中国不同规模奶牛养殖环境效率及其影响因素分析

王善高，许 昭

（南京农业大学经济管理学院，江苏南京 210095）

伴随着需求增长，我国奶业发展迅速，奶牛养殖规模化、专业化程度不断提升。统计数据显示，2007—2015年，我国奶牛养殖规模化程度由46.6%增长至70.5%[1]。规模化养殖在节约成本、增加产量、保障供给等方面均具有比较优势，但其带来的环境污染问题也日益凸显[2]。奶牛是仅次于生猪、肉牛的第三大产粪畜种，其排放的粪污富含化学需氧量、氮、磷等有机物质，而这些有机物质的流失不仅会造成水体富营养化[3]，还会污染空气和土壤，最终导致奶牛养殖的不可持续。环境效率反映了在产出和投入不变的情况下，污染物可以减少的程度，测度环境效率不仅可以了解畜禽养殖污染现状，还可以测算出污染物的潜在削减量。在畜禽养殖污染日益严重的背景下，科学地测度出我国奶牛养殖的环境效率并计算出奶牛养殖污染物的潜在削减量显得尤为重要。

关于畜禽养殖环境效率的测算，国内外学者均进行了大量研究。国外学者研究的相对较早，如Reinhard等[4]、Lansink等[5]和Yang[6]分别测算了荷兰奶牛、荷兰生猪、中国台湾生猪的环境效率。随着我国畜禽养殖环境污染问题日益突出，国内学者也开始关注畜禽养殖环境效率，并针对生猪、蛋鸡、奶牛等畜禽进行了研究[7-9]。然而，梳理国内外文献发现，现有研究存在一些不足：第一，大多数研究仅仅停留在测算环境效率表面，鲜有学者基于环境效率值做进一步研究。第二，污染物的界定并不统一，使得测算出的环境效率难以真实地反映畜禽养殖环境现状。第三，研究方法上大多采用DEA方法和SBM模型，这2种方法都是基于线性规划方法求解效率，会导致随机误差和数据随机扰动的影响被忽视[10]。此外，DEA方法还增加了很强的凸性假设约束，这与实际生产过程不相符。

针对以上不足，本文在测算我国不同规模奶牛养殖环境效率时，拟做出以下改进：第一，在测算出环境效率后，进一步分析污染物的潜在削减量以及环境效率的提升路径。第二，基于第一次全国污染源普查公报，将污染物的范围拓展界定为化学需氧量、全氮、全磷、铜和锌。第三，借鉴Reinhard等[4]的思路，利用SFA模型测算奶牛养殖的环境效率。

1 研究方法与数据说明

1.1 研究方法 Reinhard等[4]提出环境效率的测算思路：假设合意产出和常规投入要素不变，通过计算污染物最小可能数量与当前实际污染物数量的比值来衡量环境效率。如图1所示，假设YR是等产量曲面，曲面上包含若干个等产量点，其中，A和B是2个等产量点。当前，假设在A点进行生产，此时需要XR个常规要素投入（如：劳动、资本等），同时也会产生WR个污染物。根据Reinhard等[4]测算环境效率的思路，需要保持合意产出和常规投入要素不变，寻找出污染物的最小可能数量。因此，可以选择在B点进行生产，此时合意产出和常规投入要素不变，而污染物数量减少至WF。那么，环境效率可表示为：EE=OWF/OWR。

图1 环境效率测算示意图

在测算奶牛养殖环境效率时，本文将SFA模型设定为超越对数生产函数形式。一方面，超越对数生产函数形式相对灵活，能够有效地降低模型设定误差；另一方面，超越对数生产函数是变弹性生产函数，能够较好地研究各投入要素的相互影响。模型构造如下：

其中，Yit表示奶牛养殖的产出；Xit表示奶牛养殖的投入要素，诸如劳动、资本等；Wit表示奶牛养殖排泄物中的污染物质；T表示时间趋势项，这里用来考察奶牛养殖的技术进步；β为一系列待估计参数；vit为一般误差项，表示随机因素对产出的影响，服从独立于uit的正态分布N(0，)；uit为技术非效率项，服从独立于vit的半正态分布N+(0，)。

根据环境效率的测算思路，需要保持合意产出和常规投入要素不变，用污染物可能达到的最小数量WF来替代当前污染物的实际数量W。此外，需要说明的是，环境效率的测算是在不存在技术效率损失的假设下实现的，即uit=0。公式（1）可以改写为：

由上文知道，环境效率可以表示为EE=OWF/OWR，其对数形式为lnEE= lnWF-lnW。利用公式（2）减去公式（1），并整理成lnWF-lnW的形式，得：

由公式（3）可知，环境效率值实际上就是关于（lnWF-lnW）的一元二次方程的解，因此通过数学推导即可求出奶牛养殖的环境效率值。考虑到环境效率值通常在0～1，故需舍弃小于0或者大于1的解。奶牛养殖环境效率可表示为：

1.2 数据来源 本文数据来源于2004—2016年《全国农产品成本收益汇编》（简称“农本资料”）、《中国统计年鉴》以及2009年公布的《第一次全国污染源普查公报》（简称“公报”）。其中，奶牛养殖的投入、产出数据来自于《农本资料》；相关价格指数数据来自《中国统计年鉴》；污染物的排放系数来自于《公报》。

需要说明的是，《农本资料》由国家发改委组织调查和汇编，是目前反映我国农业生产成本收益的最权威资料。关于奶牛养殖的调查，《农本资料》按散养、小规模、中规模和大规模进行了统计，考虑到奶牛散养模式的样本相对较少，因此本文针对规模养殖进行研究，选取了小规模、中规模和大规模奶牛养殖作为研究对象。第二，《公报》由环境保护部、国家统计局以及农业部联合调查，是我国第一次全国污染源普查数据，具有一定的全面性和科学性。第三，根据《公报》数据，本文将不同规模奶牛养殖的样本省份划分为华北、东北、华东、中南、西南和西北六大地区进行对比研究。

1.3 变量说明 本文选取的变量包括合意产出、要素投入和污染物3类，具体说明如下：

1）合意产出（Y，kg）：一般而言，奶牛养殖的收益主要来自原料奶，因此本文用主产品产量来表示合意产出。

2）要素投入：①劳动力投入（X1，工日）：本文采用用工数量表示劳动力投入，包括家庭用工和农业雇工两部分。②饲料投入（X2，元）：饲料投入为精饲料费用和青粗饲料费之和。考虑到价格波动的影响，以2004年为基期用饲料价格指数对饲料投入进行平减。③固定资产投入（X3，元）：通常来说，畜禽的规模养殖需要进行大量投资，因此本文将固定资产作为一个投入指标。固定资产投入为固定资产折旧、修理维护费、工具材料费和饲料加工费之和。同样地，采用固定资产投资价格指数对固定资产投入进行平减。④其他投入费用（X4，元）：其他投入费用主要包括水费、燃料动力费和医疗防疫费等，用畜禽生产价格指数进行平减。

3）污染物（X5，kg）：污染物主要来自奶牛排泄物，本文采用排污系数，而非产污系数。排污系数即在典型的正常生产和管理条件下，单个畜禽产生的原始污染物经处理设施处理或利用后，或未经处理利用而直接排放到环境中的污染物量。产污系数即在典型的正常生产和管理条件下，一定时间内（以天为单位）单个畜禽所产生的原始污染物量。考虑到虽然有些地区奶牛养殖产生的污染物多，但经过科学处理，污染物可以降到最低，本文依然认为这是生态环保型养殖，因此采用排污系数更合理。需要说明的是，《农本资料》将奶牛规模养殖划分为了小规模、中规模和大规模3类，而《公报》中将奶牛规模养殖划分为了养殖专业户、规模化养殖场以及养殖小区3类。借鉴朱宁等[8]、李翠霞等[9]做法，将小规模与养殖专业户、中规模与规模化养殖场、大规模与养殖小区分别对应起来进行研究。此外，为了方便实证分析，本文将污染物加总折算为一个变量。最后，本文污染物的计算公式如下：

其中，i为污染物种类，本文主要指化学需氧量、全氮、全磷、铜和锌。此外，这5种污染物的排污系数i均来自《公报》；平均饲养天数来自《农本资料》。

2 实证研究

2.1 模型检验和估计 利用单边似然比检验（LR）分别对变差率γ以及函数设定形式进行检验，检验结果见表1。首先，变差率γ检验考察的是uit是否为0。如果uit=0，说明方程不存在非效率项，即没有必要采用SFA模型进行分析。结果显示，模型在1%的水平上通过检验，说明无论小规模、中规模还是大规模奶牛养殖，均存在养殖无效率情况，因此采用SFA模型进行分析是有必要的。其次，函数设定形式检验考察的是函数形式设定为超越对数形式还是设定为Cobb-Douglas形式。结果显示，模型均在1%的水平上通过检验，说明无论小规模、中规模还是大规模奶牛养殖，将生产函数形式设定为超越对数形式相对更合理。利用Stata12软件对小规模、中规模以及大规模奶牛养殖的随机前沿生产函数进行了估计，相关估计系数见表2。

2.2 不同规模奶牛养殖的环境效率 利用表2的参数估计值，根据公式（4）计算不同规模奶牛养殖的环境效率，结果见表3。首先，小规模、中规模、大规模奶牛养殖的环境效率值依次为0.467、0.503和0.603，呈现出小规模、中规模、大规模依次递增的趋势。一种可能的解释是随着奶牛养殖规模增大，粪污排放会越来越多，如果不科学地处理则会危及奶牛养殖的可持续发展[11]，因此大规模养殖场可能更倾向于购买先进的设备、采用先进的技术处理粪污，从而更能实现清洁生产，所以大规模奶牛养殖场的环境效率会高于中、小规模奶牛养殖的环境效率。其次，从环境效率的变化趋势来看，无论是小规模、中规模还是大规模，随着时间推移，奶牛养殖的环境效率均呈现出不同程度的上升趋势，且这种趋势在中、小规模养殖场中体现得更明显，说明我国奶牛养殖的环境效率在逐步改善。这可能与我国政府近年来高度重视生态环境问题并加强对环境污染监管有关，早在2001年我国政府就对畜禽养殖污染物的排放标准以及排放技术做了相关规定。2013年中央“一号文件”又明确提出要开展畜禽养殖污染防治工作。2016年中央政府成立了“环保督查组”，加强了对各地区环境污染的监督和管理。

表1 模型设定形式检验

表2 不同规模奶牛养殖随机前沿生产函数的估计

表3 不同规模奶牛养殖的环境效率值

有意思的是，虽然不同规模奶牛养殖环境效率均出现上升趋势，但相对于大规模奶牛养殖，中、小规模奶牛养殖环境效率提高的更加明显。可能原因是与大规模奶牛养殖场相比，中、小规模养殖场的粪污处理设备可能会相对落后，因此环境效率会处在相对较低水平，但近年来，政府加强了对畜禽养殖环境的治理，中、小规模养殖场可能会更新换代粪污处理设备，因此环境效率提升相对明显。相反，为了维持运行的稳定性以及养殖场的可持续发展，大规模养殖场可能一开始就采用先进的粪污处理设备，环境效率一直处在较高水平，而大型粪污处理设备的研发和创新需要一定过程，因此大规模养殖场的环境效率提升相对较慢。

此外，自2012年以来中规模养殖的环境效率出现了略微下滑，崔姹等[1]的研究中也出现了类似现象。可能原因是2012年以来我国奶牛养殖成本增加、养殖效益下降，加上政府提高了畜禽养殖污染的治理标准，这变相淘汰了部分环境效率低下的小规模养殖场，使得小规模奶牛养殖效率出现了提升。散户和小规模养殖场相继退出，为了保证市场供给，中规模和大规模养殖场可能会提高牛奶产量，而产出的增加会带来畜禽粪污的增加，但大规模养殖场具有较强的粪污处理能力，因此不会带来环境效率下降，而中规模养殖场粪污处理能力相对有限，因此粪污增加在一定程度上会拉低奶牛养殖环境效率，所以环境效率出现了略微下降。

2.3 不同规模奶牛养殖污染物的潜在削减量 根据环境效率的定义，维持合意产出和常规投入要素不变，污染物能够达到的最小可能数量与当前实际污染物数量的比值即为环境效率，这意味着可以通过环境效率值测算出不同规模奶牛养殖污染物排放数量的潜在削减量，这为奶牛养殖污染物的处理提供了一定的理论参考依据，对实现环境友好型奶牛养殖具有重要意义。利用公式“污染物潜在削减量=污染物当前实际排放量×（1-当前环境效率值）”计算不同规模奶牛养殖污染物的潜在削减量，结果见表4。需要说明的是，公式中“污染物当前实际排放量”表示的是不同养殖规模内部各省份2004—2016年奶牛养殖排放污染物的均值；而“当前环境效率值”表示的是不同养殖规模内部各省份2004—2016年奶牛养殖环境效率的均值，因此本文计算的污染物潜在削减量是2004—2016年的平均水平。总体来看，无论小规模、中规模还是大规模奶牛养殖，一头牛每年产生的污染物还可以进一步削减。平均而言，小规模、中规模和大规模奶牛养殖场养殖的一头奶牛一年产生的污染物还可以依次减少819.70、773.39、538.92 kg，这说明通过相关技术手段，我国奶牛养殖产生的污染物还有进一步削减的可能。

分规模来看。首先，就环境效率值而言，无论小规模、中规模还是大规模奶牛养殖，其内部省份奶牛养殖环境效率均有严重的两级分化趋势。以小规模为例，宁夏、新疆等西北地区奶牛养殖的环境效率相对较高，效率值在0.80左右，而河南、广西、湖南等中南地区奶牛养殖的环境效率相对较低，仅在0.35左右，呈现出明显的地域差异。其次，就污染物潜在削减量而言，一个有趣的现象是环境效率较低的地区往往具有较高的潜在削减量。如：小规模养殖地区中的安徽省，其环境效率仅有0.35，而其奶牛养殖污染物排放达到了2 050.00 kg，潜在削减量高达1 324.30 kg。同样地，中规模奶牛养殖地区中的广西省以及大规模奶牛养殖地区中的广东省均具有类似现象。值得注意的是，在不同养殖规模内部，奶牛养殖污染物的潜在削减量存在明显的区域差异，这可能与各地区粪污处理方式有关，如中、西部地区普遍采用干清粪工艺，粪污大多转化为肥料还田，而东部地区普遍采用水冲清粪工艺，粪污大多用来发酵成生物能源，粪污处理方式的差异会影响到奶牛养殖环境效率，进而影响到奶牛养殖污染物的潜在削减量。

表4 不同规模奶牛养殖污染物的潜在削减量

3 不同规模奶牛养殖环境效率的提升路径

一般而言，影响环境效率的因素有很多，诸如养殖方式、技术投入、环境治理等。因此，本文拟从以下几个方面考察影响因素：①养殖方式，其最直观的表现是生产要素投入状况。本文用劳动力投入、饲料投入、固定资产投入等来表示。②技术投入，本文用奶牛养殖技术服务费来表示。③雇工比重：由于雇工长期从事奶牛养殖工作，通常具有一定的养殖经验，雇工的使用在一定程度上会提升环境效率，本文用雇工数量占总投工数量的比重来表示。④环境治理：一直以来，我国采用“谁污染、谁治理、谁破坏、谁恢复”的原则治理环境污染，因此环境治理费用通常由地方政府支出。环境治理费用越多，拥有高环境效率的可能性越大。本文采用地方财政环境保护支出来表征环境治理。⑤地区虚拟变量：考虑到不同地区的养殖方式差异，本文在方程中也加入了地区虚拟变量。

基于以上分析，本文拟构造如下的奶牛养殖环境效率的影响因素方程：

其中，EEit表示奶牛养殖环境效率；Xit表示影响奶牛养殖环境效率的诸多因素，如：养殖方式、技术投入、环境治理等；D表示地区虚拟变量；εit表示随机误差项；α0、α1、α2表示一系列待估计参数。考虑到奶牛养殖环境效率值在0～1，如果直接用线性方程回归，则会使得估计结果有偏，相反采用Tobit模型估计不仅无偏而且有效[12]，因此本文拟采用Tobit模型估计方程式（6）。

不同规模奶牛养殖环境效率影响因素的估计结果见表5。首先，就养殖方式而言，无论小规模、中规模还是大规模奶牛养殖，本文选取的劳动力投入、饲料投入以及固定资产投入均对环境效率具有显著影响。其中，总投工及固定资产投入的估计系数均在1%水平上显著为正，说明投工量增加及固定资产投资增加均会显著提高奶牛养殖环境效率。此外，饲料费用的估计系数在小规模及中规模奶牛养殖中显著为正，而在大规模养殖中显著为负，可能原因在于大规模奶牛养殖场具有产量优势，如果单纯比产量，中、小规模奶牛养殖场难以在竞争中取胜，因此中、小规模养殖场可能会转向追求产品品质，合理使用饲料，而大规模养殖往往会追求产品产量，可能会存在过量使用饲料的现象，从而增加了奶牛排泄，降低了环境效率。其次，技术服务费的估计系数仅在大规模养殖中显著为正，而在中、小规模养殖中不显著，这可能是由于中、小规模奶牛养殖的规模有限，难以很好体现技术服务的规模效应。然后，雇工比重的估计系数在中规模和大规模奶牛养殖中均显著为正，说明雇工的使用会提升奶牛养殖环境效率；但雇工比重的估计系数在小规模奶牛养殖中不显著，说明雇工比重对小规模奶牛养殖的环境效率没有影响，这可能是由于小规模养殖大多采用家庭自用工，而较少使用雇工。最后，地方财政环境保护支出的估计系数在小规模和大规模奶牛养殖中显著为正，说明地方政府环境保护支出的增加会提升奶牛养殖环境效率。

4 结果与讨论

本研究利用2004—2016年奶牛养殖的省级宏观数据，基于SFA模型测算了我国不同规模奶牛养殖的环境效率，并分析了奶牛养殖产生污染物的潜在削减量，在此基础上进一步考察了奶牛养殖环境效率的提升路径。主要结论：①我国小规模、中规模、大规模奶牛养殖的环境效率值依次为0.467、0.503和0.603，呈现出小规模、中规模、大规模依次递增的趋势，且随着时间推移，奶牛养殖的环境效率均呈现出不同程度的上升趋势，说明我国奶牛养殖的环境效率在逐步改善。②我国奶牛养殖产生的污染物还有进一步削减的可能。平均而言，小规模、中规模和大规模奶牛养殖场养殖的一头奶牛一年产生的污染物还可以依次减少819.70、773.39和538.92 kg。③养殖方式、技术投入、雇工比重以及环境治理等因素均会显著影响奶牛养殖环境效率。

对此，本文提出以下建议：第一，建议采用科学的养殖方式饲养奶牛。合理配置劳动力及饲料等投入要素，避免出现过量使用现象。第二，考虑到固定资产投入对环境效率具有正向作用，建议进一步加强固定资产投资，引进先进的环保设施，提升污染物的处理能力。第三，由于雇工对环境效率具有正向作用，建议施行专业化养殖，雇佣高素质技术人员，提升管理运营能力。第四，建议地方政府加强对环境污染的监管，有效落实环境治理资金的发放与使用，保证环境治理资金落到实处，促进我国奶牛养殖向环保型养殖方式转变。

表5 不同规模奶牛养殖环境效率的影响因素

需要说明的是，现实中影响奶牛养殖环境效率的因素太多，诸如饲料种类、养殖方式、养殖技术、粪污处理设施、政府环境监管力度等等，而且其中有些因素并不能通过技术外溢、人力资本投资等渠道消除，所以有些地区奶牛养殖的环境效率值并不能达到1，因此本文计算出的奶牛养殖污染物的潜在削减量是各地区实际奶牛养殖中可以达到的上限。实际中会存在有些地区污染物削减的多、有些地区污染物削减的少的情况。即便如此，本研究依然能够为我国不同规模奶牛养殖污染物的削减提供理论参考。