中國糧食生產化肥利用效率的區域差異與收斂性分析

何悅 漆雁斌 湯建強

摘要：本研究采用1998-2016年全國31個省市自治區的面板數據，運用隨機前沿函數，對中國糧食主產區、主銷區和平衡區的糧食生產化肥利用效率進行測算，并借助σ收斂和β收斂對全國范圍及各功能區糧食生產化肥利用效率的收斂性進行檢驗。中國3個糧食功能區糧食生產技術效率和化肥利用效率均呈現上升趨勢，但糧食生產技術效率遠遠高于化肥利用效率;三大功能區的化肥利用效率雖存在一定的區域差異，但均具有收斂特征，說明這種區域差異會逐漸縮小，各省市自治區自身的效率水平也逐漸趨于穩態。中國糧食生產化肥利用效率水平較低，還有較大的提升空間，且中國不同區域存在較大差異，建議通過教育培訓、技術推廣等多途徑促使農民合理施肥，提高化肥利用效率，促進農業綠色發展。

關鍵詞：化肥利用效率;糧食生產;σ收斂;β收斂

中圖分類號：S147.5

文獻標識碼：A

文章編號： 1000-4440（ 2019） 03-0729-07

在基本自給的糧食安全政策主導下，追求糧食產量成為中國農業生產和發展的首要目標[1]。改革開放以來，中國糧食生產發展迅速，用世界十分之一的耕地養活了世界五分之一的人口，創造了糧食生產的奇跡[2]。在巨大的糧食需求壓力下，化肥成為保障中國糧食安全的重要選擇。據中國歷年統計年鑒數據顯示，中國農業化肥施用折純量1978年為1.64x10 t，到2016年為5.98x10 t，年均增長率達到7%。化肥的施用促使中國糧食產量不斷提升，但當化肥施用量達到一定程度后，其對糧食產量增長的邊際貢獻率卻逐漸下降，而且過量施肥會造成生產資源的浪費，農業生產成本的提升，還會帶來嚴重的農業面源污染，不利于中國鄉村振興戰略的實施。2016年中國平均每1 hm化肥施用量達359 kg/hm，遠遠超過國際上為防止水體污染而設置的225 kg/hm2的安全上限[3]，過量施肥已成為中國農業生產中較為普遍的現象[4]。化肥的過量使用也意味著中國農業生產化肥利用效率較低，造成嚴重的生態環境污染，直接影響到農業的可持續發展。在當前中國推進生態文明建設，邁向高質量發展的背景下，如何在保證糧食安全的同時，減少化肥施用量，提高化肥利用效率，成為中國農業生產和發展的重要議題。

隨著環境問題不斷涌現，農業面源污染問題逐漸受到社會各界的重視，越來越多的學者圍繞化肥施用量和化肥利用效率進行研究。現有文獻對于化肥利用效率的研究主要分成2類：一是學者們主要從農作物對化肥的吸收率和化肥利用效率進行研究，張福鎖等對中國糧食主產區水稻、小麥、玉米3種糧食作物的氮肥吸收率進行了測算[5];二是學者們主要是利用統計數據和經濟模型來測算化肥利用效率。Reinhard在測算荷蘭奶牛養殖戶環境效率時，假設產出和其他要素投入保持不變，用能夠實現當前產量的最低施用量除以當前實際施用量，所得到的比值即為環境效率[6]。隨后，學者們[7-11]逐漸將這種思路引用到農業生產化肥利用效率的測算中，學者們普遍認為中國存在過量施肥現象，化肥利用效率偏低。

通過對現有研究結果的梳理，目前研究糧食生產效率的文獻較為豐富，研究單一生產要素投入效率的文獻相對薄弱，已有化肥利用效率的研究，大多是從全國或者東、中、西部地區劃分、水域劃分進行分析和比較，缺乏從糧食生產功能區的視角對化肥利用效率的分析。鑒于此，本研究通過1998- 2016年中國31個省市自治區糧食生產的省級面板數據，采用隨機前沿生產函數，測算糧食生產主產區、主銷區和平衡區的化肥利用效率，詳細分析不同區域化肥利用效率的變化及其差異，深入探討不同功能區的化肥利用效率特點，在此基礎上，對全國以及糧食主產區、主銷區和平衡區的化肥利用效率的收斂性特征進行分析。

1 研究方法、變量與數據

1.1 研究方法

參考已有文獻，學者們主要從技術方面測算化肥利用效率。當其他要素投入固定，產出不變的情況下，可能的最小化肥使用量和實際使用量之比，即為化肥利用效率[7，12-14]。實際上，是在測算糧食生產技術效率的基礎上進一步測算化肥利用效率。

由于農業生產存在一定的特殊性，其受隨機性強的自然因素影響較大，因此，本研究采用隨機前沿生產函數模型構建中國糧食生產的隨機前沿生產函數.設定為C-D函數模型.具體如下：

1.2 變量說明

本研究選取1998 -2016年中國31個省市自治區的糧食總產量作為產出指標。投入指標主要從勞動力投入、化肥投入、農藥投入和技術投入4個方面進行考量，其中土地投入選取糧食作物播種面積，勞動力投入借鑒王躍梅等[15]的測度方法，從事種糧勞動力數量=農林牧漁從業人員×（農業產值/農林牧漁業總產值）×（糧食播種面積/農作物播種面積），與之對應，化肥投入、農藥投入和機械投入均采用此方法進行測度。指標說明詳見表1。

1.3 數據來源

鑒于中國糧食生產具有明顯的區域性特征，本研究參考高鳴等[16]將31個省市自治區劃分為糧食主產區、平衡區和主銷區三大功能區進行比較和分析（表2）。各個變量數據主要來源于《中國農村統計年鑒》、《中國統計年鑒》、《新中國60年統計資料匯編》。

2 中國糧食生產化肥利用效率的測算與分析

2.1 隨機前沿生產函數模型估計

本研究利用軟件Frontier4.1，采用極大似然估計方法對隨機前沿生產函數模型進行估計（表3）。

從回歸結果可以看出，通過似然比LR檢驗，拒絕技術無效率部分各項系數為零的原假設，說明存在技術無效率的情況，所有樣本點都處于生產前沿面上的假設是不成立的，因此，采用隨機前沿生產函數更適合數據分析。在投入的5種要素中，只有土地投入和化肥投入2種要素在0.01水平顯著，土地投入的彈性系數較大，為0.855 1，化肥投入的彈性系數為0.204 3，說明化肥投入對糧食生產具有一定的影響。

2.2 化肥施用效率區域差異分析

本研究運用軟件Frontier4.1，根據1998 - 2016年全國31個省市自治區的相關數據測得技術效率TE的值。根據上文中提到的公式TEit=e-u可以求出uit，然后利用公式FEit=e-u/β3和表3中β3的估計結果（即估計系數）計算可以得到化肥利用效率值FE，并基于區域差異的視角對全國及其糧食生產三大功能區進行分析和比較。表4給出了全國及糧食主產區、主銷區和平衡區1998- 2016年糧食生產技術效率和化肥利用效率，表中顯示的數據是各區域省市自治區每年的效率均值。

從表4中我們可以看出，1998-2016年全國及糧食生產三大功能區糧食生產技術效率均呈現逐步上升的趨勢，基本符合中國基本國情。1998-2016年全國糧食生產技術效率平均值為0.625 7，其中主產區的糧食生產技術效率平均值為0.644 3，高于主銷區糧食生產技術效率（0.640 0）和平衡區糧食生產技術效率（0.625 0），主產區的糧食生產技術效率高于主銷區和平衡區，中國劃分糧食功能區的初衷得到體現。

在環境和資源的雙重壓力下，國家多次提出提高化肥利用效率。1998-2016年全國及糧食生產三大功能區化肥利用效率均呈現逐步提高的趨勢，但其效率值遠遠低于糧食生產技術效率值。1998- 2016年全國化肥利用效率平均值為0.344 6，其中主產區的化肥利用效率為0.344 2，主銷區的化肥利用效率為0.351 9，平衡區的化肥利用效率為0.337 7，在研究期內化肥利用效率，主銷區>主產區>平衡區。這主要是糧食主銷區所包含的省市自治區位于中國東部沿海地區，經濟發展水平較高且農業現代化程度較高，大量農業機械得到廣泛使用，當地農戶為節約勞動力成本，運用機械施肥，采用深耕深施等技術，有效提高化肥的利用效率。而由于糧食平衡區所包含的省市自治區大多位于中國西部地區和貧困地區，農戶收入較低，大量農村勞動力外出務工，導致農業勞動力的短缺，通過化肥、農藥等農業化學品的大量投入來替代勞動力的趨勢已成為農戶的普遍選擇，化肥施用量的增加導致化肥利用效率處于較低水平。

2.3 化肥施用效率時間維度分析

圖1可以看出，從絕對值來說，無論是糧食生產技術效率還是化肥利用效率，從1998- 2016年均呈現上升的趨勢，且糧食生產技術效率遠遠高于化肥利用效率。為了保障人們對于糧食的需求，國家出臺政策極力推進糧食產量的增加，逐漸形成農戶對化肥等化學品的依賴，化肥過量使用的現象屢見不鮮。但隨著生態環境的惡化，國家和社會各界開始關注過量施肥的危害，并開始引導農戶的合理施肥行為。因此，從增長率來看，雖然糧食生產技術效率和化肥利用效率增長率呈現持續下降的趨勢，但是化肥利用效率的增長率仍然遠遠高于糧食生產技術效率的增長率。由于科學技術的研發和推廣需要一段時間，而且隨著糧食生產技術效率和化肥利用效率基數的增加，雖仍保持效率絕對值的增加，但直接影響到兩者增長率的持續增長。

3 中國糧食生產化肥利用效率收斂性分析

中國糧食生產化肥利用效率存在較大的區域差異，而不同區域化肥利用效率是否趨于相同效率水平，是本部分要研究的重要問題。分別對全國糧食生產三大功能區（主產區、主銷區、平衡區）的化肥利用效率進行σ收斂和β收斂分析，其中β收斂又包括絕對盧收斂和條件盧收斂。

3.1 σ收斂

隨著σ收斂廣泛應用于各領域，其計算方法也越來越豐富，現有研究中主要的計算方法有標準差、基尼系數、變異系數、泰爾指數等[17]，本研究選取變異系數進行測度。

從圖2中可以看出，中國化肥利用效率變異系數從1999年的0.009 9逐漸下降到2016年的0.007 7，說明中國各省市自治區之間的化肥利用效率差距在逐漸縮小。糧食三大功能區化肥利用效率變異系數的線性趨勢較明顯，均呈現不斷下降的趨勢，但又存在一定的差異;糧食主產區變異系數從1999年至2016年下降幅度最大，其次是糧食主銷區，最后是糧食平衡區。總體來說，全國糧食主產區、糧食主銷區和糧食平衡區的化肥利用效率存在不同程度的σ收斂。

3.2 β收斂

3.2.1 絕對β收斂絕對β收斂是指不同區域化肥利用效率將會達到完全相同的穩態水平，即各區域化肥利用效率最終會趨于一致，表明化肥利用效率低的區域其提升速率快于化肥利用效率高的區域。本研究利用Robert等[18]提出的檢驗β收斂的方程：

絕對β收斂檢驗結果（表5）表明，全國糧食生產三大功能區模型中β系數都為負值且在0.01水平顯著，表明化肥利用效率低水平的地區增速明顯快于高水平地區，其存在的差距逐漸縮小，各地區化肥利用效率最終將達到一個穩態水平。

3.2.2 條件β收斂條件β收斂指由于每個區域存在不同的特征和條件，從而使化肥利用效率會朝著不同的穩態水平趨近。本研究遵循一般思路，采用固定效應模型對相關條件收斂性進行檢驗，設定條件收斂的檢驗方程如下：

從表6可知，全國糧食生產三大功能區模型中β1系數都為負值，且在0. 01水平通過顯著性檢驗，說明全國糧食生產三大功能區的化肥利用效率均朝著各自的均衡水平調節，存在條件β收斂現象。

結合絕對β收斂和條件β收斂檢驗結果表明，全國糧食生產三大功能區，其化肥利用效率均具有收斂特征，這說明糧食主產區、主銷區和平衡區所包含省份的化肥利用效率的差異會逐漸縮小，同時各省份自身的效率水平也逐漸趨于穩態。

4 討論

本研究運用中國31個省市自治區1998-2016年糧食生產的相關數據，采用隨機前沿生產函數模型測算全國范圍和糧食三大功能區的糧食生產化肥利用效率，并對其收斂性進行檢驗。研究發現：（1）糧食生產三大功能區的化肥利用效率存在一定的區域差異，考察期內，糧食主銷區化肥利用效率最高，主產區次之，平衡區利用效率最低;（2）中國三個糧食功能區糧食生產技術效率和化肥利用效率均呈現上升的趨勢，但糧食生產技術效率遠遠高于化肥利用效率;（3）全國糧食生產三大功能區的化肥利用效率均具有收斂特征，糧食主產區、主銷區和平衡區所包含省份的化肥利用效率的差異會逐漸縮小，同時各省份自身的效率水平也逐漸趨于穩態。

在中國深化農業供給側結構性改革，實施鄉村振興戰略的背景下，提高農業生產化肥利用效率勢在必行。基于上述研究結論得到以下啟示：從整體來看，一是加大對農戶的教育和培訓，增強他們的綠色生產意識，提高農戶對過量施肥和合理施肥的認知，鼓勵在糧食生產中用有機肥、農家肥替代化肥，提高化肥利用效率;二是加大農業生產技術的推廣力度，促進測土配方施肥技術的采納和運用，積極引導農戶根據不同區域土壤特性和自然環境進行合理施肥。從區域來看，結合中國糧食生產的功能性分區，在充分發揮各區域功能性優勢的基礎上，不斷提高各區域糧食生產化肥利用效率，避免糧食主產區“產量化肥施用量，雙量齊飛”、糧食主銷區“過量化肥替代勞動力”、糧食平衡區“認知不夠，數量來湊”等現象的發生。

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（責任編輯：陳海霞）