張明如 （湖北農(nóng)村發(fā)展研究中心 （長江大學(xué)），湖北 荊州434025；臺北大學(xué)自然資源與環(huán)境管理研究所，臺灣新北23741）

樊帆 （湖北農(nóng)村發(fā)展研究中心 （長江大學(xué)），湖北 荊州434025）

糧食是社會經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)。保障糧食安全，滿足居民糧食消費需求是政府部門的職責(zé)。而糧食生產(chǎn)受到糧食播種面積、糧食單產(chǎn)等因素的影響。在耕種面積有限的情況下，糧食產(chǎn)量的增長依賴于糧食單產(chǎn)的提高。國內(nèi)學(xué)者曾廣泛地研究了影響我國糧食產(chǎn)量的因素。張營周［1］的研究結(jié)果表明中國的糧食生產(chǎn)與糧食有效灌溉面積或糧食有效灌溉率密切相關(guān)；李奇峰等［2］、范建剛［3］、周慧秋［4］、張明如等［5］應(yīng)用不同的計量分析方法研究了糧食與化肥施用量的關(guān)系，結(jié)果顯示化肥施用量是影響我國糧食總產(chǎn)量或單產(chǎn)的主要因素，化肥投入的增加對我國糧食單產(chǎn)的提高功不可沒。

中國是化肥消費大國，每年的化肥消費量占據(jù)世界化肥消費量的三分之一以上。由于化肥施用不合理，導(dǎo)致化肥利用效率低下，對生態(tài)環(huán)境構(gòu)成嚴重威脅。同時我國又是自然災(zāi)害頻發(fā)的國家，每年因各種自然災(zāi)害導(dǎo)致糧食大幅度減產(chǎn)。因此，本研究假設(shè)不同程度的自然災(zāi)害對糧食單產(chǎn)影響不同，應(yīng)用空間狀態(tài)模型分析單位化肥施用量對我國糧食單產(chǎn)的影響，并對2015～2040年中國糧食總產(chǎn)量與可能遭受自然災(zāi)害而減產(chǎn)的糧食產(chǎn)量進行預(yù)測。

1 假設(shè)條件、數(shù)據(jù)處理與說明

糧食單產(chǎn)量是單位糧食播種面積所生產(chǎn)的糧食數(shù)量。國內(nèi)學(xué)者主要以統(tǒng)計年鑒上的糧食總產(chǎn)量與糧食播種面積數(shù)據(jù)計算糧食單產(chǎn)量，這種計算方式?jīng)]有考慮自然災(zāi)害對糧食產(chǎn)量的影響，所以計算出來的糧食單產(chǎn)量偏低。因此，本研究在計算糧食單產(chǎn)量時，假定未遭受自然災(zāi)害與雖遭受自然災(zāi)害但減產(chǎn)在1成以下的糧食播種面積獲得正常糧食產(chǎn)量；假定遭受自然災(zāi)害減產(chǎn)1成以上但減產(chǎn)在3成以下的糧食播種面積平均獲得正常糧食產(chǎn)量的80%；假定遭受自然災(zāi)害減產(chǎn)3成以上的糧食播種面積平均獲得正常糧食產(chǎn)量的40%。其依據(jù)是《中國統(tǒng)計年鑒》將受災(zāi)面積定義為一年內(nèi)因遭受旱災(zāi)、水災(zāi)、風(fēng)雹災(zāi)、霜凍、病蟲害及其他自然災(zāi)害，使農(nóng)作物較正常年景產(chǎn)量減產(chǎn)1成以上的農(nóng)作物播種面積；成災(zāi)面積是指在遭受上述自然災(zāi)害的受災(zāi)面積中，農(nóng)作物實際收獲量較常年產(chǎn)量減少3成以上的播種面積［6］。

本研究中的糧食播種面積為有效的糧食播種面積，即扣除自然災(zāi)害影響后獲得正常產(chǎn)量的糧食播種面積。由于統(tǒng)計年鑒只公布了農(nóng)作物播種面積受災(zāi)與成災(zāi)狀況，為了計算方便，本研究中糧食播種受災(zāi)面積與成災(zāi)面積按照當(dāng)年糧食播種面積占總農(nóng)作物播種面積的比重換算得出。因此本研究定義有效糧食播種面積＝（糧食播種面積－糧食播種受災(zāi)面積）＋0.8× （糧食受災(zāi)面積－糧食成災(zāi)面積）＋0.4×糧食成災(zāi)面積，有效糧食單產(chǎn)量＝糧食總產(chǎn)量÷有效糧食播種面積。

重新按照此公式計算的有效糧食單產(chǎn)量數(shù)據(jù)高于統(tǒng)計年鑒公布的糧食單產(chǎn)量。為了方便，本研究把統(tǒng)計年鑒公布的糧食單產(chǎn)量稱為實際糧食單產(chǎn)量。

由于化肥投入無法區(qū)分是投入糧食生產(chǎn)活動還是其他農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動，本研究以每公頃農(nóng)作物播種面積的化肥投入量代替每公頃糧食播種面積化肥的投入量。其定義為：單位化肥施用量＝農(nóng)業(yè)化肥總施用量÷農(nóng)作物播種面積。

通過前面的假設(shè)，本研究計算出1978～2012年有效糧食單產(chǎn)量與糧食播種單位化肥施用量。實際糧食單產(chǎn)量來源于《中國統(tǒng)計年鑒》。1978～2012年有效糧食單產(chǎn)量、實際糧食單產(chǎn)量與單位化肥施用量三者的關(guān)系如圖1所示。

圖1 1978～2012年有效糧食單產(chǎn)量、實際糧食單產(chǎn)量與單位化肥施用量

從圖1可以看出，有效糧食單產(chǎn)量從1978年的2914.60kg／hm2增長到2012年5631.92kg／hm2，糧食單產(chǎn)年均增長2%。從糧食單產(chǎn)增長幅度看，糧食單產(chǎn)從2900kg／hm2到4000kg／hm2用了9年時間，從4000kg／hm2到5000kg／hm2用了10年時間，從1996年開始到現(xiàn)在17年期間，我國糧食單產(chǎn)一直維持5000～5600kg／hm2。因此，隨著時間的推移，提高糧食單產(chǎn)越來越困難。

從有效糧食單產(chǎn)量來看，除了1981、1995、2000、2004、2009年有效糧食單產(chǎn)量減少外，其余年份有效糧食單產(chǎn)量呈現(xiàn)增加趨勢。其中，2000年與2009年有效糧食單產(chǎn)量減產(chǎn)主要是由于糧食總產(chǎn)量的減產(chǎn)，1981、1995、2004年糧食總產(chǎn)量雖然增加，但有效糧食播種面積的增長幅度快于糧食總產(chǎn)量的增長幅度，故有效糧食單產(chǎn)量下降。

從實際糧食單產(chǎn)量看，1978～2012年實際糧食單產(chǎn)量下降的年份有10年，其余年份實際糧食單產(chǎn)量呈現(xiàn)增加趨勢，其中在1980、1985、1988、1991、1994、1997、1999、2000、2003年實際糧食單產(chǎn)量的下降主要是由于糧食總產(chǎn)量減產(chǎn)造成的，2009年糧食總產(chǎn)量雖然增加，但是糧食播種面積增長幅度快于糧食總產(chǎn)量的增長幅度，從而導(dǎo)致實際糧食單產(chǎn)量的下降。

根據(jù)有效糧食單產(chǎn)量與糧食播種面積可以計算出每年因遭受自然災(zāi)害減產(chǎn)糧食產(chǎn)量。定義：遭受自然災(zāi)害減產(chǎn)糧食產(chǎn)量＝有效糧食單產(chǎn)量×糧食播種面積－實際糧食總產(chǎn)量。通過計算，可以發(fā)現(xiàn)從1978～2012年因自然災(zāi)害而減產(chǎn)的糧食總量累計高達212489.13萬t。其中，1994、1997、2000、2003年每年因自然災(zāi)害減產(chǎn)的糧食產(chǎn)量高達8000萬t以上，因自然災(zāi)害糧食減產(chǎn)最少的1979年與1982年，每年的糧食減產(chǎn)量也達到了3500萬t。從自然災(zāi)害減產(chǎn)的糧食產(chǎn)量占實際糧食總產(chǎn)量的比重來看，糧食減產(chǎn)率最低的2012年為6.22%，糧食減產(chǎn)率最高的年份是1994、2000、2003年，高達19%。因此，自然災(zāi)害成為影響糧食總產(chǎn)量的主要因素之一。

從圖1可以看出，單位化肥施用量從1978年的58.89kg／hm2增長到2012年的357.30kg／hm2，年均增長5.45%。這表明中國單位化肥施用量的增長速度明顯快于糧食單產(chǎn)的增加幅度，同時表明中國糧食單產(chǎn)量與單位化肥施用量存在顯著的正相關(guān)性。

從圖2可以看出，從1978～2012年中國糧食產(chǎn)出投入比呈現(xiàn)下降趨勢，表明化肥投入的邊際報酬是遞減的。1978年糧食產(chǎn)出投入比為49.49，即每投入1kg化肥能夠生產(chǎn)49.49kg糧食，但是到了2012年糧食產(chǎn)出投入比為15.76，即每投入1kg化肥能夠生產(chǎn)15.76kg糧食。中國糧食產(chǎn)出投入比變化大致可以分為3個階段，1978～1986年為糧食產(chǎn)出投入比快速下降階段，糧食產(chǎn)出投入比由1978年的49.49迅速下降到1986年的32.34，9年內(nèi)糧食產(chǎn)出投入比下降了34.65%；1987～1996年為糧食產(chǎn)出投入比較快下降階段，糧食產(chǎn)出投入比由1987年的29.65下降到1996年的20.22，10年內(nèi)糧食產(chǎn)出投入比減少了31.80%；1997～2012年為糧食產(chǎn)出投入比緩慢下降階段，糧食產(chǎn)出投入比由1997年的19.87下降到2012年的15.76，16年內(nèi)糧食產(chǎn)出投入比僅減少了20.68%，這也說明化肥施用量對糧食增產(chǎn)的作用越來越弱。

圖2 1978～2012年糧食產(chǎn)出投入比

2 空間狀態(tài)模型建立與實證分析

2.1 變量選擇

由于自然災(zāi)害對糧食單產(chǎn)的影響已經(jīng)折算在有效糧食單產(chǎn)量中，因此本研究選擇有效糧食單產(chǎn)量作為因變量，單位化肥施用量為自變量，建立空間狀態(tài)模型分析單位化肥施用量對我國有效糧食單產(chǎn)量的影響，并以此為基礎(chǔ)估算未來30年我國糧食總產(chǎn)量與因自然災(zāi)害而減產(chǎn)的糧食產(chǎn)量。本研究變量數(shù)值依據(jù)《中國統(tǒng)計年鑒》相關(guān)數(shù)據(jù)計算所得，變量時間跨度為1978～2012年。由于有效糧食單產(chǎn)量與單位化肥施用量均為時間序列，為了消除異方差的影響，本研究所有變量均進行了對數(shù)處理，lnY表示有效糧食單產(chǎn)量的對數(shù)值，lnX表示單位化肥施用量的對數(shù)值。

2.2 空間狀態(tài)模型建立

由于固定參數(shù)模型不能解決不可觀測的變量對糧食單產(chǎn)的影響，本研究建立空間狀態(tài)模型來分析單位化肥施用量對有效糧食單產(chǎn)的影響?？臻g狀態(tài)模型如下：

式中，α0表示量測方程的常數(shù)項，α1是自變量的隨機系數(shù)，α1（－1）是α1的一期滯后項，σ0表示狀態(tài)方程的常數(shù)項，ηt為量測方程的擾動項，μt為狀態(tài)方程的擾動項，二者均服從均值為0，方差為常數(shù)的正態(tài)分布，量測方程和狀態(tài)方程誤差協(xié)方差均為0。

2.3 平穩(wěn)性檢驗

模型建立之后，為了避免出現(xiàn)偽回歸現(xiàn)象，需要檢驗變量的平穩(wěn)性。本研究采用ADF檢驗法檢驗變量lnY、lnX的單位根。ADF檢驗結(jié)果如表1所示。

表1 變量lnYlnX平穩(wěn)性檢驗（ADF檢驗）結(jié)果

由表1可見，變量lnY、lnX都是平穩(wěn)時間序列，因此可以對模型直接進行分析。

2.4 空間狀態(tài)模型結(jié)果分析

運用Eviews 7.0軟件中的KALMAN濾波算法可以得到時變參數(shù)α的估計值［7］。估計結(jié)果如下：

圖3表示α1隨時間變化的趨勢圖。從圖3變參數(shù)α1的時變圖曲線可以看出，在1978～1982年期間，單位化肥施用量對糧食單產(chǎn)的影響呈現(xiàn)下降趨勢。1983～1986年，單位化肥施用量對糧食單產(chǎn)的影響呈現(xiàn)上升趨勢。自1987年以后，單位化肥施用量對糧食單產(chǎn)的影響呈現(xiàn)波動性下降趨勢。1978～2012年單位化肥施用量對糧食單產(chǎn)的影響大致維持在0.355～0.373之間，這意味著單位化肥施用量每增加1%，糧食單產(chǎn)量增加0.355%～0.373%。

圖3 變參數(shù)α1的時變圖

3 2015～2030年糧食總產(chǎn)量與化肥施用量預(yù)測

耕地是糧食生產(chǎn)的基礎(chǔ)，是人類衣食之源、立命之本。由于我國人多、耕地少，為保障我國糧食生產(chǎn)安全，必須保有一定數(shù)量的耕地，1.2億公頃耕地是確保我國糧食生產(chǎn)安全的紅線。其中，1.04億公頃基本農(nóng)田幾乎承擔(dān)著我國全部糧食生產(chǎn)任務(wù)，是保障我國糧食基本自給的安全底線。本研究將以1.04億公頃基本農(nóng)田作為我國糧食播種面積預(yù)測未來20年我國的糧食總產(chǎn)量。

1978～2012年我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥施用量年均增長5%以上，為了讓預(yù)測值更加接近現(xiàn)實，假定未來30年里，糧食播種單位化肥施用量以年均5%的幅度增長。以2012年單位化肥施用量為基礎(chǔ)，應(yīng)用空間狀態(tài)模型預(yù)測未來2015～2040年中國糧食總產(chǎn)量以及因遭受自然災(zāi)害而減產(chǎn)的糧食產(chǎn)量。

通過前面計算的糧食減產(chǎn)率，可以發(fā)現(xiàn)在遭受自然災(zāi)害較輕的年份，糧食減產(chǎn)率僅為6.2%，而在遭受自然災(zāi)害較重的年份，糧食減產(chǎn)率高達18.76%。因此在預(yù)測因自然災(zāi)害導(dǎo)致的糧食減產(chǎn)量時，假定遭受自然災(zāi)害最輕年份糧食減產(chǎn)率僅6%，而遭受自然災(zāi)害最重的年份糧食減產(chǎn)率為19%。

2015～2040年中國糧食總產(chǎn)量與糧食減產(chǎn)量預(yù)測結(jié)果如表2所示。

表2 2015～2040年糧食總產(chǎn)量與因自然災(zāi)害減產(chǎn)的糧食產(chǎn)量預(yù)測值

由表2可以看出，在遭受較輕的自然災(zāi)害時，2015～2040年中國的糧食總產(chǎn)量將達到55960～87544萬t，因自然災(zāi)害而減產(chǎn)的糧食將為3358～5253萬t。在遭受較重的自然災(zāi)害時，糧食總產(chǎn)量將為49846～77981萬t，因自然災(zāi)害而減產(chǎn)的糧食將為9471～14816萬t。在遭受輕微自然災(zāi)害時2015年損失的糧食總產(chǎn)量接近2013年河北省 （糧食總產(chǎn)量3364.99萬t）或四川省 （糧食總產(chǎn)量3387.10萬t）的糧食總產(chǎn)量，在遭受嚴重自然災(zāi)害時損失的糧食總產(chǎn)量相當(dāng)于2013年兩個糧食生產(chǎn)大省黑龍江 （糧食總產(chǎn)量6004.07萬t）與吉林省 （糧食總產(chǎn)量3551.02萬t）糧食總產(chǎn)量之和。

4 結(jié)論與建議

本研究結(jié)果表明，化肥施用量與我國糧食單產(chǎn)之間存在很強的正相關(guān)關(guān)系，但化肥施用量促進糧食單產(chǎn)的增加存在規(guī)模報酬遞減趨勢。當(dāng)前我國糧食生產(chǎn)存在過度依賴化肥使用的現(xiàn)象致化肥施用量的增長速度一直快于糧食生產(chǎn)的增長速度，而化肥施用量的增加，不僅增加了農(nóng)民種糧成本，而且導(dǎo)致嚴重的化肥污染，危害到農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境安全。根據(jù)國際糧農(nóng)組織的統(tǒng)計分析，中國化肥施用量占據(jù)全世界總化肥施用量的三分之一，而化肥的有效利用率不足30%?；世眯实筒粌H造成資源的巨大浪費，而且使農(nóng)業(yè)資源污染越來越嚴重。

為了保證糧食生產(chǎn)的安全，必須保證一定限度的耕地面積，在耕地面積有限的情況下，提高糧食生產(chǎn)的單產(chǎn)量才能保證糧食總產(chǎn)量的安全。糧食單產(chǎn)量的提高離不開農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的進步與農(nóng)業(yè)抗災(zāi)能力的提高。因此，政府在糧食生產(chǎn)過程中，一方面要加大農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)的投資力度，另一方面，加大農(nóng)業(yè)水利設(shè)施的投資，提高糧食生產(chǎn)抵抗自然災(zāi)害的能力。

［1］ 張營周.我國糧食單產(chǎn)及其影響因素的協(xié)整分析 ［J］.生態(tài)經(jīng)濟，2010，（8）：129－132.

［2］ 李奇峰，陳阜，李玉義，等.東北地區(qū)糧食生產(chǎn)動態(tài)變化及影響因素研究 ［J］.農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究，2005，（5）：340－343.

［3］ 范建剛.1983～2004年陜西糧食產(chǎn)量與主要投入要素的灰色關(guān)聯(lián)分析 ［J］.干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2007，（3）：209－212.

［4］ 周慧秋.現(xiàn)階段我國糧食安全的各項指標(biāo)分析 ［J］.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報 （社會科學(xué)版），2008，（5）：6－10.

［5］ 張明如，殷善福.基于狀態(tài)空間模型的中國糧食產(chǎn)量波動的影響因素研究 ［J］，災(zāi)害學(xué)，2013，（1）：41－44.

［6］ 崇左市龍州縣民政局.受災(zāi)統(tǒng)計時受災(zāi)、成災(zāi)與絕收面積有何區(qū)別？ ［EB／OL］.http：／／longzhou.mca.gov.cn／article／bszn／201308／20130800510741.shtml，2013－08－26.

［7］ 高鐵梅.計量經(jīng)濟分析方法與建模：Eviews應(yīng)用及實例 ［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2009.