黑龙江省耕地利用效率时空差异及影响因素研究*

2018-01-30雷国平杨厚翔

中国农业资源与区划 2017年12期

徐秋，雷国平，杨厚翔

(东北大学上地管理研究所，辽宁沈阳 110189)

0 引言

粮食安全关系国家长治久安，耕地是粮食生产的第一资源。但是随着城镇化、工业化进程，耕地非农化、粗放利用等现象日益加剧[1-2]，耕地资源正在被过度消耗和占用。为此我国先后出台了一系列有关耕地数量保护、耕地质量改造与建设等方面的政策文件，形成政策高压态势，以保护耕地资源。在粮食安全必要物质基础得以保障的前提下，如何高效利用耕地资源，成为现阶段提高粮食安全系数、维护国家经济社会健康稳定运行的重要途径。

目前国内学者多围绕效率测算[3-5]、区域差异[6-7]、影响因素[8-10]对耕地利用效率展开有益探索。谭荣等[11]、陈江龙等[12]的早期研究多基于单要素评估指标对耕地利用效率进行测算，缺乏对耕地产出的考量，实则为耕地生产率的研究。随后，为修正早期研究评价方法的不足，叶浩等[13]、刘玉海等[14]引入随机前沿函数方法、DEA方法，基于全要素生产框架下对全国耕地利用效率进行研究，耕地利用效率研究渐趋成熟，但仍存在着不足，主要体现在缺乏对环境负效应的思量。鉴于化肥污染对粮食生产具有显著的“环境惩罚”效应[15]，文章选取化肥污染排放量作为非期望产出，运用非期望产出SBM(SBM-Undesirable)模型对1994～2014年黑龙江省及所辖13个地级市的耕地利用效率时空差异及影响因素开展研究，为提高区域耕地资源利用效率提供科学依据。

1 研究区概况

黑龙江省位于中国东北部，介于北纬43°26′～53°33′，东经121°11′～135°05′之间，是中国位置最北、纬度最高的省份。新中国成立以来累计为国家提供商品粮超过4 500亿kg，是国家重要的商品粮食基地，被誉为我国的“战略大粮仓”。全省耕地面积1 585.9万hm2，占土地总面积33.52%，人均耕地面积为全国水平4.20倍， 78.3%的耕地分布平原地区，耕地资源丰富。建国以后先后对“五荒”开展了数次大规模垦殖，导致后备耕地资源数量逐渐减少，而且有不少被划为禁止开发的沼泽地、滩涂。加之建设占用、灾毁、生态退耕、农业结构调整等原因导致耕地数量减少、质量下降，不利于粮食产量的进一步提升。因此，对黑龙江省耕地利用效率时空差异及其影响因素进行研究，对提高耕地利用效率、缓解耕地供需矛盾、提高粮食安全系数具有重要意义。

2 研究方法

2.1 非期望产出SBM模型

(1)

(2)

2.2 变异系数

运用变异系数反映黑龙江省耕地利用效率的变动差异程度。

(3)

式(3)中,v表示耕地利用效率变异系数；di表示黑龙江省各市的耕地利用效率样本值；d为各市耕地利用效率均值；k为样本的城市数，v值越大，各城市间耕地利用效率差异越大，均衡性越差,反之则越好。

2.3 Tobit回归分析

Tobit模型是解决因变量受到限制的一种截断式回归模型。由于采用SBM模型测度的效率值介于0～1之间，对这种切割或截断的因变量，若采用普通最小二乘法(OLS)进行回归系数分析，则估计结果会存在有偏且不一致的情况[18]。因此，该文选择基于最大似然法概念的Tobit回归模型。

(4)

式(4)中,yi、xi分别代表因变量、自变量;β为回归系数向量;ei服从正太分布N(0，δ2)。

3 参评指标选取

3.1 耕地利用效率内涵

效率包括技术效率和配置效率[19]。技术效率是指在产出既定的情况下，实现最小投入的能力，或者是在投入既定的情况下，扩大产出的能力；配置效率是指在一定的要素价格条件下以最优化比例对投入组合加以利用的能力。在完全竞争市场下，配制有效率意为各要素的产出弹性等于投入要素在总成本中的占比。但在实际经济中，多数产业处于非完全竞争市场，因此，国内外学者们对效率的测评多集中于技术效率。依此研究思路，该文所研究的耕地利用效率具体是指在既定农业产出下所能实现最少耕地资源的投入程度。

3.2 评价指标选取与处理

通过耕地利用效率内涵可以看出，耕地利用效率测算包括投入和产出两方面，因此研究从投入、产出两方面构建耕地利用效率指标体系，产出指标分为期望产出与非期望产出指标(表1)。参考已有文献，投入指标从土地、资本、劳动力生产三要素方面选取，土地要素选取农作物播种面积，反映农户耕地实际利用情况；资本要素选取化肥施用量，反映资本投入水平；劳动力要素选取农业机械总动力、农业劳动力，反映耕地劳作过程中投入的劳动力、机械替代劳动力水平；由于研究为狭义范畴上的种植业，因此期望产出选取种植业总产值，未选取农业总产值；非期望产出选取化肥(TN、TP)排放量。

表1 黑龙江省耕地利用效率指标体系

项目投入产出期望产出非期望产出变量I1I2I2I4O1O2土地劳动力农机化肥农业总产值化肥污染指标解释农作物播种面积种植业劳动力农用机械总动力化肥折纯量种植业总产值化肥(TN、TP)排放量

该文选择单元调查评估方法测算耕地利用过程中的化肥(TN、TP)排放量，计算公式为：化肥(TN、TP)排放量=氮肥、磷肥×TN/TP产污系数×流失率，其中氮肥、磷肥各产污系数、流失系数参考封永刚[20]、潘丹[21]等研究并结合《污染源普查农业源系数手册》获取。

该文运用基础数据为1994～2014年黑龙江省13个地级市的耕地利用投入产出及影响因素数据，包括农作物播种面积、种植业劳动力、农机总动力、化肥施用量、种植业总产值，数据来源于《黑龙江省统计年鉴(1995～2015)》，为规避价格因素影响，该文将种植业总产值统一折算为以1994年为基期的实际产值。

图1 1994～2014黑龙江耕地利用效率变化趋势

图2 耕地综合技术效率与纯技术效率、规模效率的关系散点分布

图3 1994～2014年省耕地利用效率变异系数

4 结果与分析

4.1 全省耕地利用效率分析

利用MaxDea Pro 1.0对数据进行处理得到1994～2014年全省综合技术效率、纯技术效率、规模效率。如图1所示。

1994～2014年期间，综合技术效率平均值为0.679，从1994年的0.835下降到2014年的0.442，降幅为47.04%，可以看出耕地利用效率不高，总体呈下降态势。

为探析耕地利用效率变化原因，将综合技术效率分解为纯技术效率和规模效率即综合技术效率(TE)=纯技术效率(PTE)×规模效率(SE)。其中纯技术效率反映各决策单元在耕地利用过程中有效利用资源的能力及管理水平的高低，规模效率反映各决策单元在耕地利用过程中的生产规模是否达到最优状态。1994～2014年纯技术效率平均值为0.760，规模效率均值为0.871，纯技术效率、规模效率与综合技术效率变化趋势一致，纯技术效率降幅为24.50%，略高于规模效率20.30%，可以看出纯技术效率始终是制约耕地利用效率的主要方面。为进一步说明，研究借助SPSS软件数据分析功能，分析综合技术效率与分解效率的相关性并绘制散点分布(图2)，可以看出纯技术效率与综合技术效率的相关系数(0.970)明显高于规模效率与综合技术效率的相关系数(0.927)，表明黑龙江省耕地利用效率与纯技术效率关系更密切。

图4 区域耕地利用效率类型区及投入要素冗余情况

4.2 耕地利用效率区域差异分析

利用MaxDea Pro 1.0对数据进行处理得到1994～2014年各行政区综合技术效率、纯技术效率和规模效率。在此基础上利用式(3)计算黑龙江省耕地利用时间序列综合技术效率、纯技术效率、规模效率变异系数(图3)。

可以看出虽然部分年份区域间耕地利用效率分异程度有所波动，但总体上呈增大趋势，表明区域间耕地利用效率区域差异越来越大，其中1994～2005年各区域耕地利用效率差异较小，但变幅较大， 2006～2014年耕地利用效率区域差异较大，但变幅较小。进一步分析可知1994～2005年间纯技术效率区域分异变幅较大，综合技术效率区域分异主要受纯技术效率的影响； 2006～2014年间规模效率区域分异变幅较大，该时期综合技术效率区域分异主要受规模效率影响。

4.3 耕地利用效率分区分析

1994～2014年间耕地利用综合技术效率变异系数均值为0.370，纯技术效率为0.292，规模效率为0.125，表明耕地利用效率区域差异较大。因此为了解全省耕地利用效率区域分异规律，研究汇总求出1997～2004年各行政区平均综合技术效率、纯技术效率和规模效率(表2)，并以此为基础将全省所辖13个地市的综合效率进行聚类。

表2 1994～2014年黑龙江省各地市耕地利用效率及变化情况

DMUTEPTESEDMUTEPTESE哈尔滨0.3610.4170.838佳木斯0.5860.6820.833齐齐哈尔0.9000.9690.925七台河0.5660.7670.739鸡西0.6060.6630.884牡丹江0.9090.9570.944鹤岗0.4540.5390.810黑河0.5620.7060.792双鸭山0.6290.7260.855绥化0.7930.8470.919大庆0.5330.6230.839大兴安岭1.0001.0001.000伊春0.9260.9840.939平均值0.6790.7600.871

经聚类全省耕地利用效率可分为3类(图4)，其中I类地区包括齐齐哈尔、伊春、牡丹江、大兴安岭； Ⅱ类地区，包括鸡西、双鸭山、大庆、佳木斯、七台河、黑河、绥化； Ⅲ类地区包括哈尔滨、鹤岗。

4.3.1 耕地利用效率分区合理性分析

基于变异系数法，利用式(3)计算3类地区耕地利用综合技术效率、纯技术效率和规模效率的变异系数，以此表征3类地区耕地利用效率分异情况。经测算3类地区耕地利用综合技术效率变异分别为I类地区(0.101)、Ⅱ类地区(0.208)、Ⅲ类地区(0.198)，小于全省的0.370；纯技术效率变异系数分别为I类地区(0.063)、Ⅱ类地区(0.197)、Ⅲ类地区(0.245)，小于全省的0.292；规模效率变异系数分别为I类地区(0.104)、Ⅱ类地区(0.103)、Ⅲ类地区(0.065)，小于全省的0.125。可以看出3类地区之间变异程度较大，3类地区内部耕地利用效率相对一致，表明聚类分区合理，有效地将耕地利用效率相似的区域划分为同一类型区，与其他类型区相异。

4.3.2 不同类型区耕地利用效率差异分析

I类地区，综合技术效率值高于0.90，高于全省平均水平，为耕地利用效率高值区，该类型区纯技术效率、规模效率值均在0.90之上，纯技术效率略高于规模效率且接近生产前沿面。Ⅱ类地区整体耕地综合技术效率水平在0.50～0.80之间，低于I类地区，与全省平均水平相当，处于相对中等效率区，该类型区纯技术效率在0.62～0.85之间，规模效率在0.73～0.92之间，规模效率高于纯技术效率。Ⅲ类地区的耕地综合技术效率值低于0.50，低于全省平均水平，为耕地利用效率低值区，该类型区纯技术效率值为0.41～0.54，规模效率值为0.80～0.84，规模效率高于纯技术效率。

3类地区相较，I类地区农业生产要素资源投入规模达到较高水平并实行了合理利用，但仍有进一步提升空间，两者相较应侧重规模效率的提升。Ⅱ地区农业生产要素资源投入规模、合理利用水平仍有不足，纯技术效率与规模效率应同步优化。Ⅲ类地区纯技术效率远低于规模效率，因此应以纯技术效率提升为主。

4.3.3 不同类型区投入要素分析

如图4所示，相较于最优投入，3类地区各投入要素均存在不同程度的冗余，I类地区各投入要素冗余相对较低，冗余率在1.80%～18.29%范围内波动； Ⅱ类地区次之，各要素冗余率在10.00%～60.90%之间变化，相较I类地区，劳动力、化肥冗余呈大幅增长，均高于32.75%； Ⅲ类地区各投入要素冗余均高于其他两类地区，冗余率在35.80%～74.42%之间波动，表明该区实际投入与最优投入差距较大，存在大量资源浪费。其中劳动力、化肥冗余相对明显，均高于62.01%。因此在日后耕地利用过程中要注重农村剩余劳动力转移及农业生态可持续发展问题。

4.4 耕地利用效率的影响因素与对策建议

表3 黑龙江省耕地利用效率Tobit回归分析

变量系数标准误差Z值P值常数项0.9924 0.15556.38040.0000农村劳动力人均播种面积0.0857***0.02173.94190.0001单位面积农业机械总动力-0.1593***0.0496-3.20990.0013单位面积化肥施用用量-0.0322***0.0085-3.78450.0002劳动力比例-0.2834**0.1103-2.56870.0102二、三产业比重0.12210.18450.66160.5083人均种植业总收入0.19120.26820.71290.4759 注:***、**表示变量值分别在1%、5%水平下显著

该文参照已有研究，耕地利用效率受耕地资源禀赋、资本投入条件、经济发展水平等方面的影响[18，22-23]。其中耕地资源禀赋方面选取农村劳动力人均播种面积；资本投入条件方面选取单位播种面积农业机械总动力、单位播种面积化肥施用量、农业劳动力比例；经济发展水平方面选取二、三产业比重与人均种植业总收入。研究以1994～2014年各市的耕地利用效率作为因变量，运用Eview9.0对21年的面板数据进行Tobit回归分析，P<0.05表明该要素对耕地利用效率影响显著；回归系数表明影响程度及影响方向，系数为正表明该要素与耕地利用效率成正向影响，进一步加大该投入可促进耕地利用效率提升，系数为负表明该要素与耕地利用效率成负向影响，即表明该要素投入冗余，应减少该要素的投入，结果详见表3。

由表3可知，除二、三产业比重、人均种植业总收入外，其他变量均通过显著性水平检验，表明以上变量均对耕地利用效率存在显著影响，按影响程度划分依次为劳动力比例、单位播种面积农业机械总动力、农村劳动力人均播种面积、单位播种面积化肥施用用量。

劳动力比例是指种植业劳动力占农业劳动力的比例，反映劳动力要素投入水平，该指标与耕地利用效率回归系数为负，表明现阶段种植业劳动力比例越高，耕地利用效率越低，说明目前黑龙江省种植业劳动力投入存在冗余，因此应推进农村剩余劳动力转移。单位面积农业机械动力反映区域农业机械投入水平，该指标与耕地利用效率回归系数为负，表明农业机械投入冗余。一方面，黑龙江省由于农机购置补贴政策使得农业机械装备大量增加，据统计年鉴显示，农业机械总动力从1994年的1 190万kW增长到2014年5 155.5万kW，但是由于地形地貌等自然原因、家庭联产承包责任制以及高中低产田等级平均分配机制等社会经济原因，区域耕地平整度、集中连片程度低，人均经营面积少且分散，并不利于大机械化作业，导致机械装备利用效率低；另一方面，机械化作业和规模经营地区改变了精耕细作的生产方式，使得耕地生产潜力无法充分发挥，因此要在统筹考虑区域耕作田块条件、土地流转、城市化水平等因素的基础上，兼顾机械作业与精耕细作，合理适度引入农业机械装备，提高耕地利用效率。农村劳动力人均播种面积反映经营规模，该指标与耕地利用效率相关系数为正，即经营规模越大，耕地利用效率越高，劳均经营规模小，既表明人均经营面积不足，又侧面反映出农村劳动力存在冗余，因此应通过土地流转，农村剩余劳动力转移来增加劳均经营规模，提高区域耕地利用效率。单位面积化肥施用量反映区域化肥投入水平，该指标与耕地利用效率回归系数为负，即单位面积化肥施用量增加，耕地利用效率不升反降，表明化肥投入冗余，冗余部分还会造成土壤理化性质恶化、非点源污染等生态环境问题，因此耕地利用过程中要科学合理施肥，提高耕地利用效率，避免因过量施肥造成生态外部性问题，促进农业生态可持续发展。

5 结论与讨论

运用非期望产出SBM模型测度了1994～2014年间黑龙江省以及13个地级市耕地利用效率，利用变异系数法分析了1994～2014年间耕地利用效率区域变异情况，经聚类对13个地级市的耕地利用效率进行分区，在分区合理性分析基础上对不同类型区耕地利用效率及投入要素是否存在冗余进行分析，通过Tobit模型诊断耕地利用效率影响因素，并依此提出对应建议。

(1)1994～2004年耕地利用综合技术效率总体呈现下降趋势，效率值从1994年的0.835下降到2014的0.442，纯技术效率不高是制约综合技术效率提升的主要原因。因此，在今后的土地管理中更应注重提升管理水平、农业科技改进，以此提高耕地利用效率。

(2)1994～2014年间黑龙江省耕地利用效率区域差异总体呈现增大趋势； 1994～2005年各区域耕地利用效率差异较小，但变幅较大，该时期综合技术效率区域分异主要受纯技术效率的影响； 2006～2014年耕地利用效率区域差异较大，但变幅较小，该时期综合技术效率分异主要受规模效益影响，该趋势与2004年全国范围内实施农机购置补贴政策，以及全省实行免除农业税相符，可以看出惠农政策的出台激励了农业资本投入，使得农业资本投入规模逐年增长。

(3)黑龙江省耕地利用效率区域差异较大，通过聚类将其分为3类地区，并对聚类结果进行合理性检验，经检验，聚类分区科学有效，有效地将耕地利用效率相似的区域划分为同一类型区，与其他类型区相异。其中I类地区包括齐齐哈尔、伊春、牡丹江、大兴安岭，该类型区为耕地利用综合技术效率高效率区，纯技术效率略高于规模效率且接近生产前沿面，表明地区农业生产要素资源投入规模达到较高水平并实行了合理利用，但仍有进一步提升空间，两者相较应侧重规模效率； Ⅱ类地区，包括鸡西、双鸭山、大庆、佳木斯、七台河、黑河、绥化，该类型区耕地利用综合技术效率处于中等效率区，纯技术效率和规模效率与全省平均水平相当，表明农业生产要素资源投入规模、合理利用水平仍有不足，纯技术效率与规模效率应同步优化； Ⅲ类地区包括哈尔滨、鹤岗，为耕地利用综合技术效率低效率区，该类型区规模效率与全省平均水平相当，但纯技术效率远低于规模效率，因此应以纯技术效率提升为主。3类地区各投入要素均存在不同程度的冗余，投入要素利用率I类地区>Ⅱ类地区>Ⅲ类地区。

(4)耕地利用效率影响因素按影响程度依次为劳动力比例、单位播种面积农业机械总动力、农村劳动力人均播种面积、单位播种面积化肥施用量。其中农村劳动力人均播种面积对耕地利用效率为正向影响，其余均为负向影响。因此今后应通过以下措施提高耕地利用效率：通过土地流转，增加劳均经营规模；推进农村剩余劳动力转移；统筹考虑区域耕作田块条件、土地流转、城市化水平等因素的基础上，兼顾机械作业与精耕细作，合理适度引入农业机械装备；科学合理施肥，提高耕地利用效率，避免因过量施肥造成生态外部性问题。

(5)耕地利用效率影响因素方面，仅考虑了农村劳动力人均播种面积、单位面积农业机械总动力、单位面积化肥施用用量、劳动力比例、二、三产业比重、人均种植业总收入等方面因素，但是耕地利用效率还受到区域气候、地形地貌、水文地质和基础设施水平等方面的影响，将会在后续研究中做进一步深入探讨。

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