要素禀赋变化对农业生产要素投入与技术选择的影响*

吴丽丽，连梦娇，邓灵璨

(武汉工程大学管理学院，武汉市，430205)

0 引言

在以农为本的传统中国社会，土地束缚了人口和劳动力，依靠密集使用人工的精耕细作成为“人多地少”禀赋条件下农业生产的基本特征[1]。然而，21世纪以来，伴随工业化和城镇化的不断推进，农业生产的要素禀赋条件发生了深刻变化：劳动力成本快速上升，农业机械化稳步推进，农业资本深化趋势明显[2]。数据显示，反映农业劳动力机会成本的农民工名义工资从2000年的517.80元/月[3]上涨到2018年的3 721元/月[4]，增长了7.19倍；农业生产劳动日工价从2000年的10.0元/日上涨到2018年84.89元/日，增长了8.50倍。与此同时，农业机械化也进入飞速发展阶段[5]，全国农业机械总动力由2000年的52 573.61万kW增长至2018年的100 371.74万kW，涨幅达90.92%；农作物耕种收综合机械化率由2000年的30.59%增长到2018年的69%[6]。

根据要素稀缺诱致性技术创新理论，要素禀赋变化会率先引起要素相对价格变化，进而诱致要素投入调整及技术进步[7]。那么，要素禀赋变化带来的价格效应如何引发诱致性技术创新？在短期内是否会引起要素投入的调整？在长期内又是否会诱致技术进步使得农业生产主体选择适宜技术？在同一诱发机制下，不同类型农作物(如土地密集型粮食作物与劳动密集型经济作物)是否会存在作物异质性？

1 文献综述

目前关于要素禀赋变化与要素替代、技术选择的相关文献主要集中在以下两个方面：(1)运用生产函数或成本函数来测算要素之间的替代弹性，进而判断要素替代关系[8]。伴随着劳动力非农转移和劳动力成本上升，学者们重点探讨了农业机械与劳动力之间的替代关系[9-12]。研究发现：农业生产中机械对劳动的替代关系十分明显[13]，这一点从农业机械化进程的快速推进[5]、农机装备投入[14]、农机服务需求[15]以及农业资本构成[16]的快速增长上都得到了验证。另一些学者则从要素替代视角考察了化肥与劳动之间的替代关系[17]。(2)结合资源禀赋结构判断中国农业技术进步方向。考虑中国人多地少资源禀赋特征，长期以来，依靠生物化学技术，走“土地节约型”道路成为我国农业技术变革的主流方向[18]。但近年来，随着要素禀赋的变化，农业技术变革模式是否发生变化？为回答这一问题，学者们分别运用二维相图增长法[19-20]、要素禀赋结构系数[21]、劳-地生产率指数[22]等方法进行了检验，发现中国农业技术创新路径是一个动态演进的过程，呈现明显的要素“诱致性”倾向和阶段性特征。农业生产已从增加生物化学投入为主转变为节约劳动的机械技术进步为主[22]，经历了从“过密化”到“机械化”的历史性变革[5]；未来中国农业技术创新方向是用智能化、综合化机械技术替代劳动，用效率更高、更安全的生物技术替代土地[16]。

以上研究为本文提供了扎实的理论指导和实证经验，但仍存在进一步改进空间：一是未能将要素禀赋变化、要素投入调整及技术选择三者纳入统一分析框架中，进而无法刻画要素禀赋变化对短期要素投入调整和长期技术选择影响的动态演进过程，也就未能区分其短期效应和长期效应。二是多数文献仅针对整体农业或某一种(类)作物在全国层面的生产情况进行分析，忽视了要素禀赋变化对作物影响的异质性。

鉴于此，本文利用2004—2018年小麦与棉花的投入产出数据，基于要素稀缺诱致性技术创新理论，将要素禀赋变化、要素替代与技术选择纳入统一分析框架，将要素相对价格作为度量要素禀赋条件的指标，构建包含价格信息的超越对数成本函数模型，实证检验要素禀赋变化诱致的短期要素替代与长期技术选择效应及其作物差异。

2 研究方法

2.1 超越对数成本函数模型构建

超越对数生产函数和超越对数成本函数是测度要素替代关系及技术进步的主要模型，但对比超越对数生产函数，超越对数成本函数具备以下明显优势：一方面，它属于平方响应面模型，无需设定特定的函数形式，也不需要对后续计算的替代弹性做出任何前定假设[23]，具备易估计、包容性强的优良性质；另一方面，它将要素价格作为内生解释变量，从生产成本最小化的视角来刻画农户的生产经营决策，可以区分短期要素替代效应及长期技术进步效应。

鉴于此，参考Jorgenson等[24]、赵爱栋等[25]研究，构建包含农业产出(Y)、劳动投入(L)、机械投入(M)、化肥投入(F)、其他物质和服务投入(O)、要素价格(P)以及时间趋势(t)的超越对数成本函数模型，其函数形式如式(1)。

lnC=α0+αYlnYt+∑iδitlnPtlnt+γYtlnYtlnt+

(1)

式中：C——农业生产总成本；

i、j——对应生产要素L、M、F、O；

Pi、Pj——第i、j种生产要素的价格；

α0、αY、δit、γYt、αt、δi——相关待估计参数;

δij、δiY、γYY、αtt——相关待估计参数。

进一步，为缓解模型中可能存在的多重共线性问题，利用谢泼德引理推导各要素成本份额方程

=δitlnt+δi+∑jδijlnPjt+δiYlnYt

(2)

式中：Sit——在t时期第i种要素的要素投入份额。

同时式(2)需满足超越对数成本函数对称性及同质性的约束条件

δij=δji, ∑iδi=1, ∑iδiY=∑iδit=0,

∑iδij=∑jδij=0

(3)

一般而言，短期内农业技术水平基本保持不变，若考虑要素价格长期变化的趋势，那么农业研发部门会加大研发投入，推动节约稀缺要素的长期技术进步，可用滞后期来刻画价格诱致效应的这一动态调整轨迹。参考赵爱栋等[25]的研究，采用柯依克(Koyck)方法，建立要素价格诱致的动态演进过程。此时这一诱致效应可以用要素长期价格μ的某种函数

μit=λPi,t-1+λ2Pi,t-2+…+λnPi,t-n-1

(4)

式(4)中，0<λ<1，且t期的要素价格诱致效应从t-1期开始随着滞后期的增加而几何衰减。将式(4)中要素价格的动态诱致效应引入到式(2)，可以得到动态的要素投入份额方程

=λSit-1+(1-λ)δi+∑jδijlnPjt+δitlnt+

δiYlnYt

(5)

2.2 要素替代弹性的测算

要素替代弹性是衡量要素投入变动对要素价格变动反应敏感程度的关键指标，因此准确测度要素替代弹性非常重要。基于超越对数成本函数的替代弹性测算方法主要包括Allen替代弹性(AES)、交叉价格替代弹性(CPE)和Morishima替代弹性(MES)[26]。其中，MES是一种相对替代率，能够估算两种投入要素比例变化对相对价格变动的反应程度，相对AES、CPE来说，具备非对称性、可计算替代程度大小及提供更完整统计信息的优点[27]，更符合本文对要素替代弹性的衡量要求。因此，本文运用MES来测算不同生产要素组合的替代关系。计算公式如式(6)。

(6)

式(6)中，σij为要素i与要素j的Morishima替代弹性，表示在给定其他价格不变的情况下，仅由Pj变化对要素比率(xi/xj)变化的影响[28]。当σij>0时，要素i与j之间存在替代关系；当σij<0时，要素i与j之间存在互补关系。ηij为要素i与要素j的交叉价格弹性，ηjj为要素j的自价格弹性。此外，根据要素价格及要素份额公式可以推导出交叉价格弹性ηij及自价格弹性ηjj的计算公式

(7)

(8)

2.3 技术进步偏向性的测算

短期内，可以用要素替代弹性来刻画要素价格变动对要素投入变化的调整幅度，在长期，参考Esposti等[29]与赵爱栋等[25]的研究，要素价格变化诱致的偏向性技术进步可以定义为长期价格变动所引起的要素投入份额的减少幅度，公式如式(9)。

(9)

式(9)中，若φji>0，表明要素i价格的上涨会导致要素j的投入份额增加，即农业技术进步会偏向于节约i要素、使用j要素；若φji<0，表明要素i价格的上涨会导致要素j的投入份额减少，此时技术进步则偏向于使用i要素。

3 变量选择与数据来源

本文以小麦和棉花分别作为土地密集型粮食作物与劳动密集型经济作物的典型代表，运用超越对数成本函数分析2004—2018年农业要素禀赋变化对要素投入调整及技术选择的影响。根据超越对数成本函数的设定，需确定产出变量、投入变量及相应价格变量，主要研究变量选择如下。

1) 农业产出(Q)。使用各农作物(小麦、棉花)的单位面积产量(kg/hm2)作为产出变量。未选择产值的原因在于产值易受外生的产品市场价格变动影响，难以准确反映不同作物的生产差异。

2) 劳动力投入(L)和劳动力价格(PL)。使用每公顷用工数量作为劳动力投入(日/hm2)的代理变量，测算劳动者的有效劳动时间。使用每公顷人工成本除以每公顷用工数量，得到劳动力价格(元/日)，可兼顾家庭用工及雇工价格。

3) 机械投入(M)和机械价格(PM)。选取每公顷机械作业费作为机械投入(元/hm2)的代理变量，包括租赁机械及购买自用机械的费用。参考多数文献的普遍做法，以机械化农具生产资料价格指数衡量机械价格。

4) 化肥投入(F)和化肥价格(PF)。选取每公顷化肥折纯量作为化肥投入(kg/hm2)的代理变量。选取每公顷化肥费用除以每公顷化肥投入作为化肥价格(元/kg)的代理变量。

5) 其他资本投入(O)和其他资本投入价格(PO)。选取各农作物每公顷物质与服务费去除机械费和化肥费后的数值(元/hm2)作为代理变量。选取其他农业生产资料价格指数来衡量其他资本投入价格。

在上述指标中，小麦和棉花的产量数据来源于国家统计局，成本、收益类数据来源于《全国农产品成本收益资料汇编》(2005—2019年)。其中，小麦主产地区包括山东、山西、内蒙古、云南、四川、甘肃、宁夏、陕西、江苏、安徽、河北、河南、湖北、黑龙江及新疆，棉花主产地区包括河北、山东、江苏、安徽、河南、湖北、陕西、甘肃及新疆。各价值变量均使用2004年为基期的相关价格指数进行平减，以保证数据的一致性及可比性。

4 实证结果与分析

4.1 成本份额方程回归结果

运用2004—2018年小麦和棉花的相关生产投入与价格数据，将式(1)和式(5)结合起来进行实证估计。由于成本份额方程存在齐次性、对称性等约束，且劳动力、机械、化肥及其他资本投入的成本份额之和为1，因此，只需对其中3个成本方程进行估计即可。考虑到其他资本投入难以确认其具体数量及政策含义，最终舍弃其他资本要素份额方程。此外，为消除各要素份额方程之间可能存在的异方差、同期相关等问题，采用似不相关回归(SUR)进行估计，以提高估算精度。

表1给出了2004—2018年小麦和棉花的成本份额方程估计结果。从表中可以看出，小麦和棉花的Breusch-Pagan检验统计量均在1%的统计水平上显著，说明采用似不相关回归(SUR)估计方法确实有效提高了估算精度。此外，经Koyck转换的动态效应参数λ均在1%水平上显著，说明几何分布滞后模型能够较好地刻画要素禀赋变化诱致的长期动态效应。回归结果中，大部分待估参数都通过了显著性检验，各份额方程的R2均高于0.82，说明各份额方程的拟合度较好，回归结果较为稳健，模型的设立能够较好地满足研究需要。

表1 小麦和棉花的成本份额方程估计结果Tab. 1 Cost share equation estimation results for wheat and cotton

4.2 农业要素禀赋变化的短期替代效应

根据表1成本份额方程回归结果中的估计系数，结合式(6)～式(8)，可以测算出2004—2018年小麦和棉花各生产要素的自价格弹性、交叉价格弹性及MES替代弹性。其中，ηLL表示劳动力自价格弹性，σML表示机械—劳动力替代弹性，σFL表示化肥—劳动力替代弹性。

4.2.1 劳动力自价格弹性

从表2可知，小麦和棉花的劳动力自价格弹性ηLL均为负值，说明随着劳动用工成本的上升，小麦和棉花生产中对劳动力的需求会下降，这一结果符合经济含义，与林善浪等[23]的结论一致。但无论是小麦还是棉花，其劳动力自价格弹性的绝对值都小于1，说明劳动力是一种相对缺乏弹性的生产要素，劳动力需求的减少幅度明显滞后于用工成本的上升幅度，即便未来劳动用工成本继续上升，劳动力投入会有所减少，但空间有限，劳动力仍然是农业生产的最基本投入要素。小麦和棉花比较发现，小麦生产的劳动力自价格弹性的绝对值远高于棉花，说明与棉花相比，小麦生产中劳动力投入量对用工价格变化更为敏感，这可能是因为小麦生产环节相对简单，且较早实现全程机械化作业，当劳动用工成本上升时能够迅速做出反应，用机械替代劳动，大幅减少劳动投入。而棉花属于劳动密集型农作物，且成熟期长，在打顶、采摘等关键环节农机技术尚未取得实质性突破，仍高度依赖人工完成，因此当劳动用工成本上升时，棉花劳动用工投入会有所减少，但减少幅度较小，未来仍有较大减少空间。

表2 2004—2018年农业要素替代弹性值Tab. 2 Substitution elasticity values of agricultural factors from 2004 to 2018

4.2.2 机械对劳动替代弹性

整体来看，2004—2018年小麦和棉花生产的σML均大于0，表明机械与劳动力之间存在明显的替代关系。2004年以来，伴随着城镇化进程的加快和劳动力的非农转移，农业生产要素的相对价格变化明显，以小麦为例，小麦的劳动用工工价从2004年的14.01元/日增长到2018年的60.90元/日，上涨了4.35倍，远高于同期机械价格的增长速度(1.28倍)。为应对劳动用工成本上升的挑战、节本增效，理性农户会减少劳动投入，增加机械投入，用更为廉价的机械替代劳动，农业正在经历以人力畜力为主时代向以机械化、信息化为主时代的转变。数据显示，小麦的用工量由2004年的122.10日/hm2减少到2018年的66.78日/hm2，降幅达45.31%；而同期小麦的机械投入由2004年的572.62元/hm2增长至2018年的1 468.91元/hm2，大幅增长了2.57倍。

从变化趋势看，小麦和棉花的机械—劳动力替代弹性值总体稳定但有小幅下降趋势，其中，小麦的替代弹性值由2004年的1.133下降至2018年的1.115，棉花由2004年的0.296减少到2018年的0.187。出现这一现象的原因可能是：随着农业用工成本上升以及机械替代劳动的不断深入，中国农业机械拥有量和农业机械化水平快速推进，主要农作物耕种收综合机械化率从2004年的34%提高到2018年的69%[6]，在经历一轮快速推进之后，农业机械化水平已占据较高的起点，农业机械化进程也迎来了新的发展瓶颈，在当前技术水平下，机械进一步替代劳动的难度加剧、空间缩小，因此表现为替代弹性趋于稳定并略有下降趋势，这在一定程度上与当前中国农业机械化进程放缓的事实相吻合[11]。

从小麦和棉花的比较来看，小麦作为土地密集型粮食作物的代表，其机械对劳动的替代弹性在2004—2018年间稳定在1.11以上，属强替代关系；而棉花的机械劳动替代弹性值不及0.30。二者产生差异的原因在于小麦和棉花生产工艺和机械化进程的不同：小麦生产环节相对简单，且以规模化种植为主，有利于机械化作业开展，基本实现全程机械化生产，因此小麦生产中机械对劳动力的替代弹性更高；而棉花生产环节较为复杂，成熟期长，在打顶、采摘等关键环节农机技术尚未大规模推广[30]，仍高度依赖密集劳动投入，且除新疆外，多数地区种植分散，因此，棉花生产机械化进程较为滞后、机械替代劳动难度较大。这一结果与张在一等[31]的研究结论相似，即在劳动力相对价格上涨时，高劳动密集型作物无法快速通过要素替代来达到节约劳动力的目的。这也反映出不同作物之间存在机械化发展不平衡问题，未来农业机械化发展要注意调结构，在持续推进小麦等粮食作物生产全程机械化的同时，更要努力突破棉花等经济作物的作业瓶颈，促进粮食作物与经济作物的全面机械化[32]。

4.2.3 化肥对劳动替代弹性

从表2可知，2004—2018年间小麦和棉花的σFL均大于0，说明化肥与劳动力之间也存在明显的替代关系，与胡浩等[17]的研究结论一致。这说明当劳动力成本上升时，理性农户会选择省工省力的施肥方式，用化肥替代劳动，以达到节本增效的目的。从小麦和棉花的比较来看，2004—2018年间，小麦σFL替代弹性值均在1以上，属于强替代关系；而棉花的替代弹性值不及0.5，且有逐年下降趋势，说明化肥对劳动的替代关系存在作物差异性。产生这一差异的原因可能在于两类作物在生产中对劳动力投入强度和需求程度不同[33]：小麦属于土地密集型粮食作物，种植规模化和标准化程度高，对劳动力的投入强度和依赖程度较低，当劳动力成本上升时可以通过机械、化肥(如化肥深施、机械施肥等技术)的替代来保证预期产量的实现；而棉花属于劳动密集型经济作物，生产周期长、生产环节较为复杂，当劳动力投入减少时，难以通过机械、化肥要素的替代来弥补对产出的影响，因此棉花生产中化肥对劳动呈弱替代关系。

4.3 农业要素禀赋变化的长期技术选择效应

表3显示了2004—2018年农业生产的长期技术进步偏向。从表中可以看出，小麦和棉花的劳动投入偏向为负，说明随着劳动力成本的上升，小麦和棉花生产的劳动力成本份额不断降低，表现为劳动力节约型技术进步。但小麦和棉花在机械投入偏向和化肥投入偏向上表现出明显的分化特征。

表3 2004—2018年农业生产的长期技术进步偏向Tab. 3 Long-term technological progress bias of agricultural production from 2004 to 2018

小麦的机械投入偏向和化肥投入偏向均为正值，说明当劳动力成本上升时，小麦生产的机械成本份额和化肥成本份额逐渐增加，也就是说，劳动力成本上升在诱致小麦劳动节约型技术进步的同时，也推动了机械使用型技术和化肥使用型技术的快速发展。这一结论与小麦生产的现实情况高度一致：为应对劳动力非农转移和劳动力成本上升带来的冲击，政府陆续出台了一系列强农惠农政策，如小麦最低收购价、农机具购置补贴、良种补贴等政策，有效调动了农户种麦的积极性，促进了机收机耕机播等机械技术和化肥施用等生化型技术在小麦生产中的快速推广及应用，从而达到节约劳动投入、节本增效的目的[34]。值得注意的是，考察期内小麦的σML与σFL均始终大于1，属于强替代关系，这也意味着在小麦生产中的长期技术进步偏向进一步加深了短期要素替代效应。

与小麦不同，棉花的机械投入偏向和化肥投入偏向均为负值，但数值接近于0，说明伴随着劳动力成本的上升，棉花生产的机械成本份额和化肥成本份额有所减少、但不明显，这意味着劳动力成本上升在诱致棉花劳动节约型技术进步的同时，机械和化肥节约型技术也有一定的发展。这可能是因为棉花生产环节的核心机械技术未能充分实现，尤其是打顶、采摘收获等环节缺乏核心机械技术支撑，仍需较多人工完成。同时，除新疆外，在内陆地区棉花多为分散化种植，机械化推广不畅。如多数地区在推广机采棉的过程中，受到棉花品种繁杂、种棉行距与株距误差及喷施脱叶剂量等约束，难以保证采棉机作业的准确性，进而导致棉花采净率低、含杂率高，在一定程度上阻碍了机采棉的推广[30]。正因为如此，为应对劳动力成本上升带来的挑战，棉花生产的劳动投入有所减少，劳动力成本份额也明显降低，表现为劳动节约型技术进步；在劳动投入减少的同时，机械投入也有所增加，但受限于机械技术难题，增幅有限，出现机械成本份额不增反而微幅下降的反常现象。此外，由于测土配方、缓控施肥等技术在棉花种植过程中广泛推广应用，棉花生产化肥减量化趋势明显，化肥成本份额有所减少，表现为化肥节约型技术的进步。

5 研究结论与政策建议

5.1 研究结论

运用2004—2018年小麦和棉花的相关投入产出数据，构建包含要素价格信息的超越对数成本函数模型，实证检验要素禀赋变化对要素替代与技术选择的影响及其作物差异。

1) 要素禀赋变化存在明显的短期要素替代效应。无论小麦还是棉花，机械与劳动力之间均存在明显的替代关系。这说明，为应对劳动用工成本上升的挑战、节本增效，理性农户会减少劳动投入，增加机械投入，用更为廉价的机械替代劳动，农业正在经历以人力畜力为主时代向以机械化、信息化为主时代的转变。作物比较发现，小麦生产机械对劳动力属强替代关系；而棉花生产机械对劳动呈弱替代关系，小麦的机械-劳动力替代强度明显高于棉花；二者产生差异的原因在于小麦和棉花生产工艺和机械化进程的不同。这也反映出不同作物间机械化发展存在不平衡问题，未来农业机械化发展要注意调结构，攻克技术难题，促进农业生产的全面机械化。此外，化肥与劳动力也存在一定替代关系。

2) 要素禀赋变化会影响长期技术选择。随着劳动力成本的上升，小麦和棉花生产的劳动力成本份额不断降低，表现为劳动力节约型技术进步。但小麦和棉花在机械投入偏向和化肥投入偏向上表现出明显的分化特征。劳动力成本上升在诱致小麦劳动节约型技术进步的同时，也推动了机械使用型技术和化肥使用型技术的快速发展；但棉花生产的机械使用偏向和化肥使用偏向不明显。

5.2 政策建议

基于上述研究结论，本文提出以下政策建议：(1)持续推进要素价格市场化改革进程，建立健全能够刻画资源稀缺程度的要素价格形成机制，利用价格信号来调节要素需求与要素投入，促进资源的优化配置与农业生产的提质增效。(2)明确农业要素禀赋条件的变化趋势，顺应农业向机械化、信息化时代转变的历史潮流，选择与要素禀赋结构相适应的技术类型，“大力推进农业机械化、智能化，给农业现代化插上科技的翅膀”。(3)充分重视不同农作物间机械化发展存在的不平衡问题，未来农业机械化发展要注意调结构，在持续推进小麦等土地密集型农作物生产全程机械化的同时，更要努力突破棉花等劳动密集型农作物的作业瓶颈，促进农业生产的全面机械化。