退耕還林工程對糧食生產的影響
——以山西省為例

鄭 雪, 姚順波, 魯亞楠

(1.西北農林科技大學 經濟管理學院, 陜西 楊凌712100; 2.西北農林科技大學 資源經濟與環境管理中心, 陜西 楊凌712100)

退耕還林工程作為中國投資大、涉及面廣、農戶參與度高的一項生態建設工程，主要通過生態補償激勵和引導農戶改變土地利用類型與結構，來達到生態修復與改善社會福祉的目的[1]。截止到2019年，退耕還林工程已經實施了20 a，累計退耕超過3.33×107hm2[2]，在植被覆蓋[3]、土壤保持[4]與增收減貧[4]等方面發揮著重要的作用。然而耕地是糧食生產的基本要素，雖然堅持著基本農田毫不動搖的原則，但是在人口增長與城市擴張的背景下，過多的耕地向林草地轉移可能會對糧食生產有不利的影響[6-7]。因而，如何解決生態保護與糧食生產之間的矛盾一直是退耕還林工程需要重點關注的問題。從宏觀層面來看，退耕還林工程會引起大面積的耕地向林地和草地轉換，而耕地面積的減少又會直接導致糧食生產總量的下降[8-9]。但從另一角度而言，耕地面積的減少會使得農戶改變以往廣種薄收的粗放型生產模式，增加對未退耕地的投入進行集約化生產，從而有效地改善區域環境與土壤肥力，帶動糧食單位面積產量的提高[10-11]，在一定程度上彌補耕地面積減少所造成的糧食減產。有研究[12-13]表明，退耕還林工程對全國層面上的糧食生產并沒有產生太大的影響，但存在明顯的區域差異；退耕還林工程并未對中西部的糧食生產造成較大影響，而對東部的糧食生產造成了較大的負向影響[14-15]。從微觀農戶層面來看，由于退耕還林工程使得耕地面積和糧食播種面積絕對減少，樣本農戶的糧食播種面積下降了55.89%，糧食產量下降了31.50%[16]；而東梅等[17]在對寧夏的調研發現，在生態脆弱地區推行退耕還林工程并不會影響當地農民的糧食安全狀況。綜上所述，無論是在宏觀還是微觀層面，由于樣本選擇或者統計方法的選擇存在差異，退耕還林工程與糧食生產之間的關系尚不明確；并且在宏觀尺度上，大多數研究在考察退耕還林工程對糧食生產的影響時，均采用前后比較的描述性分析方法，并未剝離出退耕還林工程對糧食生產的邊際貢獻以及區域邊際貢獻差異。本文以山西省117個縣域為研究單元，分析退耕前后耕地和糧食生產的時空變化及區域差異，在建立生產函數的基礎之上，運用計量分析的方法計算退耕還林工程對糧食生產的作用機制，并考慮退耕還林工程對不同縣域糧食生產的影響差異。

1 研究區概況

山西省地處黃土高原地區東部(34°34′—40°44′N，110°14′—114°33′E)，共計117個市縣區(包括25個市轄區，11個縣級市，81個縣；本文使用的行政矢量圖將大同市的南郊區和礦區以及長治市的城區和郊區進行了合并,因此實際分析的是115個縣域單元)，是典型的被黃土所覆蓋的山地高原，高原內部起伏不平、河谷縱橫。由于地形地貌的復雜和資源的長期過度利用，山西省水土流失嚴重、生態環境脆弱，全省都納入在黃土高原治理區范圍內。《黃土高原地區綜合治理規劃大綱》將黃土高原劃分為6個綜合治理區，并在各地區制定了綜合治理示范縣作為生態環境治理的典型代表。其中山西省境內包括了黃土丘陵溝壑區、河谷平原區和土石山區3個綜合治理區，以及10個綜合治理示范縣(圖1)。示范縣作為各區域的典型代表，有著成熟的環境治理經驗和較明顯的治理效果，因此本文將山西省的10個示范縣作為重點退耕縣，將其余的縣域劃分為非重點退耕縣。

圖1 研究區范圍

2 數據與方法

2.1 研究數據

本文使用的數據主要包括山西省1990—2015年的社會經濟數據以及1990，2000，2005，2010年和2015年的土地利用數據。其中社會經濟數據來源于各年的《山西統計年鑒》《山西統計調查》以及國家統計局(http:∥data.stats.gov.cn/index.htm)；對于個別缺失的統計數據，根據相鄰年份的數據，利用插值法補全數據。土地利用數據來源于中國科學院資源環境科學數據中心(http:∥www.resdc.cn)的中國土地利用遙感監測數據集，分辨率為30 m，該數據產品是以各期Landsat TM/ETM遙感影像為主要數據源，通過人工目視解譯生成，土地利用類型包括耕地、林地、草地、水域、居民地和未利用土地6個一級類型以及25個二級類型。

2.2 研究方法

退耕還林工程會直接導致耕地數量減少，而耕地數量減少必然在一定程度上導致糧食產量減少，進而影響糧食安全水平[18]。一些研究發現在部分退耕區以及農戶層面上，退耕確實造成了糧食減產的情況[16,19-21]。但從其他角度來看，退耕對糧食生產也存在著積極作用[10,22-23]，一是退耕使得節約下來的農業投入轉移至未退耕地，并通過耕地整理和加大基本農田建設，促進了土地集約利用，從而提高耕地質量和糧食單產水平；二是退耕改善了生態環境，有利于降低自然災害風險，促進糧食生產。可見退耕可能會提高糧食單產水平，進而提高耕地邊際產出。因此，本文以糧食總產量Y作為被解釋變量，以累計退耕面積S表示退耕還林政策，來考察退耕對耕地邊際產出的影響；同時考慮技術進步、勞動力等要素，選取了可能影響糧食總產量的3個指標：農業機械總動力M、糧食播種面積C和農業勞動力人口L，以期通過生產函數分析各要素對糧食總產量的影響程度。為了剝離出退耕還林對糧食生產的邊際貢獻，本文在柯布—道格拉斯生產函數的基礎上，引入了糧食播種面積和累計退耕面積的交互項，計算退耕還林對糧食生產的作用機制以及邊際貢獻，構建模型為：

lnY=a0+a1lnM+a2lnC+a3lnS+

a4lnC·lnS+a5lnL+ε

式中：a0為常數項；a1-a5為各解釋變量的估計系數；ε為殘差。各變量的描述性統計結果詳見表1。

3 結果分析

3.1 山西省退耕前后土地利用時空變化

山西省退耕還林工程于2000年開始試點實施，2002年在山西省范圍內全面啟動，截至2015年底，全省累計完成第一輪退耕還林任務1.57×106hm2，其中退耕地還林4.23×105hm2[24]。因此本文以2000年為界，將1990—2000年作為退耕前，2000—2015年作為退耕后。以下通過土地利用轉移矩陣，分析退耕前后重點退耕縣與非重點退耕縣土地利用轉換的來源、去向及轉移的面積大小，并通過觀察退耕前后耕地轉林草地的空間分布情況，了解土地利用的時空演變過程，進而比較退耕還林工程對重點退耕縣和非重點退耕縣的耕地變化的影響差異。

表1 生產函數模型中各變量描述性統計

3.1.1 重點退耕縣土地利用轉移變化 從重點退耕縣的土地利用轉移情況來看(表2—3)，1990—2000年期間，耕地轉出總面積為1 697.31 hm2，其中主要的轉出去向是建設用地，耕地轉建設用地的面積為1 413.45 hm2，占耕地轉出總面積的83.28%；從新增來源來看，耕地新增總面積為7 036.83 hm2，耕地最主要的增加來源為草地，有6 407.64 hm2的草地轉為了耕地，占耕地新增總面積的91.06%。2000—2015年期間，耕地轉出總面積為89 683.83 hm2，其中主要轉出去向為草地，耕地轉草地的面積為50 053.59 hm2，占耕地轉出總面積的55.81%，其次耕地轉為林地和建設用地的面積分別為23 104.71和15 559.11 hm2，占耕地轉出總面積的25.76%和17.35%；從新增來源來看，耕地新增總面積為27 067.77 hm2，耕地的主要來源為草地和林地，來源于草地和林地的面積分別為14 711.31和8 965.80 hm2，占耕地新增總面積的54.35%和33.12%。

表2 重點退耕縣1990-2000年土地利用轉移矩陣 hm2

表3 重點退耕縣2000-2015年土地利用轉移矩陣 hm2

3.1.2 非重點退耕縣土地利用轉移變化 從非重點退耕縣的土地利用轉移情況來看(表4—5)，1990—2000年期間，耕地轉出總面積為38 460.87 hm2，其中主要的轉出去向是建設用地，耕地轉建設用地的面積為23 839.74 hm2，占耕地轉出總面積的61.98%；從新增來源來看，耕地新增總面積為37 759.59 hm2，耕地主要的增加來源為草地，有19 504.17 hm2的草地轉為了耕地，占耕地新增總面積的51.65%，其次耕地的增加來源為草地和水域，分別占耕地新增總面積的24.66%和23.33%。2000—2015年期間，耕地的轉出總面積為478 560.06 hm2，其中主要轉出去向仍是建設用地，面積為291 468.33 hm2，占耕地轉出總面積的60.91%；從新增來源來看，耕地新增總面積為195 378.21 hm2，耕地的主要來源仍是草地，來源于草地的面積分別為110 258.01 hm2，占耕地新增總面積的56.43%。

表4 非重點退耕縣1990-2000年土地利用轉移矩陣 hm2

表5 非重點退耕縣2000-2015年土地利用轉移矩陣 hm2

3.1.3 山西省耕地轉林草地時空變化 1990—2000年期間，山西省耕地轉林草地總面積為10 815.93 hm2，其中耕地轉林地面積占52%，耕地轉草地面積占48%。從山西省耕地轉林草地的空間分布來看(圖2)，雖然有耕地向林地和草地轉移，但轉移面積較小，轉移效果并不顯著。只有沁水縣和大同縣耕地轉林草地的面積較大，分別為3 225.51和1 561.77 hm2，其余各縣耕地轉林草地的面積均小于600 hm2，其中有82.6%的縣耕地轉林草地的面積在平均水平94.05 hm2以下。2000—2015年期間，山西省耕地轉林草地總面積為245 891.97 hm2，其中耕地轉林地面積占43%，耕地轉草地面積占57%。與退耕前相比，退耕后耕地轉林草地面積大幅增加，空間轉換活躍度更高，因而能夠更清楚地觀察到耕地向林草地轉移的空間分布(圖2)。耕地轉林草地比較明顯的地區主要集中在山西省西北部的呂梁山脈沿線以及長治市一帶，其中耕地轉林草地效果最明顯且面積在5 000 hm2以上的縣域有：朔州市的右玉縣、平魯區，晉中市的榆社縣，長治市的沁源縣、平順縣、壺關縣，呂梁市的臨縣以及忻州市的原平市、岢嵐縣。對比退耕前后山西省耕地轉林草地的空間分布，退耕后耕地轉林草地的效果顯著，耕地轉林草地面積較大的地區主要集中在水土流失較嚴重的黃土丘陵溝壑區和土石山區。重點退耕縣也取得了一定的成效，退耕后耕地轉林草地面積共為73 147.32 hm2，占到了全省耕地轉林草地面積的29.75%。從耕地轉林草地效果顯著的這些區域來看，與《黃土高原地區綜合治理規劃大綱》中所劃分出的生態環境重點治理區域基本契合。

圖2 山西省1990-2015年耕地轉林草地空間分布

3.2 山西省退耕前后糧食生產時空變化

山西省1990—2015年糧食生產變化情況如圖3所示。從糧食播種面積來看，1990—2000年期間，糧食播種面積保持平穩波動；2000—2006年期間，糧食播種面積呈波動減少的趨勢，可能是受到退耕還林的影響以及城鎮化建設的占用；2006—2015年期間，糧食播種面積緩慢回升，在2010年回升到退耕前水平，之后基本保持平穩，這可能是由于退耕地造林任務量的減少[14]，以及國家對農業的政策支持和對耕地的保護性措施，如糧食直補、耕地占補平衡等[25]。從糧食總產量和糧食單位面積產量來看，1990—2015年期間，糧食總產量由1990年的9.69×106t增加到2015年的1.26×107t，增幅為30.0%，糧食單位面積產量由1990年的2 945.10 kg/hm2提高到2015年的3 831.75 kg/hm2，提高了30.1%。雖然退耕后山西省耕地面積減少了3.46×105hm2，但是生態環境得到了改善，未退耕地的糧食單產水平和生產能力得到提升，促進了農業集約化生產[24]，因而從長期來看，糧食總產量和糧食單位面積都呈上升趨勢。

圖3 山西省1990-2015年糧食生產變化情況

3.2.1 糧食總產量時空變化 2000—2015年山西省平均糧食總產量呈上升趨勢(表6)，增加了68.12%。其中重點退耕縣的平均糧食總產量從43 922.30 t增加到67 936.10 t，增幅為54.67%；非重點退耕縣的平均糧食總產量由79 456.27 t增加到134 148.28 t，增幅為68.83%，二者都高于全國糧食總產量42.93%的增幅。但是重點退耕縣的平均糧食總產量與非重點退耕縣相比，仍有很大的差距，增加幅度也小于非重點退耕縣。這主要是由于，重點退耕縣是根據生態退化嚴重等原則選擇出來的，其自然環境較差、農業生產條件相對落后，糧食總產量相對較低；其次，作為重點退耕縣受到退耕的影響較大，耕地面積減少了6.27×104hm2，因此雖然糧食總產量是增加的，但是增幅要小于非重點退耕縣。

表6 山西省2000-2015年平均糧食總產量變化情況對比

從糧食總產量的空間分布來看(圖4)，2000和2015年糧食總產量的低值區和高值區所處位置基本一致，2015年糧食總產量普遍高于2000年，其中運城市的糧食總產量明顯高于其他地區，2015年期間13個縣中有11個縣的糧食總產量都在1.60×105t以上，還有2個縣的糧食總產量也在9.00×104t以上。糧食總產量較低的地區主要集中在山西省西部的呂梁山脈一帶，這一地區正屬于黃土高原治理區的黃土丘陵溝壑區，地形破碎、水土流失嚴重，因而自然生產條件差、農業生產能力低下，糧食總產量普遍較低。而糧食總產量高的地區主要集中在山西省主要盆地所在處：天鎮縣至朔城區一帶的大同盆地、靈丘縣至忻州市一帶的忻定盆地、榆次區至介休市一帶的太原盆地、榆社縣至澤州縣一帶的長治盆地以及洪洞縣至芮城縣一帶的臨汾盆地和運城盆地。這些地區地勢平緩、水熱條件好，更適宜農業生產，因而糧食總產量相對更高。從2000—2015年糧食總產量的增加幅度來看(圖4)，糧食總產量以增加為主，80%以上的縣都有不同程度的增產，增幅較大的地區主要集中在山西省的中部一帶以及臨汾盆地和運城盆地一帶，其中晉中市增產最明顯，有8個縣為高速增產；另外有17個縣是減產的(大同市城區無糧食產量不算在內)，其中有9個縣分布在黃土丘陵溝壑區。從重點退耕縣來看，榆社縣和平陸縣為高速增產，廣靈縣、平順縣和平定縣為快速增產，增產幅度都高于全省68.12%的平均增幅；而其他分布于黃土丘陵溝壑區的5個縣中，吉縣和保德縣為緩慢增產，增產幅度低于全省平均增幅，婁煩縣、右玉縣和臨縣為絕對減產。

圖4 山西省2000-2015年糧食總產量變化空間分布

3.2.2 糧食單位面積產量時空變化 從糧食單位面積產量變化情況來看(表7)，2000—2015年山西省的平均糧食單產水平不斷提高，由2 711.89 kg/hm2提高到4 232.10 kg/hm2，增幅為56.06%，高于全國30.32%的增加幅度，并且糧食單產水平高于全國的縣域數量，由18個縣增加到32個縣。但是與全國平均糧食單產水平相比，仍有較大的差距，整體糧食單產水平較低、有待提高。對比重點退耕縣與非重點退耕縣，重點退耕縣的糧食單產水平由1 912.63 kg/hm2提高到了3 131.01 kg/hm2，增幅為63.70%；非重點退耕縣由2 788.01 kg/hm2提高到了4 336.97 kg/hm2，增幅為55.56%。雖然重點退耕縣的糧食單產水平與非重點退耕縣有不小的差距，但是單產增幅要高于非重點退耕縣。自然環境差是造成重點退耕縣的單產水平較低的主要原因；而單產增幅較高是由于退耕將水土流失嚴重、生產能力低下的坡耕地轉為林地和草地，促進了土地集約利用，同時使得節省下來的生產要素向沒有退耕的耕地轉移，從而極大提高了土地利用效率和糧食單產水平[23]。

從2000—2015年糧食單產水平的縣域統計情況來看(表8)，2000年糧食單產水平普遍較低，處于2 000 kg/hm2以下和2 000～3 000 kg/hm2區間的縣域最多，分別有39個縣和35個縣，占了縣域總數的64.34%，而高于全國平均單產水平的只有18個縣；2015年糧食單產水平顯著提高，處于4 000～5 500 kg/hm2和高于5 500 kg/hm2區間的縣域最多，都是32個縣，占了縣域總數的55.66%，而高于全國平均單產水平的縣域數量增加到了32個縣。

表7 山西省2000-2015年糧食單位面積產量變化情況對比

表8 山西省2000-2015年糧食單位面積產量水平縣域統計

注：糧食單產單位為kg/hm2。

從糧食單產的空間分布來看(圖5)，低值區主要集中在西北部的黃土丘陵溝壑區，單產大多都低于2 000 kg/hm2，糧食單產水平較高的地區主要分布在山西省中部和南部的河谷平原區以及東部的土石山區。根據《黃土高原地區綜合治理規劃大綱》，黃土丘陵溝壑區水土流失嚴重，坡耕地多、土地貧瘠，長期采用廣種薄收的方式進行農業生產，因而糧食單產水平普遍較低；而河谷平原區和土石山區水土流失較輕，特別是河谷平原區地處東西太行呂梁兩山之間的中小盆地及河流谷底，自然資源相對豐富，是山西省重要的農業區和經濟活動中心，農業技術相對先進，因而糧食單產水平相對較高。

從單產增加幅度來看(圖5)，單產水平以增長為主，其中單產顯著增長的縣域占了50%，主要集中在晉中市和山西省的中部地區，但也有15個縣的單產水平是下降的，單產下降的地區主要集中在西部的黃土丘陵溝壑區。重點退耕縣中，右玉縣、臨縣和婁煩縣單產水平下降，吉縣單產水平略微提高，其余的6個縣單產水平均顯著提高，單產增幅都明顯高于全省平均增幅。

圖5 山西省2000-2015年糧食單產變化空間分布

3.3 實證分析結果

本文在柯布—道格拉斯生產函數的基礎之上，引入糧食播種面積與退耕累計面積的交互項，以便考察退耕還林工程對糧食總產量以及邊際總產量的影響，運用Stata15.1軟件對數據進行回歸計算，估計結果詳見表9。

表9 對糧食總產量回歸的估計結果

從估計結果來看，退耕還林工程對糧食生產具有顯著的正向影響。累計退耕面積每增加1%，會引起糧食總產量平均增加0.038%；而累計退耕面積每增加1%，會引起糧食邊際總產量平均增加0.740%，即糧食單位面積產出平均增加0.740%。可以看出，雖然退耕還林工程短期內會導致糧食播種面積減少，但是可以促使農戶由粗放型的農業生產向集約型生產方式的轉變，并且有效地改善區域環境與土壤肥力，帶動糧食單位面積產量的提高[10-11]，從而提高糧食總產量。農業機械總動力對糧食總產量均具有顯著的正向影響，農業機械總動力每增加1%，會引起糧食總產量增加0.279%。然而勞動力對糧食總產量的影響不顯著的原因，一是農業機械化的推進對勞動力具有一定的替代的作用，在一定程度上弱化了勞動力要素對糧食生產的貢獻；二是農村勞動力存在剩余，導致糧食生產存在“內卷化”，即“過密增長”現象，并且糧食生產者呈現老齡化、兼業化和教育水平低下現象[26-27]，因而增加一單位勞動投入不會對糧食生產產生明顯效應。

4 結 論

(1) 對比重點退耕縣和非重點退耕縣退耕后的土地利用時空變化可以看出： ①從耕地變化來看，退耕后二者耕地面積均顯著減少，而重點退耕縣耕地減少幅度明顯大于非重點退耕縣；從林地變化來看，二者林地面積都是增加的，而重點退耕縣林地增幅高于非重點退耕縣；從草地變化來看，重點退耕縣的草地面積是增加的，而非重點退耕縣的草地面積是減少的。 ②就耕地轉移情況來說，退耕后重點退耕縣的耕地主要轉出去向為草地和林地，非重點退耕縣耕地的主要轉出去向為建設用地，可見重點退耕縣受到退耕還林的影響更大，退耕效果顯著。 ③從空間分布來看，水土流失相對嚴重的黃土丘陵溝壑區和土石山區，耕地轉林草地效果更顯著。

(2) 從糧食生產的時空變化來看，山西省實施退耕還林工程15 a來，糧食作物面積呈先波動減少后穩定回升的趨勢，糧食總產量和糧食單產水平并沒有減少，而是呈上升趨勢，特別是重點退耕縣的單產水平明顯提高，且增幅高于全省平均水平，說明長期來看退耕并沒有造成糧食總產量的減少。從空間分布來看，糧食總產量與糧食單產的低值區和高值區大體一致，說明糧食單產對糧食總產量有明顯影響。

(3) 有研究表明短期內退耕造成了部分地區糧食減產的情況[16,19-21]，但通過實證分析發現退耕還林工程對糧食生產具有顯著的正向影響，累計退耕面積增加會引起糧食總產量和糧食邊際總產量的增加，說明雖然退耕還林工程在短期內會導致糧食播種面積減少，但是可以帶動單位糧食單產水平的提高，從而提高糧食總產量。