海南中部國家重點生態功能區農戶糧食生產與生態要素的函數研究

張翠萍 李睿達 姜佳

摘要以重點生態功能區內的瓊中縣為例，將自然資本和農戶家庭特征作為生產要素納入水稻的生長函數中，根據農戶問卷調查數據，結合遙感信息解譯結果，構建了瓊中縣水稻生產函數。結果表明：村莊內部及周邊的天然植被、人工林面積均與水稻單產存在顯著正相關；在瓊中縣目前的施肥情況下，尿素與水稻產量存在正相關，而復合肥和磷肥與水稻單產沒有顯著相關關系；農戶勞動力是影響水稻單產的重要因素，隨著外出務工人數的增加，水稻單產呈下降趨勢；非農家庭的水稻產量顯著低于純農家庭和兼業家庭。

關鍵詞農戶；自然資本；水稻；生產函數；重點生態功能區

中圖分類號S-9文獻標識碼

A文章編號0517-6611（2017）12-0213-05

AbstractWe took Qiongzhong，a county in the key ecological function area as an example to start a modeling analysis with natural capital and farm households features as production factor in paddy rice growth.And we developed a growth function of paddy rice in Qiongzhong according to farm households questionnaire data and interpretation results of remote sensing.The results showed that：Significant positive correlation was found between paddy rice yield and the natural vegetation and plantation areas within and around the village；under present fertilization conditions，there was a positive correlation between urea and paddy rice yield，however there was no significant correlation found between compound fertilizer and phosphatic fertilizer and paddy rice yield；the labor resources of farm households is an important factor which will influence the paddy rice yield，as there are more migrant workers from rural area，the paddy rice yield has decreased；the paddy rice yield of nonfarm households is obviously lower than farm households and households with both functions.

Key wordsFarm households；Natural capital； Paddy rice； Production function； Key ecological function area

隨著熱帶現代高效農業快速發展和農村勞動力大批轉移，海南傳統的一家一戶水稻生產方式面臨前所未有的挑戰。水稻種植面積連年下滑，撂荒水稻田逐年增加，2000年海南水稻播種面積39.70萬hm2，2012年水稻縮減為23.89萬hm2。在2012年種植面積中，旱澇保收面積只有9.93萬hm2，僅占41.59%。在水稻面積遞減以及極端氣候頻發條件下，為保障海南糧食安全，對水稻產量的要求勢必增加。以往提高作物生產率很大程度上依靠在高潛力地區推廣高產作物品種、大量施用化肥農藥、提高灌溉保證率并促進以化石燃料為動力的農田機械的使用。然而，高產作物品種難以實現質、量的雙贏。20世紀90年代，亞洲主要產稻區出現單產徘徊，主要由于水稻品種改良提高了品種抗病性、改善了稻米品質，但產量潛力沒有明顯提高[1]，或是僅提高了單產但是水稻品質不佳[2]。此外，長期過度施肥造成了部分稻區土壤地力退化，病蟲和自然災害發生頻繁。因此，如何保證糧食可持續供應增加、家庭層面糧食和營養安全的提供以及改善自然資源和管理之間的關系，成為生態學、社會科學等跨學科的研究熱點，也是管理部門的關注焦點。學者們在全國尺度的研究發現，投資自然資本提高了生態系統提供產品和服務的能力[3]。同樣，在美國加州的咖啡人工林與其周邊自然生態系統研究中也發現，越靠近天然林斑塊，其咖啡的產量和質量也越高[4]。

水稻作為一種人工生態系統產生的產品，其產量有不同的驅動因素。而目前對村莊內部及周邊的土地利用類型、集約化農業的發展以及農村勞動力的轉移對水稻產量的影響，缺乏深入的研究。筆者以海南省瓊中縣為例，將村莊內部及周圍自然植被的面積、家庭類型、勞動力特征等作為控制因素加入水稻的生產模型中，以期探討村莊自然資本、家庭人力資本和工具資本與水稻單產的相關關系，并分析不同資本對水稻產量的影響機理。

1數據來源與研究方法

1.1研究區概況瓊中縣位于海南島中部，屬于五指山山區，東西寬66.50 km，南北長76.69 km，國土面積2 704 km2（圖1）。全縣地處熱帶海洋季風性氣候區，年均濕度達84%，8—10月有臺風。年均氣溫23.1 ℃，年均日照時數1 932.8 h，年均降水量為2 274.6 mm[5]。

水稻是瓊中縣的主要農作物[6]，加之海南農民口糧觀念深厚，一般以自己種植的稻米為主糧。因此，農戶自己種植水稻成為解決家庭口糧的主要途徑。目前，海南水稻生產方式仍為傳統的一家一戶生產模式，種植大戶、龍頭企業、農民合作社、大米加工企業所占比重很小[7]。海南處于熱帶氣候區，瀕臨海洋，是自然災害多發區，平均每年發生自然災害20 次以上，其中倒春寒、臺風暴雨、局部干旱等因素對水稻生產影響最大。同時，海南四季溫度較高，濕度較大，各種病蟲害較頻繁，影響了海南水稻產量。

1.2數據來源2014年6—8月，項目采用參與性農村評估法（PRA）進行農戶問卷調查。由于山區村莊分散且偏僻，一般村莊僅有幾十戶到百來戶左右[8]，對瓊中縣長征鎮、和平鎮、紅毛鎮、黎母山鎮、灣嶺鎮、營根鎮、中平鎮、什運鄉等8個鄉鎮進行了問卷調查，每個鄉鎮選2～3個村莊，每村抽取10～20戶農戶。共訪問695戶農戶，去除信息缺失或無效問卷，共獲得151份有效問卷。主要調查信息如下：自然資本情況，包括家庭水田面積及水稻產量、人工林面積及其產量；人力資本情況，包括家庭人口、性別構成、年齡構成、勞動力數量、現在從事的生計活動；物質資本情況，包括農戶持有的農用工具數量、施肥種類及施用量。

研究區域生態系統空間數據由2013年TM影像解譯獲得。結合區域特點，將生態系統分為天然林、橡膠林、漿紙林、灌草地、熱作園、水田、旱地等類型。村莊5 km范圍內的土地利用面積見表1。

1.3研究假設

1.3.1自然資本。可分為直接用于生產的資本（土地、水）以及無形的公共資本（大氣、生物多樣性）[9]。該研究中，自然資本主要包括村莊內部及其周邊天然植被（包含天然喬、灌、草）、人工林（含速生豐產林、熱作園等）的面積。

天然或人工植被作為自然資本可以提供改善局地小氣候、緩解洪水和干旱、控制病蟲害等服務。

（1）改善局地小氣候。森林通過生物地球化學循環（溫室氣體調節）和生物物理循環（水熱調節）對當地及區域，乃至全球氣候起到氣候添加作用。受諸多不同生物地球化學過程的驅動，自然生態系統在氣候調節方面的價值高于農業生態系統[10]。

（2） 緩解洪水和干旱。淹澇脅迫對水稻生長發育產生的危害，不僅來源于水分過多，更重要的是對水稻產生了次生脅迫，嚴重影響水稻產量[11]。森林的功能是削洪補枯，起到水庫的作用[12]。瓊中縣區域內年降雨量分布不均，雨季由于臺風影響，暴雨量集中，因此，良好的植被覆蓋有效降低了山洪暴發的可能性，削弱了地表徑流的強度，延長了降雨入滲的時間，降低了對水稻淹水的危害；同時在旱季或少雨時節，仍有土壤水的補給。

（3）控制病蟲害。農田作為人工生態系統，生態結構單一，加之噴灑農藥、清除雜草等管理措施，造成了生物鏈的缺失，因而降低了其抵御病蟲害的能力。農田周邊的天然林或人工林在很大程度上，為害蟲的天敵提供了棲息地。Bianchi等[13]研究表明，80%的害蟲天敵以周邊草地作為棲息地，其次以周邊的林地為棲息地（其比例為71%）。周邊天然植被的保護作用，緩解了由于農業集約化生產導致的生態系統平衡破壞、病蟲草害頻發對水稻產量帶來的不良影響。

1.3.2制造業資本。制造業資本是為了提高生產效率所使用的設備及其他物質投入。包括基本生產資料和基礎設施[9]。該研究將肥料和農用工具指數作為表征工具資本的控制變量。肥料是影響水稻產量的重要因素，其中尿素、復合肥、磷肥是農戶經常施用的化肥類型。農用工具資本的計量采用與水稻耕種相關的拖拉機、畜力車、水泵的數量作為控制變量，并分別賦予3個指標0.34、0.33、0.33的權重。

1.3.3人力資本。在家庭層面上，人力資本水平取決于家庭勞動力的人數、家庭規模、技能水平以、健康狀況、兼業情況等因素[14]。務農人數是反映家庭在農業中勞動力投入情況的重要指標，故而將其納入回歸模型中。但由于務農人數難以準確描述家庭勞動力在水稻生長中的貢獻，同時加入家庭兼業情況及外出務工人數作為控制變量。

按照非農化程度及農戶生計多樣化的差異，綜合已有農戶類型劃分的研究成果，以家庭勞動力的投入方向（有無勞動力從事非農活動）為標準，將農戶生計類型劃分為純農戶、兼業戶、非農戶。其中，純農戶的全部勞動力均從事農業，兼業戶的部分勞動力從事農業、部分從事非農業；非農戶的全部勞動力均從事非農活動[15]。由于外出打工，務農人員逐漸向外出務工人員轉變。因此，外出務工人員數量也是影響人力資本的重要因素。

1.4函數的形式借助Stata/SE 12.1軟件對調查結果進行單因素方差分析和最小二乘法系數估計。在進行模型系數估計前，對模型I和模型II的自變量進行方差膨脹因子檢驗，條件數分別為64.19和103.07。當條件數為30～100時表明變量間存在一定程度的多重共線性，但不會對模型回歸與解釋產生影響。

在分析水稻單產在不同村莊的不同農戶間水稻產量差異時，建立一般線性模型作為基本模型：

式中，Y為被解釋變量，即水稻產量；Xi為解釋變量；βi為各解釋變量的回歸系數；μ為誤差項。該研究選取的各解釋變量及說明見表2。

2結果與分析

2.1數據統計描述由圖2可知，草響村自然植被覆蓋率最高，達49.05%（圖2），然而其人工林覆蓋率在調查的8個村莊中最低，僅有36.16%。烏石村僅有0.01%的自然植被覆蓋率，76.09%的面積為人工林。其余6個村莊的人工林面積均高于自然植被覆蓋面積。

根據單因素方差分析結果（表3），水稻產量、尿素施用量、磷肥施用量、家庭類型、務農人數均達到極顯著差異（P<0.001），家庭總人數和家庭外出務工人數存在顯著差異（P<0.05）。農用工具資本在村莊間沒有顯著差異。

2.2模型結果分析模型估計結果見表4。回歸結果表明，2個模型的整體檢驗均十分顯著（F值分別為20.86和8.93，原假設條件成立的概率P均小于0.001），且擬合程度較好（調整后的R2分別為0.426和0.446）。

2.2.1自然資本對農戶水稻產量的影響。

（1）村莊內部及周邊天然林。在模型 Ⅰ 和 Ⅱ 中，村莊內部和周邊的天然林面積的回歸系數分布為33.34和42.23，且均在0.01的水平上顯著，說明天然林面積與水稻單產存在顯著相關關系。

（2）村莊內部及周邊人工林。根據模型 Ⅰ 和 Ⅱ 估計結果，村莊內部和周邊的人工林面積的回歸系數分別為43.63和54.74，且均在0.01的水平上顯著，表明人工林面積與水稻單產存在顯著正相關關系。

2.2.2制造業資本。

（1）尿素施用量。根據模型估計結果，尿素施用量在2個模型中均與水稻單產存在極顯著的相關且系數為正。這表明在當前條件下，尿素施用量與水稻單產顯著正相關。

（2）復合肥施用量。復合肥施用量雖然與水稻單產呈正相關但系數不顯著。這可能是由于復合肥施用量已經比較合理，故而表現出對單產的影響不顯著。

（3）磷肥施用量。磷肥施用量用水稻單產相關系數不顯著。可能是由于磷肥的施用量差異太大（表2），因此磷肥的增肥效應可能被不規范的施肥方式所掩蓋。

（4）工具資本。工具資本在該研究中與水稻單產間沒有顯著的相關關系。可能是由于絕大部分農戶都沒有拖拉機、畜力車及水泵等農用工具，因而在該研究中工具資本與水稻單產的相關性不顯著。

2.2.3人力資本。

（1）家庭務農人數。家庭務農人數與水稻產量沒有顯著相關。這可能是由于五指山區農戶除種植糧食作物，如水稻、山蘭稻、玉米等，還大面積種植熱帶經濟作物[16]。因此，“務農人數”難以準確定量農戶僅在水稻生產上的勞動力投入。或有可能是農戶估計的用工量并未包含使用或租用機械形成的替代勞動投入，用工量不能代表糧食生產的全部勞動投入[14]。

（2）外出務工人數。家庭外出務工人數在0.05的水平上與水稻產量呈顯著負相關。結果表明，外出務工顯著降低了家庭水稻生產能力。根據入戶調查，這主要因為外出務工人員多是戶主或是家中長子等青壯年勞力。因此，外出務工人數的增加會顯著影響家庭整體勞動力狀況，直接或間接地影響水稻的生產、收獲等。

（3）家庭兼業類型。非農家庭的水稻單產在0.05的水平上顯著低于純農家庭和兼業家庭，但兼業家庭的水稻產量與純農家庭的水稻產量并沒有顯著差異。這可能是因為非農家庭將其土地出租給其他人種植。由于承租者存在短期行為，農業投入和產出容易受到其他外部干擾因素影響，難以保證產量[17]。

3討論

3.1森林生態系統對水稻單產的影響

在調查的8個典型村莊中，除烏石村僅有極小面積的天然草地外，其余7個村莊的天然植被覆蓋率均超過18%，其中草響村的自然植被覆蓋率甚至達到49%。人工林覆蓋率以烏石村最高（76%），而低于50%的村莊為草響村（36%）和道響村（40%）。

根據模型回歸結果，水稻單產與天然植被面積呈現極顯著的正相關（P<0.001），其可能的原因有以下3個方面：①改善局地小氣候。降雨和氣溫是影響水稻生長的最重要外部因素。五指山區擁有大面積的熱帶雨林，作為陸地結構最復雜的生態系統，山區的水、氣、熱交換非常迅速和強烈，當生態系統結構完整時，可以有效控制當地的降雨量和氣溫[18]。②穩定地表徑流。五指山區雨量充沛（年降雨量1 800～2 400 mm）且降雨集中，若山坡有大面積荒地裸露，一旦雨季來臨，易造成泥石流、山崩、滑坡等災害。水稻的減產容易受洪澇或干旱等自然災害的影響。藺萬煌等[19]采用正交試驗，發現水稻減產程度與淹水深度、淹水天數呈極顯著正相關。③病蟲害控制。海南山區水田面積小且分散，自然植被或人工林以及山區的地形，形成了天然的空間隔斷，有效避免了大面積暴發病蟲害的可能性。同時農田及其周邊的自然林、人工林形成了豐富的景觀多樣性，為鳥類、小型哺乳動物提供了理想的棲息地，因而有效降低了農田周邊病蟲害發生的可能性[20]。

根據模型 Ⅰ 和 Ⅱ 估計結果，人工林的回歸系數均大于天然林的回歸系數。可能的原因是退耕還林政策的影響，坡度大于25°的坡面需要改為人工林或果園，宜農地主要集中于河流兩岸的山間谷地。因此，對人工林施加的肥料可能隨著坡面徑流流入農田中，故而表現出人工林回歸系數高于天然林回歸系數。

3.2勞動力投入及其兼業行為對水稻單產的影響

勞動力是農業生產中最重要的投入，但是由于農業作物多樣化的發展，農戶由單純的種植水稻和少量的瓜菜向橡膠、檳榔等人工林轉變，同時綠橙作為瓊中的特色水果也在不斷擴大種植面積。

非農農戶的水稻單產顯著低于純農農戶和兼業農戶，同時外出務工人數與水稻單產也存在顯著負相關，說明家庭從事農業活動，特別是從事水稻生長的勞動力減少會顯著影響水稻的單產。這可能是由于農村青壯年勞動力的不斷向城鎮轉移，農村勞動力主要年老體弱人群，當無力種植自己稻田時，只能撂荒[7]。因此，水稻生產明顯受到了農戶經濟活動和觀念轉變的影響。

3.3肥料與農用工具對水稻單產的影響在此次調查的3種主要肥料中，僅有尿素顯示出與水稻單產存在顯著正相關（P<0.001），復合肥和磷肥與水稻產量沒有顯著相關（P>0.05）。可能的原因有：①施肥量在村莊間均表現出顯著的差異（P<0.001）。老鋪村和草響村的尿素、復合肥施用量遠遠高于其余6個村莊，因此村莊間施肥量的差異可能掩蓋了肥料對水稻單產的增肥或肥害效應。②在各個村莊的條件下，其復合肥和磷肥的施用量已經比較合理，因此表現出對單產的影響不顯著[14]。

此次調研中發現五指山區的農戶家庭很少持有機械化的工具，絕大部分農戶僅依靠人力或租用機械工具從事農業活動。一方面可能是由于五指山區經濟活動相對落后，因此機械化程度也偏低[7]；另一方面，海南農戶家庭水田分布分散且面積較小，也不利于大規模機械化作業。

4結論

（1）農田周邊天然植被的作用可以加強局地生態系統整體應變能力，改善生產條件，抵御氣候變化、疾病和有害生物壓力，因此是提供水稻正常生長的重要環境條件。

（2）水稻生產過程中，勞動力投入是非常重要的保障。家庭非農化和外出務工人數的增加顯著降低了農戶水稻的單位產量。

（3）施肥對于水稻生長具有顯著促進作用。但村莊間施肥差異顯著，如能進行科學施肥指導，將提高水稻生長模型的準確性。

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