糧食主產區土地確權背景下：化肥、農藥與糧食產量均衡關系研究
——以河南為例*

李建平

(鄭州航空工業管理學院航空經濟發展協同創新中心，河南鄭州 450015)

0 引言

近幾年隨著國家高標準糧田建設實施和推行，土壤生態系統的重要性日益得到社會的認可。土壤生態系統的好壞關系到我國糧食生產的可持續性。化肥和農藥的超量施用是造成土壤生態衰減主要因素[1]。當前農業的生產暫時離不開化肥、農藥以及植物生長激素等石油農業生產要素，這些要素使得我國糧食產量實現了連續多年的增長，但產量卻呈現出劇烈波動的態勢[2]。隨著人口數量的增加和土地數量的減少，糧食產量的波動增加了未來糧食是否能滿足需求的擔憂[3]。糧食的生產在于“土”，土壤生態系統的好壞影響到糧食長期產量的穩定性以及產量的多少。

當前，國內外學者對于糧食產量與土壤生態關系研究可以分為以下幾個方面：一是關于糧食生產與石油農業生產要素之間的研究。如蘇世燕[4]等從化肥施用量對糧食產量的影響角度分析科學合理施肥的重要性，Selim Adem Hatirli、Burhan Ozkan[5]從能量的輸入和輸出的角度研究土耳其糧食產量時，發現當化肥、種子轉化成能量的輸入增加時，而由糧食轉化成的能量輸出減少，同時給土耳其的環境帶來很大環境污染。二是糧食產量與有機肥關系研究。宇萬太[6]等從研究施肥制度發現，化肥和循環農家肥配合有利于農作物適應不同氣候和穩定糧食高產； Epule Terence、Christopher Robin Bryant[7]在研究非洲耕地產出時，發現單純施用無機肥料，糧食的產量達到一定數量之后無法再增長，只施用有機肥是有利于生態環境的保護，但對糧食的產量增加作用有限，必須是化肥和有機肥共同施用才能增加糧食的產量； 三是有機肥與土壤生態的關系研究。李文東、魯明中[8]等人認為土壤施用有機肥有助于改善土壤生態環境，使土壤生態系統更穩定； 四是糧食產量與農藥之間的研究。白云濤，林巧文[9]運用灰色關聯分析法，通過對河北省糧食總產量的影響因素分析發現農藥的使用量與糧食的總產量密切相關； 蔡書凱、李靖[10]通過對安徽水稻主產區調研，發現農戶為了增加水稻的產量，會多使用農藥； 但農戶家庭收入結構、健康意識對農藥的使用量有影響； Sabine Andert，Jana Bürger[11]使用(STI)方法研究了德國北部4個農場的農藥使用情況，發現農場在追求產量使用農藥的同時，影響農藥使用強度的因素還有天氣、農業和生產特征，但農業管理部門是主要影響因素； Nave，Stéfanie，Florence Jacquet[12]在研究歐盟國家的農藥使用情況時，發現歐盟近30年的農藥使用量幾乎沒有下降，通過對法國的農民使用農藥的調查發現，合作社組織里的農民在種植糧食等農作物時，接受環保意識的農民農藥使用量相對較少。五是糧食產量與耕作模式的關系研究。鄒聰明、胡小東、張云蘭[13]研究不同保護性耕作模式下旱地土壤水分動態變化、水分利用效率、作物產量和經濟效應，從糧食產量等經濟效益來看，壟作+秸稈覆蓋+地膜覆蓋耕作模式綜合效益最佳； 馬力、楊林章、沈明星[14]通過研究江蘇太湖地區的稻麥輪作地區土壤中的氮含量，發現氮含量是影響小麥產量不穩定主要因素，但卻是維持水稻產量穩定性主要因素，并且隨著時間有穩定性提高的趨勢。

土壤的生態關系到糧食生產的可持續性，權利的明確有利于投資者長遠考慮。因此土地的確權有可能影響到農民對土地的生態投資，但是目前國內關于這方面的研究相對較少，主要有黃季焜、冀縣卿[15]，郜亮亮[16]，馬賢磊[17]朱民[18]，姚洋[19]等人。這些研究主要是通過對某一區域進行調查問卷的方式，研究土地確權對土壤的有機肥投入影響，發現土地確權有助于農民增加有機肥的投入。

以上研究主要是依據案例分析進行的研究，地域性較強，不具有可推廣性。在當前糧食大省仍在廣泛使用化肥、農藥的背景下，強烈的環境保護氛圍中是否一定得大量減少化肥、農藥的施用量，同時這一舉措是否影響糧食的產量，以及高標準糧田的建設能否在土地確權制度實施中得到實現，這些問題以及相關問題的解決變得相對復雜。這是因為隨著土地確權明確和法律制度上的認可，土地確權對土地的投資影響有可能是不確定的，這主要是農民對土地的確權的理解是復雜的，這既和當地政府部門的宣傳力度有關，也和農民自身內在素質有關[20]。在農業補貼和糧食產量直接掛鉤政策下，土地確權未必使得農民朝著和土壤生態有關的長遠回報目標進行投資。基于此，文章選取糧食大省河南1990—2015年的統計數據，研究土地確權政策對農民施用化肥、農藥數量影響，以及化肥、農藥與糧食產量長期均衡關系，同時探討分析化肥和農藥之間相互影響問題，并提出在土地確權的新形勢下如何保護土壤的生態系統，完善糧食補貼制度等政策建議。

1 理論模型、指標數據與研究方法

1.1 理論模型

Thistlethwaite和Campbell于1960年正式提出斷點回歸以來，經過Goldberger和Rubin等人的努力，證明了斷點回歸模型在經濟管理以及社會科學領域了具有重要的應用前景。該方法可用于政策實施前后效果對比分析。其基本思想是：斷點兩側的樣本點符合局部隨機分布。則可以認為斷點回歸是內部有效性實驗，在某些意義上可視作斷點回歸為局部隨機實驗。該模型可用于研究某一因素(或某一政策的實施)是否是導致因變量產生跳躍變化原因。

Yi=α+β1(Xi-C)+δDi+γi(Xi-C)Di+β2(Xi-C)2+γi(Xi-C)2Di+εi(C-h

(1)

在式(1)中，變量(Xi-C)為Xi的標準化，使得(Xi-C)的斷點為0。引入互動項γi(Xi-C)Di是為了允許在斷點兩側的回歸線斜率可以不同。斷點X=C處，個體得到處理的概率從0跳躍為1。對斷點回歸模型通常選用最優帶寬和三角核進行估計。在該模型中也要對影響斷點其他因素進行檢驗，這些因素稱之為協變量。另外，假設剩余因素在斷點前后穩定不變。

1.2 指標數據

1.2.1 數據來源說明

河南省作為糧食主產區，所生產的糧食占全國糧食總產量的1/4，是我國的第二個產糧大省[21]。因此河南糧食的產量影響著國內糧食的供應。與此同時河南的土壤生態存在嚴重的問題， 18個地級市都有化肥施用量普遍超量問題[22]。基于上述兩方面原因分析，該文選取河南省作為研究對象。

影響土壤生態的因素有多種原因，限于數據可得性，選取1990—2015年度《中國農業統計年鑒》《河南省統計年鑒》中的農村一欄中的化肥、農藥、小麥產量數據，其中化肥采用的是折純量數據，另外，選取有可能影響施用化肥和農藥可得因素，包括農民從業人數、農用設備動力以及灌溉面積。在對結果分析過程中，部分數據來源于《河南省統計年鑒》。

1.2.2 樣本數據基本特征

由《河南省統計年鑒》可知，河南省小麥產量從1990年的16.309億kg到2015年的35.01億kg，化肥的折純量施用量從2.131 8億kg到2015年的7.160 9億kg，農藥的施用量從1990年的331萬kg到2015年的1 287萬kg。這些數字反映出河南省的糧食產量和化肥、農藥的施用量整體呈現出向上增加的相同趨勢。

在影響化肥、農藥施用量的因素中，農業就業人數相對增加不是太多，這有可能是1990—2015年期間農村新增就業人口外出打工，農用設備數量增幅從1990年的22.640 0億kW增加到2015年的117.101 0億kW，農用設備增加相對較多改變了傳統施肥和噴灑農藥的作業方式節約勞動力。灌溉面積從1990年的693.32萬hm2增加到2015年786.60萬hm2，相對來說增幅不大，這點主要和河南氣候特點屬于半干旱地區有關，并且干旱呈加速趨勢[22]，水資源的缺乏導致無更多的水可供澆灌。

圖1 河南省小麥產量、農藥施用量、化肥施用量

1.3 研究思路與方法

土地權利的確立通常會促使農戶考慮土地長遠的回報進而注重土壤生態的維護，但在糧食產量決定農民主要收入以及糧食產量與財政補貼掛鉤的背景下，對糧食產量的追求有可能不注重土壤的生態修復，也就是說土地確權可能沒有使得農戶對土地回報有長遠考慮。因此，影響土壤生態的化肥、農藥與糧食產量之間是否存在長期均衡關系，將會影響到土地確權對土壤生態修復的促進效應。基于上述分析文章首先采用斷點回歸模型測度土地確權對化肥和農藥的施用量是否產生影響進行分析，在此基礎上進行單位根的檢驗，接著進行協整模型的要求檢驗，在滿足以上條件后，運用協整模型分析糧食產量與化肥、農藥之間的長期均衡關系； 接著運用沖擊響應方法分析化肥和農藥單位施用量的變化對糧食產量的沖擊。最后根據實證結果給出相關建議。

2 結果與分析

2.1 土地確權政策對農戶施用化肥、農藥數量影響效度檢驗

河南土地確權試點時間是2013年開始，基本完成確權證的頒發是在2017年年底。河南省與糧食相關政策，如糧食補貼政策和農資綜合補貼等政策改革的時間點是在2004年左右， 2013年河南省除了土地確權這一個政策之外，其他相關政策沒有頒布。因此可以把2013年作為政策斷點，符合斷點回歸模型對政策因素的要求。同時為了排除政策外其他因素(該文選取的是農業從業人數、農用設備動力、灌溉面積)造成的化肥和農藥施用量在2013年的突變效應，也需要對其他因素進行檢驗排除。因此基于上述分析，本文采用斷點回歸模型(Sharpe RDD)，選用最優帶寬和三角核估計檢驗，估計土地確權政策對農民施用化肥和農藥的影響，同時也對其他因素，即協變量(農業從業人數、農用設備動力、灌溉面積)的條件密度進行檢驗，判斷是否也對化肥和農藥的施用也產生影響。

這里用we表示小麥產量，fe表示化肥折純量，me表示農藥施用量，irr表示灌溉面積，equ表示農業設備動力，farmer表示農業從業人數。根據顯著性水平Z值小于0.5判斷結果是否顯著成立，如果小于0.5說明土地確權政策沒有對化肥折純量和農藥施用量在2013年產生跳躍效應。

表1 采用最優帶寬、三角核方法估計化肥施用量的斷點回歸結果

表2 采用最優帶寬、三角核方法估計農藥施用量的斷點回歸結果

由以上檢驗結果可知，化肥和農藥的施用量的Z值的絕對值都大于0.5。這說明土地確權政策沒有對化肥和農藥的施用量產生跳躍現象，也就是沒有使得化肥和農藥的施用量產生突變影響。

農田灌溉面積、農業從業人數和農用設備動力的多少對化肥和農藥施用量也有可能產生影響，一般來說農田灌溉面積越大越施用化肥數量越多，同樣農業從業人數越多也有利于人工施肥，農用設備總動力也有同樣的效用。這些因素都對農藥和化肥產生正向影響。由上述因素分析可知， 2013年前后這些因素都存在持續性符合斷點回歸要求。下面對這些因素在2013年前后對化肥、農藥施用量是否會產生影響進行檢驗，結果如下表：

表3 協變量對農藥施用量影響的條件密度檢驗

表4 協變量對化肥施用量影響的條件密度檢驗

由上面檢驗結果可知，協變量的Z值都不顯著。這說明協變量在2013年，沒有使得化肥和農藥的施用量產生跳躍現象，也就是沒有使得化肥、農藥的施用量發生變化。這也說明了土地確權政策和農田灌溉面積、農業從業人數和農用設備動力都沒有對化肥、農藥的施用量在2013年前后產生影響。

2.2 糧食產量和化肥、農藥的施用量長期均衡關系驗證

由協整理論可知單個因素在相對較長的時間內可能是非穩定序列，而多個因素之間可能存在長期穩定的關系。河南省小麥的產量從1990—2002年之間存在產量波動現象，但從2003—2015年則連續遞增，而化肥除個別年份外整體是遞增趨勢，農藥基本是整體遞增，其中變動年份的數量多于化肥變動年份，由以上分析3個因素之間基本呈現共同增長趨勢。那么這些要素彼此之間是不是存在理論上的長期均衡關系。基于這樣一種思想采用協整理論研究。

2.2.1 數據平穩性檢驗

為了消除時間序列數據波動性和避免異方差的出現，對糧食產量、化肥折純量、農藥采用取對數。同時對數據進行平穩性檢驗，為防止偽回歸該文采用ADF對糧食產量、化肥折純量、農藥的數據進行單位根的檢驗驗證數據的平穩性。檢驗結果3個變量存在一階差分為平穩序列，也就是3個變量之間存在同階單整穩定性。這樣3個變量存在協整的可能性。

表5 變量原值和差分值平穩性檢驗

C表示檢驗平穩性適合含有截距項； T表示檢驗數據平穩性時含有趨勢項； L表示檢驗數據平穩性時含有滯后項的最大值。

2.2.2 協整檢驗

由協整理論可知，當變量之間存在同階穩定穩定性時。那么變量之間有可能存在協整關系，即長期均衡關系。由于變量的個數多于2個故采用Johansen 協整檢驗方法。檢驗結果如表6。

表6 協整方程跡檢驗

由檢驗結果可知lnwe,lnfe，lnme存在一個協整關系，標準化協整表達式如下：

dwe=0.3881dme+0.5748dfe+el； el為誤差修正項。

由上述協整方程的檢驗可知，河南省的小麥的產量與化肥施用量以及農藥的施用量之間存在長期依賴關系，其中小麥的產量依賴化肥的施用量為0.578 4，相對比農藥施用量依賴程度0.388 1來說程度更大。這個結論也和河南的小麥產量增加、化肥和農藥同時增加的這個現象相吻合。

2.2.3 單位化肥施用量、農藥施用量對小麥的產量動態影響分析(沖擊響應)

上述的協整模型表示小麥產量與化肥、農藥之間存在長期均衡關系，為了研究小麥產量和化肥、農藥施用量之間的短期動態關系，可建立VAR模型并進一步采用脈沖響應研究化肥、農藥的一個單位標準的變化對小麥產量的當前值和未來值的沖擊影響。以及化肥折純量與農藥施用量之間的短期沖擊變化影響。

圖2橫坐標軸表示沖擊響應的時間(單位：年)，豎坐標軸表示對小麥影響變化，圖2曲線表示沖擊響應函數。

圖2 單位化肥施用量對小麥產量的沖擊響應 圖3 單位農藥施用量對小麥產量的沖擊響應

圖4 農藥對單位化肥施用量的沖擊響應

表7 變量小麥(lnwe)方差分解

由圖2中可以看出，當本期化肥施用量增加一個單位后，小麥產量在很短時期內快速增加，在2期達到最高點，之后小麥的產量急速減緩到3期，之后對產量影響逐漸趨緩下降，并且影響時間較長。這說明化肥施用量會給小麥產量帶來同向的沖擊，在前1—2年內對小麥的產量產生拉動作用，之后拉動作用減弱。從這個結果可以看出河南省的小麥產量維持或者增產目前還需依賴化肥，由于化肥施用量對小麥的產量影響持續時間較長，那么可以減少化肥的施用量。目前測土配方是一種有針對性的好方法，因為小麥在生長過程中對化肥中的氮磷鉀等元素吸收的數量不完全相同，雖然從整體上化肥對小麥產量的影響持續較長，但個別元素影響時間可能較短，測土配方施肥既可以減少化肥施用量又可以避免部分元素過度施用。

由圖3可以看出當農藥增加一個單位的施用量時，小麥的產量從1期開始呈快速增長趨勢，很短時間內達到最高值，之后對小麥產量的影響快速遞減，在第4年時影響為負值，之后逐步減少直至在到第5.5年為0。這表明農藥對小麥產量的影響跟農藥對病蟲害的防治效果是相關的，一般情況下由于受天氣等因素的影響，農藥只對當年或當期的病蟲害有較好的效果，之后防治效果衰減較快，減弱的程度也較大。另外，只有在小麥生長期間遇到蟲害時才使用，施用的頻率較少，對小麥的影響時間不如化肥的影響時間長。由圖4可以看出，當增加一個單位化肥施用量后，農藥施用量并不會馬上增加而是在2年達到較高點之后呈線性下降，在第3年下降到最低值然后呈線性增加，在4年達到峰值，之后趨勢基本處于逐步下降的狀態。這表明化肥中的個別元素在過量施用后，不能被小麥馬上吸收，不能被農作物吸收的元素又造成土壤的酸化，土壤的酸化增加了小麥的病蟲害，進而增加了農藥的施用量。根據洪傳春[23]等人的研究，當給農田施用酸性肥料會增加紋枯病的發生率。可見大量施用化肥增加了土壤的酸性，因土壤的酸性增加了小麥相關病情又導致農藥施用量。相反的使用有機肥則相對較好些，根據熊桂林、陳懷谷[24]的研究當給麥田施用稻秸稈、草木灰和鉀肥時可以減輕小麥的紋枯病的發生率，其中稻秸稈還田的效果最好； 同時李文東、魯明中[8]等的研究同樣發現生態肥產投比不僅僅高于化肥，同時可以減少病蟲害，進而減少農藥的使用量。

2.2.4 方差分解

方差分解的思想是將系統中的內生變量隨機信息分解為結構內生變量沖擊的各期方差的線性組合，通過計算不同方差占各內生變量總方差的比例來衡量各方差隨機信息對內生變量的影響重要程度。從表7可以看出，隨著預測期的延長，小麥對自身產量的變動影響仍是主導，化肥對小麥產量的預測波動的貢獻率逐漸變小，而農藥貢獻率卻逐漸增大。從時間趨勢來看，第8期之后都趨于穩定。

3 結論、討論與建議

從土地確權歷史進程中看，農村農戶使用的化肥、農藥等石油農業的生產要素數量并沒有隨著土地確權明朗性而減少，反而是呈上升趨勢。這其中跟石油農業的生產要素在農業生產環節中所起到的作用有關。一般來說有機肥主要來源于家畜的飼養和農作物秸稈，這中間過程需要花費大量的勞動力； 同時有機肥施用效果對糧食的產量短期效應不明顯，而糧食作物生長周期性和化肥、農藥的短期效應重合，在國家糧食價格補貼政策激勵下，糧食產量的高低決定了補貼數量的多少； 以上兩種效應的疊加有可能使農戶追求短期經濟回報而不是注重土壤生態系統的維護。因此土地確權政策應和農民收入結合才能有利于土壤生態的保護。

值得討論的是，影響化肥和農藥施用量的不僅僅是土地確權政策和糧食補貼這些因素。在外出務工獲得收入高于單純從事農業獲得收入的時候，生產要素的替代性也是化肥、農藥施用量超標的原因之一。另外，除了小麥還有秋季農作物的播種和管理也會施用化肥和農藥，這些化肥、農藥在土壤中的殘留過長的特性會對下一年小麥的生產產生影響。游遠航等人研究表明六六六農藥需要20年才能分解95%、DDT農藥需要30年才能分解95%[25]； 宋海風、劉應宗針對黃淮海地區因前期化肥、農藥過量研究得出黃淮海地區投入化肥的無效要高于南方地區和東部地區[26]。這樣由上文中的農藥和化肥中間短期動態影響可知，秋季施用的化肥對冬季播種的小麥也會產生病蟲害的影響。

河南省地處于中西部地區，相對于沿海和東部地區第二產業、第三產業發展滯后。農民從事農業生產仍是主要收入來源。化肥、農藥等要素仍是獲得糧食高產的主要因素，如何權衡土壤生態保護和農民收入是關系到農業可持續發展的重要環節，鑒于此提出以下建議。

(1)土地權利和生態保護義務相結合。土地的確權對于農民來說，有利于從法律的角度保護農民的合法權益，合法經營自己的土地。與此同時土地本身作為公共資源，同時又具有多重經濟屬性，農民有義務保護土地的生態功能，而不能僅僅追求土地經濟價值的回報。因此，在明確土地的權利同時，應要求對土地承擔相應的保護義務。

(2)加強種養結合方面的政策激勵。目前種養分離，傳統的農戶自己土地和自己飼養牲畜保證了有機肥的供應。在當前以養殖為專業的情況下，有機肥重要來源牲畜的糞便不僅僅沒成為有機肥反而成為面源污染成因之一。通過政策激勵措施把養殖戶和種植戶較好結合起來，這既關系到土壤生態問題，也關系到面源污染問題。

(3)改變傳統農業的補貼方式

中西部地區二、三產業相對于東部和沿海地區滯后，科技教育也相對落后，農村居民相對謀生技能較弱，在政府農糧補貼的政策激勵下，糧食的產量成為獲得補貼數量多少的唯一渠道。這一補貼政策有可能是加劇面源污染的因素之一。在目前石油農業生產要素相對于有機肥料和農藥效率較高的情況下，發展可持續農業和有機農業不能僅僅停留在生產要素的供給角度去解決問題，還應該轉化農業補貼的方式，由補貼糧食的產量轉向補貼有機糧食或者土壤有機質和糧食產量相結合的補貼方式。

(4)科技與經濟政策相結合

科技幫農、富農必須要和農業經濟政策、財政政策相結合。不能單獨依靠科技一支力量發展可持續農業； 否則有可能因農業經濟政策和財政政策使得農業科技成果效用降低。另外，科技上研發肥料和農藥必須有助于土壤生態系統的維護或盡量減少對土地生態系統的破壞。