河北省县域农业生态效率时空演化及影响因素

高 策,张新仕,王桂荣,崔永福

(1.河北省农林科学院 农业信息与经济研究所,河北 石家庄 050000;2.河北农业大学 经济管理学院,河北 保定 071000)

农业是人类生存和经济发展的基础,人口增长的压力使农业生产逐步从传统农业过渡到石油农业,通过大量使用农业化学生产资料,增加农产品产出,但随之而来的土壤污染和水资源污染也日趋严重,生态环境遭到破坏。为此中国政府积极制定农业政策,促进农业生产和生态环境的协调发展。2005年习近平总书记明确提出“绿水青山就是金山银山”的理念。2012年中央一号文件提出要推进农业清洁生产,引导农民合理使用化肥农药,搞好生态建设。2017年中央一号文件明确提出推行农业绿色生产方式,增强农业可持续发展能力。2020年中央财经委员会第九次会议提出把碳达峰和碳中和纳入生态文明建设的总体布局。2022年农业农村部、国家发展改革委联合印发《农业农村减排固碳实施方案》,方案指出要促进种植业节能减排,提高农田土壤固碳能力。

生态经济理论指出应用一种辩证的视角看待经济发展,经济发展既包括数量的增长,也包括质量的提升,经济增长和生态环境保护是辩证统一的关系。2003年英国能源白皮书《我们能源的未来:创建低碳经济》首次提出了“低碳经济”,指出低碳经济是通过制定低碳政策、开发利用低碳技术和产品等措施减少温室气体的排放。低碳农业不仅是低碳经济理论在农业领域的应用,更是农业现代化发展模式的革新。相比循环农业与绿色农业,低碳农业除了二者都具备的农产品优质、安全、生态可持续外,还注重成本投入的科学化,加工、消费等环节的低碳化,具有更广泛的内涵。低碳农业的本质是力争在农业经济发展和生态环境保护之间实现平衡和共赢,减少农业碳排放,维持农业生态系统的平衡。可持续发展理论是由生态学发展而来,随后将其研究领域逐渐拓展到社会学和经济学,联合国世界环境与发展委员会(WCED)于1987年在《我们共同的未来》报告中深刻阐述了可持续发展的概念,即“既满足当代人需求,又没有损害后代人满足其需求的能力”[1]。

农业生态效率是评价农业可持续发展能力的重要指标。学者们分别从农业生态效率研究方法、时空演化和影响因素方面进行了大量研究。有些学者采用传统DEA模型研究农业生态效率[2-4],但是传统DEA模型不能测算包含非期望产出指标的效率,因此研究学者逐渐采用基于非期望产出的SBM模型[5-7]。随着研究深入,发现超效率SBM模型不仅可以解决农业生态效率非期望产出的问题,而且可以进一步比较同为有效决策单元的大小[8-10]。多数研究发现我国农业生态效率具有明显空间集聚现象[11-13],但是王宝义研究发现全国及东中西部地区农业生态效率之间的差异呈发散趋势[14],候孟阳认为随时间推移我国不同地区之间农业生态效率的空间差异逐渐缩小[13],已有研究学者进一步从省际[15-16]、市域[17-18]、县域[7,19]层面对农业生态效率进行了空间演化规律的探索。部分学者认为农业规模化、农业机械密度和农业碳排放是影响农业生态效率的主要原因[20-23],也有部分学者深入研究农旅融合、农业政策、粮食产能以及农村人口对农业生态效率的影响[24-29],但鲜有学者采用空间计量方法研究农业生态效率的影响因素。

河北省地貌类型复杂多样,兼有高原、山地、丘陵、平原、湖泊,县域总数量位于全国第二位,不同县域之间的自然环境条件和经济社会发展水平存在较大差距。河北省属于产粮大省,但是河北省农业碳排放量在全国范围内位于前列,因此以河北省167个县域(以2020年县域行政划分为标准)为研究对象,参考已有研究将农业碳排放和农业面源污染二者共同作为非期望产出指标,测算其2011—2020年的农业生态效率,并对农业生态效率及其分解技术效率、技术进步、规模效率进行专题研究。探究河北省县域农业生态效率在时序和空间上的演化规律,结合农业生态效率的空间相关性研究其影响因素,在验证河北省县域农业生态效率存在空间效应的前提下,采用空间计量模型分析农业生态效率的影响因素,提出有针对性的可行性建议,以期推动河北省县域农业的可持续发展。

一、数据来源与研究方法

(一)数据来源

基于2011—2020年数据对河北省167个县(以2020年河北统计年鉴为标准,包括市辖区)进行农业生态效率研究,所需农作物播种面积、农业机械总动力、农林牧渔业从业人员、有效灌溉面积、农用化肥施用量、农药使用量、农业总产值和农林牧渔总产值均来源于《河北农村统计年鉴》,农用柴油使用量、农膜使用量、氮肥使用量、磷肥使用量以及复合肥使用量均来源于近十年河北省11个地级市统计年鉴。

(二)农业生态效率测算方法

1.超效率SBM模型。结合上述分析可知,数据包络分析方法在评价农业生态效率时优势更为明显,采用超效率SBM模型对具有同类型的多种投入、多种产出的河北省县域农业生态效率进行测算,基于非期望产出的超效率SBM模型的公式为:

(1)

总结并参考已有研究选取的评价指标,测算农业生态效率选取如下指标(见表1):农业从业人员、农作物播种面积、农业机械总动力、柴油使用量、有效灌溉面积、化肥使用量、农药使用量、农膜使用量共8项作为投入指标;选取农业总产值作为期望产出;为使农业生态效率测算的结果更加准确、科学,选取农业碳排放和农业面源污染二者共同作为非期望产出。利用《河北统计年鉴》中的农业产值指数将农业总产值折算成以2011年为基期的不变价,参考已有研究,选取农用柴油、化肥、农药、农膜、农业灌溉和土地翻耕6项指标测算农业碳排放量,用每一项指标乘以其对应的碳排放系数,碳排放系数如下:农用柴油0.593(千克/千克)、化肥0.896(千克/千克)、农药4.934(千克/千克)、农膜5.180(千克/千克)、农业灌溉20.476(千克/公顷)、土地翻耕312.6(千克/公顷)。化肥和农药的过量使用,会引发土壤板结,水质污染等问题,农膜很难自行降解,残留在土壤中,影响土壤质量。本文化肥氮磷流失量的估算方法为:氮流失量=(氮肥+复合肥×复合肥含氮量)×氮流失率;磷流失量=(磷肥+复合肥×复合肥含磷量)×磷流失率;复合肥中的氮磷含量系数借鉴崔叶辰[10]研究均按16.65%计算,氮磷流失系数参考史常亮[30]等研究,分别按20%和4%计算。农药污染量=农药使用量×农药污染系数,农药污染系数参考江孝绰[31]研究按50%折算。农膜残留量=农膜使用量×农膜残留率,农膜残留率参考成振华[32]研究,同时参考第一次全国污染普查中的《农田地膜残留系数手册》,以10%的残留率折算。

表1 农业生态效率评价指标体系

2.标准差椭圆。标准差椭圆是度量一组数据的空间分布方向和演变趋势的方法,本文用来分析河北省县域农业生态效率的空间扩散方向和演变趋势。椭圆圆心的计算公式如下:

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

3.探索性空间数据分析(ESDA)。

(1)全局空间自相关。为进一步研究河北省167个县域农业生态效率是否存在空间效应,对其进行全局空间自相关分析。全局空间自相关是根据河北省县域地理位置和农业生态效率值来研究全局空间依赖性和空间集聚程度,通常采用莫兰指数来衡量,其具体运算公式如下:

(7)

(8)

式中,xi和xj分别为第i个和第j个空间单元的观测值,即河北省各县域农业生态效率值;n为观测单元数量,即河北省167个县域(包括市区);Wij为采用Queen邻接的空间权重矩阵,当区域i与区域j有公共边界或节点时,Wij=1;反之,Wij=0,则表示相邻单元没有空间关联。通过测算得出的莫兰指数、Z得分和P值来确定河北省县域农业生态效率是否具有空间上的相关性,Moran′sI估计值范围在-1到1之间,小于0表示负相关,大于0表示正相关,等于0表示不相关,越接近-1或1则表示相关性越强。

(2)局部空间自相关。Moran′sI是对空间整体相关性进行评估,LocalMoran′sI是对局部空间自相关进行研究。为进一步描述在一定空间区域内某个空间单元与它周围空间单元的相关性,需通过LocalMoran′sI局域空间自相关系数来判定该空间单元是否服从全局趋势,公式如下:

(9)

对LocalMoran′sI值通过计算Z值进行有无统计学意义的假设检验。当局部Moran′sI指数为正值时,表示局域存在高—高(H—H)或低—低(L—L)的空间集聚区;当其为负值时,则表示局域存在高—低(H—L)或低—高(L—H)的空间集聚区。局部Moran′sI指数的绝对值越大,表示空间集聚程度越高。

4.空间计量模型。常用的空间计量模型包括空间误差模型(SEM)、空间滞后模型(SLM)、空间杜宾模型(SDM)等。参考Elhorst[33]提出的空间面板计量模型的估计和检验框架,对空间面板模型进行合理选择。其中,空间面板计量模型的一般表达式为:

(10)

ut=λWut+ε

(11)

参考已有研究[34-36],并结合河北省县域数据的可获得性,选取7个指标作为农业生态效率的影响因素(见表2)。

表2 河北省县域农业生态效率影响因素指标体系

城镇化率用城镇人口占总人口比值来表示,城镇化率越高,相应的农业从业人员就会越少,但因此有可能导致部分耕地荒置,也有可能在一定程度上促进土地流转,扩大农业经营规模,所以对农业生态效率的影响方向需要深入分析。

农民收入水平用农村居民人均可支配收入来表示,在农民收入较少时会通过增加化肥、农药、农膜等投入来提高农作物产量,增加经济收益,这时多数农民不会考虑农业生态环境和农业可持续发展。相反,农民收入较高时购买并使用清洁低毒的农业化学生产资料的意愿也较高,理论上农民收入水平对于农业生态效率具有正向作用。

农业规模化水平用种植业人均播种面积来反映。多数情况下,如果农业生产规模较小,基于理性与经济的原则,农户不会采用新技术手段,而是选择使用低技术含量的农业机械以及无节制地购买使用化肥、农药等农业生产资料,导致农业生态效率难以提高[37]。当农业生产规模较大时,如果没有做到灵活精细的农业生产管理以及只考虑短期的经济效益,也可能釆取粗放式的农业生产方式,导致农业生态效率下降。因此农业生产规模对农业生态效率的作用方向,需要通过实证进行检验。

农业产业结构用狭义农业即种植业产值与农林牧渔总产值之比来表示,比值越大,表示种植业是农业经济的主要来源,极大可能证明当地延伸农产品产业链促进农业经济发展,而且当地的自然地理条件较适宜发展种植业,因此农业产业结构对农业生态效率具有正向作用。

化肥使用强度用单位农作物播种面积的化肥使用量(折纯)表示。化肥中不含有机质、腐殖质,因此长期过量使用化肥,会导致土壤板结,农产品产量下降。化肥中的氮、磷还会造成水资源的污染,因此化肥使用强度对农业生态效率具有负向作用。

农业机械密度用单位农作物播种面积所使用的农用机械总动力表示。机械化可以提高农业生产效率,减少劳动力的使用。所以农业机械密度对于农业生态效率具有正向作用。

灌溉率用有效灌溉面积与农作物总播种面积的比值来表示,传统粗放的灌溉方式不仅会浪费水资源,还会使化肥、农药对土壤产生严重污染,造成土壤盐碱化。如果采取节水灌溉的方式,可以提高水资源利用效率,有效减少水肥流失。灌溉率对农业生态效率具有正向作用还是反向作用取决于灌溉方式。

二、结果与分析

(一) 河北省县域农业生态效率测算结果及专题分析

农业生态效率对于评价一个地区农业生态化发展程度有着重要参考价值,采用基于非期望产出的超效率SBM数据包络法,借助MaxDEA Ultra7.16软件,测算2011—2020年河北省167个县域(以2020年为标准,包括市辖区)农业生态效率值。

1.农业生态效率专题分析。本节研究河北省167个县域近十年农业生态效率平均水平,参考已有研究,将农业生态效率划分为如下4个等级(见表3)。

表3 2011—2020年河北省县域农业生态效率等级水平划分

由近十年农业生态效率平均水平分布图(见图1)可以看出,DEA有效和高值区的县域主要集中在河北省西北部和东北部,与其他县域相比这些县域的农业生态效率遥遥领先。研究期间内农业生态效率每年均保持在DEA有效的县域有石家庄市桥西区、裕华区,张家口市桥西区、兴隆县,青龙满族自治县,平泉市,玉田县。饶阳县、迁西县、赵县、吴桥县等农业生态效率平均值达到0.8以上,处于高值区。多数县域处于农业生态效率的中值区,集中分布在保定市、沧州市、衡水市、邢台市、石家庄市和邯郸市,其中辛集市、宁晋县、景县、深州市、临漳县、隆尧县2020年粮食产量位于河北省县域的前十名,由于粮食生产的压力,这些县出现过分注重农业生产效率,而忽视了农业可持续发展的需求,但是永年区和玉田县在粮食产量位于前列的同时,农业生态效率平均水平达到了DEA有效。怀安县、曲阳县、井陉县、复兴区等19个县域近十年农业生态效率平均值处于低值区,复兴区的农业生态效率平均水平最低为0.54,是河北省实现农业碳减排和农业面源污染减量的瓶颈地区。

图1 河北省县域农业生态效率2011—2020年平均水平分布

2.农业生态技术效率专题分析。由于农业生态技术效率、技术进步变动指数、规模效率是年际间的变化率,测算结果与上述农业生态效率测算结果存在较大差异,因此其等级分类采取另外一种等级分类,将小于1表示为低值区,1～1.1之间表示为中值区,大于或等于1.1表示为高值区,具体分布见图2。

图2 河北省县域农业生态技术效率2011—2020年平均水平分布

技术效率高值区的县域较为集中分布在河北省西北部张家口市以及东北部承德市、秦皇岛市,中南部分布较为分散,包括阜平县、行唐县、献县、馆陶县等,这些县的技术效率对农业生态效率具有较强的推动作用,由于通过土地流转的方式促进了农业规模化经营,而且当地种植大户、家庭农场、农民专业合作社的农业管理水平和种植技能不断提升,可以使各种要素优化配置,技术效率得以提高,在保证农产品产量的同时,减少了农业化学生产资料的使用量。农业生态效率技术效率中值区的县域在河北省分布较为分散,这些县域的技术效率对农业生态效率有一定的提升作用,应在保持当前农业生产方式的前提下,继续稳步改进。河北省东南部的县域农业生态技术效率平均水平偏低,可见这些地区的技术效率阻碍了农业生态效率的提升,这些地区应该对有利于农业生态发展的现有技术进行大面积推广使用,并且提升农民应用技术的熟练程度。

3.农业生态技术进步专题分析。河北省县域农业生态技术进步平均值处于中值区的县域最多(见图3),可见这些县逐步采用绿色清洁的农业生产技术,如灌溉技术、施肥技术等,一定程度上促进了农业生态效率的提升。农业生态技术进步变动指数平均值处于高值区的县域在河北省东北部相对集中,主要有平泉市、青龙满族自治县、遵化市、开平区等,其他高水平县域相对分散,主要有固安县、井陉矿区、内丘县、永年区等,这些县域的技术进步对农业生态效率的提升起重大作用,主要是由于这些县在当地资金的支持下,积极合理地将资金投入新型农业生产技术,促进当地农业的可持续发展。农业生态技术进步变动指数平均值处于低值区的县域在河北省西北部张家口市分布较为集中,其余分布较为分散,主要包括尚义县、万全区、崇礼区、清河县等,这些县的技术进步对农业生态效率的提升存在负向作用,这些县域的生产总值与河北其他县域相比较低,在农业生产中受到资金短缺的制约和主观意愿的影响很少应用新型农业技术。

图3 河北省县域农业生态技术进步变动指数2011—2020年平均水平分布

4.农业生态规模效率专题分析。与农业生态技术效率和技术进步变动指数相比,农业生态规模效率高值区的县域最少(见图4),仅有6个,分别是张家口市桥西区、开平区、石家庄市桥西区、长安区、沧州市新华区、雄安新区安新县,主要是这些市辖区的耕地规模经营促进了农业生态效率的提升。农业生态规模效率低值区和中值区的县域分布均较为分散,而且低值区的县域超过河北省县域总数量的一半,这些县的农业生产规模制约了农业生态效率的提升,但是大多数低值区县域都与中值区县域邻接,因此可以借鉴农业生产条件与之类似的中值区县域农业规模化发展方式,同时低值区县域政府应积极为本县域种植大户、家庭农场、农民专业合作社等,提供农业政策、资金、技术、农资、农用机械等方面的支持,扩大和优化农业生产规模。

图4 河北省县域农业生态规模效率2011—2020年平均水平分布

(二)河北省县域农业生态效率时空演化分析

1.时序演化分析。

(1)县域整体层面。河北省167个县(包括市辖区)农业生态效率DEA有效数量、高值区数量和中值区数量自2012年开始均呈现先升后降的倒U型变化趋势(见表4),不过下降的时间节点依次提前,分别从2020年、2019年、2016年开始回落,但是2020年DEA有效和高值区的县域数量均比2011年增加明显,分别增加17个和7个,增长80.95%和53.85%,中值区县域数量有所减少,减少19个,下降26.39%。农业生态效率低值区县域数量与其他效率等级的县域数量变化趋势基本相反,除2011—2012年农业生态效率低值区县域数量增多,农业生产造成的环境污染日趋严重外,2012—2020年此效率等级的县域数量呈先减后增,不过2020年的县域数量仍比2011年的数量低5个,下降8.20%。2013年农业生态效率中值区及以上的县域数量都有明显增长,低值区的县域数量直线下降,这与2012年11月十八大明确提出了生态文明理念有着密不可分的联系,同时期河北省农业农村厅提出了转变农业发展方式,着力推进农业特色发展、绿色发展、生态发展。

表4 2011—2020年河北省县域农业生态效率等级数量

(2)生态类型层面。河北省地势西北高、东南低,从西北向东南呈半环状逐级下降。高原、山地、丘陵、盆地、平原、湖泊类型齐全,因此本节将进一步从生态类型层面研究河北省县域农业生态效率,将河北省分为六大生态类型区(见图5)。

图5 河北省六大生态类型区分布

河北省六大生态类型区的农业生态效率总体上在2011—2012年出现不同程度下降(见图6),2012—2018年平稳中略有提升,2018—2020年燕山丘陵区和坝上高寒区的农业生态效率提升明显,山前平原高产类型区在2019年快速提升之后在2020年又有所下降,太行山丘陵区和滨海平原区在2020年下降明显。河北省六大生态类型区的农业生态效率整体上从高到低依次为:燕山丘陵区、山前平原高产类型区、坝上高寒区、滨海平原区、太行山丘陵区、低平原中低产类型区。虽然燕山丘陵区的农业生态效率整体上优于其他类型区,且研究期间的农业生态效率均处于DEA有效水平,但是六大生态类型区2020年的农业生态效率分别与2011年相比,只有燕山丘陵区呈下降趋势,从1.66下降至1.36,其余类型区均有所提升,坝上高寒区、山前平原高产类型区、太行山丘陵区、低平原中低产类型区、滨海平原区的农业生态效率分别提升77.84%、24.55%、11.41%、16.35%、13.68%。研究期间太行山丘陵区和低平原中低产类型区的农业生态效率虽有所提升,但是近十年农业生态效率的均值分别为0.76和0.73,还处于较低水平,其他生态类型区的农业生态效率均达到0.85以上,因此太行山丘陵区和低平原中低产类型区的县域应尽快改进农业生产方式,减少农业生产过程中污染物的排放。

图6 河北省六大生态类型区2011—2020年农业生态效率

2.空间演化特征。

(1)空间分布格局。河北省县域农业生态效率空间分布呈现一定的集聚性。河北省西北部和东北部县域农业生态效率在2013年有很大提升,且至2020年大部分县域均较好地保持在农业生态效率DEA有效或高值区,波动幅度较小。河北省中部县域变化幅度较大,在2013年有所好转,2017年以后又逐渐转低,县域间差距也有所增大,有些县域出现了农业生态效率的快速提升。河北省南部以及东南部处于河北省边缘的县域农业生态效率波动幅度较大,这部分县域在2019年较为集中出现由中值区转为低值区,2020年恶化情况更为严重。

(2)运用ArcGIS10.8软件空间统计里面的方向分布工具,选取系统默认的1个标准差,测算其平均中心及标准差椭圆(见图7)。2011—2015年河北省县域农业生态效率标准差椭圆的重心向西南方向移动,由雄县迁移至安新县境内,2015—2019年河北省县域农业生态效率标准差椭圆的重心转至向东北方向移动,落在文安县境内,2019—2020年标准差椭圆的重心发生了急剧明显变化,迅速向西南方向移动,落在高阳县境内。2011—2020年河北省县域农业生态效率标准差椭圆的重心总体表现为向西南方向移动,研究期间标准差椭圆重心总移动路径长达87.52千米,其中东西方向移动26.86千米,南北移动29.47千米。

图7 河北省县域农业生态效率标准差椭圆及重心前移路径

研究期间标准差椭圆长轴呈先下降后上升的趋势(见表5),总体有所上升,2020年比2011年增加13.50千米,2011—2019年标准差椭圆短轴逐渐缩短,2020年略有回升,2020年比2011年缩短28.27千米,表明农业生态效率空间分布南北方向上呈扩张趋势,在东西方向上呈紧缩趋势,且紧缩趋势超过扩张趋势,空间格局以南(偏东)—北(偏西)为主导,东(偏北)—西(偏南)方向影响较弱。2011—2020年椭圆扁率呈逐渐增大的趋势,从1.59增大至2.04,说明2011—2020年河北省县域农业生态效率演化的方向呈明显增强趋势。旋转角度在2012年明显下降,从41.95度下降至29.36度,表明农业生态效率在空间分布的东北—西南方向呈弱化趋势,主要是由张家口市和承德市部分县域农业生态效率提升所致,2013—2018年旋转角度在36～37度之间,基本相对平稳,在2019年突然增加至42.70度,主要是由于唐山市的县域农业生态效率的提高。

(三)河北省县域农业生态效率影响因素分析

1.农业生态效率空间效应检验。

(1)全局空间自相关。河北省县域农业生态效率在2011—2020年中除2012年没有通过5%显著性检验,其余均通过检验,并且Z得分也大于1.96(见表6),说明河北省县域农业生态效率存在空间正相关,即效率高的县域与效率高的县域聚集,效率低的县域与效率低的县域聚集,而且2011年、2013年以及2015—2020年通过了1%显著性检验,Z得分大于2.58,空间正相关性更为明显,表明河北省县域农业生态效率在空间分布不是完全随机的,而是呈一定的空间集聚特征。2011—2016年Moran′sI值呈波动下降趋势,2016年急剧上升,Moran′sI值达到最大,空间相关性最强,2017—2020年期间呈先下降后上升的变化趋势。2012年河北省县域农业生态效率没有通过检验,空间分布呈一定的随机性,表明河北省不同县域在农业生产过程中所使用生产资料的数量、劳动人员以及对农业环境的治理等相邻县域之间的影响较小。

(2)局部空间自相关。HL集聚县域最少,2011年不存在HL集聚县域,2013年、2015年、2017年和2019年都只有1个县属于HL集聚,HL集聚区县域应努力形成区域增长极,充分带动周边农业生态效率低的县域快速提升。LL集聚县域基本呈先增多后缓慢减少的变化趋势,多数集中在河北省中部和南部的平原地区,这些县域平均气温相对较高,多种植小麦、玉米以及部分蔬菜和果树,化肥、农药和农膜存在过量使用的现象。LH集聚的县域在2011—2020年呈波动减少的变化趋势,2020年LH集聚的县均分布在河北省北部,分别有张家口市桥东区、宽城满族自治县、迁西县、抚宁区,因为河北省北部的大多数县域农业生态效率均较高,从而农业生态效率较低的县域则会突显出来。

2.结果分析。本文运用软件Stata 16对农业生态效率影响因素的数据进行Moran's I、LM检验、LR检验、Wald检验和豪斯曼检验,Moran′sI通过了1%的显著性检验(见表7),由此可知河北省县域农业生态效率的影响因素存在明显的空间相关性。LM error、LM lag、LM SAC 通过10%的显著性检验,因此选择空间计量模型分析农业生态效率的影响因素。Wald检验在1%显著性水平下拒绝了原假设,表明空间杜宾模型不会退化成空间滞后模型和空间误差模型,因此对河北省县域农业生态效率影响因素的研究选用空间杜宾模型。LR检验和Hausman检验结果均没有通过检验,结合研究样本数量较大,选择随机效应模型更为合适,而大部分空间计量模型采用固定效应,因此本文将通过检验的模型做进一步对比分析。

表7 空间计量模型相关检验结果

3种模型估计的结果中城镇化率均没有通过显著性检验(见表8),可见城镇化率对河北省县域农业生态效率的直接影响并不明显,但是其在空间权重下通过了显著性检验。OLS估计中其余影响因素均通过了显著性检验,SDM时间固定效应模型和SDM随机效应模型各项影响因素系数总体较为接近。SDM时间固定效应和随机效应的对数似然值(Log-likelihood)相同,因此通过对比R2和离散度(sigma2)的大小,可以看出随机效应形式的空间杜宾模型优于时间固定形式下的空间杜宾模型,但是对比整体的R2(overall)则是时间固定形式下的空间杜宾模型更优于随机效应形式的空间杜宾模型。因此,将对2种效应下的空间杜宾模型进行进一步对比分析。

表8 河北省县域农业生态效率影响因素不同模型的估计结果

农业生态效率影响因素的直接效应、间接效应和总效应结果如表9所示。城镇化率的直接效应没有通过显著性检验,间接效应和总效应均通过了显著性检验,表明城镇化率对农业生态效率存在空间上的正向作用,邻接县域城镇化水平的提升对本县域的农业生态效率有正向作用。这可能是因为邻接县域的农村人口转移到城市,导致邻接县域的农业劳动力数量减少,推动了农业规模化经营的发展,资源得到集约化利用,有利于农业生态效率的提升,邻接县域的农业生产方式带动了本县域的农业适度规模化经营,促进了本县域农业生态效率的提升。

表9 河北省县域农业生态效率影响因素的直接效应、间接效应和总效应

农民收入水平对农业生态效率具有显著的正向作用。直接效应显著为正,表明农民收入水平的提升促进了本县域农业生态的发展。这是由于农民收入水平提升后愿意在农业生产过程中投入相对多的资金,因此更多农民会选用有机肥、低毒农药等污染较少的生产资料,也更容易接受新的技术,而且农民本身也会更加注重农产品的品质,对于绿色科学的农业生产方式,主观采用的意愿和行为都会随之增强。

农业规模化水平从SDM时间固定效应可以看出对农业生态效率具有负向作用。它的直接效应和总效应均通过了显著性检验,但是系数均较小,分别为-0.052 8和-0.077 6,SDM随机效应下虽没有通过显著性检验,但是影响系数却和时间固定效应非常接近。由此可见,农业规模化对于农业生态效率而言是有发展极限的,即适度的农业规模化经营才会对农业生态发展有促进作用。近年来,河北省的种植大户、家庭农场、农民专业合作社数量逐渐增多,所经营的耕地面积也逐渐扩大,他们虽更多地采用新技术、测土配方施肥等新方法,但是也有部分经营者还是把经济效益放在首位,忽略了耕地的持续利用。

农业产业结构对农业生态效率具有显著的正向作用。SDM时间固定效应和随机效应模型中的直接效应和总效应均通过了显著性检验,而且系数也很接近,系数与其他影响因素相比较大,均在0.2～0.3之间,表明河北省适宜发展种植业的县域,继续在农林牧渔产业中扩大种植业生产,延伸农产品产业链,增加农民经济收益,有利于提升农业生态效率。间接效应没有通过显著性检验,说明农业产业结构没有明显的空间溢出效应,主要是由于县域农业经济发展的主导产业并没有发生明显变化。

化肥使用强度对农业生态效率具有显著的负向作用。SDM时间固定效应和随机效应模型中的直接效应和总效应均通过了显著性检验,而且系数非常接近。表明单位农作物种植面积的化肥使用量越多,对生态环境的污染越严重。这主要是由于农民更注重农业的经济效益,在农业生产投入过程中仍愿意选择价格较为低廉的化肥。间接效应没有通过显著检验,说明邻近县域的化肥使用强度对本县域的农业生态效率不存在显著影响。

农业机械密度对农业生态效率有正向作用。SDM时间固定效应模型的直接效应和SDM随机效应模型的间接效应和总效应分析结果显示,农业机械密度对农业生态效率存在显著的正向作用,但是系数均小于0.1,表明农业机械密度的提高有利于本县域和邻接县域农业生态效率的提升。机械化生产是农业发展的必然趋势,虽然机械动力的增加会导致非期望产出碳排放的增多,但是仍要加快推动农业机械绿色化智能化发展,实现既可以节约劳动成本,又减少资源消耗和污染物排放。

灌溉率对农业生态效率具有负向作用。在SDM时间固定效应模型的直接效应中通过了显著性检验,其余虽未通过显著性检验,但系数均为负值。这说明河北省还存在传统漫灌的农业灌溉方式,造成了水资源的大量浪费。河北省应加大农业节水灌溉设备的投入,推广使用喷灌、滴管、管道输水等灌溉方式。间接效应和总效应没有通过显著性检验,说明农业灌溉方式没有显著的空间溢出效应。

三、研究结论与对策建议

(一)研究结论

基于2011—2020年河北省167个县域面板数据,采用超效率SBM对农业生态效率进行了测算,然后探究了河北省县域农业生态效率在时序和空间上的演变特征,最后研究了河北省县域农业生态效率的影响因素,研究发现如下。

1.2011—2020年河北省县域农业生态效率平均水平达到DEA有效的县域,主要集中分布在河北省西北部和东北部,中值区县域大约占河北省县域的二分之一。农业生态技术效率高值区集中分布在河北省西北部和东北部,低值区集中分布在河北省东南部。农业生态技术进步变动指数低值区集中分布在河北省西北部。农业生态规模效率高值区集中分布在部分市辖区。

2.研究期间农业生态效率总体呈先上升后又缓慢下降的变化态势。生态类型区层面农业生态效率整体上从高到低依次为燕山丘陵区、山前平原高产类型区、坝上高寒区、滨海平原、太行山丘陵区、低平原中低产类型区,燕山丘陵区的农业生态效率整体上虽优于其他类型区,但研究期间却呈下降趋势,其余类型区均有所提升。

3.河北省县域农业生态效率空间分布存在集聚性。河北省西北部和东北部县域的农业生态效率较好地保持在DEA有效或高值区,河北省南部和东南部的多数县域在2020年农业生态效率下降明显,河北省农业生态效率的分布存在一定的空间集聚性。农业生态效率空间分布在南北方向上逐渐扩大,在东西方向上逐渐收紧,且收紧趋势超过扩大趋势,标准差椭圆以南(偏东)—北(偏西)方向为主导,农业生态效率标准差椭圆重心位置和标准差椭圆分布范围均呈现整体向西南方向偏移。

4.河北省县域农业生态效率存在空间效应。河北省县域农业生态效率存在全局空间正相关,局部空间自相关分析发现研究期间LL集聚的县域数量基本最多。2011—2020年期间对河北省县域农业生态效率起到正向作用的影响因素分别有农业产业结构、农民收入水平、农业机械密度、城镇化率,其中城镇化率的空间溢出效应明显,对农业生态效率起到负向作用的影响因素分别有化肥使用强度、灌溉率、农业规模化水平。

(二)对策建议

1.充分发挥技术生态效能,发展农业适度规模经营。河北省中部和南部大部分县域以及其他农业生态技术效率和规模效率处于低值区的县域,应在政府的引导和支持下,积极为农民开展农业技术的线上培训和线下指导,帮助农民充分掌握并熟练应用农业技术,在减少农业化学生产资料投入的前提下增加农产品产量。同时,农业规模效率低值区的县域应鼓励支持农民进行土地流转,促进农业适度规模化经营,这些县域政府应积极为本县域的种植大户、家庭农场、农民专业合作社等农业经营主体提供农业政策、资金、技术、农资、农用机械等方面的支持,农业经营主体可以通过购买农业保险,降低农业规模化经营的风险,低值区县域中的村两委也应积极引导农民自愿进行土地流转。

2.结合空间分布格局,提升区域生态效率。结合河北省县域农业生态效率空间分布北部高、中部和南部较低的集聚性特点,考虑县域当前的农业生产方式和农业生态环境问题,县域政府带动当地积极进行农业面源污染综合治理、农业碳排放减量。河北省南部和东部经济技术发展较好的县域,可以依靠先进清洁绿色的农业技术,发展农业生产,减少农业污染物的排放。在河北省西部和北部地区,可以依靠丘陵山区小流域综合治理,进行农业生态环境的治理和修复,探寻贫困地区的新型农业生态价值,以生态价值的溢出效应带动经济发展。

3.提高农资利用效率,推进农业生产节能减污。河北省地形地貌复杂多样,在不同的农业区域中,土壤和农作物具有不同的特性。根据前文影响因素的分析,可知化肥使用强度对农业生态效率存在显著负向作用。可以通过采用测土配方肥、水肥一体化、有机肥替代化肥、种肥同播、秸秆肥料化、绿肥种植等方式达到减少化肥的使用量、均匀供给水肥以及提高作物化肥吸收率的效果。此外提高农资利用效率还需要从农药、农膜、农业灌溉、柴油使用等方面着手,依靠科技研发抗病虫害和节水耐旱等特性的品种,提倡用物理方法控制病虫害,鼓励各县开展农膜回收,机械捡拾旧膜,提高废旧农膜回收利用率,实行先进灌溉制度与灌溉技术的结合,提高农业水资源的利用效率。

4.结合县域农业特色,坚持因地制宜发展。河北省县域数量众多,县域的特色不尽相同,应分析县域的区位特点,包括气候、温度、湿度、土质营养成分等决定作物的生长环境。参考近年来固安县通过果蔬种植、采摘、民宿等形成乡村振兴的“固安样板”,围场满蒙自治县推行的花卉与中药材结合的农业结构调整,结合当地农业特色开展农业观光、农业庄园休闲度假、家庭农场体验、乡土民俗文化旅游等,通过出售门票、纪念品、特色农产品等方式,帮助农民增加收入。对于农业生态效率处于DEA有效和提升明显的县域,可以充分利用空间溢出效应对周边县域进行辐射带动,将农业生态发展的成功经验因地制宜地推广到农业生产结构和生态环境与之相似的县域,推动河北省农业生态可持续发展。