玉米生態效率的時空差異及收斂性

李欠男 葉鋒

李欠男，葉 鋒. 玉米生態效率的時空差異及收斂性［J］. 湖北農業科學，2024，63（3）：171-176，249．

摘要：運用EBM-Super-Malmquist指數法對2004—2018年玉米主產省（市、自治區）的生態效率進行測算，分析玉米生態效率的時間演變和地區分布特征，并運用收斂性方法檢驗玉米生態效率的收斂性。結果表明，玉米生態效率表現出波動下降趨勢，地區之間存在明顯的非均衡性特征；全國及四大區域玉米生態效率不存在[σ]收斂和絕對[β]收斂，地區差異不會無條件地縮小；全國及四大區域玉米生態效率存在顯著的條件[β]收斂，受災率、財政支持力度、人力資本是影響玉米生態效率條件[β]收斂的重要因素。

關鍵詞：玉米；生態效率；EBM-Super-Malmquist指數；時空差異；收斂性

中圖分類號：F307.11? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2024）03-0171-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2024.03.026 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

玉米（Zea mays L.）不僅是三大主糧之一，同時也是重要的飼料作物和能源原料［1］。玉米生產狀況關乎國家糧食安全和社會經濟發展。然而，中國玉米生產面臨價格“天花板”封頂、成本“地板”抬升、資源環境“硬約束”加劇等挑戰［2］。《農產品成本收益資料匯編》顯示，玉米土地成本和勞動力成本由2004年的921.60、2 107.35元/hm2分別上升到2018年的? 3 413.10、6 652.80元/hm2。同時，玉米生產過多地依靠面積擴張和化肥、農藥等生產資料投入，導致土壤板結、水體污染等問題層出不窮。在此背景下，提高玉米生態效率，促進玉米產業提質增效，已成為當前迫切需要解決的重要問題。

生態效率最早由Schaltegger等［3］于20世紀90年代提出，此后生態效率引起了學者們的廣泛關注。生態效率強調資源環境和經濟的協調發展，即在產出最大化的情況下，盡最大可能減少資源消耗和環境污染［4，5］。玉米生態效率是生態效率在農業細分行業的拓展與應用，它要求玉米生產兼顧經濟和生態效應。那么，在資源環境雙重壓力下，中國玉米生態效率水平如何，呈現怎樣的時空分布特征，玉米生態低效率地區能否趕上高效率地區，是否存在新古典增長理論的收斂趨勢，分析上述問題對于把握中國玉米生態效率的地區差異，揭示玉米生態效率的收斂性趨勢，促進玉米產業協調發展具有重要的理論價值與現實意義。

目前，關于玉米技術效率的研究頗為豐富。不少學者對全國或局部地區玉米技術效率進行核算，主要采用隨機前沿生產函數（SFA）和數據包絡分析（DEA）方法［5-11］。如王軍等［6］、趙紅雷等［7］利用SFA方法考察了2001—2008年玉米技術效率，發現玉米技術效率水平不高，且存在顯著的地區差異。還有一些學者采用DEA的Malmquist指數法對玉米技術效率展開研究［12-16］。如楊春等［12］運用Malmquist指數法對1990—2004年玉米生產率進行分析，發現技術效率的下滑阻礙了生產率增長；李晶晶等［13］、張麗娜等［14］認為玉米技術進步與效率損失并存。

上述研究增進了對玉米技術效率的理解，但忽略了環境因素的影響，這可能會扭曲玉米增長績效，從而產生誤導性的政策建議。實際上，國外學者較早將環境因素納入技術效率的分析框架。一種是將環境治理作為要素投入，另一種是將環境污染視為非期望產出，大多學者采取第二種處理方式。Chung等［17］提出了方向性距離函數（DDF）的Malmquist指數，但要求期望產出和非期望產出同比例變動。后經Tone［18，19］的發展，非徑向的SBM Malmquist指數逐漸得到廣泛應用，克服了DDF測度帶來的偏差。伴隨著測算技術的進步，國內有關玉米生態效率的研究逐漸增加［20-25］。如王歡等［20］在估算玉米生產環境成本的基礎上，對玉米生態效率進行了實證評價；王明新等［21］、曠愛萍等［22］分別考察了基于面源污染、碳排放約束下的玉米生態效率；蔡榮等［23］發現農民受教育程度和勞動力投入對玉米生態效率有著正向作用。

綜上所述，現有研究對玉米生態效率進行了積極探索并取得一定成果，但仍存在改進之處。第一，在非期望產出的選擇上，已有研究分析得不夠全面，大部分學者僅考慮單一環境污染物，而將面源污染和碳排放相結合的研究較為缺乏。第二，現有研究大多采用非徑向SBM模型對玉米生態效率進行評價，雖然對徑向距離函數有所改進，但損失了投入和產出變量投影值的原始比例信息。第三，已有研究重點關注了玉米生態效率的時空分布特征，但未深入探討其收斂性問題。基于此，本研究將面源污染和碳排放同時作為非期望產出納入玉米生態效率的分析框架，采用混合距離函數（EBM）與超效率（Super efficiency）相結合的EBM-Super-Malmquist指數法來核算玉米生態效率，并使用新古典增長理論的絕對收斂和條件收斂方法對玉米生態效率的收斂性進行檢驗。

1 研究方法與數據來源

1.1 EBM-Super-Malmquist指數法

DEA方法被廣泛用于生態效率的評價，主要分為徑向和非徑向距離函數［5］。徑向距離函數未考慮投入和產出變量的松弛程度，使得生態效率評價值可能會高于實際水平。非徑向距離函數盡管考慮了松弛改進部分，但損失了投入和產出變量投影值的原始比例信息。出于對上述問題的考慮，Tone等［26］提出了兼顧徑向和非徑向距離函數的混合距離函數（EBM），使得生態效率的測算更為科學、準確。另外，生態效率核算結果通常會出現多個地區為1的情況，從而無法進一步評價生態效率的高低。為此，本研究結合超效率模型，構造EBM-Super-Malmquist指數法來測度玉米生態效率，其表達式如下。

[ρ=minθ-ε-1i=1mw-ii=1mw-is-ixkφ+ε+1r=1qw+rr=1qw+rs+ryk]? ? （1）

s.t. [Xγ-θxk+s-=0Yγ-φyk-s+=0]

式中，[ρ]為生態效率；k為決策單元的數量；x和y分別表示投入和產出變量，記為x（i=1，2，…，m）、y（r=1，2，…，q），對應的向量為[X∈xkRm]、[Y∈ykRn]；[θ]、[φ]表示投入和產出變量的徑向效率；[γ]為相應的權重系數；[s-i]、[s+r]表示投入和產出的松弛變量；[w-i]、[w+r]為變量相應的重要程度；[ε-]、[ε+]為非徑向部分的參數。

1.2 收斂性方法

1.2.1 絕對收斂 絕對收斂主要包括σ收斂和絕對β收斂兩種類型。變異系數通常被用來檢驗玉米生態效率隨時間的變化趨勢，如果變異系數不斷減小，表明玉米生態效率存在[σ]收斂，計算公式如下。

[σ=i=1n（Eeit-Ee）2nEe]? ? ? （2）

絕對[β]收斂考察玉米生態低效率地區是否能趕超高效率地區，分析各地區玉米生態效率能否逐漸收斂到相同的穩態水平，測算公式如下。

[ln （EeitEei0）T=？+βlnEei0+ε]? ? （3）

式中，[Eeit]、[Eei0]分別表示i省份在t期和0期的玉米生態效率，[Ee]為玉米生態效率的平均值；T表示t期到0期的時間；[？、ε]表示估計的常數項與誤差項。如果[σt<σt-1]，表明玉米生態效率存在[σ]收斂；反之，則說明玉米生態效率不存在[σ]收斂。如果[β]<0，說明玉米生態效率存在絕對[β]收斂；反之，說明玉米生態效率不存在絕對[β]收斂現象。

1.2.2 條件收斂 與絕對[β]收斂不同，條件[β]收斂考慮了各地區的特征，研究各地區玉米生態效率能否逐漸收斂至自身的穩態水平。條件[β]收斂認為玉米生態高效率地區與低效率地區的差距可能會持續存在，各地區穩態水平將會受自然環境、城鎮化水平等因素的影響。本研究采用面板數據固定效應模型來檢驗玉米生態效率的條件[β]收斂趨勢［27］，具體公式如下。

[lnEeitEeit-1=？it+βlnEeit-1+γZit+εit]

（4）

式中，[Zit]為影響玉米生態效率的一系列控制變量；[γ]為系數。如果[β]<0，表明隨著時間的推移，玉米生態效率逐漸趨于條件[β]收斂；反之，表明玉米生態效率未呈現條件[β]收斂。

1.3 變量選取

1.3.1 生態效率指標體系構建 借鑒李谷成等［28］的研究，玉米投入變量主要包括資本和勞動力投入。其中，資本投入以單位面積物質投入與服務費用計算，表示玉米生產過程中所消耗的直接和間接費用。同時，為消除價格因素帶來的影響，將資本投入折算為2004年的不變價格。勞動力投入以單位面積家庭用工和雇工總日數計算。玉米產出變量分為期望產出和非期望產出變量，其中期望產出以玉米產量來表示，非期望產出以玉米生產過程中產生的面源污染和碳排放來計算。玉米面源污染采用“單元調查法”，核算化肥（氮肥、磷肥、復合肥）和固體廢棄物所產生的化學需氧量、總氮和總磷排放量。玉米碳排放借鑒美國橡樹嶺國家實驗室研究成果［29］，核算化肥施用帶來的碳排放量。

1.3.2 生態效率條件收斂控制變量選取 結合朱滿德等［30］、郭焱等［31］的研究，選取如下控制變量：①受災率，以受災面積占農作物播種面積的比例來衡量自然環境帶來的影響。玉米生產依賴溫度、降水等自然因素，極端高溫、降水將會制約玉米生態效率的提升。②城鎮化水平，采用城鎮人口占總人口的比例來表示。城鎮化的發展可以增強居民對綠色、生態農產品的需求，促進玉米生態效率的提高。③財政支持力度，以農業財政支出占財政支出的比例來表示政策因素對玉米生態效率的影響。④人力資本，采用農村勞動力平均受教育年限來表示。受教育程度高的地區，玉米生產技術更容易推廣與采納，從而促進地區玉米生態效率的提升。

1.4 數據來源

研究時段為2004—2018年，以2004年為基期。研究區域包含河北、山西、內蒙古、遼寧、吉林、黑龍江、江蘇、安徽、山東、河南、湖北、廣西、重慶、四川、貴州、云南、陜西、甘肅、寧夏、新疆20個主產省（市、自治區）。玉米勞動力投入、產量等投入產出數據來源于《全國農產品成本收益資料匯編》（2005—2019年），受災率、城鎮化水平等控制變量數據來源于《中國統計年鑒》《中國農村統計年鑒》（2005—2019年）。此外，為了清晰比較區域之間玉米生態效率的差異，本研究借鑒仇煥廣等［32］的研究，將玉米主產省（市、自治區）劃分為4個區域，分別為北方春播區［包含內蒙古、遼寧、吉林、黑龍江和寧夏5個省（自治區）］、黃淮海夏播區（包含河北、山西、江蘇、安徽、山東、河南和湖北7個省）、西南山地區［包括廣西、四川、重慶、貴州和云南5個省（市、自治區）］、西北灌溉區［包括陜西、甘肅和新疆3個省（自治區）］。

2 實證結果與分析

2.1 玉米生態效率的時空差異分析

2.1.1 時間演變特征 采用EBM-Super-Malmquist指數法對玉米生態效率進行核算，如圖1所示。整體來看，考察期內玉米生態效率均值為1.003 0，表明玉米生態效率年均增長0.30%，生產要素的利用效率處于效率前沿面上，玉米生產逐漸向資源節約、環境友好與產業增長的協調路徑邁進。從時間維度來看，2005—2018年玉米生態效率表現出波動下降態勢，可以劃分為兩個階段。第一階段（2005—2014年），玉米生態效率呈反復的“V”形變化趨勢，年均增長0.42%。2005年玉米生態效率為1.010 6，隨后處于波動下降態勢，2014年下降至0.996 1。該階段國家出臺了各項政策措施，積極推進玉米“種子工程”、推廣玉米秸稈還田技術等，提高了生產者采用良種、新技術的積極性，從而促進了玉米生態效率的提升。第二階段（2015—2018年），玉米生態效率增速較第一階段明顯放緩，年均增長0.15%。該階段玉米生態效率下降的原因可能是，一方面受玉米供給側結構性改革的影響，玉米生產逐漸由單一目標向提質增效多重目標轉變，這可能會造成生態效率邊界的“內陷”；另一方面，玉米生產的資源約束日漸趨緊，玉米灌溉用水效率不高，勞動力“老齡化”“女性化”現象嚴重，不利于玉米生態效率的提升。

2.1.2 地區分布特征 從地區分布來看，各地區玉米生態效率存在非均衡性（圖2）。西北灌溉區和西南山地區玉米生態效率總體高于黃淮海夏播區和北方春播區，4個地區年均增長分別為0.75%、0.66%、0.11%和-0.05%。具體來看，西北灌溉區玉米生態效率保持著較高水平，2012年后波動較為劇烈，呈波動下降態勢。西南山地區玉米生態效率在0.907 1～1.109 0，2014—2018年玉米生態效率明顯下降，2018年效率損失7.85%。2005—2014年北方春播區和黃淮海夏播區玉米生態效率增長軌跡較為一致，2016—2018年黃淮海夏播區增速放緩，玉米生態效率急劇惡化。黃淮海夏播區和北方春播區作為玉米主產區，玉米生態效率明顯低于全國平均水平，這意味著玉米生產要素的有效利用程度較低，產出的獲得很大程度以犧牲資源和環境為代價，生態效率提升空間很大。

根據考察期內各地區玉米生態效率均值情況（圖3），將其劃分為3種類型。一是高效率組，玉米生態效率介于1.010 2～1.018 4，以河北、內蒙古、山西等7個省（自治區）為代表。特別是河北和內蒙古，玉米生態效率平均值分別為1.018 4、1.018 0，超出玉米產出目標值1.84%、1.80%。西北灌溉區的甘肅和陜西均屬于高效率組，玉米生態效率年均增長1.13%、1.02%。二是中效率組，玉米生態效率介于1.000 3～1.007 6，主要有云南、重慶、湖北等6個省（市、自治區）。玉米資源環境與產出處于相對協調狀態，未來仍需優化投入要素來提升其生態效率。三是低效率組，玉米生態效率小于1，包括廣西、山東、江蘇等7個省（自治區），集中分布在黃淮海夏播區和北方春播區。這些地區資源利用水平偏低，污染排放嚴重，導致玉米生態效率未達到有效狀態。

2.2 玉米生態效率的收斂性分析

2.2.1 絕對收斂性分析 表1為全國及四大區域玉米生態效率的[σ]收斂結果。2005—2018年區域間玉米生態效率的變異系數表現出梯級特征，黃淮海夏播區最大，西南山地區和西北灌溉區居中，北方春播區最小，均值分別為0.099 9、0.079 3、0.074 6和0.071 1。具體而言，黃淮海夏播區玉米生態效率的地區差異較大，變異系數總體表現出上升態勢，但個別年份表現出減小趨勢，如從2013年的0.151 9下降至2017年的0.101 4。西南山地區和西北灌溉區玉米生態效率的地區差異表現為倒“V”形變化趨勢，分別在2009年、2013年達到峰值，高達0.143 8和0.128 8。北方春播區玉米生態效率的變異系數在0.021 7～0.155 3波動，表現出上升趨勢，呈現出明顯的[σ]發散特征。其中，內蒙古和遼寧年際波動較大，均值分別為0.100 4和0.075 1。整體來看，中國玉米生態效率表現為減增交替趨勢，2018年生態效率的變異系數較2005年有所上升，存在[σ]發散趨勢。

表2為全國及四大區域玉米生態效率的絕對[β]收斂檢驗結果。就全國而言，玉米生態效率絕對[β]收斂系數為負，但并不顯著，表明地區間玉米生態效率差距可能存在進一步擴大的趨勢。分區域來看，北方春播區和西南山地區玉米生態效率絕對[β]收斂系數為負，但并不顯著，說明地區之間玉米生態效率差距仍有擴大趨勢，不會隨著時間推移而無條件地縮小。黃淮海夏播區和西北灌溉區玉米生態效率絕對[β]收斂系數均為正，存在絕對發散趨勢，這意味著各地區玉米生態效率并未趨向同一個穩態水平。總的來看，無論是全國層面還是區域層面，玉米生態效率高水平地區較落后地區增長得更快，即玉米生態效率不存在絕對[β]收斂特征。

2.2.2 條件收斂性分析 玉米生態效率的收斂性可能受自然環境、城鎮化水平等因素的影響，因此需要對玉米生態效率的條件收斂性做進一步檢驗。全國及四大區域玉米生態效率的條件[β]收斂檢驗結果見表3。

全國及四大區域玉米生態效率的條件[β]收斂系數均為負，且通過顯著性檢驗。這意味著全國及四大區域玉米生態效率將收斂于各自的穩態水平，存在條件[β]收斂趨勢。對于玉米生態效率較低的地區，如果能夠創造趨同所需要的條件，例如加強農村人力資本投資、加大財政支持力度等，就有可能實現玉米生態效率的“趕超”，從而扭轉地區差異不斷擴大的局面，實現區域玉米生態效率的協同發展。

受災率對全國玉米生態效率呈顯著的負向影響，對四大區域玉米生態效率的影響不顯著，這與郭焱等［31］的研究結論較為相似。玉米生產依賴自然環境，自然災害頻發會造成玉米投入要素浪費、產出下降，從而對玉米生態效率產生不利影響。隨著水利設施等農業基礎設施的完善，自然災害對玉米生態效率的影響逐漸減弱，但仍要警惕其負向效應。

城鎮化水平對全國及四大區域玉米生態效率的影響為正，但未通過顯著性檢驗。究其原因可能是，當前中國城鎮化處于快速發展階段，城市先進的技術、知識、理念外溢到農村地區，有利于玉米生產技術進步。同時，城鎮化能夠為農村剩余勞動力提供就業機會，促進玉米生產者資本積累，帶動玉米生態效率提升。另外，城鎮化也會侵占農村土地、勞動力資源，進而抑制玉米生態效率的提升。綜合來看，正負作用相互抵消，使得城鎮化對玉米生態效率的影響并不顯著。

財政支持力度對全國和黃淮海夏播區玉米生態效率呈顯著的正向影響，對其他區域也表現出正向作用，但未通過顯著性檢驗。這表明增強財政支持力度對提升玉米生態效率具有重要的推動作用。財政支出通過財富效應提高了玉米生產者的投資能力，加快玉米新品種、新技術的推廣，優化生產要素投入，有助于玉米生態效率的提升。

人力資本對黃淮海夏播區玉米生態效率具有顯著的負向影響，而對北方春播區、西南山地區、西北灌溉區和全國玉米生態效率的影響并不明顯。人力資本是玉米生態效率提升的“助推器”。近年來農村地區人力資本流失問題比較嚴重，尤其是黃淮海夏播區，受教育程度高的農村勞動力逐漸流向城市，造成玉米生產者“老齡化”和“女性化”，從而制約了玉米生態效率的提升。

3 小結與建議

3.1 小結

本研究運用EBM-Super-Malmquist指數法對2004—2018年20個玉米主產省（市、自治區）的生態效率進行測算，考察其時間演變和地區分布特征，并采用收斂性方法對全國及四大區域玉米生態效率的收斂性進行檢驗，得出以下結果。

第一，玉米生態效率表現出波動下降趨勢，地區之間存在明顯的非均衡性特征。考察期內玉米生態效率年均增長0.30%。西北灌溉區和西南山地區玉米生態效率高于黃淮海夏播區和北方春播區，年均增長分別為0.75%、0.66%、0.11%和-0.05%。

第二，全國及四大區域玉米生態效率不存在絕對收斂，地區差異不會隨著時間推移而無條件地縮小。[σ]收斂分析發現，玉米生態效率的變異系數較初始年份有所上升，存在[σ]發散特征。絕對[β]收斂分析表明，玉米生態效率高水平地區較低水平地區增長得更快，不存在絕對[β]收斂現象。

第三，全國及四大區域玉米生態效率存在條件[β]收斂，各地區將收斂于自身的穩態水平。受災率、人力資本對玉米生態效率具有負向影響，財政支持力度有明顯的正向作用，而城鎮化水平的影響尚未表現出來。

3.2 建議

基于上述研究結論，提出如下政策建議。第一，提高玉米生態效率，實現玉米生產方式的根本轉變。優化玉米投入產出結構，提高土地、勞動力的資源利用效率，促進玉米生產過程的節能減排。加大玉米品種的研發力度，促進新技術的推廣與擴散，使條件相似的地區形成規模優勢，從而提高玉米生態效率。第二，縮小地區間玉米生態效率的差異，發揮低效率地區向高效率地區的“追趕效應”。對于河北、山西等玉米生態效率高水平地區，不僅要加強玉米新技術的研發和應用，逐步降低污染排放量，更要注重發揮其對低效率地區的輻射帶動作用。對于玉米生態效率低水平地區，要定期開展玉米生產關鍵技術和適用技術的培訓與推廣，借鑒高效率地區的生產經驗，充分挖掘玉米生態效率的發展潛力。第三，創造玉米生態效率條件收斂的外部條件，利用政策、人力資本等手段促進玉米產業協調發展。加大財政支持力度，完善城鄉一體化發展機制，積極發揮城鎮化的外生帶動能力。加強農村基礎教育和職業培訓，提高農村人力資本水平，減少人力資本外流對玉米生產的負面影響。

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收稿日期：2022-07-01

基金項目：湖北省教育廳哲學社會科學研究青年項目（22Q183）；湖北文理學院科研啟動基金資助項目（kyqdf2021009）

作者簡介：李欠男（1990-），女，河南新鄉人，講師，博士，主要從事農業資源與環境經濟、農業技術經濟研究，（電話）15927317259（電子信箱）1137169595@qq.com。