种粮农户化肥施用技术效率及其影响因素——基于河南省西华县调研数据

孙芳玲

(河南财经政法大学 农林经济管理系 河南 郑州：450000)

化肥的施用为中国粮食安全做出了极大贡献，但化肥对粮食生产的贡献率是逐年下降的[1]。房丽萍和孟军基于1978—2010年间数据，测算得出化肥投入对粮食产量增长的贡献率达20.79%[2]。李昊儒等经研究得出2006—2010年化肥对粮食产量的影响率是11.1%[3]。统计资料显示：我国化肥施用总量从1980年的1269.4万吨(折纯)增加到2017年5859.4万吨，每公顷化肥施用量从86.72kg增加到352.27kg，整体化肥用量远高于世界平均水平(每亩8公斤)，是美国的2.6倍，欧盟的2.5倍[4]。化肥利用效率的下降是我国化肥施用强度增加的主导因素[5]。由于化肥不断地被过量施用，一方面使得化肥对粮食生产的贡献率不断下降，另一方面造成资源浪费和严重的生态污染。

我国化肥、农药总投入不断增加，农业化学品施用存在过量投入、结构失衡、技术落后等问题[6]。以往对化肥施用效率的相关研究分为宏观与微观两个层面。从宏观层面多采用具有一定时间跨度的面板数据分析化肥投入总量、走势、地区差距、与发达国家的比较等方面。潘丹基于2004-2011年间31个省市的面板数据，采用因素分解方法发现研究期间我国化肥施用强度呈明显上升趋势，并且远远高于国际公认的目标范围值[5]。朱宁等基于2004-2015年中国小麦主产省份的小麦生产投入产出数据，利用SBM模型和ML指数测算得出主产省份小麦生产的化肥削减及碳减排潜力分别为0.54、0.37[7]。刘德伟等基于1997-2012年我国31个省区农业投入和产出数据，采用CD随机前沿生产函数(SFA)研究得出化肥投入的技术效率低于生产效率，只有0.603，各省化肥平均可节约0.37[8]。张永强等同样是利用面板数据，从2004-2015年间的20个省份玉米投入生产数据，运用超越对数函数模型分析得出全国玉米生产效率为0.754，化肥投入效率均值为0.448，节肥潜力巨大[9]。

微观层面多以调查数据为基础，测算化肥投入效率、技术效率，采用计量经济模型分析影响农户化肥施用的内外部因素。史常亮等利用4省577个水稻种植户的微观调研数据，采用基于SFA方法的单一投入要素技术效率测度模型，对我国农户化肥施用技术效率测算得出水稻种植农户的平均化肥施用技术效率仅为0.35，存在很大的节肥空间[10]。2005年中国经济作物的化肥施用量超过了总施肥量的50%，黄土高原苹果生产的化肥利用效率平均为0.43，远低于纯技术效率0.78[11]。

对化肥技术效率的研究侧重运用生产前沿理论，主要是基于参数估计的随机前沿方法 (SFA) 和基于数学规划的数据包络分析方法 (DEA) 两种。对于化肥技术效率影响因素主要运用Logit、Probit、Heckman两步法和回归分析等模型，影响因素主要有农户个体禀赋与家庭特征。

河南省是冬小麦主产区，化肥过量施用现象严重，2000年至2015年粮食主产区河南省的化肥施用强度每年都高于全国平均水平，而化肥的生产力却低于全国平均水平[12]。西华县是全国粮食生产先进县，小麦播种面积103万亩，土地质量、生产条件、农民生产意识极具代表性。粮食作物中，小麦的年均利润仅为75.60元/亩，低于玉米和小麦。分析小麦化肥施用的技术效率与影响因素，可以为化肥减量增效提供切实可行的建议，缩减种植小麦成本，以便在保障粮食安全的同时实现小麦增收和土地资源的可持续发展。

1 构建模型

本文采用随机前沿生产函数(SFA)估计农业生产效率和化肥投入的单一要素技术效率。化肥施用的技术效率是假定农业生产的投入和产出不变的情况下，化肥最小的投入与实际投入的比值[10]，比值越高，则化肥利用率越高。参考Reinhard[13]等的测算单一要素技术效率的方法，先假设随机前沿函数为柯布—道格拉斯生产函数：

(1)

将(1)式的两端取对数：

lnYik=β0+β1lnXik+β2lnSik+vik-uik

(2)

其中i表示第i个农户，k表示年份，Yik表示第i个农户在第k年的产出，Xik表示化肥投入，Sik表示除化肥以外的其他生产资料的投入，β0表示待估常数，β1表示化肥因素的待估参数，β2表示其他生产资料的待估计参数，(vik-uik)表示混合误差项，vik和uik相互独立，vik服从正态分布，反映随机误差，是不可控制的因素，如自然因素。假定uik服从N(0,σ2)，取截断正态分布，表示技术无效率。

(3)

生产处于理想状态时，(2)式的uik设为0，假设其他生产资料不变，产出不变的情况下，化肥最小的投入为X*ik，则(2)式可化为：

(4)

由于产出不发生变化，所以(2)式与(4)式相等，则：

(5)

TEi=e-uik/β1

(6)

根据(3)式可求出：uik=-lnPEi

采用柯布—道格拉斯生产函数，估计化肥施用技术效率的随机前沿生产函数为：

lnYi=β0+β1lnX1i+β2lnX2i+β3lnX3i+

β4lnX4i+β5lnX5i+β6lnX6i+vik-uik

(7)

其中，Yi表示每亩农作物产量(公斤)，X1i表示每亩化肥折纯用量(公斤)，X2i表示每亩农药用量(元)，X3i表示每亩种子花费(元)，X4i表示每亩机械与灌溉花费(元)，X5i表示每亩劳动力投入(天)，X6i表示农作物播种面积(亩)，βi表示待估参数(i=1，2，…，6)。假设vik与uik相互独立，且vik服从正态分布，uik服从半正态分布。由(6)可知，第i个农户的化肥施用技术效率为：

TEi=e-uik/β1

化肥施用技术效率的影响因素因素研究采用Tobit模型代替最小二乘法。因为化肥施用的技术效率取值范围是[0,1]，属于受限变量。Tobit模型的函数表达式为：

TEi为化肥施用技术效率；Xi为影响化肥施用技术效率的因变量，包括农户个体与家庭因素，农地经营特征因素；βT为回归系数向量，εi为服从正态分布的随机项。

农地经营特征因素中，不少学者用辛普森系数来衡量土地细碎化程度[14]，森普森指数定义如下：

n表示地块数，ai表示第i块土地的面积。SI的取值在0～1之间，SI=0，说明农户只有一块地，SI越接近1，土地的细碎化程度越严重。

2 数据来源与变量描述

2.1 数据来源

本研究使用的数据是2019年7月对河南省种粮农户的调查问卷，选择这个时间段是因为距离2018年冬小麦收割时间较近，农户对相关数据记忆较深刻。选取小麦播种面积大且处于典型中原地貌的西华县作为代表县。按照经济发展水平五等分所有乡镇，每份随机抽取一个，得到5个样本镇。同样，样本镇中按照经济水平将所有村庄分为三组，每组随机抽取一个，得到3个样本村。每村随机抽取24户。共计360个样本户，通过提前预约样本户和样本村村干部，由经过培训的本地调查员进行一对一入户访谈。调研共发放360份，回收360份，有效问卷359份，有效率为99.7%。问卷的内容包括农户的家庭基本情况、生产条件、生产经营情况和对生产经营行为的认知等方面信息。

2.2 变量描述

整理调研数据得出小麦随机前沿生产函数变量描述，如表1。根据第二部分的模型设计，计算小麦技术效率投入变量主要有每亩化肥折纯用量(公斤)，每亩农药用量(元)，每亩种子花费(元)，每亩机械和灌溉花费(元)，每亩劳动力投入(天)，每亩小麦物播种面积(亩)，产出变量为每亩小麦产量(公斤)。

表1 小麦生产函数中的变量描述

数据来源：调研数据整理。

3 实证结果与分析

3.1 化肥施用技术效率测算

由于假设随机误差服从正态分布，技术无效率uik的概率密度是均值为0，方差为σ2的正态概率密度函数的截断形式，且二者互不相关，相互独立，传统普通最小二乘法(OLS)无法获取截距系数的无偏估计量，更合适的方法是采取最大似然法(ML)来估计模型。本文采用Frontier4.1软件包进行模型估计，参数γ表示技术无效方差占总方差的比例，根据模型定义其取值范围是[0，1]，如果γ=0，则模型不存在技术无效，本模型不适用。根据模型运算结果表2可以看出，模型中部分数据具有统计显著性，其中γ值为0.9761，通过了1%的显著性检验，表明模型适用，同时也表示有大约97%的产出随机因素可以用技术无效解释。化肥用量在10%的显著水平对小麦产量有正向影响，但化肥对小麦产量影响的弹性较小，若继续增加化肥施用，则可能造成边际报酬的减少。

表2 小麦随机前沿生产函数参数估计结果

“*”、“**”、“***”分别表示在10%、5%、1%的显著水平显著。

根据Frontier4.1给出的第三部分运算结果(表3)可以看出，农户的平均生产效率(mean efficiency)为0.842，即若消除技术无效因素，以当前投入可提高约15.8%的产量。小麦随机前沿生产函数的参数估计结果结合推导公式(6)可以求出第i个农户的化肥施用技术效率，所有农户施肥技术效率的平均值为0.3444，表明其他投入要素不变，化肥施用量减少66%，小麦产出不变。化肥投入有66%的占比是过量的，样本中化肥折纯每亩平均投入为38.09公斤，即化肥每亩过量施用25.13公斤。

表3 农户生产效率与化肥施用的技术效率

按照化肥技术效率将农户化肥利用情况分为四等级：技术效率是0.8-1区间的农户化肥利用高，但占比仅为1.11%；技术效率在0.6-0.8区间的农户化肥利用较高，占比17.83%；技术效率在0.4-0.6区间的农户化肥利用情况一般，占比为23.68%；技术效率在0-0.4区间的农户化肥利用低，化肥过量施用严重，占比为57.38%。在调研样本中，有一半多的农户化肥用量亟待改善。调研的359位农户中不同等级化肥施用技术效率的占比见图1。

图1 农户化肥施用的技术效率占比

3.2 农户化肥施用技术效率的影响因素

3.2.1 模型变量选取

以往的研究对于农户化肥施用技术效率的影响因素可分为内部因素与外部因素两类，内部因素注重农户个体特征、家庭特征、风险态度、环保认知和生产特征等；外部因素注重政策、生产组织形式等。本文主要关注微观个体的内部因素。

农业主要从事者年龄，黎孔清、马豆豆认为户主年龄对化肥减量投入有显著负向影响，户主年龄越大，减少化肥施用的可能性越小[15]。

文化程度，史常亮等研究认为农民受教育水平与小麦化肥投入效率之间呈现显著的正相关关系[10]。文化程度越高，对新兴事物的接受程度越高，相关的环境污染意识与环境保护的责任度越高，对于种植小麦的生产投入更理性，化肥施用效率可能越高。

种粮年数代表受访者从事农业工作的经验，是否从事农业劳动时间越长，对化肥的利用就更合理有待讨论。

农业收入占比，马才学等研究认为不同生计类型的农户农药化肥施用强度存在显著差异[16]，兼业农户的化肥施用强度小于纯农户，也就是说当农业收入占家庭收入100%时，农户对于农业的收入看重，因此会对农业常年保持一个较高的投入，以提高产量，这势必会造成化肥投入过量。

务农劳动力占比，家庭务农劳动力较多，化肥与劳动力之间存在替代关系[19]，化肥用量可能会减少，化肥技术效率上升。

种植规模，张永强等认为中国玉米种植规模与玉米化肥投入效率成正相关关系[9]；张波与白秀广对黄土高原产区358个苹果种植户的微观数据研究后认为种植面积对化肥利用率有正影响[11]。农户经营规模越大，越有利于降低成本，对于新型的节肥技术和长久的地力调整会比较重视。

土地细碎化程度，黎孔清和马豆豆认为农地细碎化程度越高,越不利于化肥减量施用[15]。杨慧莲等实证验证了土地细碎化对从事粮食作物生产的家庭农产和专业大户有生产成本有正向影响，土地每增加一块，单位产量化肥成本增加0.86%[17]。土地越细碎，化肥技术效率可能越低。

土壤板结，单一的土壤板结并不能概括土壤质量，但从农户主观上是最容易判断出土壤质量好坏的。土壤肥力对农户采取有机肥替代化肥行为有显著影响[18]。

按照以上筛选的农户特征对样本进行梳理，如表4。年龄在40-50岁区间的农户化肥施用技术效率最高；大专文化程度的农户化肥施用技术效率最高，但高中以上文化程度的占比比较小，仅有18.38%；种粮年数在41-50年之间的农户化肥施用平均技术效率最高；农业收入占家庭收入0%-20%的农户的化肥施用平均技术效率最高，为0.3970；务农劳动力占家庭劳动力比例越高，化肥施用技术效率越高。土地细碎化程度越高，化肥施用技术效率越低；土壤板结与不板结的化肥施用技术效率变化不大；小麦经营面积越大，化肥施用的平均技术效率越高。

表4 西华县样本农户的基本统计特征

3.2.2 实证检验与分析

运用stata14对样本数据进行Tobit回归分析，结果如表5所示。

表5 小麦化肥技术效率影响因素实证分析结果

注：“*”“**”“***”分别表示在10%、5%、1%水平显著性。

从表5中可以得出如下分析结果：

(1)农户的年龄对化肥技术效率的影响并不显著。随着年龄的增长，农户的认知能力，身体状况等条件下降，不能够及时了解新兴化肥品种，对环境保护的概念比较薄弱，由于身体条件下降而使用“一炮轰”式的施肥方式都使得化肥技术效率居高不下。

(2)文化程度对化肥技术效率在5%的水平呈现正向的显著影响。文化程度越高，化肥的技术效率越高，越有利于化肥减量增效。

(3)种粮年数对化肥技术效率的影响不明显。可能常年固有的耕作模式反而会使得施肥形式固化，而土地从家庭联产承包责任制实施以来一直以高度集约的生产模式在供给，土壤质量质量下降，而农户依据种粮经验靠施肥增产，造成土壤污染、肥力下降的恶性循环。

(4)农业收入占比对化肥技术效率影响是反向的，在1%水平显著。农业收入占家庭收入比例越高，农户对小麦生产的产出越重视，势必会导致化肥、农药等农资过量投入。

(5)务农劳动力占比在1%的水平对化肥技术效率有显著正向影响。当劳动力上升时，化肥的施用量会下降，化肥技术效率提高。说明化肥与劳动之间存在替代关系，这与胡杨、杨泳冰研究结果一致[19]。

(6)小麦经营总面积对化肥技术效率影响在10%水平是显著的。总面积越大，越有利于减少化肥投入，这与Ju X T[20]研究结论相同。一定规模的农户对于土地状态会更加重视，相关化肥减施政策更了解，相关因素都有利于化肥减量增效。

(7)土地细碎化程度对化肥技术效率影响是反方向的，在10%水平显著。由于土地细碎，现代农业技术无法应用，或者在市场上购买时比较难购买到，需要劳动投入增加，造成农户选择增加化肥投入来减少劳动。

(8)土壤板结对化肥技术效率影响是正面的。土壤质量情况越好，越有利于化肥减量增效。农户通过主观判断土壤贫瘠的情况，去增加或减少化肥用量，土壤越肥沃，土地产出越高，化肥的投入可能就会减少。

4 结论与建议

通过对西华县359户小麦农户调研数据的整理分析，发现西华县小麦农户的化肥技术效率为0.3444，化肥每亩过量施用25.13公斤。农户文化程度、务农劳动力占比和经营面积对化肥技术效率有显著正向影响；年龄、种粮年数和土壤板结对化肥施用效率有正向影响，但不显著；农业收入占比、土地细碎化程度对化肥技术效率有显著负向影响。

根据研究结论，对河南省小麦农户提高化肥施用技术效率，实现化肥减量增效，提出如下几点建议：(1)广泛开展化肥减量增效宣传，通过讲课、田间示范等形式对农户施肥技术进行培训，注意不同文化程度农户的接受程度不同，可以先从文化水平较高的农户作为试点，发挥示范带动作用；积极与市场合作，例如种子公司、化肥公司，引导市场研发环境友好型肥料，组织专业的技术人员帮助农户修复土壤；(2)推动土地流转，鼓励进城务工返乡人员创业，通过村小组、村委形式招标流转土地，以减少承包户的土地细碎化程度；(3)培育新型经营主体，对粮食规模农户给与适当补贴与技术支持，以此减少兼业农户，提高粮食生产的专业性；积极发展村集体经济，提高农户组织化程度和收入水平。