價格與替代效應(yīng)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥施用的影響
——以玉米和圓白菜為例

尹 峻 黨敬淇 孫小霞*

(1.福建農(nóng)林大學(xué) 可持續(xù)發(fā)展研究所,福州 350002； 2.浙江大學(xué) 管理學(xué)院,杭州 310058)

農(nóng)業(yè)為人類的衣食之源、生存之本、發(fā)展之基，保障其平穩(wěn)健康發(fā)展是關(guān)系國計民生的重大任務(wù)。世界各國農(nóng)業(yè)發(fā)展歷史與現(xiàn)實表明，施用化肥是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)增產(chǎn)效率最高且效果最顯著的重要方式[1-2]，對中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展做出了極為重要的貢獻[3]。得益于化肥的使用，中國以僅占世界耕地總面積7%的土地，為約占世界總?cè)丝?8%的13億人提供糧食。如圖1所示，2001—2015年中國糧食產(chǎn)量和化肥投入量之間呈較強的正相關(guān)性，相關(guān)研究進一步指出，化肥施用量的增加顯著促進了中國糧食單產(chǎn)提高，幫助中國2004—2012年糧食生產(chǎn)實現(xiàn)“九連增”[4]。盡管化肥投入是保障農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的重要因素之一，但中國化肥投入近年來已遠超國際標(biāo)準。2014年中國的化肥投入量已經(jīng)接近6 000萬t，超過亞洲化肥投入總量的一半(52.75%)，占同年世界化肥投入總量的30.91%，位居世界第一(見表1)，平均化肥施用強度達到了565.3 kg/hm2，約為亞洲平均化肥施用強度的2.5倍，為世界平均化肥施用強度的4.1倍，遠遠超出安全施肥國際標(biāo)準(225 kg/hm2)上限。

圖1 2001—2015年中國糧食產(chǎn)量和化肥投入量[5-6]
Fig.1 2001-2015 China’s grain output and fertilizer input[5-6]

表1 2014年部分國家和地區(qū)化肥投入情況
Table 1 Fertilizer input in some countries and regions in 2014

國家或地區(qū)Countries or regions化肥投入折純量/萬tNet weight of fertilizer input平均化肥施用量/(t/萬hm2)Average amount of fertilizer applied中國 China5 974.7556.54美國 America2 127.4313.77加拿大 Canada411.518.94日本 Japan101.6724.07歐盟 EU1 731.8316.01亞洲 Asia11 324.8023.53世界 World19 329.0213.65

注：資料來源：聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織數(shù)據(jù)庫 http:∥www.fao.org/faostat/en/。

Note： Data sources: Food and Agriculture Organization of the United Nations， http:∥www.fao.org/faostat/en/.

已有研究表明，近年來中國普遍存在的施肥過量、偏施肥和化肥利用率偏低等問題，已造成了嚴重的農(nóng)業(yè)面源污染并導(dǎo)致農(nóng)業(yè)土壤、江河湖泊和大氣環(huán)境質(zhì)量衰退[7-11](1)2010年2月6日環(huán)保部等三部委公布的《第一次全國污染源普查公報》顯示，中國種植業(yè)氮、磷排放量分別為159.78萬t和10.87萬t，分別占總排放量的33.8%和25.7%。。這些問題引起了黨和國家的

高度重視：2015年，農(nóng)業(yè)部出臺《到2020年化肥使用量零增長行動方案》指出“即使化肥使用量保持平穩(wěn)水平，仍然遠遠高于國際安全施肥標(biāo)準”，強調(diào)推進化肥減施勢在必行；2017年，中央一號文件提出落實農(nóng)業(yè)清潔生產(chǎn)，深入推進化肥農(nóng)藥零增長行動，促進農(nóng)業(yè)節(jié)本增效；黨的十九大報告再次強調(diào)“加強農(nóng)業(yè)面源污染防治”，進一步促進化肥減施和高效利用。上述一系列政策主張均表明，倡導(dǎo)化肥高效施用、推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)綠色增長已經(jīng)成為當(dāng)前中國農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要主題[12]。因此，結(jié)合當(dāng)前政策導(dǎo)向和研究現(xiàn)狀，考察化肥投入的影響因素具有重要的理論與現(xiàn)實意義。

目前，國內(nèi)外關(guān)于化肥投入的研究主要集中于考察各類社會因素與農(nóng)戶特征因素對農(nóng)戶施肥行為的影響，基于發(fā)展中國家和地區(qū)的微觀數(shù)據(jù)進行研究，分析農(nóng)戶是否施用化肥和化肥投入量的決定因素等問題[13-19]，以及化肥過量施用的原因等問題[11,20-22]，但是缺乏對價格這一重要經(jīng)濟因素的系統(tǒng)考察，多數(shù)研究僅關(guān)注化肥與產(chǎn)出價格而較少涉及其他價格變量。此外，雖然國外已有關(guān)于化肥與其他農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素之間替代關(guān)系研究，但多局限于早期發(fā)達國家[23-25]，而國內(nèi)研究則缺乏涉及化肥投入的討論[26-28]，因此研究化肥與其他農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素之間替代關(guān)系，尤其是在當(dāng)前普遍存在過量施肥情境下，對于中國農(nóng)業(yè)綠色、高效和集約化生產(chǎn)具有更加重要的政策價值。

基于上述文獻分析和經(jīng)驗事實，通過構(gòu)造超越對數(shù)成本函數(shù)和影子替代彈性，利用2004—2016年中國主要玉米和圓白菜產(chǎn)區(qū)的化肥及其他要素投入與價格數(shù)據(jù)，采用似不相關(guān)回歸方法進行實證分析，考察玉米和圓白菜生產(chǎn)中化肥的需求價格彈性，化肥和勞動的替代彈性以及化肥和機械的替代彈性，為政府制定或調(diào)整化肥政策提供建議，以期推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥合理高效施用，促進農(nóng)業(yè)面源污染治理和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。

1 理論分析框架

微觀經(jīng)濟學(xué)生產(chǎn)理論表明，生產(chǎn)要素的需求同時受到要素自身價格和其他要素價格的影響。要素需求對自身價格變動的反應(yīng)程度即要素的需求價格彈性(Demand price elasticity)，表示為要素需求量變化的百分比與要素自身價格變化的百分比的比值[23,29]：當(dāng)要素的需求變動大于價格變動時，需求價格彈性為富有彈性或高彈性，反之則為缺乏彈性或低彈性。給定產(chǎn)出水平，要素需求對其他投入要素價格變動的反應(yīng)程度即要素之間的替代彈性(Elasticity of substitution)，表示為要素需求量變化的百分比與其他要素價格變化的百分比的比值[23,30]：若要素A價格下降時，會激勵生產(chǎn)者增加要素B的投入，則要素A與B之間呈現(xiàn)互補關(guān)系，反之則要素A與B之間呈現(xiàn)替代關(guān)系。

化肥作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一種重要的要素投入，其需求在生產(chǎn)決策中與農(nóng)戶面臨的化肥、勞動力與機械價格等息息相關(guān)[27,31-33]：

1)化肥市場價格的變動將會導(dǎo)致農(nóng)戶化肥投入的反方向變動，且這一變動幅度取決于化肥的需求價格彈性。若化肥需求富有彈性，則化肥投入量將很大程度上取決于化肥的市場價格，政府可以通過調(diào)整化肥補貼等價格政策對農(nóng)戶化肥投入進行干預(yù)，以實現(xiàn)化肥的合理有效施用。若化肥需求缺乏彈性，則化肥市場價格的變動將無法導(dǎo)致農(nóng)戶化肥投入的較大變化，通過價格政策限制農(nóng)戶過量施肥將不再奏效。

2)化肥與勞動之間的替代關(guān)系會顯著影響農(nóng)戶的化肥施用決策，但這一替代關(guān)系較為復(fù)雜：一方面，中國主要靠人工施肥，化肥投入需要借助勞動力輔助，兩者之間可能呈現(xiàn)互補關(guān)系，即勞動力價格上漲會通過減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的勞動力需求進而降低化肥投入量，此時政府可以通過農(nóng)業(yè)技術(shù)培訓(xùn)、鼓勵外出打工等政策調(diào)整農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的化肥施用量；另一方面，勞動力價格上漲將導(dǎo)致農(nóng)戶疏于田間管理，并通過“少次多量”增施化肥來保證產(chǎn)量，這可以理解為兩者之間呈現(xiàn)替代關(guān)系，此時政府則需要提供農(nóng)業(yè)生產(chǎn)補貼、多樣化經(jīng)營等政策適當(dāng)降低勞動力價格以調(diào)整農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的化肥施用量。

3)化肥與機械之間的替代關(guān)系也會顯著影響農(nóng)戶的化肥施用決策，這一替代關(guān)系同樣較為復(fù)雜：一方面，近年來中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水、肥、藥、機一體化迅速發(fā)展，作物大量通過農(nóng)業(yè)機械進行施肥，使得兩者之間可能呈現(xiàn)互補關(guān)系，即機械價格上漲會降低化肥投入量，此時政府可以通過減少農(nóng)機補貼、增加培訓(xùn)和推廣精細作業(yè)等政策調(diào)整農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的化肥施用量；另一方面，部分農(nóng)業(yè)機械的使用可以有效促進化肥在土壤中的溶解和吸收效率，達到保證產(chǎn)量前提下減少化肥施用的效果，因此可以理解為兩者之間呈現(xiàn)替代關(guān)系，此時政府可以通過增加農(nóng)機補貼、適度規(guī)模經(jīng)營等政策調(diào)整農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的化肥施用量。

綜上所述，化肥的需求價格彈性、化肥與勞動力和機械之間的替代彈性在很大程度上影響了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的化肥施用量，對于政府推進合理施肥、優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素配置和促進農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展具有較強的政策指導(dǎo)意義。然而現(xiàn)階段化肥的需求價格彈性數(shù)值大小，以及化肥—勞動和化肥—機械之間是互補還是替代關(guān)系，均無法通過理論分析得出一致的結(jié)論，需要利用數(shù)量分析工具作進一步實證研究。

2 數(shù)量模型構(gòu)建

為系統(tǒng)考察中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥的需求價格彈性及化肥與其他要素投入之間的替代彈性，本研究采用超越對數(shù)成本函數(shù)(Translog cost function)作為基本框架構(gòu)造模型，并基于此推導(dǎo)替代彈性公式。超越對數(shù)函數(shù)屬于結(jié)構(gòu)上的平方響應(yīng)面(Quadratic response surface)模型，具有易估計和包容性強優(yōu)勢：在單要素與多要素情形下函數(shù)形式均不變；不依賴于其本身的非線性結(jié)構(gòu)，可直接利用線性模型進行估計；毋需針對特定參數(shù)施加先驗假設(shè)，估計更貼近真實生產(chǎn)情況等[34-36]。相較于超越對數(shù)生產(chǎn)函數(shù)，超越對數(shù)成本函數(shù)將要素價格視為外生變量，能更有效地刻畫農(nóng)戶的生產(chǎn)經(jīng)營決策，因而被廣泛應(yīng)用在要素替代關(guān)系和技術(shù)偏向測度、生產(chǎn)前沿分析等方面。

2.1 超越對數(shù)成本函數(shù)模型

超越對數(shù)成本函數(shù)是超越對數(shù)生產(chǎn)函數(shù)的對偶函數(shù)，因此可以通過超越對數(shù)生產(chǎn)函數(shù)推導(dǎo)出來。在多要素情形下，超越對數(shù)生產(chǎn)函數(shù)的非線性形式可以表示為：

Y=f(X1.X2,…,Xn)

(1)

假定一系列要素價格不變且可獲得，在給定產(chǎn)出水平條件下求解成本最小化問題，得到的解集為成本最小化條件下的要素需求集：

xi=xi(X,p)

(2)

相應(yīng)的成本最小化條件下的總生產(chǎn)成本可由成本函數(shù)C(Y,p)=Σipixi表示。在規(guī)模報酬不變的假設(shè)下，對成本函數(shù)兩邊取對數(shù)可以得到：

lnC(X,p)=lnY+lnc(p)

(3)

對式(3)進行二階泰勒展開：

lnC=γ0+ΣiαilnY+ΣiβilnPij+ 1/2ΣiΣjβijlnPilnPj+ΣiΣjγijlnPilnYj+ξ

(4)

結(jié)合郝楓[35]的做法，將產(chǎn)出用各類要素投入代替，可重寫式(4)為：

lnC=γ0+ΣiαilnXi+ΣiβilnPi+ 1/2ΣiΣjαijlnXilnXj+ 1/2ΣiΣjβijlnPilnPj+ΣiΣjγijlnPilnYj+ξ

(5)

式(5)是一個超越對數(shù)成本函數(shù)，其中：C為生產(chǎn)總成本，P為要素價格，X為要素投入量，i,j=1,2,…,n表示不同的要素。根據(jù)Shephard引理，對式(5)超越對數(shù)成本函數(shù)各項求要素價格P的偏導(dǎo)數(shù)，可以得到在總成本最小化條件下的要素需求函數(shù)，即各要素成本份額(S)方程：

Si=PiXi/C=?lnC/?lnPi=βi+ΣiβilnPi+ΣjγijlnXj

(6)

由于生產(chǎn)函數(shù)需要包含產(chǎn)出所需要的全部要素投入，因此要素成本份額的總和必須為1，式(5)須滿足Σiβi=1且Σiβij=Σjβij=0；同時，可積函數(shù)Young定理要求式(5)具有理論上的對稱約束βij=βji。Christensen等[37]指出，在缺乏規(guī)模報酬不變的假定前提下，超越對數(shù)成本函數(shù)包含了份額函數(shù)所沒有的重要參數(shù)，在估計時應(yīng)同時估計份額函數(shù)與成本函數(shù)。Greene[36]認為成本函數(shù)除了提供γ0的估計值外并沒有實際意義。此外在實際操作過程中，隨著待估計參數(shù)的增多，式(5)表示的超越對數(shù)成本函數(shù)交叉項數(shù)量迅速增加，會嚴重損失自由度并大幅增加解釋變量之間的共線性[35]。因此本研究采用式(6)所示的成本份額函數(shù)進行估計。

2.2 替代彈性計算公式

目前，常用的替代彈性公式有Allen替代彈性(Allen elasticity of substitution，AES)、Morishima替代彈性(Morishima elasticity of substitution，MES)和影子替代彈性(Shadow elasticity of substitution，SES)。Binswanger[23]提供了基于式(6)參數(shù)估計結(jié)果的AES計算公式：

(7)

MES刻畫了在產(chǎn)出水平和其他要素價格不變的情況下，要素j的價格Pj變化，對要素i的投入Xi相對要素j的投入Xj變化率Xi/Xj的影響[38]：

σijM=Pj[(Cij/Ci)-(Cij/Cj)]= ?ln(Xi/Xj)/?lnPj

(8)

SES刻畫了在產(chǎn)出水平和其他要素價格不變的情況下，要素j的價格Pj相對于要素i的價格Pi的變化率Pj/Pi，對要素i的投入Xi相對要素j的投入Xj的變化率Xi/Xj的影響[29]：

σijS=(Cii/CiCi+2Cij/CiCj-Cjj/CjCj)/

(1/PiCi+1/PjCj)=?ln(Xi/Xj)/?ln(Pj/Pi)

(9)

Binswanger另外給出了要素的需求價格彈性[23]：

Eii=σiiSi=βii/Si+Si-1,i≠jEij=σijSj=βij/Si+Sj,i=j

(10)

根據(jù)式(7)～(10)可以推導(dǎo)出基于式(6)參數(shù)估計結(jié)果的MES和SES計算公式：

σijM=Eij-Ejj=Sj(σij-σjj)

(11)

σijS=[Si/(Si+Sj)](Eij-Ejj)+ [Sj/(Si+Sj)](Eij-Eii)= [SiSj/(Si+Sj)](2σij-σii-σjj)

(12)

比較式(7)、(11)、(12)可以得出，相較于AES和MES，SES更接近Hicks對替代彈性的定義，且估計結(jié)果在不同形式的超越對數(shù)成本函數(shù)模型下均更為穩(wěn)健[35]。綜上所述，本研究采用式(12)所提供的SES方法來估計各農(nóng)業(yè)投入要素之間的替代彈性。

3 數(shù)據(jù)來源與變量說明

考慮到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作物的代表性和數(shù)據(jù)的可得性，本研究選擇玉米和圓白菜種植所需的化肥等要素投入作為分析對象。玉米是中國的三大主糧之一，同時也是食品、酒精、燃料等行業(yè)所需要的重要原材料，在中國的種植基本覆蓋了各糧食主產(chǎn)區(qū)。據(jù)《全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》[39]數(shù)據(jù)顯示，玉米的化肥需求折純量約為371.34 kg/hm2，是平均需肥量最大的糧食作物，也是中國肥料吸收和利用率相對較低的作物之一[40-41]。圓白菜在中國各地廣泛種植，尤其在長江以南主要產(chǎn)區(qū)占作物總播種面積的近50%，消費量也居中國各類蔬菜之首，是重要的蔬果類經(jīng)濟作物。圓白菜的化肥需求折純量約為454.63 kg/hm2，需水和氮肥量均較大，且肥料易流失，偏施肥和過量施肥現(xiàn)象較嚴重[42]。因此，通過研究玉米和圓白菜的化肥需求價格彈性及與其他要素之間的替代關(guān)系在一定程度上對中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的化肥減施具有較大的參考價值。

本研究數(shù)據(jù)均來源于《全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》[39]、《中國農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》[6]和《中國統(tǒng)計年鑒》[5]2004—2016年玉米和圓白菜主產(chǎn)區(qū)化肥與其他各類生產(chǎn)要素的投入和價格數(shù)據(jù)，其中玉米主產(chǎn)區(qū)覆蓋中國20個省，圓白菜主產(chǎn)區(qū)覆蓋15個省(2)玉米主產(chǎn)區(qū)覆蓋的20個省份為：河北、山西、內(nèi)蒙古、遼寧、吉林、黑龍江、江蘇、安徽、山東、河南、湖北、廣西、重慶、四川、貴州、云南、陜西、甘肅、寧夏和新疆；圓白菜主產(chǎn)區(qū)覆蓋的15個省份為：天津、河北、內(nèi)蒙古、吉林、江蘇、山東、浙江、上海、福建、湖北、江西、重慶、廣西、云南、甘肅和新疆。。根據(jù)研究目標(biāo)以及實證模型對數(shù)據(jù)的要求，本研究共設(shè)置要素投入與要素價格兩類指標(biāo)，涵蓋化肥、勞動、機械和其他農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素，各變量詳細定義如下：

1)化肥投入與化肥價格。選取包括磷肥、氮肥、鉀肥和復(fù)合肥在內(nèi)的單位面積化肥折純用量(kg)作為化肥投入指標(biāo)；化肥價格(元/kg)通過化肥成本/化肥投入量得到。化肥折純量指化肥實際含有氮、磷、鉀等養(yǎng)分的質(zhì)量，通過N、P2O5、K2O等化學(xué)元素的質(zhì)量百分比×化肥實際質(zhì)量得到，化肥折純量能夠比較準確地反映農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中實際需要的化肥數(shù)量。

2)勞動力投入與勞動力價格。選用農(nóng)作物生產(chǎn)中的單位面積用工投入(工日)作為勞動力投入指標(biāo)；勞動力價格(元/工日)通過單位面積勞動力成本/用工投入得到。《全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》[39]中的用工成本同時包含了家庭用工成本與雇工成本，二者均反映了當(dāng)期勞動力市場價格；同時，考慮到農(nóng)業(yè)勞動力需求具有季節(jié)性特征，單獨使用其中任何一種指標(biāo)都會導(dǎo)致偏誤，因此本研究在數(shù)據(jù)處理過程中對家庭用工投入和工價、雇工投入與工價進行了加權(quán)平均。

3)機械投入與機械價格。《全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》[39]僅提供了單位面積機械作業(yè)費用，未提供具體的機械投入數(shù)量信息，故本研究參考陳書章等[43]的方法，將扣除水費、畜力費等非機械費用的租賃作業(yè)費作為機械投入量(元)，并通過機械化農(nóng)具價格指數(shù)和半機械農(nóng)具價格指數(shù)加權(quán)平均得到機械價格。

4)其他要素投入與其他要素價格。其他要素投入為總生產(chǎn)成本扣除化肥、勞動力和機械的其他成本，包括種子、農(nóng)膜、農(nóng)藥、土地、燃料動力費、管理費、固定資產(chǎn)折舊等成本；其他要素投入內(nèi)容復(fù)雜且缺乏具體的投入數(shù)量數(shù)據(jù)，因此本研究中的其他要素價格用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料綜合價格指數(shù)進行替代。

上述各變量的描述性統(tǒng)計結(jié)果報告在表2中。

表2 主要變量描述性統(tǒng)計Table 2 Descriptive statistics of main variables

4 實證分析

本節(jié)主要包含三部分內(nèi)容：第一部分通過上述提供的超越對數(shù)成本份額函數(shù)構(gòu)造玉米和圓白菜的計量回歸方程，利用2004—2016年化肥及其他農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素的省級數(shù)據(jù)，分別估計中國玉米和圓白菜的成本份額系數(shù)；第二部分基于回歸估計結(jié)果計算中國玉米和圓白菜生產(chǎn)中化肥的需求價格彈性；第三部分則進一步計算玉米和圓白菜生產(chǎn)中化肥與其他農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素之間的替代彈性。

4.1 玉米和圓白菜成本份額函數(shù)估計結(jié)果

根據(jù)式(6)分別構(gòu)造玉米和圓白菜的超越對數(shù)成本份額回歸方程如下：

Siktcorn=βi+ΣjβijlnPjkt+ΣjγijlnXikt+Σ112γitTt+Σ119αitDk+εikt

(13)

Siktcabb=βi+ΣjβijlnPjkt+ΣjγijlnXikt+Σ112γitTt+Σ115αitDk+εikt

(14)

回歸方程組(13)和(14)中S、P、X各變量定義與前述相同，Tt為時間虛擬變量，Dk為省份虛擬變量，i、j分別代表不同的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素，t代表時間，k代表省份。由于需要估計不同作物在不同農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素投入下的成本份額系數(shù)，本研究采用似不相關(guān)回歸(Seemingly unrelated regression，SUR)方法對上述方程組進行系統(tǒng)估計，為滿足式(5)的相關(guān)約束，根據(jù)Greene[36]所提供的方法，對前n-1個價格除以第n個價格，并且只估計前n-1個份額方程組。表3報告了SUR的估計結(jié)果。

表3回歸結(jié)果顯示，方程組中各農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素投入份額對其價格的回歸系數(shù)βii均>0，滿足最小成本函數(shù)對要素價格非遞減的理論約束；超過50%的回歸系數(shù)在統(tǒng)計意義上顯著，R2取值均>0.8，說明各個方程對真實情況擬合效果較好。因此本研究的模型選擇、變量設(shè)置以及估計方法等相對準確地反映中國玉米和圓白菜的生產(chǎn)狀況，將基于表3的估計結(jié)果進行化肥需求價格彈性和要素替代彈性的計算。

4.2 化肥需求價格彈性

根據(jù)表3得到的成本份額系數(shù)βii的估計結(jié)果和相應(yīng)的成本份額數(shù)據(jù)，運用式(10)計算出2004—2016年中國玉米和圓白菜生產(chǎn)的化肥需求價格彈性

表3 成本份額函數(shù)SUR估計結(jié)果Table 3 Cost share function SUR estimates

注：括號內(nèi)的數(shù)值為異方差穩(wěn)健標(biāo)準誤,***、**和*分別表示在1%、5%和10%水平顯著。

Note：The values in brackets are Heteroskedasticity-Robust standard error. ***, ** and * mean significant effects of the variables at 1%, 5% and 10% levels, respectively.

(如圖2所示)。由圖2可知玉米和圓白菜的化肥需求價格彈性系數(shù)均<0，說明隨著化肥價格的上升，其化肥投入量會出現(xiàn)下降，這意味著政府可以通過提高價格來降低農(nóng)作物生產(chǎn)中的化肥投入。從數(shù)值大小看，玉米和圓白菜的化肥需求價格彈性分別為-0.12和-0.29，處于缺乏彈性的區(qū)間，說明化肥需求隨價格變動的空間極為有限，通過調(diào)整化肥價格達到調(diào)節(jié)化肥投入的效果微乎其微。從變化趨勢看，化肥的需求彈性在缺乏彈性區(qū)間內(nèi)雖有波動，但并無脫離該區(qū)間的預(yù)期。

相較于玉米，圓白菜的平均化肥需求價格彈性高，說明圓白菜的化肥投入對價格變化的反應(yīng)更加敏感，這一定程度上體現(xiàn)了經(jīng)濟作物與糧食作物之間的差別。經(jīng)濟作物生產(chǎn)與市場聯(lián)結(jié)更加緊密，其產(chǎn)品價格更多由市場決定，因此，經(jīng)濟作物生產(chǎn)者對市場價格信息更敏感，對生產(chǎn)要素的價格變化反應(yīng)也更敏感。糧食作物長期以來由于國家保障糧食安全政策需求，其生產(chǎn)目標(biāo)在于持續(xù)增產(chǎn)以保障國家糧食供應(yīng)，因此，在糧食收購保護價等政策作用下，其要素需求對市場價格變化敏感性相對較差。對比兩者變動趨勢可以發(fā)現(xiàn)，玉米的化肥需求價格彈性從2011年起呈現(xiàn)增長趨勢，而圓白菜則總體呈現(xiàn)下降趨勢，一個可能的原因是2011年國務(wù)院頒布的“十二五”期間全國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2011—2015)中關(guān)于糧食增長以及加強農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境治理的相關(guān)政策對玉米生產(chǎn)產(chǎn)生了一定影響。

圖2 玉米和圓白菜的化肥需求價格彈性
Fig.2 Demand price elasticity of fertilizer for corn and cabbage

4.3 要素替代彈性

根據(jù)表3得到的成本份額系數(shù)βii的估計結(jié)果，結(jié)合式(10)和(12)可以計算出2004—2016年中國玉米和圓白菜生產(chǎn)中化肥-勞動替代彈性(如圖3所示)、化肥-機械替代彈性(如圖4所示)。具體來看，SESij>0說明要素之間存在替代關(guān)系且數(shù)值越大替代關(guān)系越強；SESij<0說明要素之間存在互補關(guān)系且數(shù)值越大互補關(guān)系越強；SESij=0則說明要素之間不存在互補或替代關(guān)系。

圖3 玉米、圓白菜生產(chǎn)的化肥-勞動替代彈性
Fig.3 Elasticity of substitution of fertilizer-labor of corn and cabbage production

從化肥-勞動替代彈性的總體數(shù)值看，2004—2016年玉米和圓白菜生產(chǎn)過程中化肥和勞動存在弱替代關(guān)系且數(shù)值呈明顯下降趨勢。圖3表明，2011年后，玉米的化肥與勞動之間由替代關(guān)系轉(zhuǎn)變?yōu)榛パa關(guān)系并逐漸加強，而在此期間玉米產(chǎn)量增長趨勢總體上升，說明玉米產(chǎn)量變化導(dǎo)致的化肥投入量變化對化肥-勞動替代彈性沒有顯著影響。未來由于人口紅利逐漸消失，中國勞動力價格將持續(xù)上漲，將一定程度上減少當(dāng)前玉米生產(chǎn)中的化肥投入，但對當(dāng)前圓白菜生產(chǎn)中的化肥投入基本沒有影響。

從化肥-機械替代彈性的總體數(shù)值看，2004—2016年玉米生產(chǎn)的化肥與機械投入存在較強的替代關(guān)系，而圓白菜生產(chǎn)則存在較強的互補關(guān)系。圖4表明，隨著時間的推移，玉米生產(chǎn)過程中化肥與機械投入的替代關(guān)系強度緩慢下降，但其替代彈性數(shù)值始終>0.5，說明玉米生產(chǎn)過程中化肥投入過量而機械投入量不足，每增加一單位機械投入所帶來的邊際收益遠遠高于增加一單位化肥投入所帶來的邊際收益。故當(dāng)農(nóng)機補貼等政策導(dǎo)致機械價格下降時，農(nóng)戶會選擇增加機械投入同時減少化肥投入，反之，農(nóng)戶會減少機械投入，重新依靠增施化肥來保證糧食產(chǎn)量。相應(yīng)地，導(dǎo)致圓白菜生產(chǎn)過程中化肥與機械之間呈現(xiàn)互補關(guān)系的原因可能是：圓白菜生產(chǎn)作為城郊農(nóng)業(yè)，其種植規(guī)模相對于水稻、小麥、玉米等大田作物較小，無法進行大規(guī)模機械化生產(chǎn)，因此機械對于圓白菜生產(chǎn)的促進作用主要體現(xiàn)在利用施肥機等輔助施肥手段進行集約化作業(yè)，作為對勞動的要素替代(3)事實上，結(jié)合圖3所提供的圓白菜生產(chǎn)過程中化肥與勞動的替代關(guān)系，并利用SES彈性公式進行計算，可以得到圓白菜生產(chǎn)過程中機械和勞動之間同樣存在替代關(guān)系，因而其化肥與機械投入呈現(xiàn)互補關(guān)系。。由此可見，政府可以通過價格政策適當(dāng)減少玉米生產(chǎn)所使用的機械價格，并增加圓白菜生產(chǎn)所使用的機械價格，以減少二者的化肥投入。

圖4 玉米、圓白菜生產(chǎn)的化肥-機械替代彈性
Fig.4 Elasticity of substitution of fertilizer-machinery of corn and cabbage production

5 結(jié)論與政策啟示

5.1 研究結(jié)論

本研究在對國內(nèi)外關(guān)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素需求和替代彈性、農(nóng)業(yè)化肥投入影響因素等已有研究成果進行梳理的基礎(chǔ)上，通過構(gòu)造超越對數(shù)成本函數(shù)和影子替代彈性，利用2004—2016年中國主要玉米和圓白菜產(chǎn)區(qū)的化肥及其他要素投入與價格數(shù)據(jù)，采用似不相關(guān)回歸方法實證分析了中國玉米和圓白菜生產(chǎn)中化肥的需求價格彈性，化肥和勞動的替代彈性以及化肥和機械的替代彈性。本研究得到的結(jié)論主要包括：第一，化肥價格、勞動價格和機械價格等各類價格變量對玉米生產(chǎn)中的化肥投入量具有顯著影響；化肥價格對圓白菜生產(chǎn)中的化肥投入量具有顯著影響，其他變量不顯著。第二，玉米、圓白菜的化肥需求價格彈性分別為-0.12和-0.29，均處于低彈性區(qū)間且接近區(qū)間下限，表明化肥價格變化對玉米和圓白菜生產(chǎn)中化肥投入的影響較小，通過調(diào)整化肥價格很難影響其化肥投入；圓白菜的化肥需求價格彈性整體高于玉米，說明圓白菜生產(chǎn)中的化肥投入對價格變化反應(yīng)相對更加敏感。第三，玉米的化肥和勞動投入存在互補關(guān)系，勞動價格的上升會導(dǎo)致化肥投入的少量下降；圓白菜的化肥和勞動投入存在微弱替代關(guān)系(替代彈性<0.10)。第四，玉米的化肥和機械投入存在替代關(guān)系且富有彈性，圓白菜的化肥和勞動存在互補關(guān)系，但隨著時間推移，玉米和圓白菜生產(chǎn)中化肥和機械的替代/互補關(guān)系均逐漸減弱。

5.2 政策啟示

基于上述研究結(jié)論，本研究可以為化肥減施政策提供3點啟示：第一，謹慎采用通過提高化肥價格降低化肥投入的政策。化肥的低需求價格彈性使得政府即使大幅提高化肥價格也不能有效減少農(nóng)作物生產(chǎn)中的化肥投入，過高的化肥價格反而會增加農(nóng)戶種植成本，損害農(nóng)戶利益；政府可以運用穩(wěn)健的價格政策，一定程度上提高價格，同時主要利用非價格政策調(diào)控化肥投入。第二，適當(dāng)通過價格政策調(diào)整農(nóng)業(yè)機械價格對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的化肥投入進行調(diào)控。結(jié)合要素投入替代彈性的差異并考慮生產(chǎn)實際，對玉米生產(chǎn)所需的機械設(shè)備進行價格補貼等可以有效降低玉米生產(chǎn)過程中的化肥投入；減少圓白菜生產(chǎn)所需機械設(shè)備的價格補貼，提高圓白菜生產(chǎn)的機械價格，也可有效降低圓白菜生產(chǎn)過程中的化肥投入。第三，加強對農(nóng)業(yè)勞動力的教育投入與技能培訓(xùn)，培育新型農(nóng)業(yè)人才。通過教育與培訓(xùn)，提升農(nóng)民的非農(nóng)就業(yè)技能或者農(nóng)業(yè)經(jīng)營能力，間接推動農(nóng)業(yè)勞動力價格提升，降低玉米生產(chǎn)中的化肥投入；人力資本較高的農(nóng)民，其掌握并采用科學(xué)施肥技術(shù)的可能性更高，不僅可以降低玉米生產(chǎn)中的化肥投入，對圓白菜生產(chǎn)中缺乏替代彈性的化肥投入也有減少作用。