我國農業生態效率的時空差異

程翠云，任景明，王如松

(1.中國科學院生態環境研究中心,城市與區域生態國家重點實驗室,北京 100085；2.環境保護部環境工程評估中心，北京 100012； 3.環境保護部環境規劃院，北京 100012)

我國農業生態效率的時空差異

程翠云1,3，任景明2，王如松1,*

(1.中國科學院生態環境研究中心,城市與區域生態國家重點實驗室,北京 100085；2.環境保護部環境工程評估中心，北京 100012； 3.環境保護部環境規劃院，北京 100012)

農業生態效率是按照定量化的方式反映區域農業發展可持續發展水平，可以作為決策者制定政策的一個抓手。利用基于機會成本的經濟核算方法對我國2003—2010 年的農業生態效率進行總體分析與評價，并利用回歸模型分析農業生態效率的影響因素。結果表明：我國農業生態效率總體水平比較低，但呈逐年好轉的趨勢，其中勞動力資源和COD環境要素在不同時期對生態價值增長起到關鍵性作用；農業生態效率空間分布特征顯著，秦嶺-淮河以北的省市區和傳統糧食主產區的農業生態效率相對較低；區域資源環境稟賦條件有助于農業生態效率的提高，但是農資投入和農業政策支持與農業生態效率呈顯著負相關，未來進一步提升農業生產資源與環境要素合理配置是保障農業生產可持續的必然選擇。

生態效率；農業生產；資本

農業是人類賴以生存和發展的物質基礎，同時也容易會對環境產生損害。農業生產能力的顯著提高往往伴隨著土壤損失、環境污染和資源消耗等增加[1-4]。由于長期以來我國農業追求生產效益的單一性，在保障糧食安全的同時，也帶來了生態環境的日益惡化與資源的嚴重浪費等問題，嚴重制約了農業的穩定、持續發展。《中國21世紀議程》中指出：“農業與農村的可持續發展，是中國可持續發展的根本保證和優先領域”。生態效率強調經濟效益和環境效益的統一，可以成為不同層次上定量化度量可持續發展水平的重要切入點[5-8]。

目前已有的研究針對不同評價對象的特點提出了很多生態效率測度方法[9]，但是國內對農業生態效率的研究尚處于初級階段[10-12]，僅有的研究或是偏重通過實驗手段獲取數據，難以在宏觀研究上得以推廣，或是選取的投入指標不能充分代表農業生產實際情況，且不能從時間和空間維度研究生態效率的動態變化。因此，本文將靜態研究與動態研究相結合，采用基于機會成本的生態價值核算方法度量我國2003—2010 年農業生態效率的時空變化，并探討其驅動因素，旨在明確農業生產的環境惡化趨勢與根源，為決策者提供優化農業生產與經營方式、促進農業的可持續發展提供參考。

1 研究方法與數據來源

1.1 研究方法

標桿學習(Benchmarking)也稱為水平對比，是企業績效評估管理的一種工具。對于投入農業生產過程的各項資源與環境要素可視為不同形式的資本投入要素，若評價對象(如某一區域或企業)利用各種投入要素的效率高于基準，則具備更強的可持續發展能力。但是，在評價過程中往往會遇到評價對象的不同資本投入要素效率高低不同的情況，利用機會成本的概念將所有資源環境問題綜合能規避這類問題[13-14]。美國經濟學家Samuelson認為做一件事的成本可以被認為是他為此而失掉的可能用同樣時間做成另一件事,或者是他為此而犧牲掉的閑暇,這種被犧牲掉的其他的事中收益最大的那個收益被稱為“機會成本”[15]。本文將機會成本(OC)定義為一個評價對象使用單位資本投入要素(C0)所獲得的資本增加值(V0)，計算公式如下[14,16]：

(1)

衍生價值(VSi)是評價對象i的單位資源環境要素利用效率與參考標桿的機會成本間的差值，主要反映了評價對象利用資源環境要素的超效率[14]，計算如下：

(2)

如果將評價對象的某種資源環境要素衍生價值與該要素投入資本的乘積定義為要素的價值貢獻量(Value contribution)，那么生態價值(SVi)即為評價對象的n個資源價值貢獻量的算術平均值(s∈[1,n]):

(3)

消耗資本與獲得有用價值二者之間的關系可以用效率指標表示，根據Figge 和Hahn的理論[14]，生態效率計算如下：

(4)

評價對象的生態效率(EEi)值越大，表明按其生產方式而獲取的資本增加值超過其投入資源環境要素的資本基準機會成本值的部分就越大。將生態成本定義為資本增加值與其生態價值的差值。如果資本增加值等于投入要素所有資本形式的生態成本，那么生態效率就為1。如果評價對象的生態效率大于1，那么意味著相對與參考標桿評價對象的生產方式獲得了更大的效率。與單一的資本效率不同，生態效率不僅同時考慮了評價對象的所有投入資本，而且將投入資本與獲取的資本價值聯系起來。

標桿選取的是否恰當決定了生態價值分析結果的可信度，也反映了對評價對象所有投入要素成本的抉擇[17]。生態效率計算的目標不同，考慮的標桿尺度可以不同(國家、區域、部門等)。本文主要考慮兩種可能：第一，將多年的全國資源環境要素的平均值作為標桿；第二，對比不同年份各省份資源環境要素的機會成本值，將機會成本值最大者作為資源環境要素的標桿。在計算過程中，優先考慮第一種標桿情況，主要原因是本文研究的目的是探究不同省市區的生態效率差異性和時間分布特征，使用第一種更能反映資本使用的實際情況。第二種情況作為參考，檢驗參考標桿的不同，生態效率會發生伴之何種變化。

1.2 數據來源

農業資本增加值來源于各年份《中國農村統計年鑒》中的農林牧漁業增加值數據，此數據需采用相應年份GDP平減指數進行修正，剔除價格因素影響。

農業生產的“投入”是指在農業生產過程中以各種資本形式投入使用的資源環境要素，可分為資源能源投入和污染物排放量兩個部分，其中資源能源投入可用土地、勞動力、水資源、化石能源和資本投入的數量來表征。鑒于數據的可獲得性，以農作物播種面積來表示土地的投入，以第一產業的鄉村就業人員數來表示勞動力的投入，以農業用水量來表示水資源的投入，化石能源的投入以農用化肥施用量、薄膜使用量、農藥使用量和農業柴油使用量來表示，資本的投入用農業機械總動力來表示，各數據主要來源于《中國農村統計年鑒》和《中國環境統計年鑒》。

環境污染物是在農業生產活動中不希望看到的輸出，實際上可以看作是一個環境資源的投入，因此，將農業生產中排放主要污染物化學需氧量(COD)和總氮(TN)作為環境要素的投入。由于農業源排放的COD和TN目前無系統監測數據，大多數學者目前常采用營養物質平衡模型、物理或者機理模型、輸出系數模型和前3類方法以不同方式組合的“混合方法”等方法[18-19]定量模擬農業污染，計算參數需求多，且計算過程較為復雜。本文利用2007 年全國第一次污染源普查的農業源排放數據，將其與不同年份的農用化肥施用量、肉類和水產養殖產量的關系，估算不同年份農業生產的主要環境污染物排放量[20]。

2 計算結果

2.1 農業資源環境要素價值貢獻、平均生態價值與生態效率的時間分布特征

以全國多年平均資本收益率為基準，利用我國31 個省份(除臺灣、香港、澳門)2003—2010 年之間的面板數據，采用公式(2)和公式(3)即可計算得到每年各個省份各種投入資源環境要素的價值貢獻和生態價值。幾種主要農業投入要素資本的平均價值貢獻值和平均生態價值計算結果如圖1所示。

平均價值貢獻是指全部評價對象獲得平均資本增加值高于或低于參考標桿的部分，對其進行分析價的目的是按照獲得價值的方式識別各時期不同投入要素對生態價值的貢獻大小。我國在2005—2007年期間農業資本增加的最重要驅動要素為COD，反映出農業生產過程應該加強環境污染物排放管理的重要性。除此之外的其他年份，農業勞動力數量成為農業資本增加的最重要驅動要素。

平均生態價值是當年所有投入資源環境要素資本價值貢獻值的平均值，主要反映了在標桿為參考的前提下農業生產利用各種資源環境要素獲得的資本增加值。從圖1中可知，我國農業生產的平均生態價值在2003 年為最小負值，到2010 年達到最大值。就各項資源環境要素投入資本而言，自2003 年起其價值貢獻值基本呈增長趨勢，但增長幅度不一，增幅最大的為勞動力資本的產出，由2003 年的負378 億元提高到2010 年的462 億元，每年遞增約105 億元，農業機械總動力資本的增幅最小，自2003 年到2010年8年間增加了約360 億元，年平均增長率為2.6%。與此同時，各項資源環境要素的價值貢獻值以2007 年為轉折點，在此之間前基本為負值，之后各要素均扭轉為正值，本研究的計算結果以貨幣價值的形式呈現不同資源環境要素在農業生產過程中對生態價值增長的貢獻多寡。

圖1 我國農業資源環境要素價值貢獻和平均生態價值時序變化Fig.1 The average value contribution of each capital form and the ecological value of Chinese agricultural system

在計算生態價值和生態效率指標時，評價基準的選擇至關重要。為分析生態效率計算的糙率，給出了兩個基準，一種是將各項資源環境要素多年平均單位投入獲得的平均資本增加值的平均狀態，另一種是以各項資源環境要素的單位資本獲得最大資本增加值的理想狀態。依據不同基準參考計算獲得的各年份平均生態效率值由圖2所示，從中可知，雖然不同年份的生態效率在兩種情況下得到不同數值，但走勢非常相似，均呈增長變化趨勢，這也意味著在計算農業生態效率時選擇不同的參考標桿對不同評價對象的排序不會有變化。農業生態效率的變化說明伴隨著我國經濟社會的發展，農業資源環境的綜合利用率得到大幅度提升。

圖2 不同參考標桿的2003—2010 年我國農業生態效率Fig.2 The average ecological efficiency using different benchmarks in the period 2003—2010

2.2 農業生態效率空間分布格局

借助Arcgis空間分析功能，按照“低、較低、一般、較高和高”5個等級刻畫2003—2010 年我國農業生態效率空間變化趨勢，結果如圖3所示。

從圖3可見，我國各地農業生態效率形勢顯著改善，但整體水平比較低，省際間差異顯著。2003—2010 年我國生態效率值較低的省市區數量從2003 年的6 個較少至2010 年的4 個；處于較高等級的省市區從2003 年的5 個增加至2010 年的10 個；生態效率值高的省市區數量保持不變。占我國省市區總數約26%的生態效率得到改善，僅西藏的生態效率出現惡化趨勢，我國農業生態效率整體得到改善。2010 年處于農業生態效率低等級的包括黑龍江、山東、山西、寧夏、甘肅和新疆6 個省市區，而四川和海南2 個省農業生態效率值達到1.5左右，相對處于高的等級。總體來說，農業生態效率基本以秦嶺——淮河為分界線，生態效率值較低的省市區普遍分布于該線以北，南方地區省市區的農業生產普遍獲得較好的經濟與資源環境效益。

為了進一步反映農業生態效率與農業生產狀況的關系，將農業綜合區劃范圍疊加到各省農業生態效率圖上(圖3)，從中可以看出我國西南區和長江中下游區的農業生態效率提高顯著，但是甘新區、東北區、黃土高原區和黃淮海區這4個地區農業生態效率水平依舊相對較低，除了黃土高原區，其他三區都是我國傳統的糧食主產區。各區生態效率值偏低的原因不一：東北區農業生產資本要素投入水平偏低、耕作方式粗放，以“資源低投入、低利用和高產出”為特征；黃淮海區布局比較混亂，依賴“資源的高投入、高利用和高產出”的生產方式實現的農業增產；黃土高原區和甘新區是我國傳統糧食種植區，農業生產自然基礎差，以廣種薄收為主要特征。我國主要農業區農業生態效率低下狀態不利于該區農業生產的可持續發展，那么勢必會對我國糧食安全產生嚴重威脅。

圖3 我國農業生態效率空間分布格局Fig.3 Spatial distribution of agricultural eco-efficiency in China

2.3 農業生態效率演變的驅動因素

驅動因素是指導致農業生產方式和目的發生變化的主要自然和社會經濟因素，是影響農業生態效率演變的動力因素。其中，自然因素主要指各地農業生產資源稟賦條件，是農業生產的基礎。社會經濟因素對農業生產具有約束作用，一般包括農業生產投入的勞動力、生產資料和相關政策手段等。

將不同時期的農業生態效率作為因變量，利用我國31 個省份2003—2010 年之間面板數據，將農業生產資源稟賦、勞動力特征、農業生產資料投入、農業政策支持四方面各指標進行Logistic回歸分析，通過F-test和Hausman檢驗篩選對農業生態效率有顯著影響的解釋變量。結果表明農業生產資源稟賦條件(人均農作物播種面積指標)、勞動力特征的接收初中及以上教育人群的比重指標、農資投入(地均化肥施用量、農用機械投入和農業用水量三項指標)農業政策支持(各地支持農業生產和事業的財政支出指標)對農業生態效率具有顯著影響水平(表1)。

表1 我國農業生態效率驅動因素回歸結果Table 1 Regression result of the factors influencing the agricultural eco-efficiency (2003—2010)

*和***分別表示是在0.1和0.01水平下統計顯著

2.3.1 農業生態效率與農業生產資源稟賦條件的關系

農業生產資源稟賦與農業生態效率呈正相關關系。人均農作物播種面積越大，越有助于農業生態效率的提高，可能原因是越容易推行土地適度規模經營，從而能夠增加農業生產資料的利用效率，進而減少了農業污染物的排放。

2.3.2 農業生態效率與勞動力特征的關系

農業從業人員接受教育狀況與農業生態效率也呈正相關關系，符合預期判斷，農業從業人員接受教育水平的提高能夠提升他們接受新技術、新知識和各種信息的能力，有利于增進農業生態效率的耕作技術、種植技術及農田技術管理技術等的實施與推廣。

2.3.3 農業生態效率與農業生產資源投入的關系

地均化肥施用量、機械總動力和農業用水量這三項農資投入指標與農業生態效率呈負相關關系，表明投入農業生產資料越多越不利于提高農業生態效率。

我國糧食的增產與化肥的施用量增加緊密相關，但是隨著我國糧食生產中化肥施用量的不斷增大，2010 年化肥施用量是2004 年的1.20 倍，但糧食的增產幅度僅為1.16 倍，化肥的增產效果在下降，但產生的農業面源污染問題逐漸加重；農業機械總動力與農業生態效率的相關性說明一味追求其投入并不會帶來農業生態效率的增加，盲目過多增加農業機械總動力反而會造成農業生態效率的下降，從而造成動力資源的浪費；農業用水量與地均化肥施用量相似，利用效率低下，2010 年農業用水量占總用水量的61.26%，而當年第一產業增加值僅占國民生產總值的3.9%。

2.3.4 農業生態效率與農業政策支持力度的關系

農業政策支持與農業生態效率呈負相關關系。雖然近些年國家支持“三農”的強農惠農政策不斷完善，支持資金不斷增強，但是總量很大的農業補貼平均到每個農民身上就很小，加上除了口糧和因習慣外，外出打工機會的增加使農民越來越在意從事農業生產的機會成本，因此，國家農業補貼政策是不能對農民的農業生產行為產生關鍵性決定作用的因素。

3 結論和討論

3.1 結論

(1)本研究綜合資本核算方法和機會成本的概念基于2003—2010 年各省市區的面板數據對我國農業生產生態效率進行分析，結果表明雖然我國區域農業生態效率總體水平比較低，但農業生態效率正逐年好轉，勞動力資源和COD環境要素在不同時期對我國農業生態價值起到最主要貢獻作用。

(2)就農業生態效率空間分布格局而言，省際差異顯著，農業生態效率低的省市區主要是分布在北方地區的黑龍江、山西、寧夏、甘肅和新疆，秦嶺-淮河以南的省市區農業生態效率相對較高。另外，從中國農業綜合區劃上來看，傳統糧食主產區的農業生態效率比非主產區要低。

(3)通過回歸模型對我國農業生態效率演變的驅動力進行定量分析，農業生態效率逐年增長的驅動因子影響貢獻率從大到小分別為地均化肥施用量、接收初中及以上教育人群的比重指標、農業用水量、農用機械投入、人均農作物播種面積指標和各地支持農業生產和事業的財政支出指標。總體上，農業生產資源稟賦條件越優越有利于農業生態效率的提高，但是農資投入和農業政策支持與農業生態效率呈顯著負相關。未來進一步引導各個區域合理配置農業生產資源與環境要素是保障我國農業生產可持續性的重要選擇。

3.2 討論

農業生態效率核算的意義與難點。農業生態效率是定量化刻畫農業生產可持續發展狀態的一種工具。基于機會成本的農業生態效率核算方法能夠以較為簡單的方式定量描述復雜的農業生產系統，并將資源環境消耗信息以貨幣的方式傳遞給政策的制定者。生態價值和生態效率對應系統的可持續發展，可以降低決策者考慮標準的維數，便于實際的應用管理。但是，由于我國農業環境監管體系不健全，某些反映農業生態效率的指標信息難易直接獲取，比如我國農業生產污染物排放水平尚且沒有系統數據，實際操作過程中只能通過估算方式獲取，導致農業生產效率在應用尺度、精度等方面受阻。盡管如此，本研究基本反映了我國在2003—2010 年時期的農業生態效率時空變化態勢，為我國農業可持續發展的調控提供一定參考依據。

農業生產部門差異性對農業生態效率的影響。由于數據的限制，文中在計算農業生態效率時，使用的數據基本是評價對象的整個農業體系綜合性數據，選擇的指標更多的偏重種植業，沒有考慮農業生產內部結構的差異對農業生態效率影響。種植業、畜牧業、水產養殖業等各生產部門采用不同的生產方式，導致利用資源環境資本存在差異性，理想的農業生態效率核算方式是要充分考慮評價對象農業生產系統不同部門組合方式的影響，即農業結構的動力學的作用，這也將是值得進一步研究的方向。

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Spatial-temporal distribution of agricultural eco-efficiency in China

CHENG Cuiyun1,3,REN Jingming2,WANG Rusong1,*

1StateKeyLaboratoryofUrbanandRegionalEcology,ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences,ChineseAcademyofSciences,Beijing100085，China2AppraisalCenterforEnvironment&Engineering,MinistryofEnvironmentalProtection,Beijing100012，China3ChineseAcademyforEnvironmentalPlanning,Beijing100012，China

Combining a strong economic performance and a sustainable use of natural resources is one of the major objectives of current Chinese agricultural policy.Agricultural eco-efficiency facilitates assessing sustainable development of agriculture in an integrated way,thus providing good guidance for decision making.For panel data from 2003 through 2010,a valuation approach—based on a capital analysis and the concept of opportunity costs—is used to assess agricultural eco-efficiency in China.In addition,benchmarking is an important component of the approach,because it reflects a judgment in determining the cost of all capital forms.These capital forms are land,labor,agricultural water consumption,chemical fertilizer,plastic film,pesticide,diesel,gross power of agricultural machinery,chemical oxygen demand (COD) and total nitrogen.Two benchmarks were chosen,the weighted average return on capital and the best economic performance of each capital form.Depending on the applied benchmark,it was found that the two measures of eco-efficiencies differed,but the variations were similar year to year.Because the main objective of this paper is to understand why evaluation objects differ in their eco-efficiency,our assessment adopted the first benchmark.A regression model was then introduced to analyze the determinants of eco-efficiency.The key results are as follows:(1) Using the weighted average return on capital form as a benchmark,the average ecological value is negative in 2003,increasing to a maximum in 2010.The value went from negative to positive in 2007.Among the ten capital forms considered,labor capital and COD capital proved to be the critical resources and drivers for value creation in different years.Agricultural eco-efficiency in China is low,but recorded significant progress over the observed period.A low average eco-efficiency of 0.7 was calculated in 2003,increasing to almost 1.34 in 2010.(2) Spatial distribution characteristics are also significant.The agro-ecological areas in the Northeast Zone,Loess Plateau Zone and Huang-Huai-Hai Plain Zone,which are the traditional major grain-producing areas in China,have a low rate of eco-efficiency.Provinces located north of the Qinling Mountains-the Huaihe River line,comprising the Heilongjiang,Shanxi,Ningxia,Gansu and Xinjiang main grain-producing areas,recorded lower values of eco-efficiency in 2010 than in 2003.Conversely,southern provinces such as Sichuan and Hainan had a high eco-efficiency rate.The reasons behind these regional differences are explained in the study.(3) Taking into account the resource endowment of agricultural production,the characteristics of labor,the input of resources,and the effects of agricultural policy,our empirical model shows that both structural and managerial characteristics have an impact on eco-efficiency.For example,cultivation area per crop and education level of farmers have a significant positive effect on eco-efficiency.A managerial characteristic is chemical fertilizer application per area.More chemical fertilizer application per area leads to a lower eco-efficiency rating in China.The gross power of agricultural machinery,agricultural water consumption,and subsidy levels show similar results as chemical fertilizer application per area.Overall,the study is useful in its identification of weak points in agriculture development in China,information that may support future development of relevant policies and government interventions.

agricultural eco-efficiency; agricultural production; capital

國家自然科學基金重點資助項目(71033005)；國家環保公益性行業科研專項資助項目(201309035)

2013-04-28;

2013-11-08

*通訊作者Corresponding author.E-mail:wangrs@ rcees.ac.cn

10.5846/stxb201304280851

程翠云，任景明，王如松.我國農業生態效率的時空差異.生態學報,2014,34(1):142-148.

Cheng C Y,Ren J M,Wang R S.Spatial-temporal distribution of agricultural eco-efficiency in China.Acta Ecologica Sinica,2014,34(1):142-148.