粮食主产区土地确权背景下：化肥、农药与粮食产量均衡关系研究——以河南为例*

李建平

(郑州航空工业管理学院航空经济发展协同创新中心，河南郑州 450015)

0 引言

近几年随着国家高标准粮田建设实施和推行，土壤生态系统的重要性日益得到社会的认可。土壤生态系统的好坏关系到我国粮食生产的可持续性。化肥和农药的超量施用是造成土壤生态衰减主要因素[1]。当前农业的生产暂时离不开化肥、农药以及植物生长激素等石油农业生产要素，这些要素使得我国粮食产量实现了连续多年的增长，但产量却呈现出剧烈波动的态势[2]。随着人口数量的增加和土地数量的减少，粮食产量的波动增加了未来粮食是否能满足需求的担忧[3]。粮食的生产在于“土”，土壤生态系统的好坏影响到粮食长期产量的稳定性以及产量的多少。

当前，国内外学者对于粮食产量与土壤生态关系研究可以分为以下几个方面：一是关于粮食生产与石油农业生产要素之间的研究。如苏世燕[4]等从化肥施用量对粮食产量的影响角度分析科学合理施肥的重要性，Selim Adem Hatirli、Burhan Ozkan[5]从能量的输入和输出的角度研究土耳其粮食产量时，发现当化肥、种子转化成能量的输入增加时，而由粮食转化成的能量输出减少，同时给土耳其的环境带来很大环境污染。二是粮食产量与有机肥关系研究。宇万太[6]等从研究施肥制度发现，化肥和循环农家肥配合有利于农作物适应不同气候和稳定粮食高产； Epule Terence、Christopher Robin Bryant[7]在研究非洲耕地产出时，发现单纯施用无机肥料，粮食的产量达到一定数量之后无法再增长，只施用有机肥是有利于生态环境的保护，但对粮食的产量增加作用有限，必须是化肥和有机肥共同施用才能增加粮食的产量； 三是有机肥与土壤生态的关系研究。李文东、鲁明中[8]等人认为土壤施用有机肥有助于改善土壤生态环境，使土壤生态系统更稳定； 四是粮食产量与农药之间的研究。白云涛，林巧文[9]运用灰色关联分析法，通过对河北省粮食总产量的影响因素分析发现农药的使用量与粮食的总产量密切相关； 蔡书凯、李靖[10]通过对安徽水稻主产区调研，发现农户为了增加水稻的产量，会多使用农药； 但农户家庭收入结构、健康意识对农药的使用量有影响； Sabine Andert，Jana Bürger[11]使用(STI)方法研究了德国北部4个农场的农药使用情况，发现农场在追求产量使用农药的同时，影响农药使用强度的因素还有天气、农业和生产特征，但农业管理部门是主要影响因素； Nave，Stéfanie，Florence Jacquet[12]在研究欧盟国家的农药使用情况时，发现欧盟近30年的农药使用量几乎没有下降，通过对法国的农民使用农药的调查发现，合作社组织里的农民在种植粮食等农作物时，接受环保意识的农民农药使用量相对较少。五是粮食产量与耕作模式的关系研究。邹聪明、胡小东、张云兰[13]研究不同保护性耕作模式下旱地土壤水分动态变化、水分利用效率、作物产量和经济效应，从粮食产量等经济效益来看，垄作+秸秆覆盖+地膜覆盖耕作模式综合效益最佳； 马力、杨林章、沈明星[14]通过研究江苏太湖地区的稻麦轮作地区土壤中的氮含量，发现氮含量是影响小麦产量不稳定主要因素，但却是维持水稻产量稳定性主要因素，并且随着时间有稳定性提高的趋势。

土壤的生态关系到粮食生产的可持续性，权利的明确有利于投资者长远考虑。因此土地的确权有可能影响到农民对土地的生态投资，但是目前国内关于这方面的研究相对较少，主要有黄季焜、冀县卿[15]，郜亮亮[16]，马贤磊[17]朱民[18]，姚洋[19]等人。这些研究主要是通过对某一区域进行调查问卷的方式，研究土地确权对土壤的有机肥投入影响，发现土地确权有助于农民增加有机肥的投入。

以上研究主要是依据案例分析进行的研究，地域性较强，不具有可推广性。在当前粮食大省仍在广泛使用化肥、农药的背景下，强烈的环境保护氛围中是否一定得大量减少化肥、农药的施用量，同时这一举措是否影响粮食的产量，以及高标准粮田的建设能否在土地确权制度实施中得到实现，这些问题以及相关问题的解决变得相对复杂。这是因为随着土地确权明确和法律制度上的认可，土地确权对土地的投资影响有可能是不确定的，这主要是农民对土地的确权的理解是复杂的，这既和当地政府部门的宣传力度有关，也和农民自身内在素质有关[20]。在农业补贴和粮食产量直接挂钩政策下，土地确权未必使得农民朝着和土壤生态有关的长远回报目标进行投资。基于此，文章选取粮食大省河南1990—2015年的统计数据，研究土地确权政策对农民施用化肥、农药数量影响，以及化肥、农药与粮食产量长期均衡关系，同时探讨分析化肥和农药之间相互影响问题，并提出在土地确权的新形势下如何保护土壤的生态系统，完善粮食补贴制度等政策建议。

1 理论模型、指标数据与研究方法

1.1 理论模型

Thistlethwaite和Campbell于1960年正式提出断点回归以来，经过Goldberger和Rubin等人的努力，证明了断点回归模型在经济管理以及社会科学领域了具有重要的应用前景。该方法可用于政策实施前后效果对比分析。其基本思想是：断点两侧的样本点符合局部随机分布。则可以认为断点回归是内部有效性实验，在某些意义上可视作断点回归为局部随机实验。该模型可用于研究某一因素(或某一政策的实施)是否是导致因变量产生跳跃变化原因。

Yi=α+β1(Xi-C)+δDi+γi(Xi-C)Di+β2(Xi-C)2+γi(Xi-C)2Di+εi(C-h

(1)

在式(1)中，变量(Xi-C)为Xi的标准化，使得(Xi-C)的断点为0。引入互动项γi(Xi-C)Di是为了允许在断点两侧的回归线斜率可以不同。断点X=C处，个体得到处理的概率从0跳跃为1。对断点回归模型通常选用最优带宽和三角核进行估计。在该模型中也要对影响断点其他因素进行检验，这些因素称之为协变量。另外，假设剩余因素在断点前后稳定不变。

1.2 指标数据

1.2.1 数据来源说明

河南省作为粮食主产区，所生产的粮食占全国粮食总产量的1/4，是我国的第二个产粮大省[21]。因此河南粮食的产量影响着国内粮食的供应。与此同时河南的土壤生态存在严重的问题， 18个地级市都有化肥施用量普遍超量问题[22]。基于上述两方面原因分析，该文选取河南省作为研究对象。

影响土壤生态的因素有多种原因，限于数据可得性，选取1990—2015年度《中国农业统计年鉴》《河南省统计年鉴》中的农村一栏中的化肥、农药、小麦产量数据，其中化肥采用的是折纯量数据，另外，选取有可能影响施用化肥和农药可得因素，包括农民从业人数、农用设备动力以及灌溉面积。在对结果分析过程中，部分数据来源于《河南省统计年鉴》。

1.2.2 样本数据基本特征

由《河南省统计年鉴》可知，河南省小麦产量从1990年的16.309亿kg到2015年的35.01亿kg，化肥的折纯量施用量从2.131 8亿kg到2015年的7.160 9亿kg，农药的施用量从1990年的331万kg到2015年的1 287万kg。这些数字反映出河南省的粮食产量和化肥、农药的施用量整体呈现出向上增加的相同趋势。

在影响化肥、农药施用量的因素中，农业就业人数相对增加不是太多，这有可能是1990—2015年期间农村新增就业人口外出打工，农用设备数量增幅从1990年的22.640 0亿kW增加到2015年的117.101 0亿kW，农用设备增加相对较多改变了传统施肥和喷洒农药的作业方式节约劳动力。灌溉面积从1990年的693.32万hm2增加到2015年786.60万hm2，相对来说增幅不大，这点主要和河南气候特点属于半干旱地区有关，并且干旱呈加速趋势[22]，水资源的缺乏导致无更多的水可供浇灌。

图1 河南省小麦产量、农药施用量、化肥施用量

1.3 研究思路与方法

土地权利的确立通常会促使农户考虑土地长远的回报进而注重土壤生态的维护，但在粮食产量决定农民主要收入以及粮食产量与财政补贴挂钩的背景下，对粮食产量的追求有可能不注重土壤的生态修复，也就是说土地确权可能没有使得农户对土地回报有长远考虑。因此，影响土壤生态的化肥、农药与粮食产量之间是否存在长期均衡关系，将会影响到土地确权对土壤生态修复的促进效应。基于上述分析文章首先采用断点回归模型测度土地确权对化肥和农药的施用量是否产生影响进行分析，在此基础上进行单位根的检验，接着进行协整模型的要求检验，在满足以上条件后，运用协整模型分析粮食产量与化肥、农药之间的长期均衡关系； 接着运用冲击响应方法分析化肥和农药单位施用量的变化对粮食产量的冲击。最后根据实证结果给出相关建议。

2 结果与分析

2.1 土地确权政策对农户施用化肥、农药数量影响效度检验

河南土地确权试点时间是2013年开始，基本完成确权证的颁发是在2017年年底。河南省与粮食相关政策，如粮食补贴政策和农资综合补贴等政策改革的时间点是在2004年左右， 2013年河南省除了土地确权这一个政策之外，其他相关政策没有颁布。因此可以把2013年作为政策断点，符合断点回归模型对政策因素的要求。同时为了排除政策外其他因素(该文选取的是农业从业人数、农用设备动力、灌溉面积)造成的化肥和农药施用量在2013年的突变效应，也需要对其他因素进行检验排除。因此基于上述分析，本文采用断点回归模型(Sharpe RDD)，选用最优带宽和三角核估计检验，估计土地确权政策对农民施用化肥和农药的影响，同时也对其他因素，即协变量(农业从业人数、农用设备动力、灌溉面积)的条件密度进行检验，判断是否也对化肥和农药的施用也产生影响。

这里用we表示小麦产量，fe表示化肥折纯量，me表示农药施用量，irr表示灌溉面积，equ表示农业设备动力，farmer表示农业从业人数。根据显著性水平Z值小于0.5判断结果是否显著成立，如果小于0.5说明土地确权政策没有对化肥折纯量和农药施用量在2013年产生跳跃效应。

表1 采用最优带宽、三角核方法估计化肥施用量的断点回归结果

表2 采用最优带宽、三角核方法估计农药施用量的断点回归结果

由以上检验结果可知，化肥和农药的施用量的Z值的绝对值都大于0.5。这说明土地确权政策没有对化肥和农药的施用量产生跳跃现象，也就是没有使得化肥和农药的施用量产生突变影响。

农田灌溉面积、农业从业人数和农用设备动力的多少对化肥和农药施用量也有可能产生影响，一般来说农田灌溉面积越大越施用化肥数量越多，同样农业从业人数越多也有利于人工施肥，农用设备总动力也有同样的效用。这些因素都对农药和化肥产生正向影响。由上述因素分析可知， 2013年前后这些因素都存在持续性符合断点回归要求。下面对这些因素在2013年前后对化肥、农药施用量是否会产生影响进行检验，结果如下表：

表3 协变量对农药施用量影响的条件密度检验

表4 协变量对化肥施用量影响的条件密度检验

由上面检验结果可知，协变量的Z值都不显著。这说明协变量在2013年，没有使得化肥和农药的施用量产生跳跃现象，也就是没有使得化肥、农药的施用量发生变化。这也说明了土地确权政策和农田灌溉面积、农业从业人数和农用设备动力都没有对化肥、农药的施用量在2013年前后产生影响。

2.2 粮食产量和化肥、农药的施用量长期均衡关系验证

由协整理论可知单个因素在相对较长的时间内可能是非稳定序列，而多个因素之间可能存在长期稳定的关系。河南省小麦的产量从1990—2002年之间存在产量波动现象，但从2003—2015年则连续递增，而化肥除个别年份外整体是递增趋势，农药基本是整体递增，其中变动年份的数量多于化肥变动年份，由以上分析3个因素之间基本呈现共同增长趋势。那么这些要素彼此之间是不是存在理论上的长期均衡关系。基于这样一种思想采用协整理论研究。

2.2.1 数据平稳性检验

为了消除时间序列数据波动性和避免异方差的出现，对粮食产量、化肥折纯量、农药采用取对数。同时对数据进行平稳性检验，为防止伪回归该文采用ADF对粮食产量、化肥折纯量、农药的数据进行单位根的检验验证数据的平稳性。检验结果3个变量存在一阶差分为平稳序列，也就是3个变量之间存在同阶单整稳定性。这样3个变量存在协整的可能性。

表5 变量原值和差分值平稳性检验

C表示检验平稳性适合含有截距项； T表示检验数据平稳性时含有趋势项； L表示检验数据平稳性时含有滞后项的最大值。

2.2.2 协整检验

由协整理论可知，当变量之间存在同阶稳定稳定性时。那么变量之间有可能存在协整关系，即长期均衡关系。由于变量的个数多于2个故采用Johansen 协整检验方法。检验结果如表6。

表6 协整方程迹检验

由检验结果可知lnwe,lnfe，lnme存在一个协整关系，标准化协整表达式如下：

dwe=0.3881dme+0.5748dfe+el； el为误差修正项。

由上述协整方程的检验可知，河南省的小麦的产量与化肥施用量以及农药的施用量之间存在长期依赖关系，其中小麦的产量依赖化肥的施用量为0.578 4，相对比农药施用量依赖程度0.388 1来说程度更大。这个结论也和河南的小麦产量增加、化肥和农药同时增加的这个现象相吻合。

2.2.3 单位化肥施用量、农药施用量对小麦的产量动态影响分析(冲击响应)

上述的协整模型表示小麦产量与化肥、农药之间存在长期均衡关系，为了研究小麦产量和化肥、农药施用量之间的短期动态关系，可建立VAR模型并进一步采用脉冲响应研究化肥、农药的一个单位标准的变化对小麦产量的当前值和未来值的冲击影响。以及化肥折纯量与农药施用量之间的短期冲击变化影响。

图2横坐标轴表示冲击响应的时间(单位：年)，竖坐标轴表示对小麦影响变化，图2曲线表示冲击响应函数。

图2 单位化肥施用量对小麦产量的冲击响应 图3 单位农药施用量对小麦产量的冲击响应

图4 农药对单位化肥施用量的冲击响应

表7 变量小麦(lnwe)方差分解

由图2中可以看出，当本期化肥施用量增加一个单位后，小麦产量在很短时期内快速增加，在2期达到最高点，之后小麦的产量急速减缓到3期，之后对产量影响逐渐趋缓下降，并且影响时间较长。这说明化肥施用量会给小麦产量带来同向的冲击，在前1—2年内对小麦的产量产生拉动作用，之后拉动作用减弱。从这个结果可以看出河南省的小麦产量维持或者增产目前还需依赖化肥，由于化肥施用量对小麦的产量影响持续时间较长，那么可以减少化肥的施用量。目前测土配方是一种有针对性的好方法，因为小麦在生长过程中对化肥中的氮磷钾等元素吸收的数量不完全相同，虽然从整体上化肥对小麦产量的影响持续较长，但个别元素影响时间可能较短，测土配方施肥既可以减少化肥施用量又可以避免部分元素过度施用。

由图3可以看出当农药增加一个单位的施用量时，小麦的产量从1期开始呈快速增长趋势，很短时间内达到最高值，之后对小麦产量的影响快速递减，在第4年时影响为负值，之后逐步减少直至在到第5.5年为0。这表明农药对小麦产量的影响跟农药对病虫害的防治效果是相关的，一般情况下由于受天气等因素的影响，农药只对当年或当期的病虫害有较好的效果，之后防治效果衰减较快，减弱的程度也较大。另外，只有在小麦生长期间遇到虫害时才使用，施用的频率较少，对小麦的影响时间不如化肥的影响时间长。由图4可以看出，当增加一个单位化肥施用量后，农药施用量并不会马上增加而是在2年达到较高点之后呈线性下降，在第3年下降到最低值然后呈线性增加，在4年达到峰值，之后趋势基本处于逐步下降的状态。这表明化肥中的个别元素在过量施用后，不能被小麦马上吸收，不能被农作物吸收的元素又造成土壤的酸化，土壤的酸化增加了小麦的病虫害，进而增加了农药的施用量。根据洪传春[23]等人的研究，当给农田施用酸性肥料会增加纹枯病的发生率。可见大量施用化肥增加了土壤的酸性，因土壤的酸性增加了小麦相关病情又导致农药施用量。相反的使用有机肥则相对较好些，根据熊桂林、陈怀谷[24]的研究当给麦田施用稻秸秆、草木灰和钾肥时可以减轻小麦的纹枯病的发生率，其中稻秸秆还田的效果最好； 同时李文东、鲁明中[8]等的研究同样发现生态肥产投比不仅仅高于化肥，同时可以减少病虫害，进而减少农药的使用量。

2.2.4 方差分解

方差分解的思想是将系统中的内生变量随机信息分解为结构内生变量冲击的各期方差的线性组合，通过计算不同方差占各内生变量总方差的比例来衡量各方差随机信息对内生变量的影响重要程度。从表7可以看出，随着预测期的延长，小麦对自身产量的变动影响仍是主导，化肥对小麦产量的预测波动的贡献率逐渐变小，而农药贡献率却逐渐增大。从时间趋势来看，第8期之后都趋于稳定。

3 结论、讨论与建议

从土地确权历史进程中看，农村农户使用的化肥、农药等石油农业的生产要素数量并没有随着土地确权明朗性而减少，反而是呈上升趋势。这其中跟石油农业的生产要素在农业生产环节中所起到的作用有关。一般来说有机肥主要来源于家畜的饲养和农作物秸秆，这中间过程需要花费大量的劳动力； 同时有机肥施用效果对粮食的产量短期效应不明显，而粮食作物生长周期性和化肥、农药的短期效应重合，在国家粮食价格补贴政策激励下，粮食产量的高低决定了补贴数量的多少； 以上两种效应的叠加有可能使农户追求短期经济回报而不是注重土壤生态系统的维护。因此土地确权政策应和农民收入结合才能有利于土壤生态的保护。

值得讨论的是，影响化肥和农药施用量的不仅仅是土地确权政策和粮食补贴这些因素。在外出务工获得收入高于单纯从事农业获得收入的时候，生产要素的替代性也是化肥、农药施用量超标的原因之一。另外，除了小麦还有秋季农作物的播种和管理也会施用化肥和农药，这些化肥、农药在土壤中的残留过长的特性会对下一年小麦的生产产生影响。游远航等人研究表明六六六农药需要20年才能分解95%、DDT农药需要30年才能分解95%[25]； 宋海风、刘应宗针对黄淮海地区因前期化肥、农药过量研究得出黄淮海地区投入化肥的无效要高于南方地区和东部地区[26]。这样由上文中的农药和化肥中间短期动态影响可知，秋季施用的化肥对冬季播种的小麦也会产生病虫害的影响。

河南省地处于中西部地区，相对于沿海和东部地区第二产业、第三产业发展滞后。农民从事农业生产仍是主要收入来源。化肥、农药等要素仍是获得粮食高产的主要因素，如何权衡土壤生态保护和农民收入是关系到农业可持续发展的重要环节，鉴于此提出以下建议。

(1)土地权利和生态保护义务相结合。土地的确权对于农民来说，有利于从法律的角度保护农民的合法权益，合法经营自己的土地。与此同时土地本身作为公共资源，同时又具有多重经济属性，农民有义务保护土地的生态功能，而不能仅仅追求土地经济价值的回报。因此，在明确土地的权利同时，应要求对土地承担相应的保护义务。

(2)加强种养结合方面的政策激励。目前种养分离，传统的农户自己土地和自己饲养牲畜保证了有机肥的供应。在当前以养殖为专业的情况下，有机肥重要来源牲畜的粪便不仅仅没成为有机肥反而成为面源污染成因之一。通过政策激励措施把养殖户和种植户较好结合起来，这既关系到土壤生态问题，也关系到面源污染问题。

(3)改变传统农业的补贴方式

中西部地区二、三产业相对于东部和沿海地区滞后，科技教育也相对落后，农村居民相对谋生技能较弱，在政府农粮补贴的政策激励下，粮食的产量成为获得补贴数量多少的唯一渠道。这一补贴政策有可能是加剧面源污染的因素之一。在目前石油农业生产要素相对于有机肥料和农药效率较高的情况下，发展可持续农业和有机农业不能仅仅停留在生产要素的供给角度去解决问题，还应该转化农业补贴的方式，由补贴粮食的产量转向补贴有机粮食或者土壤有机质和粮食产量相结合的补贴方式。

(4)科技与经济政策相结合

科技帮农、富农必须要和农业经济政策、财政政策相结合。不能单独依靠科技一支力量发展可持续农业； 否则有可能因农业经济政策和财政政策使得农业科技成果效用降低。另外，科技上研发肥料和农药必须有助于土壤生态系统的维护或尽量减少对土地生态系统的破坏。