农机作业服务对中国粮食生产技术效率的影响：基于共同前沿方法的考察

宦梅丽，侯云先，吕 静

（1.清华大学 中国农村研究院，北京 100084；2.中国农业大学 经济管理学院，北京 100083；3.国家会计学院，北京 101318）

一、引言与文献综述

国家粮食安全问题关乎国计民生，不容忽视。党的十九大报告明确提出：确保国家粮食安全，把中国人的饭碗牢牢端在自己手中。中国粮食总产量在2004 年后持续“十八连丰”，到2021 年达68 285 万吨。尽管我国已基本实现粮食自给，但粮食安全形势依然严峻。粮食增产的背后是化肥、农药等生产性资源投入的急剧透支，消耗全球近35%的氮肥和70%的可用水资源［1］。粮食生产面临自然灾害威胁、生态环境压力以及耕地和水资源日益短缺等问题。在不利的禀赋条件和有限的资源环境约束下，如何持久保障粮食安全是新形势下应当关注的问题。粮食增产动力在于要素投入量增加和生产效率提升，前者属于粗放型增长，过度牺牲资源要素，故从可持续角度看，提高农业科技水平和粮食生产效率是粮食增产的关键［2］。如何充分挖掘不同资源禀赋条件下的技术效率是值得深入研究的话题。

学者们普遍认为，农业机械化服务有助于解释农村劳动力大规模非农转移背景下，我国面临土地资源禀赋约束，粮食生产却连年丰收的矛盾现象［3］。近年来，在政府大力支持下，农业机械化快速发展，2020 年全国农作物耕种收综合机械化率达71.25%，其中，机耕率、机播率、机收率分别达85.49%、58.98%、64.56%；全国农机服务组织19.48 万个，农机服务收入4 781.48 亿元①数据来源：农业农村部，《2020年全国农业机械化发展统计公报》。。由此观之，农机服务与粮食生产技术效率之间可能存在较强的关联性。

然而，现有文献主要聚焦于技术效率估计及其影响因素分析，缺少农机服务与粮食生产技术效率二者关系的具体研究。一方面，由于文献选择的研究时段、样本区域、研究方法并不一致，导致估计出粮食生产技术效率存在差异。比如：亢霞和刘秀梅［4］估计出小麦、玉米、大豆和粳稻技术效率分别为0.63、0.81、0.77 和0.9；宿桂红和傅新红［5］估计出1998—2008 年粮食主产区水稻技术效率为0.937 1；张海鑫和杨钢桥［6］发现安徽农户技术效率仅为0.779 7。胡祎和张正河［7］估计出2000—2015 年中国小麦主产区技术效率为0.873。这些文献大多采用传统的随机前沿分析方法，忽略了不同区域间技术的异质性。另一方面，分析技术效率影响因素时重点关注经营规模［8-9］、老龄化［10］、作物多样性［11］、经济发达程度［12］、农业政策改革［13］、耕地细碎化［14］等因素，较少关注农机作业服务对技术效率的影响。

部分文献讨论了农业机械化服务与粮食生产效率的关系，但尚未形成一致定论。有文献研究表明，农机服务通过促进专业化分工［14］、劳动替代效应［7］等方式提高粮食生产效率。也有研究认为，生产服务要素对农业产出的贡献十分有限［15］，农机服务的本质是委托代理关系，可能产生机会主义行为［16］，同时由于农户与服务主体之间信息不对称，存在服务主体降低服务质量投入和农户“过度监督”的双边道德风险，进而降低生产效率［17］。然而，这些文献或基于委托代理理论分析农机服务对生产效率的负面影响，缺乏实证证据；或实证分析农机服务对技术效率的正向效应，但囿于数据和指标可得性，未讨论不同生产环节农机服务影响技术效率的异质性。鉴于此，本文基于1991—2019年中国30个省（自治区）的面板数据，运用Meta-Frontier 方法估计粮食生产技术效率，并具体分析耕地、播种和收获环节农业机械化和农机跨区作业服务对技术效率的影响及其差异。

二、理论分析与研究假说

现代经济增长理论和农业生产实践表明，生产效率是提高农业生产能力的动力来源［2］。而新经济地理学相关理论认为，技术进步是提升生产效率的本质来源［18］。农业生产技术进步能实现农业生产要素替代，通过要素组合和优化配置，提高生产效率。在保障粮食安全的前提下，农业技术进步通过促进生产要素替代和合理配置，有助于减少投入和增加产出，进而提高粮食生产技术效率［19］。如：采用劳动节约型技术可以有效替代劳动，将大量农村劳动力释放出来，转移到非农生产部门，为农地规模化经营提供基础和空间，促进生产效率提升。

农业机械化作为一种劳动节约型技术进步，通过要素替代效应，能够有效减少农业劳动投入，缓解农村青壮年劳动力大量外流导致的劳动力短缺、老龄化、女性化等问题造成的技术效率损失；农户拥有的土地、劳动、资本等要素得到重新配置，资源的优化配置将带来产出增加，通过降低交易成本改变农业生产的分工性，实现专业化生产的效益，产生分工效应［14，20］；通过技术引入效应，将先进的农业生产技术输入各个生产环节，从而提高技术效率，如：烘干机的使用能有效缓解晾晒造成小麦重量和营养成分流失问题，机械播种比人工播种更均匀合理、更利于作物生长［7］。然而，由于不同作物和生产环节农业机械化发展程度有所不同，机械化对技术效率的影响存在差异。具体表现在：小麦生产机械化程度高，而水稻和玉米较低；耕作和收割环节机械化发展较快，播种和病虫害防治等环节相对滞后。结果是，在那些机械化程度较低的作物采用机械化作业时可能出现粮食损耗和浪费问题，如水稻收割机的使用易造成严重的粮食损耗问题［21-22］。

农业机械化服务是解释在农村劳动力大规模外流的背景下，中国面临小规模、细碎化的土地要素禀赋约束，粮食生产却连年丰收的矛盾现象的关键所在，中国走的是以农机跨区作业服务为核心的农业机械化路径［3，23］。农机作业服务降低了小规模农户的机械使用成本，提高机械技术可得性，使其能享受大型机械作业带来的优势。通过社会化分工，破除小规模经营、耕地细碎化等土地要素约束，促进服务规模经济，提高技术效率；通过要素替代，减小由于农村青壮年劳动力流失、女性化、劳动力非农转移等造成的技术效率损失；通过技术引入效应，将先进科学技术引入各个生产环节，提高技术效率［7，19，24］。与此同时，农机作业服务的本质是雇工劳动，难以克服由于信息不对称可能产生的机会主义行为以及农户和服务主体之间的双边道德风险，可能降低生产效率［16-17］。由于各个生产环节机械作业标准和规范不一致，农机作业服务对技术效率的影响可能存在差异。基于此，提出如下研究假说：

H1：农业机械化总体上能够显著提高粮食生产技术效率，但在不同环节呈现差异性；

H2：农机作业服务对粮食生产技术效率呈现环节差异性。

基于此，构建农业机械化和农机作业服务对技术效率的影响机理如图1所示。

图1 农业机械化和农机作业服务对技术效率的影响机理

三、数据来源、变量选取与模型选择

（一）数据来源

本文数据主要来源于1992—2020 年《中国统计年鉴》《中国农村统计年鉴》《中国农业机械工业年鉴》。采用这一阶段样本的依据为：①数据可得性。由于1990年之前化肥投入量指标缺失，为保证数据的连续性，采用1991—2019年来自中国30个省市自治区（不包括西藏、港澳台地区）的省级面板数据进行分析。1997 年起，重庆合并至四川进行计算，其涉及比例的数据取二者平均值。个别年份缺失的数据采用插值法处理。②中国农业发展阶段特征。从20 世纪90 年代开始，中国农产品市场化改革快速发展，中国粮食生产进入新的阶段，分析这一时期的粮食生产和农业机械化具有重要研究价值。在分析农业机械化和农机跨区作业服务对技术效率的影响时，农业机械化指标仅1994—2019 年数据可得，农机跨区作业服务指标仅公布了2008年之后的数据。

（二）变量选取

本文所涉及的变量定义、赋值与描述性统计如表1 所示①模型回归时，投入产出变量、核心解释变量以及控制变量中的经营规模、固定资产投资取自然对数值。。本文重点关注技术效率，该指标运用共同前沿生产模型估计而来。为避免复种、休耕、弃耕等状况对农耕地实际使用产生偏差，选取粮食播种面积来替代广义的土地投入。由于现有资料中无种粮劳动力的统计数据，借鉴马林静等［25］的做法，采用农林牧渔从业人员×（农业产值/农林牧渔总产值）×（粮食播种面积/农作物播种面积）计算各省市自治区1991—2019 年种粮劳动力人数，与粮食产出统计口径保持一致。由于统计数据中无化肥、机械和农药投入相应指标，分别对当年度实际用于农业生产的化肥折纯数量（包括复合肥、氮肥、磷肥和钾肥的综合使用量）、以全口径统计的农用机械总动力（包括耕地、排灌、收割、运输等）和农药投入量，采用粮食播种面积占农作物播种面积的比例进行调整。

表1 变量说明与描述性统计

核心解释变量为农业机械化发展程度和农机跨区作业服务程度，分别采用机耕、机播和机收面积占农村人口数的比例和跨区机耕、跨区机播和跨区机收面积占农村人口数的比例进行衡量。此外，借鉴胡祎和张正河［7］、宦梅丽和侯云先［24］、武舜臣等［26］等做法，控制经营规模、灌溉因素、自然灾害、农业生产投资、地理区位等因素的影响。

（三）模型选择

技术效率指人们掌握和利用某种技术的程度，实际产出与前沿生产函数产出之比即为技术效率。传统的随机前沿分析法（SFA）将全国各区域视为相同类型的决策单元，忽略不同区域间自然条件、资源禀赋、经济发展、技术水平及政策背景等差异，共同前沿（Meta-Frontier）方法则有助于解决这一问题。考虑到主产区、主销区和平衡区的生产技术差异，将全国所有省市自治区作为共同边界参照组，运用共同前沿生产函数模型估计不同组内的技术效率和共同前沿技术效率，并进行跨区域比较。

基于随机前沿模型，各区域粮食生产超越对数函数模型可描述为：

式（1）中，Yit为i省市自治区在第t年粮食总产量，Xit为i省市自治区第t年的土地、劳动、化肥、机械和农药投入；Vit为随机误差项，假设服从独立同分布Vit～N(0，)，与Uit分布相互独立；Uit为技术非效率的非负随机变量，服从截断正态分布Uit～N+(μ，)；β为待估参数。

由式（1）定义的随机前沿模型，各省市自治区在第t年的技术效率为TEit=e-Uit，共同前沿技术效率可描述为：

式（2）中，TE*itj为共同前沿技术效率；TGRitj为技术差距比，衡量第j区域随机前沿生产函数产出相对于共同前沿函数潜在产出的比率。

为分析农机作业服务对技术效率的影响，将包含农业机械化程度和农机跨区作业服务发展程度的解释变量对技术效率进行回归，技术效率函数可由式（3）进行解释：

式（3）中，tillageit、sowingit和harvestingit分别为耕作、播种和收获环节机械化发展程度和农机跨区作业服务发展程度；Zit为一组控制变量，包括经营规模、农业生产投资、灌溉条件、自然灾害、技术变化和区位因素等；εit为随机扰动项。

四、结果与分析

（一）中国粮食生产技术效率及其功能区差异

考虑到不同区域粮食功能定位差异及粮食生产技术条件异质性，基于粮食主产区、主销区和平衡区3个组别，构建共同前沿模型①为节约篇幅，未报告Meta-Frontier 估计结果，读者若感兴趣，可与作者联系；相比超越对数形式的随机前沿模型，采用Meta-Frontier方法增加了各系数估计值的显著性，但系数估计值的大小和方向与SFA模型估计结果基本一致。，分别估计出1991—2019年全国及各区域的共同前沿技术效率（Meta-Frontier）、技术效率（SFA）和技术差距比，具体结果如表2 所示。1991—2019 年全国粮食生产的共同前沿技术效率为0.890，主产区最高，平衡区次之，主销区最低。全国粮食生产的技术差距比均值为0.989，主产区最高，平衡区次之，主销区最低。这表明粮食主产区相较主销区和平衡区而言更加接近共同前沿的生产技术水平。

表2 各区域粮食生产技术效率

（二）农业机械化对中国粮食生产技术效率的影响

为检验农业机械化对技术效率的影响，回归分析耕作、播种和收割环节农业机械化发展程度对共同前沿技术效率的影响，实证结果如表3所示①为节约篇幅，未报告全部控制变量的回归结果；读者若感兴趣，可与作者联系。。表3中的模型（1）～模型（6）为控制时间趋势、地区差异和农业生产投资等不同条件下的回归模型。机耕程度估计系数显著为正，机收程度估计系数显著为负，机播程度估计系数不确定。这说明，耕作环节机械化有助于提高技术效率，而收获环节则制约技术效率。

表3 农业机械化对共同前沿技术效率影响的GLS回归结果

一般而言，农业机械化有助于提高粮食生产效率。中国农业机械化发展程度在不同生产环节和不同粮食作物之间呈现显著差异，具体体现在：收获环节机械化程度较高，耕地和播种环节机械化程度较低；小麦机械化程度较高，水稻和玉米机械化程度较低。其结果是，对于机械化发展较薄弱的作物采用机械收获时可能出现严重的粮食损耗现象，机械耕作能从一定程度上避免该现象，机械播种则介于二者之间。中国农户经营规模小、耕地细碎化严重，不利于机械化作业，小农户在收获环节使用机械或购买农机服务时可能造成粮食损耗，导致技术效率损失。这与黄东等［21］、李轩复等［22］的研究结论类似，前者发现农户采用全程机械化导致收获环节损失增加，尤其是水稻作物；后者认为小规模经营增加了机械作业难度，机械收获不可避免造成粮食损失，使用联合收割机和外包服务增加水稻种植户的粮食损失。

值得注意的是，笔者前往黑龙江、湖南等粮食生产大省实地调研也证实了上述发现，即收割环节粮食损失问题严重。主要原因在于，一是收割机械的精细化水平不高。如收割机拔禾轮的滚动容易造成稻穗末端稻谷脱落，损失率在3%～5%；玉米收割机不能对玉米的籽粒、芯轴、秸秆、苞叶进行精准剥离；小麦收割机的割台高速碰撞穗头，造成严重的掉粒损失。二是我国粮食品种、气候、农艺等存在多样性，收割机难以标准化应用，普适性较弱。以玉米为例，我国各地区种植行距相差甚远，从30厘米到65厘米不等，造成机械化摘穗漏摘率高。此外，在进行机耕、机播和机收等大型机械作业时，一些农户采用跨区农机作业服务，而非自购机械生产，农户与服务主体之间是委托代理关系，存在服务主体降低质量投入和农户过度监督的双边道德风险［17］。因此，在收获环节，服务主体面临道德风险较高，农户投入的监督力度可能更大，并且大型机械收割难以避免粮食损耗问题，机械化作业可能导致效率损失。在机耕环节，服务质量同样影响粮食产出，但目前已经存在完善的机械作业标准和规范，面临较低的道德风险，农户无需投入过多监督成本。播种环节则介于耕地环节和收获环节之间，机械化作业对技术效率的影响方向不确定。

为检验农业机械化发展程度对技术效率的影响的稳健性，将基于SFA 方法估计出的技术效率作为因变量进行回归，结果如表4所示。该结果与共同前沿技术效率的回归结果类似，即耕地环节机械化对技术效率存在显著正向效应，收获环节为显著负向效应，播种环节影响不显著。

表4 农业机械化对技术效率（SFA）影响的GLS回归结果

（三）农机跨区作业服务对粮食生产技术效率的影响

为实证检验农机服务对技术效率的影响，将基于Meta-Frontier 模型估计出的技术效率作为因变量，对式（3）进行回归，结果如表5 所示。表5 中的模型（13）～模型（18）为控制时间趋势、地区差异和农业生产投资等不同条件下的回归模型。在收获环节跨区作业服务对技术效率存在显著负向效应，耕地环节为正向效应。播种环节对技术效率存在正向效应，但估计系数并非在所有回归中统计显著。除模型（14）和模型（17）之外，农作物机械化率估计系数均显著为正值，意味着农业机械化能显著提高技术效率。该研究结论进一步验证不同环节农业机械化对技术效率的影响差异，以及中国走的是以农机跨区作业服务为核心的特色农业机械化道路的研究结论。

表5 农机跨区作业服务对共同前沿技术效率影响的GLS回归结果

中国农业生产面临小规模经营和耕地碎片化等土地要素禀赋，以及农村劳动力非农转移、种粮劳动力老龄化和女性化等劳动要素禀赋的双重约束，农业机械化服务是中国保障粮食安全的关键手段，通过利用跨区域机械作业服务，实现农业生产领域的分工［14］，并产生空间溢出效应［27］，提高粮食生产效率。由于农机跨区服务本质是服务外包，委托代理关系中道德风险问题难以克服。在收获环节，由于信息不对称，农户和服务主体均可能产生事前和事后的机会主义行为，如服务主体选择降低服务质量投入、将粮食产出据为己有、粮食过度损耗等，而农户可能采取“过度监督”的方式，增加监督成本，导致效率损失。同时，各生产环节农机服务使用率存在显著差异［28］，整地和收割环节农机服务的使用率较高，而插秧和烘干环节农机服务的使用率较低。可能的结果是，在耕作环节的标准化程度高，服务的监督成本较低，农机服务对技术效率产生正向影响；在收割环节粮食损耗严重、机会主义行为动机较强，并且无法及时采用机械烘干，增加人工成本，导致效率损失；在插秧（播种）环节较少采用机械化服务，面临较低的监督成本，但人工投入较大，对技术效率的影响方向无法确定。

另外，收割环节的农机跨区作业服务通过利用作物成熟时间差异开展跨区域服务，从而提高农业生产效率，本质上提高了服务方所在省份的农业机械利用率，并且这些跨区服务包含来自本省内跨县的农机服务和外省的农机服务。在其他条件相同的情况下，采用外省服务与本省服务，二者生产效率应该相同。然而，由于采用不同类型跨区作业服务的交通成本、监督成本等存在差异，相比本地服务，采用跨区作业服务可能会导致一定程度的效率损失，尤其是采用跨省的农机作业服务。近年来农机服务业的蓬勃发展，增强了本地农机作业服务能力和范围，在农村典型的熟人社会中，农户可能更倾向于选择当地服务，从而对跨区作业服务产生“挤出效应”。与此同时，不同区域之间的地块面积、地形地势等土地资源禀赋条件，种植作物类型，以及机械作业条件等差异显著，农机跨区作业难度不同，造成技术效率损失有所不同。由于农机跨区服务发展在不同粮食作物和不同生产环节呈现显著差异性，具体体现在：小麦作物跨区作业服务发展较快，水稻、玉米相对滞后；收获环节发展水平高，耕作和播种环节发展水平低。因此，那些机械化发展水平较落后的水稻、大豆等作物在使用机械收获时，可能产生粮食损耗［21］，导致效率损失。相反，耕作和播种环节从一定程度上避免了该问题。

为检验农机跨区作业服务对技术效率影响的稳健性，将SFA 估计出的技术效率作为因变量进行回归分析，实证结果如表6所示。二者得出类似结论，即在收获环节农机跨区服务对技术效率存在显著负向效应，耕地环节为显著正向效应，播种环节影响不显著。

表6 农业跨区作业服务对技术效率（SFA）影响的GLS回归结果

五、结论与启示

利用1991—2019 年的省级面板数据，构建基于粮食主产区、主销区和平衡区3 个组别的共同前沿生产模型，估计中国粮食生产技术效率，并实证检验耕作、播种和收获环节农业机械化和农机跨区作业服务发展程度对技术效率的影响及其差异。得出如下主要结论：（1）1991—2019 年中国粮食生产技术效率呈现显著空间差异性，主产区的技术效率高于主销区和平衡区。（2）不同生产环节农业机械化程度对技术效率的影响存在差异，机械化耕作对技术效率存在显著正向效应，机械化收获为显著负向效应，机械化播种影响不显著。（3）不同生产环节跨区作业服务发展程度对技术效率的影响存在差异，机耕服务对技术效率存在显著的正向效应，机收服务为显著负向效应，机播服务影响不显著。

基于以上结论，本文认为，农机作业服务是中国特色农业机械化道路的核心，其可以通过促进分工、有效替代劳动、优化要素投入等方式，提高粮食生产效率。然而农机服务的雇工本质，使其难以克服委托代理关系中各主体的机会主义行为动机产生高昂的监督成本和违约成本，尤其在收获环节，导致生产的低效率。同时，农业机械化在不同生产环节和不同作物之间发展不平衡，成为当前中国粮食生产领域亟需解决的现实问题，是破解小农户与现代农业有机衔接的关键所在。因此，有必要进一步推动农机作业服务发展，通过择优培育农机服务组织，为农户提供高质量农机服务；进一步建立和完善农机服务的标准和规范，减小农户与服务主体之间的信息不对称程度；加大水稻、玉米等作物的机械化技术研发投入和推广力度，推动粮食生产全程机械化发展，减少粮食损耗，提高农业生产效率。