基于三阶段DEA 模型的山东省农业技术效率分析

李树强，葛颜祥

（山东农业大学经济管理学院，泰安 271018）

农业技术效率是衡量农业现代化的重要指标，提高农业技术效率，对我国农产品“走出去”具有深远意义。山东省作为我国农业大省，如何提升农业发展水平，保障农产品供给，关系到山东省农业现代化的进程。选取山东省作为分析农业技术效率的样本，对农业综合技术效率、规模效率、纯技术效率进行测度，为提高山东省农业技术效率，促进农业现代化提供依据。

近年来，围绕农业技术效率问题，学术界进行了大量的研究。从研究的视角不同可分为宏观角度和微观角度两类。从宏观角度，学者们通过采用三阶段DEA 模型，发现我国不同省份之间农业综合技术效率差异较大，呈现出空间聚集的特征[1]，其中江苏、吉林、黑龙江、安徽等4 省粮食生产效率始终处于技术效率前沿，西北及沿海地区则为综合效率值的主要提升区域[2]。且农业综合技术效率平均水平较低，具有较大的提升空间，其中纯技术效率是主要的制约因素[3]。从农机技术效率来看，我国中部地区效率值表现为逐渐超越东部地区的走势，且各省份之间的农机投入产出效率在逐步向均衡化发展，各地区之间的技术效率差异在逐步缩小[4]。但有的学者认为由于省份之间投入产出差异大，会产生较大的调整误差，应该对效率模型进行修正，并认为我国农业综合技术效率存在长期被低估的现象[5]。部分学者采用省份面板数据，对农业技术效率变化趋势进行研究。其中东北三省的农业综合技术效率在波动中增长，但纯技术效率持续降低[6]，河南省农业综合技术效率较为稳定，但空间聚集态势显著增加[7]，且农业生态土地效率偏低，存在严重环境污染问题[8]。农业辽宁省农业综合技术效率受规模效率影响较大，且正在一定程度上受到环境变量的影响[9]。江苏省农业生产效率表现出明显区域差异性，苏南地区的农业生产效率最高，苏北地区的农业生产效率相对较低，而且大多规模经济报酬递减[10]。从微观角度，学者们从农业碳排放[11]、新型职业农民[12]、农户社会资本[13]、农业生产性服务业[14]、农业家庭农场[15]等不同视角对农业技术效率进行研究，还有的学者采用DEA-Tobit 等模型，对农业技术效率的影响因素进行实证分析，发现农地经营规模[16]、劳动力老龄化[17]、农业合作经营[18]等对农业技术效率具有显著影响，并针对性的提出相关政策建议。

经过对近几年文献的整理发现，学者们采用实证分析的方法分别从不同的视角对农业技术效率进行研究，但现有研究少有在同质环境下对省域内农业技术效率进行研究。因此选择2017 年山东省17个地市的数据资料，采用三阶段DEA 模型，分别对各市的农业技术效率进行测度，并对不同阶段的技术效率进行对比分析，以期对提高山东省农业技术效率提供借鉴。

1 研究方法与指标选取

1.1 研究方法

三阶段DEA 模型是对传统数据包络分析的一种改进，由Fried 等[19]学者提出。主要是在第二阶段利用第一阶段计算得出的投入冗余作为因变量，将环境变量作为自变量，进行SFA 模型回归分析。SFA 模型（Stochastic Frontier Analysis）把各要素的投入冗余分解为三部分，即环境因素、管理因素、随机误差因素。通过调整，将各决策单元置于同等环境下，仅从管理效率这一角度对决策单元进行评价分析。与第一阶段相比，由于剔除了环境和随机干扰的影响，第三阶段所计算出的技术效率更加接近真实水平。其具体步骤如下：

第一阶段，考虑在实际的农业生产过程中，在直接从事农业生产人员的技术能力、知识水平等条件一定情况下，基于产出和投入两个方面，调整生产投入更加容易，所以选择BCC 模型进行分析，即基于投入导向，且规模报酬可变。

第二阶段，构建如下模型一：

其中Sij表示山东省第i 个市农业生产中，第j 个投入要素的投入冗余；f（xj：βi）表示会对农业生产产生影响的各种环境变量以及影响系数；vij表示随机干扰项，uij表示农业生产中由于管理无效率导致的误差。该模型的关键之处在于对混合误差的分离，即vij+uij。

其中yijA表示经过剔除了外界环境影响和随机误差后的农业要素投入量，yij表示原始农业生产投入要素；分别表示调整过后的环境变量和随机扰动项，最后与各决策单位的原始变量进行求和，计算出调整过后的要素投入。

第三阶段，运用处理过的农业生产投入变量和原始产出变量，重复第一阶段操作，计算出真实的农业技术效率。

1.1 指标选取

数据来源于《2018 年山东省统计年鉴》和山东省17 地市统计年鉴。为了能够真实有效的测度山东省农业技术效率，在参考了前人研究的基础上，并考虑了数据的可获得性，选择如下指标：

1.2.1 投入产出指标选取

农业产出指标本文选取农业总产值；农业生产投入指标选取农作物播种面积、农用化肥施用折纯量、农业机械总动力、乡村从业人员。播种面积的大小是影响农业产出最重要的因素，土地为农业生产提供了基本保障。化肥作为“土地的粮食”，对我国农作物产量的提高发挥了重要作用，但过量的化肥投入，造成了严重的面源污染问题。农业机械总动力是衡量山东省各市农业机械化的程度，随着农村劳动力的转移，在耕地、播种田间管理和收割等多个方面机器替代了劳动力；乡村从业人员作为农业生产中劳动力投入指标，农业人员的数量以及人员素质状况都会对农业效率产生影响。

1.2.2 环境指标的选取

环境变量的选取需要按照客观性原则选取对农业生产造成影响的外部因素，选取城镇化率、R&D 经费支出以及污染综合排放作为经济环境变量和自然环境变量。

城镇化率是由城镇人口与总人口之比计算而得。在我国城镇化进程中，部分农村人口出于教育、工作、生活环境等考虑纷纷向城镇转移，导致农村地区老龄化严重，同时出现了土地撂荒等问题，会直接影响农业的产出。农业R&D 经费支出是政府对农业科研的资金投入，政府对农业科研的投入资金越多，农业科研成果越多，农业技术效率将会相应提高。污染综合排放是通过对废水排放量、化学需氧量排放量、氨氮排放量、二氧化硫排放量、氮氧化物排放量、烟（粉）尘排放量这六个统计指标，赋予客观权重，最后确定污染物综合排放量。信息熵中熵值表示从一组不确定事物中获得信息量的多少。利用信息熵技术为各二级指标确定客观权重，确定一级指标。

表1 2017 年山东省主要污染物排放情况Table 1 Emissions of major pollutants in Shandong province in 2017

在进行实证分析前需要对投入产出变量做“同向性”检验，结果如下，在1%和5%的显著性水平下，产出变量农业产值与其他四个投入变量具有线性正相关关系，且相关程度较高，通过了“同向性”检验（见表2）。

表2 农业产值与投入变量的相关性Table 2 Relevance of agricultural output and input variables

2 实证结果分析

2.1 传统DEA 阶段

利用传统DEA 模型对山东省农业技术效率进行测定，具体结果如表3 所示，从中可以看出，2017年山东省农业综合技术效率为0.783，在17 个城市中，淄博市、烟台市、济宁市、莱芜市4 个城市农业综合技术效率到达最优状态，而菏泽市、滨州市、聊城市、德州市等10 个地市的农业综合技术效率低于全省的平均值，其中菏泽市最低为0.475。从全国来看，2016 年全国平均农业综合技术效率0.712，纯技术效率0.827，规模效率0.738[20]。山东省农业技术效率各项指标均高于全国平均水平的。山东省农业综合技术效率为0.783，距最优效率1 还有很大距离。

从山东省各地市层面来看，各市之间制约农业综合技术效率的原因也各有差异，如临沂市，其规模效率为0.748，远小于纯技术效率0.898；类似的城市还有泰安市、济南市，主要限制因素是规模效率。滨州市的规模效率为0.986，表示其规模效率接近1，其最终农业综合效率较低是由于纯技术效率较低，类似的城市有德州市、日照市、东营市等七个城市。由此可见，不同地市农业技术效率制约因素具有差异。此阶段测算值由于包含环境影响因素和随机误差的干扰，结果可能存在误差。

表3 第一阶段与第三阶段结果Table 3 Results of phases I and III

2.2 SFA 模型回归阶段

第二阶段是将各投入要素的冗余变量剔除环境因素和随机误差因素的影响，以获得在同质条件下，各市真实的农业技术效率，从而可以更加准确的揭示其制约条件，以便针对性的改进农业技术效率。如表4 所示的四个模型的单边检验值LR 分别为7.99、13.83、9.42、7.58，都通过了检验，而λ 值在1%的显著性下接近于1，这说明农作物播种面积、农业机械总动力等四个投入要素的冗余主要是由管理无效率导致，下面对各环境变量的影响进行分析。

表4 SFA 回归结果Table 4 SFA regression results

（1）城镇化率。此变量在1%的显著性下，对4个冗余变量影响都显著为负，说明随着城镇化率的提升，农业播种面积、农业劳动力、农业机械总动力、化肥施用量投入冗余都将减少。随着城镇化发展，促进了农村地区土地流转，农地向种植大户流转，土地规模效益得到发挥，提高了土地的利用率，减少了播种面积这一的冗余。随着城镇化进程加快，更多的农村劳动力进入城市，从而减少了农村劳动力冗余量。伴随城镇化的发展，衍生出了一些专业的农机服务部门，组织化经营提高了农业机械的生产效率，减少了农业机械的冗余。为了促进城镇化健康发展，对保护生态环境提出了更高的要求，一些清洁生产技术得到了广泛推广应用，如测土配方施肥技术、缓控释肥技术、有机肥替代技术等的推广，显著的提高了化肥利用率，减少了化肥投入冗余。

（2）农业R&D 经费支出。此变量表示政府部门对农业科研经费的支持，结果显示，农业科研经费的支出对播种面积、农业机械投入、化肥施用量冗余没有显著影响。在1%的显著性水平下对劳动力投入冗余有显著正向影响。随着科研经费的投入增加，会促使更多的科研成果的产生，如高产优良品种、高效种植技术、先进管理模式等都会显著地提高农业生产效率，通过技术进步替代劳动力投入量，导致更多的劳动力冗余。

（3）污染物综合排放。该指标综合了大气中多种有害气体排放、工业废水以及烟尘等对农业生产环境有影响的指标。结果表明，污染物综合排放量对播种面积、农业机械投入、化肥施用量、劳动力投入冗余这四个变量没有显著影响。

2.3 第三阶段

经过上一阶段分析，发现环境变量会显著影响各要素投入冗余。剔除环境因素后，将调整后的投入变量和原始变量重新进行DEA 分析，计算出真实的农业技术效率，计算结果如表1 所示。其中山东省农业综合技术效率为0.806，纯技术效率为0.856，而规模效率高达0.939。通过与第一阶段结果对比发现农业综合技术效率、规模效率显著提升，而纯技术效率变化不明显，如图1 农业综合技术效率主要由纯技术效率主导，所以纯技术效率成为主要制约因素。

图1 山东省2017 年各市农业技术效率Fig.1 Agricultural technical efficiency of municipalities in Shandong province in 2017

通过对比前后两次结果发现，济宁市、莱芜市、菏泽市的纯技术效率没有发生变化，而规模效率变化明显，表明环境因素对这3 个城市规模效率影响较大。而枣庄市的纯技术效率，规模效率都显著提高，表明环境因素对枣庄市的纯技术效率和规模效率都产生影响，类似的城市还有泰安市、临沂市、聊城市、东营市、威海市。而淄博市、烟台市、济宁市各项指标没有发生变化，依旧处于技术效率最佳，表示环境因素对这3 个市的综合技术效率并无影响。

纯技术效率反映了农业生产中的管理水平和技术水平。山东省农业纯技术效率值0.856 小于规模效率值0.939，且各市农业综合技术效率主要受限于相对较低的纯技术效率。按照纯技术效率指标进行化分，可将山东省17 个地市大致分4 类。将农业纯技术生产效率为1 的城市定义为“目标技术效率城市”，包括济南、淄博、烟台、潍坊、济宁、泰安、莱芜；将值处于（0.8，1）区间的城市定义为“高效技术效率城市”，包括临沂、枣庄、青岛；将值处于（0.7，0.8）区间的城市定义为“一般技术效率城市”，包括日照市、德州市、聊城市、滨州市；把农业纯技术生产效率值小于0.7 的城市统称为“低效技术效率城市”，包括东营市、菏泽市、威海市。

表5 按照纯技术效率对山东省17 地市划分结果Table 5 Distribution of 17 cities in Shandong province according to pure technical efficiency

山东省农业纯技术效率相对较低由于以下原因：（1）农业投入要素冗余过多。“低效技术效率城市”和“一般技术效率城市”普遍存在农业投入要素冗余多的问题，在农业生产过程中缺少高效的管理。无效的投入不但增加了种植成本，还会影响农产品的品质，如使用过量的化肥农药会影响农产品的质量。（2）农业中介组织程度低、不规范也会影响农业管理技术水平。如农业合作社、农机服务组织、销售、用水组织等，往往可以通过规模化、专业化的操作服务来降低交易费用，提高效率，但是由于运营不规范，内部制度不合理导致一些合作社变成了“空壳社”“僵尸社”，不但无法提供服务，还占用了政府资源。（3）农业R&D 经费支出低。经过研究发现“低效技术效率城市”和“一般技术效率城市”的农业R&D经费支出平均值4 399.8 万元，而“高效技术效率城市”“目标技术效率城市”农业R&D 经费支出平均值11 199.4 万元，说明增加科研经费的投入可以提高纯技术效率水平。但是由于农业科研投入是一个长期的过程，短期效果不明显，科研成果转换较慢，从而导致一些城市减少了对科研的支持力度。

从规模报酬规律来看，不同城市的规模报酬状况有所差异，有5 个城市的农业生产规模报酬不变，除了威海市、日照市、莱芜市、滨州市、枣庄市、东营市生产规模报酬递增外，其他各市都处于生产规模报酬递减。

3 结论与建议

3.1 主要结论

对比第一、第三阶段的测算值，农业综合技术效率、规模生产效率都明显提高，而纯技术效率仅提高了0.004。山东省农业规模效率普遍较高，且山东省农业综合技术效率主要受制于低效的纯技术效率。通过进一步划分，将17 个地市分别归类于“目标技术效率城市、高效技术效率城市、一般技术效率城市、低效技术效率城市”，从而可以借鉴高效城市、目标城市的先进经验，实现低效向一般，一般向高效，高效向目标的逐渐转变。

3.2 政策建议

（1）提高农民的综合素质，培育职业农民。导致纯技术效率不高的原因主要是由于农业种植人员管理技术水平不高，政府部门要加强对职业农民的教育，由当地农业机构为农民提供培训，除了推广新型的农业技术，还应当注重对农业投入的管理，合理科学的投入也是提高效率的一个途径。

（2）加快农业合作社的建设，完善各类专业合作社内部的规章制度，使合作社更加正规化，切实保障社员的利益。鼓励农民入社，通过合作社统一运作，减少农产品在生产，销售过程的中间费用，降低风险，提高收入。通过合作社对种植制度、农用机械、种植规模进行合理的安排和布局，可以优化资源的配置，提高管理效率。

（3）加强对农业科研基金的投入。特别是“低效技术效率城市”和“一般技术效率城市”应该从长远的角度出发，加大对科研经费的投入，鼓励科技创新。加大对农业技术的推广和应用，促进技术成果向生产力的转变。充分借鉴高效城市、目标城市在农业政策制定、农业组织机构、农业信息传播、农业技术运用等多方面的先进经验，低效技术效率城市和一般技术效率城市要重点解决当前主要制约因素，补齐农业发展中的短板。

（4）采用倾斜的农业政策。从山东省农业整体出发，为了提高农业技术效率，相关农业政策应该向一般城市和低效城市倾斜，大力扶持这些城市农业的发展，实现低效向一般、一般向高效、高效向目标的逐渐转变。