农产品质量安全生产技术对要素替代弹性的影响

康 婷，穆月英※，侯玲玲

（1.中国农业大学经济管理学院，北京100083； 2.北京大学现代农学院，北京100871）

0 引 言

保障农产品质量安全是把控食品安全的首要前提，提升农产品质量安全的关键在生产环节，促进质量安全生产技术采用是确保生产环节乃至全产业链农产品质量安全的关键。农产品多具有鲜食性和易腐性特征，保障生产环节的农产品质量安全是“从田间到餐桌”全产业链质量安全管控的基础。面临农产品供需结构性失衡的挑战，加强农产品质量安全生产、稳定优质农产品供应有利于实现农业产业结构升级，满足居民对安全优质农产品的需求。促进质量安全生产技术采用是保障生产环节农产品质量安全的有效途径。投入品使用被定义为质量安全生产的重要构成部分，尤其化肥、农药的使用与农产品质量安全有密切关系[1-5]。理论上讲，质量安全生产技术与农药和化肥等影响农产品质量安全的生产要素间存在相互作用[6-7]，即质量安全生产技术通过作用于农药和化肥等生产要素投入及生产要素间互补替代关系影响到农产品质量安全。

在农户质量安全生产技术的采用过程中，容易因信息不对称而导致“逆选择”问题[8]，因此厘清质量安全技术对生产要素及要素间互补替代关系的作用有助于明确农户采用质量安全技术时所受到的要素投入制约。实际生产中，防虫网、防虫板等病虫害物理防控技术、测土配方施肥等投入品管理技术、高温熏闷棚和土壤消毒等生产过程控制技术得到各级政府的大力推广。然而，由于农产品具有“信任品”特征，生产和销售过程中存在的严重信息不对称问题使得农产品“优质优价”难以实现，农户缺乏采用质量安全生产技术的内生动力，进而导致质量安全生产技术的可持续采用难以实现，农户角度的技术障碍制约农产品质量安全水平的进一步提升[9]。通过质量安全生产技术对生产要素及生产要素间互补替代关系的影响揭示质量安全生产技术的作用机制，有利于明确农户视角下质量安全生产技术采用的要素制约条件，为促进农产品质量安全生产技术可持续采用、确保农产品质量安全提供参考。

关于质量安全生产技术的定义，根据《中国食品安全报告（2007）》，保障农产品质量安全的生产技术包括安全投入品及管理技术、生产地环境调节技术、生产过程控制技术、产地溯源技术和安全性评价检测技术五类[10]。当前阶段，现代信息技术、现代生物技术和可追溯体系等先进农业技术为全产业链的农产品质量安全保障做出了突出贡献[11-13],但生产环节仍存在农药投入过量[14]、化肥投入过量和有机肥使用不足的情况[15-16]，对农产品质量安全造成威胁。在生产环节影响农产品质量安全的诸多因素中，技术因素与农户生产行为的联系更加紧密[17]。已有大量文献说明，质量安全技术对投入品使用产生极大影响[18-21]。就农药而言，技术信息和技术指导能够从农户购药、用药行为和农药用量等方面影响农药使用[15,22-24]。就化肥来说，技术培训和对技术的了解程度影响农户是否采用测土配方施肥及平衡肥的施用频率，有效促进农户安全施肥[25-27]；科学施肥技术的缺乏是导致化肥过量施用的主要原因。就其他方面来看，质量安全生产技术还通过提高农户参与可追溯体系的意愿[28]、带来正向的经济效应和环境外部性以及降低用户道德风险作用于农产品质量安全[29-30]。在质量安全技术采用方面，农户个人、家庭和生产特征[31]，农户对技术的认知和是否参与技术培训是影响农户采用质量安全生产技术的内部因素[32]；行业标准和私人标准[33-34]、政府扶持和管制[18]是关系质量安全生产技术采用的外部因素。

由此可见，以往文献充分说明了质量安全技术对投入品使用产生的重要作用及技术采用的影响因素，但大多研究仅从质量安全生产技术对农药、化肥等要素投入量和农户生产要素投入行为2 个方面展开研究。实际上农药和化肥要素的投入往往受到其他要素的影响和制约，而以往研究中少见关于质量安全技术对要素间作用关系的深入探讨。此外，少有区分不同质量安全技术之间作用机制差异的研究，有待就不同技术对农药、化肥产出弹性和农药、化肥与其他要素间的替代弹性的不同作用进行深入分析和对比。基于此，本研究从质量安全生产技术的要素配置效应切入，研究质量安全生产技术对农药、化肥产出弹性和农药、化肥与其他要素间替代弹性的影响，明确质量安全技术对农产品质量安全的作用机制，具有以下边际贡献：第一，在考虑质量安全生产技术对农药、化肥作用的基础上，对质量安全生产技术对农药、化肥与其他投入要素间替代关系的作用进行分析，补充了关于质量安全生产技术对要素间相互作用的文献；第二，考虑要素生产和替代弹性间的作用关系，采用联立方程组控制内生性问题得到技术对二者的准确影响。

1 理论基础

首先对质量安全生产技术的作用机制进行理论分析，并构建理论框架。近年来，农业技术的偏向性已经在理论和实证方面均得到可靠验证[35-37]。在实际生产中，防虫网、防虫板等病虫害物理防控技术、测土配方施肥等投入品管理技术、高温熏闷棚和土壤消毒等生产过程控制技术能优化要素投入结构、有效确保农产品质量安全[38-40]，得到各级政府的大力推广，因此本研究关注防虫网、防虫板、高温熏（闷）棚、土壤消毒和测土配方施肥5 项质量安全生产技术如何通过影响要素生产和替代弹性从而减少化肥和农药的用量。为简化说明，此处以高温熏（闷）棚技术对化肥（F）和劳动力(N)的影响为例说明质量安全生产技术发挥作用的理论机制，将这一过程抽象为图1。图1 中，Q 代表应用质量安全技术前的生产情况，此时利润最大化的均衡点为A1，最优要素施用量分别为F1和 N1；应用质量安全生产技术后，生产曲线变为Q＇, 此时，新的均衡状态在N2点实现，分别对应F2的化肥投入和N2的劳动力投入。根据偏性技术进步，有质量安全生产技术应用前后利润最大化时的要素边际技术替代率存在（切线斜率）明显不同。在这种非中性技术的作用下，节约的化肥量为△F=F1-F2，同时增加了劳动投入△N= N1- N2。

图1 质量安全技术对要素配置的影响 Fig.1 Impact of safety-ensured technologies on factor allocation

由图1，质量安全生产技术通过优化要素配置减少化肥投入从而保障农产品质量安全，具体有2 个方面的作用路径：首先是偏性技术进步带来的替代效应，具体为A1点到A3点的变化，引起的化肥投入变动为△F=-|F1-F2|；其次是要素生产率提高带来的产出效应，在图1 中表现为均衡状态从A3点到A2点的变动，此时引起的化肥投入变动为△F2= F2- F3。同理，其他4 项质量安全生产技术可以通过提高要素生产率进而引致要素间替代弹性的改变从而减少化肥和农药的投入量，保障农产品质量安全；既有研究也表明质量安全生产技术等农业技术可提高化肥等要素的生[41],基于此可以构建理论框架如图2 所示。

图2 质量安全技术要素配置路径的理论框架 Fig.2 Theoretical framework of food safety production technologies factor allocation path

进而，得到以下理论假说：

H1：质量安全生产技术可能提高农药、化肥的产出弹性。

H2：质量安全生产技术可能直接降低化肥和农药对其他要素的替代弹性。

H3：质量安全生产技术可能通过有效提高化肥和农药的产出弹性而降低化肥和农药对其他要素的替代弹性。

2 模型构建

以下从要素产出、替代弹性计算和质量安全生产技术的作用路径分析两个方面构建实证模型，并说明本研究的数据来源和实证分析中的指标选取情况。

2.1 实证模型构建

2.1.1 要素产出弹性及替代弹性的估算

为深入挖掘质量安全生产技术的作用机制，需首先估算化肥和农药的产出弹性及化肥、农药与其他要素的替代弹性。

超越对数随机前沿生产函数具有一定优势：首先，超越对数（Translog）生产函数为变弹性生产函数模型，能更 加灵活体现出要素间的替代关系；其次，采用随机前沿生产函数可将误差项分解为随机误差项和技术损失误差项，能更加真实反映出样本的特征。一般的随机前沿生产函数形式如下

式中Y 为产量，x 为一系列投入要素，β为待估计参数；vi为随机误差项，包括观测误差和其他随机因素等，且服从正态分布，即vi～N(0, σv)；ui为技术损失误差项，包括可控因素，且服从截断正态分布，即ui～N(m, σu)；此外， vi与 ui相互独立。

根据理论基础，将生产投入要素划分为土地、劳动力、化肥、农药和其他要素，结合超越对数函数的具体形式，待估计模型可表示为

式中y 表示棚均蔬菜产量(kg) ， s、l、f、p 和o 分别表示农户棚均蔬菜播种面积(m2)、该茬口劳动力投入(d)、化肥投入(kg)、农药投入金额(元)和其他投入(元)(由于肥料和农药种类繁多，此处借鉴以往文献中的做法用化肥投入金额和农药投入金额代表两种要素的有效投入；其他投入中包含种苗费、机耕费、农膜费、水电费和耕地机折旧);β为一系列待估计参数，D 为农户生产年份的虚拟变量。

进行模型估计后，可计算各要素的产出弹性及替代弹性，此处以化肥和农药的产出弹性(ηf和ηp)及化肥对劳动的替代弹性（σlf）为例进行说明：

式中ηf为化肥产出弹性，ηp为农药产出弹性；在得到要素产出弹性的基础上，化肥对劳动的替代弹性可表示为如下形式:

以上定义下，当σ＜0时，要素之间呈现互补关系。当σ＞0时，要素之间为替代关系。具体的，又可以有3 种不同情形：1）0＜σ＜1,要素间缺乏弹性，替代较困难；2）σ=1, 生产函数可以简化为C-D 生产函数形式；3）σ＞1, 要素间富有弹性，易于替代。

2.1.2 质量安全生产技术的影响机制

根据理论分析，质量安全生产技术通过直接作用于要素替代弹性和间接通过要素产出弹性而作用于要素替代弹性两条路径影响农产品质量安全，采用单一方程估计可能会造成遗漏重要变量的问题从而导致参数估计结果的不一致，因此采用联立方程组模型对因果关系进行检验。由于化肥和农药投入具有可分性，分别构建两个方程组进行实证分析，即每个方程组中均包含1 个产出弹性方程和3 个替代弹性方程（由于化肥和农药投入具有可分性，分别建立两个联立方程组进行分析，且每个方程组中包含化肥（农药）产出弹性方程、化肥（农药）对土地的替代弹性方程、化肥（农药）对劳动的替代弹性方程和化肥（农药）对其他投入的替代弹性方程4 个方程）。则质量安全技术对化肥作用路径的方程组（以下简称化肥方程组）可分别表示为如下形式

式中T1至T5分别代表不同的质量安全生产技术，α为化肥方程组中的一系列待估计参数，控制变量的具体含义详见变量选取部分。类似地，质量安全技术对农药的作用路径方程组形式如下：

式中γ为农药方程组的待估计参数，控制变量详见变量选取部分。

2.2 数据来源及变量选取

2.2.1 数据来源

实证分析使用的数据来自课题组于2017 年和2018年4—7 月在环渤海蔬菜主产区的调研数据，实证分析时将2a 的截面数据作为混合数据使用。根据《全国蔬菜产业发展规划（2011—2020）》，选取六大蔬菜优势产区之一的环渤海设施蔬菜主产区作为调研地点，具体包括辽宁、山东、北京、河北和天津五省市。采取两阶段抽样的方式，将分层抽样和随机抽样进行有机结合：第一阶段在每个指定县（区、市）抽取2～8 个村庄，第二阶段在每个村庄内部随机抽取农户样本。调研涵盖农户基本特征（户主年龄、受教育程度、种植经验和家庭收入等）、成本收益情况（蔬菜生产成本和收益）、技术采用情况（生产中采用的增产增效性、环境保护型和质量安全型技术采用情况）和质量安全生产情况（质量安全生产技术采用和农户对质量安全的认知），两年回收问卷合计1 158 份，其中有效问卷1 089 份。

2.2.2 变量选取

根据模型设定，表1 和表 2 汇总了随机前沿超越对数生产函数及化肥和农药两个联立方程组中所涉及变量的含义及描述性统计情况。

表1 SFA 模型变量含义及描述性统计 Table1 Variable meaning and descriptive statistics of SFA model

3 结果与分析

3.1 要素产出及替代弹性测算结果

表3 随机前沿超越对数生产函数估计结果 Table 3 Estimation results of stochastic frontier transcendental logarithmicproduction function

根据表4，就产出弹性而言，化肥的产出弹性为负，农药的产出弹性为正，且绝对值均接近于0，表明目前农产品生产中存在化肥过量施用的问题，且农药的作用体现为降低产量损失。就化肥和农药对其他生产要素的替代来看，除化肥对劳动的替代弹性为负外，其他5 对替代弹性均为正，表明化肥和劳动间为互补关系；化肥与土地和其他要素间呈现替代关系，且化肥对土地的替代弹性大于对其他投入的替代弹性。农药对土地、劳动和其他要素的替代弹性均为正，其中农药对劳动的替代弹性最大，且大于1；其次分别为农药对土地和对其他要素的替代，表明农药和劳动间的替代最易发生。

3.2 联立方程组估计结果

得到要素产出及替代弹性的基础上，对化肥和农药两个联立方程组进行估计，结果汇总为表4。就化肥方程组来说（表5），从化肥的产出弹性角度来看，防虫网对化肥的产出弹性具有负向影响；考虑到防虫网的使用和病虫害的发生具有相关性，而病虫害爆发会导致产量下降，在化肥投入不变的情况下，化肥的产出弹性下降，因此呈现出防虫网技术对化肥产出弹性具有负向影响的特征。高温熏（闷）棚和土壤消毒对化肥产出弹性具有正向影响，且高温熏（闷）棚技术前的系数绝对值更大，说明高温熏（闷）棚技术的作用更加明显，假说H1 得到验证。从化肥对劳动、土地和其他要素的替代弹性角度说，5 项质量安全生产技术均未显著作用于化肥对土地和其他生产要素的替代弹性，结合实际生产中土地和其他生产要素（种苗费、机耕费、农膜费和耕地机折旧等）的投入具有难以在短期 内进行调整的特点，表明土地和其他生产要素是农户采用质量安全生产技术时的紧约束。在五项质量安全生产技术中，防虫板对化肥与劳动的替代弹性有着显著的正向影响。由于使用防虫板对产量的影响主要表现在降低产量的波动（即减小产量的方差）而非增加产量（即提高产量的均值），且悬挂防虫板等需要大量劳动投入，因此会导致劳动产出弹性的降低，而提高化肥的产出弹性，进而表现出促进了化肥对劳动进行替代的特征。这一结果表明，防虫板技术呈现劳动密集型特征，在进行相应技术推广服务时有必要考虑农户劳动力的可得性。

表4 化肥和农药的产出弹性及化肥和农药对其他 要素的替代弹性 Table 4 Output elasticity of fertilizers and pesticides and substitution elasticity of fertilizers and pesticides for other elements

以下对农药方程组的估计结果进行分析。就农药产出弹性来看，采用防虫网会显著降低农药产出弹性，出现这一结果的机制与防虫网采用降低化肥产出弹性的机制类似，防虫网技术的采用与病虫害的发生具有较强相关性，导致产出降低，因此对农药产出弹性带来负向影响。就农药与其他生产要素的替代弹性来看，5 项质量安全技术均未显著作用于农药对劳动力和其他要素的替代弹性，但作用机制有所区别。具体来说，劳动力与农药间存在替代关系，质量安全生产技术未能对农药与劳动力的替代弹性产生影响表明劳动力是农户采用质量安全生产技术时遇到的约束条件；而质量安全生产技术对农药与其他要素的替代弹性的作用不显著是由于农药与其他生产要素的替代弹性较小，要素间相互替代难度较大。高温熏（闷）棚技术能够显著降低农药对土地的替代，与预期相符，表明该项质量安全生产技术通过棚室消毒有效预防病虫害，提高产量进而提高土地产出弹性，也有效降低了农药投入，假说H2 得到验证。

由此可以看出，质量安全生产技术对化肥、农药及化肥、农药对其他生产要素的作用机制有所不同。在5 项技术中，防虫网对化肥和农药的产出弹性均有负向作用，高温熏（闷）棚和土壤消毒正向作用于化肥产出弹性；通过就农药、化肥对其他3 类要素的替代弹性进行分析可知，化肥方程组中，化肥对土地和其他要素的替代弹性方程不显著，说明土地投入和其他要素投入是质量安全生产技术作用于化肥投入时的紧约束；类似的，劳动力投入是质量安全生产技术作用于农药投入时的紧约束。此外，理论分析部分关注的1 个重点是质量安全生产技术是否可以通过作用于要素产出弹性进而作用于要素替代弹性从而起到降低化肥和农药投入的作用，即2个方程组中替代弹性方程的农药和化肥产出弹性系数是否显著，实证结果中，农药产出弹性和化肥产出弹性前的系数不显著，未提供对该条影响路径的有力支撑。

表5 化肥及农药联立方程组估计结果 Table 5 Estimated results of simultaneous equations for chemical fertilizers and pesticides

4 结 论

本研究利用2016 和2017 年农户调研混合数据，采用随机前沿超越对数生产函数和联立方程组模型分析了质量安全生产技术对农药、化肥产出弹性及农药、化肥对其他要素的替代弹性的作用机制，得到以下主要研究结论：

1)化肥产出弹性为负，表明目前农产品生产存在化肥过量投入的问题；农药的产出弹性绝对值均接近于0，表明农药的主要作用体现为平抑产量波动。化肥对劳动的替代为负，体现出化肥和劳动的互补关系；农药与劳动间，化肥、农药与劳动和其他要素间均呈现替代关系。

2)质量安全生产技术同时直接作用于要素产出弹性和替代弹性，充分说明质量安全技术通过要素产出和要素替代两条途径发挥要素配置效应、确保农产品质量安全；此外，质量安全生产技术通过农药、化肥产出弹性进而间接作用于要素替代弹性的影响路径未得到实证检验的支持。

3)不同质量安全生产技术对要素产出弹性的作用各有不同。高温熏(闷)棚和土壤消毒技术能通过有效提高化肥产出弹性，同时高温熏(闷)棚技术能有效降低农药对土地的替代，从而减少化肥和农药的使用。

4)质量安全技术的效应具有非显性特征，病虫害预防类技术，如防虫网和防虫板，作用于产量的方差，但无法显著提高产量的均值，因此对部分要素产出弹性造成负向作用。

5)质量安全生产技术的应用需要资本和劳动等要素的联合投入，一方面导致技术的作用无法通过要素产出弹性而传导至要素替代弹性；另一方面也加剧化肥对劳动的替代。土地和其他要素投入制约了质量安全生产技术对化肥投入的作用，劳动力投入制约了质量安全生产技术对农药投入的作用。

根据以上研究结论，提出以下对策建议：第一，帮助农户树立科学施肥、合理用药的观念，深入推进质量安全生产技术的推广，优化肥料投入结构、在农药投入方面“以防代治”；第二，促进社会化生产服务的普及，如病虫害“统防统治”，有效解决农业生产优质劳动力流失和质量安全生产技术应用需要投入更多劳动力之间的矛盾；第三，农业技术推广服务需明确不同质量安全生产技术的作用条件和作用机制，促进农户对质量安全生产技术作用的正确认知，引导农户根据自身需求及生产实际进行技术采用决策。