中国农业环境技术效率与污染减排成本分析

杨志海，王雅鹏（华中农业大学经济管理学院，湖北武汉430070）



中国农业环境技术效率与污染减排成本分析

杨志海，王雅鹏
（华中农业大学经济管理学院，湖北武汉430070）

王雅鹏，男，陕西户县人，教授，博士生导师，研究方向：农业经济理论与政策。

摘要：采用数据包络分析方法，利用方向性距离函数考察了2001－2010年期间中国农业环境技术效率，并评估了中国农业污染减排成本。研究发现，中国东部地区农业环境技术效率水平最高，西部次之，中部地区最低。在样本期间，各地区农业环境技术效率水平都有所提升，尤其是东部地区增长最快。中国农业污染减排成本巨大，严格的农业环境管制政策将造成94.52亿元的农业生产损失，占农业总产值的7.88%，且各地区减排成本在样本期内均呈增长趋势。此外，东部与中部地区减排成本高于西部地区，在三大地区内部，减排成本最高的均为农业大省。

关键词：农业面源污染；环境技术效率；减排成本；方向性距离函数

一、引 言

过去三十多年间，高投入、高消耗的农业生产方式造成了严重的环境污染。据第一次全国污染源普查公报，农业面源污染已成为继工业污染后的主要污染源。中国政府在20世纪90年代后期已全面启动农业面源污染治理工作，“十二五”规划明确提出农业化学需氧量（COD），总氮（TN）和总磷（TP）分别减排8%和10%的约束性目标。然而，农业生产至今依然表现出较粗放的特征，农业增长与资源、环境之间的矛盾越来越尖锐，已成为中国实现可持续发展所面临的严峻挑战［1］。在这种形势下，制定颁布农业环境规制法律法规细则，加强农业污染防治迫在眉睫。然而，严格的环境规制是以牺牲增长为代价的，在改善生态环境的同时，将对农业生产造成难以估计的损失［2］。至少从短期来看，面临环境规制，农业生产者将不得不削减那些能带来高产出但同时具有环境负外部性的要素，并投入资源控制污染排放，进而可能造成减产。因此，政策制定者面临的首要问题是对严格的农业环境规制政策成本的评估，合理评估农业环境政策执行可能造成的影响，对保持农业生产稳定增长，协调兼顾资源生态永续利用有重要意义。本文将在分析2001—2010年期间中国农业环境技术效率演变的基础上，评估中国农业面源污染减排成本，以期为政策制定提供参考。

目前，国内已有部分学者将农业面源污染纳入效率分析框架，考察农业生产的环境技术效率［3－4］。研究普遍发现中国农业环境技术效率具有较大提升空间，并且存在地区失衡问题，而加大农业环境规制力度以控制农业污染排放，提升农业生产环境技术已成共识。然而，对于环境规制政策对农业生产可能造成的影响，即农业污染减排成本，却甚少有文献提及。国外学者中，Färe等提出利用距离函数测算污染减排成本，并运用美国煤电厂数据进行分析［5］35－36；Liu与Sumaila则利用该方法对挪威水产养殖业的污染减排成本进行了估算，发现减排成本占总产值的6.5%［6］。国内相关研究大多集中在工业领域，对中国农业面源污染减排成本的研究呈现空白［2，7］。基于此，本文将运用方向性距离函数对中国30个省级区域2001－2010年期间的农业环境技术效率进行测算，进而评估农业污染减排成本，为下一阶段制定农业污染减排目标、制订减排政策提供现实依据。

二、理论框架与模型

本文将在测算两种不同假设下农业环境技术效率表现的基础上，评估环境政策的实施对农业生产可能造成的损失，即减排成本。如果未实施环境规制政策，生产者的排污行为将不受限制，那么生产者能将所有要素投入到“好”产品（农产品）的生产上，同时可以无成本的排放“坏”产品（面源污染）。换句话说，缺少环境规制时，生产者可以自由处置“坏”产品而无需承担任何成本（强可处置性假设）。然而，如果实施严格的环境规制，排污将受限制，生产者需要投入要素去减少“坏”产出，进而造成生产者的潜在“好”产出下降（弱可处置性假设）。

（一）环境技术

现实生产活动中，“好”产出往往伴随着“坏”产出，而传统的效率分析框架忽略了“坏”产出，将导致生产单元的真实效率水平被低估。因为如果生产单元面临环境规制或出于自愿而削减污染排放时，需投入额外成本，或为减少排放而相应降低“好”产出，这部分额外成本将被传统的效率估计方法计入投入项（或产出项），但减少“坏”产出所带来的正向外部效应却未被考虑。Fre等将这种同时考虑投入与“好”产出、“坏”产出的技术结构称之为环境技术［5］。在该框架下，我们假设某生产单元使用N种投入x＝（x1，x2，…，xN）∈RN＋，生产M种“好”产出y＝（y1，y2，…，yM）∈RM＋，和J种“坏”产出b＝（b1，b2，…，bJ）∈RJ＋，则环境技术可表示为：

该环境技术有以下特征［6］：

第一，“好”产出与投入要素满足强可处置性，即若（y，b）P （x），对于y＇≤y，可得出（y＇，b）P （x）；对于x＇≥x，可得出（y＇，b）P （x）P （x＇）。

第二，“好”产出与“坏”产出的零结合性，即只要存在“好”产出，就必然伴随“坏”产出，避免任何“坏”产出的唯一途径就是停止生产，可表示为若（y，b）P （x），且b＝0，则y＝0。

第三，“好”产出与“坏”产出的联合弱可处置性，即这两种产出能够同时、同比例的缩减，可表示为：若（y，b）P （x），0≤λ≤1，则（λy，λb）P （x）。

（二）方向性距离函数与减排成本

学者们最初使用距离函数将上述环境技术整合到传统效率分析框架，即用距离函数来处理“坏”产出问题。距离函数最早由Shephard提出，用以评估多投入、多产出生产单元的效率，即以最有效率的生产单元为前沿面，通过测度其余各生产单元到该前沿面的距离大小来确定效率［8］32－56。然而，距离函数在确定生产前沿时，只考虑“好”产出的增加，对于“坏”产出，则假定其不变。对政策制定者而言，更感兴趣的是如何在扩大“好”产出的同时，缩减“坏”产出。Chung等在距离函数的基础上发展出方向性距离函数，能够同时追求“好”产出的增加，与“坏”产出的减少［9］。方向性距离函数首先为“好”、“坏”产出构造出方向向量g＝（gy，－gb），用以约束“好”产出扩张以及“坏”产出缩减的方向与大小。方向性距离函数可表述为：

其中β是“好”产出沿着方向向量gy（“坏”产出沿着－gb）最大可能的扩张（缩减）程度。当β＝0时，表明该生产单元已无法扩张（缩减）“好”产出（“坏”产出），正处于生产前沿上，是最有效率的。β值越大，表明该生产单元可增加的“好”产出，以及可缩减的“坏”产出越大，那么效率越低。因而，环境技术效率（ETE）可以定义为：

上述方向性距离函数有多种求解方法，在非参数方法中，利用数据包络分析（DEA）求解的研究不断涌现。假定有K个生产单元，且“坏”产出满足强可处置性假设，那么生产单元的生产行为将不受环境规制，此时生产单元k＇的环境技术效率可以通过求解式（4）的线性规划问题得到。

式（4）中αk为强度变量，通过给各个生产单元赋权来构造有效生产前沿面。目标函数旨在求解各样本内的生产单元沿着给定的方向向量g＝（gy，－gb），在生产可能性集P （x）内可以实现的最大可能扩张（“好”产出）及缩减（“坏”产出）程度β。约束条件中的左侧为生产前沿值，右侧为某个生产单元k＇的观测值。第1、2两个限制条件是保证投入要素与“好”产出的强可处置性。对于“好”产出而言，其扩张将不会超过生产前沿。第3个限制条件则用来保证“坏”产出的强可处置性，生产者可以无成本的处置其“坏”产出，而不受环境规制，即前沿上的“坏”产出不低于样本缩减后的“坏”产出值。

若实施严格的环境政策，即在“坏”产出弱可处置性假设下，上述目标函数将表述为：

式（5）中的第3个限制条件用以约束“坏”产出的弱可处置性，即生产者在严格的环境规制条件下，不能无成本的排放污染等“坏”产出，减少“坏”产出将以损失“好”产出为代价。显然，在“坏”产出面临弱可处置性约束时，生产者的“好”产出能够扩张的最大程度βk＇R将低于“坏”产出受到强可处置性约束时的最大扩张程度βk＇U。Fre等将这部分最大可能扩张的“好”产出之间的差值定义为减排成本（PAC），也可以将其看作生产者受到环境规制时的机会成本［5］，具体形式可表述为：

图1展示了生产者的排污面临强可处置性和弱可处置性下的方向性距离函数。Oy2BCO代表的是未受环境规制时的生产技术，OABCO表示的是生产者受到环境规制时的生产技术。A点与B点位于生产前沿上，是有效的生产单元。其它位于生产可能性区域内部的生产单元则存在效率损失，但它们可以沿着（gy，－gb）的方向，扩张其“好”产出y同时削减其“坏”产出b以达到有效。以K点为例，在“坏”产出强可处置下，即未受环境规制时，该生产者能够沿着（gy，－gb）同时增加“好”产出与减少“坏”产出，移动至生产前沿上的K2点；在“坏”产出弱可处置时，也就是受到环境规制时，生产者K能沿着方向向量（gy，－gb）投影至前沿OABCO上的K1点。K2K与K1K分别是未规制与规制时，生产单元K由于效率损失而造成的潜在产出损失。而y2与y1则分别是两种情况下的最大潜在“好”产出。因而，减排成本PAC就是y2与y1之间的差额，即“好”产出的潜在损失。

图1　“坏”产出的强可处置性与弱可处置性下的方向性距离函数与减排成本示意图

三、数据处理和实证分析

（一）数据处理

本文以中国30个省级区域2001－2010年农业投入产出数据为研究样本，结合已有文献研究成果，主要选取土地、劳动力、资本与农业中间投入数量四个变量作为投入指标。其中，农业资本存量采用永续盘存法进行测算［10］。对于“好”产出，本文以各省广义农业总产值表示；对于“坏”产出，以“十二五”规划中提出的农业污染减排的3项指标，COD、TN与TP排放量表示。关于农业面源污染排放量的测算，国内学者已建立能够适用于大尺度区域的测量方法，即基于单元分析的非点源污染调查评估法［3－4，11］。本文依据单元调查评估法，结合全国第一次污染普查公布的《污染源普查农业源系数手册》中污染排放参数进行相应调整，对各省农田化肥、畜禽养殖、农田固体废弃物以及农村生活四种非点源污染进行测算。此外，本文所采用的农业中间投入与农业总产值数据均以2001年为基期进行了价格平减。由于缺少港、澳、台以及西藏地区数据，故未将其包含在本研究内。文章数据来源于《中国统计年鉴》与《中国农村统计年鉴》。

表1　“十五”与“十一五”期间中国农业面源污染排放强度与变化情况（吨/亿元）

表1报告了中国农业面源污染排放强度及变化情况。可以发现，“十一五”期间中国农业COD、TN以及TP排放强度均明显低于“十五”期间，但地区间农业面源污染排放强度的变化率存在差距，其中东部地区的年均下降率最高，中部次之，西部最低。此外，地区间农业污染排放强度同样存在差距。东部地区农业COD排放强度最低，中部次之，西部最高；东部地区农业TN排放明显低于其他地区，不过中部地区的TN排放强度在“十五”期间高于西部，但在“十一五”期间已略低于西部；农业TP排放强度方面，东部地区在“十五”期间最高，但“十一五”期间，其排放强度已低于中、西部地区。从以上分析可知，前期一系列农业环境治理措施已取得一定成效，农业生产环境及生产技术有所提高，但减排压力依然巨大。地区差异表明，东部地区在样本期内农业环境政策的执行较其他地区更为严格，农业生产环境技术的提高也相对较快。

（二）环境技术效率

利用数据包络分析方法（DEA）与方向性距离函数，测算了2001－2010年期间中国30个省和直辖市农业技术效率（TE），以及考虑“坏”产出即农业面源污染排放框架下，未实施严格环境政策的环境技术效率（ETEU）和实施严格环境政策下的环境技术效率（ETER），结果见表2。

表2　各地区农业技术效率及考虑TOD、TN与TP排放下的环境技术效率

由表2可知，在忽略污染排放情况下，2001－2010年间中国农业技术效率（TE）平均值为0.845，在考虑了污染排放而未实施严格的环境政策情况下，环境技术效率（ETEU）显著高于忽略污染时的技术效率（TE）。这说明传统效率分析方法低估了中国农业环境技术效率水平。从表1可知，样本期内中国农业生产面源污染排放强度呈下降趋势，而传统的效率分析框架则忽略了“坏”产出的减少，无法反映出如果未投入资源以减少污染排放时，中国农业能够实现更多的“好”产出这一情景。此外，相对于ETEU，如果实施严格的环境政策，农业环境技术效率（ETER）平均值更高。ETER与ETEU之间的差距说明严格的环境政策对农业生产具有较大影响。

考虑到样本期间内，中国并未对农业生产实施严格的环境政策，在此主要讨论ETEU的变化，以反映真实情况下中国农业环境技术效率的演变。由表2可知，相对于“十五”期间，不同地区的ETEU均存在一定程度的提升。说明近年来中国农业生产环境技术水平在不断提升，农业生产资源利用效率的提高，在一定程度上缓解了污染排放的加剧。尤其是东部地区，尽管在“十五”期间的效率均值要低于中、西部地区，但在“十一五”期间，则超过中部、西部地区。这与东部地区率先优化产业结构，推进农业生产方式转型有较大关系。中部地区的ETEU一直处于三大地区的末位，这与中部地区大多数省份为农业大省有关。这些传统农业大省所取得的农业成就在很大程度上是以牺牲环境为代价。西部地区虽然技术水平可能不如中部地区，但资源匮乏反而使得该地区节约要素投入，且利用程度较高，因而带来的污染程度低于中部。各地区的技术效率TE以及实施严格环境政策下的效率ETER也表现出了与ETEU类似的变化趋势。

（三）减排成本

通过测算ETER与ETEU，得到中国各省和直辖市在不同环境政策下最大可能的“好”产出，进而得出因严格的环境政策而损失的“好”产出，即减排成本。考虑到中国各省和直辖市农业总量不同，同时计算了各省市减排成本占其农业总产值的比重，以便对比分析。进一步汇总计算出全国及东中西部地区的平均值。具体结果见表3（由于版面原因，各省和直辖市数据略去）

表3　各地区农业污染减排成本及其占农业产值比重

由表3可知，2001－2010年间，中国农业面源污染的平均减排成本为94.52亿元，占农业总产值的7.88%。这说明如果现阶段实施严格的农业环境规制政策，中国农业生产将遭受巨大损失。有学者研究得出，严格的环境规制将造成中国工业生产力损失2.16%［2］。这说明相对于工业污染，农业污染的减排成本更高，环境政策的实施将更加困难。中国农业生产的家庭小规模分散经营特征使得农业环境规制政策实施难度巨大，同时也带来农业面源污染治理技术推广难度高、技术更新速度慢等问题，进而制约着农业生产环境技术提升。农业生产肩负着国家粮食安全重任，生产与减排之间的权衡使得农业生产污染控制直至近年才真正受到重视。从减排成本绝对额来看，如果实施严格的农业环境政策，中部地区平均成本最高。这一结果与中部地区大多数省份是农业大省有关，减排成本很大程度上取决于农业生产环境技术水平，技术水平越高，生产者越能利用较少的要素投入获得较高产出，同时排放更少污染。显然，西部地区经济发展落后，农业生产环境技术水平相应最低，是造成该地区农业污染减排成本相对比重最高的主要原因。

从各省情况看，发现在东部地区中，山东省的减排成本最高，达到444.33亿元，占其农业总产值的13.23%；减排成本最低的是海南省，为2.93亿元，仅占其农业总产值的0.84%。中部地区中，河南省的减排成本最高，达到247.08亿元，占其总产值的9.47%；湖南省的减排损失比重最高，占12.24%，其减排成本为214.80亿元；比重最低的是吉林省，为4.51%。西部地区中，减排成本最高的省份是四川省，达234.61亿元，广西与青海的减排成本比重也较高，分别占11.85%和11.48%，陕西省的比重最低，为3.93%。不难发现，农业污染减排成本及其比重高的省份大多是农业主产省。这再次说明农业大省并非一定是农业强省，尤其是在考虑污染减排成本以后，传统农业大省重“量”、不重“效”的问题将更加突出。严格的环境规制，将给这些省份带来较高的生产成本负担，这些农业大省将不得不投入大量资源以控制污染排放，最终导致农业生产在短期内发生大幅波动。因而，环境规制政策渐进实施与农业生产方式加速转型相结合，是中国协调农业生产与环境保护更加合理的选择。地区间的差异则说明环境政策的实施不能“一刀切”，需考虑到各地农业生产的承受能力，实施有针对性的、程度不同的环境规制政策。

从农业污染减排成本变化可知，全国以及分地区减排成本绝对额均有一定程度上升，但其占农业总产值的比重却在下降。减排成本绝对额增长的主要原因在于，样本期间内农业生产激励政策的实施使得农业产出取得较快增长，但是以大规模要素投入、较大环境污染损失为代价换得。减排成本比重的下降则与政府近年来对农业污染治理的重视程度不断提升有关，减量化生产技术以及“两型”农业生产方式的推广在一定程度上提高了农业生产环境技术，缓解了农业面源污染恶化趋势。具体到各个省份和直辖市，减排成本及其比重的变化则呈现出一定差异。其中，减排成本与比重均大幅度下降的省市主要集中在东部地区，有北京、上海、江苏、浙江和福建，另外还有中部地区的山西、安徽和湖北省，西部地区的陕西省。减排成本与比重增长较高的省市主要有广东、广西和重庆三个地区。尽管总体而言，中国农业增长速度要超过污染排放增长速度，农业环境技术有所提升，但农业污染减排成本绝对额的上升趋势，说明协调农业生产与环境保护的难度正在加大，出台农业环境规制政策的必要性和紧迫性更加突出。

四、结论与启示

农业生产不可避免的伴随着污染排放，农业增长与资源环境间日益尖锐的矛盾，使得实施严格的农业环境规制政策，减少农业污染排放迫在眉睫。本文利用方向性距离函数测算了2001－2010年期间中国30个省和直辖市的环境技术效率，并通过测算污染排放强可处置性和弱可处置性假设下环境技术效率的变化，评估了中国农业污染减排成本，主要结论如下：

第一，中国农业生产环境技术效率要显著高于传统的技术效率，这说明中国农业生产技术效率被低估了。从区域差异看，东部地区的农业环境技术效率水平最高，西部次之，中部地区最低。从时间趋势看，样本期间中国农业环境技术效率有所提升。其中，东部地区提升幅度最大。因而，中、西部地区应加强对东部地区农业环境技术以及农业污染治理政策的学习。特别是中部地区，作为中国农业生产重要基地，肩负着国家粮食安全重任，粗放型的农业生产方式尤其需要改变。

第二，中国农业污染治理面临巨大成本负担，现阶段实施严格的农业环境规制政策将给农业生产带来巨大损失。平均而言，中国农业面源污染减排成本为94.52亿元，占农业生产总值的7.88%。各地区内部减排成本最高的均为农业大省。分别为东部地区的山东省，中部地区的河南省，以及西部地区的四川省。治理农业面源污染的难度在逐渐加大，各地区减排成本在样本期内均存在一定程度增长。尽管农业环境政策的实施迫在眉睫，但考虑到其可能造成的巨大减产风险，中国难以在现阶段实施严格的农业环境规制政策。不同地区、不同省份减排成本的巨大差异，表明农业环境政策的制定与实施须因地制宜，要充分考虑到各地对环境规制的承受能力存在差距。

参考文献：

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（责任编辑：张爱婷）

【统计理论与方法】

Environmentally Technical Efficiency and Pollution Abatement Cost in China＇s Agriculture Sector

YANG Zhi－hai，WANG Ya－peng
（College of Economics ＆Management，Huazhong Agricultural University，Wuhan 430070，China）

Abstract：A reasonable evaluation of the costs of reducing agricultural non－point source pollution is the fundament of implementing agricultural environmental policies.Based on the method of data envelopment analysis，this paper uses directional distance function to study the environmentally technical efficiency of China＇s agricultural sector between 2001and 2010.Further，we evaluate the pollution abatement costs （PAC）in Chinese agriculture sector.The results indicate that the environmentally technical efficiency of the east is higher than that of the central and western region，while central China has the lowest efficiency.Besides，the environmentally technical efficiency has experienced an increase in each region especially in the east，during the sampled period.Furthermore，the PAC in China＇s agriculture sector is enormous，since the strict environmental regulation could cause a loss of 9.452billion Yuan to the agricultural production，accounting for 7.88%of the gross output value of agriculture.The PAC of the eastern and central region is higher than that of the west，and the highest costs of pollution abatement are all found in major agriculture－producing provinces in each region.

Key words：agriculture－based non－point source pollution；environmentally technical efficiency；pollution abatement cost；directional distance function

基金项目：国家自然科学基金青年项目《粮食主产区土地用途管制的耕地保护绩效与政策优化研究——基于农户分化的视角》（71303243）；国家社会科学基金重点项目《新型城镇化背景下农村劳动力外流对粮食生产的影响机理及对策研究》（13AGL004）

收稿日期：2014－12－18；修复日期：2015－03－02

文章编号：1007－3116（2015）07－0071－06

文献标志码：A

中图分类号：F323.22∶X52

作者简介：杨志海，男，湖北随州人，博士生，研究方向：农业经济理论与政策，粮食安全保护与资源环境可持续