中国农业生态效率测度及时空差异研究.pdf
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1、中国人口资源与环境 2016年 第26卷 第6期c瓢烈P()PI】IAn0N,瑚强oIJRa强ANDD珉删心田D盯 V0126 No6 2016中国农业生态效率测度及时空差异研究王宝义1 张卫国2(1山东农业大学经济管理学院,山东泰安271018;2山东社会科学院经济研究所,山东济南250002)摘要农业生态效率测度对于促进农业生态化和可持续发展具有重要作用。基于19932013年农业投入产出相关数据,采用劳动、土地、化肥、农药、农膜、机械动力、灌溉、役畜八类投入指标,农业碳排放和农业污染两类非期望产出指标以及农业总产值作为期望产出指标。利用sBM0tdesirable扩展模型测算全国、东中西
2、L经济区及省际农业(种植业)生态效率,并分解无效率项。结果显示:样本期内中国农业生态效率总体呈现“降一升一降一升”平缓右偏型“w”结构,总体上中国农业生态效率趋于提升;东中西部三个地区和八大经济区农业生态效率总体趋势与全国基本一致。但又各具特点,三区域中东部地区差异较大。八经济区中西北地区和西南地区差异较大;省际农业生态效率总体上也存在差别。农业生态效率总体较高的省份既有上海、江苏等经济发达的沿海地区又有贵州、瓤疆等经济落后地区。从效率损失结构来看,农业生态效率损失总体上主要是由投入冗余和非期望产出冗余导致的,但投入和非期望产出冗余内部结构又存在诸多不同。总体而言,化肥、农药、农膜过度使用及其
3、负面作用在较多地区表现较为突出。农业生态效率测度实质是平衡农业投入、期望产出和非期望产出三者的关系,提升农业生态效率,促进农业生态化发展和可持续发展。同时,在农业生态效率评价中。要基于资源禀赋现实、基于要素替代关系、基于生态负面影响等。结合地区发展现实和不同的发展阶段进行相应调整。有区别地促进农业生态化发展。关键词 农业生态效率;sBM-undesirable模型;非期望产出;时空差异中图分类号n132文献标识码A文章编号10022104(2016)06一1109 doi:103969jissn1221042016062改革开放以来,中国经济高速增长,农业铲出水平也不断提高,20042叭5年中
4、国粮食产量已经实现“十二连增”,至2015年达到6214亿t。农业经济的快速发展除家庭联产承包责任制及市场经济体制改革的“政策红利”外,还得益于石油农业模式的推行。石油农业又称“化学农业”、“工业式农业”等,20世纪40年代发端于美国,继而在全世界得到快速发展,60年代被确立为农业现代化的必由之路。石油农业模式以高投入、高产出为典型特征,通过在农业生产过程中大量使用以石油能源为动力的农业机械及石油制品为原料的农业化学制品,实现农业生产的“高产、高效、省时、省力”的效果。然而,这一模式本质是一种依靠“无机肥料”的生产模式,具有“逆生态化”特征,随其“逆生态化”堆积效应的显现,日益遭受质疑。石油农
5、业“逆生态化”效应突出表现在两个方面:其一,农业生产直接或间接导致大量温室气体排放,为全球气候变暖贡献了重要份额;其二,农业生产带来环境污染负面效应,主要表现在对土壤及水质等的污染、对土壤长期地力的侵蚀、对人身体健康的危害等方面。前者的主要原因在于农业生产直接或间接使用石油、煤炭等化石能源;后者则主要在于化肥、农药、农膜等化学制品的过度使用产生的负面作用。石油农业的“逆生态化”效应在中国已累积到较为严重的程度,如据第一次全国污染源普查公报(2010),中国农业污染源排放的三类主要污染物(COD、TN、TP)分另0达至0 1 32409、27046、2847万t,占比分别为437、572、673
6、,农业污染源已成为中国第一大污染源。另据全国土壤污染状况调查报告(2014),中国土壤污染超标率总体上已达到161,其中无机污染占828。在生态危机和可持续发展压力之下,国内外低碳发展、生态发展、可持续发展的呼声日益高涨,农业生态化发展的呼声和动力也日益增强。农业生态化发展要求在农业生产过程中,不但要重视短期利益更要重视长期利益,不但要重视经济效益还要重视生态效益,收稿日期:2016一03一08作者简介:王宝义,博士生,主要研究方向为生态经济理论与实践。Email:ba田wby126com。通讯作者:张卫国,博士,研究员,博导,主要研究方向为高效生态经济。Email:zhangwg007163
7、com。基金项目:“泰山学者”建设工程专项经费资助项目;山东省统计科研重点课题“中国农业生态效率测度及区域差异研究”(批准号KTl51“)。11万方数据中国人口资源与环境2016年第6期平衡农业投入、农业产出、生态影响三者的关系,这决定了考察农业生产效率时传统经济效率视角已变得局限,必须将生态影响注入效率考察中衡量农业经济生态效率(简称生态效率)。生态效率(Eco-e佑ciency)概念最早由Schaltegger和Stunn提出,20世纪90年代随着世界可持续发展工商业联合会(wBCSD)的推广而广受重视。虽然生态效率有众多定义,但其核心在于生产评价中引入经济和生态双重维度u。依照生态效率思
8、想,在农业生态效率评价中不但要重视合意产出(经济效益)最大化,还要重视非合意产出(生态负面影响)最小化。目前,对农业生态效率评价的常用方法包括随机前沿法(SFA)和数据包络分析法(DEA)21。其中,DEA法因无需预设函数关系,能更好地减少主观因素影响,而成为各类效率评价中最为常用的方法。DEA是一种评价决策单元相对效率的方法,1978年由运筹学家chame、cooper及Rhodes提出口1,后经一系列扩展。2001年Tone构建了非径向、非角度的DEASBM模型,将松弛变量直接纳入目标函数,解决了传统模型忽视投入产出松弛问题41,继而非期望产出被纳入模型中,逐渐成为衡量生态效率的主流模型。
9、DEASBM模型,在国内生态效率评价中也得到广泛应用,如李静、程丹润测算地区环境效率o,杨良杰、吴威等测算公路运输效率o,杨清可、段学军等测算城市土地利用效率等一o。同时,许多学者将其用于农业生态效率测算,如潘丹、应瑞瑶。,李谷成。91均以农业面源污染为非期望产出,刘应元、冯中朝等1,田伟、杨路嘉等1均以农业碳排放为非期望产出,测算了相应年份中国农业生态效率,但这些研究因选用的指标及模型设定等不同,结论也有所区别。纵观当前研究,对农业生态效率的测算研究总体上还存在以下几方面需补充或深化的内容:一是将农业碳排放和污染双重因素纳人非期望产出中;二是针对狭义农业(种植业)生态效率的衡量;三是农业生态
10、效率区域差异分析。基于此,本文拟以农业(种植业)为研究对象,将碳排放和污染作为非期望产出,利用19962013年相关数据测度中国农业生态效率,并分析其时空差异,同时对农业生态效率损失结构进行分解。1研究方法和数据选择11研究方法本研究基于SBMUndesirable模型h“。“,其基本原理如下:假定农业生产中有n个决策单元,每一决策单元包含一个投人向量和两个产出向量(期望产出和非期望产出),分别表示为z积、y。胡“、y“积6,m、a、b分别表示每一1 2决策单元拥有m类投入要素、a类期望产出和b类非期望产出。定义矩阵x、r、y,1分别为:z=戈l一,戈。E胪“,r=yi,),:E尺“,P=y?
11、,y:E科“,同时假定x、r、P均大于零,在保持规模报酬不变情况下生产可能集可定义为:p=(z,y。,),4)I并从,y。rA,),“rA,A0。AE尺“,A0限定条件表示规模报酬不变(cRs)。则SBM-Undesimble模型表示为:1一上至笠旷肌n再蕊sx0=从+D一,碥=rjLD。,粥=rA+D“D一0,D。0,D“0,A0其中,D。、D。、为松弛变量,分别表示投入过多、期望产出不足及非期望产出过多;p+是决策单元的生态效率,介于01之间,当p=1,D一、D均为零时,评价单元完全有效率,反之则存在效率损失,有调整改进的空间。与此同时,可以根据sBMundesirable模型分解出相应的
12、无效辄即去蓦等,臻臻分别对应投 mKl Zn o r=lv D=Ivj入无效率、期望产出无效率和非期望产出无效率。对于规模报酬的假定可以进一步扩展,若A0且A=1表示规模报酬可变(VRs);若入0且0A1表示规模报酬递减(DRS);若A0且1A表示规模报酬递增(IRs)。同时,对于一般规模报酬(GRs)往往界定为A0且08A12,根据不同情况区间值也可以进行调整。同时,我们还可以对投入产出施加权重,则SBMUndesirable模型可以扩展为:1一上至盟一肌n再蕊;z。一=m,;z:+蛋z:=n+6,z。一,z:,z:o12数据和变量广义农业包含农林牧副渔业,狭义农业专指种植业,种植业是农业的
13、基础也是农业生态影响最重要的组成部分,本文以狭义农业(种植业)为研究对象测度农业生态效率。其投入产出指标及变量选择见表1。农业生产包含多种投入指标,参考以往研究,本文选取了8项主要投入指标,并选用8个变量对其表征。变量中除劳动力投入数据根据农林牧副渔业从业人员进行估算外,其余均为直接数据。为保持统计口径的统一,农业期望产出指标以农业总产值进行表征。同时,为了消除物万方数据王宝义等:中国农业生态效率测度及时空差异研究表1 农业生态效率评价指标Tab1 Indicators of agTicultuml eco-emciency一级指标 二级指标 变量及说明农林牧副渔业从业人员劳动投入(IJabo
14、r) (农业总产值农林牧副渔业总产值)(万人)土地投入(山d)化肥投入(Fertilizer)农药投入(Pesticide)投人指标农膜投入(Phsticmembmnel机械动力投入(Machiner)灌溉投入(I而gation)农业播种面积(10“m2)化肥施用(折纯)量(万t)农药使用量(万t)农膜使用量(万t)农业机械总动力(104kW“)有效灌溉面积(103hm2)篝!苎全,、 大牲畜年底头数(万头)(Drau西t animal) “农业总产值期望产出指标 (A画cultural total 农业总产值(亿元)output value)非期望产出指标拦硼商萋辫辫鼻豢化肥氮、磷流失量(万
15、t)要篓慧产P011u诅农药无效利用量(万t)emlSSlon J 7。农膜残留量(万t)价因素的影响,所有数据均调整为以2002年为不变价格。农业非期望产出包含碳排放和污染排放两类。一般而言,农业碳排放主要来源于以下几个方面:化肥、农药、农膜三大农业化学制品生产和使用过程中引起的排放;农业机械消耗化石燃料(主要是柴油)引起的排放;农业灌溉消耗电能(主要是火力发电)间接引起的排放;农业翻耕引起的有机碳的流失。参照以往研究,六类排放源排放系数分别为化肥0895 6(kgkg)“、农药4934 1(kgkg)、农膜518(kgkg)、柴油0592 7(kgkg)、农业灌溉20476(kghm2)、
16、农业播耕3126(kkm2)“。农业污染典型表现为面源污染,种植业面源污染主要由化肥、农药、农膜等过度使用所造成的,本文采用化肥氮磷流失量、农药无效使用量、农膜残留量表征污染水平。化肥氮磷流失量核算方式分别为复合肥含氮量与氮肥使用量总和乘以氮流失系数,复合肥含磷量与磷肥使用量总和乘以磷流失系数;农药无效利用量核算方式为农药使用量乘以农药无效利用系数;农膜残留量核算方式为农膜使用量乘以农膜残留系数。相关系数主要采用文献调研法及国家统计局公布的相关数据,同时参考第一次全国污染普查:肥料流失、农药流失、地膜残留系数手册,在核算过程中尽可能考虑地域差距的影响5”J。基础数据均来自国家统计局国家数据、中
17、国农村统计年鉴及相应省市统计年鉴,个别缺失数据根据时序数据前后两期推测代替。因1997年重庆设立直辖市,1996年以前重庆数据与四川省合并使用。2中国农业生态效率测度分析基于一般规模报酬(A0且08A12),在期望产出与非期望产出总体比重为1:1的情况下,利用DEASOLVER PRO计算平台,测算各种情况下农业生态效率。21全国农业生态效率测度分析从1993-2013年中国农业投入产出样本数据来看,除劳动力投入总体呈现下降趋势外,其余数据均呈现上升趋势,这意味着,中国农业发展一定程度上实现了其它生产要素对劳动力要素投入的替代,但同时说明,生产要素投入的不断增长不但带来期望产出的增加,也不可避
18、免地造成非期望产出的增加,农业产出的增加也是以牺牲生态福利为代价的。利用中国19932013年农业投入产出时序数据,以每一年为一个决策单元,共21个决策单元,测算样本期内的农业生态效率,结果见图1。1,21OO8O604O2001993 1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2009 20ll 2013年份图1 1993-2013年中国农业生态效率Fig 1 A酣cultural eco-emciency in Chinaduring 1993201 319932013年中国农业生态效率平均值为086,其中1993、1999、2000、2013四个年份实现相对完
19、全效率状态,总体上中国农业生态效率呈现逐渐改善的状况。样本期,农业生态效率总体呈现“降一升一降一升”平缓右偏型“w”结构,四个阶段分别对应于:19931996、1997一1999、20002004、20052013年。1993、19992000、2013年分别对应“w”上方的三个顶点,“w”左侧及右侧两顶点间农业生态效率平均值分别为0。77、084。除完全效率年份外,劳动力、土地、化肥、农药、农膜、机械动力、灌溉、役畜八大农业生产投入冗余的平均值分别为1609、1481、】3万方数据中国人口资源与环境2016年第6期129、1379、849、46l、1317、202;农业碳排放、氮流失、磷流失
20、、农药无效利用量、农膜残留量五类非期望产出冗余平均值分别为1252、1543、112、1371、781。由此可见,农业生态效率损失主要反应在投入无效率和非期望产出无效率两类指标的多个方面,其中劳动力、土地、役畜投入过多及氮流失、农药无效利用尤为突出。通过无效率分解式测算,除去完全效率年份,其余年份投入无效率和非期望产出无效率平均值分别为1301、1213,其中19941998年样本期分别为162、1714;2001_2012年样本期分别为1168、1005,全样本期和20012012年样本期投入产出无效率均高于非期望产出无效率,但19941998年样本期非期望产出无效率高于投入无效率,总体上两
21、者差距不大。从政策因素视角考察中国农业生态效率的演变趋势。1992年党的“十四大”正式确立了社会主义市场经济体制改革的目标,1993年十四届三中全会通过关于建立社会主义市场经济体制若干问题的决定,同时这一年国务院发布了关于加快粮食流通体制改革的通知,全国人大还通过了中华人民共和国农业法,一系列政策影响了农业生产,可能促进了农业生态效率的提高。1998年中国遭遇长江特大洪水,引起国人对生态环境保护的关注和思考,同年10月,十五届三中全会通过农业和农村工作若干重大问题的决定,2000年中央经济工作会议要求加强农业和农村经济结构战略性调整,这些政策影响了同时期的农业生产,尤其是1999、2000年农
22、业总产值获得较高提升,这两年农业生态效率也相对较高。同时近年来生态环境不断恶化,日益引起人们对农业生产方式的思考,可持续发展的呼声日益高涨,国家对化肥、农药等化学制品的使用规制不断增强,生态农业、有机农业、绿色农业等自然农业不断兴起,一定程度上促进了农业生态效率的提高。如图1所示,自2009年中国农业生态效率值出现上扬趋势,至2013年达到相对完全效率。22区域农业生态效率测度分析221 三区域农业生态效率测度分析采用常用的11:8:12东中西三区域划分方法,利用1993_2013年时序数据测度每一区域相应年份的农业生表2东中西19932013年农业生态效率Tab2 Agricultural
23、ecoemciency in the eastem,middle and westem China dung 1993_2013态效率,结果见表2。东中西部地区农业生态效率总体趋势与全国基本一致,三大地区总体上也呈现平缓右偏“w”结构,但东部地区差异相对较大,其“w”顶点较宽阔。三地区样本期内平均效率值分别为0864、0845、O896,从平均效率值来看三个地区差距不大,但相对而言西部地区总体效率相对较高。除去1993、1999、2000、2013四年,三地区总体可以分为19941998、20012012年两个阶段,前一阶段平均效率值分别为0738 7、0743 8、0777 9;后一阶段平均
24、效率值分别为0871 3、0836、0909 9。除1993、1999、2000、2013年三大地区均实现完全效率外,东部地区2002、2003年,西部地区2009、2叭2年也分别实现完全效率。三个地区2003年差距较大,东部地区实现完全效率,而其它两个地区尤其是中部地区农业生态效率相对较低,较之2002年实现大幅下降。通过无效率分解式,除去完全效率年14份,测算其余年份投入无效率和非期望产出无效率,东部地区分别为1346、1427,其中,19941998年样本期分别为1866、2025,20042012年样本期分别为1179、1204。中部地区分别为1377、1779,其中19941998年
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