生態條件約束下的糧食可持續問題研究

劉慕華 ,肖國安，鐘騰龍

(1. 湖南科技大學 商學院，湖南 湘潭 411100；2．中央財經大學 國際經濟與貿易學院，北京 100000)

一、引 言

保障糧食生產平穩增長是中國農業政策的基本目標之一。2021年中國人均糧食供給量為478kg，超出國際糧食安全人均線78kg，糧食數量已經不是糧食安全的主要矛盾。但在城鎮化不斷提升和耕地面積整體下降的背景下，為深度挖掘農業資源產能，化學性投入成為糧食增產的重要因素[1]。盡管在“減肥增效”“化肥施用零增長”等農業生態政策引導下，化肥施用量有所下降，但至2021年我國化肥施用量仍有約325kg/hm2，是國際安全上限的1.44倍，導致全國主要農業生產區面源污染嚴重[2]。同時，在消費升級背景下，居民食物多元消費需求的不斷擴張，進一步加大了農業生產對生態環境的壓力。

為應對農業生態與可持續發展問題，政府進行了系列積極工作，2015年以來，相關農業可持續發展及化肥行業政策都強調農業生態化轉型，倡導科學施肥、提高水肥效率、減少農戶成本負擔，改變依靠拼資源消耗、農資投入、生態環境的粗放經營方式，確保國家糧食安全和生態安全。已有文獻對糧食可持續問題進行了廣泛研究。研究涉及糧食生產及供給能力演變規律及影響因素[3]，檢驗了生態投入、種植比例、種糧效益、農業基礎設施等因素對糧食生產及供給能力提升具有顯著促進作用[3,4]，化肥、農藥使用強度持續增加是破壞農業生態環境的首要因素[1,4]。進一步的研究表明，有效灌溉面積對化肥施用具有顯著的正向作用，但是化肥、農藥等化學性投入強度的增加，一方面會增加農戶生產成本[5]，農戶因種糧效益低會減少農業水利、機械等投入；另一方面由于糧食自給政策的強調，農戶為提高糧食產量會增加化肥投入強度，進而導致農業面源污染、降低農業水利設施的效益[6]，形成農業生產全周期不良循環。預測顯示，到2025年糧食安全的生態支撐依然嚴峻[3]，而提升1%的糧食產出僅需0.04%的生態投入[7]。然而，既往研究通常從總量視角，在整體增長的基礎上展開研究，忽略了其可持續性下降的現狀。

鑒于此，本文將從多個維度出發，剖析需求增長主導的生態條件約束下糧食可持續發展狀況，利用固定效應模型對生產環節各指標與糧食可持續關系進行實證檢驗，以期為改善糧食生產環境、推動糧食可持續發展提出可行的建議。

二、理論分析與研究假設

糧食可持續發展是指，既能滿足當代的糧食需求，又不對后代滿足糧食需求的能力構成危害的糧食增長方式，實質在于要保持其可持續性，使糧食發展處于可持續的模式，保證糧食可持續生產和供給的能力。由于農業是自然系統和社會系統結合的產物，其生產過程受農業稟賦、貿易、生態、效益、化肥投入等諸多因素的影響。圖1呈現了各要素之間的復雜關系，其中農業稟賦是保障糧食生產的根本，但是自然災害會降低農業稟賦產出效益、減少有效種植面積、降低糧食產量和供給[8,9]；種糧效益對糧食種植面積具有直接導向作用，提高種糧效益對糧食生產具有促進作用，也就是說種糧效益會影響農戶的種糧決策，提高種糧效益，能夠激勵農戶增加種植面積和對農業基礎設施的投入，進而糧食總產量和人均糧食供給量得到提高，反之則降低。但基于需求提升的考慮，粗放式和污染性投入的糧食增產，不能提高糧食的有效供給能力[10]。持續增長的農藥、化肥投入則會降低農業稟賦和生態治理效率，使其效應為負，提高生態保護力度能夠降低自然災害程度，貿易依賴度則可能通過影響糧食進出口而對種糧效益和糧食生產造成影響[11]。同時，農業稟賦程度高會減少糧食進口，化肥、農藥等化學性投入對糧食進口的影響由正向到負向。由此可見，在假設各要素動態變化情況下，糧食可持續性直接受農業稟賦、氣候變化、生態保護和治理、生產投入、種糧效益等影響。各解釋變量之間也存在一定的影響關系，但是非直接效應的綜合影響具有不確定性。

說明：圖中“+”為正向影響，“+→-”為由正向變為負向或不穩定影響

(一)農業稟賦和氣候變化

農業稟賦是指區域土地、水資源等天然特性以及所處自然環境和社會經濟環境的總和，既是直接影響糧食生產的環境或物質資源，也是影響糧食生產、供給和貿易的驅動因素[12]。氣候變化是制約糧食可持續發展的主要因素之一，對糧食生產直接表現為破壞其生產基礎設施、糧食受災面積增加，導致糧食可持續能力下降，間接影響糧食供給和糧食進口狀況。本文選取種植比例、涉糧用水量對農業稟賦進行量化，氣候變化則選擇自然災害相關數據進行量化。

1.種植比例。增加區域糧食種植比例能夠提高糧食產量，并且土地的集成更利于農業技術效率的提升，進而提高糧食產量，增加糧食供給數量，與糧食可持續發展有正向關系[7,13]。

H1a增加種糧比例對糧食可持續發展具有促進作用。

2.涉糧用水量。水資源是糧食可持續發展的重要保障，但我國水資源分布與糧食生產區矛盾，使有限的水資源很難得到有效利用。一方面，化肥、農藥投入強度持續增長，導致水資源污染和農業環境風險較大[6]；另一方面，在有限水資源條件下，工業用水的不斷擴張壓縮了農業用水量，加大了糧食可持續發展的風險[14]。

H1b農業水資源利用現狀不利于糧食可持續發展。

3.自然災害。農業自然災害直接降低糧食有效種植面積，造成糧食災損年平均約146.50萬t，減少了糧食供給，且災害對糧食生產具有滯后、對農業基礎設施和資源環境破壞具有不可逆的影響特征，是糧食產量異常變化的主要因素[9]。

H1c自然災害導致糧食可持續發展不穩定。

(二)投入要素

1.水利投入。農業水利設施能夠增加農地的灌溉面積，具有提高糧食生產效率和降低災害風險的功能。中國農業灌溉面積約占總耕地面積的48%，約80%的糧食產量受益于農業水庫等水利工程的發展[15]。

H2a提高水利設施投入能夠促進糧食可持續發展。

2.化學性投入。研究普遍認為我國農業生產對化肥、農藥、農膜依賴度較高。早期為追求糧食產量最大化，增加化學性投入有效提高了糧食單產，但隨著環境破壞加劇，高強度的化學性投入已經成為制約糧食產量長期增長的重要因素，同時抑制糧食競爭力與農民種糧效益的提升[7，11]。

H2b化學性投入與糧食可持續發展呈負相關。

3.農業機械化。一些研究認為，農業機械化投入能夠提高農業資源利用率，有利于推進生態農業發展[16]。也有研究表明，在不同的資源條件下，農業機械程度在促進糧食可持續發展時的區域顯著性具有較大差異[17]。

H2c農業機械化與糧食可持續發展的關系不明確。

(三)種糧效益

1.成本利潤率。決定農戶是否愿意進行糧食生產的主要因素是種糧收益和生產成本的比率，增加收益能夠提升農戶的種糧意愿，反之則抑制其種糧的積極性，會減少糧食作物播種面積。同時，種糧效益低會降低農戶對生態農業的參與意愿，并且減少對人力資本、水利設備等的投入[6,7]。但為了一定的糧食增產會增加化肥、農藥投入強度，加劇農業面源污染效應[18]。

H3a提高農戶種糧效益有利于糧食可持續發展。

2.農產品生產價格指數。農產品生產費用變動情況和實際收益直接影響農民種植策略，生產成本上升會在一定程度挫傷農戶種糧意愿，也有研究認為農產品生產價格指數能夠引導農戶調整種植結構、幫助生產者增收，同時能夠為政府部門確定糧食補貼政策和補貼力度提供依據，促進糧食可持續發展[10,19]。

H3b農產品生產價格指數對糧食可持續發展的關系不明確。

(四) 競爭力度

貿易依存度。在資源有限的情況下，可以利用國際市場對糧食品種進行調劑，能夠補充國內供給短板，緩解區域耕地與水資源壓力，但過度依賴進口會降低本國糧食自給率，同時減少糧食可持續能力提升的機會[12，20]。

H4貿易與糧食可持續發展的關系不確定。

(五)生態治理和保護

生態治理和保護力度。較少的生態投入能夠獲得更多的生態回報[7]，特別是能夠通過提高森林覆蓋率改善區域能量循環、增加地下水補給量，緩解區域農業用水的壓力，促進糧食可持續發展[21]。

H5提高生態治理和保護力度對糧食可持續發展起促進作用。

三、數據與方法

(一)變量選擇與數據來源

1.變量選擇與說明。糧食生產與其他經濟活動相同，都追求利益的可持續發展。由于糧食產出是由資源、投入等多種要素配置的，同時受氣候變化和種糧效益等外部因素的影響，因此本文將糧食可持續發展理解為以上要素綜合配置下的糧食可持續產出和供給能力，并選取其增長率作為被解釋變量。

糧食的可持續性可通過農業要素的投入、利用生態生產和管理方式實現和提升。基于此，本文通過梳理文獻，并以《全國農業可持續發展規劃(2015-2030年)》為指導，選取農業稟賦、氣候變化、投入要素、種糧效益、貿易以及生態相關表征的指標為解釋變量，變量意義見表1。

2.數據來源與處理。面板數據為2003-2021年31個省(區、市，不包括香港、澳門和臺灣地區)，涉及糧食生產、供給及其影響因素等的基礎數據，來自中華人民共和國統計局數據庫。由于統計部門沒有對糧食投入指標進行單獨統計，文中的涉糧指標均為假設農業投入在不同作物種類中均衡分布的基礎上，按照糧食播種面積占農業總面積的比例計算所得，故稱為涉糧指標。從表1可見數據的統計特征具有較大差異，這些差異將成為糧食可持續能力變化的重要原因。

(二)模型設定

樣本數據的Hausman檢驗結果顯示，構建固定效應(FE)模型優于隨機效應(RE)模型，為了控制不同地區無法觀測的因素效應，本文使用控制時間和地區的雙固定回歸模型檢驗自變量對因變量的效應。設定回歸模型如下：

lnY=a0+a1lnNeit+a2lnCliit+a3lnInputit+a4lnTeit+a5lnBfit+a6lnEcoit+eit

式中，i、t分別代表地區和時間(i=1,2,3,…,31;t=2003,…,2021)，Ne、Cli、Input、Te、Bf、Eco的意義見表1。

表1 變量說明

四、結果與分析

(一)各變量對糧食可持續生產能力的效應分析

1.農業稟賦。由表2的樣本回歸結果可知，在假設其他變量不變的情況下，區域種植面積比重在5%的統計檢驗水平上顯著為正，表明增加糧食種植比例能夠提高糧食產量，增強糧食可持續生產的能力；涉糧水資源總量在5%水平正向顯著，說明水資源對于提升糧食可持續生產具有促進作用，從回歸系數來看，就農業稟賦而言種植面積依然是提高糧食可持續生產能力的核心，區域種植比例對糧食可持續生產能力的貢獻率大約為水資源的4.4倍，每增加1%的糧食種植比例和水資源用量，糧食可持續生產能力能夠分別提升2.014%和0.461%。

表2 糧食生產可持續能力的回歸結果與穩健性檢驗

2.氣候變化。涉糧災害強度的回歸系數為負但不顯著，可能是由于自然災害具有隨機性和不穩定性，導致其數據具有特殊性，或是近年來農業基礎設施功能的提升，有效降低了自然災害對糧食生產的影響，因此無法在實證周期內的結果中體現出來，但從系數正負方向判斷，自然災害仍然是導致糧食生產不穩定的重要因素，符合假說，與理論分析一致。

3.投入要素。涉糧有效灌溉面積在1%水平上顯著；化肥和農藥的投入強度都在1%的水平上負向顯著，說明化肥和農藥當前的投入模式對于糧食可持續生產能力提升具有明顯的制約作用；涉糧機械總動力系數為負，可能由于技術特點，對糧食可持續生產能力的正向作用無法直接表現出來，需要滯后一定的周期來看，或者由于以家庭為單位的經營結構，其農田結構零散、農業機械化程度較低，這部分耕地生產數據削弱了整體機械化的效應，因此無法在當期的實證結果中體現出來。單從系數的正負來看，涉糧有效灌溉面積、涉糧薄膜使用量對糧食可持續生產具有正向作用，化肥、農藥投入強度對其為制約作用，與理論分析一致。

4.種糧效益。成本利潤率對糧食可持續生產在5%的水平下有顯著負向影響，影響系數為-2.94，而衡量生產費用變動的農產品生產價格指數在1%的水平上正向顯著，影響系數為8.457，說明農戶受種糧效益和生產成本影響較大，當其他要素不變時獲得更多的種糧效益能夠促進糧食可持續發展，但目前農戶種糧效益低、糧食生產成本高的情況不利于糧食可持續發展。從統計數據來看，2003-2020年間以小麥、稻谷、玉米為主的三種糧食每畝生產成本由199.78元增長到553.13元，增長了176.87%，而凈利潤由34.21元增長到41.14元，僅增長了20.26%；從序列觀察發現， 2000-2020年間，生產成本持續穩定增長，而種糧利潤則增幅很小，且不穩定，兩者整體呈現明顯的負相關性。2016-2019年三種糧食每畝利潤均為負值，同期糧食可持續能力也為負值(見圖2)，進一步說明種糧效益對于糧食可持續發展的重要性。

圖2 糧食可持續能力與種糧效益變化趨勢

5.貿易要素。TC指數的影響系數為負，說明貿易依存度的增加不利于糧食可持續發展，符合我國將飯碗牢牢端在自己手上，飯碗裝中國糧的糧食安全戰略發展要求。一方面，貿易依存度增加，則糧食進口量增加，將擠占國內糧食市場，進而影響國內糧食價格；另一方面，在其他要素價格不變的條件下，受糧價和生產成本的綜合影響，打擊農戶的種糧積極性。

6.生態要素。生態保護和生態治理相關的水土流失治理面積系數不顯著，森林覆蓋率和除澇面積在1%的顯著水平下正向影響糧食可持續生產。從系數正負判斷，生態治理和保護都對糧食可持續發展具有正向影響，尤其是森林覆蓋率對于糧食可持續發展具有重要意義，既有文獻研究表明，其能夠提高水資源效率、緩解農業用水的壓力，進一步促進糧食可持續發展[21,22]，與理論分析相符。

從樣本整體回歸系數來看，一方面，生產成本對糧食可持續發展影響較大，其次是種糧效益和種植面積，而農戶種植意愿受生產成本和效益的直接影響，當成本高企時農戶會減少糧食種植面積，說明降低農業生產成本、提高種糧效益已成為影響糧食可持續發展的重要因素；另一方面，我國區域農業產出與稟賦未形成最佳匹配，糧食主要生產區中吉林、黑龍江、河南、湖南、湖北、江西、山東、內蒙古、寧夏、青海等東北、中部和部分西部水資源和氣候資源較差地區對于糧食總量提升的貢獻較大，并且從2006年開始各個指標的效應出現短期迅速增長態勢，2010年出現拐點，2016年再次增長，2019年再次出現拐點。生態發展可提高水資源效應，但從回歸系數來看，生態治理力度有待進一步提高，氣候變化和資源矛盾以及生態環境之間的導向關系有待進一步研究，而提高森林覆蓋率和澇災救治面積對于糧食可持續生產作用顯著。

(二) 各變量對糧食可持續供給能力的效應分析

表3列示了農業稟賦、自然災害、投入要素、生態治理、種糧效益等相關要素與糧食可持續供給的回歸結果。從檢驗的顯著性來看，區域種植面積比重對糧食可持續供給在1%的檢驗水平上正向顯著，基于糧食生產對供給的直接導向關系，提高種植面積能夠有效增加糧食產量，進而提高供給能力，與假說相符。化肥施用量在10%的檢驗水平上對糧食可持續供給能力呈負向影響，成本利潤率在5%的水平上負向顯著，農產品生產價格指數在5%的顯著水平上正向影響糧食可持續供給能力，貿易要素指標在10%的顯著水平下制約糧食可持續供給能的提升，側面說明了貿易競爭力降低會擴大糧食進口規模、降低國內糧食自給水平進而影響糧食供給的可持續性[20]。除澇面積在10%的顯著水平下，對糧食可持續供給為正向作用。而森林覆蓋率在1%顯著水平下呈負向作用，可能是由于2006年以來，農業生產與資源稟賦矛盾加劇了農業生態問題、削弱了森林的生態承載力和調節作用[22]，或是由于其數據變化特點，對糧食可持續發展的作用無法直接表現出來，需要滯后或從更多的觀測值進行研究。其他要素回歸結果不顯著。

表3 糧食可持續供給能力的回歸結果與穩健性檢驗

從系數貢獻度來看，種植面積比重和種糧效益指標對糧食可持續供給的影響較大。森林覆蓋率對于提高糧食可持續供給具有促進作用，提高生態治理力度和發展水平，能夠提高農藥使用效率和農民種糧效益，而增加糧食種糧效益對于提高有效灌溉面積、減少化肥投入具有顯著的正向作用[6,10]。災害強度和機械總動力對糧食可持續供給的作用不穩定，而化肥和農藥的投入，增加了糧食數量的供給，但與高質量消費需求相矛盾，會導致消費者對低質產品的需求偏好向同類進口產品轉移，造成進口糧食產品對國內產品的結構性替代，降低中國糧食貿易競爭能力和減少農民收入提升的機會[12,20]，不具長期可持續性。充足的種植面積和水資源是保障糧食供給能力提升的基礎，但嚴峻的生態狀況，削弱了土地的糧食產出效應。

(三)穩健性檢驗

為檢驗回歸結果的穩定性，分別采用替代災害強度和涉糧有效灌溉面積控制變量的方法進行穩健性檢驗，檢驗結果見表2和表3。使用涉糧災害面積作為衡量氣候變化的指標，替代災害強度作為解釋變量，使用涉浪水庫總容量作為衡量農業水利設施建設水平的指標，替代農業有效灌溉面積作為解釋變量。從表2和表3穩健性檢驗1、穩健性檢驗2可知涉糧自然災害面積對糧食可持續發展具有負向作用，系數分別是-1.596、-1.299；涉浪水庫總容量對糧食可持續生產的作用正向顯著、對可持續供給的作用不顯著，以上檢驗結果均符合預期，其他變量也基本與前文回歸結果一致，認為回歸結果具有穩健性。

五、結論與建議

(一)主要結論

以增長率為量化標準的糧食可持續發展趨勢顯示，2004-2021年糧食可持續生產和供給為波動下降狀態，并且2016-2018年間出現負值，說明其可持續能力的提升面臨制約。主要由于：

1.糧食可持續生產方面。主要受區域種植面積比重、涉糧有效灌溉面積、涉浪薄膜使用量、除澇面積、農產品生產價格指數的正向影響，同時受水資源不足、自然災害、涉糧化肥和農藥以及成本利潤率、貿易競爭力度、生態保護力度低的制約。

2.糧食可持續供給方面。主要受區域種植面積比重、農主品生產價格指數、生態保護力度的正向影響，同時也受水資源、自然災害、化學性投入、機械水平、成本利潤率、貿易、生態保護力度不高的制約。

3.從效應系數來看。種糧效益成為影響糧食可持續發展的重要因素，其次是區域種植比重、涉浪化肥使用量、生態治理力度和保護力度，并且種糧成本和收益之間的矛盾較大程度削弱了種植比例的積極效應。

(二)政策建議

研究認為，在提高糧食可持續發展能力方面有兩個思路，一是關注對糧食可持續發展正向作用的指標，二是調整對糧食可持續發展負向作用的要素，提高其可持續性，保障糧食長期、穩定增長。鑒于此，提出以下建議：

1.降低生產成本、提高農戶種糧收益。首先由于衡量種糧效益的數據涵蓋了糧食生產物質投入費用、服務費、人工成本、土地成本的信息，但局限于數據的可得性，只驗證了物質投入對糧食可持續發展的影響，所以在降成本方面，除了降低物質投入成本外，還應考慮其他費用和成本變化。其次政府部門應制定有效的生產補貼政策，實行誰生產補貼誰措施，特別在要素投入和土地成本方面，一是能夠激勵農戶參與生態生產、穩定種糧面積，二是能夠提高農戶可持續收入能力。

2.增加糧食種植比例，同時著力土地生產粗放型向“生產-生態”協調型轉變。構建嚴格的生態考核體系，通過提高森林覆蓋率，加大生態治理力度，改善農業生態環境，為糧食生產提供綠色環境。

3.降低化學性投入要素強度和提高農業基礎設施建設水平。一方面，倡導粗放高耗向“節約-循環”綠色循環模式轉變，加強環保管制力度，降低糧食生產過程中化學性要素的投入強度，由保數量向“數-質”共進的路徑推動糧食可持續發展。另一方面，加快由低效高成本向“高效-低成本”轉變，具體為加強農業水利基礎設施建設、提高機械化水平和灌溉效率，以應對低效帶來的高成本、低效益以及自然災害等問題。

注釋：

① 涉糧指標xij=Xi/Plaj，Xi為農業相關指標總數量，Pla為糧食播種面積，i=1，2，3，4，5，6，7；j=2003，…，2021。

②P%=(Pn-Pn-1)/Pn-1×100%，n表示年份。

③Per%=(Pern-Pern-1)/Pern-1×100%，n表示年份。

④ 災害強度=涉糧成災面積/涉糧受災面積×100。

⑤ TC指數=(出口-進口)/(進口+出口)。