糧食主產區糧食生產要素利用效率分析

金興+李向菲+余華彬+高瑛+王娜

摘要：用數據包絡分析（DEA）對糧食主產區主要糧食作物（小麥、水稻）生產投入要素技術效率進行宏觀分析，并對糧食主產區農戶農業生產行為特征和認知進行微觀評價。結果表明，不同省份各糧食作物生產技術效率差異較大，大多數省份均技術效率無效，糧食產量較大的省份，技術效率一般較小，單位耕地的要素調整量也較大。受訪農民年齡偏高，受教育水平較低，許多農戶對正確使用農業生產要素缺乏了解。基于研究結果，為提高糧食生產投入要素轉化效率提出相應的政策建議。

關鍵詞：數據包絡分析；技術效率；農戶行為；可持續農業；環境保護

中圖分類號： F326.11文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2017）07-0338-04

隨著世界人口增長和經濟發展，農產品需求大幅增加給農業和自然資源帶來巨大壓力，導致了一系列生態環境污染和退化問題，農業可持續發展已引起了世界極大關注。作為糧食生產大國，中國利用世界7%的耕地養活了22%的人口，面臨人口增長和環境制約雙重壓力和嚴峻挑戰[1-2]。目前，中國糧食產量的不斷增加主要依賴高外部投入、高自然資源和環境消耗，以及農業生產技術對傳統有機農業生產技術的替代。

1983年，我國農藥年消耗量為8.62萬t，2012年，消耗量達180.6萬t，根據中國農業科學院調查，用于水稻生產的農藥有40%過量[3]。而且高毒農藥占相當大的比例，甲胺磷、敵敵畏、甲基對硫磷等被頻繁使用[4]。1949年農民幾乎沒有施用過商品化肥，從1952—1978年，化肥年消耗量直接上升到900萬t，1998年年消耗量已達4 100萬t，成為化肥消耗量最多的國家。對華北平原幾個省份玉米和小麥肥料利用情況進行研究發現，1967年糧食產量為2 036 kg/hm2，2000年為 6 808 kg/hm2，增加了2倍左右，而同期氮肥施用量卻增加了5倍之多。然而肥料利用率僅為30%～40%，為發達國家的50%[5]。我國農膜使用量1990年僅為48.2萬t，2012年增長為238.3萬t。農業生產要素過度消耗及利用效率低下成為造成農業環境污染的主要原因，根據對中國23個省調查研究表明，2000年農業污染事件891起，40 000 hm2農田被污染，損失25 000 t農產品[1]。無機肥料過度使用，使土壤缺乏有機質，土壤養分失衡和肥力衰退。相關研究表明，中國耕地有機質含量已降低至1.5%，遠低于發達國家。

相關學者從不同角度研究了農業生產投入要素利用和轉化情況[6-16]。已有研究雖然取得了較大進展，但大部分主要對微觀農戶生產行為進行研究，而且多是對一種農業生產要素，或某方面的利用、轉化情況以及與環境關系進行分析闡述，很少從環境、社會、政府多維角度有機結合進行探討，尚缺乏研究深度。本研究以中國糧食主產區為研究對象，從宏觀角度探究各糧食主產省主要糧食作物（小麥、水稻）生產要素利用技術效率及其分解值，以及各要素最優配置量；并對主產區農藥、化肥和農膜施用及推動其效率轉化的相關因素進行微觀分析與評價。結合宏觀與微觀分析結果，為如何優化要素配置比例，提高糧食生產效率，規范微觀農戶生產行為，進而化解當前由于農藥、化肥和農膜濫用引起的農產品質量安全和農業生產環境破壞問題，并為實現農業可持續發展提供科學依據和政策建議。

1研究方法與數據來源

1.1研究區域與調研方法

我國糧食主產區是指氣候條件濕潤溫暖，土地相對肥沃，地勢較平坦，自然條件適合糧食作物生長，又具有發展糧食產業經濟優勢的地區。主要包括黑龍江省、吉林省、遼寧省、內蒙古自治區、河北省、山東省、河南省、安徽省、江蘇省、湖北省、湖南省、江西省、四川省共13個省份，年均糧食產量高于1 000萬t，人均糧食占有量高于300 kg。13個省份糧食總產量占全國糧食總產量的70%以上，消耗了大量化肥、農藥、地膜，2012年，分別占全國總消耗量的70.9%、67.3%、62.3%。糧食主產區主要糧食作物為水稻、小麥、玉米，2013年總產量分別為15 071.2萬、10 339.3萬、16 965.1萬t。由于水稻、小麥是最重要的消費糧食，本研究以水稻、小麥2種糧食作物進行分析。

本研究對農戶農業生產要素利用行為特征、環境保護、食品安全認知設計調查問卷，于2014年12月至2015年2月以糧食主產區13個省份1 500個農戶為調研對象，對家庭生產主要決策者的戶主進行采訪。利用多階段系統隨機抽樣法在每個糧食主產省抽取5個市，每個市選擇2個縣，依次選擇鎮、村和農戶。共發放問卷1 500份，最后回收問卷1 252份，有效率為83.5%。考慮到我國農戶的文化程度差異和農業生產的基本模式，采取對戶主進行一對一的直接訪談方式進行問卷調查。

1.2數據收集及分析

本研究應用了宏觀數據（二手數據）和微觀數據（原始數據）進行研究分析，宏觀數據均來源于中國統計局提供的《中國統計年鑒》《全國農產品成本收益匯編》《中國農村統計年鑒》，以及糧食主產區各省份統計年鑒及相應文獻；所用微觀數據來源于對主產區農戶的調研。利用DEA Solver professional Released 4.1（SAITECH，Inc.，USA）進行效率分析，SPSS 11.0（release 11.0，SPSS Inc.，Chicago，IL，USA）進行描述性統計分析。

1.3模型分析

數據包絡分析法（DEA）是近年來最流行的非參數分析方法，主要優點在于不用提前假設一個生產函數的存在，而且由于DEA可以賦予權重，不同規模的投入指標也可以進行評價，進而對有效和非有效單元（DMU）進行評價[14-15]。非有效評價單元可以通過調整投入或產出使之達到有效，如何選擇依據評價單元特征而定。由于本研究選擇化肥費用、農藥費用和農膜費用（小麥生產不需要農膜）為投入要素，糧食產量為產出要素，主要關注農業投入要素的利用情況，并且農業生產投入較產出易控制，本研究選擇投入角度的DEA，分別從技術效率、純技術效率、規模效率3方面進行分析評價。

技術效率可以表示如下：

式中：x和y分別代表投入和產出，v和u代表賦予投入和產出的權重，s和r分別代表投入數量（s=1，2，…，m）和產出數量（r=1，2，…，n），j代表第j個決策單元（j=1，2，…，k），TEj表示第j個決策單元的技術效率得分，介于0和1之間。分別利用Charnes等提出的CCR模型，Banker等提出的規模報酬可變BCC模型得出技術效率和純技術效率，再根據Cooper等研究得出規模效率。

2結果與分析

2.1要素利用效率DEA分析

從表1可以看出，在13個糧食主產省份中，大部分省份技術效率值均較低，其中，水稻有3個省份、小麥有7個省份生產技術效率值低于0.8；水稻有3個省份、小麥有1個省份生產技術效率值為1，為技術效率完全有效的省份；水稻有7個省份、小麥有4個省份純技術效率為1，由于規模效率無效導致技術效率部分有效。從以上信息可以確認各省份糧食生產要素投入是否為最優配置量以及是否為最優規模[16]。黑龍江省水稻生產技術效率處于0.90～0.99范圍內，當以生產條件相似的最優省份為基準，以當前生產效率進行生產可以得到相同的產出值[13]。

技術效率遼寧省為0.697、江西省為0.724，技術效率較小，其中，遼寧省由于其規模效率相對較低，為0.719，江西省則由于其純技術效率相對較低，為0.754。江西省是水稻主產省份，2013年水稻產量為2 004萬t，僅低于河南的2 561.5萬t、黑龍江的2 220.6萬t。然而，江西省近年來農業生產面臨資金和農業技術人員缺乏，農業設備老化，優質糧食品種較少導致農作物對病蟲害抵抗力較低，對化肥、農藥依賴性較高等問題[17]，因此農業生產技術不能滿足當地農業生產的需求導致技術效率較低。在水稻主產省份中，7省份純技術效率值為1，表明這些區域可以充分利用農業生產技術，主產區內水稻生產非技術效率有效主要由于不恰當的種植規模。內蒙古是小麥生產技術效率最低的省份，主要由于純技術效率和規模效率均較低。內蒙古小麥種植規模由1990年的 1 192 000 hm2 驟減至2013年的571 200 hm2，區域種植結構發生明顯改變，玉米變為最大的生產作物。作為內蒙古重要的消費糧食作物，政府應該對當地小麥生產給予資金、技術及政策性支持從而增加產出。提高要素利用率，以確保西部地區環境和食品安全[18]。河北省、江蘇省、安徽省、山東省、河南省小麥生產效率分別為0.758、0.720、0.719、0.762、0.702，生產效率均較低，但這些區域小麥產量相對較高，技術效率無效主要由于規模效率不足。

對于水稻和小麥的生產來說，多數省份均處于規模效率遞減，需要減少種植規模以保持適當的邊際收益。主產區糧食產量已保持“十二連增”，然而農業生產要素過多使用，使農民相對收益減少，同時農業生產要素的過量使用也加劇了農田質量退化。根據全國土地普查結果，我國中低產田占耕地總面積的70%以上，河南省、河北省、山東省耕地質量最差[19]，因此要生產等量的糧食，農民可能要投入相對更多的生產要素。甚至在糧食達到較高產量水平時，過量施用無機肥料并不能明顯使作物進一步增產。因此擴大要素投入規模的同時，還要實行耕地規模經營，擴大糧食生產規模，提高農業生產要素的邊際產出能力。此外，提高農田土地肥力，加強高標準農田建設也至關重要。

水稻生產的平均技術效率、純技術效率、規模效率分別為0.877、0.971、0.904；小麥則分別為0.770、0.958、0.805。表明在無其他限制因素的前提下，水稻、小麥生產可通過調整9.6%、19.5%的規模效率值使糧食生產達到規模最優。Chauhan等對印度孟加拉邦沖積平原水稻生產分析，分別為0.772、0.925、0.830[13]。在生產水稻、小麥的所有省份中，黑龍江省、四川省技術效率均較高，可以作為其他省份糧食生產的參考省份。

從表2可以看出，基于CCR模型，對于水稻生產而言，2013年各要素單位耕地最優調整量較高的是遼寧省、吉林省、江西省，對于小麥生產而言，調整量較高的是內蒙古自治區、山東省、河南省。糧食生產量越大，技術效率越低，食品安全問題與農業種植環境污染可能也越凸顯。相關學者研究表明，山東省、河南省、江蘇省人口密度大，農業集約化程度較高，是農業面源污染排放總量和排放強度較大的省份。還發現化肥流失是農業污染的主要原因，而且污染有日益增加的趨勢[20-21]。Mohammadi等對伊朗馬贊德蘭省農戶獼猴桃生產能源生產效率進行研究，發現化學藥品能源投入可平均節省11.39%左右，認為可能與農戶缺乏正確使用方法有關[22]。

2.2要素轉化效率微觀調查分析

2.2.1農戶自身特征及環境降級認知本研究調查對象主要為男性，占90%以上，糧食主產區受訪者年齡段為40～50歲，初中文化水平占比最大，分別為41.8%、43.2%，40歲以上的農民共有844人，為67.4%，初中及以下水平共有 1 027 人，為82.0%，大專及以上學歷人數僅占3.6%。因此，主產區受訪農戶年齡普遍偏大，受教育水平偏低。

農戶對環境污染和食品安全問題認知直接關系到其生產行為特征，從表3可以看出，糧食主產區受訪農戶對自種糧食食品安全表示擔憂的共542人，占43.3%；80.4%受訪者認為農業生產會帶來嚴重的環境污染；對環保法律法規了解的受訪者僅占40.5%。總體來看，主產區農戶對自種糧食的食品安全較為自信，而對環保法律法規認知卻較低。

2.2.2農戶施藥認知及行為特征對農戶農藥施用情況進行調查，分析結果見表4。主產區對《農藥安全使用標準》了解的受訪者僅有10.3%，46.0%的受訪者表示不了解。924%受訪農戶均認為合理施藥很重要，但真正按說明書合理施藥的僅占30.1%，且考慮休藥期的農戶僅占受訪農戶的221%，而且有67.7%的農戶均應用了高毒或高殘留農藥，主要可能與農戶缺乏對農藥使用知識和標準的了解有關。研究認為，即使農戶認為安全手冊很重要，他們仍可能存在加大施用體積或劑量是施用農藥最優方式的錯誤認知[10-11]。此外，在施藥過程中，約有65.5%的受訪者使用的是手動噴霧器，此類噴霧器一般效率較低，噴灑過程中存在嚴重的“跑冒滴漏”現象，不但浪費藥液，而且易造成噴灑人員中毒，由于主產區農戶收入普遍偏低，更為先進且價格較高的生產工具得不到普遍應用；有35.1%的受訪者不采取防護措施，未意識到施藥帶來的自身健康損害，自我保護意識較為薄弱。農戶采取防護措施主要取決于毒性認知、防護措施的實用性及成本。施藥過后，82.3%的受訪農戶對于農藥瓶子或袋子等垃圾直接丟棄或與其他普通垃圾一起處理，不但對土壤、水和大氣環境造成直接污染，嚴重威脅了農業生產可持續性，也直接或間接危害了自身健康。坦桑尼亞水稻種植農戶有50%以上受訪者混合或使用農藥時，不做任何保護措施，他們經常徒手混合農藥和稻殼，而且混合后很多農民不洗手[11]。Damalas等對希臘北部的皮埃里亞農民對處理農藥垃圾做法進行問卷調查，發現有63.5%的受訪者將農藥容器直接丟到田間或水渠附近，而且多數將剩余農藥全部噴灑到作物上[23]。

2.2.3化肥施用及廢棄農膜處理行為特征從表5可以看出，糧食主產區90.1%的受訪者認為合理施用化肥很重要，然而按規定施用化肥的人數卻較少，僅占50.3%，農戶對合理施肥重要性認知度并不能決定農戶生產實踐行為，作為理性人，農業生產實踐以經濟效益為基礎，為了有更多農業產出，農戶寧愿以犧牲環境為代價，投入更多的農業生產要素。由于土地質量不斷惡化，要得到相同的產出，農戶不得不投入更多。化肥的使用還可能會使土壤重金屬或有毒元素增加，直接導致食品污染。據測算，當前每年受重金屬污染的糧食高達1 200萬t，相當于4 000萬人1年的口糧。

有機肥是提高土壤肥力和作物產量的關鍵因素，但隨著無機肥料的引進和人工成本的不斷增加，傳統應用有機肥料的勞動密集型生產方式已經完全轉變，農戶更多轉向施用無機 肥料。1986年對中國灌溉水稻施用有機肥中氮含量約為50 kg/hm2，占總施用氮的30%左右，而到1990年減為 20 kg/hm2，所占比例僅為7%左右[24]。在本研究中，經常施用有機肥的農戶占41.5%，多數只是偶爾或從來沒有施用過。測土配方施肥是近年來國家推廣的一項重要的農業生產技術，而主產區55.9%的農戶沒有采用，經常采用的僅占 8.4%，甚至相當大一部分農戶沒有聽說過該項技術。

農膜一般難以分解，如果得不到及時回收，其碎片積累于土壤中，改變土壤結構，降低土壤保水保肥能力，影響作物根系的生長。對農膜進行回收的受訪農戶所占比例僅為 37.5%，大部分焚燒或直接丟棄，其中直接丟棄的占31.1%，造成了嚴重的大氣和土壤污染。相關研究表明，我國每年塑料薄膜消費量已達到110萬t，農膜覆蓋的農業用地超過 14.65萬hm2，土壤中農膜殘留多達267.9 kg/hm2[8]。

3結論

綜上所述，在糧食主產區中，多數省份糧食生產技術效率無效，不同糧食品種生產技術效率差別較大；黑龍江省、四川省技術效率較高，可以作為其他省份糧食生產的參考地區。糧食產量較高的省份一般技術效率較低，單位耕地要素調整量也較大。作為參與農業生產活動的微觀個體，糧食主產區受訪農戶年齡普遍較高，受教育水平偏低；受訪者對環保法律法規了解較少，即使多數認為正確施用投入要素很重要，他們仍然繼續濫用或錯用。此外，他們對生態友好型生產技術應用也很少。

政府應該建立健全農技推廣體系，加快環境友好型農業新技術的推廣；加大農業生產技術研發的投入力度，提升我國農業生產效率；加強環保和食品安全的宣傳與培訓，完善政策和市場激勵機制；探索構建環境友好型農產品認證和追溯體系，讓市場機制在政府的監管下更好地發揮作用，以市場需求促進農業生產的轉型；提高農民受教育水平，增加農業新技術培訓，培養高素質新型農民。此外，還可開展農民田間學校，通過激勵、參與和互動等方式提升農民教育水平，大力發掘農村人力資源。

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