長江經濟帶測土配方施肥技術效果及其改進
——基于滇、鄂、蘇三省水稻種植的實證分析

張露，梁志會，普雁翔

1.華中農業大學經濟管理學院/湖北農村發展研究中心,武漢 430070； 2.云南農業大學經濟管理學院，昆明 650201

黨的十八大以來，以習近平同志為核心的黨中央高度重視長江經濟帶生態建設，強調“長江擁有獨特的生態系統，是中國重要的生態寶庫，當前和今后相當長一個時期，要把修復長江生態環境擺在壓倒性位置，共抓大保護，不搞大開發”“推動長江經濟帶發展必須從中華民族長遠利益考慮，走生態優先、綠色發展之路”。近年來，在國家政策的引導下，雖然長江經濟帶的污染物排放總量得到有效控制，但流域生態系統退化(如濕地功能退化、水體富營養化和生物多樣性降低等)的態勢未得到根本遏制[1-2]，農業面源污染問題尤為突出[1-4]。研究表明，磷污染是長江水質改善的主要瓶頸，長江經濟帶11個省(市)的農業源總磷排放量占各類污染源磷污染物排放總量的比例超過60%[1]。由此判斷，提高農業化肥利用效率、減少化肥用量是改善長江流域生態環境的關鍵治本舉措之一。

2015年，原農業部(現農業農村部)出臺的《到2020年化肥使用量零增長行動》(下文簡稱“《行動》”)將長江流域劃為化肥減量增效政策實施的重點區域之一(1)資料來源：《農業部關于印發<到2020年化肥使用量零增長行動方案>和<到2020年農藥使用量零增長行動方案>的通知》，http://jiuban.moa.gov.cn/zwllm/tzgg/tz/201503/t20150318_4444765.htm。。《行動》明確指出，“減氮、控磷、穩鉀，配合施用硫、鋅、硼等中微量元素”是長江中下游流域化肥施用的主要原則，并通過推廣秸稈還田、水肥一體化和推廣配方施肥技術等措施來提高化肥施用效率，減少化肥施用強度。其中，測土配方施肥技術以土壤測試和肥料田間試驗為基礎，根據作物需肥規律、土壤供肥性能和肥料效應，調整施肥結構，實現科學施肥、減少農業面源污染[5]。長江經濟帶各省份十分重視推廣測土配方施肥技術。例如，長江中游省份湖北省印發的《湖北省水污染防治行動計劃工作方案》明確指出，到2020年實現全省測土配方施肥技術推廣覆蓋率達到90%以上(2)資料來源：《省人民政府關于印發湖北省水污染防治行動計劃工作方案的通知》-湖北省人民政府門戶網站 http://www.hubei.gov.cn/zfwj/ezf/201602/t20160205_1711935.shtml。。隨著測土配方施肥技術在長江經濟帶所屬省份不斷得到推廣應用，分析技術對農業化肥施用效率的影響，對實現化肥減量、遏制農業面源污染與改善長江流域的生態環境具有重要意義。

已有文獻圍繞測土配方施肥技術推廣與應用展開的研究主要集中在3個維度：一是技術推廣模式研究。李興佐等[6]認為，企業主導型的農業技術推廣服務主體立足于市場需求，具備服務及時且有效性高的優勢，能夠有效緩解技術推廣面臨的供需不平衡問題，是測土配方施肥技術推廣值得依賴的技術服務體系。李莎莎等[7]總結了現階段中國測土配方施肥技術推廣服務的現狀，發現測土配方施肥技術推廣普遍存在測土環節供需不平衡、配肥環節監管缺失和施肥環節服務匱乏等問題。因此，推進測土配方施肥技術推廣服務轉型的基本邏輯應以“政府負責服務，市場負責推廣”為主線，以企業為紐帶，整合農業職能部門，建立各服務主體間的良性互動機制。孫杰等[5]則將測土配方施肥技術視為一項精準農業技術，認為擴大測土配方施肥技術的推廣面積關鍵在于打破行政分割，提高配方肥生產企業的市場占有率，并構建以市場為主導的技術推廣體系。不難發現，就如何促進測土配方施肥技術推廣，既有研究均強調了以市場為導向的技術推廣體系。

二是技術采納行為研究，主要考察農戶個體特征、家庭特征、土地經營特征和外部環境等對測土配方肥技術采納行為的影響。其中，個體特征維度的影響因素主要為性別[8]、年齡[9]、受教育程度[10]、技術認知、環保法規認知和農業生產經驗等[11-12]；家庭特征維度的影響因素主要為家庭收入[13]、兼業化程度[14]、勞動力非農轉移[15]等；土地經營特征維度的影響因素主要為土地經營規模[16-17]、土地產權類型和土地質量[18]等；外部環境特征維度的影響因素則主要為是否獲得測土配方卡、技術培訓和政府補貼[12-13,19]等。需要特別指出的是，旨在改進農業生產主體認知的培訓和示范被普遍認為是促進測土配方肥技術采納的重要策略。孔凡斌等[13]指出，測土配方肥技術具有知識密集型特征，技術培訓顯著正向改進農戶的采納意愿；李莎莎等[7]的分析則表明，技術培訓對測土配方肥技術采納行為的影響最強。

三是技術采納影響研究。經濟影響方面，張成玉等[20]針對小麥和水稻兩類糧食作物研究發現，采用測土配方施肥技術能夠顯著增加單位面積糧食產量和農戶收入。劉暢等[21]針對東北地區的家庭農場研究表明，采納測土配方施肥技術能夠顯著提高家庭農場的農業收入。環境影響方面，李夏菲等[22]基于湖北省油菜種植數據，認為測土配方施肥技術的推廣顯著降低了溫室氣體排放量。張衛紅等[23]研究發現，測土配方施肥技術顯著減少了氮肥用量。葛繼紅等[24]研究表明，農戶采納測土配方施肥技術會導致氮肥和磷肥的施用量減少，有助于優化施肥結構。張聰穎等[25]基于蘋果主產區的數據，發現測土配方施肥技術顯著增加了農戶的有機肥施用量，對改善施肥結構具有一定的促進作用。

上述研究為分析測土配方施肥技術采納及其影響提供了較好的基礎，但仍存在進一步拓展的空間。一方面，已有關于測土配方施肥技術的影響分析，主要集中于農作物產量、農業收入、化肥施用結構和溫室氣體排放等方面，鮮少探析測土配方施肥技術對農業要素利用效率的影響。盡管大量研究表明測土配方施肥技術有助于改善施肥結構，但是這種改善作用能否提高化肥施用效率，促進農業提質增效？既有文獻尚未展開充分的討論。另一方面，長江經濟帶正面臨巨大的農業面源污染壓力，但鮮有研究探析長江經濟帶農戶采用測土配方施肥技術對其化肥施用效率的影響。據此，本研究基于云南、湖北和江蘇3個省份的農戶調查數據，運用隨機前沿生產函數法測算稻農化肥施用效率，進而估計測土配方施肥技術對稻農化肥施用效率的影響效應，旨在豐富采用測土配方施肥技術相關文獻，為改善長江經濟帶生態環境提供政策建議。

1 研究方法與數據來源

1.1 研究方法

1)化肥效率測算模型設定。本研究運用隨機前沿生產函數法測度農戶化肥施用效率[26]，其中，超越對數形式(Trans-log)可視為某未知函數形式的二次項近似，本研究首先采用Trans-log形式模型估算各投入要素的產出彈性與最優化肥用量，然后根據估計參數對農戶化肥施用效率進行測算。本研究所使用的Trans-log形式的隨機前沿生產函數的設置如下：

(1)

(2)

(3)

通過求解(3)式可得農戶的化肥施用效率：

(4)

2)農戶測土配方施肥技術采納對化肥施用效率影響的模型設定。為考察農戶測土配方施肥技術采納對其化肥施用效率的影響，本研究構建如下實證模型：

(5)

式(5)中，FEi為化肥施用效率；Ti為農戶測土配方施肥技術采納行為，若農戶采納測土配方施肥技術，變量賦值為1，否則賦值為0；Ci表示控制變量，包括第i個農戶的農業生產決策者的個體特征(性別、年齡、受教育年限、健康狀況與是否非農兼業)、農戶i的家庭特征(是否擁有汽車、電腦與是否養殖家畜)、農戶i的農業生產特征(地塊數、灌溉條件、排水條件、土壤肥力、稻作類型與是否購買水稻保險)、農戶i所處的外部環境(化肥價格和市場距離)。Di表示農戶i所在縣(市)的虛擬變量，用以控制氣候條件與病蟲害等區域固定效應，μi為隨機擾動項。α0為截距項，α1、α2k為待估計參數。考慮到化肥施用效率為[0，1]區間的截斷數據，本研究采用Tobit模型估計式(5)。

1.2 數據來源

本研究數據來源于筆者所在課題組在2020年8至9月針對長江經濟帶的農戶問卷數據調查。研究根據各省份的地理與經濟特征，選擇了云南、湖北和江蘇3個省份作為樣本采集區域。從地理因素來看，云南、湖北和江蘇分別位于長江上、中、下游地區，因而樣本區域涵蓋了長江經濟帶三大區域。具體而言，云南位于中國的第一階梯上，海拔較高，以山地地形為主；湖北位于中國第二階梯上，海拔低于云南，但高于江蘇省，以平原和丘陵地形為主;江蘇位于第三階梯上，以平原地形為主，屬于低海拔地區。從經濟區位來看，云南、湖北和江蘇分別屬于西部、中部欠發達地區和東部發達地區，3個省份大致反映了長江經濟帶的經濟發展狀況。據此，選擇云南、湖北和江蘇3個省份作為長江經濟帶的樣本采集區具備代表性。

調查采用多階段抽樣方法：第一階段，根據長江經濟帶的地理、經濟特征，選擇云南、湖北和江蘇作為樣本抽樣區域；第二階段，在每個省份選擇3個水稻主產縣(區)，共計9個縣(區)；第三階段在每個樣本縣隨機調查3個鄉(鎮)，共計27個鄉(鎮)；第四階段在每個樣本鎮隨機調查2個行政村(街道)，共計54個行政村(街道)；第五階段，在每個行政村(街道)隨機調查30位農戶，共計1 620位農戶。剔除遺漏關鍵信息和答案前后矛盾的問卷后，共獲得1 541份有效問卷，有效問卷率為95.123%。

調查內容主要包括3個層面：第一，村莊層面內容，包括村莊道路、通信等基礎設施信息；第二，農戶層面內容，涵蓋農戶家庭成員基本信息和農業經營等情況；第三，地塊層面內容，考慮到農戶經營多個地塊，農戶憑借記憶可能無法準確地描述地塊間投入產出的差異，本研究僅調查農戶最大地塊的基本特征與投入產出信息。長江流域是我國水稻的主產區，然而水稻種植過程中的化肥過量投入，在繼續加劇土壤退化、溫室氣體排放與地下水體污染[27]。據此，本研究聚焦水稻生產過程中的化肥施用效率。剔除未種植水稻農戶的問卷后，共獲得滿足本研究要求的有效樣本1 112份。

1.3 變量描述性統計

變量的含義及其描述性統計見表1。樣本農戶平均水稻單產為8 752.50 kg/hm2，國家統計局的數據顯示，2019年云南、湖北和江蘇水稻單產分別為6 482.25、8 208.75和8 971.50 kg/hm2，3個省份的水稻單產均值為7 849.50 kg/hm2。可見，本研究的樣本數據與宏觀統計數據相近，表明樣本數據具有代表性。有32.6%的樣本農戶采納了測土配方施肥技術，表明農戶測土配方施肥技術采納率較低，這與孫杰等[5]得出長江經濟帶省份(湖南、江西和江蘇)農戶測土配方施肥技術采納率不高的結論一致。樣本農戶的平均年齡約為55周歲，平均受教育年限約為8 a，這與現階段中國農業勞動力受教育程度低、老齡化現象嚴重的基本情況相符。綜上，研究的調查數據能夠較好地反映長江經濟帶的農業生產狀況。

表1 變量含義與描述性統計Table 1 Variable definition and descriptive statistics

續表1 ContinuedTable 1

2 結果與分析

2.1 化肥施用效率測算結果

由表2可知，變差率γ單邊似然比檢驗在1%的水平上顯著，說明稻農化肥施用存在無效率現象，因而利用隨機前沿生產函數測算施用效率具備合理性。同時，單邊似然比檢驗函數模型設定檢驗LR統計量為658.44，通過了1%的水平顯著性檢驗，說明應選擇Trans-log形式的隨機前沿生產函數而非柯布道格拉斯(C-D)形式生產函數進行參數估計。

表2 Trans-log形式的隨機前沿生產函數模型的估計結果Table 2 Estimated results of the stochastic frontier production function model in Trans-log form

根據Trans-log形式的隨機前沿生產函數的估計結果，本研究測算了長江經濟帶水稻種植戶的投入要素產出彈性、化肥施用效率和生產技術效率(表3)。從投入要素產出彈性來看，勞動和化肥要素的產出彈性均值分別為0.130和0.138，說明增加勞動和化肥要素投入有助于增加水稻產量。機械要素的產出彈性均值為-0.074，說明增加機械投入對水稻產量帶來一定的負面影響。不難理解，水稻屬于精耕細作、勞動密集投入型農作物，機械投入可能有利于降低生產成本，但不一定有助于提高水稻產量。

表3 長江經濟帶水稻化肥施用效率測算結果Table 3 Calculation results of rice fertilizer application efficiency in the Yangtze River Economic Belt

總體來看，樣本農戶的化肥施用效率均值為0.685，說明在維持當前投入與產出水平不變的情況下，若消除效率損失，水稻生產中化肥使用效率存在31.5%的提升空間。長江經濟帶的水稻化肥施用效>率要低于水稻生產技術效率，說明現階段長江流域水稻生產減少化肥用量并不會導致產量下降，反而有利于提高化肥施用效率。從地區差異來看，化肥施用效率從高到低依次是江蘇、湖北和云南。可以發現，長江流域上游地區的云南省的化肥施用效率較低。可能原因是，長江上游地區多屬于高海拔的山地，經濟和現代農業發展水平較為滯后，加劇了要素利用效率的損失。從測土配方施肥技術采納情況來看，采納測土配方施肥技術組農戶的化肥施用效率要高于未采納測土配方施肥技術的農戶。這初步表明采納測土配方施肥技術有助于提高化肥施用效率。據此，以下進一步考慮其他混淆因素的影響，實證分析農戶采用測土配方施肥技術對水稻化肥施用效率的影響。

2.2 測土配方施肥技術對化肥施用效率的影響估計結果

1)Tobit模型回歸估計結果。表4第(1)列報告了基于Tobit模型估計測土配方施肥技術對化肥施用效率的影響效應。估計結果顯示，測土配方施肥技術變量顯著，且系數為正。這說明農戶采納測土配方施肥技術能夠顯著提高其化肥施用效率。采納測土配方施肥技術農戶的化肥施用效率平均比未采納測土配方施肥技術農戶提高了25.2%，具有顯著的經濟意義。由此不難推斷，推廣測土配方施肥技術是提高長江經濟帶化肥施用效率的有效舉措之一。

2)分位數回歸估計結果。考慮到Tobit模型估計結果僅得到測土配方施肥技術對化肥施用效率的平均影響。同時，在不同的化肥施用效率水平上，測土配方施肥技術的影響可能存在差異。分位數回歸能夠在被解釋變量的整個分布上估計出解釋變量的影響效應，有效彌補了均值回歸的不足[28]。據此，本研究進一步利用分位數回歸估計了測土配方施肥技術對化肥施用效率的影響。表4第(2)～(6)列為分位數回歸結果，可以發現，測土配方施肥技術的影響系數隨著分位點的增加而下降。這表明，對于化肥施用效率處于較高水平的農戶而言，測土配方施肥技術對化肥施用效率的提升作用有所下降。

表4 測土配方施肥技術對化肥施用效率的影響估計結果Table 4 Estimated results of the influence of soil test formula fertilization technology on fertilizer efficiency

2.3 內生性問題

前文的估計結果表明，測土配方施肥技術能夠顯著提高長江經濟帶水稻種植戶的化肥施用效率。但需要指出的是，若上述估計模型存在內生性問題，將有可能導致估計結果有偏。具體來說，第一，本研究僅考察水稻種植戶的化肥施用效率，如果存在不可觀測因素同時影響農戶水稻種植決策與化肥施用效率，前文的估計結果可能出現樣本選擇偏誤。第二，農戶測土配方施肥技術采納決策不僅受到可觀測因素(如決策者性別、年齡、受教育年限等)的影響，還可能受到不可觀測因素(如經營能力等)的影響。若經營能力越高的農戶越有可能采納測土配方施肥技術，其化肥施用效率也越高，這將會帶來自選擇偏誤問題，導致前文的估計結果偏大，即高估了測土配方施肥技術對化肥施用效率的正向影響。

工具變量法是緩解上述內生性問題的有效方法[29]。本研究選擇村莊測土配方施肥技術采納率(除農戶自身外村莊的樣本農戶測土配方施肥技術采納占比)作為工具變量。從同群效應(peer effect)維度來看，村莊測土配方施肥技術采納率越高，農戶越有可能采納測土配方施肥技術。因為村莊內部的自我認同與集體行動規范將會促使大部分農戶生產行為的趨同化。從社會學習(social learning)維度來看，農戶在生產過程會出現信息交流、相互學習的情況。村莊測土配方施肥技術采納率越高，農戶之間的學習效應將會加速技術的擴散。然而，使用解釋變量的組內平均值作為工具變量可能會違反工具變量的排他性約束，因為未觀察到的組間異質性可能與工具變量和解釋變量相關[30]。在工具變量不滿足排他性假設的情況，Lewbel[31]提出了基于異方差構建的內部工具變量法，能夠利用工具變量法進行參數估計。同時，為進一步檢驗工具變量法估計結果的穩健性，本研究利用近似外生工具變量法，即在允許工具變量違反排他性假設的條件下進行參數估計[32]。

表5為工具變量法的估計結果。第(1)列為利用村莊測土配方施肥技術采納率作為工具變量的估計結果。一階段F統計值遠大于10這一經驗值，拒絕存在弱工具變量的原假設。第(2)列為基于異方差構建的內部工具變量的估計結果，第(3)列為外部工具變量(村莊的測土配方施肥技術采納率)和基于異方差構建的內部工具變量的組合。過度識別檢驗的Hansen’s J統計量、外生性檢驗結果均表明基于異方差構建的內部工具變量法中所使用的工具變量是滿足條件的。外部工具變量和基于異方差構建的內部工具變量法的估計結果表明，農戶采用測土配方施肥技術能夠顯著提高水稻化肥施用效率。基于異方差構建的內部工具變量與外部工具變量的組合估計得到的系數與表4第(1)列的基準回歸較為接近，第(4)列近似工具變量法的估計結果也同樣支持了農戶采納測土配方施肥技術能夠顯著提高化肥施用效率的基本結論。綜上，可以認為估計結果具備穩健性。

表5 內生檢驗結果Table 5 The result of endogenous test

2.4 進一步的異質性分析：如何提高測土配方施肥技術的化肥增效效應？

盡管本文的估計結果表明測土配方施肥技術能夠顯著增加長江經濟帶水稻種植戶的化肥施用效率，但應當正視，即便是采用了測土配方施肥技術的農戶，農戶的化肥施用效率仍存在較大的提升空間。如何進一步提高測土配方施肥技術對化肥施用效率的改進作用將是今后技術推廣面臨的一個重要問題。

測土配方施肥技術包含“測土”“配肥”“施肥”3個環節，屬于知識密集型技術[6]。以測土環節為例，其涉及到取土、化驗和制定施肥方案等步驟，這普遍超出了普通農戶能力范圍。這就需要為農戶提供專業化的技術服務，緩解農戶采納測土配方施肥技術面臨的技術約束。事實上，《行動》曾明確指出要“積極探索公益性服務與經營性服務結合、政府購買服務的有效模式，支持專業化、社會化服務組織發展，為農民提供統測、統配、統供、統施四統一服務”。盡管通過農業社會化服務促進測土配方施肥技術的推廣與應用具有多重優勢，但測土配方施肥技術服務所隱含的前置條件卻被嚴重忽視。

農業社會化服務通常對土地的連片化經營提出較高的要求，具體到測土配方施肥技術的實踐中：第一，測土環節大多依賴于專業技術人員的實地考察與檢測，非連片的土地可能面臨較高的采樣成本；第二，配肥環節雖然基本為工廠化作業，屬于“異地”交易范疇，但土地的分散性可能造成不同地塊的配方呈現異質性，可能增加要素成本；第三，施肥機械在不同地塊間轉場困難，地塊狹小還會限制機械活動半徑，從而影響施肥機械工作效率，也會增加機械成本。

由此不難理解，實現土地連片化經營是提高測土配方施肥技術對化肥施用效率改進作用的重要方式。現階段，高標準基本農田建設是各地政府降低耕地細碎程度、促進土地連片化經營的重要舉措。《高標準基本農田建設標準(TD/T1033―2012)》(3)資料來源：《高標準基本農田建設標準TD/T1033-2012》 http://www.jianbiaoku.com/webarbs/book/55235/997897.shtml。中對高標準農田的定義是：“ 一定時期內，通過農村土地整治形成的集中連片、設施配套、高產穩產、生態良好、抗災能力強、與現代農業生產和經營方式相適應的基本農田”。其通過“小田并大田”“化零為整”等土地平埂合并措施，實現土地平整與集中連片經營，有效降低耕地細碎程度，形成地塊規模和經營規模同步擴張的有利局面；或經由地塊互換，保持總經營規模不變，實現地塊經營規模增加。基于此，本研究將測土配方施肥技術與高標準基本農田建設交互，檢驗經由高標準基本農田建設促進土地連片化經營是否能夠提高測土配方施肥技術對化肥施用效率的改進作用。

表6為測土配方施肥技術與高標準基本農田建設變量(4)若農戶近5年來開展過高標準農田建設土地整治活動，變量賦值為1，否則為0。交互的估計結果。第(1)列的估計結果顯示，測土配方施肥技術與高標準基本農田建設的交互項顯著，且系數為正。說明高標準基本農田建設能夠提高測土配方施肥技術對化肥施用效率的改善作用。進一步，根據高標準基本農田建設的內容，本研究將測土配方施肥技術與田塊平埂合并變量交互，結果表明，測土配方施肥技術與田塊平埂合并的交互項顯著，這一結果驗證了土地連片化經營能夠增強測土配方施肥技術對化肥施用效率的改進作用的猜想。第(3)列的估計結果顯示，測土配方施肥技術、高標準基本農田建設、田塊平埂合并3個變量的交互項顯著，且系數為正。這一結果同樣驗證了前文的猜想，即通過高標準基本農田建設促進土地連片化經營能夠提高測土配方施肥技術對化肥施用效率的改進作用。

表6 測土配方施肥技術與高標準基本農田建設交互的估計結果Table 6 Estimated results of interaction between soil testing formula fertilization technologyand well-facilitated capital farmland construction

3 結論與政策啟示

推廣測土配方施肥技術是提高化肥施用效率、改善長江流域生態環境的一項重要舉措。本研究基于長江經濟帶省份云南、湖北和江蘇的農戶調查數據，運用Trans-log隨機前沿生產函數測算了長江經濟帶水稻種植戶的化肥施用效率，進一步利用Tobit模型估計了農戶采用測土配方施肥技術對水稻化肥施用效率的影響。研究結果表明：

1)長江經濟帶化肥施用效率的均值為0.685，說明在其他條件不變的情況下，若消除效率損失，水稻生產中的化肥使用效率仍存在31.5%的提升空間；上游地區(云南)的水稻化肥施用效率要低于中游(湖北)和下游地區(江蘇)。

2)平均而言，長江經濟帶的水稻化肥施用效率要低于水稻生產技術效率，說明現階段減少長江經濟帶的化肥用量并不會導致水稻產量下降，反而有助于提高化肥施用效率。

3)農戶采納測土配方施肥技術顯著提高了水稻化肥施用效率，但對于化肥施用效率處于較高水平的農戶而言，測土配方施肥技術對化肥施用效率的提升作用有所下降。

4)進一步分析發現，經由高標準基本農田建設促進土地連片化經營能夠增強測土配方施肥技術對化肥施用效率的改進作用。

基于上述基本結論，就如何提高長江經濟帶化肥施用效率、減少農業面源污染，本研究得出如下政策啟示：

1)在區域空間上，長江上游等欠發達地區的化肥施用效率仍存在較大的改進空間，是今后長江經濟帶農業源污染治理需要重點關注的區域。

2)在技術選擇上，測土配方施肥技術能夠顯著提高化肥施用效率，相關部門應完善測土配方施肥技術推廣服務體系，提高長江流域農戶測土配方施肥技術采納率。

3)加大長江流域高標準基本農田建設力度，改善農業生產條件。特別地，建議采取田塊平埂合并等措施，促進土地連片化經營，進一步發揮測土配方施肥技術對化肥施用效率的改進作用。