使用农膜技术能提高经济效益吗?*——基于全国农村固定观察点2 927户农户面板数据

冷淦潇，石李陪，仇焕广

（中国人民大学农业与农村发展学院，北京 100872）

一、引 言

我国幅员辽阔，气候多样性显著，部分地区为弥补先天条件不足，促进当地农业发展，不断引入并推广新农业技术。农膜栽培技术是促进我国农业发展重要技术之一，最早发明于20世纪50年代的日本，主要应用于草莓生产，随后被推广应用至其他作物，如棉花、马铃薯等经济作物和小麦、玉米、水稻等粮食作物。应用于经济作物与粮食作物之后，农膜使用量增长迅速，由1998年121万吨增至2015年的260万吨，增长115.7%（国家统计局，2018）。目前，我国农膜使用量及覆盖面积均居全球首位。玉米是我国三大粮食作物之一，农膜覆盖技术在玉米生产中应用广泛。于爱忠等（2018）研究发现，在我国春玉米种植中，全膜平铺技术、全膜覆盖、半膜覆盖广泛应用于玉米生产。农膜覆盖技术成为解决我国部分农区玉米种植中水热条件不足的一项重要技术。

众多学者从自然科学角度对农膜使用的影响开展研究，但社会科学角度的研究较少。一方面，学者认为使用农膜可增加土壤中微生物含量和酶活性（Zhu等，2018）。另一方面，有学者发现随着地膜残留量增加，土壤微生物、碳、氮、酶活性和多样性明显下降（Wang等，2016）。Wang等（2018）发现薄膜对玉米根系生物量和根冠比产生影响。Shahzad等（2018）用模拟降雨的方法发现农膜对半干旱地区冬小麦的抗氧化酶活性和籽粒产量均具有积极作用。

大量研究表明农膜对环境有负向影响，但农膜对农业经济作用一直存在争议。首先，由于农膜不可降解性，农膜残留会造成土壤污染（Wang等，2016；李玉国等，2010），传统的丢弃、焚烧、掩埋等残膜处理方式会污染环境（游和远，2010）。其次，在农业生产上，一方面使用农膜技术可减少土壤中水分蒸发，提高田间地温，对提高农作物产量具有重要意义（He等，2018）；另一方面，农膜使用会破坏土壤结构，不利于机械化作业，导致农作物减产。如农膜在使用过程中会出现分层、龟裂等现象，并残留在土壤中（徐刚等，2005）。

不同地区具有不同地域特征，气候特征和比较优势，在农膜使用和成本收益上可能存在差异。在干旱地区，暴露在恶劣气候条件下会加速聚烯烃塑料的降解和性能恶化（Al-Salem，2019）。因不同地区种植玉米种类不同，覆膜对玉米水分利用效率影响不同，对产量影响存在差异（Wang等，2018）。东北地区是温带季风气候，冬季寒冷干燥，降雨大多集中在夏季，夏季水热资源丰富，农膜的增温保湿作用不明显（Al-Salem，2019）。西北地区风沙较大，水土流失和土壤盐碱化严重，覆膜有利于弥补先天气候条件不足（蒋锐等，2018）。西南地区属于亚热带季风气候，水热资源丰富，但是地表崎岖，土层薄，地表水缺乏，农膜可保持地表水流失，平衡水热条件。

已有研究存在以下不足：一是已有文献大多利用田间实验数据分析，大规模微观调研数据分析覆膜经济效益文献较少。二是在农膜的经济效益分析方面，多数文献分析对农作物产量的影响，而少有文献估算农膜技术采纳成本收益。三是多数文献未考虑不同地区、不同气候条件下农膜经济效益的影响差异。本文利用农业部、中共中央政策研究室全国农村固定观察点调研的2011～2013年玉米主产区农户面板数据，建立成本收益模型，利用农户微观数据分析不同地区农膜使用的成本收益，从水热条件、地形因素等角度分析不同地区农膜成本收益产生差异原因，根据地区差异和成本收益分析结果，为我国未来合理使用农膜及调整农膜补贴提出相关政策建议。

二、理论逻辑与研究假说

（一）农膜对农业生产的作用

农膜可通过增温保墒、增加土壤中有机质含量、抑制田间杂草生长等方式提高农作物产量。首先，农膜通过增加地面净辐射量而提高土壤温度和田间地温（He等，2018）。海龙（2011）通过研究黄土高原地区玉米农膜覆盖栽培技术，认为玉米播种时使用农膜可使田间地温提高4～6℃。其次，农膜覆盖可减少土壤中水分蒸发（Wang等，2016）。Zhou等（2009）研究认为，覆膜技术在甘肃地区使水分利用效率提高6～11倍。Zhang等（2017）利用土壤水分运动和热传输模拟系统分析使用塑料薄膜覆盖的有效性。第三，覆膜可增加土壤中微生物量及微生物酶活性，增加玉米对土壤中氮素的吸收，改变农业生态系统中的氮素循环（海龙，2011）。第四，农膜在作物生长后期可降低土壤表层温度，有效抑制田间杂草生长，使田间杂草数量减少30%，促进农作物生长。此外，覆膜可使玉米灌浆期延长，提高玉米灌浆期比重，提高玉米产量（Liu等,2010）。

基于以上分析，提出假说一：农膜技术采用可增加农户的玉米产量和利润。

（二）农膜对农业生产的影响存在地区差异

不同地区拥有不同气候条件，农膜使用效果存在差异。农膜积极作用包括提高田间地温和减少水分蒸发，提高水分利用率。在水热条件较好地区，农膜提高地温、减少水分蒸发的积极作用不能更好地体现，对农业生产促进作用不强。如东北地区，夏季降雨较多，水热资源丰富，农膜作用效果不显著；冬季寒冷干燥，农膜降解和性能作用恶化，农膜无法发挥更好作用（Al-Salem，2019）。而在水热条件不足地区，农膜可发挥增温保墒作用，增加农作物产量。研究表明，在水热条件不足的西北旱地雨养农业地区，玉米、小麦和马铃薯全覆膜处理的增产效果显著，平均增产率分别为26.2%、37.1%和29.8%（蒋锐等，2018）。

不同地区农膜使用成本不同。一方面，不同地区地形特征存在差异，覆膜难度和所需人工成本不同；加之不同地区单位面积农膜的使用量不同，购买农膜的资金成本存在差异。如相对于西北地区，西南地区单位面积农膜使用量较小，因此单位面积使用农膜的成本较低，回收成本较低；在西北地区，严昌荣等（2019）发现甘肃省中东部地区地膜回收工作仍存在难度大、机械化强度不够、回收地膜成本高的问题。另一方面，农膜的使用可能给其他生产要素的投入带来不便，以致不同地区农膜使用的“机会成本”存在差异。如相对于西北和西南地区，东北地区机械化程度更高。一方面，使用农膜不利于大型机械化作业（王永鹏，2014），覆膜产生“机会成本”更高；另一方面，大规模使用农膜需要机械化覆膜技术，覆膜成本更高。

基于以上分析，提出假说二：不同地区拥有不同的气候条件，农膜对农业生产的影响不同，在水热条件不足地区农膜能发挥更大作用，加之不同地区农膜使用成本不同，使用农膜成本收益存在地区差异。

三、研究方法与数据来源

（一）模型设定

玉米生产中覆膜影响最终作用于玉米产量，因此使用玉米主产省3年的面板数据，定量分析农膜对玉米产量的影响，依据Georgia Shearer（1981）提出的成本收益模型测算使用农膜成本收益。具体步骤为：首先，构建对数形式的柯布-道格拉斯（CD）生产函数（式1）；其次，将对数形式的柯布-道格拉斯（CD）生产函数转换为水平形式的柯布-道格拉斯（CD）生产函数（式2），并计算农膜边际产量（式3）；最后，通过农膜边际产量积分，计算农膜投入成本收益（式4）。

式（1）为对数形式的柯布-道格拉斯（CD）生产函数，假设cov(xitj,ai)≠0,i=1,2,…,N;t=1,2,…,T;J=1,2,…,k，其中，α为截距项；Tt为代表时间的虚拟变量，本文选用3年面板数据，以2011年为基准，有2个代表时间的虚拟变量；ln xitj为自变量，其中ln xit1为农膜投入， ln xit2-ln xitk为除农膜之外的其他投入；ai为不随时间变化的个体非观测因素；uit为误差项。

根据式（1）的回归结果，对水平形式的柯布-道格拉斯（CD）生产函数（式2）求偏导，得出农膜的边际产量（式3），因时间虚拟变量T的存在，不同年份农膜边际产量不同。

根据农膜的边际产量，计算使用农膜成本收益（式4），其中，临界值分别代表农膜用量为0以及农膜最佳用量，农膜最佳用量以当年使用农膜的玉米种植户的平均农膜用量衡量。Pcorn和Pfilm分别代表玉米和农膜每年价格的平均值，最终得到的利润为三年利润平均值。

（二）数据来源与变量选取

1.数据来源

本文的数据来源于农业部、中共中央政策研究室对全国农村固定观察点样本村及样本户全部生产经营活动的统计调查，数据涉及全国31个省（自治区、直辖市）。选取代表性地区玉米主产省份2011～2013年数据，包括西北地区（新疆维吾尔自治区、甘肃省、陕西省、山西省），东北地区（黑龙江省、吉林省、内蒙古自治区），西南地区（湖北省、湖南省、四川省、广西壮族自治区）的11个省份，指标为农户调查表中家庭基本情况，家庭成员构成及就业情况，玉米生产销售情况及购买生产资料情况。最终选取面板数据为11个省3年数据共8 781户，每年2 927户。

2.变量选取及描述性统计

首先，生产函数的变量选取及定义如表1所示。因变量采用玉米单产，核心解释变量为农膜投入数量。由于数据为3年面板数据，排除通货膨胀影响，本文以2011年价格为基准，采用省级CPI指数平减2012、2013年投入价格指数。此外，种子投入、化肥及农家肥投入、农药投入、灌溉投入、畜力投入、机械作业投入及劳动力投入均是农业生产中基本投入要素，在投入未过量情况下，预计其对玉米产量有正向影响。年份虚拟变量是指以2011年为基期，形成两个虚拟变量，即“是否是2012年”和“是否是2013年”，“是否是2012年”表示2012年样本取值为1，其余为0；“是否是2013年”表示2013年样本取值为1，其余为0。年份虚拟变量体现玉米单产的年度变化。

表2描述了各个变量在西北、东北、西南及总地区的样本数与均值，可见三个地区的自然条件及经济条件差异较大，玉米的生产要素投入及产出差异也较大。具体而言，东北地区玉米单产最高，约为630千克/亩，西南地区玉米单产最低，约390千克/亩。西北地区亩均农膜投入最多，约0.85千克/亩；东北地区及西南地区亩均农膜投入较少，约0.3千克/亩。西南地区机械化水平最低，而劳动力投入数量则相对较高。东北地区及西南地区灌溉费用相对较低。东北地区化肥投入最高，农家肥投入最少。西南地区种子投入明显高于西北地区及东北地区，东北地区和西南地区农药投入则明显高于西北地区。

表1 生产函数变量名称及含义

表2 生产函数变量描述性统计

四、计量经济分析结果

（一）生产函数回归结果

使用固定效应模型估计面板数据回归结果，同时考虑村内部成员间可能存在相同不可观测要素，采用村级聚类回归方法，西北地区、东北地区及西南地区的生产函数回归结果如下（见表3）。

表3 玉米生产函数回归结果

续表

在控制其他生产要素不变情况下，西北地区和西南地区农膜投入在1%显著性水平上增加玉米单产。具体而言，在西北地区，农膜投入增加1%，玉米单产将增加0.028%；在西南地区，农膜投入增加1%，玉米将增产0.045%。此外，在西北地区和西南地区，种子、农家肥、化肥及劳动力投入均对玉米单产正向影响显著，其他要素作用不显著。相比较而言，要素中化肥的增产作用较明显。西南地区的化肥要素增产效果大于西北地区。就年份差异而言，2012年西北地区玉米单产显著高于2011年。东北地区的农膜投入对玉米单产无显著影响。而种子、化肥、农药及劳动力投入均对玉米单产正向影响显著。相对于西北地区和西南地区而言，东北地区化肥的增产作用更明显，劳动力增产效果相对较小。

总体而言，西北地区及西南地区的农膜投入对玉米单产正向影响显著，而东北地区农膜投入不能显著增加玉米单产。在水热条件较好的东北地区，温度和降水能满足玉米生长需要，因此农膜增温保墒作用不明显，且东北地区拥有广阔平原，使用农膜不利于机械化作业，农膜投入不仅无法增加玉米单产，反而会造成资源浪费。

（二）农膜的成本收益测算

因东北地区农膜投入对玉米产量影响不显著，根据生产函数回归结果中系数及各地区不同生产要素投入、农膜价格和玉米价格，本文只计算西北地区及西南地区使用农膜成本收益（见表4）。

表4 农膜成本收益结果

由表4可知，西北地区农膜投入使玉米单产增加44.24千克/亩，玉米利润增加32.40元/亩；西南地区农膜投入使玉米单产增加47.13千克/亩，玉米利润增加83.16元/亩。西北地区因使用农膜带来玉米产量及利润增加主要因西北地区水热条件较差，积温不足，降雨稀少且蒸发量较大，覆膜可显著改善玉米生长水热条件，较大幅度提高玉米单产和利润。西南地区虽然纬度低，降水较丰富，但受地形等因素影响，水热条件不稳定，农膜可显著改善这一状况，因此带来玉米单产的增加。同时，因西南地区单位面积的农膜投入量少，农膜投入成本小，在与西北地区增产幅度相似情况下，利润增量显著高于西北地区。

总之，从西北地区及西南地区两个主要使用农膜的玉米种植地区看，农膜可增加玉米单产及亩均利润，且其增产及增收作用较明显。

五、进一步讨论

（一）使用农膜技术产生的经济效益存在地区差异

西北地区属于温带大陆性气候，年均气温为0～10℃，年均降雨量小于300毫米。冬季土壤湿度低于8%，属于干土，不宜耕作和播种；夏季土壤湿度部分地区达18%，但仍明显低于其他地区。可见西北地区干旱少雨，水热条件差，农膜技术的使用可增加土壤湿度，保持土壤温度，提供农作物生长的适宜环境，进而带来玉米单产的增加及农民增收。

西南地区属于亚热带湿润性气候，年均气温为0～20℃，年均降雨量达300～1 800毫米，夏季土壤湿度达24%～40%，冬季土壤湿度为12%～32%，明显高于其他地区，说明西南地区气候适宜。但因自然因素和人为因素，西南地区仍出现干旱情况（柳媛普，2018）。一方面，西南地区是四大亚区域中海拔最高的地区，海拔500～2000米，且气候变暖使水分蒸发变大（巩前文等，2011；贺山峰等，2013）；另一方面，因农业水利设施缺乏和老化、生态破坏等人为因素造成西南地区干旱（巩前文等，2011）。因此，在西南地区农膜技术的使用可缓解干旱对农作物的影响，增加玉米单产和利润。

东北地区属于温带季风性气候，拥有广阔的平原，年均气温为-5～5℃，年均降水量为300～600毫米，夏季土壤湿度为8%～32%，冬季土壤湿度为8%～16%。一方面，东北地区降雨相对丰富；另一方面，东北地区气温低，蒸发量小，土壤湿度较高于西北地区，农作物生长环境优于西北地区，使得农膜的增温保墒作用在东北地区不显著。同时，东北地区机械化程度高，农膜技术的使用不利于大型机械化作业（王永鹏，2014），农膜使用的机会成本较大，对农户增收效果可能不显著。西北、西南 东北三个地区的气候类型及地形特征如表5所示。

表5 不同地区气候类型及地形特征

（二）农膜技术使用对环境的负面效应

农膜技术在西北地区和西南地区可增加玉米单产，带来经济效益，但仍需重视农膜的回收和降解，以防造成环境污染。在短期内，农膜的增温保墒作用显著，但若处理不当，薄膜残留会使土壤板结（徐刚等，2005），破坏土壤结构，影响土壤中微生物活性（Wang等，2016），影响耕地质量，长期看可能会对农作物生长及生产环境造成负面影响。因此，要合理使用农膜，购买高质量农膜，且及时回收农膜，避免对环境造成不良影响。

六、结论和对策建议

本文通过实证分析农膜对玉米单产及成本收益的影响，认为农膜可显著增加玉米单产及亩均利润；同时，不同地区使用农膜产生的经济效益不同。

（一）结论

1.农膜对玉米单产和收益具有促进作用

农膜具有增温保墒作用，在水热不足或水热条件不稳定的地区可显著提高玉米单产和亩均利润。从三期数据看，使用农膜比例较高的西北地区，可显著改善不良气候环境对玉米种植的影响，保持玉米水土平衡、增加降水利用率，增加玉米产量，使农户获得高收益，在计算农户使用农膜边际收益后，发现使用农膜可显著增加农户种植玉米的亩均利润。因此，从经济角度看使用农膜技术是有利的。玉米作为三大主粮，使用农膜技术在保障玉米单产、提高农户收益等方面发挥重要作用，可减少玉米产量波动风险。

2.西北和西南地区使用农膜的增产效果更加显著

西北地区是水热条件不足地区，相对于其他地区而言，农膜可明显改善作物生长环境；西南地区受地形因素和人为因素影响，水热条件不稳定，使用农膜可缓解气候影响，增加玉米产量。本文对不同地区农膜技术的使用效率分组回归发现，在西北、西南地区使用农膜的增产效果更加显著，在进一步讨论中发现，西北和西南地区的气候条件验证了本文结论。西北地区降雨量和土壤湿度远远小于东北和西南地区，气温低于西南地区。对西南地区而言，地形多为山地、丘陵，在山地高处水分蒸发量大，温差变化大，农膜可改善地形地势等地理因素的影响。说明我国西北地区和西南地区仍受气候、地形因素影响，存在玉米产量不稳定、增收效果不强等问题，农膜技术的使用在解决此问题上发挥重要作用，有利于农业生产的稳定和发展。

3.东北地区使用农膜未见有显著增产效果

东北平原雨热同期，水资源丰富，覆膜对玉米单产无显著影响，使用农膜的效果不显著。从气候条件看，东北地区降雨量较少，但年平均气温较低，水分蒸发速度慢，使用农膜的增产效果并不显著；从经济收益看，在广阔的东北平原使用农膜需投入较高的机械成本，机械回收农膜成本较高，使用农膜的经济效益不高，并未给农户带来显著收益。部分地区使用农膜可能是因农膜补贴效应或特殊时期作用于其他作物的增收，在农业生产结构调整背景下，镰刀弯地区的玉米种植结构调整，产量占比下降，农膜技术在东北地区的经济作用不显著。

（二）政策建议

1.在西北和西南地区适当鼓励使用农膜，实施农膜补贴政策

应根据地区特征合理引导农户使用农膜。在西北地区和西南地区应鼓励农户在玉米种植中适当使用农膜，以提高这些地区的玉米产量和农民收入，保障我国粮食安全和农民收益。除此之外，在西北和西南地区，政府可实施农膜补贴政策及农膜回收补贴政策以鼓励农户合理适当使用农膜，建议主要对可降解型农膜补贴，补贴价格应为市场价格与农户可支付价格之间的差额，且积极宣传农膜的增收效果，促进农膜的有效利用与环境友好型资源的使用。同时，政府补贴支出原则上不应高于农膜产生的经济效益，以免补贴造成整体的社会福利下降。在降解农膜价格较高、使用受限地区，可考虑实施农膜回收补贴政策，鼓励农户积极回收农膜，以免农膜对土壤造成不良影响。

2.在东北地区调整农膜补贴政策，减少农膜使用

在东北地区，应调整农膜相关补贴政策，包括农膜回收补贴政策，以减少农膜使用。在东北地区，农膜带来的对于环境的负向效应大于正向的经济效益，一方面，建议探索可替代农膜使用的技术，增加农户种植玉米的实际效益；另一方面，提高保护环境的意识，尽量减少农膜使用，尤其是不可降解的农膜。

3.推广可降解型农膜的使用及农膜降解技术

在西北地区、西南地区，农膜的使用在短期内可带来经济效益，也应注重农膜的回收和降解，以免长期使用后土壤生产力下降。要求农户使用农膜时规范操作，后期合理回收处理。在农户中推广降解型农膜的使用及农膜降解技术，以减少土壤污染、大气污染和生态环境污染。对当地政府而言，一方面，宣传农膜使用的正确方式和方法，对按时回收农膜的农户给予补贴；另一方面，加强可降解型农膜的研制与农膜降解技术的研发投入。