農業技術效率的空間相關及溢出效應分析
——以甘肅省為例

張 樂 ,王 楠

（1.甘肅政法大學 經濟學院,甘肅 蘭州 730070；2.廣東省高智新興發展研究院,廣東 廣州 510220）

黨的十九大提出,農業、農村、農民問題是關系國計民生的根本性問題,強調必須始終把解決好“三農”問題作為全黨工作重中之重。解決好“三農”問題,根本在于深化改革,加快推進農業現代化。推進農業現代化建設的核心在于發揮農業技術作為農業發展第一生產力的作用,切實提高農業技術效率。甘肅省處于西部經濟欠發達地區,存在著農村經濟貧困、農業發展水平低等“三農”問題,同時面臨全面建成小康社會的時代使命,為此甘肅省始終堅持農業優先發展政策,注重提高農業技術效率,整體農業技術發展水平提高,但內部各市州仍存在發展不均衡的問題。在此背景下,為全面提高甘肅省農業技術效率,有必要對甘肅省各地區農業技術效率空間相關及演化趨勢進行探究,這對于全面促進甘肅省農業發展、全面推進農業現代化建設具有重要的理論和現實意義。

一、相關研究綜述

農業技術效率的空間相關及溢出效應是建立在空間計量視角上對農業技術效率水平進行分析的兩個角度,其研究重點為農業技術效率的影響因素及區域之間的空間相關性兩個層面。第一,基于農業技術效率的影響因素角度,Maurice Juma Ogada在研究環境因素對肯尼亞的農業技術效率的影響時,引用DEA 的方法,研究表明農業技術效率受環境因素、生產風險因素和農戶的影響[1]。Asmerom Kidane 采用隨機前沿生產函數對坦桑尼亞的塔博拉地區煙草和玉米的技術效率進行分析,研究表明雖然玉米和煙草的農業技術效率均處于較低水平,但種植玉米相對較高,所以該地區種植玉米更具有競爭力[2]。Hansa Jain 在現代技術投入及化肥殺蟲劑的影響下,采用柯布道格拉斯分析農業技術的產出效率,進而分析其農業發展現狀[3]。Benjamin T.Anang 采用SFA 分析法對加納地區北部的農業生產效率和農業技術效率進行對比分析,研究結果表明,加強灌溉及基礎設施的建設對農業生產轉型具有重要的促進作用[4]。Chimdessa Uma 對埃塞俄比亞地區小麥生產技術效率的影響因素進行分析,研究表明,農業人力資本的投入、氣候、距離、農產規模和化肥投資等是決定小麥生產的關鍵因素[5]。Onesmo Selejio 以坦桑尼亞為研究對象,采用SFA 方法對土地保護技術政策效果下農業生產效率與無政策進行對比分析,進而驗證了土地保護技術對農業技術效率提高的促進作用[6]。第二,基于農業技術空間相關性的層面,我國學者開展了大量的研究,曾國平等（2010）[7]以我國31 個省份為研究對象,通過采用空間自相關分析方法對各省份1985—2008 年農業經濟活動的空間依賴型進行分析,結果表明我國中東部地區農業發展呈現“高—高”型空間集聚,西部地區呈現“低—低”型發展趨勢。楊曉璇等（2018）[8]采用DEA、Arcgis 及SDM 空間分析方法對我國各省份的糧食生產效率進行分析測度。王慧芳等（2014）[9]采用地理Arcgis 空間分析方法對鄱陽湖生態區糧食的生產效率進行分析,結果表明,在技術效率和技術進步的共同作用下,糧食產區的技術效率逐漸上升。吳玉鳴（2010）[10]對我國農業創新和技術研發的關系進行分析,結果嫻熟各省間的農業技術創新并非孤立的存在,其呈現出十分明顯的空間集聚效應。岳慧麗（2014）[11]采用全局Moran’s I和局部Moran’s I 對河北省縣域農業技術經濟進行空間分析,為解決農業區域經濟發展不平衡問題提出政策建議。

綜上所示,對農業技術效率影響因素及空間相關的研究已經非常豐富,但以甘肅省為案例的研究卻微乎其微。因此,本文以甘肅省為研究區域,以農業技術效率為研究對象,采用全局Moran’s I、局部Moran’s I 和空間杜賓模型來分析甘肅省2010—2017 年農業技術效率的空間自相關和空間溢出現狀,為提高甘肅農業技術效率、促進甘肅省農業現代化發展提供理論和實證參考[12]。

二、模型構建及變量說明

（一）模型構建

1.莫蘭指數。莫蘭指數（Moran’s I）是用來分析空間關聯的有效指標,包涵全局Moran’s I 和局部Moran’s I 兩個層面。其中,全局Moran’s I 用于分析全局的空間關聯,局部Moran’s I 用于分析局部的空間關聯。Moran’s I 方法的主要思想是分析空間位置相近的區域由變量取值相似性而產生的數據二階效應,若數據的高值和高值聚集在一起、低值和低值聚集在一起則Moran’s I 為正數,若數據的高值和低值聚集在一起則Moran’s I 為負數。

具體來看,全局Moran’s I 的計算公式為:

式（1）中:I表示全局自相關指數,一般介于-1～1 之間,大于0 則表示正空間自相關,小于0 則表示負空間自相關,等于0 表示不具有相關性。ωij為空間權重矩陣,表示區域i和區域j之間的臨近關系。Moran’s I 的顯著性通過構建服從正態分布的統計量Z來實現,,當Z顯著為正時,區域間相似值趨于集聚,Z顯著為負時,區域間相似值趨于分散,Z為0 時區域間變量隨機取值,不存在集聚或分散的趨勢。

局部Moran’s I 的計算公式為:

式（2）中:Ii表示局部自相關指數,ωij為空間權重矩陣。Ii為正時,鄰近地區變量值趨于集聚,Ii為負時,臨近地區變量值趨于分散,Ii為0 時,鄰近地區變量取值呈隨機分布。局部Moran’s I 可視為變量的當前值與其空間滯后的相關關系,因此可據此繪制LISA 散點圖,以變量的當前值為橫坐標,以其滯后值為縱坐標建立直角坐標系。四個象限所代表的含義如圖1 所示。

圖1 LISA 散點圖的含義

其中,“高—高”型指研究單元處于較高水平,且臨近區域水平也較高,形成高水平集聚的態勢。“高—低”型指自身發展水平高、臨近區域發展水平低,“低—高”型指自身發展水平低,而周邊區域發展水平高,“低—低”型是指自身與鄰近區域的發展水平均處于較低的水平。

2.空間杜賓模型（SDM）。在探索農業技術效率的空間溢出時要考慮地理空間關聯的影響,本文根據采用空間杜賓模型分析農業技術效率影響因素的空間溢出情況,模型設定如公式（3）所示。

式（3）中,TEi,t表示t時期第i個地區的農業技術效率,ρ是空間自相關系數,ωi,j是空間權重矩陣,Xi,t表示農業技術效率的影響因素,β表示相應的系數,∑nj=1ωi,jXi,j,t表示解釋變量的空間溢出,θ表示相應的系數向量,ci表示空間固定效應,μt表示時間固定效應,εi,t表示隨機誤差項。

由于傳統的點估計方法在進行空間溢出效應研究時會導致結論產生偏離,Lesage 和Page（2009）提出了利用偏微分測度解釋變量的方法。后來,Elhorst 在空間面板模型中應用此方法,將SDM 被改寫為以下模型（4）:

其中,ε包涵時間固定效應和空間固定效應,因變量TE 關于n個解釋變量的偏微分方程如公式（5）所示。

式（5）中,矩陣A的對角線的平均值表示直接效應,反映第i個地區第n個變量對該地區TE的邊際效應,除去對角線以外的數據的平均值代表間接效應,表示第i個地區第n個變量對其他地區的TE的邊際效應或所有地區的第n個變量對第i地區的TE的影響,即空間溢出效應。矩陣A的所有數據之和表示總效應。

（二）變量說明

1.農業技術效率。本文采用狹義角度來定義農業,將其定義為種植業,具體統計內容包括糧食作物、經濟作物、飼料作物和綠肥等農作物的數據。甘肅省農業技術效率的數據是采用農業投入產出的SFA-Translog模型估計測度得出:其中,數據樣本為2010—2017 年甘肅省蘭州市、嘉峪關市、金昌市、白銀市、天水市、武威市、張掖市、平涼市、酒泉市、慶陽市、定西市、隴南市、臨夏回族自治州、甘南藏族自治州等14 個市、自治州的農業發展指標,農業投入和產出指標[12]借鑒我國學者全炯振的觀點,選擇農業總產值（萬元）作為農業產出,選擇農作物總播種面積（千公頃）、農業鄉村從業人員數（萬人）、農業機械總動力（萬千瓦）、有效灌溉面積（千公頃）和化肥施用折純量（噸）作為投入指標,所有農業投入產出的數據都來源于2011—2018 年《甘肅年鑒》《甘肅發展年鑒》《甘肅農村年鑒》和《中國農村年鑒》。繼而通過Frontier 4.1 軟件對SFA-Translog 生產模型進行估計分析,計算得出甘肅省2010—2017年14 個市、自治州的農業技術效率水平。

2.農業技術效率的影響因素。在進行農業技術效率的空間溢出分析時,首先要分析農業技術效率的影響因素。農業技術效率影響因素是一個包含自然環境、社會環境、經濟環境等多方面的復合系統。影響農業技術效率的因素有很多種,主要體現在自然因素、經濟因素、社會因素、和其他因素。自然因素是影響農業生產技術效率的主要因素,主要體現在農業生產的土地種植面積、天氣氣候和地理優勢等方面。氣候是影響農業生產的主要自然因素,主要表現形式為自然災害。經濟因素主要體現在農業生產的公共投資力度從而影響水利灌溉、化肥施用、農用機械及農業技術創新。社會因素主要體現在農業從業人員的投入方面。農業生產技術效率還受到多種其他因素的影響,例如經濟的發展水平通過影響農業生產條件的投入,從而間接促進農業技術效率提高。

因此,本文從自然條件、經濟條件、社會條件和綜合因素等方面出發,選取成災面積、勞均播種面積、勞均機械總動力、勞均化肥施用量、復種指數、農業灌溉率、人均GDP 和財政支農比例這8 個指標作為空間計量模型的解釋變量,指標的具體描述方式如表1 所示。另外,為保證回歸估計的科學性,在進行模型回歸時,對成災面積（x1）、勞均化肥施用量（x4）和人均GDP（x7）的數據進行了對數化處理。

表1 農業技術效率的影響因素

三、實證分析

（一）空間權重矩陣構造

通過Moran’s I 和空間SDM模型在進行空間相關和溢出分析時,首先要構建空間權重矩陣,常見的構建空間權重的方法主要有公共邊界法、二值法、反距離矩陣、地理矩陣平方法等。其中,公共邊界法是指兩個地區相鄰,則權重為1,不相鄰則設置為0。公共邊界法的優點是操作簡單,但在地理條件多變的地區,該方法下分析的準確性較低。二值法指設定某一距離d0,當兩個區域的地理中心的距離d＞d0時,則權重設置成為1,否則設置成為0。二值法考慮了地理距離因素,其應用的關鍵主要在于d0的科學界定。反距離矩陣法是指兩個區域之間的權重用兩者地理中心的距離的倒數來表示,地理矩陣平方法指兩個區域之間的權重為兩者地理中心的距離平方的倒數。該法充分考慮到地里距離因素,能夠有效反映經濟空間的差異特征,是當前空間計量分析中最普遍應用的方法。

本文根據農業發展的性質及甘肅省環山包圍的特點,采用地理矩陣平方法來構建空間權重矩陣,具體構建方法如下:

式中:di,j為第i個地區與第j個地區之間的距離,ωi,j為空間權重矩陣。

（二）空間相關分析

在構建空間權重的基礎上,通過Stata 軟件估計全局Moran’s I 的模型（1）進行估計,分析結果見表2 和圖1-圖6 所示。

表2 甘肅省農業技術效率全局Moran’s I 檢驗

從全局Moran’s I 指數估計結果可見:甘肅省2010—2017 年農業技術效率均在5%的水平下顯著,全局莫蘭指數I 都小于0,且I 的絕對值逐漸減小。表明當前甘肅省農業技術效率呈空間負相關,即農業技術水平較高的地區與較低的地區相鄰,空間上臨近的地區的農業技術水平差距較大,呈現出一定的空間差異性,但這種空間差異性逐漸降低。

通過模型（2）的局部Moran’s I 進行估計,實現對甘肅省14 個分地區的農業技術效率進行分析。與全局Moran’s I 不同的是,對局部Moran’s I 分析是采用Arcgis 軟件對甘肅省地圖數據進行處理,進而采用GeoDa 軟件通過計算局部Moran’s I 來繪制LISA 散點圖和LISA 集聚圖。分析結果見圖2 至圖7 所示。

圖2、圖3 和圖4 位2010 年、2015 年和2017 年的LISA 散點圖,可見局部Moran’s I 指數從2010年的0.162 逐漸增長至2017 年的0.163,且均為正數,表明甘肅省14 個市、自治州的農業技術效率呈現局部空間自相關,即為相鄰地區的農業技術效率水平逐漸集聚。

圖2 2010 年LISA 散點圖

圖3 2015 年LISA 散點圖

圖4 2017 年LISA 散點圖

圖5、圖6 和圖7 位2010 年、2015 年和2017 年的LISA 集聚圖,結果表明2010 年以來各地區農業技術效率空間演化情況基本沒變,蘭州市屬于顯著的“高—低”型,定西市、臨夏回族自治州和甘南藏族自治州屬于顯著的“低—低”型,嘉峪關市屬于顯著的“低—高”型,其他地區不顯著。

圖5 2010 年LISA 集聚圖

圖6 2015 年LISA 集聚圖

圖7 2017 年LISA 集聚圖

由此說明:第一,蘭州市農業技術效率水平較高,而周圍鄰近地區如臨夏回族自治州等較低,且蘭州市與周圍鄰近區域的差異較大。2010 年以來,蘭州市的農業技術效率出現了極化效應,其本身處于較高的農業技術水平增長極。第二,定西市屬于“低—低”型,表明定西與臨近的蘭州市形成極化效應,其中定西市處于農業技術發展增長極的低水平地區。第三,嘉峪關市屬于“低—高”型,表明嘉峪關市農業技術效率較低,而周圍的酒泉市、張掖市較高,形成較大的局部差異。第四,甘南藏族自治州處于“高寒地區”,因地理環境不佳的特點,甘南的農業技術效率水平較低,因此與鄰近地區呈現出明顯的“低—高”型的差異性較大的農業發展現狀。綜合來看,甘肅省農業技術效率呈現空間集聚趨勢,部分地區農業技術效率存在極化效應,各地區農業技術效率存在一定的差異性。

（三）空間溢出效應分析

采用空間杜賓模型對農業技術效率空間溢出進行分析時,首先要對樣本數據進行Hausman 檢驗,以確定是采用隨機效應還是固定效應。本文通過Stata 軟件對甘肅省農業技術效率2010—2017 年的樣本數據進行估計檢驗,結果如表3 所示:檢驗的P值為0.209 9 不顯著,則說明接受了所有解釋變量為外生變量的原假設,不存在內生性,所以選擇隨機效應進行模型估計。

表3 面板數據hausman 檢驗結果

其次,采用Stata 軟件對空間杜賓模型（3）進行空間溢出分析,在加入x1 至x8 所有解釋變量的空間交互項時,SDM模型回歸不顯著,因此對模型進行修正,逐步剔除掉空間交互相不顯著的X2、X5、X6、X8三項,最終空間杜賓模型估計結果顯著。估計結果如表4 所示。

根據表4 的估計結果:成災面積X1、勞均機械總動力X3、勞均化肥施用量X4、人均GDP 的X7對甘肅省農業技術進步具有顯著的影響。其中,成災面積和勞均機械總動力對農業技術效率的提高產生負面影響,自然災害會降低農業技術效率并抑制農業技術效率的提高。在甘肅省沒有技術進步、農業技術效率較低的情況下,盲目的增加機械總動力并不會促進農業技術效率的發展,反而會抑制農業技術水平的上升。另外,勞均化肥施用量對甘肅省農業技術的提高起到正向的促進作用,因為甘肅省處于西部荒漠地區,土地資源不夠肥沃,隨著土壤營養的流動和流失,合理的提高化肥用量可能會提高本地土壤的營養,進而促進本地區農業技術效率的提高。人均GDP 對農業技術效率提高有顯著的正向影響表明了經濟的發展會反向作用于農業的發展,促進農業技術效率的提高。

表4 隨機效應下SDM模型回歸結果

采用改寫的空間SDM模型（4）對樣本數據進行估計,并根據模型（5）將甘肅省農業技術效率的空間溢出分解為直接效應、間接效應和總效應,具體分析結果如表5 所示。

表5 隨機效應下SDM 的空間溢出效應分解

表5 的估計結果表明:第一,成災面積對農業技術效率的直接溢出效應不顯著,間接溢出效應在99%的顯著水平下影響農業技術效率的空間溢出,系數為-0.001 122,表示顯著的抑制農業技術效率的空間溢出,降低農業技術擴散的發展水平。第二,單位播種面積對農業技術效率的空間溢出不顯著,但系數均為正,表明增加播種面積不會促進農業技術效率的空間溢出,農業生產的土地對農業技術效率的影響不會產生空間擴散效應。第三,單位機械總動力會在90%的顯著水平下抑制農業技術效率的空間溢出,表明若勞動力投入和質量在未大幅度改變情況下,一味地依靠增加農業生產量導致農業機械投入增加,并不會促進農業技術效率的空間溢出,也不會促進農業技術效率的空間擴散。第四,勞均化肥施用量在95%顯著水平下會抑制農業技術效率的直接空間溢出,但會在99%的顯著水平下促進農業技術效率的間接空間溢出,綜合導致總效應不顯著,表明化肥的投入量不會促進農業技術效率的空間擴散。復種指數會促進農業技術效率的直接空間溢出,土地的高使用率對本地區的農業技術要求較高,提高本地技術效率的同時會促進農業技術效率的空間溢出,對土地循環使用有利于促進農業技術效率的提高和農業技術效率的擴散和溢出。第五,農業灌溉率和財政支農比例對農業技術效率的空間溢出效應不顯著,說明農業灌溉率和財政支農比例對農業技術效率的影響不存在空間擴散效應。經濟發展水平（人均GDP）會間接促進農業技術效率的空間溢出,能夠促進農業技術效率的空間擴散,因此也證明了總體經濟發展反過來提高農業發展水平的現實假設。

四、結論與政策建議

（一）研究結論

第一,2010 年以來,甘肅省農業技術效率全局呈現空間負相關的特點,農業技術水平較高的地區與較低的地區相鄰,空間上臨近的地區的農業技術水平差距較大,呈現出一定的空間差異性,且這種空間差異性逐漸降低。近年來,甘肅省各地區農業技術效率的空間相關現狀沒有改變,一直存在局部集聚的情況。其中,蘭州市屬于顯著的“高—低”型,說明蘭州市農業技術效率水平較高,而周圍鄰近地區如臨夏回族自治州等較低,且蘭州市與周圍鄰近區域的差異較大。定西市、臨夏回族自治州屬于顯著的“低—低”型表明定西與臨近的蘭州市形成極化效應,其中定西市處于農業技術發展增長極的低水平地區。甘南藏族自治州因地理環境不佳的特點,導致農業技術效率水平較低,因此與鄰近地區呈現出明顯的“低—高”型的差異性較大的農業發展現狀。嘉峪關市屬于顯著的“低—高”型表明嘉峪關市農業技術效率較低,而周圍的酒泉市、張掖市較高,形成較大的局部差異。其他地區不顯著。

第二,基于農業技術效率空間溢出的視角,成災面積、單位機械總動力、勞均化肥施用量和人均GDP 對甘肅省農業技術空間溢出具有顯著的影響。單位播種面積、農業灌溉率和財政支農比例對農業技術效率的空間溢出效應不顯著。具體來看:成災面積顯著的抑制農業技術效率的空間溢出,降低農業技術擴散的發展水平。單位機械總動力會抑制農業技術效率的空間溢出,表明若勞動力投入和質量在未大幅度改變情況下,一味依靠增加農業生產量導致農業機械投入增加,并不會促進農業技術效率的空間溢出,也不會促進農業技術效率的空間擴散。勞均化肥施用量抑制農業技術效率的直接空間溢出,但是促進農業技術效率的間接空間溢出,綜合導致總效應不顯著,說明化肥的投入量不會促進農業技術效率的空間擴散。復種指數會促進農業技術效率的直接空間溢出,土地的高使用率對本地區的農業技術要求較高,提高本地技術效率的同時會促進農業技術效率的空間溢出,對土地循環使用有利于促進農業技術效率的提高和農業技術效率的擴散和溢出。經濟發展水平（人均GDP）會間接促進農業技術效率的空間溢出,能夠促進農業技術效率的空間擴散,驗證了總體經濟提高反而促進農業技術發展的現實假設。另外,單位播種面積對農業技術效率的空間溢出不顯著,表明增加播種面積、農業灌溉率和增加財政支農比例對農業技術效率的空間溢出效應不顯著,不存在空間擴散效應。

（二）政策建議

第一,推動跨區域交流合作,構建農業技術一體化格局。從本文的空間分布和空間相關性的分析結果可知,甘肅省的農業技術效率在各區域的地理分布上是存在一定差距,農業技術發展存在不均衡的問題。因此,優化農業產區內空間發展格局、促進產區內農業均衡發展是當前農業發展的重要問題。從甘肅省14 個行政區來看,甘肅省各地區農業技術效率不存在“高—高”型集聚的空間格局,只有蘭州市處于“高—低”型集聚的空間格局,由此可見,甘肅省當前農業技術效率未形成農業技術區域一體化的格局。因此,應該加強蘭州市農業技術的帶動作用和輻射作用,推動各地區農業技術效率全面發展。

第二,推進農業技術發展,促進農業技術空間溢出。全面提高甘肅省農業技術效率的關鍵在于提高農業技術發展、促進農業技術的空間溢出。因此,應該促進甘肅省農業技術水平,而能一味地依靠增加機械總動力來提高農業技術效率和農業技術的空間溢出。由于自然災害會抑制農業技術的空間溢出,因此要有效防范農業生產的自然災害,保證農業生產的基礎。土地的高使用率對本地區的農業技術要求較高,通過完善種植方面的農業技術,有效增加農作物的復種指數,促進農業技術的空間溢出和擴散,從而全面提高甘肅省農業技術效率水平。另外,經濟發展水平（人均GDP）會間接促進農業技術效率的空間溢出,能夠促進農業技術效率的空間擴散,可見甘肅省經濟的全面發展會反過來帶動農業技術效率的提高和農業技術的空間溢出。綜上所述,為全面提高甘肅省農業技術效率、促進其空間溢出,應該以提高農業技術為基礎,在高科技農業技術的指導下,改變農業生產的投入結構,保障農業生產基礎,推動各地區跨區域交流合作,構建農業技術一體化格局,從而推進甘肅省農業現代化建設進程。