kg/hm2。以上數據來源于2006-2015年《中國農村統計年鑒》、《中國統計年鑒》，西部各省區統計年鑒。

(二) 門檻模型

1. 變量選取

(1) 被解釋變量：選取基于碳排放的農業生態效率值(score)作為被解釋變量。

(2) 控制變量：選取農村固定資產投資額(lnfixed_asset)、農業經濟地位(agr_stat)、種植結構(plant_stru)、受災比重(nature)、城鄉收入差距(grap )作為控制變量。

(3) 門檻變量及門檻依賴變量：為研究兩類城鎮化水平對其自身及相互之間的門檻效應，分以下四種情況進行設定：

I. 人口城鎮化對農業生態效率影響的土地城鎮化門檻效應：

以人口城鎮化水平(lnurban_people)為門檻依賴變量，土地城鎮化水平(urban_land)為門檻變量。

II. 土地城鎮化對農業生態效率影響的人口城鎮化門檻效應：

以土地城鎮化水平(urban_land)為門檻依賴變量，人口城鎮化水平(lnurban_people)為門檻變量。

III. 人口城鎮化本身對農業生態效率影響的門檻效應：

以人口城鎮化水平(lnurban_people)為門檻依賴變量，同時作為門檻變量。

IV. 土地城鎮化本身對農業生態效率影響的門檻效應：

以土地城鎮化水平(urban_land)為門檻依賴變量，同時作為門檻變量。

參考Hansen(1999)，設置單一門檻模型I～IV，見模型2：

模型2單一門檻模型I～IV

scoreit=μit+λxit+β1lnurban_peopleit·I(urban_landit≤γ)+

β2lnurban_peopleit·I(urban_landit>γ)+εit

scoreit=μit+λxit+β1urban_landit·I(lnurban_peopleit≤γ)+

β2urban_landit·I(lnurban_peopleit>γ)+εit

scoreit=μit+λxit+β1lnurban_peopleit·I(lnurban_landit≤γ)+

β2lnurban_peopleit·I(lnurban_peopleit>γ)+εit

scoreit=μit+λxit+β1urban_landit·I(urban_landit≤γ)+

β2urban_landit·I(urban_landit>γ)+εit

模型2公式x中代表控制變量，ε代表隨機擾動項。i表示各省區，t表示年份。γ待測門檻值，I(·)為定性函數。若檢測存在多個門檻值，則采用多重門檻模型，例如：若情況I中檢驗土地城鎮化水平的門檻效應時發現存在兩個門檻值，則設定如下雙重門檻模型，模型3參數含義同上：

模型3雙重門檻模型

scoreit=μit+λxit+β1lnurban_peopleit·I(urban_landit≤γ1)+

β2lnurban_peopleit·I(γ1γ2)+εit

2. 變量解釋及數據來源

(1)被解釋變量：低碳視角下的農業生態效率值score，基于非期望產出的SBM-DEA模型，通過DEA solver pro5.0 軟件測算得到

(2)控制變量：根據經濟學和農業生產的相關原理選取如下控制變量：

I. 農業固定資產投資水平(lnfixed_asset)：農村對于農用機械、水利灌溉系統、面源污染處理設備等固定資產的投資直接影響到當地農業現代化水平、單位畝產及農業生產中的污染物排放，進而影響農業生態效率。選用農村固定資產投資額fixed_asset，取自然對數。

II. 農業經濟地位(agr_stat)：產業的經濟地位側面反映其現代化程度及投資收益率高低，農業對當地地區產值貢獻率越高，說明農業在地區產業結構的比重越大，經濟地位越高。高貢獻率的農業能調動農民改進生產經營和社會對涉農項目投資的積極性，選用第一產業增加值對GDP的貢獻率衡量。

III. 種植結構(plant_stru)：糧食作物播種與經濟作物播種面積的比例決定當地農產品結構，不同比例對當地農產品市場需求的滿足程度不一，進而創造不同的經濟價值。此外，作物種類不同，所使用的現代生產要素種類及比重不同，對應的農業面源污染及碳排放也存在差異，本文選用兩者面積之比衡量。

IV. 受災程度(nature)：洪澇、旱災、臺風，冰雹等惡劣天氣會對農業生產環境造成破壞，引起產出的非正常波動，選用受災面積與農作物播種面積之比衡量。

V. 城鄉收入差距(grap )：城鄉收入差距是二元經濟下的頑固問題，收入差距刺激農村居民對城市居民消費水平的向往及消費結構上的模仿，短期內技術水平提高的限制促使農民化肥農藥等要素使用以期提高自身農業收入，此舉影響農業增長質量，阻礙生態文明建設。以上數據來源于《中國農村統計年鑒》西部各省區2006-2015相關指標數據。

(3) 門檻變量及門檻依賴變量

I. 人口城鎮化水平(lnurban_people)：人口城鎮化是城鎮化進程的表現之一，勞動人口尤其是農村高質量，年輕化勞動力的城鎮遷移，引起農村務農人口老齡化、低質化；但同時人口城鎮化過程吸收了部分農業冗余人口，對農業效率水平有一定促進。選用城鎮人口與地區人口之比的百分數表示,為縮小門檻變量與其依賴變量之間的尺度差異，使數據更加平穩，對其取對數。

II. 土地城鎮化水平(urban_land)：土地城鎮化過程中居民用地、工業用地、公用設施、道路網線，市政綠化等搶占農村耕地，引起農用地資源緊缺，對規模化生產及農業技術的規模化運用產生影響。同時，一定程度的土地城鎮化又會促使農民利用現代生產要素提高農地質量，以獲取穩定甚至高倍產出。考慮數據資料完整及統計口徑的一致，本文用2006-2015年西部各省區城市建成區(平方公里)和建制鎮建成區面積(平方公里)之和與當地土地總面積之比的百分數表示，數據來源于《中國城市建設統計年鑒》和《中國城鄉建設統計年鑒》，其中土地總面積數據來源于《中國區域經濟統計年鑒》。

五、 實證結果分析

(一)西部各省區農業生態效率結果分析

非期望產出SBM-DEA經DEA SOLVER PRO5 的測算，得到西部11個省區基于低碳視角的農業生態效率值(見表1)

表1中為西部11省(區)2006-2015年農業生態效率。內蒙生態效率一直處于上升，2010年后增幅明顯且連續五年保持高水平，其中2011、2012、2015年達到完全有效，可見內蒙在農業現代化和低碳生態農業的協調發展上取得較好平衡；貴州效率值總體上升但漲幅不明顯，最高僅0.595760，一直處于中等水平；寧夏波動明顯，在2014年后才實現生態效率的較大幅度增長，在15年躋入西部中高水平行列；新疆在08年前后效率值先升后降，2013-2015年時趨于穩定，13年達到完全有效；重慶整體穩步上升，2013年后也進入西部高水平行列；云南處于緩慢爬坡狀態，增幅不明顯；青海、廣西、四川多年達到完全生態有效；陜西2014年前小幅波動總體穩定在中高水平，2014年進入高水平區間；甘肅總體波動很小且水平最低，與該地區多戈壁，石山等不利于農業生產的土地環境有關。

表1歷年西部省區農業生態效率變動

此外，表1中計算了西部11省(區)2006-2015年平均農業生態效率，參考相關效率評價文獻做法，將效率水平分為低、中、中高、高四檔，分別對應效率區間0-0.4、0.4-0.6、0.6-0.8，0.8-1.0。新疆、廣西、青海、四川的農業生態效率處于高水平區間，分別為0.801533、0.977422、0.989935、0.907869；內蒙、重慶、陜西處于中高水平區間，其中內蒙值最高，生態效率達到0.794504；貴州、寧夏、云南農業生態效率處于中等水平，甘肅在11省(區)中效率最低，僅0.307541。

(二)門檻檢驗結果

使用stata14官方門檻回歸命令“Xthreg”，采用bootstrap(BS)進行300次反復抽樣，得到門檻值個數及真實性的檢驗結果。

1. 人口城鎮化對農業生態效率影響的土地城鎮化門檻效應檢驗

表2 土地城鎮化對人口城鎮化的門檻效應檢驗

注：***、**、*分別表示在1%，5%，10%水平上顯著.

表3 門檻估計值及置信區間

圖1 似然比函數圖

圖2 似然比函數圖

變量系數P值lnfixed_assset 0.3786149???0.000 agr_stat 0.0324738???0.000 plant_stru 0.03123570.934 nature 0.00109360.115 lnurban_people(lnurban_land≤0.1740)-0.6109109??0.047 (0.17401.0973)-0.48620560.119

四種門檻模型檢驗結果均顯示不存在三重門檻。表2中顯示當土地城鎮化作為門檻變量，人口城鎮化作為門檻依賴變量時，土地城鎮化存在雙重門檻值，在10%水平上顯著。似然比函數圖1、圖2及表3的結果顯示：第一門檻值為0.1740%，第二門檻值為1.0973%，似然比函數圖1、圖2顯示通過LR門檻真實性檢驗。在此基礎上進行雙重門檻面板回歸，表4回歸顯示當土地城鎮化水平低于第一門檻值0.1740%時，人口城鎮化對生態效率影響為-0.6109109，在5%水平上顯著，說明此時人口城鎮化帶來的農村高質量勞動力外流，務農人員老齡化低質化等問題可能促使農民為保證收益，增加對化肥農藥等要素使用，在缺乏配套面源污染處理方案及設施時，會阻礙農業生態效率進步。當躍過第二門檻值1.0973%時，人口城鎮化與其負相關，但不顯著，說明有其他因素在抵消人口城鎮化的負面作用，土地城鎮化的持續推進使得土地資源越發緊張，單靠化肥農藥等易獲得的生產要素已難以大幅提高生產，唯有提高技術水平及對現有技術的利用率。當門檻值處于兩者之間時，相比于第一門檻時，負相關系數減弱為-0.5420674，在10%水平上顯著。

控制變量里固定資產與生態效率正向相關，系數0.3786149，在1%水平顯著(見表4)，說明固定資產投資提高當地農業現代化水平，提高農業質量，有利生態農業發展。農業經濟地位的影響顯著，系數0.0324738，農業經濟地位提升有益于提高農民科學生產積極性，拉動產業投資，促進生態農業發展。種植結構變化對效率影響不顯著，說明研究區域內可能存在種植結構主動影響并改變農物市場需求，因此對農業效率的影響不顯著。受災比重的影響不顯著，說明區域內對自然災害的防治措施完備，災害對農業生產的擾動容易褥平。

2. 土地城鎮化自身對農業生態效率影響的門檻效應檢驗

表5土地城鎮化自身影響農業生態效率時的門檻效應

表6 門檻估計值及置信區間

表5，6中顯示當土地城鎮化同時作為門檻變量及門檻依賴變量，即研究其自身對農業生態效率影響的門檻效應時，在5%水平上顯著，存在雙重門檻。第一道門檻值為0.0587%，第二道門檻值為0.1740%。圖3和4的似然比檢驗結果顯示通過真實性檢驗。

圖3 似然比函數圖

圖4 似然比函數圖

表7門檻面板模型回歸結果

變量系數P值lnfixed_assset 0.1599567???0.000 agr_stat 0.0258623???0.001 plant_stru -0.7042858?0.076 nature 0.00051180.479 lnurban_land(lnurban_land≤0.0587)-6.219662???0.000 (0.05870.1740)0.00735520.758

表7雙重門檻面板回歸發現，當土地城鎮化低于第一門檻，隨著土地城鎮化推進過程中市政用地、綠化用地、居民用地等非農用地對農業用地的擠占，土地這一生產要素日益短缺，農業技術的規模化運用受到阻礙，短期技術水平不大幅上漲情況下，農民只能減產或通過增加化肥農藥的使用量來擴大產出維持經營，但不管是哪種情況，最終都會損失農業生態效率，此階段系數為-6.219662，具有顯著負相關性。當處于第一門檻和第二門檻之間，土地城鎮化已進行至一定階段，雖然對農業用地的擠占仍在繼續，但隨著政府對耕地紅線的設定及各類農地保護政策、惠農政策，扶農政策的實施，加上高效農機及優良品種的投入使用，土地城鎮過程對農業生產及其生態效率的負面作用有所緩解，系數為-2.041024，當躍過第二門檻值時，系數影響不顯著。

3. 土地城鎮化對農業生態效率影響的人口城鎮化門檻效應檢驗

表8 土地城鎮化對效率影響時的人口城鎮化門檻效應

表8中，當土地城鎮化為門檻依賴變量，人口城鎮化作為門檻變量時，檢驗結果顯示在研究土地城鎮化對效率的影響時，不存在人口城鎮化的門檻效應。

4. 人口城鎮化本身對農業生態效率影響的門檻效應檢驗

表9 人口城鎮化自身門檻效應

表9中P值為0.2067，拒絕不了不存在門檻值的原假設，人口城鎮化自身對農業生態效率不具有門檻效應。

5. 基于門檻值的西部各省區分組描述

(1)土地城鎮化在人口城鎮化對農業生態效率影響中的門檻效應

表10 基于土地城鎮化對人口城鎮化門檻效應門檻值的西部區域分組

根據土地城鎮化的兩門檻值將2006-2015年西部11省區分為三個水平區間。如表10，在土地城鎮化對生態效率影響的自身門檻效應中，大部分西部地區位于中等區間，其中內蒙在2011年躍進到至中等區間，寧夏2013年躍進至高等門檻位區間。參考前文門檻回歸結果，土地城鎮化背景下，人口城鎮化對農業生態效率的負面影響有所減弱，但減幅并不明顯，在土地城鎮化逐漸造成的耕地資源壓力之下，政府開始制定耕地保護及惠農政策，農民也通過使用高效率農機及其他現代生產要素來部分替代勞動力要素，但隨人口城鎮化推進，產業結構改變及非農部門發展，對農村勞動力的持續吸收使得農村務農人口質量及數量水平仍處于下降趨勢，勢頭放緩但情況并未發生反轉。

(2)土地城鎮化自身對農業生態效率影響中的門檻效應

表11 基于土地城鎮化自身門檻效應門檻值的西部區域分組

如表11，根據土地城鎮化對自身的門檻值將西部11省區分為三個水平區間：研究期間，絕大部分西部區域已經進入高門檻區間，內蒙在2011年躍入高門檻位。青海總體一直處于低門檻位，新疆始終處于中等門檻區間水平。隨著土地城鎮化推進中政府各項惠農扶農政策落地，先進農用機械及農田運營方法的逐步投入使用，土地城鎮化對農業生態效率的負面影響逐漸減弱。

六、 政策建議

(一) 城鎮化進程中，建立并加強城鎮對鄉村的涉農技術輻射

城鎮化過程中隨人口城鎮化和土地城鎮化的不斷推進，城鎮的產業結構變遷，非農部門擴張，對農村勞動力的持續吸收迫切需要城鎮方面提高對周邊鄉村的涉農技術研發和推廣，加快涉農技術落地轉化。如推進新型雜交糧食品種培育、農膜新分子材料研發、專項農業實驗室建設。政府應組織人員加強對周邊農村居民的農業技術知識培訓及成果檢驗，幫助農民實現懂科學、用技術、會經營。進一步建立和培養現代農田及新型農民，加強城鎮化對農業生產技術的幫扶。

(二) 控制農業生產自身污染物的排放與周邊城鎮的污染遷移

政府應在惠農扶農政策的執行和低碳生態農業觀念的落地上實行兩手抓，且都要抓好。對使用新型低能耗農業機械、有機肥料、可降解農膜、節水灌溉設備等低碳農業生產要素降低農業生產碳排放及其他面源污染物的農民給予稅收優惠、子女小初教育補貼、生產要素補貼等政策，調動農民提高農業生態效率的積極性；城鎮污染方面，應加強環境法律法規，嚴格控制工業污染排放及污染產業的鄉村遷移，保護農地質量，推進生態農業建設。

(三) 發揮政府資金引流作用，擴大涉農生態環保工程及農業技術項目的融資渠道

發揮帶頭作用，合理使用城鎮化過程創造的地區財富，開展對生態農業有關的項目招標工作，拓寬新型生產技術及農業環保項目的融資渠道和融資額。對招標的項目及競標的企業單位認真審查，合理估計項目收益及周期，并在項目周期內嚴格監督，確保生態農業、現代農田、新型農業生產經營的扎實推進，提高農業生態效率，實現質量興農。