我國糧食生產中的化肥過量施用研究

李子涵

(中國農業科學院農業經濟與發展研究所，北京 100081)

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我國糧食生產中的化肥過量施用研究

李子涵

(中國農業科學院農業經濟與發展研究所，北京 100081)

摘要基于2000～2014年我國糧食生產投入數據，建立C-D生產函數，根據利潤最大化理論，即邊際收益等于邊際成本，測算了我國四大糧食作物生產中的化肥過量施用量。結果表明，稻谷、小麥和玉米生產中均存在不同程度的化肥過量施用，在此基礎上提出我國應該加大農技推廣宣傳、大力推廣測土配方施肥技術，引導農民科學、合理的施用化肥和農藥，注意施肥施藥的時機。同時，應調整化肥產品結構，大力發展有機肥。

關鍵詞糧食；化肥；過量

1978年以來，我國的糧食產量從30 476.50萬t上漲到2014年的60 702.61萬t，上漲幅度近100%。特別是從2003年以來，實現了11年的連續增收，成為享譽國內外的“十一連收”。同時，糧食單產也從1978年的2 527.34 kg/hm2提高到2014年的5 385.13 kg/hm2，增幅達113%。值得注意的是，農業生產中的化肥施用量(折純量)也在增加，從884.00萬t增加至5 995.94萬t，漲幅高達578%，遠遠超過了糧食產量及單產的增幅。

化肥投入是現代農業生產中的重要組成部分[1]。化肥施用量的大幅增加在我國農業的迅速發展過程中起到了非常重要的作用，促進了我國糧食生產產量及單產的快速增長，但是不可避免地，也帶來了嚴重的環境污染問題[2]，以及生態環境破壞和溫室氣體排放增加等負面影響[3]。其中，氮肥的大量施用會導致地表水富營養化、地下水硝酸鹽富集和酸雨形成等[4]。林源等[1]測算了華北平原小麥種植戶的化肥施用的經濟水平，張林秀等[6]在利潤最大化框架下測算了玉米、小麥和水稻生產中的化肥施用的過量程度。已有的研究表明，目前我國化肥的施用量已經超過了經濟意義上的最優施用量，我國農戶化肥施用過量現象非常普遍，過量施用化肥導致農業增產效應下降，因此化肥的利用率較低[7-8]。筆者將利用我國四大糧食作物的投入產出數據，通過構建柯布道格拉斯(Cobb-Douglas)生產函數，分析我國四大糧食作物的化肥過量施用問題。

1數據來源與模型構建

筆者分析所用的數據源自2001～2014年的《中國農產品成本收益資料匯編》，包括稻谷、小麥、玉米和馬鈴薯四大糧食作物的生產投入數據及單產數據。

首先，筆者建立柯布道格拉斯生產函數(C-D)測算化肥的產出彈性，然后，基于該結果計算出化肥的最優投入量及過量施用量。

筆者構建C-D生產函數，以測算化肥的產出彈性，具體如下：

yield=afertilizerβ1laborβ2pesticideβ3machineβ4irrigationβ5seedβ6

(1)

式(1)中，因變量yield代表每公頃的糧食產量，自變量包括生產要素投入量，如化肥投入(fertilizer)，勞動力投入(labor)，農藥投入(pesticide)，機械投入(machine)，灌溉投入(irrigation)和種子投入(seed)。β1即是化肥投入的產出彈性。

將公式(1)兩邊取對數，可將公式(1)線性化為：

log(yield)=α0+β1log(fertilizer)+β2log(labor)+β3log(pesticide)+β4log(machine)+β5log(irrlgation)+β6log(seed)

(2)

根據利潤最大化理論，農戶獲得收益最大化的條件是邊際收益等于邊際成本，此時，化肥對糧食產量的邊際收益應等于化肥價格與糧食產出的價格的比值。即：

(3)

同時，基于公式(2)測算化肥對糧食產量的邊際效應為：

(4)

利用利潤最大化的式(3)和式(4)，可得出單位面積化肥的最優施用量，即：

(5)

最后，基于式(5)在計算出每公頃化肥最優施用量后，可進一步測算每公頃化肥的過量施用量。即：

fertilizeroveruse=fertilizeractual-fertilizeroptimal

(6)

表1是上述式(1)～(6)中的變量定義與統計描述。可以看到，四種糧食作物的平均產量為10 503 kg/hm2，其中馬鈴薯產量最高，為23 488 kg/hm2，小麥的產量最低，僅為5 214 kg/hm2。就農業生產的投入來看，四種作物的化肥平均施用量為1 595元/hm2，施用量最高的是馬鈴薯，為1 889元/hm2，稻谷的化肥施用量最低，為1 448元/hm2；在勞動力投入上，小麥最低，馬鈴薯最高，這是由于我國小麥的機械化程度較高，馬鈴薯生產的機械化程度較低；就機械投入來看，稻谷的機械投入最高，馬鈴薯最低；稻谷的農藥投入最高，玉米最低；灌溉投入中，小麥最高，馬鈴薯最低，這是由于馬鈴薯是耐旱作物，通常種植在自然環境較差的地區；馬鈴薯的種子投入最高，稻谷的投入最低。由此可以看出，馬鈴薯生產的灌溉與機械投入較低于其他三種糧食作物，但是化肥與勞動力投入要高于其他三種糧食作物。

表1　模型變量定義與描述性

注：括號內是標準差。除單產的單位是kg/hm2外，生產投入的單位均為元/hm2。

Note：Data in the brackets were standard deviation.Unit of yield per unit was kg/hm2；amd the unit of production input was yuan/hm2.

2回歸結果與討論

2.1對生產函數的回歸結果筆者利用四種糧食作物的生產數據，采用普通最小二乘回歸(OLS)對公式(2)進行了估計。估計結果如表2所示。第一列是對四種糧食作物進行的回歸結果，第二至五列是分別對稻谷、小麥、玉米和馬鈴薯進行的回歸結果。

結果表明，除對馬鈴薯進行估計的R2值較小外，其他模型估計的R2均較高，表明模型總體的擬合度較好。具體來看，就四種糧食作物的分析結果來看，化肥對糧食單產具有正向影響，即增加化肥施用量可以提高糧食產量，且化肥投入每增加1%，糧食產出將提高0.13%。此外，農藥投入及種子投入也是影響糧食產量的重要因素，這兩個變量顯著且系數為正，表明農藥施用量及種子投入增加將有助于糧食產量的提高。相比之下，機械投入對糧食產量具有顯著負向影響。

就稻谷生產而言，化肥對稻谷產量的提高并沒有顯著影響，勞動力投入和機械投入對稻谷產量的提高具有顯著正向影響，而種子投入對稻谷產量的影響顯著為負。就小麥生產來看，化肥對小麥的產量提高作用不顯著，但是機械投入則可以顯著提高小麥產量，同時，種子投入對小麥產量的影響也是顯著為負。對玉米生產來說，化肥可以顯著提高單位產出，且化肥投入增加1%，玉米產量可以提高0.37%。就馬鈴薯生產而言，化肥對馬鈴薯產量提高的作用同樣不顯著，但是灌溉投入卻可以顯著提高馬鈴薯產量，同時，種子投入對馬鈴薯產量提高的作用依然是負的。

表2　C-D生產函數回歸結果

注：括號內是標準差。***，**和*分別表示在1%、5%和10%的統計水平下通過了顯著性檢驗。

Note：Data in the brackets were standard deviation.***，**，and * indicated passing the significant test at 1%, 5% and 10% levels，respectively.

2.2化肥過量施用的測算結果表3報告的是根據四種糧食作物平均的化肥對產量的產出彈性(0.125)計算的化肥過量施用的測算結果。進一步地，結合數據中化肥對糧食產量的邊際效應、化肥價格及糧食銷售價格，基于式(5)和(6)，計算出了化肥最優施用量以及化肥過量施用量。表3是各種糧食作物的化肥施用指標。

可以看到，平均來看，糧食作物的化肥的實際施用量略低于最優施用量，二者之差為18 kg/hm2。具體來看，稻谷的化肥實際施用量比最優施用量低24 kg/hm2，小麥的化肥實際施用量高于最優施用量104 kg/hm2，玉米的化肥實際施用量也比最優施用量高，約為54 kg/hm2，而馬鈴薯的化肥實際施用量比最優施用量低204 kg/hm2。也就是說，我國小麥和玉米生產中的化肥存在過量施用的現象。

表3　四種糧食作物化肥實際施用量、最優施用量與過量施用量情況

表4報告的是根據四種糧食作物各自的化肥對產量的產出彈性計算的化肥過量施用的測算結果。表4是四種糧食作物的化肥施用指標。可以看到，稻谷的化肥實際施用量比最優施用量高117 kg/hm2，小麥的化肥實際施用量略低于最優施用量，約14 kg/hm2，玉米的化肥實際施用量比最優施用量低496 kg/hm2，而馬鈴薯的化肥實際施用量比最優施用量低302 kg/hm2。同樣地，可以發現，稻谷生產的化肥施用存在過量現象。

表4　四種糧食作物化肥實際施用量、最優施用量與過量施用量情況

3結論與政策建議

通過建立柯布道格拉斯生產函數，在利潤最大化理論框架下，利用《全國農產品成本收益資料匯編》中我國四大糧食作物的生產投入及產出數據，測算了我國四大糧食作物生產中的化肥最優施用量，并計算了化肥過量施用量。研究結果發現，就四大糧食作物平均來看，我國糧食生產中的化肥實際施用量已經接近最優施用量，如果繼續增加化肥施用量，將不利于農戶的產出及收入增加；就不同糧食作物來看，我國小麥和玉米生產中的化肥存在過量施用的現象，小麥的化肥施用過量約為7 kg/hm2，而玉米約為3.6 kg/hm2。基于四大糧食作物各自的產出彈性系數計算的化肥最優施用量及過量施用量的結果來看，我國稻谷生產中的化肥施用存在過量現象，其值約為7.8 kg/hm2。

化肥在促進糧食和農業生產發展中發揮了不可替代的作用，但目前我國的糧食生產中也存在化肥過量施用、盲目施用等問題，盡管基于兩種回歸結果計算得到的化肥過量施用量數值不盡相同，但是可以看到，我國糧食生產中存在著化肥過量施用現象。2015年，農業部出臺了化肥農藥使用量零增長行動方案，其宗旨是到2020年，我國主要農作物的化肥農藥使用量實現零增長。因此，可以適當地減少稻谷、小麥和玉米生產中的化肥投入，這樣不僅可以提高農戶的農業產出及種植收入，也可以減少對環境的污染及溫室氣體排放。

基于上述分析結果，結合我國實際情況，提出以下政策建議：首先，應該加大農技推廣宣傳，開展農技培訓和咨詢服務，積極推廣科學施肥，提高農民科學施肥意識，并將先進的施肥技術及時進行推廣。其次，應大力推廣測土配方施肥技術，提高農民科學施肥的技能。再次，引導農民科學、合理的施用化肥和農藥，注意施肥施藥的時機，以提高施肥施藥的精準性和利用率，更好地促進農業增收。同時，應調整化肥產品結構，大力發展有機肥，鼓勵農民使用綠肥、農家肥來培肥地力。甚至可以在適合的地區推廣減耕或免耕技術，減少農業生產中的化肥使用。

參考文獻

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作者簡介李子涵(1984- )，女，河北霸州人，博士研究生，研究方向：農業能源與農村發展。

收稿日期2016-05-16

中圖分類號S-9

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)16-245-03

Analysis of Fertilizer Overuse during Crop Production in China

LI Zi-han

(Institute of Agricultural Economics and Development, Chinese Academy of Agricultural Science, Beijing 100081)

AbstractBased on crop production input data from 2000 to 2014, fertilizer overuse in crop production was estimated by constructing Cobb-Douglas production function under profit maximization framework. It was indicated that fertilizers used in rice, wheat and corn were excessive. Thus, China should increase agricultural technology promotion, promote soil testing and formula technology, guide farmers to the scientifically and rationally apply fertilizer and pesticides, and adjust the structure of chemical fertilizer.

Key wordsCrop; Fertilizer; Overuse