基于Malmquist指數模型的生豬規模化養殖動態環境效率分析

李奇 喻言

（湖南農業大學）

“豬糧安天下”是對我國人民肉類需求的形象概括。據《中國畜牧獸醫年鑒》統計，2017年年末我國生豬存欄量為44158.9萬頭，能繁母豬存欄量為4471.5萬頭，規模養豬場（年出欄豬超過100頭）的數量達104.52萬戶，儼然成為生豬養殖產業的領頭羊。規?；B殖能提高出欄率、增加農產品市場供給，同時也集中產生面源污染。目前，在生豬養殖過程中最大的污染源之一來自糞便，其占比接近畜牧業糞便總量的一半，且綜合利用率一直未能提高，一方面是生豬需求大的市場背景和飲食結構難以調整，另一方面是環境污染嚴重亟待解決。從養殖戶來說，生產效率低，環境成本高，缺乏有效提高途徑。從廣大人民來說，生豬養殖外部性導致生活環境遭到破壞，GeGDP與GDP之間的差距加大。由此，解決規模化生豬養殖、環境污染兩難問題成為焦點，養殖規模的擴大、集約程度的深化和消費需求的變革，給日益嚴峻的環境污染不斷施壓。

一、文獻綜述

（一）生豬規?；B殖的現狀

自改革開放以來，我國生豬養殖大體經歷了散養、共養、集體飼養、國營飼養、規模養殖等階段，目前處于規?；涌烨叶喾N養殖方式共存的階段，尤其1998年后，我國的生豬養殖有從散養到規?；B殖的明顯過渡，具體表現為：規?；讲粩嗵岣?、養殖主體結構逐步優化、區域化布局形成、優勢產區突出、養殖污染日趨嚴重等[1]。張清源和趙建以黑龍江省畜牧業發展為例，基于非洲豬瘟的大環境背景，大型生豬養殖企業受到重創，使得原本養殖成本較高的畜產品喪失了競爭力，小規模散戶的情況更加嚴峻[2]，除了市場壓力和需求減少以外，衛生防疫漏洞在此次豬瘟疫情下一覽無余，各主體間缺少聯合機制是最明顯的軟肋[3]。劉婷和周楊通過對22個省區的數據研究得出養殖成本的高低還受養殖戶意識的影響，若對成本非效率采取宣傳和教育等措施進行引導，規模化生豬養殖的成本將大大提高，特別是對我國中部及西南部傳統生豬養殖大省[4]。許鶴等基于四種不同規模和灰色局勢決策法，發現對江蘇省來說，中規模養殖是最具有效益的，在產品質量、成本控制及環境要求上更符合現階段畜禽養殖和生態多樣性的要求[5]。

（二）環境污染影響

生豬養殖規?；l展會產生大量的水污染、重金屬污染、大氣污染及微生物污染等。養殖廢水主要來源于豬糞便排泄物和沖洗豬槽豬舍，具有集中排放、富營養、水量大等特點。何余湧等通過監測發現，養殖廢水中的COD、NH3-N、P及微量元素濃度高[6]，若未經處理通過地表徑流會造成地下水污染，過多的N、P會使水體富營養化，產生水華、赤潮等現象。畜禽飼料中常用的礦物質添加劑能使重金屬與糞便相結合，產生環境污染。Z.Feng等研究了七種常存在于動物飼料中的重金屬，當這些糞便作為肥料或直接排放到環境中時，能在土壤和農作物中積累，進一步對生態環境造成潛在風險[7]。另外，氨氣和硝酸鹽的污染也十分嚴重且隨季節變化。W.Xu等研究了北京附近某典型使用干清糞收集系統進行豬場NH3動態調查，檢測到豬場的NH3排放量有很大的季節性變化[8]。在飼養生豬時還有一大污染源來自微生物污染。B.Trawinska et.al對豬場附近空氣進行收集鑒定，發現大量的大腸桿菌、藍菌、木葡萄菌、結核鏈球菌、乳白色葡萄球菌、糞腸球菌，部分病原菌的存在會對人類和生豬的健康有一定影響[9]。

（三）環境效率測度

目前關于生豬規?；B殖的環境效率測度多以跨省面板數據模型為典型，具體集中在兩大方面：一是使用單一效率指標來分析最優規模。劉春明和周楊利用包含非期望產出的超效率SBM-DEA模型，比較了TFP和GTFP，發現規?；i養殖環境效率普遍低于全要素生產率，在所研究的地區中青海、湖南和上海達到了前沿水平，并證明了環境效率的空間存在收斂[10]。谷小科等采用SBM方向性距離函數和Malmquist指數構建了GTFP指數，發現小規模養殖場的GTFP主要由技術進步影響，而中大規模養殖場的GTFP由技術效率影響[11]。二是利用多個環境效率指標比對分析現狀。王善高等基于技術效率、環境技術效率及環境效率三者之間的關系，利用SFA超越對數算法，說明了生豬養殖技術效率的“倒U型”特點，以及環境技術效率和環境效率均向右上方傾斜的特點，除此之外，環境效率還存在兩極化現象，區別于其他兩個指數，而環境的改善更多還是要依靠低環境效率生豬養殖場的總體下限效率的整體提升[12]。樸勝任應用SBM超效率模型，結合異質性PS收斂模型，發現我國整體環境效率不存在收斂，且京津兩地的環境效率領先于全國，大部分地區還處于低效率階段[13]。

綜上所述，國內外學者對生豬規模化養殖下環境污染的現狀展開了許多研究，重點包括環境污染影響和環境效率測算兩個方面，對相關污染物的探究及其相應解決措施、效率測算與分布狀況都有了綜合性的理論基礎和實證結果，但對某一地區的生豬飼養環境成本及全國生豬生產養殖大省的整體效率研究較為缺乏。為明確湖南省生豬規模化養殖的環境成本和環境效率，本文從規模化生豬養殖現狀和生豬養殖給環境帶來的污染兩方面進行評述，探究規?；B殖與環境污染之間的內在邏輯，下文將以湖南省2018年實證數據為例，估算養殖過程中各種污染物帶來的環境成本，最后建立Malmquist環境效率指數模型，測度我國14省（直轄市）2014～2018年的動態環境效率，并通過實證結果提出可行建議。

二、研究方法

（一）環境成本評估模型

1.水體污染環境成本評估。生豬養殖過程中，由于大規模的尿液及豬舍清洗廢水的未處理排放，導致水體污染，采用公式（1）進行評估，其中ECw為水體污染的環境成本（元）、Pw為污染水體治理成本（元/噸）、Qw為污染水體數量（噸）。

2.重金屬污染環境成本評估。生豬飼養過程中，添加各種化學元素，因飼料未吸收而排放，造成嚴重的重金屬污染，以農作物生產影響為參照，采用公式（2）進行評估，其中ECh為重金屬污染環境成本（元）、Q為大米鎘元素超標率（%）、Ph為大米均價（元/噸）、Th為大米產量（噸）。

3.土壤污染環境成本評估。生豬養殖過程中，由于大規模的糞便直接排放，造成土壤中N、P元素過高，以農作物減產影響為參照，采用公式（3）進行評估，其中ECs為土壤污染環境成本（元）、δ為受污染區域農作物減產比例（%）、Tr為污染區域農作物產量（噸）、Pr為農作物均價（元/噸）。

4.大氣污染環境成本評估。生豬養殖過程中，由于大量的CO2、CH4和N2O排放到大氣中，造成溫室效應，以CO2為參照，采用公式（4）進行評估，其中ECα為大氣污染環境成本（元）、π為CO2增溫效率（倍）、Qα為氣體排放量（噸）、Pα為造成損失（元/噸）。

（二）Malmquist環境效率指數模型

F?re等[14]構建了基于DEA的Malmquist Index動態模型（MI），用于彌補傳統數據包絡分析忽略時間維度的缺陷，這種新的測算方法利用了面板數據的特點，更有利于反映時間維度上的變化特點，但MI模型也存在線性不可行的局限。故本文參照胡振華和龍婧宇[15]使用的Global Malmquist Index（GMI）進行分解，計算在非期望投入下生豬規?；B殖的環境效率，方法原理如下。

可簡化表達為：

其中Mg表示相鄰兩個時期決策單元（DMU）的變化程度，通常用來比較農業全要素生產率的變化；EC表示技術效率，一般認為是PE和SE的乘積；PE表示純技術效率，用來反映實際規模與最優生產規模的差距；SE表示規模效率，用來判斷規模報酬是否可變；TC表示技術進步。

三、生豬養殖環境成本及環境效率測度

（一）指標體系構建

參考已有研究，對水體污染的環境成本擬通過化學需氧量、生化需氧量及氨氮等污染物進行測度；對重金屬污染的環境成本擬通過鎘金屬超標率作為評估基準進行測度；對土壤污染的環境成本擬通過氮素進行測度；對大氣污染的環境成本擬通過CH4和N2O進行測度。

借鑒王善高等[16]對我國生豬養殖環境效率分析的指標選取如表1所示，產出代表生豬重量；飼料費用是精飼料和粗飼料之和；勞動力投入代表養殖場雇傭工人價格；固定資產投入包括各種加工費用和折舊；其他投入包括除固定資產外的其他投入之和；污染物包括COD、BOD、NH3-N、重金屬、氮素、CH4和N2O。

表1 我國規?；i養殖環境效率評價的投入產出指標選取與數據說明

（二）數據來源

環境成本評估中的生豬數量來自于《湖南省統計年鑒》（2018～2019），排污系數來自于《畜禽養殖業產污系數與排污系數手冊》，污染物標準排放量根據《畜禽養殖業污染物排放標準》進行計算得到，部分缺失數據由學者論文中的代替。環境效率測度數據來自于《全國農產品成本收益匯編》（2014-2018）、《中國統計年鑒》（2014～2018）、各省（直轄市）生態環境公報。

（三）實證分析與結果

1.生豬規?；B殖的環境成本。按照公式（1）、（2）、（3）、（4）計算2018年湖南省生豬規?；B殖的環境成本，如表2所示。

表2 2018 年湖南省生豬規?；B殖的環境成本 單位：萬元

從表2可以看出，環境成本最高的污染物來自COD，一般來說，如果COD含量越高，則代表水體有機物污染越嚴重，有機物污染的源頭包括生豬養殖階段的各環節，從生豬日常投入的飼料（有機飼料）到農藥的噴灑等，且部分還原性物質難以通過自然降解形成生態平衡，如果有機污染物大量被生豬吸收，則在積累和食物鏈傳遞的作用下，造成人體食用毒素超標的豬肉。對照畜禽養殖業污染物排放標準，根據2018年湖南省生豬養殖規模來看，生豬養殖產生的COD成本最高為10950萬元，而標準成本為246萬元，實際超標44.5倍，超標最為嚴重。同樣NH3-N的標準成本為576.68萬元，而實際超標6.2倍，可見湖南省2018年生豬養殖排污處理能力尚有很大進步空間，實際污染物的排污冗余量較大，相似的超標情況廣泛存在于其他6種所測污染物中。

2.生豬規模化養殖的環境效率。選用全國14個生豬養殖大?。ㄖ陛犑校?014～2018年的面板數據，代入公式（6），并根據公式（6）將Mg分離為EC和TC，如表3所示。

從表3中，可以發現部分省份的Malmquist指數領先于其他省份，長期處于大于1的階段，如浙江省、安徽省、貴州省及廣東省，且大部分來自于技術效率的提高，其中貴州省的Malmquist指數有從技術效率提高轉向技術進步提高的趨勢。原農業部在2015年頒布重點生豬主產區域中就涵蓋了浙江省、安徽省、廣東省，同時浙江省農業農村廳2019年年底公開的計劃中有關于生豬產業高質量發展的行動方案，可見在政策引導下，規?；i養殖業得到了有效規范和合理整改。從總體來看，我國生豬養殖業需要整體提升環境效率，中部及東部發達城市的環境效率略優于西部及南部城市，同時出現了技術效率疲軟的現象，說明我國近年生豬養殖產業的Malmquist指數主要是靠技術進步來促進，也來自于我國農業企業創新意識的不斷加強和環境友好意識的提升。

表3 2014～2018 年生豬規?；B殖Global Malmquist指數的變動與分解

四、建議

首先，對規模化養殖場來說，要盡快加強各要素的布局，建設完善的管理制度、安全的生產設備、綠色的養殖理念、節能的循環系統，通過智能水循環系統減少水體污染，凈化后按標準排污，嚴格管控飼料及抗生素的使用量，對豬糞便和洗槽殘液中的重金屬進行合理吸附，選用負壓通風系統排放污染性氣體，提升養殖場的多功能性，創新管理的多層次模式。

其次，支持小型養殖場的并購及重組，發揮大型養殖場的指導作用，發揮規?；呐盼蹆瀯莺凸澞軆瀯荩w提升中型規模養殖場的效率，遵循不同規模養殖場“倒U型”環境效率的趨勢。

最后，建立綠色清潔生產機制來提高生豬養殖的可持續性，各省市部門應以探索環境友好型模式為方向，以綠色技術、政策邏輯及績效考評等為抓手，建立有效的規制方法，嚴格按照排污標準來量化污染物。