农业公共投资对农业生态效率与粮食安全影响研究

陈 红，刘 鹏

(东北林业大学 经济管理学院，哈尔滨 150000)

1 引言

近年来中国粮食总产量不断增长，伴随农膜、农药、化肥等投入增加，农业生态环境也在逐渐恶化，严重制约农业可持续发展。粮食安全和农业生态环境保护都是农业可持续发展的重要部分。习总书记在多个场合强调：“确保重要农产品特别是粮食供给，是实施乡村振兴战略的首要任务”。在保障粮食安全的同时，积极推动农业农村生态环境保护更是推动乡村振兴的关键。

农业生态效率是农业可持续发展能力的一个重要指标[1]，是衡量农业经济与资源环境协调发展的重要指标[2]，其作为农业生态环境情况的反映，得到诸多学者认可，如王宝义等、侯孟阳等对农业生态效率进行测度并据此对农业生态环境状况进行研究[3-4]。面对新冠疫情全球蔓延、农业生产成本攀升、国内外农产品价格倒挂等中国农业发展面临的复杂情况，保障国内粮食有效供对于社会稳定有重要意义。但长期以来，中国农业采用粗放经营的方式，使农业生态环境不断恶化，粮食安全的可持续发展存在着诸多困难。如何协调农业生态环境保护和粮食安全，是中国农业发展必须解决的关键问题。

就中国粮食安全与农业生态环境保护研究来看，多数研究认识到粮食安全与农业生态环境保护的重要作用，且认同在保障粮食安全同时应重视农业生态环境保护。如付恭华等、罗海平等都对农业生态环境对粮食安全的重要作用有着一致认识[5-6]。但这些研究只将农业生态环境与粮食安全间的关系作为一种前提或政策建议为其研究进行服务，较少有研究对农业生态环境保护和粮食安全之间的关系进行深入分析和量化研究，难以更精准的揭示两者关系。

农业公共投资是农业生态环境保护和粮食安全的重要保障。就现有研究来看，农业公共投资对于粮食安全的保障得到了较多关注，如汪小勤等、张学昌就农业公共投资对农业生产及粮食安全的重要作用进行了探讨[7-8]。但现有研究较少就农业公共投资对农业生态环境的影响进行分析，更少有研究同时考虑农业公共投资对农业生态效率和粮食安全的影响，难以有效发挥农业公共投资保障粮食安全及推动农业生态环境改善从而促进农业可持续发展的重要作用。

对现有研究梳理后，本文首先就农业生态环境保护与粮食安全关系进行探讨，而后利用非期望产出SBM-DEA模型测度农业生态效率以反映中国农业生态环境情况，并利用差分GMM模型对现阶段中国农业生态效率与粮食安全之间关系进行分析，然后构建联立方程模型具体分析农业生态效率与粮食安全之间的影响机制，以及不同农业公共投资对两者的驱动机制，为中国农业可持续发展提供对策建议。相对现有研究而言，本研究做了以下贡献：①率先以量化研究方式对农业生态环境保护与粮食安全关系进行探讨。②同时考虑农业公共投资对于农业生态效率以及粮食安全的影响。

2 农业生态效率与粮食安全关系研究

2.1 农业生态环境保护与粮食安全关系探讨

粮食安全是指保证任何人在任何时候都能得到为了生存和健康所需要的足够食物。本研究的粮食安全问题侧重于粮食数量安全，结合展进涛等的研究选用人均粮食占有量来反映粮食安全情况[9]。

为保障粮食安全，中国长期采取的高投入、高产出模式对环境造成严重破坏。某种程度上，农业生态环境保护与粮食安全间存在矛盾。然而生态环境优化、生产率增长是提升粮食安全保障程度的重要途径之一[10]。通过改善农业生态环境，能够减少农业生产资源的流失，提高农业产出，从这方面来看，推动农业生态环境保护为农业生产提供良好的环境支持从而提高粮食产量又是可以相互协调的。

2.2 农业生态效率测度

subjecttox0=Xλ+S-

S-≥0,Sg≥0,Sb≥0

(1)

②农业生态效率投入产出指标体系：农业生态效率是指在一定的农业投入要素组合下，以尽可能小的资源消耗和环境污染，得到尽可能多的农业产出，是农业生态环境情况的重要反映。本文结合王宝义等的研究，构建投入—产出指标体系，见下表。本文参考李宁的做法将第一产业从业人员作为农林牧渔业从业人员的替代指标[12]。参考吴小庆的做法估算农业面源污染水平[13]。排放系数参考王宝义的研究。

表1 农业生态效率投入—产出指标体系

表2 2010—2019年全国农业生态效率均值

③农业生态效率测度与分析：本文以DEA．SOLVER PRO5.0为农业生态效率测度平台。以中国省级行政区为研究对象，其中台湾、香港、澳门因数据缺失未纳入研究范围，其中基础数据源于《中国统计年鉴》《中国农村统计年鉴》。Coelli等认为，规模报酬可变假设适用于微观的研究对象，由于本文研究对象较为宏观，为此本文选择规模报酬不变模型进行效率测度[14]。且参考现有研究将2010—2019年31个省份作为共 310个决策单元进行测度，以测算各决策单元的农业生态效率。

从农业生态效率的测度情况来看，整体上效率均值不断提高，反映出中国农业生态环境不断改善，但尚未达到前沿面，有较大的改进空间，需要采取各种措施进一步对农业生态环境进行改善。从各省市(区)情况来看，2010—2019年农业生态绩效均值排在前五的省市(区)是上海、北京、江苏、西藏、广东，其中除西藏外其余省市都为中国经济发展较迅速地区。经济发达地区农业生态效率较高的原因可能是因其先进的农业科学技术应用和农业管理模式提升了农业产出，同时其较普遍的环保观念和先进的环保技术以及较为丰富的资金也为当地农业生态环境保护提供了支撑。西藏地区农业生态效率同样较高，可能是其严酷的生态环境限制了农业的发展，使得当地农业对生态环境的影响较小，且由于当地民众对自然的敬畏，以及国家对青藏高原这一类生态脆弱地区的严格环保政策使其农业生态环境受到影响较小。

2.3 农业生态效率和粮食安全的因果关系检验

①中国粮食安全情况：本文选用人均粮食占有量(即粮食总产量与年末人口数量的比值)这一指标来反映粮食安全情况。相对于粮食总产量而言，这一指标更能显示出各省市粮食产量与其人口之间的关系。根据《中国统计年鉴》统计数据整体来看2010—2019年中国人均粮食占有量整体呈现上升趋势，反映出中国粮食安全得到了较为充足的保障。从不同地区来看，黑龙江、吉林、内蒙古在2010—2019年间人均粮食占有量最高，海南、青海、福建、浙江、广东等地区人均粮食占有量较低。

②因果关系检验模型：在对农业生态效率和粮食安全之间的因果关系进行分析之时内生性等问题会对研究的准确性产生干扰，为此，本文借鉴 Arellano的分析方法[15]，使用差分GMM方法来对农业生态效率和粮食安全之间的因果关系进行估计，本文所设计的检验模型如下：

(2)

(3)

其中，TE为上文测度获得的农业生态效率；GS为粮食安全状况以上文整理获得的人均粮食占有量表征，i为省市，t则为时间。为了充分利用农业生态效率和粮食安全因果关系分析中被解释变量滞后值的所有信息，参考Holtzeakin的研究[16]，本文在估计方程时分别就1期、2期、3期滞后都进行了分析，其中农业生态效率和粮食安全滞后2期和3期的参数都不显著，为此本文的系统模型设定滞后1期的影响。同时为了让研究更为准确，本文还就相关结果进行了进一步的检验。

(3)检验结果：本文利用stata软件采取差分GMM估计了方程(2)和(3)，结果见表4。由表4可知，对于TE方程，粮食安全这一变量在10%的显著水平上通过了检验；而对于GS方程，农业生态效率同样在10%的显著性水平通过检验。此外，方程wald统计量都小于0.01，表明两者间存在双向因果关系。在二阶自相关检验中两个方程P值分别为0.98及0.58，Sargan检验的P值分别为0.29及0.18，为此无法拒绝原假设。由此可知，检验方法和结果可靠。

表4 农业生态效率与粮食安全因果关系检验结果

3 农业公共投资对农业生态效率和粮食安全的影响分析

3.1 联立方程模型

根据上文的分析可以知道农业生态效率与粮食安全间存在着相互作用，其互为因果。农业公共投资是推动我国农业可持续发展的重要支撑，其对于农业生态环境保护及粮食安全同样会产生重要的影响，为了更好地了解农业公共投资对两者产生的作用，且考虑两者间的双向因果，本文使用联立方程模型进行分析。由于中国公共投资的主要主体是政府，且考虑到数据的可得性，本文所研究的农业公共投资为政府农业公共投资。本文参考汪小勤等的做法选择农田水利灌溉(SL)和农村电力投资(DL)作为基础设施投资的重要反映，这主要是由于这类公共投资在农村基础设施投资中占主导地位。除了农村基础设施外，农民的教育水平、科技发展对农业生产、粮食安全及农业生态环境保护也会产生影响，因此农村教育投资(EDU)和科研投资(R&D)也是农业公共投资中需要重要考虑的部分。本文建立方程模型如下：

为了更好识别方程，本文在TE方程中增加了地区工业化水平(GY)因素，在GS方程中增加了农业机械密度(JX)因素，为了减少地区灾害及其他因素影响，在方程模型设计之时本文增加了农业受灾率(DR)变量和地区虚拟变量(Dummy)。在就农业公共投资对农业生态效率及粮食安全影响的分析中，参考现有研究，使用 Zellner 提出的三阶段最小二乘法[17]。

3.2 变量设置及数据来源

根据现有研究以及数据的可获得性，本文确定变量如下：①农业生态效率(TE)为上文测度所得效率值；粮食安全(GS)则利用上文整理所得人均粮食占有量为替代变量。②农田水利灌溉(SL)和电力消费投资(DL)则参考汪小勤等做法用农田有效灌溉面积和农村生产用电量来替代。③农村教育投资(EDU)本文以乡村非文盲人口占15岁以上人口比重来反映，该比重由1减去《中国人口与就业统计年鉴》中所展示的乡村文盲人口占15岁以上人口比重所得。④科研投资(R&D)对农业发展有着重要意义，但是农业发展不仅依靠农业科研投入，其他行业科研发展对农业同样会产生重要影响，且考虑到数据可得性，本文以各地区研究与试验发展(R&D)经费投入强度这一指标反映科研投资。⑤地区工业化水平(GY)本文以工业增加值占地区生产总值的比重来反映。⑥农业机械密度(JX)本文以农业机械总动力与农作物总播种面积的比值来反映。⑦农业受灾率(DR)本文以农作物受灾面积占农作物总播种面积的比重来反映。⑧在地区变量(Dummy)的设置上，根据现有行政区划和农业地理区位及农业生态特征将各省市划分为八个地区。相关基础数据来自各年度《中国统计年鉴》《中国农村统计年鉴》《中国科技统计年鉴》《中国人口与就业统计年鉴》。

3.3 研究结果分析

本文利用stata软件对上述模型(4)和(5)进行运算，运算后结果见表5。根据模型(4)的估计，粮食安全在1%的显著性水平上对农业生态效率显现出负向影响，这反映出中国现阶段依靠土地、水等自然资源投入和化肥农药等化学要素投入的高耗能型粮食安全保障方式会对生态环境产生不利影响，从而使得农业生态效率降低；农村电力投资在5%的显著性水平对农业生态效率产生正向影响，农业教育投资、科研投资均在1%的显著水平对农业生态效率产生影响，其中农村电力投资的提升有利于减少农业生产中油气资源的使用，从而降低了农业生态环境中的碳排放，而农业教育投资提升了农业从业人员的文化水平和环保意识使得农业从业人员在农业生产中减少了相关污染的排放，科研投资推动了各方面技术的发展，其中也包括农业清洁生产相关的技术，减少了农业生产对环境的影响。地区工业水平在1%的显著水平对农业生态效率表现出负向影响，表明中国工业发展对农业生态环境仍存在不良影响；农业受灾率在1%的显著水平上对农业生态效率表现出负向影响，这主要是由于农业受自然环境制约较大。对比农业公共投资对于农业生态效率的影响系数，其中科研投资的系数远大于其余公共投资，表明了科技发展对于农业生态环境改善的重要意义。

表5 农业公共投资对农业生态效率和粮食安全影响的估计结果

根据模型(5)的估计，农业生态效率的系数在5%的显著水平通过了检验，且其系数为正，这反映出农业生态效率的提升能够在一定程度上促进粮食安全的保障，这是因为随着农业生态效率的提升，农业生态环境得到改善，粮食生产将有更好的自然环境，其产出也将有所增加。在农业公共投资中，农田水利灌溉在1%的显著水平通过了检验，农村教育投资在10%的显著水平通过了检验，且其系数为正，反映出农田水利及农村教育水平提升对于保障粮食安全有着积极的作用。科研投资在1%的显著水平通过了检验，其系数为负，一般而言科技发展会提高农业生产率从而保障粮食安全，但是中国科研投资强度较大的地区多为经济发达地区，如北京、天津、上海，这些地区在较雄厚的经济实力支持下对科研方面有较大投入，对地区农业发展会产生较为积极的影响，但是这些地区由于经济发展迅速，城镇化水平较高，农业生产用地减少而人口迅速增多从而其人均粮食占有量较低，为此造成了科研投入强度与粮食安全之间的不匹配。农业机械密度在1%的显著水平通过了检验，其系数为负，其原因同样可能是由于农业机械密度投入较大的地区经济发达而农业用地少却人口众多。地区虚拟变量在1%的水平通过了检验，显示出地理位置是导致粮食安全保障程度存在地区差异的因素之一。

4 结论与政策建议

农业生态环境保护及粮食安全保障是中国农业可持续发展的重要内容，农业公共投资对农业生态环境保护及粮食安全保障有重要影响。基于现有研究本文首先就农业生态效率与粮食安全之间的关系进行理论研究和定量分析，在理论分析的基础上利用2010—2019年中国省级面板数据，基于SBM-DEA方法测度了各省市农业生态效率，结果发现中国农业生态效率均值不断提高，但尚未达到前沿面，有较大改进空间，且不同省市间农业生态效率差距较大。随后本文利用动态面板差分GMM方法对两者间关系进行了严格检验，发现中国农业生态效率与粮食安全之间存在双向因果关系。基于此，本文通过构建联立方程，以探讨农业公共投资对于农业生态效率及粮食安全的影响。研究发现，不同类型的农业公共投资对农业生态效率和粮食安全的影响不同，农田水利灌溉对粮食安全有显著正向影响，电力消费投资对农业生态效率有显著的正向影响，农村教育投资对于农业生态效率以及粮食安全都有显著的正向影响，科研投资对于农业生态效率有显著正向影响，但对于粮食安全有显著的负向影响。在对农业公共投资、地区工业化水平、机械投入密度、受灾率和地区因素进行控制后，粮食安全对农业生态效率有显著负向影响，而农业生态效率与粮食安全有显著正向影响。

基于本文的研究结果，对农业可持续发展提出一些政策建议。首先，中国农业生态效率仍有改进空间，必须进一步加强农业生态环境建设，加强推进化肥农药负增长、推动农业面源污染问题解决，打赢农业面源污染攻坚战不仅能营造良好的农业生态环境，也能够发挥良好生态对于粮食安全的保障作用，推动农业生态环境改善和粮食安全保障并行以实现农业可持续发展。此外，不同的农业公共投资对于农业生态效率以及粮食安全有着不同的影响，因此农业公共投资应当结合地区现实设计投资方案，对于农业生态脆弱地区应当首先考虑农业生态环境保护，通过提高电气化水平减少油气资源使用对环境的影响，而在粮食产量不足地区则应当通过扩大水利工程建设投资提升地区农业产出，同时重视农村教育投资，为农村可持续发展提供人才支撑。科技对于农业发展有重要意义，要积极推动科技创新作用，推动良种优种培育，积极促进现代生态农业技术的推广和应用，同时要推动科技创新成果跨区域推广和应用，充分发挥科技创新对于农业生态环境保护和粮食安全的促进作用。