設(shè)施蔬菜種植戶的化肥施用效率及其影響因素研究

花文元，李寧輝，羅良國

（1中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，北京 100081；2中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)經(jīng)濟與發(fā)展研究所，北京 100081）

0 引言

化肥，作為農(nóng)作物生產(chǎn)過程中的一項重要物質(zhì)投入，對保障糧食安全做出了重大貢獻，特別是在中國，化肥施用對糧食產(chǎn)量增長的貢獻率達56.81%[1]。與此同時，中國的化肥施用量已從1978年的884萬t增加到2018年的5653萬t。但是，化肥使用量的快速增加削弱了糧食增產(chǎn)的邊際效應[2]，化肥的過度、低效使用也進一步產(chǎn)生了一系列負面的環(huán)境影響，例如水的富營養(yǎng)化和污染、生物多樣性喪失、土壤養(yǎng)分失衡、土壤壓實和鹽漬化。從政策背景角度來看，化肥的過量使用與“產(chǎn)出高效、產(chǎn)品安全、資源節(jié)約、環(huán)境友好”的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展道路相悖，因此，為了實現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色生產(chǎn)和可持續(xù)性發(fā)展，必須減少化學肥料的不合理使用。而提高農(nóng)戶化肥施用效率是減少肥料不合理使用的一項關(guān)鍵措施[3]。中國的化肥使用效率大約只有30%～39.8%，和發(fā)達國家間還存在著較大差距，如果中國將當前的化肥使用效率提高到發(fā)達國家水平，則肥料的使用量可減少50%[4]，這顯示出中國在減少肥料使用量和消除化學肥料對環(huán)境的不利影響方面的巨大潛力。

目前，關(guān)于化肥施用效率的研究[5-8]主要集中在效率測度方面。王萍萍等[9]基于28個省市的面板數(shù)據(jù)，采用隨機前沿分析方法對各省市的化肥施用效率進行了測算，發(fā)現(xiàn)1991—2017年中國農(nóng)業(yè)化肥施用效率呈現(xiàn)不斷增長的趨勢；劉華軍等[10]采用全局參比的非期望產(chǎn)出SBM模型測算2001—2015年環(huán)境約束下中國分省及各地區(qū)化肥利用效率，并利用Theil指數(shù)、Kernel密度估計與Markov鏈分析方法考察其空間差異及分布動態(tài)演進，發(fā)現(xiàn)環(huán)境約束下中國化肥利用效率呈現(xiàn)“東西高，中部低”的空間分布格局；空間差異程度表現(xiàn)出先升后降趨勢；史常亮等[11]運用基于隨機前沿方法的單一投入技術(shù)效率測度模型,對1998—2013年全國15個小麥主產(chǎn)省的化肥投入效率進行測算，并采用面板隨機效應Tobit模型分析其影響因素。研究發(fā)現(xiàn)，中國小麥化肥投入效率整體水平較低，平均只有0.45，這意味著在其他投入不變的情況下，維持既定產(chǎn)出的節(jié)肥潛力達到55%?？v觀現(xiàn)有研究成果，目前研究多以大田作物為研究對象，且大多運用的是宏觀層面的省市級面板數(shù)據(jù)，鮮有以設(shè)施蔬菜為研究對象，并基于微觀農(nóng)戶調(diào)查數(shù)據(jù)的實證研究。

基于現(xiàn)有研究成果及不足，本研究利用遼寧、山東兩省的設(shè)施蔬菜種植戶調(diào)研數(shù)據(jù)，運用隨機前沿分析模型，首先測度了設(shè)施蔬菜種植戶的生產(chǎn)技術(shù)效率；其次，在已測度的生產(chǎn)技術(shù)效率基礎(chǔ)上，進一步計算了種植戶的化肥施用效率；最后采用OLS模型，分析了農(nóng)戶化肥施用效率的影響因素。本研究將現(xiàn)有研究拓展至設(shè)施蔬菜這一經(jīng)濟作物，通過明晰農(nóng)戶化肥施用效率和其影響因素，為今后政府制定相關(guān)政策引導農(nóng)民合理施肥，減輕日益突出的農(nóng)業(yè)面源污染借鑒與參考。

1 材料與方法

1.1 研究設(shè)計概述

本研究數(shù)據(jù)來自于“十三五”國家重點研發(fā)計劃“設(shè)施蔬菜化肥減施增效技術(shù)集成與示范項目”的技術(shù)模式試點調(diào)研數(shù)據(jù)。該調(diào)研數(shù)據(jù)主要包括兩個研究區(qū)域，一個是遼寧省遼中區(qū)，另一個是山東省壽光市和青州市，且在兩地區(qū)都以設(shè)施蔬菜種植戶為調(diào)研對象。調(diào)研問卷的主要內(nèi)容包括農(nóng)戶的基本特征、蔬菜種植模式、農(nóng)戶對過量施肥的認知情況、農(nóng)戶采納化肥減施增效技術(shù)情況以及參加技術(shù)培訓的情況等。

為保證樣本的合理性，調(diào)研采取判斷性抽樣和隨機性抽樣相結(jié)合的方式。在選擇具體調(diào)研地區(qū)時，采取判斷性抽樣調(diào)查，所調(diào)查的區(qū)域都是設(shè)施蔬菜種植戶的集聚區(qū)域。具體調(diào)查地點包括山東省壽光市稻田鎮(zhèn)、侯鎮(zhèn)、里營鎮(zhèn)，山東省青州市譚坊鎮(zhèn)和益都街道，遼寧省沈陽市遼中區(qū)，葫蘆島市萬屯鎮(zhèn)、南票區(qū)等。在抽選調(diào)研對象時，采取隨機抽樣調(diào)查的方法從每個村中選取10戶菜農(nóng)，且盡量保證各個行政村抽取的樣本數(shù)相等。為了保證樣本的全面性和準確性，調(diào)查對象都是自家設(shè)施蔬菜施肥的負責人?？紤]到農(nóng)戶受教育程度和對問題的理解能力會對調(diào)查問卷的真實性造成一定影響，因此調(diào)研方式為一對一和面對面的訪談，調(diào)研人員通過農(nóng)戶的回答情況手寫問卷。整個調(diào)研活動期間，研究團隊在各個行政村發(fā)放問卷總數(shù)為115份，回收的有效問卷總數(shù)是113份，回收率約為98.26%。

1.2 調(diào)研數(shù)據(jù)描述性統(tǒng)計

表1報告了調(diào)研數(shù)據(jù)中與本文研究內(nèi)容相關(guān)的變量的總體描述性統(tǒng)計結(jié)果，所有變量可分為4類：種植戶基本情況、參與培訓情況、農(nóng)戶種植情況、農(nóng)戶環(huán)保認知情況。其中，種植戶基本情況方面，參考朱新彧等[12]的處理方式，農(nóng)戶受教育水平由調(diào)研數(shù)據(jù)中的受教育程度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化得到，其對應關(guān)系如下：未上過學=0年，小學=6年，中學=9年，高中=12年，大專、大學本科及以上=16年，而在原始調(diào)研數(shù)據(jù)中，農(nóng)戶平均受教育水平是初中學歷，為64.86%；參與培訓情況方面，農(nóng)戶接受的培訓技術(shù)由國家科研機構(gòu)在調(diào)研地區(qū)開展推廣示范，主要包括秸稈腐熟還田、測土配方施肥技術(shù)、有機無機配施、水肥一體化技術(shù)，在調(diào)研的113個農(nóng)戶中，參與有機無機配施技術(shù)培訓的人數(shù)最多，有15個種植戶；農(nóng)戶種植情況方面，設(shè)施蔬菜種植生產(chǎn)中的肥料成本包含基肥、追肥兩個階段所施用的糞肥、商業(yè)有機肥、生根肥、生物菌肥以及復合肥等，占總成本的30%。種苗成本在總成本中占比也較高，達15%；農(nóng)戶環(huán)保認知情況方面，被訪農(nóng)戶中81.08%的農(nóng)戶認為化肥施用過量會對環(huán)境造成污染，54.05%的農(nóng)戶認為過量施用化肥會影響蔬菜品質(zhì)，78.38%的農(nóng)戶認為過量施用化肥會造成土壤板結(jié)與酸化。

表1 調(diào)研數(shù)據(jù)的描述性統(tǒng)計

1.3 模型設(shè)定

技術(shù)效率在經(jīng)濟學中被定義為在既定的生產(chǎn)要素投入下產(chǎn)出可增加的能力，或在既定的產(chǎn)出下生產(chǎn)要素投入可減少的能力[13]。從方法論角度來看，目前，最常用的技術(shù)效率測度方法是生產(chǎn)前沿分析方法，所謂的“生產(chǎn)前沿”是指在一定的技術(shù)水平條件下，既定的生產(chǎn)要素投入所能實現(xiàn)的最大產(chǎn)出集合，在模型中通常用生產(chǎn)函數(shù)來表示。前沿分析方法根據(jù)是否已知生產(chǎn)函數(shù)的具體形式分為參數(shù)方法和非參數(shù)方法，其中參數(shù)法以隨機前沿分析(SFA)為代表，非參數(shù)法以數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(DEA)為代表。鑒于本文的研究對象主要為設(shè)施蔬菜種植戶的化肥施用效率，而Reinhard[14]發(fā)現(xiàn)隨機前沿分析更適用于單要素投入分析，且考慮到了諸如調(diào)研地區(qū)氣候差異、問卷應答的測量誤差等隨機因素對于產(chǎn)出的影響，因而本研究擬采用隨機前沿生產(chǎn)函數(shù)模型來估計化肥施用效率及其與參加技術(shù)培訓間的關(guān)系。

在進行生產(chǎn)函數(shù)設(shè)定方法，參考王萍萍等[9]的處理方式，采用Translog函數(shù)作為設(shè)施蔬菜生產(chǎn)的前沿函數(shù)，Translog函數(shù)的優(yōu)點在于它能以二階近似值貼近真實生產(chǎn)函數(shù)的形式，并且比其他函數(shù)形式有更少的對估計的約束條件[15-17]。生產(chǎn)前沿函數(shù)的具體構(gòu)造如式(1)所示。

其中，yi是第i個種植戶的設(shè)施蔬菜產(chǎn)量；x1是種植面積；x2是勞動力投入個數(shù)；x3是農(nóng)藥投入成本；x4是種苗投入成本；NPK是化肥投入成本；(vi-ui)表示模型的擾動項，其中vi服從獨立同分布假設(shè)，ui是一個非負的服從半正態(tài)分布隨機變量，反映設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中由于技術(shù)非效率導致的產(chǎn)出損失，vi和ui相互獨立。

技術(shù)效率(TEi)可表示為式(2)。

TEi表示種植戶i的技術(shù)效率，如果ui＞0，則0＜vi＜1，意味著設(shè)施蔬菜的生產(chǎn)技術(shù)效率存在一定損失，產(chǎn)量在潛在產(chǎn)出水平之下。假設(shè)已知vi和ui的分布形式，在模型估計時可以用最大似然估計法對技術(shù)效率值進行估計。

技術(shù)效率反映的是實際產(chǎn)出與可能實現(xiàn)的最大產(chǎn)出的比值。為了進一步得到單要素（化肥）的技術(shù)效率，假定上式中的ui=0，即假定生產(chǎn)過程中不存在技術(shù)非效率項，生產(chǎn)是非常有效率的，此時的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)位于生產(chǎn)的有效前沿面上，那么，在保持土地、勞動力、農(nóng)藥、種苗投入和產(chǎn)出不變的情況下將化肥減少到可能的最小投入量NPKmin時獲得的產(chǎn)出可表示為式(3)。

由于βik=βki，式(3)減去式(1)可得到式(4)。

而化肥施用效率（該效率與常用的化肥利用率是不同的，它完全基于數(shù)學模型角度在保證產(chǎn)出不變的情景下求解出最小化肥投入量）可被定義為式(5)。

同時，化肥施用效率可由式(6)～(7)解出。

δi也可看成化肥的產(chǎn)出彈性。

2 結(jié)果與分析

2.1 設(shè)施蔬菜生產(chǎn)技術(shù)效率的測度

在探究農(nóng)戶參與技術(shù)培訓和化肥施用效率間的關(guān)系之前，本研究首先需要利用隨機前沿分析方法(SFA)對設(shè)施蔬菜的生產(chǎn)技術(shù)效率進行測度。在測算前，為了保證模型設(shè)定的合理性，本研究運用LR方法對模型的選擇進行合理性檢驗。LR的檢驗結(jié)果如表2所示，為6.74，表明在1%的顯著性水平下，LR統(tǒng)計量大于其相應的臨界值，即說明本文的模型設(shè)定是合理的。

表2 隨機前沿生產(chǎn)函數(shù)模型估計結(jié)果

利用隨機前沿分析得到的回歸結(jié)果見表2?；貧w結(jié)果表明：（1）設(shè)施蔬菜種植面積與產(chǎn)出間存在正向關(guān)系，且該關(guān)系在5%的顯著性水平上顯著，對應的回歸系數(shù)說明，蔬菜種植面積每提高1%，產(chǎn)出將提高1.41%，其原因在于種植規(guī)模的擴大便于規(guī)模化經(jīng)營和機械化作業(yè)，從而有利于畝均產(chǎn)出的提高；（2）家庭務(wù)農(nóng)人數(shù)也與產(chǎn)出間存在正向關(guān)系，并在10%的顯著性水平上顯著，其回歸系數(shù)顯示，家庭務(wù)農(nóng)人數(shù)每增加1%，產(chǎn)出將增加0.829%。王萍萍等[9]發(fā)現(xiàn)，農(nóng)村生產(chǎn)中從事農(nóng)業(yè)勞動數(shù)量的降低會導致種植戶通過施用更多的化肥來替代勞動力投入，從而產(chǎn)生過量施肥的現(xiàn)象，不利于產(chǎn)出的增加。相對的是，家庭務(wù)農(nóng)人數(shù)的增多能夠緩解農(nóng)戶通過施用更多的化肥來替代勞動力投入的行為，且不同勞動參與者間的交流和合作能使種植行為更加科學化，有利于產(chǎn)出的增加；（3）農(nóng)藥費和化肥費的投入均與產(chǎn)出間存在顯著的負向關(guān)系，說明調(diào)研地區(qū)的農(nóng)戶存在過量施肥施藥的現(xiàn)象，而化肥農(nóng)藥的過量施用不僅會降低作物產(chǎn)出、影響農(nóng)戶收入，還會破壞了耕地的土壤結(jié)構(gòu)，加速了營養(yǎng)元素的流失，致使土壤可持續(xù)利用水平降低，而且還會使農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降，如蔬菜中硝酸鹽含量的超標[18-19]。

圖1報告了設(shè)施蔬菜種植戶生產(chǎn)技術(shù)效率的分布圖。分布圖顯示，隨機前沿分析(SFA)估計出的農(nóng)戶生產(chǎn)技術(shù)效率最小約為16%，最大約為85%，均值約為58%，且大部分農(nóng)戶生產(chǎn)技術(shù)效率介于60%～70%之間。生產(chǎn)技術(shù)效率的分調(diào)研地區(qū)統(tǒng)計結(jié)果見表3，其中遼寧地區(qū)的均值為65.5%，山東地區(qū)農(nóng)戶的生產(chǎn)技術(shù)效率均值為54.3%。遼寧地區(qū)生產(chǎn)技術(shù)效率值明顯高于山東地區(qū)的原因可能在于，本研究在遼寧地區(qū)所調(diào)研農(nóng)戶的流轉(zhuǎn)土地面積遠遠高于山東的調(diào)研農(nóng)戶，其中遼寧地區(qū)種植戶的流轉(zhuǎn)面積均值為0.284 hm2，山東地區(qū)為0.118 hm2，而土地流轉(zhuǎn)不僅具有“拉平效應”，即土地從生產(chǎn)經(jīng)營稟賦低的農(nóng)戶向生產(chǎn)經(jīng)營稟賦高的農(nóng)戶集中，有利于實現(xiàn)土地資源的帕累托改進，還可以有效降低農(nóng)地細碎化程度，推動農(nóng)地規(guī)模經(jīng)營，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率[20-23]，因而遼寧地區(qū)種植戶較大的土地流轉(zhuǎn)規(guī)模有利于推動當?shù)卦O(shè)施蔬菜規(guī)?；N植，提升其生產(chǎn)技術(shù)效率。

圖1 設(shè)施蔬菜生產(chǎn)技術(shù)效率的分布圖

表3 分調(diào)研地區(qū)的效率值

2.2 化肥施用效率的測度

基于設(shè)施蔬菜生產(chǎn)技術(shù)效率的測度結(jié)果，利用模型中化肥施用效率的計算公式可進一步計算種植戶的化肥施用效率。圖2報告了樣本農(nóng)戶化肥施用效率的分布圖，其化肥施用效率均值為23.3%，最小值為2.3%，最大值為85.3%，且如圖2所示，大部分農(nóng)戶的化肥施用效率值不超過30%，由此可見，調(diào)研地區(qū)農(nóng)戶存在化肥施用效率過低的問題，從而體現(xiàn)出在該地區(qū)推行“減施增效”技術(shù)、對當?shù)剞r(nóng)戶進行技術(shù)培訓的重要性。化肥施用效率的分調(diào)研地區(qū)統(tǒng)計結(jié)果見表3，其中遼寧地區(qū)的均值為27.2%，山東地區(qū)為15.4%。遼寧地區(qū)農(nóng)戶具有相對較高的化肥施用效率，其原因可能也在于當?shù)剌^大的土地流轉(zhuǎn)規(guī)模有效降低了農(nóng)地細碎化程度，推動了農(nóng)地規(guī)模經(jīng)營，更有利于機械化種植，提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率。

圖2 設(shè)施蔬菜化肥施用效率的分布圖

2.3 農(nóng)戶化肥施用效率的影響因素分析

為了進一步探究農(nóng)戶化肥施用效率的影響因素，本研究以化肥施用效率為因變量，借鑒相關(guān)實證研究經(jīng)驗[24-26]，選取農(nóng)戶參與培訓情況變量（是否參與技術(shù)培訓、培訓次數(shù)）、個體特征變量（戶主學歷水平、年齡、家庭人數(shù)）、環(huán)境認知變量（過量施用化肥是否對環(huán)境產(chǎn)生影響、是否對蔬菜品質(zhì)影響、是否對土壤影響）作為控制變量，利用OLS回歸模型，對其關(guān)系進行了探討。此外，考慮到農(nóng)戶所在地區(qū)特征和種植不同蔬菜品種對回歸結(jié)果的潛在影響，本研究還加入了反映農(nóng)戶所屬省份、蔬菜種植品種的虛擬變量。OLS模型設(shè)定如式(8)所示。

其中，F(xiàn)Ei表示農(nóng)戶i的化肥施用效率，xi表示一系列控制變量，εi表示殘差項。

表4報告了OLS模型的回歸結(jié)果，其中第二、三、四列分別報告了估計系數(shù)、標準誤和P值。估計結(jié)果顯示，是否參與技術(shù)培訓與化肥施用效率間存在顯著的正向關(guān)系，農(nóng)戶參與技術(shù)培訓能夠使其化肥施用效率提高8.6%。此外，培訓次數(shù)也與農(nóng)戶化肥施用效率間存在顯著的正向關(guān)系，農(nóng)戶接受的技術(shù)培訓次數(shù)每增加一次，其化肥施用效率將增加6.1%。這與項誠等[27]的研究結(jié)論相一致，技術(shù)培訓可有效地引導農(nóng)民合理施肥，從而提升化肥施用效率。

表4 OLS模型估計結(jié)果

模型估計結(jié)果同時顯示，具有較高學歷水平的農(nóng)戶有更高的化肥施用效率，如回歸系數(shù)所示，農(nóng)戶受教育水平每提高一年，其化肥施用效率將提高2.3%，且該正向關(guān)系在1%的水平上顯著。此外，農(nóng)戶具有正確的環(huán)境認知也有助于提升其化肥施用效率。

3 結(jié)論與討論

農(nóng)戶化肥施用量的快速增加不僅降低了當前中國的化肥施用效率，同時造成了一系列的環(huán)境問題。本研究利用遼寧、山東的設(shè)施蔬菜種植戶調(diào)研數(shù)據(jù)，運用隨機前沿分析模型，測度了調(diào)研地區(qū)設(shè)施蔬菜種植戶的生產(chǎn)技術(shù)效率及化肥施用效率，并分析了農(nóng)戶化肥施用效率的影響因素。研究結(jié)果表明：（1）設(shè)施蔬菜產(chǎn)出與種植面積、務(wù)農(nóng)人數(shù)間存在顯著的正向關(guān)系，但與農(nóng)藥費和化肥費的投入存在顯著的負向關(guān)系，說明調(diào)研地區(qū)的種植戶存在過量施肥施藥的現(xiàn)象；（2）調(diào)研地區(qū)大部分農(nóng)戶生產(chǎn)技術(shù)效率介于60%～70%之間，而其化肥施用效率值介于10%～30%之間，由此可見，調(diào)研地區(qū)農(nóng)戶存在化肥施用效率過低的問題；（3）農(nóng)戶是否參與技術(shù)培訓與化肥施用效率間存在顯著的正向關(guān)系，農(nóng)戶參與技術(shù)培訓能夠使其化肥施用效率提高8.6%，此外，農(nóng)戶受教育水平、是否具有正確的環(huán)保認知也與其化肥施用效率存在顯著的正向關(guān)系。

本研究具有如下政策啟示：首先，要針對農(nóng)戶早期的習慣性用量行為給予科學的正確指導和調(diào)整，用施肥效率的提高來保證糧食的增產(chǎn)提質(zhì)；其次，要進一步加強提高施肥效果的適用方法與技術(shù)的研究和實踐推廣，對種植戶進行技術(shù)培訓及有效的農(nóng)業(yè)知識信息傳遞；此外，還可鼓勵化肥生產(chǎn)廠商增加類似藥品使用的“化肥施用說明書”，即在化肥包裝上增加適用于不同地區(qū)、不同作物的科學用量及效率提高小竅門等指導說明；最后，應大力開展農(nóng)田基本要素(N、P、K)的定期測試工作，讓基本要素數(shù)據(jù)進入農(nóng)民種田決策視野，讓農(nóng)民有機會享受科技進步帶來的提高農(nóng)業(yè)投入效率的福利。