要素价格诱导稻谷生产技术进步与要素替代*<br/>——以南方稻作区为例

要素价格诱导稻谷生产技术进步与要素替代*
——以南方稻作区为例

2020-07-22张利国

农业经济与管理 2020年3期

张利国，刘辰，陈苏

（江西财经大学经济学院，南昌 330013）

一、引言

稻谷在我国粮食生产中占据重要地位，常年种植面积和总产量分别占全国粮食面积和总产量近3成和4成（徐春春等，2013），全国60%以上人口以稻谷为主食，持续稳定发展水稻生产对保障国家粮食安全及促进国民经济增长具有重要意义（章秀福等，2005；陈庆根等，2010）。随着“刘易斯拐点”到来和人口红利逐渐消失，我国农业劳动力成本不断攀升。据2018年《全国农产品成本收益资料汇编》显示，粮食作物劳动日工价由1990年2.90元/亩升至2017年83.10元/亩。稻谷作为劳动密集型作物在生产实践中出现系列问题：一是化肥等替代劳动力要素边际报酬递减，对稻谷增产边际贡献率随之下降（万宝瑞，2017），加之不合理施用引起面源污染问题（史常亮等，2016）；二是工业化和城镇化快速发展提高非农就业收入，使农民双季稻种植收益在家庭收入增长中比重日趋减少（王全忠等，2015）。近年稻谷播种面积变化不大，稻谷总产量稳定主要源于单产驱动，后者主要依赖技术进步。劳动力成本上升使稻谷生产对劳动力需求发生改变，导致要素相对价格变化进而改变要素投入结构，这些变化如何影响粮食生产技术进步，如何影响要素间替代关系，透彻分析这些问题将对稻谷生产产生深远影响。

从我国粮食生产技术进步研究看，刘英基（2017）认为中国粮食生产技术进步为非中性，化肥、农药使用型依然广泛存在，但化肥、农药边际贡献呈递减趋势；劳动节约型和机械设备使用型趋势增强。陈书章等（2013）运用全国小麦主产区面板数据实证研究表明，中国小麦生产呈现劳动力节约型、化肥节约型和机械使用型等非中性技术进步特征。应瑞瑶等（2013）认为，以化石能源为原材料的化肥、农药、杀虫剂和以石油为动力来源的农田灌溉、农业机械动力是实现粮食丰产的重要因素，但会带来土壤退化、水资源短缺等生态环境问题。姚延婷等（2014）认为，提高化肥、农药和农田灌溉效率及其投入效率的技术创新是推动粮食生产模式转型、保障粮食质量安全的科学路径。从我国要素替代方面研究看，马凯等（2011）认为粮食生产中农业机械总动力与劳动投入存在一定替代关系，但不明显，而陈苏等（2018）通过实证分析表明，中国玉米生产机械与劳动力替代关系明显，但受技术条件和农艺特性等因素制约，机械进一步替代劳动力受到限制。李谷成等（2015）研究提出，油菜生产经历一个劳动力净流出过程，但化肥和机械对劳动力的显著替代，劳动力净流出并未显著损害油菜生产。

上述研究结论为深入分析粮食生产技术方向和要素替代关系提供有价值的研究方法与参考依据，但现有文献鲜有涉及要素价格变化对农业技术进步的影响，也鲜有文献从稻谷生产角度深入探讨。稻谷是一种喜温、喜湿作物，以秦岭-淮河为界的南方地区集中了全国约80%水资源，是水稻生产主要区域。从长远看，我国稻谷生产要实现可持续优质增产，优势和潜力仍在南方，必须进一步提高南方稻谷生产水平（周锡跃等，2011）。本文以南方稻谷生产为例，构建计量经济模型，利用南方9省1991～2017年稻谷生产的面板数据检验要素价格变化是否影响水稻生产技术进步，分析其技术进步特点，选取合适替代弹性指标分析要素价格对要素替代的影响，并提出相关政策建议。

二、理论阐述与模型设定

（一）理论阐述

对于要素禀赋变化与技术进步关系的研究早见于20世纪30年代。Hicks（1932）最早提出“诱致性发明”这一概念，认为新技术发明直接动因源于投入要素相对价格变化。由于农民难以主导农业技术进步，该理论忽视公共部门创新行为，所以Hayami等（1970）针对此缺陷开创了农业生产中诱致性技术创新理论，并成功解释在自然资源给定条件下技术生成和变化的偏向问题，通过分析1880～1960年美国和日本农业发展验证了诱致性技术创新假说。Binswager（1974）、Nghiep（1979）分别对美国、日本农业技术变革展开研究，结论相似。Lin（1991）研究表明，一个经济体的技术变革模式由其要素禀赋结构内生决定，无论在完全竞争市场经济中，还是在土地和劳动力等要素市场交易被禁止的经济环境中，要素禀赋结构对技术变革影响一致。

以劳动力和资本替代关系为例。图1中，K为资本，w为资本利率；L为劳动力，r为工资率。i0、i1、i2、i3代表相同产出水平，技术进步使得后三者比最初等产量曲线i0更靠近原点，c0为最初成本约束曲线，与i0的切点a为最低的成本均衡。l为固定K/L比率，由角度aOA衡量，即aM/OM=K/L，工资-利率比率由角度aAO衡量，即aM/MA=w/r，进一步得到MA/OM=rK/wL，以MA/OA和OM/OA分别表示资本和劳动力收入份额。根据利润最大化条件，两种要素边际生产率之比等于要素相对价格，劳动使用型技术进步（i1）是指劳动力相对边际生产率提高，若固定w/r比率，则K/L比率下降（a点移到b点），诱致劳动力收入份额提高和资本收入份额下降；资本使用型技术进步（i2）是指资本相对边际生产率提高，若固定w/r比率，则K/L比率上升（a点移到c点），诱致劳动力收入份额下降和资本收入份额上升；希克斯中性技术进步（i3）是指劳动力和资本边际生产率同比例提高，而相对边际生产率不变，若固定w/r比率，则K/L比率不变（a点移到d点），劳动力收入份额和资本收入份额不变。

图1 技术变化与资本和劳动的替代关系

（二）模型设定

1.超越对数成本函数模型

超越对数成本函数在结构上属于平方响应面模型，无需设定特定生产函数形式（Stratopoulos，2000），可对稻谷生产技术进步偏向做出判断，有效计算各要素间替代或互补关系，故本文选择该模型。但超越对数成本函数二阶形式存在缺点：一是部分变量计量假设检验要求三阶，如价格诱导技术进步偏向检验；二是不利于观察估计系数随时间变化情况。故选用超越对数成本函数的三阶泰勒展开式，具体形式如下。

式（1）中，Ct表示第t期总生产成本；Pit表示第t期第i个要素价格（i=1，2，…，k表示要素个数）；T为时间趋势项；Yt表示在第t期稻谷产出水平。超越对数成本函数对投入价格对数二次可微，且该函数海塞矩阵对称，由Young定理保证；同时对价格线性同质性假定，，由最小成本对要素价格的一次齐次性保证，故限制条件如下。

由于式（1）包含过多自变量，直接估计会存在共线性问题，为削弱共线性问题，应转向成本份额函数，减少待估参数，利用谢泼德引理构建成本份额方程：

2.技术进步与要素偏向

Stevenson（1980）认为给定产出不变，随着生产技术进步，在要素价格不变情况下要素投入减少，或要素投入不变情况下要素价格降低，均会促使生产成本随着生产技术进步而不断下降。因此技术进步率（TC）估算公式可表示为：

诱致性技术变迁理论表明技术进步并非完全中性，而是偏向于某种要素，从而改变要素投入比或要素成本份额，故可用计算要素成本份额对时间偏导数衡量要素投入的偏向程度（FBi）。

3.要素替代弹性

要素之间替代或互补关系直接影响技术进步偏向。实践中测算要素替代弹性方法较多，各有优劣，其中影子替代弹性反映两种要素相对价格变化（Pj/Pi）引起投入比例相对变化（Xi/Xj），是一种双投入——双价格弹性，更接近Hicks对替代弹性的定义，对投入要素层级关系与可分性特征的描述更符合实际，结果稳健性更强。因此，选用影子替代弹性计算超越对数成本函数的替代弹性。影子替代弹性可通过最小成本函数C（Y；P）导出（郝枫，2015）：

根据Binswanger（1974）要素需求价格弹性由式（1）和式（2）推导计算公式（7），其中，eij、eii分别为要素i对 j的交叉弹性和要素i的自需求价格弹性。SESij＞0表示要素之间存在替代关系，数值越大替代性越强；SESij＜0表示要素间存在互补关系。此外，由于SES具有对称性，SESij=SESji。

三、变量说明及数据来源

（一）变量说明

根据稻谷生产函数，需确定产出变量、投入变量及相应价格变量，为考查政策影响加入政策虚拟变量。具体说明如下。

1.产出变量

产出变量为每公顷稻谷产量（Y，千克）。

2.劳动力投入与劳动力价格

以每公顷用工投入度量劳动力投入，并以有效劳动时间表示，精确到工作日数。劳动力价格（pL，元/工日）由每公顷人工成本除以每公顷劳动用工投入得到。

3.化肥投入与化肥价格

化肥投入选取每公顷化肥投入量（折纯量，千克）作为代理变量，化肥价格（pF，元/千克）由每公顷化肥费用（元）除以化肥投入量得到。

4.机械投入与机械价格

由于《全国农产品成本收益资料汇编》未提供具体机械投入量及其价格信息，参考前人研究经验，选取每公顷机械作业费（元）作为机械投入量的代理变量，以机械化农具生产资料价格指数作为机械价格（pM）。

5.农药投入与农药价格

同于数据缺失，选取每公顷农药费用（元）作为农药投入量的代理变量，以农药生产资料价格指数作为农药价格（pN）。

6.其他要素投入与其他要素价格

其他要素投入选取每公顷农膜费、排灌费、燃料动力费、固定资产折旧、管理费（元）等五项指标度量（不包括土地成本），以农业生产资料综合价格指数作为其他要素价格（po）。

7.总生产成本与要素成本份额

每年总生产成本由各投入要素费用加总得到，要素成本份额由投入要素费用与总生产成本之比得到。

8.政策虚拟变量

自2004年以来国家强化财政支农政策，全面取消农业税，建立粮食直接补贴、良种补贴、农机具购置补贴和农业生产资料增支综合补贴“四项补贴”制度，同时加大农田水利基础设施建设投入，所以设置2004年为政策虚拟变量。

以上各价值变量均按相关价格指数折算为1991年不变价，其中人工成本按照农村居民消费价格指数折算，化肥费用按照化学肥料生产资料价格指数折算，机械费用按照机械化农具生产资料价格指数折算，农药费用按照农药价格指数折算，其他要素费用按照农业生产资料综合价格指数折算。

（二）数据来源

选取浙江、安徽、福建、江西、湖北、湖南、广东、广西及海南9省稻谷生产面板数据，稻谷数据主要包括早籼稻和晚籼稻。因1991年以前许多省份早晚籼稻数据缺失较多，为使样本数据尽可能完整，实证结果更可靠，将时间维度设定为1991～2017年。每公顷稻谷产量、劳动力投入、人工成本、化肥投入、化肥费用、机械费用、农药费用及其他要素费用和各种要素价格指数等数据源于《全国农产品成本收益资料汇编》（1992-2018）、《中国统计年鉴》（1992～2018）、《中国农村统计年鉴》（1992～2018）。

四、参数估计与经济计量假设检验

（一）参数估计

采用Zellner（1962）提出似不相关回归法（Seemingly Unrelated Regression，下文简称SUR），先根据式（1）求偏导得到成本份额方程（2），再将式（1）和式（2）加入相应的随机干扰项组成联立方程组，隐含条件为各要素成本份额之和为1，因此剔除其他要素成本份额方程。选取1991～2017年南方9省稻谷单产及要素投入面板数据回归分析（见表1）。

由表1可知，大部分回归系数显著，各解释变量估计结果与理论预期相同。Breusch-PaganLM检验结果强烈拒绝无同期相关原假设，表明SUR比单一方程OLS回归更有效。从地区虚拟变量估计结果看，地区间稻谷生产成本水平差异显著，D2（福建）、D3（广东）、D4（广西）虚拟变量均达1%显著性水平，且符号为正，说明三省生产成本显著高于江西，1991～2017年，三省年均总成本分别为255.2、263.4、230.0元，而江西平均总成本只为198.0元。D1（安徽）和D8（浙江）虚拟变量不显著，安徽和浙江1991～2017年均总成本分别为190.1元和208.8元，和江西省相差不大，估计结果说明所选模型、变量及估计程序较准确反映南方稻谷生产现实。

表1 稻谷生产超越对数成本函数估计结果

（二）经济计量假设检验

1.三阶超越对数成本函数定义

由表2可知，模型6中若满足参数约束条件，则接受二阶超越对数成本函数定义，但结果显示似然比为72.66，通过1%显著性水平检验，因此拒绝原假设；模型2与模型3均通过1%显著性水平检验，表明方程满足齐次性和位似性假设。综上，本文构建三阶超越对数成本函数定义在统计上正确，估计结果可靠。

2.要素可分性

由表2可知，模型8～22除模型19外，显著性水平均达到1%，说明稻谷生产要素之间确实存在显著不可分性，不是仅仅单一作用于稻谷生产，而是存在交叉作用。事实上，符合稻谷生产特点；模型19似然比为1.94，P值为0.38，表明不拒绝劳动力和机械强可分的原假设，可认为劳动力和机械之间存在强可分性，说明两者之间存在替代关系。

3.技术进步和要素偏向

表2中模型4、模型5和模型7的检验结果均强烈拒绝原假设，表明稻谷生产存在技术进步，且为由价格诱导的有偏技术进步。

表2 稻谷生产的计量假设检验

五、实证结果分析

基于超越对数成本函数三阶形式的参数估计结果（见表1），根据式（4）和式（5）估计稻谷生产技术进步和要素偏向程度，式（6）估计要素替代弹性。

（一）技术进步

南方地区水热资源丰富，大部分省份适合双季稻种植。早籼稻一般于3月底4月初播种，7月上中旬收获，播种期因早春低温多雨导致种子不发芽及烂秧，非常不利于早籼稻高产；晚籼稻一般于7月上中旬播种，10月中下旬收获，生产前期植株养分吸收快但抽穗后易早衰，9月上旬还会受寒露风①指秋季冷空气侵入后引起显著降温使水稻减产的低温冷害。在中国南方，多发生在“寒露”节气，故名“寒露风”（又称“社风”）。影响，所以稻谷生产面临诸多技术问题，亟待提高育种、栽培技术。我国于20世纪90年代从日本引进早籼稻旱育秧栽培技术②原理是通过培育旺盛的根系，在秧苗栽插后快速缓苗，适合于早籼稻生产应用。，2001年引进水稻实地养分管理技术③指依据土壤养分有效供给量和目标产量确定施氮量，在关键生育期，根据叶色值确定施肥量。，印证中国稻谷生产在1991～2003年年均技术进步率为1.91%（见表3），但每公顷稻谷产量年均变化率只有0.20%，表明技术大幅度进步未带来单产大幅度提高，一方面因为信息不对称，如先进的农业技术中包含高品质种子培育，即较普通种子带来更高成本，加之宣传、政策不到位会导致对此了解不多的农民不敢轻易冒险；一方面是栽培管理条件较粗放，土地细碎化严重，规模效应不明显，均抑制稻谷增产潜力。2004～2017年，南方稻谷生产年均技术进步率为1.77%，表明技术进步对降低生产成本作用减弱，但每公顷稻谷产量年均变化率为1.1%，提升较大，原因在于自2004年国家强化财政支农政策，取消农业税，建立“四项补贴”制度，重视农田水利基础设施建设投入。以劳动力和机械关系为例，相较于不断上升的劳动力成本，这些优惠政策降低劳动力对机械的相对价格，随着机械加大投入和使用，节约了劳动力时间成本，而以机械化、农田基础设施改善等为代表的技术进步共同促进了稻谷单产提高。

在生产技术进步率方面，两个时间段内早籼稻均高于晚籼稻，其中1991～2003年高0.08个百分点，2004～2017年高0.05个百分点；在年均产量变化率方面，两个时间段早籼稻均高于晚籼稻，其中1991～2003年高0.28个百分点，2004～2017年高0.02个百分点。

表3 稻谷生产技术进步（%）

（二）要素偏向程度

1.劳动力投入偏向程度

劳动力投入偏向程度为负（见表4），表现为劳动力节约型技术进步，即随着稻谷生产技术进步，劳动力成本份额不断降低且早籼稻劳动力节约程度低于晚籼稻。

表4 稻谷要素偏向程度（%）

2.化肥投入偏向程度

化肥投入偏向程度为正，表现为化肥使用型技术进步，即随着稻谷生产技术进步，化肥成本份额随之增加且早籼稻化肥使用程度高于晚籼稻。

3.机械投入偏向程度

机械投入偏向程度为正，表现为机械使用型技术进步，即随着稻谷生产技术进步，机械成本份额随之增加且早籼稻机械使用程度高于晚籼稻。

4.农药投入偏向程度

农药投入偏向程度为正，表现为农药使用型技术进步，即随着稻谷生产技术进步，农药成本份额随之增加且早籼稻农药使用程度低于晚籼稻。

（三）各要素间替代弹性

1.劳动力和机械的替代弹性

劳动力和机械年均替代弹性为1.02，且大于1（见图2），表明二者之间替代关系显著。1991～2003年，替代弹性仅下降0.54%，由于劳动力对机械相对价格上升（见图3）导致机械对劳动力相对投入增加，使劳动力成本份额下降，机械成本份额上升（见表4），根据式（6）的复杂作用表现为替代弹性下降；但2004～2017年，替代弹性上升1.5%，可能由于劳动力对机械相对价格上升幅度增加，劳动力价格上升326%，而机械价格上升37.7%（见表5），劳动力对机械相对价格不断上升致使劳动投入从165.90工日/公顷降至81.90工日/公顷，下降50.6%；而同期，机械投入由307.80元/公顷升至1 469.70元/公顷，上升377%，劳动力成本份额降速放缓，机械成本份额增速提高，表现为替代弹性增加，意味着快速上升的劳动力成本和更高的机械化水平，使得当前机械对劳动力替代作用增强，农业机械使用和推广可有效缓解农村劳动力不足导致的劳动力结构性短缺（吴丽丽等，2015）。

图2 各要素间替代弹性

图3 各要素间相对价格

2.劳动力和化肥的替代弹性

劳动力和化肥的年均替代弹性为0.85（见图2），表明二者之间替代关系显著。1991～2003年，二者替代弹性上升6.9%，由于劳动力对化肥相对价格上升（见图3）导致化肥对劳动力相对投入增加，劳动力成本份额下降，化肥成本份额上升（见表4），根据式（6）复杂作用表现为替代弹性上升；2004～2017年，二者替代弹性上升5.6%，可能劳动力对化肥相对价格上升幅度增加，劳动力成本份额降速放缓，化肥成本份额增速提高，表现为替代弹性增加，意味着当前化肥对劳动力替代作用增强，由于劳动力转移带来非农收入，使劳动力转移农户在每公顷稻谷种植上投入更多化肥费用（陈素琼，2012），提升化肥利用率，但增强幅度减缓，这与施肥方式有关，适当增施化肥、使作物吸收足够养分，利于减少田间管理劳动投入，且少量多次或多量少次施肥方式对劳动投入影响差异较大（胡浩等，2015）。理性小农决策的首要目标是经济利益最大化，在劳动力与化肥相对价格持续攀升背景下，继续选择投入更多化肥替代劳动力投入，以最小成本实现最大产出。

3.劳动力和农药的替代弹性

劳动力和农药年均替代弹性为0.93（见图2），表明二者之间替代关系显著。由表5可知，1991～2003年，二者替代弹性下降2.3%，由于劳动力对农药相对价格上升（见图3）导致农药对劳动力相对投入增加，劳动力成本份额下降，农药成本份额上升（见表4），根据式（6）复杂作用表现为替代弹性下降；2004～2017年，二者替代弹性下降1.8%，劳动力对化肥相对价格上升幅度增加，劳动力成本份额降速放缓，但农药成本份额增速下降（见表4），不同于机械和化肥，表现为替代弹性继续下降。劳动力和农药替代弹性保持下降趋势，说明当前农药对劳动力替代作用减弱，一方面是国家更注重农业生产和生态安全，农业部发布《到2020年农药使用量零增长行动方案》，提出“农药零增长”目标，配套相应的政策控制农药施用；一方面是农业技术水平提高，绿色安全的生物农药得到开发利用，可作为化学农药替代品。

表5 稻谷生产要素投入和要素价格

4.化肥和机械的替代弹性

化肥和机械年均替代弹性为1.11，大于1（见图2），表明二者之间替代关系显著。1991～2003年，二者替代弹性下降4.3%；2004～2017年，二者替代弹性下降4.4%，随着化肥对机械相对价格下降，最终表现为替代弹性下降。值得注意的是，化肥对机械相对价格逐渐下降，并未出现机械投入增加替代化肥投入减少，使二者成本份额增速均提高（见表4），主要因化肥代表土地节约型技术，机械代表劳动节约型技术，一方面，劳动力价格相对于土地价格增长更快；另一方面，化肥替代土地作用十分有限，相比于传统粗放稻作，机械作业精细化和生产性服务专业化有效降低农户化肥过量施用程度（杨万江，2017），从而导致机械投入增长超过化肥投入。

六、结论及政策含义

（一）结论

研究表明，稻谷生产技术进步是由价格诱导的有偏技术进步，具体体现在劳动节约型、化肥使用型、机械使用型和农药使用型技术并存；要素相对价格变化引起稻谷生产要素结构发生变化，进而导致成本结构变化，影响要素间替代弹性变化；劳动力对机械相对价格上升，使机械对劳动力相对投入增加，降低劳动力成本份额的同时提高机械成本份额，表现为机械对劳动力替代作用愈来愈强，有效缓解劳动力结构性短缺问题；与机械类似，化肥对劳动力替代作用也愈来愈强，但要素本身具有价格特性使得化肥对土地替代作用有限，化肥和机械替代关系随之复杂化，其替代作用愈来愈弱。劳动力对农药相对价格上升，使农药对劳动力相对投入增加，降低劳动力成本份额的同时提高农药成本份额，但受政策影响，表现为农药对劳动力替代作用趋弱。