基于非期望产出SBM模型及面板Tobit模型对中国农业生态效率的实证分析

2018-04-02张贇

海南金融 2018年2期

张贇

摘要：本文通过非期望产出SBM模型及面板Tobit回归对陕甘宁青四个地区2005—2015年农业面源污染物排放的农业生态效率及影响因素进行实证分析，研究发现：陕西和青海农业生态效率高于宁夏和甘肃，宁夏生态效率总体最低，甘肃省农业生态效率呈稳步上升；Tobit回归显示人口年龄结构、种植结构、经济发展水平等对生态效率影响显著，其中年龄结构、人均GDP平方的对数形式与农业生态效率呈显著正相关；种植结构、城乡消费水平与其呈显著负相关。

关键词：非期望产出SBM；面源污染；农业生态效率；面板Tobit

DOI：10.3969/j.issn.1003-9031.2018.02.02

中图分类号：F224 文献标识码：A 文章编号：1003-9031（2018）02-0017-12

一、前言

2016年，中国农作物总播种面积166649.55千公顷，农林牧渔总产值112091.26亿元，农用机械总动力达97245.57万千瓦。与此同时，农用化肥（折纯量）达到5984.1万吨，农村用电量攀升至9238.26亿千瓦时。在工业和服务业的推动下，中国农业较之从前有很大进步，但生产技术欠发达、技术效率较低、人均产值不高、生产者依旧倾向依靠增加禀赋类要素投入来扩大产出，且农业面源污染严重等问题依然存在。国务院关于印发全国农业现代化规划（2016—2020年）通知里对面源污染严重、城市污染迁移、开放型市场背景下农业竞争压力大且持续营收难度提高等进行了说明，并对农业现代化建设提出具体要求，其中包括控制农业面源污染，提高涉农资源利用效率等内容。因此，研究与面源污染有关的农业生产问题，并据此给出提高农业经济效率、优化要素配置，减少面源污染物排放等相关政策建议，对实现农业现代化及绿色经济目标具有现实意义。

二、文献综述

农业生态效率即在传统经济效率中加入对非期望产出的考虑，最大化经济产出的同时使环境污染最小化。目前评价投入产出效率，多使用数据包络分析法（DEA），利用其相关模型对资源利用率、冗余量，目标值等进行经济学分析，并给出改进建议或优化。DEA从最初的BBC，CCR模型，至今已衍生出了FDH、SBM、超效率DEA、Mini-DS等效率评价模型。国内学者刘福英（2017）利用中国2010—2015年30个省市农业数据分析得到农业技术效率影响农业生产率，东中西部农业技术效率存在差异且财政支农支出对农业技术效率有正向作用；刘志成（2015）等人利用湖南省市农业投入产出及污染面源数据，基于非期望产出SBM模型与CCR模型的对比，得到生态效率损失与低资源利用率，高污染排放有关；钱争鸣、刘晓晨（2015）以30个省（自治区直辖市）作为决策单元对2000—2010年的工业投入产出分析发现，管制强度对绿色经济效率的影响呈非线性；吴小庆（2012）等利用AHP建立农业生态效率评价体系，用锥比率DEA模型对江苏省无锡市农业生态效率的变化分析得到农药化肥的减量能提高农业生态效率；郑家喜（2016）等人对长江中游四省农业生产数据进行动态分析，发现江西与安徽的技术效率和规模效率有待改进；岳慧丽（2014）借助GIS空间分析，对河北省2001—2010年县域农业技术效率演化过程及成因进行研究，发现低农业技术效率阻碍农业生产率，技术效率呈现出聚类特征；柳艳超（2017）对陕西省西安市十年来农业生态效率及规模效率研究，发现资源的不充分利用及面源污染是其农业生态效率低下的主要原因；赵林，吴迪（2016）等用SBM及全要素指数得到沿海海洋经济效率演化特征；聂玉立（2015）等对国内286个地级以上城市绿色经济效率的分析，发现经济发展水平、结构和绿色经济效率有密切关系；李海东（2013）等将生态环境因素纳入超效率DEA模型，测算各省经济效率，发现区域经济效率有很大差异；林正雨（2014）等借助ArcGIS对四川省农业经济的空间分布特征进行了研究；钱争鸣（2013）等以工业三废作为非期望产出，分析得到绿色经济效率库滋涅茨曲线；潘丹（2013）等借助清单分析法，发现在分析时段中国农业生态效率缓慢上升，总体效率水平偏低；庞家幸（2016）用SBM-DEA和空間分析对农业生态效率及空间分布特征进行研究；邱虹（2016）等用两阶段DEA对省域工业生态效率及全要素生产率指数进行空间分析并给出政策建议；张卫东（2015）等用方向性距离函数动态分析了全要素生产率；班斓采、袁晓玲（2016）用纵横向拉开法确定工业污染排放指标，通过超效率DEA及空间滞后模型验证了效率与资源禀赋，教育投入等的关系；李玲（2012）等对不同环境规制下的企业全要素生产率及影响因子分析得到环境规制对其影响先负后正；廖冰（2016）等从劳动力、经营等方面用Tobit模型对林业生态效率进行了回归。

三、研究方法及内容

本文采用基于非期望产出的SBM模型对陕甘宁青四个地区2005—2015年农业投入产出数据，其中产出数据包含非期望产出及期望产出的农业生态效率及其规模效率进行测算，并根据目标值对现有生产提出改进；构建受限因变量面板Tobit模型，探索经济发展水平、城乡差距、产业结构、人口年龄结构、种植结构、科技创新水平等因素对农业生态效率的影响，并据此分析。

四、实证分析

（一）数据来源

根据以往研究成果和数据可得性，本文选择农林牧渔总产值作为期望产出；非期望产出参考量不唯一，赵巧峰（2014）根据清单分析法利用农村人口、农药化肥地膜、牲畜粪便计算总氮、总磷及二氧化碳的等标排放量，作为混合非期望产出指标；柳艳超用化肥农药残留作为非期望产出指标。参考已有文献，选用化肥残留量（万吨）、农药残留量（吨）、农用塑料薄膜残留量（吨）作为非期望产出组成，在SBM中分析其冗余值，其中化肥利用率、农药利用率和薄膜利用率参考《全国污染源系数手册》《农用化肥流失手册》《薄膜手册》《农药手册》以及相关文献，设置农药利用率为0.5，地膜残余率为0.1，化肥吸收率为0.35。

本文以陕西、甘肃、宁夏，青海四个地区作为决策单元（DMU），通过SBM评价其农业生态效率。农业投入方面，选择历年的农作物总播种面积（千公顷）、第一产业从业人员（万人）、农用塑料薄膜使用量（吨）、农业化肥使用量（万吨）、农药使用量（吨）、农业用水量（亿立方米）、农村用电量（亿千瓦时），农业机械总动力（万千瓦）作为投入要素。产出方面，以农林牧渔总产值（亿元）作为期望产出，考虑到农业生产负外部性，选取上述农药、化肥、农膜残余为非期望产出。以上数据来源于《中国统计年鉴》《中国农业统计年鉴》《中国农村统计年鉴》、各省（区）统计年鉴、相关统计公报以及《中国劳动力统计年鉴》。

（二）非期望产出SBM模型构建及相关数据处理

传统DEA在分析包含非期望产出的农业生态效率时存在如下问题：径向模型中，DMU到生产前沿面的效率改进只包括比例改进，不包括松弛改进。对于生态效率评价，产出既有期望产出，也包括非期望产出，故角度，径向模型不适用。Tone在2001年提出SBM模型，引入松弛变量，从投入产出两个角度考虑决策单元效率，又称非导向SBM。在此基础上，添加非期望产出，线性规划式如下。

其中，S-代表投入松弛，Sg代表期望产出松弛，Sb代表非期望产出松弛，三者均非负；ρ代表效率，值为1，ρ表示决策单元生产效率强有效；0到1之间说明农业生态不效率，投入冗余，非期望产出过多，需进行改进。

由于各区域农业经济特征存在差异，本文在模型设定时选择规模报酬可变，利用DEA-solver pro5.0对各区域历年农业生态效率，规模效率进行计算，并分析投入产出冗余及目标改进值。

（三）面板Tobit回归方程式构建及数据处理

本文效率值取值区间为[0，1]，选用因变量受限模型对影响农业生态效率（y）的各因素进行分析。根据经济学原理，参考以往文献，选择从经济发展水平、城乡差距、科技创新水平、人口老龄化程度、种植结构、固定资产投入、产业结构、水资源利用程度等8個角度进行分析。

经济发展水平：一定程度上反映当前地区资源利用率、产业结构合理性、市场健康程度、科教文卫水平，资本流动性等情况。经济发展水平提高意味地区综合实力提升，对农业生产经营及务农人口的培训等支持会相对增大。本文选取人均GDP（pgdp）及其二次项对数形式（lnpgdp2）衡量当地经济发展水平。

城乡差距：城乡一体化进程缩小了城乡差距，但局部地区差距依然很大。在此背景下，农村居民具备改善生活的强烈动力及明确参照，差距加大会增加农村居民对现有收入水平的不满足感，在短期无法改进技术水平及技术利用率的前提下，只能通过增加投入以期获得更多产出，在此过程中可能会造成化肥农药滥用，水资源浪费等影响农业生态效率的问题。这里选取城乡消费水平之比（grap），从收入角度和生活消费角度综合反映城乡差距。

科技创新水平：技术进步是对目标实现的强有力推进。本文选用三种专利受理总数（patents）代表当地科技创新水平。

人口老龄化程度：人口红利逐渐消失、农村人口持续向城镇迁移、人口老龄化程度加重等问题促使农业从业人员加快思考如何提高人口质量红利、现有农业生产技术利用率、加快推进生产技术进步、实现农业现代化等问题。本文选用65岁及以上人口占比（age_structure）衡量人口老龄化。

种植结构：经济作物的播种面积占比同当前耕地经济效益呈正相关，经济作物与粮食作物在要素投入的区别会引起包含非期望产出在内的总产出差异，因此对农业生态效率存在影响。本文选择粮食作物播种面积与农作物总播种面积之比（plant _structure）来衡量。

固定资产投入：固定资产设备在日常使用中的持续折旧会影响农业生产，运转良好的设备及新设备在污染物排放，能源利用上更占优势。本文选用农村固定资产投资完成额（invest）表示固定资产投入情况。

产业结构：第一产业在国民经济中的地位会影响国家扶持力度，资源资金流向。本文选取第一产业增加值占地区生产总值的比重（istructure）代表产业结构。

水资源利用程度：农业用水量颇大，水资源利用率侧面反映现有农业技术利用率，且水资源投入量与化肥农药流失直接相关。这里选择有效灌溉面积对数（lnwaterfiled）代表。

其中，人均GDP、第一产业增加值、农村固定资产投资完成额等数据已根据各自指数，以2005年为基期进行换算，回归方程如下：

其中，i代表决策单元，t代表第t期，εit为第i个决策单元在t期的随机扰动项。

五、数据结果分析

（一）生态效率分析

陕西及青海农业生态效率水平高于其余两地，而陕西农业规模效率基本始终高于青海。这跟陕西、青海农业用地规模，占主体的农业生产活动不同有关，陕西境内既有陕北高原，也有适合大面积农业生产使其发挥规模效益的关中平原地带，而青海则以畜牧业为主，农用耕地面积很少，2015年农作物总播种面积仅558.39千公顷，陕西省同年播种面积是其8倍，宁夏是其2倍，甘肃是其8倍，畜牧用地具有流动性，难以形成规模效应，故整体规模效率偏低；青海省在2011—2013年规模效率偏低，陕西省有三年达到生态有效率，有三年达到规模效率最大化，青海省有6年达到生态有效率，4年达到规模有效率；宁夏整体规模效率跟陕西接近，且近年持续上升，2013—2015年期间规模效率接近1，而其农业生态效率仅在2005年达到完全有效率，之后始终偏低且波动幅度微小，2011年农业生态效率仅为0.36，同年陕西、甘肃、青海分别为0.8、0.68、0.99，造成这种现象的原因可能同宁夏境内降水蒸发量大，昼夜温差大，农业生产环境不稳定有关；甘肃农业生态效率在期间持续进步，2015年达到完全有效率，但其农业规模效率却持续走低，到2015年仅为0.29，远远低于其余地区历年平均水平，甘肃区域多石山，戈壁等不利于农业生产的区域，有限的农业用地被其余产业不断挤占，即使提高农业技术，加强管理经营，减轻面源污染提高了生态效率，但农用地减少依旧导致规模效率降低。

图2中，陕西、宁夏生态效率变化总体稳定，青海总体生态效率高于其余地区，仅在2010年农业生态效率降到最低，但仍高于其他地区同期效率值，可见青海省在农业技术运用、农业生产管理、生态农业建设上取得了进步；陕西总体生态效率围绕0.9上下浮动，较为稳定，且有多年生态效率值为1，2011年之后持续上升。图2中能看出宁夏的生态效率虽然稳定，但整体偏低，说明近年宁夏在扩大农业产出、减少面源污染物如化肥农药农膜残余，建设现代化农业体系上有所滞后。甘肃起初跟宁夏生态效率接近，随着经济发展水平提高，农业技术及先进管理经营经验的使用，效率逐渐上升并同陕西之间的差距逐年缩小。

图3中，陕西跟宁夏的规模效率整体高于其他地区，前期虽有波动但整体处于上升状态，说明农业技术及技术利用率水平的上升提高作物单位产量，增加单位农用面积经济收入。甘肃规模效率持续走低，在农业用地缺乏，第二、三产业抢占第一产业从业人口，农业增收难度加大背景下，甘肃如何提高现有农业技术利用率、加快新生产经营技术研发，集中本省在农业上的优势，重点突破，扩大单位面积产值等农业问题迫在眉睫；青海规模效率波动较大，且波动轴心不稳定，说明其在要素投入、农业技术运用、农业相关政策执行等方面对规模效率的影响不稳定，亦或是对规模效率产生影响的相关政策、技术、管理方案等在历年存在波动，未来需要保证正向政策的稳定输出和技术持续运用。

（二）农业生态效率评价

参考相关文献做法，将农业生态效率水平划分为低水平0～0.4，中等水平0.4～0.6，中高水平0.6～0.8，高水平0.8～1。

对陕甘宁青四个地区2005—2015年农业生态效率平均值进行计算并根据农业生态效率评价区间对各地区总体效率情况进行评价（见表2）。

四个地区农业生态效率平均值为：陕西0.898056、青海0.98615、宁夏0.449009，甘肃0.649035。青海农业生态效率水平高于其余地区，陜甘平均农业生态效率均处于中高水平，宁夏水平中等，四者中处于最低。

（三）各项投入及非期望产出冗余分析

本文使用固定残留率或利用率来确定农业面源污染排放程度，故表中农药化肥地膜投入冗余和相应面源污染物冗余比例相同。青海省仅在2010年农作物播种面积存在3.53%的冗余，农用机械总动力冗余11.01%，地膜冗余在三类农业面源污染物中居首位，对应的地膜污染排放量也是最大；陕西省农作物播种面积冗余值在2006—2009年平均只有2.83%，在2011年达到峰值后又逐渐降低至0，从业人口冗余值变化趋势同播种面积的相同，也在2011年达到最大，最大值22.8%，农用机械动力总体冗余不大，仅在2011、2012年有小幅度上升，说明期间农用机械得到充分利用且适应当前农业生产水平，化肥使用效率波动较大，农膜污染在2009年达到最大，农药冗余变动同化肥冗余趋势相似，用电效率在2010—2012年持续走低，之后慢慢上升；甘肃省化肥利用率及农村用电量效率情况较好，自2008年以来，化肥使用有7年完全有效，仅在2014年产生2.04%的冗余，用电效率存在波动但幅度不大，总体冗余约为3%；宁夏作物播种面积、机械总动力、化肥使用等效率上普遍偏低，且年年如此，改善不大，说明其在农业技术利用、改进现有生产、优化劳动配置，减少污染要素投入等方面还需很大改进；甘肃冗余值整体较大，但效率水平每年稳步提高，化肥农药等污染排放持续减少，说明甘肃处在建设生态农业、提高投入要素利用率、减少污染物排放以致提高农业生态效率的正确方向上。

（四）面板Tobit回归结果分析

受理专利总和（patents）对其影响非常不显著，为增加科技创新对农业生态效率的正向作用，各地区需加强对与农业技术、农业生产管理经营、污染减排等和生态效率紧密相关的研究，提高技术型专利数目，缩短技术成果转化周期。

人口老龄化程度（age _structure）对生态效率的促进较为显著，正相关系数9.223181。人口数量红利逐渐消失、人口质量红利显现，老龄化加深等使得提高投入利用率、减少人力投入并加大技术投入、减轻面源污染，实现标准化农田建设，采用与农业现代化相适应的先进生产及管理变得更具紧迫性和现实意义。这一结果促进农业提高对现有技术的利用率及对新技术的研发。

种植结构（plant _structure）对农业生态效率影响显著，粮食作物播种面积提高对耕地面积并不富裕的地区，会挤占种植经济作物所能带来的更高收益，而经济收益的提高对改善农用机械、使用优质化肥农药、提高与经济水平相适应的农业技术等有正向作用。

城乡消费水平（grap）结果显示与农业生态效率负相关，且影响显著，负相关系数-0.2927。当前生活水平差距加快使乡村向城市消费水平靠拢的速度，短期内通过增加要素投入增加的产出使得面源污染问题加重，生态效率降低。

人均GDP（pgdp）对生态效率影响微小，但人均gdp平方的对数（lnpgdp2）对农业生态效率的影响为正，系数为0.3782637，从数学几何图形上看，呈U型。表明前期经济发展水平的提高来源于粗放式增长，经济水平的提高以环境污染为代价，但随经济水平上升，农业技术研究、减能、减排等方面投入增加，生态效率又随之升高。

固定资产投资完成额（invest）起正向作用，但作用微小。可能跟固定资产投资额配置有关，固定资产资金流向农用机械的部分占比不如流向房屋等占比，导致短期能提高农业生态效率的农用机械总动力及迭代速度同农业增产需求不匹配。

产业结构（istructue）上第一产业比重上升对农业生态效率的提升作用微小，说明陕甘宁青第一产业的产值增加多数还是靠要素投入，而技术效率改进及技术进步对农业产值增加的推动力度尚不足够。

水资源利用方面，有效灌溉面积增加一定程度上助长了农药，氮磷钾肥等的流失，增大非期望产出，阻碍了农业生态效率进步。

六、政策建议

（一）推进农业生产减排与改善经营管理

加快对同农业增产、污染物减排有关的资金投入与技术研究，提高实用型和原理创新型农业技术运用，加快研究进度，优化成果转化流程，推进如低残余化肥、高效低毒农药、可降解利用农膜的研发，新型高产高适应性作物培育等农业科技创新活动；优化农用机械生产线，改良市场销售条件，降低农机迭代成本；根据地区农业资源特点，科学进行农业品种及产业布局；对农业技术或污染减排措施落后的地区，部署技术信息站和技术指导人员，信息站及其人员按时及时反馈当地农业生态效率情况。

（二）加大政府政策扶持

保证与建立高效农产品市场相关政策的实施，帮助地方落实各项惠农政策及绿色农业项目；对面源污染减排效果显著且单位面积有所增产的地区或农户给予在农资补贴，税收及子女教育等上的回报，鼓励农民节能减排，绿色增收。

（三）拓宽涉农资金来源

目前涉农资金主要来源于中央及地方政府财政支出及农户自身务农支出，大型农业技术项目及农业绿色经济项目建设上资金来源不足，资本积极性不高。政府首先应主动建立或部署相关部门对具备可行性的农业绿色经济项目进行招标，认真估算成本收益等问题，利用政府资金带头投资，引流社会资本，对资本供给方的企业及单位给予减轻税收，增加碳排放储量等鼓励。

（四）加强农业生态效率意识

局部地区依旧持有传统粗放型农业经营思维，在缺少配套减排降解办法及设施时，易陷入“污染增加——农业环境恶化——要素投入冗余上升——污染继续增加——农业环境持续恶化”的生态死循环。各级政府及农业相关部门应加强农业绿色经济理念传播，对其实际落地执行进行监督指导。

（五）建立跨区联动的农业生产经营数据库

建立同当地农业生产相关的信息数据库，将农业资源变动、各类资源利用情况、农产品结构布局、当地农产品及农用要素市场建设情况、优秀农业绿色经济项目及惠农项目情况、引流资金的农业投向等数据上传数据库，并在此基础上建立陕甘宁青跨区域涉农联动数据库，实现集资料互查、数据共享、项目经验交流、优秀项目方引荐，涉農事项监督等功能为一体的数据库。

（特约编辑：何志强）

参考文献：

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