不同灌溉方式下种粮大户技术效率及其差异研究——基于非参数共同前沿方法

朱 丽 娟(河南财经政法大学工程管理与房地产学院，郑州 450046)

0 引 言

东北粮食主产区是我国最大的商品粮基地，其中玉米产量占全国玉米总产量的40%，对保障我国粮食安全具有重要的战略意义。但由于水资源总量的刚性约束、水土资源在空间上的不匹配、对水资源开发利用不合理以及气候变暖引发高强度的季节性干旱等原因，粮食作物在其生育关键期出现土壤墒情不足，这成为粮食增产的主要限制因子[1]。合理的灌溉方式对缓解土壤墒情不足，增强水土资源匹配度，提高水资源利用率，乃至实现粮食增产具有重要作用。2012年，东北四省区开始实施“节水增粮行动”，按照行动方案，计划总投入380亿元，共发展高效节水灌溉面积253.33 万hm2。在这场“节水增粮”行动中，种粮大户无疑会成为重要的微观层面的实施主体之一。那么，在粮食生产中，种粮大户是否会采用节水灌溉方式？如果没有，采用了哪些灌溉方式？这些不同的灌溉方式对种粮大户粮食产量的影响如何，差异有多大？用技术效率来衡量不同灌溉方式对种粮大户粮食影响的相关研究还未见报道。

现有关于农业(或粮食)技术效率的研究中，国外学者大多数更侧重农业各部门间的估算和比较[2-4]，国内学者更侧重区域间农业(或粮食)技术效率的估算和比较。如：乔世君[5]、亢霞等[6]、肖红波等[7]、高鸣[8]、范丽霞[9]等对中国粮食生产技术效率进行了测算，并比较了各省市之间的差异。也有学者单独对某地区粮食生产技术效率进行了测算[10,11]。一般情况下，若要对技术效率进行比较，首先必须假设所有决策单元都具备相似的技术水平(这里的“技术水平”是指投入转化为产出的能力)，否则可能会因为缺乏统一的比较标准而无法确定效率损失的真正原因，上述现有研究成果几乎都是基于相同技术水平这一假定。但是，无论是不同的农业部门间还是不同区域间，亦或是其他不同分类标准(如本文中的不同灌溉方式)的生产单元间，由于其部门特征、区域经济发展水平、生产经营环境等的不同，导致其技术前沿是不同的。那么，将实际上处于不同技术前沿的生产单元置于相同标准下进行测算和比较，可能会使结果不准确。因此，基于所有生产单元并不具有相同技术水平假定的共同前沿分析理论由此被提出来。现有国内外文献中，利用共同前沿分析法研究农业(或粮食)技术效率的并不多见，国外文献除理论提出者O'Donnell[12]外，仅有2篇文献，Chen等[13]利用SFA构建的共同前沿分析了中国东北、东、中和西四区域的农业技术效率和差距。HM. Boshrabadi[14]分析了伊朗小麦的技术效率及差距，国内也仅有3篇相关文献。上述研究成果主要是依据宏观统计数据进行的，依据农户调查数据的研究仅有1篇，如：管曦等[15]基于安溪的农户数据，使用数据包络分析法，分别构建共同前沿面和组前沿面，分析了不同组织模式下农户的技术效率和技术缺口比率。利用共同前沿分析法对种粮大户这一重要新型农业经营主体的技术效率及其差异的相关研究还未见报道。

基于以上考虑，本文依据对黑龙江省535个种粮大户的调查数据，运用共同前沿分析法研究不同灌溉方式下种粮大户的技术效率及效率差异。与传统研究方法相比，利用共同前沿分析法使研究结果更准确，研究结论为节水灌溉技术的推广，种粮大户技术效率的提高提供理论和实证依据。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

本文所用数据来源于课题组于2015年8月和2015年10月两次对黑龙江省种粮大户的调查。本文中种粮大户是指粮食播种面积在100及以上的农户。首先，按照粮食播种面积和种植业产值，从全省12个地级市和1个地区选取排名靠前的8个农业大市，即：哈尔滨、齐齐哈尔、大庆、绥化、牡丹江、佳木斯、双鸭山和黑河。其次，按照《2015年黑龙江省节水增粮行动计划》中所列上述8个农业大市的县(市)区名单，随机抽取县、区以及下辖的样本种粮大户。调查的内容主要包括4部分：一是种粮大户及其家庭经营的基本情况；二是粮食生产的投入产出情况，粮食包括玉米、小麦、水稻和大豆；三是当地水资源情况及农户所采用的灌溉方式；四是种粮大户生产经营中面临的困难及需要哪些扶持。本次调查共发放800份问卷，回收763份问卷，剔除漏填选项问卷以及前后矛盾问卷，共获得有效问卷697份。玉米是黑龙江省第一大粮食作物，同时考虑到不同粮食作物生育期需水量和需水规律不同，可能导致农户采用的灌溉方式也不同，为了便于计算和研究，再次剔除掉非玉米种植户和玉米播种面积小于6.67 hm2的农户，最后获得535个玉米种植大户的有效数据。

1.2 研究方法

1.2.1 非参数共同前沿方法

本文借鉴O'Donnell[12]利用DEA来构建共同前沿的方法，来测算不同灌溉方式下种粮大户的技术效率及其差异。具体如下：

假定X和Y分别为非负的投入和产出向量，所有决策单元(DMU)的所有可行的投入产出组合为“共同技术集”，表示为：

T={(X,Y):X≥0;Y≥0;X可生产Y}

(1)

那么，对于给定的投入向量X而言，生产可能集则可表示为：

P(X)={X:(X,Y)∈T}

(2)

生产可能集P(X)的边界即为“共同前沿”，共同前沿下，各决策单元追求产出最大化的生产前沿，基于产出导向的距离函数为：

(3)

由于距离函数是实际生产水平与前沿生产水平的比值，因此，决策单元在共同前沿下的技术效率为：

TE(X,Y)=D(X,Y)

(4)

根据调研结果，本文将种粮大户最常用的灌溉方式按照灌溉性质分为3类：不灌溉(即：靠天吃饭)、传统灌溉方式(如：漫灌、沟灌等)和节水灌溉方式(如：喷灌、滴灌、渗灌等)。故此，本文进一步地将所有决策单元分为k(k=3)个群组，即：不灌溉、传统灌溉和节水灌溉，那么，第k组的技术集和生产可能集可表示为：

Tk={(X,Y):X≥0,Y≥0;X在k群组中能产出Y}

(5)

Pk(X)={Y:(X,Y)∈Tk}

(6)

Pk(X)的边界即为“群组前沿”，群组前沿下，基于产出导向的距离函数为：

(7)

群组技术集和距离函数满足如下性质：①如果(X,Y)∈Tk，那么对任何k有(X,Y)∈T；②如果(X,Y)∈T，那么对某些k有(X,Y)∈Tk；③T={T1∪T2∪…∪Tk}；④对于任何k都有Dk(X,Y)≥D(X,Y)。

群组前沿下的技术效率为TEk(X,Y)=Dk(X,Y)，根据上述性质，两种前沿下的技术效率之间的关系为TEk(X,Y)≥TE(X,Y)。

1.2.2 DEA模型

目前，测算距离函数大多数采用DEA或SFA，DEA方法不需要对函数形式进行设定，也不需要提供权重，因此，本文选择基于产出导向的规模收益可变情形下的DEA模型，如果要计算群组k的技术效率，求解如下线性规划式：

maxφi

(8)

式中：φi为决策单元i在群组k前沿下的技术效率；Xi,Yi分别为投入、产出向量矩阵；xi,yi分为别第i个决策单元的投入和产出；λi为权重；n为决策单元个数。同理，可求决策单元i在共同前沿下的技术效率。

1.2.3 技术缺口比率(TGR)

为了测量不同群组(本文中指采用不同灌溉方式的种粮大户)与总体(所有种粮大户)之间的技术差距，采用技术缺口比率(TGR)指标来衡量，其计算公式为：

(9)

TGR的取值范围为(0,1]，TGR越高，越接近于1，表示该群组实际生产技术水平越接近潜在最优的生产技术水平，即：该群组生产技术水平较高，差距较小，反之亦然。

1.3 变量选择及说明

核算种粮大户的技术效率，需要建立其投入产出指标体系，具体指标及说明如下：

(1)产出变量。本文以种粮大户2014年的玉米总产量为产出变量。

(2)投入变量。本文选取2014年种植玉米所需的种子费用、化肥费用、农药费用、水电费、租赁机械作业费、玉米固定资产折旧、地租和人工费为投入指标，其中，玉米固定资产折旧=(玉米播种面积/总粮食作物播种面积)×总固定资产折旧，而总固定资产折旧是参考《全国农产品成本收益汇编》提供的各类固定资产折旧率计提折旧。为了避免个别指标为0的情况，将指标进行合并，流动资本=种子费用+化肥费用+农药费用+水电费，固定资本=租赁机械作业费+玉米固定资产折旧。

按照种粮大户生产玉米所采用的灌溉方式将535个样本农户分为3个群组，其玉米生产的投入产出的描述性统计如表1所示。由表1可知，黑龙江省种粮大户的灌溉方式以不灌溉和节水灌溉并重，传统灌溉较少态势存在，说明“节水增粮行动”取得了一定成绩，推动了节水灌溉技术的推广，节水农业逐渐在种粮大户中发展起来，但是，传统“雨养农业”仍是相当一部分种粮大户的生产方式。

2 结果及分析

2.1 不同灌溉方式下种粮大户技术效率差异分析

本文运用Maxdea6.18软件，测算了采用不同灌溉方式的种粮大户在群组前沿和共同前沿下的技术效率，其描述性统计结果如表2所示。

表1 样本的描述性统计Tab.1 Descriptive statistics of sample

表2 共同前沿和群组前沿下种粮大户的技术效率Tab.2 The technical efficiency with respect to the metafrontier and group frontier of large grain growers

由表2可知，在共同前沿和群组前沿下，全部样本种粮大户的技术效率均值分别为0.714 2和0.756 8，两种前沿下效率值都不高，说明目前种粮大户的技术效率水平整体不高，从另一方面也说明，种粮大户技术效率的提升空间比较大，即在当前生产要素投入水平下，若改进技术水平和管理，产出可分别提高28.58%和24.32%。正如前文理论分析，群组前沿下种粮大户的技术效率均高于共同前沿下的技术效率，以群组2的种粮大户为例，采用传统灌溉方式的种粮大户，在两个前沿面下，技术效率相差0.211 2。在共同前沿下，不同灌溉方式下种粮大户的技术效率水平由高到低依次为：节水灌溉、传统灌溉和不灌溉；但在群组前沿下，采用传统灌溉的种粮大户的技术效率却高于采用节水灌溉的农户。为了进一步检验群组前沿和共同前沿下种粮大户技术效率的差异性，本文选择适合两个独立样本的非参数Mann-Whitney U检验来进行分析，我们假设：两种前沿下全部样本种粮大户及各群组种粮大户的技术效率没有差异。检验结果如表3所示，全部样本种粮大户、不灌溉及传统灌溉的种粮大户，在两种前沿下的技术效率在5%水平及以下差异显著，但采用节水灌溉的种粮大户在两种前沿下的技术效率在5%水平下差异不显著。主要原因是：在群组前沿下，假定的是各个种粮大户面对的是各自所属群组构成的生产前沿，其效率值反映的是在各自灌溉技术条件下的投入产出水平，而在共同前沿下，各个种粮大户面对的是所有种粮大户构成的潜在最优生产前沿。节水灌溉方式在三类灌溉方式中代表着最新最优的技术水平，采用节水灌溉的种粮大户在两种前沿下的技术集合基本相同，所以效率值变化不大，差异不明显。而采用不灌溉和传统灌溉的这两个群组的种粮大户在两个前沿下的技术集合差异较大，因此，所属这两个群组的种粮大户在各自群组前沿下的技术效率值被高估了，尤其是群组2，严重高估。

表3 两种前沿下效率差异的Mann-Whitney U检验Tab.3 The Mann-Whitney U test of efficiency differences under two frontiers

注：“**”、“***”分别表示在5%和1%的水平下显著。

2.2 不同灌溉方式下种粮大户生产技术差距分析

本文利用技术缺口比率(TGR)来衡量3个群组下的种粮大户与所有种粮大户之间的生产技术差距。根据公式(9)，3个群组的技术缺口比率结果如表4所示。为了进一步检验3个群组间生产技术差距是否显著，本文采用Kruskal Wallis 检验对3个技术缺口比率进行检验，统计结果如表4所示。

表4 不同群组的技术缺口比率及差异性检验Tab.4 Technical gap ratio and difference test of different groups

注：“***”表示在1%的水平下显著。

由表4可知，Kruskal Wallis 检验在1%的显著性水平下拒绝了原假设，说明三个群组的种粮大户之间存在明显的技术差距。采用节水灌溉的种粮大户的生产技术最高，TGR值为0.976，接近种粮大户最优生产技术水平。可能的原因是节水灌溉方式虽然在初期设备投入资金较高，但种粮大户的耕地经营规模一般较大，这就使单位面积成本降低，同时，节水灌溉技术可以节水、节地、省工，可与水肥和农药一体施用，即节水技术与化肥农药施用技术相结合，从而提高化肥农药的利用率，有利于增产增收。不灌溉的种粮大户的TGR值为0.96，这就意味着其生产技术水平也较高，实现了最优技术水平的96%，而采用传统灌溉的种粮大户的技术水平是最低的，TGR值为0.765，与最优生产技术水平相比，还有23.5%的差距。这说明，从投入产出角度来看，不灌溉的种粮大户的生产技术水平不一定低下，而采用传统灌溉方式对于种粮大户来说可能是不经济的，也不利于技术提升。可能的原因是传统灌溉方式虽然设备投入资金少，但劳动力数量投入并不少，在近几年人工费快速上升的现实情况下，传统灌溉方式的总投入不小，且传统灌溉方式对水的利用率非常低，大量浪费水，并容易造成土壤板结和土壤肥力的流失，传统灌溉方式的这些缺点所带来的成本增加可能抵消甚至大于其所带来的粮食产量的增加，相对地，不灌溉的种粮大户可以节约传统灌溉的机会成本用于其他新农业技术方面。

3 结 语

本文依据黑龙江省种粮大户的调查数据，基于共同前沿分析法，考察了不同灌溉方式下种粮大户的技术效率及其差异，以及种粮大户间的生产技术差距，结论如下：①种粮大户的技术效率水平整体不高，一方面说明存在较大的技术改进空间，另一方面说明当前种粮大户的经济增长方式仍然以高投入、高浪费的粗放型模式为主。②在共同前沿下，不同群组种粮大户的技术效率水平由高到低依次为：节水灌溉、传统灌溉和不灌溉。在群组前沿下，3个群组的技术效率值均高于共同前沿下的技术效率值，且排序发生变化，采用传统灌溉的种粮大户的技术效率却高于采用节水灌溉的农户。群组前沿下的效率值被高估了。③采用不同灌溉方式的3个群组间种粮大户的生产技术存在显著差距。其中，采用节水灌溉技术的种粮大户的生产技术水平最高，采用传统灌溉的种粮大户的技术水平是最低的。因此，从投入产出角度考虑，传统灌溉方式对于种粮大户可能是不经济的，且不利于技术水平提升。当然，得出该结论不排除截面数据限制的原因，后续可以通过不同区域或不同年份的追踪调研数据，进一步验证和完善该结论。

根据以上结论，得到以下政策启示：①尽快转变种粮大户粗放型生产经营方式。政府方面，加大良种、农机、种植技术和管理技术的研究和推广，尤其是农业科技推广，加大对种粮大户的扶持倾斜政策，刺激其发挥示范带动作用。农户方面，鼓励种粮大户尝试新品种新技术。②建议依据国家的“节水增粮行动方案”，重点扶持并鼓励种粮大户采用节水灌溉技术，但不鼓励采用传统漫灌、沟灌等灌溉方式。

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