气候变化对农药投入的影响

杨泳冰 吴培南 郑微微

摘要  基于2005—2018年我国25个省（区、市）面板数据，考察作物生长期内积温和降水量对农药投入的影响。基准回归结果显示，气候因素会显著影响农药投入，作物生长期积温和降水量对农药投入具有显著的正向作用，并且这两者的协同作用也显著为正。异质性分析表明，北方地区和高产量地区的农药投入对气候因素更为敏感，并且影响效果也更大。农户受教育水平提高、单位面积劳动力投入减少、地区受灾率增加会提高气候变化对农药投入的正向作用。因此，在制定农药减量政策时应关注气候变化的影响，建立农业气候预警机制，完善农业保险制度，通过有效的风险管理降低农户过量施用农药的潜在动力。

关键词  气候变化；农业生产；农药投入

中图分类号  S162  文献标识码  A

文章编号  0517-6611（2024）04-0205-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.04.045

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Impact of Climate Change on Pesticide Input

YANG Yong.bing1，WU Pei.nan2，ZHENG Wei.wei3

（1.School of Economics，Nanjing University of Finance & Economics，Nanjing，Jiangsu 210023;2.School of Economics，Shanghai University，Shanghai 200444;3.Institute of Agricultural Economics and Development，Jiangsu Academy of Agricultural Sciences，Nanjing，Jiangsu 210014）

Abstract  Based on panel data from 25 provinces （regions，cities） in China from 2005 to 2018，this study investigated the effects of accumulated temperature and precipitation during crop growth on pesticide inputs.The baseline regression results showed that climate factors had a significant impact on pesticide input.Both accumulated temperature and precipitation during the crop growth period had a significantly positive effect on pesticide input，and their synergistic effect was also significant.Heterogeneity analysis showed that pesticide use in northern and high.yield regions was more sensitive to climate factors，with a greater impact.Farmers education level increased，labor per acre decreased，and regional disaster rates increased，the promoting effect of climate change on pesticide use became more pronounced.Therefore，when formulating pesticide reduction policies，we should pay attention to the impact of climate change，establish an early warning mechanism for agricultural climate，improve the agricultural insurance system，and reduce the potential motivation of farmers to over.apply pesticides through effective risk management.

Key words  Climate change;Agricultural production;Pesticide input

基金項目  江苏省高校哲学社会科学研究一般项目（2022SJYB0288）；江苏省高等学校基础科学（自然科学）研究面上项目（22KJB630001）。

作者简介  杨泳冰（1989—），男，江苏靖江人，讲师，博士，从事农业经济研究。*通信作者，副研究员，博士，从事农业经济研究。

收稿日期  2023-04-03；修回日期  2023-05-08

我国农业生产中农药施用量的增加不仅导致生产成本的增加，还造成了严重的环境污染，成为制约绿色农业发展的重要问题。近年来政府部门已制定多项措施以减少农药投入，统计数据显示，农药减量政策实施以来，全国农药施用总量呈下降趋势，农药减量政策颇具成效。但也有研究指出，目前农药减量主要是通过减少农作物播种面积实现的，农药施用强度仍处于较高水平，农药减量仍存在很大空间［1］。同时农药的过量施用会带来水体污染、土壤板结、食品安全等问题，对自然界以及人类经济社会的健康发展造成严重影响。为保障国家粮食安全与食品安全，现有的农药减量目标应该从“减总量”向“降强度”转变，相应政策的落脚点应放在降低农药施用强度上。

由于农户是农药施用的微观决策主体，现有研究主要从投入要素价格［2］、土地规模［3］、农业劳动力成本［4］、农户风险偏好［5］、农业技术培训［6］等角度对农户的农药施用行为进行了系统分析，但有关气候变化对农药施用强度的影响研究鲜见报道。气候变化包括温度和降水量的变化，对农业来说，温度升高以及降水量增加形成的高温湿润环境会加快农田病虫害的暴发，给农业产出带来不确定性和不稳定性［7］。农户为稳定作物产量往往会加大农药投入，这在我国表现得尤为明显［8］，所以由气候变化带来的病虫害问题将影响农户的农药投入决策。而我国目前农药减量政策主要是采取补贴、技术推广和农民培训等经济和技术手段改变农户施药行为，较少关注气候变化的影响。因此，研究气候变化对农药施用强度的影响，不仅可以丰富农户施药行为决策理论，还可为今后制定更有效的农药减量政策提供新的视角。

目前关于气候变化对农户施药行为影响的文献主要集中在自然科学领域。在以温度升高为显著特点的气候变化背景下，气温的升高以及降水量的变化将直接或者间接影响农作物生长、土壤质量、生物多样性以及农药利用效率［9-11］，从而影响农户的农药施用量。首先，气温、降水和光照是影響农作物生长的重要条件，同时细菌、昆虫和杂草是与农作物共生的重要生物因素［12］。气温与降水的变化可能会为昆虫和病原体营造更好的生长环境［13］，使生物体之间的相互关系发生改变，导致农作物生长环境中的微生物和有害物质增加［14］、土壤质量下降以及生物多样性减少，加剧了潜在的病虫害风险，最终增加农户的农药施用。其次，在农药利用效率方面，气温升高加快了农药的挥发降解，减少了农药的药效时长，造成农户只能增施农药以降低病虫害风险［15］。虽然学者们对农药施用进行了大量的研究，但其在控制试验中通常会控制其他影响农药施用的因素，特别是忽略农户的气候适应性行为，可能会高估气候变化对农药投入的影响。因此，在现实农业生产中，气候变化是否加剧了农药投入还有待实证检验。基于此，该研究利用全国25个省（区、市）2005—2018年农业生产投入面板数据，构建计量模型以实证分析气候变化对农药投入的影响，为优化完善农药减量政策提供参考依据。

1  模型、数据与描述性统计

1.1  模型设定  该研究构建如下计量模型以实证分析气候变化对农药投入的影响：

Pesticideit=α0+β1Climateit+β2Xit+εit（1）

式中：Pesticideit是i省第t年作物单位面积农药投入量（元/hm2）；在核心解释变量（Climateit）方面，使用作物生长期内的积温和累积降水量；Xit是影响i省第t年农药投入的控制变量；εit为随机扰动项；α0、β1、β2为待估参数。

此外，考虑到气候变化对农药投入可能存在非线性影响，该研究进一步在公式中加入作物生长期积温和累积降水量的二次项，以检验积温和降水对农药投用是否具有U型或倒U型关系。因此，在公式（1）中加入核心解释变量的平方项进行实证分析，具体如下：

Pesticideit=α0+β1Climateit+β2Climate2it+β3Xit+εit（2）

为考察气候变化对农药投入影响的异质性，该研究在公式（1）中加入气候变量和调节变量的交互项，模型设定如下：

Pesticideit=α0+β1Climateit+β2Climateit+Interactit+β3Xit+εit（3）

式中，调节变量Interactit分别为农户受教育程度、单位面积劳动投入和受灾率。

1.2  数据来源  该研究选取2005—2018年我国25个省（区、市）的农业生产面板数据进行分析，包括上海、云南、内蒙古、北京、吉林、四川、天津、宁夏、安徽、山东、山西、广西、新疆、江苏、河北、河南、浙江、湖北、甘肃、贵州、辽宁、重庆、陕西、青海、黑龙江。作物投入产出数据来源为历年《全国农产品成本收益资料汇编》。影响农药投入的控制变量数据来自相应年份的《中国年鉴》《中国统计年鉴》和《中国农村统计年鉴》。气候变量中的温度和降水量数据来自中国气象数据网（http：//www.nmic.cn/）。

1.3  各变量描述性分析  各变量描述性统计分析如表1所示。样本期内全国农药投入强度均值为38.13元/hm2，最小值为10.67元/hm2，最大值为69.32元/hm2，说明各地区各年度的农药投入差异较大。

2  实证结果与分析

2.1  基准回归结果  为直观地量化气候变化对农药投入的影响，该研究对公式（1）采用双对数固定效应模型进行参数估计，结果如表2所示。其中，第（1）列仅加入积温的估计结果，表明作物生长期内积温上升1%，农药投入增加0.19%，主要原因为气温的升高会加快土壤表层的农药挥发，减少农药在环境中的留存量，降低药效持续时长，促使农户多投入农药；其次，气温升高会影响土壤中微生物活动以及化学反应速率，提高农药降解速率，农户为了保证农作物产量，往往会加大农药投入；第三，较高的温度和升高的二氧化碳浓度会促进植物的生长和扩张，而高生长率会造成农作物中吸收的农药被稀释，从而减少植物中残留的农药，降低对病虫害的防御力，农户将选择多施农药以抵御病虫害风险。因此可以把气温变化带来的农药施用量的变化看成是一种农户的适用性行为，以减少气温变化带来的农作物减产风险。此外，在全球气温变暖的大背景下，气候变化导致极端气候的频率、强度和范围以及持续时间都发生了变化，给农业生产带来极大的产出风险，在农业风险管理系统尚不完善的情况下，农户只能通过增施农药等方式降低产出不确定性。

第（2）列仅加入降水量的估计结果，表明作物生长期内累积降水量增加1%将导致作物的农药投入增加0.15%。可能的原因为降水频率以及强度的增加会影响作物对农药的吸收与运输，同时降水造成的湿润环境促进土壤中真菌以及其他病原体的繁殖，使作物病原体感染加重。除此之外，降水量的增加也会影响农药的持久性和有效性，只有增加农药投入才能发挥非降水时期同样的作用，农户为保持农作物产量，不得不加大农药投入来减少病虫害威胁。

第（3）列为在公式（1）中同时加入积温和降水量的结果，积温对农药投入的影响依然显著，但降水量的系数不显著，表明积温和降水量可能对作物的农药投入量存在相互影响的效果。因此，该研究在第（4）列中加入两者的交互项，结果表明交互项系数显著为正，这意味着积温和降水量对农药投入存在协同作用，气候变化对作物农药投入的影响是综合和累积的，即积温越高，会增强降水量对农药投入的促进作用。

2.2  非线性回归结果  基准回归结果反映气候变化对农药投入量的线性平均效应。已有研究表明，大多数农作物在日平均温度10 ℃以上才能活跃生长，温度升高有助于作物提前满足生长发育的要求。同时，降水量对土壤的水分供应起到了重要作用，适当的水分可加速肥料溶解，促进作物对养分的吸收，但如果降水过多，不仅不利于农作物养分吸收，而且会造成养分流失［16-17］。因此，考虑到作物生长特征，该研究在基准回归模型基础上加入积温和降水量的二次项，考察气候变化对作物农药投入的非线性影响，结果如表3所示。从表3可以看出，积温对农药投入存在非线性影响，其中一次项为负，二次项为正，均在0.01水平上显著，表明积温对农药投入呈现先下降再上升的正U型关系。在列（3）和（5）中加入降水量的一次项和二次项后，积温对农药投入的正U型影响关系均没有发生显著变化。而由列（2）、（4）和（5）可得，降水量的二次项均不显著，表明降水量对农药投入不具有非线性特征。

2.3  异质性分析  该研究以秦岭—淮河为分界线，考察了南北地区的区域异质性。南方地区包括上海、云南、四川、广西、江苏、浙江、湖北、贵州、重庆，其余省（区、市）为北方地区，分组回归结果如表4所示。从表4可以看出，积温和降水量对农药投入的影响在南北地区存在明显差异。

在积温方面，北方地区作物生长期内积温每增加1%将增加农药投入0.35%，并在0.01水平上显著，这一数值显著高于基准回归中全样本系数。而南方地区的积温每提高1%，将引起农药投入增加0.10%，低于全样本的基准水平。温度升高，南北温差减小，会严重影响害虫向北迁入的始盛期提前以及向南回迁期推迟，而增加对北方地区的为害时间，因此北方需要更多的农药投入以防治害虫，而南方会相对较少。此外，气候变暖也会改变病原体的地理分布而影响南北方的农药投入。

在降水量方面，南方地区的降水量对农药投入影响不显著，而北方地区降水量对农药的投入弹性为0.28%，并在0.01水平上显著。一方面，北方降水量相对较少，农作物生产对干旱环境的适应性较强，降水量增加导致作物难以适应，从而需要增加农药投入，而南方全年降水量充足，水资源丰富，南方地区农作物对湿润环境的适应性较强，降水量增加不会显著改变土壤的农药吸收利用率；另一方面，南北土壤特征具有显著差异，降水过多容易增加水土流失的概率，施用于田间的农药也随之流失，从而显著增加农药投入。总体而言，北方地区农药投入对气候变化的反应更为敏感，南方地区作物对气候变化的耐受性更高。

考虑到不同作物的分布本来就具有南北差异，因此，除了实际地理因素的异质性，该研究进一步考虑了气候变化对作物主要生产地和非主要生产地的农药投入差异。该研究根据作物产量的中位数分组，将样本分为高产量地和低产量地。水稻的高产量地区为云南、内蒙古、宁夏、山东、江苏、河北、辽宁，小麦的高产量地区为内蒙古、安徽、山东、新疆、江苏、河北、河南、陕西，玉米的高产量地区为内蒙古、吉林、宁夏、山东、山西、新疆、河北、河南、甘肃、黑龍江。分组回归结果如表5所示，高产量地区和低产量地区的农药投入对气候变化的影响表现出明显差异。具体而言，在高产量地区，作物生长期积温每增加1%，将增加农药投入0.39%，并通过0.01显著性水平检验，并高于全样本的基准回归结果，然而积温对农药投入的影响在低产量地区不显著。高产量地区农作物种植面积大，气温升高，害虫率增加，导致农药投入增加，并且农户对农作物产量更为关注，会相应地更多增加农药投入。而低产量地区农作物生长环境较差，农户会关注其优势产业而忽略农业生产，因此气温变化并不会显著影响农药投入。

表5显示，降水量每增加1%将导致高产量地区农药投入增加0.35%，高于全样本基准结果，并且在低产量地区不显著。降水量本身会显著提高农药投入，但由于地区差异，如区域种植面积、地势地形等，会降低其作用效果。比较而言，高产量地区农业生产受重视，种植面积大，降水量将显著增加农药投入，而低产量地区则没有这样的显著效果。总体而言，相较于低产量地区，高产量地区的农药投入对气候变化更为敏感。

2.4  调节效应分析  为多角度分析气候变化对农药投入的异质性，该研究按照公式（3）进行回归，结果如表6～8所示。受教育水平的交互效应结果（表6）显示交互项均在0.01水平上显著，表明农户受教育水平的提高会增加作物生长期内积温和降水量对农药投入的正向作用。这可能是由于受过良好教育的农户会更关注气候变化风险，在农药投入方面的行为决策更为积极。

表7反映了气候因素和单位面积劳动投入的交互效应。结果显示，单位面积劳动投入的增加将抑制作物生长期内的积温和降水量对农药投入的正向作用。当更多的劳动被投入作物耕种过程时，农户也更倾向于精耕细作，因此，即使气候变化导致病虫害的增加，但是在农户长时间的精心照料和持续关注下，农药的投入会被抑制。

表8展示了气候变量和受灾率的交互效应。结果显示，受灾率的增加将提高气候变化对农药投入的正向作用，表明气候因素和灾害因素对农药投入的影响是协同的，共同导致农药投入的增加。

3  结论与讨论

该研究基于2005—2018年我国25个省（区、市）面板数据，考察作物生长期内积温和降水量对农药投入的影响。基准回归结果显示，作物生长期内的积温和降水量对农药投入具有显著的正向作用，并且两者的交互项也显著为正。异质性分析表明，北方地区的农药投入对气候变化的反应更为敏感，南方地区的作物对气候变化的耐受性更高。相比于低产量地区，高产量地区的农药投入对气候变化更为敏感，并且影响效果也更大。此外，农户受教育水平提高、单位面积劳动投入减少、地区受灾率增加将提高积温和降水量对农药投入的促进作用。受过良好教育的农户会更关注气候变化风险，在农药投入方面的行为决策更为积极。同时，气候因素和灾害因素对农药投入的影响是协同的，共同导致农药投入的增加。

根据上述研究结论，得到如下政策启示：①重视气候变化对农药投入的影响作用。在制定农药减量政策时，应高度重视气候变化对农药投入的影响，并考虑利用一些农业风险管理工具，如通过相应的农业保险条款设计促使农户主动减少农药投入。②加强农业灾害性气候的中长期预测和预报。气候变化对作物产量和农药利用效率都产生显著影响。目前气候变化导致气象灾害发生的频率更加频繁，灾害的强度更大，造成损失更重，加强对灾害预警的时效性成为当务之急。③重视科技进步以及农田基础设施的作用。加强农田灌溉等基础设施建设，不断发展农作物育种和种植技术，丰富农作物抗风险方法，提高农作物生产抗风险能力，减少农户在应对农业产出风险时对农药的依赖性。

参考文献

［1］崔元培，魏子鲲，王建忠，等.“双减”背景下化肥？农药施用现状与发展路径［J］.北方园艺，2021（9）：164-173.

［2］赵倩倩.中国主要粮食作物农药使用现状及问题研究［D］.北京：北京理工大学，2015.

［3］张露，罗必良.农业减量化：农户经营的规模逻辑及其证据［J］.中国农村经济，2020（2）：81-99.

［4］杨海霞，朱新鑫.劳动力成本上升对经济作物农药施用强度的影响研究：基于苹果主产区的省际面板数据分析［J］.新疆农垦经济，2022（2）：19-25.

［5］黄季焜，齐亮，陈瑞剑.技术信息知识、风险偏好与农民施用农药［J］.管理世界，2008（5）：71-76.

［6］应瑞瑶，朱勇.农业技术培训方式对农户农业化学投入品使用行为的影响：源自实验经济学的证据［J］.中国农村观察，2015（1）：50-58.

［7］陈卫洪，谢晓英.气候灾害对粮食安全的影响机制研究［J］.农业经济问题，2013，34（1）：12-19.

［8］周洁红，唐利群，李凯.应对气候变化的农业生产转型研究进展［J］.中国农村观察，2015（3）：74-86.

［9］FONTAINE J J，DECKER K L，SKAGEN S K，et al.Spatial and temporal variation in climate change：A birds eye view［J］.Climatic change，2009，97（1/2）：305-311.

［10］HARVELL C D，MITCHELL C E，WARD J R，et al.Climate warming and disease risks for terrestrial and marine biota［J］.Science，2002，296（5576）：2158-2162.

［11］JACKSON L E，WHEELER S M，HOLLANDER A D，et al.Case study on potential agricultural responses to climate change in a California landscape［J］.Climatic change，2011，109（1）：407-427.

［12］張厚瑄.关于气候变暖对我国农业生态环境影响及其对策的几点看法［J］.中国农业气象，1992，13（3）：20-23.

［13］ROOS J，HOPKINS R，KVARNHEDEN A，et al.The impact of global warming on plant diseases and insect vectors in Sweden［J］.European journal of plant pathology，2011，129（1）：9-19.

［14］HALL G V，DSOUZA R M，KIRK M D.Foodborne disease in the new millennium：Out of the frying pan and into the fire？［J］.Medical journal of Australia，2002，177（11/12）：614-618.

［15］吴秀明，董丰收，吴小虎，等.气候变化对农药应用风险的影响［J］.植物保护，2019，45（2）：25-29.

［16］刘泉，李占斌，李鹏，等.模拟降雨条件下坡地氮素流失特征试验分析［J］.水土保持学报，2011，25（1）：6-10.

［17］乔闪闪，吴磊，彭梦玲.人工模拟降雨条件下黄土坡面水-沙-氮磷流失特征［J］.环境科学研究，2018，31（10）：1728-1735.