江慧珍 朱紅根

（江西農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，江西 南昌 330045）

一、問題的提出

全球氣候正在發(fā)生巨大的變化，氣候變暖尤為明顯，它會(huì)給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成巨大的影響，將造成農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量不同程度的下降。而水稻生產(chǎn)過程對自然資源的高依賴性使得水稻生產(chǎn)不可避免地會(huì)受到氣候變化的影響，造成產(chǎn)量不穩(wěn)定。水稻作為我國三大糧食作物之一，其產(chǎn)量的穩(wěn)定與否不僅關(guān)系到國內(nèi)糧食安全，也關(guān)系到我國對外能否獨(dú)立自主，是我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。2015年中央一號文件連續(xù)第十二年聚焦三農(nóng)，再次強(qiáng)調(diào)糧食安全問題，并指出要不斷增強(qiáng)糧食生產(chǎn)能力。然而，近年來氣候變化對糧食安全產(chǎn)生了重大威脅，因此研究氣候變化對我國水稻產(chǎn)量的影響具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者針對氣候變化對農(nóng)業(yè)的影響開展了大量研究，主要是從自然科學(xué)領(lǐng)域和社會(huì)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域兩個(gè)方面開展。在自然科學(xué)領(lǐng)域，研究氣候變化對農(nóng)業(yè)的影響主要集中于觀測試驗(yàn)和模型模擬兩個(gè)方面。在觀測試驗(yàn)方面，Sinclair and Seligman 通過構(gòu)建作物模型進(jìn)行作物生長的動(dòng)態(tài)模擬，研究作物在一定氣候條件下的生產(chǎn)潛力［1］。曹仁林等用開頂式熏氣罩進(jìn)行不同二氧化碳濃度下的實(shí)驗(yàn)觀測，結(jié)果表明花生、大豆的生長和產(chǎn)量是隨著二氧化碳濃度的增加而增加的，兩者呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，而在地面溫度上升3 攝氏度左右，大豆、花生等C3 作物的增產(chǎn)效果最為顯著［2］。在模型模擬方面，金之慶、林而達(dá)等使用GCM 模型研究了氣候變化對中國糧食作物產(chǎn)量的影響程度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)氣候變化對糧食作物產(chǎn)量有負(fù)面影響［3－4］。胡實(shí)等利用VIP 模型分析發(fā)現(xiàn)，大氣二氧化碳濃度增加、溫度、降雨和日照時(shí)數(shù)變化對冬小麥產(chǎn)量的影響分別是11.0%、0.7%、－0.2%和－6.5%，對夏玉米產(chǎn)量的影響分別是0.7%、－3.6%、－1.0%和－6.8%。此類研究方法雖也有實(shí)證分析，但是缺乏對經(jīng)濟(jì)因素的考慮，因而得出的結(jié)果可能存在一定的誤差［5］。

從社會(huì)經(jīng)濟(jì)角度研究氣候變化對農(nóng)作物產(chǎn)量的影響主要是借助加入了氣候因素的經(jīng)濟(jì)模型來分析。Mirza Nomman Ahmed et al 通過面板數(shù)據(jù)模型，得出氣候變化對巴基斯坦地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率有負(fù)影響，并且對糧食安全具有長期威脅［6］。Lin et al.則使用農(nóng)戶數(shù)據(jù)，運(yùn)用非線性生產(chǎn)函數(shù)模型分別研究了氣候變化對中國主要糧食作物產(chǎn)量的影響，研究表明：溫度、降水量和平均日照時(shí)數(shù)變化對小麥產(chǎn)量變化的彈性分別為－0.76、0.66 和－0.38，對水稻產(chǎn)量變化的彈性分別為－2.61、－1.72 和0.59，對玉米產(chǎn)量變化的彈性分別為3.14、1.64 和－0.60［7］。周曙東、朱紅根運(yùn)用省級面板數(shù)據(jù)分析了氣候變化對中國南方水稻產(chǎn)量的影響，研究發(fā)現(xiàn)，在南方地區(qū)水稻生長期間，平均溫度每上升1 攝氏度將導(dǎo)致水稻平均產(chǎn)量下降2.52%－3.48%，平均降水量每增加10 毫米將導(dǎo)致水稻平均產(chǎn)量下降0.40%［8］。劉天軍等運(yùn)用超越對數(shù)生產(chǎn)函數(shù)模型分析了氣候變化對蘋果主產(chǎn)區(qū)蘋果產(chǎn)量的影響，研究表明：溫度每上升1 攝氏度，蘋果戶均年產(chǎn)量增加7.56%－11.26%；降水量每增加10 毫米，蘋果戶均年產(chǎn)量減少8.33%－14.17%［9］。

現(xiàn)有的自然科學(xué)領(lǐng)域和社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域的研究充分運(yùn)用了其學(xué)科知識特點(diǎn)對氣候變化問題進(jìn)行了深入探討，但仍有繼續(xù)拓展的空間。一方面，從自然科學(xué)角度研究氣候變化一般不涉及社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素，并沒有考慮農(nóng)民應(yīng)對氣候變化采取的適應(yīng)性措施，因此有可能高估氣候變化對糧食作物產(chǎn)量的影響程度；另一方面，從社會(huì)科學(xué)角度研究氣候變化的影響雖然克服了實(shí)驗(yàn)方法脫離現(xiàn)實(shí)的問題，但是不同的研究方法和氣候因子處理的差異，往往會(huì)得出不同的研究結(jié)論。基于以上分析，本文試圖通過經(jīng)濟(jì)學(xué)研究方法，在超越對數(shù)生產(chǎn)函數(shù)的基礎(chǔ)上加入氣候因子，考慮農(nóng)民應(yīng)對氣候變化過程中各要素投入量的改變，構(gòu)建一個(gè)綜合考慮氣候變化和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的非線性生產(chǎn)函數(shù)模型，從而更加客觀地評價(jià)生長期氣候變化對水稻產(chǎn)量的總體影響程度。

二、模型與數(shù)據(jù)

（一）模型

Cobb－Douglas 生產(chǎn)函數(shù)模型主要用于描述生產(chǎn)要素投入和產(chǎn)量之間的關(guān)系。水稻生產(chǎn)不僅受氣候因素和土地、機(jī)械、勞動(dòng)力、有效灌溉面積、化肥的影響，還受技術(shù)進(jìn)步、區(qū)域特征的影響。因此水稻產(chǎn)量的影響因素理論模型形式如式（1）所示：

其中，Y 代表產(chǎn)量，A 代表播種面積，M 代表機(jī)械，F(xiàn) 代表化肥投入，L 代表勞動(dòng)投入，I 代表有效灌溉面積，T 代表溫度，P 代表降水量，TE 表示技術(shù)進(jìn)步，D 表示區(qū)域虛擬變量。本文研究假定種植面積對產(chǎn)量影響的規(guī)模報(bào)酬不變，借鑒Barrios et al.，Lee et al.和Mounir Belloumi［10－12］等作者的研究，對C－D 函數(shù)適當(dāng)變形，使用水稻產(chǎn)量作為被解釋變量，其形式如式（2）所示：

超越對數(shù)生產(chǎn)函數(shù)具有靈活的函數(shù)形式，因此能較好地測度各投入要素的相互影響及產(chǎn)出彈性，故本文在式（1）和式（2）的基礎(chǔ)上，引入氣候因子、技術(shù)進(jìn)步及區(qū)域虛擬變量，得到模型式（3）：

其中，Y 代表水稻產(chǎn)量（萬噸），A 代表水稻播種面積（千公頃），M 代表機(jī)械總動(dòng)力（萬千瓦），F(xiàn)代表化肥使用量（萬噸），L 代表勞動(dòng)力數(shù)量（萬人），I 代表有效灌溉面積（千公頃），T 代表生長期月平均溫度（攝氏度），P 代表生長期月平均降水量（毫米），TE 表示技術(shù)進(jìn)步，考慮到氣候因子對水稻產(chǎn)量的非線性關(guān)系，本文用溫度和降水的對數(shù)值及其二次項(xiàng)來表現(xiàn)這一影響。本文加入?yún)^(qū)域虛擬變量D 來表示不同區(qū)域條件對水稻產(chǎn)量的影響程度。μ 表示誤差項(xiàng)，β 為系數(shù)項(xiàng)（取對數(shù)之后各項(xiàng)系數(shù)表示水稻產(chǎn)量對各項(xiàng)投入指標(biāo)的彈性）。

（二）數(shù)據(jù)來源

本研究數(shù)據(jù)來源于全國28 個(gè)?。ㄊ校ㄉ虾！⑶嗪Ｓ捎跀?shù)據(jù)缺失不包含在模型中，重慶市被并入四川省進(jìn)行處理），2005－2012年期間的面板數(shù)據(jù)，氣候數(shù)據(jù)主要是各省水稻生長期月平均氣溫和月平均降水量，來源于國家氣象中心；水稻產(chǎn)量和其他控制變量數(shù)據(jù)（如面積、勞動(dòng)力、機(jī)械、化肥、有效灌溉面積等）主要來源于中國統(tǒng)計(jì)年鑒、新中國55年統(tǒng)計(jì)資料匯編?？紤]到南北方水稻種植的差異性，北方水稻主要指中稻和一季晚稻，生長期在4－10月份；南方水稻則是以雙季稻為主，生長期在4－11月份。水稻生產(chǎn)勞動(dòng)力投入人數(shù)經(jīng)過計(jì)算而來，計(jì)算方法如下：水稻生產(chǎn)勞動(dòng)力投入人數(shù)＝農(nóng)林牧副漁從業(yè)人員數(shù)*（農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值／農(nóng)林牧副漁總產(chǎn)值）*（水稻播種面積／農(nóng)作物播種面積）；水稻生產(chǎn)化肥投入＝化肥投入量*（水稻播種面積／農(nóng)作物播種面積），水稻生產(chǎn)機(jī)械投入和有效灌溉面積的計(jì)算方法同上。關(guān)于技術(shù)進(jìn)步變量，本文采用現(xiàn)有大部分學(xué)者的研究方法，以時(shí)間趨勢代替；參照全國行政區(qū)劃圖，該模型將全國分為七個(gè)地區(qū)，分別為華南地區(qū)、華東地區(qū)、華北地區(qū)、華中地區(qū)、西南地區(qū)、西北地區(qū)和東北地區(qū)，本文以華南地區(qū)為參照對象，當(dāng)省份為華東地區(qū)時(shí)，D1＝1，其他則為0；當(dāng)省份為華北地區(qū)時(shí)，D2＝1，其他則為0；當(dāng)省份為華中地區(qū)時(shí)，D3＝1，其他則為0；當(dāng)省份為西南地區(qū)時(shí)，D4＝1，其他則為0；當(dāng)省份為西北地區(qū)時(shí)，D5＝1，其他則為0；當(dāng)省份為東北地區(qū)時(shí)，D6＝1，其他則為0。

如表1 所示，產(chǎn)量和各主要投入要素的最大值與最小值之間差距很大，其波動(dòng)也較大，反映出水稻生產(chǎn)要素投入與水稻產(chǎn)量的不規(guī)律性，主要原因是分布區(qū)域較廣，水稻生產(chǎn)水平和氣候差異較大。氣候因子變量中溫度波動(dòng)較小，而降水量波動(dòng)很大，溫度與降水量的不同變化將對水稻產(chǎn)量造成不同程度的影響。區(qū)域虛擬變量的均值都在0.1 左右，表明各區(qū)域的樣本數(shù)相差不大。

三、實(shí)證模型結(jié)果分析

本文采用面板數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，為進(jìn)一步減少截面異方差和時(shí)間序列自相關(guān)對回歸造成的不利影響，運(yùn)用面板廣義最小二乘估計(jì)法，通過likelihood ratio 檢驗(yàn)確定選擇固定效應(yīng)模型還是混合效應(yīng)模型，最終本文得出混合效應(yīng)模型優(yōu)于固定效應(yīng)模型的結(jié)論，并在此基礎(chǔ)上使用時(shí)期加權(quán)進(jìn)行估計(jì)。表2 為最終的混合效應(yīng)模型的回歸結(jié)果。

從表2 可知，模型總體結(jié)果很好，R2和調(diào)整R2都很高，說明我國水稻影響因素方程的解釋能力都達(dá)到99.9%以上。氣候因子中，溫度和降水量都對水稻產(chǎn)量有顯著影響。溫度通過了1%的顯著性檢驗(yàn)，其產(chǎn)出彈性為－4.25；降水量通過10%水平的顯著性檢驗(yàn)，其產(chǎn)出彈性為0.27。樣本年度內(nèi)，溫度的總體變化范圍為13.13－27.85 攝氏度，降水量的總體變化范圍為8.42－298.34 毫米，依據(jù)溫度和降水量的產(chǎn)出彈性，可計(jì)算出月平均溫度每提高1 攝氏度，水稻產(chǎn)量下降15.27%－32.4%；月平均降水量每增加1 毫米，水稻產(chǎn)量增加0.09%－3.26%。

表1 模型變量定義與描述性統(tǒng)計(jì)

表2 生長期氣候變化對水稻產(chǎn)量影響的模型結(jié)果（2005－2012）

其他控制變量也都通過了不同水平的顯著性檢驗(yàn)，規(guī)模彈性為1.4642，現(xiàn)階段水稻生產(chǎn)處于規(guī)模報(bào)酬遞增階段。

（一）氣候因子對水稻產(chǎn)量的影響

從氣溫變化來看，由表2 可知，生長期氣溫變化對水稻產(chǎn)量影響通過了1%的顯著性檢驗(yàn)且其一次項(xiàng)系數(shù)為負(fù)，二次項(xiàng)系數(shù)為正，表明生長期氣溫變化與水稻產(chǎn)量呈U 型關(guān)系，即水稻生長期的溫度較低時(shí)，其與水稻產(chǎn)量有負(fù)相關(guān)關(guān)系，但當(dāng)溫度升高到一定程度后，溫度繼續(xù)升高對水稻產(chǎn)量反而具有正面影響。其主要原因在于樣本中水稻生長期平均溫度介于13.13－27.85 攝氏度之間，當(dāng)水稻生長期的平均溫度不高時(shí)，溫度升高加劇了水稻病蟲害的滋生和蔓延，不利于水稻產(chǎn)量的形成，如水稻紋枯病在22－28 攝氏度最宜發(fā)作，水稻二化螟在23－26 攝氏度發(fā)病最多，水稻稻瘟病在24－28 攝氏度適溫高濕天氣最容易發(fā)生；由于水稻是喜高溫植物，所以當(dāng)溫度達(dá)到水稻的穗分化、抽穗、開花適溫時(shí)，水稻生長發(fā)育放緩，生育期大大延長，有效分蘗增加，導(dǎo)致總干重和穗重增加，有利于形成大穗、提高結(jié)實(shí)率和千粒重。此外，氣溫升高不僅有助于擴(kuò)大多熟制種植面積，而且還有利于增加熱量、提高水稻單產(chǎn)，水稻總產(chǎn)量也會(huì)相應(yīng)增加。

從降水變化來看，據(jù)模型結(jié)果可知，生長期降水一次項(xiàng)和二次項(xiàng)對水稻產(chǎn)量的影響分別通過了10%和5%的顯著性檢驗(yàn)，且其一次項(xiàng)系數(shù)為正，二次項(xiàng)系數(shù)為負(fù)，說明降水變化與水稻產(chǎn)量呈倒U 型關(guān)系，即在降水量少的時(shí)期，降水增加對水稻產(chǎn)量呈正向影響，但當(dāng)降水量到達(dá)一定量的臨界點(diǎn)后，降水增加反而不利于水稻產(chǎn)量的形成。這主要是因?yàn)樵诮邓枯^少時(shí)期，由于水稻喜濕，降水適量增加有利于水稻的生長發(fā)育，從而對水稻總產(chǎn)量有積極的作用；但是降水量過多會(huì)抑制水稻的生長發(fā)育，稻田灌水過深，造成含氧量少，使分蘗受抑制，從而直接影響水稻產(chǎn)量。例如，南方地區(qū)處于開花授粉階段的早稻如果受暴雨沖刷，會(huì)使授粉結(jié)實(shí)率受到較大影響，不利于后期產(chǎn)量形成。

（二）控制變量對水稻產(chǎn)量的影響

水稻總播種面積和機(jī)械投入在1%的水平上通過顯著性檢驗(yàn)且其系數(shù)為正，說明水稻播種面積和機(jī)械投入對水稻產(chǎn)量具有積極的促進(jìn)作用。表明增加水稻播種面積、增加機(jī)械投入是今后水稻增產(chǎn)的重要途徑。具體而言，在其他變量不變的情況下，水稻機(jī)械投入增加1%，水稻產(chǎn)量便增加2.09%，且其彈性系數(shù)在所有變量中最大，說明在2005－2012年間，機(jī)械投入對我國水稻產(chǎn)量的貢獻(xiàn)最大，因此，農(nóng)業(yè)機(jī)械化經(jīng)營將是今后保持水稻穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的重要選擇。播種面積對水稻產(chǎn)量的影響僅次于機(jī)械投入，播種面積每增加1%，水稻產(chǎn)量增加約1.83%，說明水稻產(chǎn)量的增加在很大程度上依賴于耕地資源，因此要保障我國糧食產(chǎn)量，必須保護(hù)耕地資源，尤其是質(zhì)量較好、適于機(jī)械化耕作的耕地。

化肥投入和勞動(dòng)力分別通過10%和1%的顯著性檢驗(yàn)，但其系數(shù)為負(fù)，說明在本文考察期內(nèi)化肥投入和勞動(dòng)力對水稻產(chǎn)量具有顯著的負(fù)面影響。勞動(dòng)力對水稻產(chǎn)量的影響為負(fù)，一方面可能是因?yàn)槟壳拔覈r(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)和現(xiàn)代化機(jī)械的運(yùn)用，替代了傳統(tǒng)農(nóng)村勞動(dòng)力對水稻生產(chǎn)的貢獻(xiàn)，一定程度上可以解釋目前勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移后水稻產(chǎn)量卻在上升這一現(xiàn)象；另一方面，農(nóng)村可能仍然存在大量的剩余勞動(dòng)力，一部分勞動(dòng)力邊際產(chǎn)量為零甚至為負(fù)數(shù)，這也會(huì)導(dǎo)致從事水稻生產(chǎn)人員多而水稻產(chǎn)量卻變低的現(xiàn)象。化肥投入與水稻產(chǎn)量的負(fù)相關(guān)關(guān)系在于，近年來雜交水稻品種的推廣、農(nóng)戶對耐高溫耐病蟲害水稻品種的采用以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型，大量減少了化肥的使用量，使施用化肥的邊際效應(yīng)遞減，加上化肥過量使用會(huì)導(dǎo)致土壤酸化，降低土壤肥力，從而不利于水稻產(chǎn)量的增加。

有效灌溉面積未通過檢驗(yàn)，但其系數(shù)為正，表明有效灌溉面積越大，水稻產(chǎn)量可能會(huì)越高，因此保持水稻產(chǎn)量、維護(hù)糧食安全，積極修建水利、擴(kuò)大有效灌溉面積應(yīng)該被提上日程。

技術(shù)進(jìn)步對水稻產(chǎn)量的影響在1%的水平上通過了顯著性檢驗(yàn)且其系數(shù)為正，表明21 世紀(jì)以來，農(nóng)業(yè)技術(shù)進(jìn)步對水稻產(chǎn)量具有積極的促進(jìn)作用，主要表現(xiàn)在水稻新技術(shù)的快速推廣和采用，特別是雜交水稻技術(shù)和優(yōu)良品種的大力采用和推廣、生產(chǎn)經(jīng)營管理水平的提高以及水稻先進(jìn)灌溉技術(shù)的運(yùn)用，都為水稻產(chǎn)量提高奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，此外耐高溫耐病蟲害水稻品種的應(yīng)用在很大程度上減少了外界高溫病蟲害的侵害，增產(chǎn)效果顯著。

區(qū)域變量中，華北、華中和西北地區(qū)通過了1%的顯著性檢驗(yàn)，華北地區(qū)系數(shù)為負(fù)，華中和西北地區(qū)系數(shù)為正；華東和西南地區(qū)在5%的水平上通過了顯著性檢驗(yàn)，且系數(shù)都為正；東北地區(qū)未通過檢驗(yàn)。表明相對于華南地區(qū)來說，華中、西北、華東、西南等四大區(qū)域的水稻產(chǎn)量更高，而華北地區(qū)水稻產(chǎn)量更低，東北地區(qū)與華南地區(qū)水稻產(chǎn)量沒有顯著差異，其可能原因在于各個(gè)地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施、制度環(huán)境等的差異。

四、政策啟示

（一）引導(dǎo)農(nóng)戶積極應(yīng)對氣溫升高帶來的影響

一方面要鼓勵(lì)溫度低的地區(qū)農(nóng)戶采用耐病蟲害的新作物品種，降低氣候變暖對水稻產(chǎn)量造成的沖擊；另一方面，在溫度高的地區(qū)，要充分利用氣候變暖帶來的熱量增加的特點(diǎn)，適當(dāng)增加多熟制種植范圍和復(fù)種指數(shù)，擴(kuò)大水稻種植范圍。

（二）引導(dǎo)農(nóng)戶積極應(yīng)對降水的影響

模型結(jié)果表明，降水量增加到一定程度后會(huì)對水稻生產(chǎn)造成負(fù)面沖擊，因此，政府應(yīng)大力加強(qiáng)農(nóng)田水利設(shè)施建設(shè)力度，提高農(nóng)田水利設(shè)施的抗災(zāi)能力。同時(shí)，注意應(yīng)對我國南北方降水量時(shí)空分配不均的問題。在南方地區(qū)，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)應(yīng)對洪澇災(zāi)害和季節(jié)性干旱的問題；在北方地區(qū)，要增強(qiáng)抗旱設(shè)施的投入力度，積極擴(kuò)大抗旱新品種的推廣應(yīng)用，同時(shí)大力發(fā)展節(jié)水灌溉技術(shù)。

（三）合理使用并優(yōu)化各要素投入結(jié)構(gòu)

一是大力保護(hù)耕地，確保耕地面積紅線，從而保證充足的糧食種植面積，保障國家糧食安全；二是大力推進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化，推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)?；?jīng)營，從而提高水稻生產(chǎn)效率和糧食產(chǎn)量；三是大力推進(jìn)農(nóng)業(yè)技術(shù)進(jìn)步，不斷發(fā)明和創(chuàng)新作物栽培技術(shù)、良種良法技術(shù)、耕作技術(shù)，從而提高水稻單產(chǎn)；四是引導(dǎo)農(nóng)戶科學(xué)合理地使用化肥，在擴(kuò)大化肥使用量的同時(shí)，更要注重化肥使用效率，降低化肥過度施用給土地生產(chǎn)力帶來的負(fù)面影響。

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