农村经济发展与化肥使用量的库兹涅茨曲线假说及验证

巩前文 田志宏

农村经济发展与化肥使用量的库兹涅茨曲线假说及验证

巩前文 田志宏

文章主要研究农村经济发展与化肥使用量之间的关系,提出两者之间的库兹涅茨曲线假说。通过构建农户选择行为模型,从理论上对两者存在库兹涅茨曲线关系给出微观解释。在此基础上,采用1978—2008年的时间序列数据进行了实证检验,结果表明:农村经济发展与化肥使用量之间存在库兹涅茨曲线关系,转折点发生在农村人均农业总产值为547.67元(1978年不变价)的时点,即与国家统计局统计数据比较,转折点发生在2008年。

农村经济发展;化肥使用量;库兹涅次曲线;假说;验证

20世纪80年代后,我国化肥使用量剧增。2008年我国年化肥使用量①本文在涉及化肥总量时用“使用”,在涉及单位面积化肥利用状况时用“施用”,两者仅是表述习惯的需要,在涵义上没有本质的差别。达5 239万吨,占全球使用总量的1/3,居世界第一位;耕地平均施肥336.0千克/公顷,远远超过发达国家所规定的225.0千克/公顷的标准上线。农业生产中化肥高投入是把“双刃剑”,有可能会提高农作物单产水平②已有文献报道,我国化肥增施出现增产作用的下降(见文献[3]),但限于研究者使用数据的区域性差异,为了稳妥,本文中表述为“增施化肥有可能提高单位面积产量”。,但同时也给环境带来严重压力,是造成农业面源污染的重要因素。在过去30年里,化肥的大量使用是我国农业生产力提升的关键因素[1-2]。从单位播种面积化肥施用量来看,从1978年58.5千克/公顷到2008年的336.0千克/公顷,虽然不同年份增长速度差异较大(2006年单位播种面积化肥施用量较上年增长18.0千克/公顷,而1999年仅比前一年增长1.5千克/公顷),但始终保持着持续增长的态势。那么,单位播种面积的化肥施用量是否会一直伴随农村经济的发展而增长呢?从农业生产基本经济理论来看,生产要素的投入必然会呈现出边际报酬递减规律。由此来看,单位播面化肥的持续性增长是违背基本经济理论的;尤其是随着农村社会经济的发展,农户对科学生产的关注和安全生产③“安全生产”是指经济上的安全和生态上的安全,全文同。的需求不断提高,单位播种面积化肥施用量也很难继续保持增长。显然,应该关注的问题是随着农村经济的发展,化肥单位播种面积施用量是否会出现转折点;如果出现转折点,那么会出现在何时,相应的农村经济发展的阈值多大;如何从政策上解读该转折点。这些问题正是本文中致力于分析的主要问题。

美国著名作物育种专家、诺贝尔奖获得者No rm an E.Bo rlaug指出,20世纪全世界农作物产量增加的一半得益于化肥的使用。化肥的使用对农业经济的贡献得到国内外学者的认同,并给予高度关注,相关的研究文献也较多。我国对化肥使用经济学问题的研究始于20世纪90年代中期,大多从农业生产要素投入产出的角度展开。黄季焜等[4]认为,化肥对我国用占全世界7%的耕地解决占全世界22%人口的温饱问题,起到了关键性的作用;近期比较典型的相关研究还有张利庠等[5]、王祖力和肖海峰等[6]围绕化肥施用对粮食增产影响的研究。进入21世纪,随着生态环境日益受到重视,学者们逐渐意识到大量施用化肥是把双刃剑,在带来粮食增产的同时,也给生态环境带来压力,即是造成农业面源污染的重要因素。因此,化肥施用与面源污染之间的关系成为近几年研究的主流方向[7-10]。从已有文献来看,对化肥经济学问题的关注仍未离开化肥对农村经济社会发展的作用与影响,包括促进粮食增收、造成面源污染等问题。较少有学者从农村经济社会发展对化肥使用量影响的角度展开研究。国内外有所涉及农村社会经济发展对化肥使用量影响的研究主要集中在以下三个方面:一是在研究农户施肥量决策影响因素时间接考虑到农村经济发展因素[11-15];二是研究经济落后地区农户化肥施用不足的问题时考虑到经济发展的因素,包括政府财政补贴、政策贷款等促进农户增加施肥量的政策因素[16-18];三是基于经济的发展,从食品安全、环境保护和贸易绿色壁垒的视角出发,国内外都希望食用农产品的种植尽量减少化肥、农药和杀虫剂的使用。如国外一些国家已经通过开征化肥、农药和杀虫剂税来减少这些化学药品的使用[19-21]。可见,国内外虽然关于化肥的经济学研究文献较多,也产生了很多重要的影响,但是直接从农村经济发展与农户化肥施用量关系的视角展开研究仍然是个全新的领域,这也是本研究所面临的机会与挑战。

一、农村经济发展与化肥使用量的库兹涅茨曲线:一个微观解释

依据马斯洛需求层次理论,人在满足生理上的需要以后,随着经济的发展,收入水平的提高,会增加对安全方面的需要,对于农户来说,在经济收入的低级阶段,对增加化肥投入来提高粮食产量以满足家庭消费需求的愿望很高,甚至完全忽视增施化肥对环境带来的负面影响。但是,随着农村经济的发展,农户收入水平的提高,农户在满足基本生活需求的基础上会逐步关注生活质量的提高,包括优美的环境、安全的食品等等。这样,农户会重新考虑化肥施用量,即从农户自身来说,为了追求生活质量的提高,愿意承受减少化肥施用量所带来的生产减产损失。与此同时,随着农村经济的发展,农户更有可能采用农业新技术,如精准施肥技术,进而控制乃至减少化肥施用量。可见,农村经济的发展通过农户对安全需求的增加以及新技术的使用等可以传导到化肥使用量决策上。为了理论解释的方便,本文中只考虑随着农村经济的发展,农户对环境服务需求的增加,并假定环境服务是农户经济收入水平提高时决定生活质量的最为重要的因素,而环境服务的增加是通过减少化肥使用量和增加治污支出决定的。同时,假定农户生活质量的提高(优美的环境和安全的食品)是一种奢侈品,即农户对生活质量提高需求的收入弹性大于1。这意味着,随着农村经济的发展,农户收入水平的提高,用增施化肥所获取的收入换取生活质量提高的意愿水平就会随之上升。以下通过构建农户选择行为模型来讨论农村经济发展与化肥使用量的库兹涅茨假说。

假定农户是理性经济人,只考虑一期选择过程,而且农户的偏好取决于化肥施用带来的农作物增产水平和环境提供的服务,因此,农户的效用函数可表示为

式中:UR>0,URR<0,US>0及USS<0。同时,为了分析的方便,假定效用函数具有可加可分性,即USR=URS=0。

假定环境质量是一种重要的生产性投入要素,事实也是如此,于是生产函数可表述为化肥使用引致的污染P和要素F的函数:

式中:F表示包含土地、资本和劳动力要素在内的投入束,YF>0,YP<0,且由化肥使用造成污染的边际损失递增(YPP<0),污染水平的变化不影响要素的生产率(YFP=0)。此外,假定环境提供的服务S是污染水平的函数:

以及P取决于化肥施用带来的农作物增产水平R①此处假定农作物增产水平越高,化肥的投入越多,对环境造成的损害越大,且是一对一的;因此,不同的农作物增产水平代表不同的化肥投入数量(成本)。和治理污染费用支出A:

式中:SP<0,SPP<0,PR>0,PRR>0,PA<0,PAA>0,PRA=0。

为简化分析,只考虑农户将所有农业种植业收入②此处农业种植业收入指农户经营种植业的年总产出(未扣除成本)。用于支付化肥施用带来的农作物增产水平R和治理污染费用支出A,因此有,A=Y-R。由此,农户面临一个由支付化肥施用带来的农作物增产水平R和环境提供的服务S定义的生产可能性边界:

对R求导:

在生产不受污染水平影响的情况下,环境服务与化肥施用带来的农作物增产水平R之间的边际转换率为

这意味着生产可能性边界是凹的:

由于A=Y-R,所以,YPPA-1表示每增加1单位治污支出对化肥施用带来的农作物增产水平P的影响。只要每增加1单位额外的收入用于治污的净效应为负(YPPA-1<0),在环境服务与化肥施用带来的农作物增产水平R之间就存在一个权衡。通过治污而对环境的任何改善都意味着化肥施用带来的农作物增产水平的下降。当每增加1单位额外的收入用于治污的净效应为负(1-YPPA=0)时,生产可能性边界的斜率就趋近于无穷,因此,减少治污支出会在不提高化肥施用带来的农作物增产水平R的情况下使环境质量下降。由于我们假定环境服务是一种奢侈品,这会对农户的偏好施加一些额外的限制。在经济收入低于某一临界值时,随着经济的增长,农户用环境的舒适性换取化肥施用带来的农作物增产水平R的意愿水平会下降。这与农村经济发展与化肥使用量的“倒U型”假说相一致:在经济处于较低水平时,农户对化肥施用带来的农作物增产水平R需求上升,而对环境服务需求下降;在经济处于较高水平时,农户对化肥施用带来的农作物增产水平R需求下降,而对环境服务需求上升。

二、经验证据:数据、方法和分析

(一)指标选取

1.单位播种面积化肥施用量(f)

考虑化肥使用量的变化,从使用总量上考虑意义不大,这是因为:①总量不能反映农户化肥施用水平,如1999年我国农作物总播种面积156 373千公顷,而1985年我国农作物总播种面积仅143 626千公顷,两者相差12 747千公顷,可见,化肥使用总量上升可能不是农户单位面积化肥施用量增加的结果;因此,采用单位播种面积化肥施用量更能反映农户化肥施用水平。②使用化肥施用总量容易忽略我国东、中、西部地区化肥施用量不平衡的现状。我国东、中部地区化肥施用量要高于西部,尤其西部欠发达地区化肥施用量很低。因此,使用化肥使用总量会高估该地区农户单位面积化肥施用水平,而且,使用单位播种面积化肥施用量能够在西部化肥施用总量突然增加时削弱其对全国农户平均化肥施用水平的影响。由于本文是基于农户层面上的研究,故选择“单位播面化肥施用量”指标。

2.农村人均农业(种植业)总产值(y)

反映农村经济发展的指标较多,如农业人均GDP、农民收入、农民生活质量指数等。化肥作为重要的农业生产资料主要用于农业种植业,而对于我国分散经营的小农户来说,农业种植业很重要的功能是家庭食品供给保障,商品化率很低,尤其是粮食产品。因此,农户在农业生产决策中会在农产品产量和生活质量之间进行权衡;所以,农户施肥量决策会主要受农业种植业产出水平影响。因此,使用农村人均农业(种植业)总产值来表示农村经济发展水平具有重要的现实意义。

(二)模型构造

一般来说,反映“倒U型”曲线的基本函数有二次函数型[22]和三次函数型[23],对这些模型进行检验,选取拟合效果较好的回归方程作为分析依据。

模型 Ⅰ:f=β0+β1y+β2y2+β3y3+ε

模型 Ⅱ:f=β0+β1y+β2y2+ε

式中:f表示种植业单位播种面积化肥施用量;y表示农村人口人均农业种植业总产值,代表农村经济发展水平;ε为随机扰动项。

(三)数据来源及说明

样本数据为1978—2008年共31个年度时间序列数据,模型检验数据“农村人均农业总产值”和“单位播种面积化肥施用量”为笔者根据年鉴数据计算所得,详见表1。

表1 1978—2008年我国农村经济的发展与化肥使用量

农村经济发展与化肥使用量之间关系散点图,见图1。可以看出,到2008年为止,随着农村经济发展,单位播种面积化肥施用量持续增加,但是增长速度明显变缓,尤其是从2006年开始,增长幅度很小,曲线表现为平缓。如果农村经济发展与化肥使用量之间存在“倒U型”关系,那么边际量递减是逼近顶点的表征。

图1 农村经济发展与化肥使用量之间的关系

(四)实证检验及分析

由于采用时间序列数据进行分析,所以首先考察了数据的平稳性问题,通过应用ADF检验方法,结果表明所有变量其数据的水平值在10%的显著性水平上都是平稳的,因此,不必进行差分处理,可直接利用基准模型进行估计。

选用SPSS13.0软件,采用OLS估计方法对模型进行估计,结果见表2。可以看出,模型I和模型Ⅱ都通过了显著性检验,但是模型Ⅱ显著优于模型Ⅰ,因为模型I中加入三次项后显著降低了二次项系数的显著性(模型Ⅱ中二次项系数在1%水平上显著,而模型Ⅰ中二次项在10%水平上显著)。根据模型Ⅱ的实证结果,可得到库兹涅茨曲线方程:

表2 模型估计结果

依据经验方程模拟出的农村经济发展与化肥使用量之间的库兹涅茨曲线,见图2。

从图2可以看出,单位面积化肥施用量在经过拐点后逐渐下降,但下降速度明显低于上升速度,这与农户实际行为习惯相符合。由经验判断,农户农业生产中的要素投入也满足经济学上的“黏性原理”。从经验方程推算出,“倒U型”曲线拐点出现的临界值为农村人均农业总产值为547.67元(以1978年不变价格计算)。从官方公布的数据来看,我国2008年农村人均农业总产值为549.97元(以1978年不变价格计算),这意味着,“倒U型”曲线的拐点将出现在2008年。理论上在2008年出现拐点并不突然:从统计数据来看,自2006年以来,我国单位播种面积化肥施用量增长速度明显减缓,2006年为17.3千克/公顷,2008年下降为2.4千克/公顷,这为拐点的出现奠定了重要基础;从现实来看,近些年国家采取了一系列重要措施,防止农户过量施用化肥,提高化肥使用效率,减轻因过量施用化肥而造成的面源污染。重要的措施主要体现在以下2个方面:

图2 农村经济发展与化肥使用量的库兹涅茨曲线

(1)国家大力推进测土配方施肥技术。到2009年年底,国家实施测土配方项目已5年。测土配方施肥项目已扩大到2 498个项目县(场、单位),基本覆盖了我国所有县级区域,实现了由局部试点向全面推进的重大转变。据农业部统计,与农民习惯施肥相比,测土配方施肥的粮食作物一般增产6%～10%,亩均减少施肥3千克(折纯)以上。2005年到2008年全国累计减少不合理施肥160万吨(折纯)[24]。

(2)国家推进“无公害食品行动”,“绿色”农产品生产面积显著扩大。为了全面提高我国农产品质量安全水平和市场竞争力,从2002年开始,在全国范围内全面推进“无公害食品行动计划”。经过几年的努力,我国无公害农产品认证“全国一盘棋”的工作格局基本形成,正式步入了“统一标准、统一标志、统一认证、统一管理、统一监督”的发展轨道。截至2007年底,全国共认定无公害农产品种植业产地26 276个,占全国耕地总面积(按1.3亿公顷计算)的24%①数据来源:三农在线(http:∥www.gd rh.agri.gov.cn/Sites/M ainSite/Detail.aspx?StructID=2438)。另据黑龙江省统计局统计,2008年全省A级绿色食品播种面积为322.6万公顷,比2002年增长92.2倍,占农作物播种面积比重由2002年时的0.4%增加到29.4%②数据来源:新华网(http:∥ccn.mofcom.gov.cn/sw xw/show.php?eid=31211)。

三、结论与政策启示

(一)结论

(1)我国农村经济发展与化肥使用量之间具有显著的“倒U型”关系。通过构建农户选择行为模型,从微观上对农村经济发展与化肥使用量之间的“倒U型”关系进行了解释。在此基础上,通过1978—2008年全国共31个时间序列数据实证检验也支撑两者呈现显著的“倒U型”关系。

(2)从经验分析结果来看,我国目前正处在转折点上。从经验模型结果推断出,单位播种面积化肥施用量的转折点发生在农村人均农业总产值为547.67元的时点,但这并不意味着只要农村人均农业总产值超过547.67元,随着经济的进一步增长,单位播种面积化肥施用量就一定会自动下降。这是因为:一是农村经济发展对单位播种面积化肥施用量的影响是通过政策响应(po licy response)来实现的,即在政策上配合农户对环境消费需求的上升;二是既定形式的库兹涅茨曲线反映特定时期的经济、政治和技术条件,但它不是一成不变的,而是有一个动态变化的过程,如果施肥技术发展变缓或者经济环境出现恶化,完全有可能在比预期更高的农村经济发展水平上实现单位播种面积化肥施用量的下降,即推迟转折点的出现。

(3)经过拐点后,单位播种面积施用量下降速度明显慢于上升速度。从模拟结果来看,经过拐点后,单位播种面积化肥施用量开始逐步下降,但是下降速度会明显慢于时上升的速度。这意味着在没有新的投入品完全替代化肥的情形下,单位播种面积化肥施用量的下降不会像上升阶段那么明显,甚至有可能出现个别年份的波动,但并不与长期呈现下降趋势相违背。

(二)政策启示

(1)利用各种媒体在农村广为宣传过量施用化肥的危害,提高农民的主观认识。施肥的主体是农民,从理论上来说,农民对过量施用化肥造成危害的认识程度直接关系到其在环境服务需求与增加化肥投入带来农业产出增加的需求之间的选择。目前,由于农民对科学施肥的认识不够,盲目施用化肥、过量施用化肥现象十分普遍。氮肥的实际利用率一般仅为30%左右,因此,通过各种媒体在农村广泛宣传过量施用化肥造成的危害,具有较大的政策效应空间。

(2)从政策上鼓励农民采用施肥新技术。笔者在对江汉平原农户调查时发现,农户不注重深耕施肥,粗放地搞“大水大肥”,影响了化肥的使用效率。因此,短期内要加大测土配方施肥技术推广力度,扩大测土配方施肥面积,尤其要关注发展非常迅速的设施农业种植,其过量施用化肥现象尤为突出。山东省化肥半年内投入3 000～4 500千克/公顷的现象非常普遍,有的甚至更多,远远超过了蔬菜的实际吸收量[25]。

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The Kuznets Curves’Hypothesisand Va lida tion of the Correla tion between Rura l Econom ic G row th and Chem ica l Fer tilizersCon sum p tion

GongQ ianwen Tian Zhihong

The paper exp lo res the relationship between ruraleconom ic grow th and chem ical fertilizers consum p tion,and the KuznetsCures’hypothesis is described in the relation between them.W ith building the farm ers’behavior selectionmodel,the paperp resents them icrocosm ic exp lanation on the Kuznets curvesand validated itbased on the serialdata between 1978 and 2008 in China.The resu lt suggests that there is a KuznetsCure curviliner relationship between rural econom ic grow th and chem ical fertilizers consump tion,w ith the turning pointhappenson the specific tim e point that the average agricu ltural ou tput is547.67 yuan(in constan tp ricesof 1978),com paringw ith the statistical data,it can be found that2008 is the turning point.

Rural econom ic grow th;Chem ical fertilizers consump tion;Kuznets curve;Hypothesis;Validation

2010-09-06

本文得到国家自然科学基金项目“石油价格变动对我国农业的影响研究”(编号:70873126)和“中国农业大学基本科研业务费研究生科研创新专项资助”的资助。

巩前文,中国农业大学经济管理学院博士生,天津市农村经济与区域研究所助理研究员,主要研究方向:农业经济管理;

田志宏,中国农业大学经济管理学院教授,博士生导师,本文通讯作者,主要研究方向:农业经济管理,邮编:100083。

(责任编辑:常 英)