黄河流域农业生态效率时空差异分析

李菲菲 蔡威熙

(1 山东农业大学经济管理学院，山东 泰安 271018；2 山东农业大学马克思主义学院，山东 泰安 271018)

0 引 言

黄河流域是重要生态功能区，在生态环境、水资源供给和农业生产方面具有重要地位[1]。受益于改革开放政策红利，中国农业经济快速发展，但过于注重经济效益带来了严重的农业内源污染和面源污染，给生态环境带来巨大负面影响，使得农业可持续发展面临重大挑战[2]。在推进生态文明建设的前提下，2019年国家将黄河流域生态保护和高质量发展上升为重大国家战略，并提出了生态优先、绿色发展，2021年明确深入推动黄河流域生态保护和高质量发展，坚持保供给与优生态并重。已有学者将经济增长与环境影响的比值定义为生态效率，农业生态效率是指在农业生产中以资源消耗和环境污染最小化获取经济产出最大化，协调要素投入、产出效益、生态环境三者之间的关系[3]。本文探究黄河流域的农业生态效率及其空间差异，对于改善农业生产对环境造成的负面影响，保障生态安全和农产品安全具有重要价值。

1 文献综述

目前黄河流域生态效率引起广泛研究，该流域整体全要素生态效率先降后升，表现为上下游高、中游低[4]，已有研究从能源、旅游和城市等方面测度黄河流域生态效率，能源生态效率普遍偏低，且中游低于上游和下游[5]；旅游生态效率先增后减，表现为下游>中游>上游[6]；城市生态效率呈稳步上升态势，表现为东高西低、南高北低[7]。黄河流域农业发展和生态文明水平均具有空间分异特征[4]，使得农业生态效率水平具有较大区域差距[8]。自党的十八大以来国家高度重视农业绿色发展，强调农业生产与生态保护的协调一致。尽管农业生态效率正逐步提升，但“逆生态化”的累积效应和“工业化农业”对农业生态系统的破坏在短期内无法根本解决，因此“两型”农业的可持续发展理念尤为重要[9]。本文以黄河流域为研究对象，构建农业生态效率评价指标体系，测度黄河流域农业生态效率及空间分异特征，有助于实现黄河流域生态保护和高质量发展，推动区域农业现代化发展进程。

2 研究设计与数据来源

2.1 研究方法

2.1.1 DEA-BCC模型

数据包络分析法(DEA)是用于测度多投入多产出项目相对效率的分析方法。该模型利用线性规划方法对关联性决策单元(DMU)比对其相对效率，且无需预先赋予权重，可避免主观因素对结果的影响，有效减小指标测算误差[10]。BCC模型与CCR模型不同，其假设前提是规模可变前提下衡量决策单元纯技术效率和规模效率，进而判断资源配置的合理性和资源利用的高效性[11]。

2.1.2 Malmquist指数

Malmquist指数与数据包络分析法结合是目前广泛应用于测度动态生产效率的方法，能有效弥补由于各时期生产前沿面不同而无法确认纵向比较基准的缺陷[12]。为减少由于时期选择造成的差异，取几何平均作为衡量t到t+1时期全要素效率的变化指数，具体模型公式如下：

(1)

其中，M为全要素效率变化，TEC为综合技术效率变化，TC为技术进步效率变化。

2.1.3 变异系数法

为探究黄河流域农业生态效率变异程度，运用变异系数法计算农业生态效率指数差异值，变异系数越高，表明农业生态效率区域发展差异越大，反之亦然[13]。具体公式如下：

(2)

2.2 指标选取

本文借鉴已有研究[14]，构建农业生态效率指标体系，用以测度黄河流域的农业生态效率(见表1)。投入指标分为土地、劳动力、技术和物质要素投入等4个层面。劳动力方面，由于现有统计没有单独分离出农业劳动力人数，因此选择农林牧渔业从业人数表征劳动力投入。土地方面，选择农作物播种面积代替耕地面积，能够更加准确地表征农用土地的使用效率。技术方面，选择农业机械总动力表征电力机械在农业中的投入，机械化程度能够充分体现农业现代化进程。物质要素投入方面，选择农用化肥施用总量的折纯量表征化肥投入；选择有效灌溉面积和农业用水量表征农业用水投入效率及强度；选择农用塑料薄膜使用量表征农膜投入。

表1 黄河流域农业生态效率指标构建

2.3 数据来源

本文研究时期跨度为2011—2020年，考虑数据可获得性、一致性和可靠性，所选指标数据以研究期间的《中国统计年鉴》和《中国农村统计年鉴》为主，部分数据根据各省区的统计年鉴进行补充。本文在处理个别缺失数据时，采用时序数据趋势推测法进行计算，加以补充完善。

3 结果与分析

3.1 黄河流域农业生态效率静态分析

本文运用DEA-solver Pro5数据分析软件，采用基于投入导向的DEA-BCC模型测度2020年黄河流域及各省区农业生态静态效率，以及2011—2020年间的动态效率，结果见表2至表4以及图1和图2。

表2 2020年黄河流域农业生态效率及其分解结果

表3 2011—2020年黄河流域农业生态效率Malmquist指数及分解

表4 黄河流域9省(区)农业生态效率Malmquist指数及分解

图1 2011—2020年黄河流域农业生态效率Malmquist指数变化趋势

图2 黄河流域农业生态效率Malmquist指数的变异系数

2020年黄河流域农业生态效率水平差异较大，集中体现在各地区之间资源配置与农业规模的差异。据表2可知，黄河流域农业技术效率均值为0.928，未达到有效状态。将其分解后发现2020年黄河流域农业纯技术效率均值0.959<1，规模效率均值0.965<1，反映出该流域农业生产在技术层面和规模层面均有改善空间，技术进步能够有效降低单位产出的投入强度，规模经济能提升单位投入的产出效益。分地区来看，内蒙古、河南、四川、青海和陕西在技术和规模两方面同时达到有效，其中河南具有机械化生产优势，四川具有精耕细作优势，化学品投入强度低。山东、甘肃和宁夏仅受技术或规模单方面的制约，其中甘肃受到自然因素和社会经济发展结构的影响，农业现代化水平和农业生产科技水平相对落后，山东和宁夏农业发展受制于规模效应，前者规模报酬递减，后者规模报酬递增。山西则受技术和规模的双重制约，说明在区位优势、技术水平、路径依赖等因素的影响下，不同地区的农业资源分配不平衡，致使地区间农业发展存在较大差异。

纯技术效率仅山西和甘肃未达到有效状态，规模效率仅山西、山东和宁夏未达到有效状态，其余省份均为有效状态。造成山西和甘肃纯技术效率低下的原因为农业机械化程度不高，山西主要是气热资源适宜种植水果，大多生产过程劳动力需求过高，且复杂地形给现代农业形成物理障碍，是其纯技术效率最低的主要原因；甘肃属于经济发展较为落后地区，农民生产投入较低，用于农业机械化投资的意愿薄弱。在规模效率未达有效状态的省份里，山西和宁夏处于规模报酬递增，山东处于规模报酬递减。山西和宁夏农业生产投入处于较低水平，且农林牧渔业总产值处于该流域最低水平，具有较大农业发展潜力，应扩大农业生产规模，加大农业投入，带动乡村振兴，实现农业经济增长。山东是农业大省，其生产技术具有坚实基础，且取得较高农业成就，但农业物质资源过度消耗加重了华北平原地区水位下降、农业面源污染严重等现象，为保持农业可持续发展、优化农业生产资源配置，山东应适度降低农业生产规模。

3.2 黄河流域农业生态效率动态分析

3.2.1 黄河流域农业生态效率时序分析

黄河流域农业生态效率基本处于增长态势，源于技术进步优势。除2018年外，Malmquist指数均大于1，均值为1.072，每年保持7.2%的增速，反映了黄河流域农业生态效率逐年提升。黄河流域技术进步效率变动指数多数年份大于1，增长幅度基本超过5%，仅2018年小于1，是2018年农业生态效率下降的关键原因。从经济理论分析其原因，技术进步在2011—2017年保持增长，2017年到达增长巅峰，2018年出现下降是源于技术边际递减规律，需要技术不断创新来摆脱发展瓶颈。研究时期内综合技术效率值多数徘徊在0.990，处于下降趋势，仅有2012、2015和2020年出现增长，但增幅均小于5%。进一步证明了技术进步是提升黄河流域农业生态效率的关键，在投入资源配置、进步技术应用推广等方面仍需进一步完善，力争实现农业生态高效率。

纯技术效率是导致综合技术效率偏低的主要因素。2012—2013年纯技术效率为1.003和1.000，此时增长趋势减弱；在2014—2016年保持三年连续下降，表明该时段黄河流域农业污染情况严重，纯技术效率带来的改善效果不显著，需要时间逐渐修复；2017年为1.002，较2016年增长了0.2%；2018—2019年分别为0.971和0.997，下降幅度为2.9%、0.3%，很大程度上抵消了2017年带来的纯技术效率增长；2019年黄河流域生态保护上升到国家战略，2020年纯技术效率值为1.021，反映了各省份政府落实国家政策，加大治理技术重视程度，农业生态治理取得初步成效。在研究时期内，整体规模效率大于1，处于增长趋势，仅个别年份出现下降，一是随着农业生产规模增加，在适度范围内能实现规模效益，但到达阈值后追加投入并未带来产出效益增加，则会削减生产规模，尽可能达到要素配置合理；二是先进生产技术的运用能够推动生产水平提升，从而提高综合技术效率，实现农业高质量发展。

3.2.2 黄河流域农业生态效率空间分析

黄河流域农业整体生态效率发展不平衡，区域差异呈先增后减的趋势。黄河流域农业生态效率变异系数变化趋势分为两段：一是从2012年0.027上升到2018年0.510，其中2012—2016年增长极为平缓，是由于原有生产条件下环境污染问题日益显现，在2016—2018年期间增幅加大，部分地区意识到农业面源污染严重性，尤其对于农业大省而言，面源污染更易威胁水资源安全，影响社会、经济、民生等多方面，逐步开展绿色生产，生态效率区域差异增大；二是从2018年0.510降至2020年0.108，随着新发展理念融入各个领域，绿色生产技术逐渐成熟，黄河流域高质量发展持续深入，地区环境保护力度加强，化学品施用监管趋于严格，各地区农业生态效率提高，有效缩小了区域差异。

黄河流域不同地理分区农业生态效率不同，表现为上下游高、中游低，但都受制于综合技术效率。如表4所示，黄河流域上游和中游地区纯技术效率小于1，说明该流域农业生产方面，应加强中上游绿色生产技术应用，从而尽量减少对下游地区水资源质量的影响；下游地区由于规模效率小于1，表明如何提高生产效率、实现规模效益是重点关注的方向。黄河上游地区Malmquist指数平均值为1.081，甘肃和四川均低于平均发展水平，而青海和宁夏(分别为1.106、1.095)高于均值，其中仅甘肃出现综合技术效率小于1，拉低黄河上游整体生态效率，因此技术采纳和推广是其重点发展方向。中游地区Malmquist指数均值为1.067，山西(1.044)明显低于平均水平，是由综合技术效率非有效所导致，因此，如何减少该地农业劳动需求、提高生产效率是其提升的关键。下游地区生态效率指数均值为1.072，山东和河南农业生态效率值均大于1，反映了黄河下游农业生态效率最为均衡，这两个农业大省在粮食生产方面现代化程度较强，已形成适宜当地农业的生产模式，同时专业化产业链能够较好地实现绿色生产与产出高效。在黄河流域农业发展新战略支持下，加快西部农业结构转型，以实现区域高质量发展。

4 结论与建议

本文以黄河流域为研究对象，运用DEA模型对黄河流域农业生态效率进行动、静态分析，同时运用变异系数法分析黄河流域农业生态效率的区域差异，得出以下结论：

从静态分析，2020年黄河流域农业生态效率区域差异较大，集中体现在地区资源配置与农业规模的差异。纯技术效率仅山西和甘肃未达到有效状态，规模效率仅山西、山东和宁夏未达到有效状态，其余省份均为有效状态。

从动态分析，2011—2020年黄河流域农业生态效率基本处于增长态势，源于技术进步优势。不同地理分区农业生态效率不同，表现为上下游高、中游低，区域差异先增后减。

根据以上结论，结合黄河流域农业生态效率实际情况，给出以下相关政策建议：

第一，注重“因时制宜、因地制宜”，采取针对性措施。针对农业生态环境破坏严重地区，应建立农业、林业和水源保护地，加强全面污染防治，加快农业生态修复和保护工作。对于黄河流域干旱地区，推广抗旱作物品种种植，优化节水灌溉技术，增加旱作地区农业补助资金支持。

第二，摒弃“三高”农业生产，积极推动现代化新型农业发展。提高农业资源利用效率，推广节水灌溉和水肥一体化技术，推进农产品连片种植，提高耕地利用效率，实现农业集约化生产。探索农业生产经营管理模式，积极引导有能力、有潜力的农业组织或农村集体成立农业合作社等规模化农业生产组织，形成“一户带动多户”的帮扶机制。

第三，加强黄河流域内地区合作互联，完善农业经济合作体系。各省区要明确自身农业生态环境和农业经济发展的任务，从全局出发，坚持黄河流域农业生态效率高质量发展统一目标，加强不同地区之间的沟通、合作与联动，避免发生互相冲突、互相掣肘的现象。