氣候變暖等因素對山東省種植業產出的影響

曹廣平 陳永福

(1．中國農業大學經濟管理學院，北京100083;2．山東省農業科學院，山東 濟南250100)

氣候變暖等因素對山東省種植業產出的影響

曹廣平1，2陳永福1

(1．中國農業大學經濟管理學院，北京100083;2．山東省農業科學院，山東 濟南250100)

通過建立引入氣候因素的種植業生產函數模型，利用1990－2009年山東省40個縣市種植業生產及氣象面板數據，運用產出增長分解法，實證分析氣候因素和非氣候因素對山東省種植業產出的影響并對產出增長的各要素貢獻進行分解。結果表明:氣候變暖對山東省種植業帶來明顯的負面影響。1990－2009年間氣候因素對山東省40個縣市的總體產出增長的影響為 －11．03%，在其他條件不變的情況下，平均溫度每升高1℃，總體種植業總產值減少2．2%，總體產值增長下降1．48%;溫度升高對魯西北地區、魯南地區種植業產出的影響最為明顯;同時，降水對種植業產出影響顯著，降水因素使得山東省種植業產出增長減少16．86%;物質投入中化肥和農藥對種植業產出增長貢獻最大，但農業勞動力減少，特別是種植業勞動力的減少，開始顯著地影響種植業產出，使得種植業產出增長減少5．90%;技術進步的影響作用在下降。

氣候變暖;種植業產出;山東省;面板數據

農業是人類賴以生存的基礎產業，糧食生產穩定性和可持續性是農業發展的關鍵，影響糧食生產除經濟因素、社會因素外，還有自然因素，其中氣候要素是非常重要的條件。大量證據表明人類正在影響著全球氣候，氣候變化又對人類的社會經濟、糧食生產帶來深刻的影響，全球氣候變暖是毋庸置疑的［1］。普遍認為氣候變暖對農業生產影響主要通過溫度和降水兩個方面，而在不同國家和地區，農作物對溫度和降水變化的反應有所不同［2］。在我國，東北地區氣候變暖對糧食生產的影響是正面的;華東地區、中南地區農業對氣候變暖的影響還不敏感;華北地區、西北地區、西南地區農作物對溫度升高的適應性較差，氣候變暖的影響表現為對產量的抑制作用，但農業投入增加及農業科技進步對糧食增產起到了關鍵作用。許多學者利用作物模型(CERES)評估氣候變化對糧食產量的影響，通過氣候變化對農業影響的模擬結果表明，在現有種植制度、種植品種和生產水平不變的前提下，到2030，由于氣候變暖和極端氣候事件使糧食總產量下降約10%，小麥、玉米和水稻三大作物均以減產為主［3－6］。山東省地處中國中緯度東部地區，屬暖溫帶濕潤、半濕潤大陸季風氣候，其氣候變化既有與全球氣候變化一致性，也有其區域特殊性。研究表明，20世紀80年代后期山東氣候明顯變暖，熱量資源增加，干旱發生幾率增加，氣候變暖對山東農業影響利弊并存［5］。氣溫和降水是造成山東省糧食產量波動的重要原因［7］。山東省作為我國產糧大省，糧食產量占全國的8%以上，探討氣候變暖對種植業的影響，對研究山東省糧食安全有重要意義。本文利用產出增長分解的方法［9－10］，以山東省40個代表縣1990－2009年間面板數據，實證分析氣候變暖對種植業產出的影響和對產值增長的貢獻。

1 理論框架與模型構建

1．1 理論框架

傳統經濟學認為，資本、勞動和技術進步是經濟發展主要要素。在農業生產中，自然因素如光、熱、水等是生產過程中不可缺少的生產要素，農業產出是各種自然因素和非自然因素綜合作用下形成的，農業產出的影響因素可以分為社會經濟技術因素和氣候因素影響兩部分。

生產函數一般形式可以表示為:

其中，Y為農業產出;X表示農業生產投入要素;t表示時間;Z表示氣候要素;i表示i個縣;j表示k個投入要素中的第j個要素;l表示m個氣候要素中第l個氣候要素;A(t)表示技術進步。

對(1)式兩邊取對數:

(2)式右邊第一項為投入要素影響部分;第二項為技術進步;第三項為氣候因素影響部分。

對(2)式兩邊求導:

其中，Y為種植業總產值;LAB表示種植業勞動投入;FER表示種植業化肥投入;PS代表種植業農藥投入;MA表示機械投入;PA表示種植業播種面積，反映土地要素投入;IRA代表有效灌溉面積占播種面積的比重;Tem、P、S分別表示年平均溫度、年均降雨量和年均日照時數，反映作物生長最基本的光、熱、水等氣候因素;i表示第i縣;t為時間趨勢變量，反映隨時間變化因素產生的影響;α0為常數項(α0=Lnα)，α0，β，λ，δ，ω 均為待估參數，ε 為隨機誤差項且為服從N(0，σ2)的獨立隨機變量。

各投入因素的產出彈性計算公式為:

2 實證分析

2．1 資料來源

根據山東省氣候、地理特點和行政區域劃分，在氣候特征上一般把山東分為4個區，分別是魯西北、魯中、魯南和半島地區。魯西北地區包括濟陽、商河、東昌府區、陽谷、高唐、惠民、沾化、鄒平、利津、齊河、夏津等11個縣市;魯中地區包括歷城區、岱岳區、新泰市、臨朐縣、諸城市、青州市、壽光市、淄川區、博山區等9個縣市;魯南包括牡丹區、曹縣、鄄城縣、定陶縣、嶧城區、滕州市、嘉祥縣、汶上縣、曲阜市、兗州市、臨沂市、沂南、費縣、平邑縣等14個縣市;半島地區包括膠州市、平度市、萊西市、萊州市、蓬萊市、榮成市等6個縣市。研究期間(1990－2009)40個縣市種植業總產值及投入數據主要取自《山東農村統計年鑒》、《山東農業統計年鑒》和山東省各縣市歷年統計年鑒，40個縣市2009年種植業播種面積4 342萬畝，占全省糧食作物播種面積的41．2%，產量178．9億 kg，占全省糧食總產的41．4%。氣候數據來自山東省氣象局。氣候數據主要采用對農作物影響較大的溫度、降水和太陽輻照，我們用日照時數反映太陽輻照，在模型中氣候數據采用年平均值。在實證分析中，把實物量投入納入模型估計氣候因素對農業產出的影響很有必要［11］。根據數據的可得性，本文投入數據主要以實物投入計量，表1為在顯著性水平5%的變量描述性統計結果。

表1 變量數據的描述性統計Tab．1 Descriptive statistics of variable data

2．2 估計結果

在進行時間序列的分析時為了避免偽回歸問題，研究者一般通過單位根檢驗對數據平穩性進行判斷。隨著面板數據在經濟領域應用，對面板數據單位根的檢驗也逐漸引起重視，本文利用ADF、PP檢驗因變量和自變量的穩定性。檢驗結果表明:Ln勞動、Ln肥料、Ln農藥、Ln播種面積、Ln機械、Ln有效灌溉面積比重、平均溫度、平均降水、日照時數數據均在5%顯著性水平拒絕存在單位根，即數據在水平上是平穩的。進一步開展的是選擇固定效果模型還是選擇隨機效果模型，Hausman檢驗(p＜0．05)表明拒絕原假設，故選擇固定效果模型。

山東省種植業產出模型的估計結果整理在表2中。表2中的結果表明，模型的擬合度基本良好，投入要素中除機械、化肥投入系數不顯著外，其他參數都通過顯著性檢驗，模型中的系數基本有效。土地投入對產出的影響最為顯著，符合經濟現實。估計結果表明，溫度升高對種植業產出帶來負面影響，溫度平方項為正，符合溫度與農業產出之間的U型關系。盡管降水和日照系數沒有通過顯著性檢驗，但參數符合預期，符合降水與農業產出之間的倒U型關系，降水對農業產值帶來正面影響。

通過(8)、(9)、(10)及(11)式計算山東省投入要素的產出彈性及對種植業產出增長的貢獻(如表3)。

表3結果表明，1990－2009年間山東省種植業總產值年均增長28．27%，在影響農業種植業產出增長因素中，投入對種植業產出增長影響最為顯著;其次是技術進步，其對產出增長的貢獻為7．07%;氣候因素對產出增長的影響為－11．03%，氣候因素已顯著影響種植業產出增長。投入因素中，化肥和農藥對產值增長影響最為顯著，農藥和化肥要素投入增長較快，對產出的增長貢獻最大，種植業產出增長的70．36%來自化肥和農藥的投入，但大量使用農藥和化肥可能對農業安全帶來負面影響。土地的產出彈性為0．742，相對較大，但土地播種面積增長并不快，土地和有效灌溉面積對產出增長的貢獻為35．92%。盡管勞動投入的產出彈性系數為0．123，但是勞動要素投入減少13．57%，由于勞動力的減少，使得勞動投入對產值增長的貢獻為－5．90%;機械投入產出的彈性較小，但機械要素投入增長較快，其對產出增長的貢獻為3．78%;技術進步對種植業產值增長的貢獻率為7．07%。氣候因素對產值增長的貢獻為－11．03%，其中溫度升高導致種植業產值增長減少1．48%。

表2 山東省種植業產出計量模型估計結果(1990－2009)Tab．2 Results of econometric model estimation for output of plant farming of Shandong Province(1990－2009)

表3 投入要素變化對山東省種植業產出增長的貢獻(1990－2009)Tab．3 The contributions of input factor variation to the output growth of plant farming in Shandong Province(1990－2009)

通過(8)、(9)、(10)及(11)式計算魯西北地區、魯中地區、魯南地區和半島地區投入要素對種植業產出增長的貢獻(如表4)。

表4 山東省分地區投入要素變化對種植業產出增長的貢獻(1990－2009)Tab．4 The contributions of input factor variation to the output growth of plant farming in regions in Shandong Province(1990－2009)

由表4可見，山東省四個區域中，魯中、魯西北地區種植業產出增長最快，特別是魯中地區種植業增長達37．69%，半島地區增長相對較慢，為21．57%。在投入要素中，四個區域的化肥、農藥投入增長對產出增長的貢獻均非常顯著，其中在魯南地區其對增長的貢獻為67．54%。除魯中地區外，勞動力投入都對產出增長帶來負面影響，其中魯南地區最為明顯，在魯南地區由于勞動力的減少，使種植業產出增長減少12．86%。在技術進步的影響中，半島地區的技術進步對種植業產出增長貢獻最為顯著，為71．53%。四個區域的氣候因素對種植業產出增長均為負面影響，其中溫度升高對魯西北地區、魯南地區種植業產出增長的負面影響最為明顯，分別為 －9．72%和－8.06%。降水對魯南地區影響最大，為－17．74%。這與魯西北、魯南屬山東內陸地區，與沿海相比氣溫相對干燥，溫度升高對種植業影響較為明顯。

3 主要結論

本文利用山東省40個縣市20年面板數據，建立了引入氣候因素的種植業投入產出生產函數和計量模型，分析了氣候因素和非氣候因素對山東省種植業產出的影響以及各變量對種植業產出增長的貢獻，得出以下主要結論:

(1)種植業產出受自然因素和非自然因素的綜合影響，在自然因素中，氣候因素是重要影響因素之一。研究發現，氣候因素對山東省種植業產出增長的影響為－11．03%，氣候因素已顯著影響種植業產出增長。在其他條件不變的情況下，平均溫度每升高1℃，山東省種植業總產值減少2．2%，1990－2009年間氣溫上升使全省種植業產值增長減少了1．48%。溫度升高對魯西北地區、魯南地區種植業產出的影響最為明顯，由于氣溫使魯西北地區種植業產值增長減少9．72%，魯南地區種植業產出增長減少8．06%。降水對種植業產出增長的影響明顯，降水因素使得山東省種植業產出增長減少16．86%。

(2)在經濟因素中，物質投入對種植業產出增長的貢獻依然非常顯著。1990－2009年，山東省種植業總產值增長28．27%，其中物質投入中化肥和農藥對產出增長貢獻最大，種植業產出增長的70．36%來自化肥和農藥。勞動投入是重要的因素，本文沒有對勞動力的質量進行分析，這是文章的缺陷，但是近幾年農業勞動力減少，特別是種植業勞動力的減少，開始顯著地影響種植業產出，結果表明，由于種植業勞動力投入的減少，使得種植業產出增長減少5．90%。勞動力因素，特別是勞動力減少將是影響今后種植業的重要因素。

(3)技術進步依然是種植業產出增長的重要因素。一般而言，在一定的條件下，當投入超過最佳臨界點時，會出現投入報酬遞減的現象。研究發現，技術進步對山東地區種植業產值增長的影響作用在下降。

(4)氣候變暖毋庸置疑，氣候變暖對種植業帶來的不利影響已很明顯，在未來氣候變暖趨勢有可能加劇的情況下，這種不利影響可能進一步顯現。這需要我們加大氣候變暖對農業，特別是種植業的研究，加強對其脆弱性、適應性的研究和評估，采取調整種植結構、加強農田基本建設、合理開發利用水資源等措施，增強適應能力，減緩氣候變暖對種植業的影響。

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Impacts of Climate Warming on the Growth of Plant Farming Output

CAO Guang-ping1，2CHEN Yong-fu1
(1．College of Economics and Management，China Agricultural University，Beijing 100083，China;2．Shandong Academy of Agricultural Sciences，Jinan Shandong 250100，China)

Based on the panel data of meteorology and plant farming from 1990 to 2009 in 40 counties of Shandong Province，by using the method of output growth decomposition，this paper established production functions of plant farming and analyzed the impacts of climate and non-climate factors on the output of that in Shandong Province as well as the contribution of each variable to the growth of plant farming output．The result indicated that the influences of climate factors on the growth of the total output in 40 counties of Shandong Province is －11．03%from 1990 to 2009．Keeping the other conditions unchanged，with the average temperature rising up 1℃，the total output of plant farming correspondingly reduced by 2．2%，while the growth of the total output reduced by 1．48%．Increasing temperature was the most obvious contributor which offected the plant farming output in the northwest and Lunan region of Shandong Province．Precipitation had significant impacts on the output of plant farming by 16．86%．Fertilizers and pesticides were the top two contributors to the growth of plantfarming output．The decrease of agricultural labor forces，especially the labor forces of plant farming，started to have obvious impacts on the output of plant farming，with the growth of output of plant farming reduced by 5．90%．The impact of technical progress was in decline．Climate warming brought negative effects on planting farming in Shandong Province．The present study dissected various elements via the production functions，especially the contribution of climate warming to planting farming，which will be useful for further food security in Shandong Province．

climate warming;output of plant farming;Shandong Province;panel data

F326．1

A

1002－2104(2012)03－0032－05

10．3969/j．issn．1002－2104．2012．03．006

2011－12－01

曹廣平，博士生，主要研究方向為氣候變化影響評價。

陳永福，教授，博導，主要研究方向為糧食供求模型。

國家科技支撐計劃項目“農產品數量安全智能分析與預警關鍵技術支撐系統及示范”(編號:2009BADA9B00)。

(編輯:李 琪)