潘 彪，田志宏

（中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，北京 100083）

0 引 言

農(nóng)業(yè)機(jī)械化是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要前提和標(biāo)志。進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，中國(guó)農(nóng)機(jī)裝備總量迅速增加，機(jī)械化進(jìn)程穩(wěn)步推進(jìn)，農(nóng)作物耕種收綜合機(jī)械化水平從2001年的32.3%增長(zhǎng)到2016年的65.2%，平均每年上升2.2個(gè)百分點(diǎn)。其中，2004—2014年平均增幅達(dá)到2.7個(gè)百分點(diǎn)，十年間進(jìn)展相當(dāng)于過(guò)去 45 a，被稱為農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展的“黃金十年”[1-2]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式實(shí)現(xiàn)了以人畜力為主到機(jī)械作業(yè)為主的歷史性跨越，確保了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力的穩(wěn)定和提高。這一時(shí)期，小麥、玉米和水稻等糧食作物作為農(nóng)機(jī)化工作的重點(diǎn)，機(jī)械化水平快速提升，為糧食產(chǎn)量“十二連增”提供了重要支撐[3-4]。

然而，在經(jīng)歷長(zhǎng)期的高速發(fā)展以后，近年來(lái)農(nóng)業(yè)機(jī)械化推進(jìn)速度逐步放緩，小麥和玉米的綜合機(jī)械化水平甚至出現(xiàn)了小幅下降。對(duì)此，有學(xué)者認(rèn)為中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化進(jìn)入了由中級(jí)階段向高級(jí)階段轉(zhuǎn)型的攻堅(jiān)克難時(shí)期，提升質(zhì)量和效益將成為發(fā)展的關(guān)鍵[1,5]。那么，這是否意味著中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化高速發(fā)展階段已經(jīng)結(jié)束？未來(lái)農(nóng)機(jī)化水平的提升空間還有多大？回答這些問(wèn)題需要對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械化進(jìn)程及其背后的決定因素和作用機(jī)制進(jìn)行深入剖析。

誘致性技術(shù)變遷理論為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械化提供了經(jīng)濟(jì)學(xué)理論基礎(chǔ)。該理論認(rèn)為要素相對(duì)價(jià)格變動(dòng)決定了技術(shù)變革的方向，也就是說(shuō)技術(shù)變革會(huì)傾向于節(jié)約稀缺而昂貴的要素，使用充裕而便宜的要素。具體到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，機(jī)械和勞動(dòng)力投入存在一定比例的替代關(guān)系，農(nóng)機(jī)作業(yè)價(jià)格和農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力工資的相對(duì)變化決定著兩者之間的替代方向和替代強(qiáng)度，同時(shí)也決定著農(nóng)業(yè)機(jī)械化的推進(jìn)速度[6]。2001年以來(lái)，中國(guó)工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程中吸納了大量的勞動(dòng)力，農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性短缺，勞動(dòng)價(jià)格急劇攀升[7]，2001—2016年農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力名義工資上升了6.8倍，而機(jī)械化農(nóng)具的價(jià)格僅上漲23.8%（數(shù)據(jù)來(lái)源于《全國(guó)農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》和《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》）。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中急需使用機(jī)械替代勞動(dòng)，緩解成本上升帶來(lái)的壓力[8-9]，成為中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化進(jìn)入高速發(fā)展階段的主要推動(dòng)力。

對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中機(jī)械對(duì)勞動(dòng)的替代作用，學(xué)者們利用生產(chǎn)函數(shù)和成本函數(shù)進(jìn)行了大量的研究，取得豐富的成果?；谏a(chǎn)函數(shù)的分析中，一些學(xué)者分析了整個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中機(jī)械（資本）對(duì)勞動(dòng)的替代作用[10-12]。還有學(xué)者們對(duì)糧食[13]、水稻、小麥和玉米[14]、油菜[15]、柑橘[16]等具體作物進(jìn)行了研究，可惜的是，這些研究普遍誤用了彈性計(jì)算公式，影響了結(jié)果的準(zhǔn)確性[4,11,17]。在指出前人的誤區(qū)后，王歐等[4]發(fā)現(xiàn)2003—2014年農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展有效替代了勞動(dòng)力并促進(jìn)了全國(guó)糧食產(chǎn)量的增加，且替代強(qiáng)度在不同糧食品種之間表現(xiàn)出時(shí)空差異；鄭旭媛等[17]認(rèn)為糧食生產(chǎn)中機(jī)械對(duì)勞動(dòng)的替代彈性呈現(xiàn)出長(zhǎng)期下降趨勢(shì)，隨著機(jī)械投入比例的上升，替代難度逐漸增加。更具體地，王曉兵等[18]發(fā)現(xiàn)玉米生產(chǎn)中勞動(dòng)力與機(jī)械投入存在顯著的替代關(guān)系，兩者相對(duì)價(jià)格變動(dòng)是影響玉米機(jī)械化水平的主要因素；Wang等[19]發(fā)現(xiàn)粳稻、小麥、玉米、棉花、大豆、油菜等作物的勞動(dòng)機(jī)械替代彈性在 0.10～0.98之間，差異較大；王水連和辛賢發(fā)現(xiàn)不同種植規(guī)模、地塊細(xì)碎程度和機(jī)械化程度下，甘蔗種植機(jī)械對(duì)勞動(dòng)力的替代存在差異[20]。但需要注意的是，基于生產(chǎn)函數(shù)分析機(jī)械和勞動(dòng)的替代關(guān)系，都是將要素價(jià)格作為外生變量[21]，本質(zhì)上反映的是價(jià)格變化以后要素替代在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)的可能性，也就是技術(shù)替代效應(yīng)，與?？怂梗℉icks）提出的替代彈性概念存在一定差別[4]。與此同時(shí)，采用超越對(duì)數(shù)生產(chǎn)函數(shù)來(lái)測(cè)算替代彈性時(shí)，還存在多重共線性和內(nèi)生性等問(wèn)題。

為此，更多的學(xué)者轉(zhuǎn)向采用成本函數(shù)[11]。例如，劉玉梅分析了河北和山東 2省小麥生產(chǎn)農(nóng)戶的機(jī)械和勞動(dòng)力替代關(guān)系[22]；陳書(shū)章等研究了1991—2012年全國(guó)及5個(gè)小麥主產(chǎn)區(qū)的技術(shù)進(jìn)步和要素需求與替代行為[23]；Liu等把農(nóng)業(yè)機(jī)械細(xì)分為大、中、小 3種類型，分析了玉米生產(chǎn)中的要素替代問(wèn)題[9]；吳麗麗等測(cè)算了 1991—2013年全國(guó)水稻、小麥和玉米 3種糧食平均后的要素替代彈性[21]；晏百榮等測(cè)算了1990—2014年蘋(píng)果生產(chǎn)的要素替代彈性[24]；林善浪等把勞動(dòng)力選擇性轉(zhuǎn)移因素納入成本函數(shù)，分析了種植業(yè)的機(jī)械與勞動(dòng)替代彈性[7]。這些文獻(xiàn)基于成本函數(shù)測(cè)算了農(nóng)作物生產(chǎn)中的要素替代彈性，均發(fā)現(xiàn)機(jī)械對(duì)勞動(dòng)有顯著的替代作用，隨著勞動(dòng)力價(jià)格的快速上漲，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中偏向于使用更多的機(jī)械。

總地來(lái)看，對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的要素替代情況，已有研究進(jìn)行了一些有益的探索，但不夠透徹和全面，主要存在3個(gè)方面的不足：1）對(duì)農(nóng)作物之間的差異關(guān)注不夠，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中機(jī)械對(duì)勞動(dòng)力的替代方式和替代強(qiáng)度不同，各作物的機(jī)械化水平存在明顯差異，簡(jiǎn)單加總或平均影響結(jié)果的準(zhǔn)確性，僅分析單個(gè)產(chǎn)品則又容易以偏概全。2）受作業(yè)地形等自然條件的影響，要素替代在技術(shù)上的難易程度不同，在機(jī)械和勞動(dòng)力相對(duì)價(jià)格發(fā)生變化時(shí)，各地形區(qū)域替代彈性的差異需要進(jìn)一步探究。3）在農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展的不同階段，機(jī)械對(duì)勞動(dòng)力替代的難易程度和替代強(qiáng)度都存在差異[4]，早在1986年Binswanger就把農(nóng)業(yè)機(jī)械分為動(dòng)力密集型機(jī)械和控制密集型機(jī)械，認(rèn)為前者應(yīng)用較早，而后者只在勞動(dòng)工資快速上漲以后才能推廣使用[25]。中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展過(guò)程中，耕地環(huán)節(jié)的機(jī)械化明顯快于播種和收獲環(huán)節(jié)，而植保環(huán)節(jié)機(jī)械化則剛起步，對(duì)于不同機(jī)械化發(fā)展階段中機(jī)械對(duì)勞動(dòng)替代強(qiáng)度的差異，已有研究中未予以充分重視，階段性特征尚不明確。

理論和實(shí)踐都表明，在勞動(dòng)力和機(jī)械的相對(duì)價(jià)格快速上漲過(guò)程中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中機(jī)械會(huì)對(duì)勞動(dòng)產(chǎn)生長(zhǎng)期替代，其外在表現(xiàn)為農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平的持續(xù)提升。那么，在中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化“黃金十年”高速發(fā)展期，機(jī)械對(duì)勞動(dòng)的替代情況是什么樣的？有何階段性特征？更為重要的是，這種替代能否延續(xù)以及如何延續(xù)？這是本文所要回答的問(wèn)題。鑒于此，本文以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中歷來(lái)最受重視的糧食為研究對(duì)象，具體選擇小麥、玉米和水稻3種作物，利用成本函數(shù)分析2004—2016年間各省機(jī)械對(duì)勞動(dòng)的替代彈性，識(shí)別作物差異、地區(qū)差異及其時(shí)空變化特征，并做出合理解釋，以期全面把握要素替代機(jī)制，對(duì)中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化進(jìn)程形成清晰認(rèn)識(shí)，明確未來(lái)的增長(zhǎng)速度、空間以及制約因素，為相關(guān)政策的制定和調(diào)整提供參考。

1 方法和數(shù)據(jù)

1.1 超越對(duì)數(shù)成本函數(shù)

在估計(jì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中機(jī)械和勞動(dòng)力之間的替代關(guān)系之前，需要先設(shè)定成本函數(shù)的具體形式。超越對(duì)數(shù)函數(shù)（translogfunction）屬于平方響應(yīng)面模型，具有易估計(jì)和包容性特征，不需要對(duì)替代彈性等特定參數(shù)施加先驗(yàn)設(shè)定，在揭示要素替代關(guān)系等方面具有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)[11]。Binswanger設(shè)定的基于超越對(duì)數(shù)成本函數(shù)（translogcost function）的多要素投入分析框架[26]，為誘致性技術(shù)變遷理論建立了微觀基礎(chǔ)，同時(shí)考慮了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中多要素投入的情況，在相關(guān)研究中得到了廣泛應(yīng)用[7,9,23,27-31]。借鑒Binswanger[26]的基本模型，本文設(shè)定了包含產(chǎn)出水平（y）、勞動(dòng)力（L）、機(jī)械（M）、化肥和農(nóng)藥（以下簡(jiǎn)稱“生化”，B）、其他物質(zhì)和服務(wù)（O）以及時(shí)間變量（t）的超越對(duì)數(shù)成本函數(shù)模型，具體模型形式為：

式中C表示總生產(chǎn)成本，元；pi和pj為要素i和j的價(jià)格，分別為勞動(dòng)力價(jià)格，元/d；機(jī)械、生化、其他物質(zhì)和服務(wù)價(jià)格，元/667 m2；i，j=L,M,B,O，γ、α、β為待估計(jì)參數(shù)。

計(jì)算各投入要素之間的替代彈性，關(guān)鍵在于獲得βij的估計(jì)值。直接對(duì)（1）式進(jìn)行估計(jì)，可能面臨嚴(yán)重的多重共線性問(wèn)題[11]。對(duì)此，可以根據(jù)謝潑德引理（Shephard Lemma），推導(dǎo)出各投入要素的成本份額函數(shù)：

式中Si為要素投入份額，%；xi為要素投入量，分別為勞動(dòng)力投入量，d/667 m2；機(jī)械、生化、其他物質(zhì)和服務(wù)投入量，元/667 m2。為滿足系統(tǒng)方程估計(jì)的要求，需要對(duì)超越對(duì)數(shù)成本函數(shù)和成本份額函數(shù)添加對(duì)稱性和價(jià)格齊次性限制。

1.2 要素替代彈性的估算方法

成本函數(shù)中常見(jiàn)的替代彈性有 4種：交叉價(jià)格彈性（cross-price elasticity，CPE）、Allen替代彈性（allen partial elasticity of substitution，AES）、Morishima替代彈性（morishima elasticity of substitution，MES）和影子替代彈性（shadow elasticity of substitution，SES）[32]。與 CPE、AES和MES相比，SES更接近與Hicks對(duì)替代彈性的原始定義，且經(jīng)實(shí)證檢驗(yàn)其對(duì)要素之間替代關(guān)系的刻畫(huà)更符合實(shí)際，結(jié)果的穩(wěn)健性也更強(qiáng)[11,21]。因此，本文選擇采用基于超越對(duì)數(shù)成本函數(shù)的影子替代彈性SES來(lái)刻畫(huà)中國(guó)糧食生產(chǎn)中機(jī)械和勞動(dòng)的替代關(guān)系。根據(jù)Mcfadden[33]、Mundlak[34]和郝楓[11]的研究，影子替代彈性可以由最小成本函數(shù)C（y；p）推導(dǎo)得出：

式中Ci和Cj分別為最小成本函數(shù)對(duì)要素i和j價(jià)格的偏導(dǎo)數(shù)，Cii和Cjj為二階導(dǎo)數(shù)，Cij為混合偏導(dǎo)數(shù)，Si為要素投入份額，Eii和Ejj為要數(shù)i和j的需求自價(jià)格彈性；Eij和Eji為交叉價(jià)格彈性。SESij具有對(duì)稱性，即SESij=SESji，這意味著機(jī)械對(duì)勞動(dòng)的替代彈性與勞動(dòng)對(duì)機(jī)械的替代彈性大小相同。在具體計(jì)算中，Si已知，Eij可以參考Binswanger[26]的研究，由（2）式中βij的估計(jì)值計(jì)算得出：

1.3 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

本文采用2004—2016年省級(jí)面板數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。以2004年起始年份的依據(jù)有3點(diǎn)：1）2004年為用工荒現(xiàn)象在東部沿海地區(qū)大量出現(xiàn)的時(shí)間[7]，農(nóng)業(yè)勞動(dòng)日工價(jià)進(jìn)入快速上漲階段；2）中國(guó)在 2004年相繼出臺(tái)了農(nóng)機(jī)購(gòu)置補(bǔ)貼、良種補(bǔ)貼等多項(xiàng)財(cái)政支農(nóng)政策，農(nóng)業(yè)發(fā)展進(jìn)入國(guó)內(nèi)支持保護(hù)階段；3）中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展從 2004年開(kāi)啟“黃金十年”，階段性特征明顯。本文的主要研究對(duì)象為小麥、玉米和水稻3大糧食作物，這3種作物的種植面積占中國(guó)農(nóng)作物種植面積的比例超過(guò) 50%，其產(chǎn)量占糧食總產(chǎn)量的比例超過(guò) 80%。更為重要的是，糧食作物是中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化的重點(diǎn)，近十幾年中，小麥、玉米和水稻的生產(chǎn)機(jī)械化快速推進(jìn)，特別是玉米和水稻生產(chǎn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)機(jī)械化獲得突破，耕種收綜合機(jī)械化水平分別由82.8%、40.7%和38.4%上升至94.2%、83.1%和79.2%，涵蓋了不同的機(jī)械化發(fā)展階段。對(duì)于樣本省份的選擇，為保證數(shù)據(jù)信息的完備性和準(zhǔn)確性，本文盡可能選擇了數(shù)據(jù)較齊全的省份。其中，小麥選擇了河北、山西、河南、山東等15個(gè)省，玉米選擇了河北、遼寧、吉林、黑龍江等18個(gè)省，水稻（早秈稻、中秈稻、晚秈稻和粳稻4種水稻的平均）選擇了河北、黑龍江、湖北、湖南等20個(gè)省，2004—2016年所選樣本省份的種植面積之和均占到該作物總種植面積的90%以上。

本文使用的數(shù)據(jù)來(lái)源于2005—2017年《全國(guó)農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》和《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》，對(duì)于個(gè)別缺失數(shù)據(jù)由相鄰年份數(shù)據(jù)替代，具體數(shù)據(jù)的來(lái)源和處理如下：

1）產(chǎn)出水平。畝均產(chǎn)值容易受外生的產(chǎn)品市場(chǎng)價(jià)格變動(dòng)的影響，小麥、玉米和水稻同屬于糧食作物，同質(zhì)性高，本文使用畝均產(chǎn)量來(lái)衡量產(chǎn)出水平，數(shù)據(jù)來(lái)源于《全國(guó)農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》。

2）勞動(dòng)力投入和勞動(dòng)力的價(jià)格?！度珖?guó)農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》中對(duì)于勞動(dòng)力的統(tǒng)計(jì)包括家庭勞動(dòng)力和雇工勞動(dòng)，給出了 2種勞動(dòng)的畝均投入量以及勞動(dòng)日工價(jià)和雇工工價(jià)。對(duì)此，勞動(dòng)力總投入可由家庭勞動(dòng)力投入折價(jià)和雇工折價(jià)加總得出。對(duì)于勞動(dòng)力的價(jià)格，參考吳麗麗等[21]、林善浪等[7]的研究，采用勞動(dòng)總投入除以總用工量得出。

3）機(jī)械投入和機(jī)械價(jià)格。機(jī)械作業(yè)投入采用《全國(guó)農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》畝均機(jī)械作業(yè)費(fèi)與排灌費(fèi)之和。對(duì)于機(jī)械投入的價(jià)格，參考已有研究的普遍做法，使用《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》中各省的機(jī)械化農(nóng)具價(jià)格指數(shù)來(lái)代替。

4）生化投入和生化投入的價(jià)格。生化投入包括化肥投入和農(nóng)藥投入，由《全國(guó)農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》中統(tǒng)計(jì)的畝均投入金額加總得出。生化投入的價(jià)格由《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》中各省化學(xué)肥料價(jià)格指數(shù)和農(nóng)藥及農(nóng)藥械價(jià)格指數(shù)加權(quán)得出，以兩者的投入比例為權(quán)重。

5）其他物質(zhì)與服務(wù)投入和其他物質(zhì)于服務(wù)的價(jià)格。其他物質(zhì)與服務(wù)投入包括種子費(fèi)、農(nóng)膜費(fèi)、水費(fèi)、畜力費(fèi)、工具材料費(fèi)、管理費(fèi)等其他直接或間接投入，不包括土地成本，由畝均物質(zhì)與服務(wù)費(fèi)用減去機(jī)械投入和生化投入得出，數(shù)據(jù)來(lái)源于《全國(guó)農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》。其他物質(zhì)與服務(wù)的價(jià)格由其他農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料價(jià)格指數(shù)來(lái)表示。

對(duì)于其中涉及到投入額和價(jià)格的數(shù)據(jù)，均折算為1998年不變價(jià)格。其中勞動(dòng)力投入和價(jià)格用各省農(nóng)村居民消費(fèi)價(jià)格指數(shù)進(jìn)行折算，機(jī)械投入用機(jī)械化農(nóng)具價(jià)格指數(shù)進(jìn)行折算，生化投入用加權(quán)的生化價(jià)格指數(shù)折算，其他物質(zhì)與服務(wù)投入用其他農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料價(jià)格指數(shù)折算。主要變量的描述性統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 變量描述性統(tǒng)計(jì)Table 1 Descriptive statistics of variables

2 結(jié)果與分析

在中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展的“黃金十年”，小麥、玉米和水稻 3大糧食作物的生產(chǎn)中機(jī)械對(duì)勞動(dòng)替代彈性的大小和變動(dòng)趨勢(shì)，以及各作物和各地區(qū)間的差異，是分析和討論的重點(diǎn)。

2.1 機(jī)械和勞動(dòng)力的價(jià)格及投入量變動(dòng)情況

在進(jìn)行實(shí)證分析之前，本文先分析了2001—2016年全國(guó)小麥、玉米和水稻生產(chǎn)中勞動(dòng)力和農(nóng)業(yè)機(jī)械這 2種投入要素的價(jià)格以及投入量的變化情況。從圖1a中可以發(fā)現(xiàn)，2001—2016年3種作物使用的勞動(dòng)力價(jià)格水平大致相同，且都呈現(xiàn)出S型上升趨勢(shì)，整體增長(zhǎng)了5倍以上，其中，2004—2013年間為快速上升階段，2014—2016年增速逐漸放緩；同一時(shí)期機(jī)械化農(nóng)具的價(jià)格基本保持穩(wěn)定，僅增長(zhǎng)了23.8%。由此可以看出2001—2016年間勞動(dòng)力和機(jī)械的比價(jià)不斷上升，勞動(dòng)力變得相對(duì)昂貴。這種價(jià)格相對(duì)變化使得生產(chǎn)中的要素投入比例發(fā)生調(diào)整，勞動(dòng)力投入快速下降而機(jī)械投入迅速上升，出現(xiàn)了明顯要素替代。更進(jìn)一步地，與價(jià)格變化相似，勞動(dòng)力投入的下降速度以及機(jī)械投入的增長(zhǎng)速度都有所放緩（圖1b～1d），表明機(jī)械對(duì)勞動(dòng)力的替代強(qiáng)度逐步下降，這在一定程度上解釋了近年來(lái)機(jī)械化水平增幅減小的現(xiàn)象。

圖1 2001—2016年勞動(dòng)力和機(jī)械的價(jià)格及投入變化情況Fig.1 Changes of labor and machinery price and its usage (2001—2016)

機(jī)械對(duì)勞動(dòng)的替代直觀的反映在農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平的提升上。表2給出了2001—2016年小麥、玉米和水稻在耕、種、收3個(gè)環(huán)節(jié)的機(jī)械化水平的變化情況。其中有3點(diǎn)值得注意：1）每種作物3個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的機(jī)械化水平普遍提升，這表明在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，都存在明顯的機(jī)械替代勞動(dòng)力現(xiàn)象；2）耕地環(huán)節(jié)的機(jī)械化水平明顯高于播種和收獲環(huán)節(jié)，這主要是因?yàn)楦刂行枰氖莿?dòng)力密集型機(jī)械，而后 2個(gè)環(huán)節(jié)偏向于需要控制密集型機(jī)械，在勞動(dòng)力價(jià)格上升后，最先使用動(dòng)力密集型機(jī)械替代勞動(dòng)力，這符合Binswanger[25]對(duì)機(jī)械化階段的劃分；3）小麥的機(jī)械化水平明顯高于玉米和水稻，在 2001—2016年增長(zhǎng)有限，而玉米和水平的機(jī)械化水平相對(duì)較低但增速較快，特別是在播種和收獲環(huán)節(jié)的機(jī)械化水平取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。從更深的層次來(lái)看，各作物在機(jī)械化水平和發(fā)展速度上的差異，主要源于機(jī)械對(duì)勞動(dòng)替代強(qiáng)度的不同，如果對(duì)各種作物采用加總或平均的方式展開(kāi)分析，可能會(huì)對(duì)要素替代效應(yīng)做出誤判。

表2 3種糧食作物耕種收環(huán)節(jié)的機(jī)械化水平Table 2 Comprehensive mechanization rate of 3 crops%

2.2 成本份額函數(shù)回歸結(jié)果

基于省級(jí)面板數(shù)據(jù)對(duì)（2）式構(gòu)建的成本份額函數(shù)進(jìn)行回歸時(shí)，為區(qū)分省際差異，在模型中加入了省份虛擬變量。除價(jià)格和產(chǎn)量以外，生產(chǎn)要素的投入受到一些其他共同因素的影響，各要素投入份額方程的隨機(jī)干擾項(xiàng)之間存在相關(guān)性，本文采用系統(tǒng)估計(jì)的方式。由于被解釋變量是投入份額，各要素投入份額相加總和為1，誤差協(xié)方差矩陣是奇異的，系統(tǒng)估計(jì)必須隨機(jī)去掉一個(gè)方程。本文在實(shí)際估計(jì)中去掉了其他投入份額，僅估計(jì)勞動(dòng)力（Sl）、機(jī)械（Sm）和生化（Sb）成本份額方程，在得到3個(gè)份額方程的估計(jì)系數(shù)以后，利用（3）、（4）式計(jì)算出其他投入份額方程的各系數(shù)。為消除異方差和序列自相關(guān)的影響，本文采用迭代似不相關(guān)法（iterative seemingly unrelated regression）進(jìn)行系統(tǒng)估計(jì)。

表3中給出了成本份額方程系統(tǒng)回歸結(jié)果。3種糧食作物的Breusch-Pagan統(tǒng)計(jì)量的P值均為0.000，顯著拒絕成本份額方程的擾動(dòng)項(xiàng)相互獨(dú)立的原假設(shè)，采用系統(tǒng)回歸能夠提高估計(jì)效率?；貧w結(jié)果中，絕大部分變量的系數(shù)都通過(guò)了顯著性檢驗(yàn)，且所有方程的R2都在0.8以上，模型的整體擬合程度較高。

表3 成本份額方程回歸結(jié)果Table 3 Regression result of elements share equation

2.3 替代彈性分析

進(jìn)一步地，根據(jù)表3中的估計(jì)結(jié)果以及（5）～（7）式，筆者測(cè)算出了2004—2016年各省小麥、玉米和水稻生產(chǎn)中機(jī)械對(duì)勞動(dòng)的替代彈性，并重點(diǎn)從作物差異、地區(qū)差異以及替代強(qiáng)度的時(shí)空變化情況 3個(gè)角度展開(kāi)分析討論。

2.3.1 替代彈性的作物差異

整體來(lái)看，2004—2016年小麥、玉米和水稻3種糧食作物機(jī)械對(duì)勞動(dòng)替代彈性的均值遠(yuǎn)大于 0，分別為0.581、1.324和1.153（圖2）。這表明機(jī)械和勞動(dòng)力之間存在較強(qiáng)的替代關(guān)系，隨著勞動(dòng)力相對(duì)價(jià)格的快速上漲，糧食生產(chǎn)中更多的使用農(nóng)業(yè)機(jī)械，推動(dòng)中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化進(jìn)入“黃金十年”。

圖2 2004—2016年3種糧食作物生產(chǎn)中機(jī)械對(duì)勞動(dòng)的替代彈性Fig.2 Substitution elasticity of machinery to labor of 3 crops (2004—2016)

具體來(lái)看，各作物生產(chǎn)中機(jī)械對(duì)勞動(dòng)替代彈性的大小和變化情況存在明顯差異，玉米和水稻的替代彈性遠(yuǎn)高于小麥，這主要源于其關(guān)鍵環(huán)節(jié)的生產(chǎn)機(jī)械化實(shí)現(xiàn)了重要突破。與此同時(shí)，2004—2016年間玉米、水稻生產(chǎn)中的替代彈性都有明顯的下降趨勢(shì)，分別從1.545和1.224下降至1.225和1.152，而小麥生產(chǎn)中的替代彈性基本穩(wěn)定在0.6左右。3種糧食作物替代彈性的差異主要是其處于不同的機(jī)械化水平引起的，在機(jī)械化水平較低時(shí)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中機(jī)械投入相對(duì)較少，而隨著勞動(dòng)力價(jià)格上漲發(fā)生了要素替代，機(jī)械投入占比增加，進(jìn)一步替代勞動(dòng)的難度不斷加大，替代彈性也就隨之下降。

2.3.2 替代彈性的地區(qū)差異

受作業(yè)地形等因素影響，各省農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展處于不同階段，其糧食生產(chǎn)中機(jī)械對(duì)勞動(dòng)的替代彈性差異明顯。圖3中依次給出了各省2004—2016年3種作物替代彈性的均值。全國(guó)范圍內(nèi)來(lái)看，3種作物的替代彈性都呈現(xiàn)出由東北至西南地區(qū)逐漸增加的現(xiàn)象，替代強(qiáng)度的分布大體一致。從圖3a小麥中可以發(fā)現(xiàn)，黑龍江的替代彈性最低，僅為0.063，這意味著機(jī)械對(duì)勞動(dòng)力的替代已非常微弱，這主要是因?yàn)槠渖a(chǎn)中機(jī)械的投入量非常充裕甚至是過(guò)量，以2016年為例，其小麥機(jī)耕、機(jī)播和機(jī)收面積均超過(guò)總播種面積（機(jī)械作業(yè)面積數(shù)據(jù)來(lái)源于《全國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化統(tǒng)計(jì)年報(bào)》，播種面積數(shù)據(jù)來(lái)源于《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》）。云南和貴州的替代彈性較高，分別為1.007和0.964，這2省的小麥機(jī)播和機(jī)收水平還比較低，機(jī)械進(jìn)一步替代勞動(dòng)力的空間較大。就玉米來(lái)說(shuō)，新疆、黑龍江和內(nèi)蒙古 3省的替代彈性較低，分別為 1.061、1.079和1.094，而廣西、云南和湖北的替代彈性較高，分別為3.822、3.789和 3.118（圖 3b）。類似地，就水稻來(lái)說(shuō)，內(nèi)蒙古和黑龍江的替代彈性較低，分別為0.919和0.924，貴州的替代彈性最高，達(dá)到2.071（圖3c）。

進(jìn)一步地，本文參考《全國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃》，把全國(guó)劃分為 6個(gè)地形區(qū)域，比較了各區(qū)域替代彈性的差異。從表4中可以發(fā)現(xiàn)，在3種作物中，西南丘陵山區(qū)和南方低緩丘陵區(qū)的替代彈性明顯高于其它區(qū)域，印證了鄭旭媛等[17]提出的坡耕地比例較高地區(qū)的替代彈性大于比例低的地區(qū)的觀點(diǎn)，同時(shí)符合中國(guó)北方平原和旱田地區(qū)機(jī)械化發(fā)展較快，南方水田地區(qū)特別是西南丘陵山區(qū)發(fā)展較慢的實(shí)際。這2個(gè)地區(qū)的機(jī)械化水平低、替代彈性高的特征意味著機(jī)械對(duì)勞動(dòng)進(jìn)一步替代的空間較大，在全國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化增速整體放緩的背景下，有可能繼續(xù)保持高速增長(zhǎng)。相應(yīng)地，在這些地區(qū)實(shí)施購(gòu)機(jī)補(bǔ)貼、推進(jìn)宜機(jī)化等措施有望取得顯著效果。

圖3 3種糧食作物生產(chǎn)中機(jī)械對(duì)勞動(dòng)替代彈性的區(qū)域性分布Fig.3 Regional distribution of substitution elasticity of machinery to labor of 3 crops

表4 各地形區(qū)域不同年份3種糧食作物生產(chǎn)中機(jī)械對(duì)勞動(dòng)的替代彈性Table 4 Substitution elasticity of machinery to labor of 3 crops in different region

2.3.3 替代彈性的時(shí)空收斂性

為了更清晰直觀的反映機(jī)械對(duì)勞動(dòng)替代彈性的時(shí)空變化特征，表5中給出了2004—2016年15個(gè)小麥生產(chǎn)省、18個(gè)玉米生產(chǎn)省和20個(gè)水稻生產(chǎn)省歷年替代彈性值的數(shù)據(jù)分布情況。從中可以發(fā)現(xiàn)，在 3種作物的機(jī)械對(duì)勞動(dòng)替代彈性均在不同程度上表現(xiàn)出時(shí)空收斂性，地區(qū)間的差異逐漸縮小，整體趨于穩(wěn)定。其中，小麥的替代彈性在年際和省際之間的變動(dòng)程度都比較小，均值和標(biāo)準(zhǔn)差一直處于穩(wěn)定狀態(tài)，這與其生產(chǎn)中已基本實(shí)現(xiàn)了全程機(jī)械化有很大關(guān)系。玉米和水稻的替代彈性的收斂性特征明顯，均值都有明顯下降趨勢(shì)，同時(shí)全距分別從5.90和3.04下降至1.50和0.94，標(biāo)準(zhǔn)差分別從1.70和0.69下降至0.41和0.24。

機(jī)械對(duì)勞動(dòng)替代彈性的時(shí)空收斂性的原因有3點(diǎn)。1）隨著勞動(dòng)力價(jià)格的快速上漲，各地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中普遍使用機(jī)械替代勞動(dòng)，農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平整體得到提升，在機(jī)械化水平提高以后，機(jī)械進(jìn)一步替代勞動(dòng)的難度增加，替代彈性普遍下降并趨于穩(wěn)定，這是最主要的原因。2）在購(gòu)機(jī)補(bǔ)貼政策、土地平整以及宜機(jī)化項(xiàng)目帶動(dòng)下，特別是適宜于丘陵山區(qū)的中小型農(nóng)機(jī)的推廣和應(yīng)用，作業(yè)地形對(duì)要素替代的制約作用減弱。3）跨區(qū)作業(yè)通過(guò)農(nóng)業(yè)機(jī)械的空間流動(dòng)，促進(jìn)了機(jī)械化水平的區(qū)域均衡[35-36]，被認(rèn)為是糧食生產(chǎn)技術(shù)效率空間收斂和糧食產(chǎn)量空間溢出的重要原因[37-38]，同樣也可以用來(lái)解釋替代彈性地區(qū)差異的縮小。

糧食生產(chǎn)中機(jī)械對(duì)勞動(dòng)替代彈性的時(shí)空收斂性對(duì)中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化進(jìn)程具有重要含義。1）時(shí)間上替代彈性由強(qiáng)到弱的變化特征，在很大程度上解釋了當(dāng)前中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化進(jìn)程放緩的現(xiàn)象。2）空間上各地區(qū)替代彈性的差異縮小，表明在推進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化的過(guò)程中各地區(qū)的農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平普遍得以提升，這符合農(nóng)業(yè)機(jī)械化區(qū)域均衡發(fā)展的目標(biāo)。3）整體上的收斂性意味著未來(lái)糧食生產(chǎn)中機(jī)械對(duì)勞動(dòng)的替代難度增加，機(jī)械化水平進(jìn)一步提升空間有限。對(duì)此，有必要調(diào)整農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展格局，把機(jī)械化的重點(diǎn)由糧食作物擴(kuò)展到經(jīng)濟(jì)作物、畜禽、林果等其他農(nóng)產(chǎn)品。

3 結(jié) 論

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中機(jī)械對(duì)勞動(dòng)力的替代強(qiáng)度決定著機(jī)械化的推進(jìn)速度。本文基于超越對(duì)數(shù)成本函數(shù)，分析了中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化高速發(fā)展階段小麥、玉米和水稻 3大糧食作物生產(chǎn)中機(jī)械對(duì)勞動(dòng)的替代作用，重點(diǎn)關(guān)注了替代彈性在作物和地區(qū)之間的差異及其時(shí)空變化特征，得到 4點(diǎn)主要結(jié)論：

1）從 2004年中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化經(jīng)歷了“黃金十年”的高速發(fā)展，機(jī)械化水平顯著提升，其主要原因在于實(shí)現(xiàn)了機(jī)械對(duì)勞動(dòng)力廣泛、有效和持續(xù)的替代，小麥、玉米和水稻3大糧食作物的替代彈性分別達(dá)到0.581、1.324和 1.153。2）隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平的提升，機(jī)械對(duì)勞動(dòng)力的替代難度不斷加大，替代彈性趨于下降，糧食作物機(jī)械化水平進(jìn)一步增長(zhǎng)空間有限。3）全國(guó)各地區(qū)機(jī)械對(duì)勞動(dòng)力的替代彈性存在明顯差異，呈現(xiàn)出由東北向西南遞增的現(xiàn)象；南方低緩丘陵區(qū)和西南丘陵山區(qū)的替代彈性明顯高于其它區(qū)域，機(jī)械化水平提升空間大，有望維持較高增速。4）機(jī)械對(duì)勞動(dòng)替代彈性的時(shí)空收斂性變化特征解釋了當(dāng)前中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化推進(jìn)速度放緩的現(xiàn)象，同時(shí)也意味著單純依靠糧食作物的機(jī)械化來(lái)拉動(dòng)農(nóng)業(yè)整體機(jī)械化水平已成為過(guò)去，農(nóng)機(jī)化的發(fā)展格局和工作重點(diǎn)需要做出相應(yīng)調(diào)整。

當(dāng)前勞動(dòng)力和農(nóng)業(yè)機(jī)械的價(jià)格都處于平穩(wěn)狀態(tài)，而機(jī)械對(duì)勞動(dòng)的替代強(qiáng)度趨于下降，如果未來(lái)機(jī)械化發(fā)展要延續(xù)“黃金十年”的增長(zhǎng)趨勢(shì)必將面臨著前所未有的困難和挑戰(zhàn)，需要打破現(xiàn)有發(fā)展格局，以創(chuàng)造性思維加以應(yīng)對(duì)。具體來(lái)說(shuō)，需要從5個(gè)方面著手：1）重視南方低緩丘陵區(qū)和西南丘陵山區(qū)的農(nóng)業(yè)機(jī)械化，積極推進(jìn)“地適機(jī)”和“機(jī)適地”等宜機(jī)化工作，使這些地區(qū)成為拉動(dòng)全國(guó)機(jī)械化發(fā)展的引擎；2）把機(jī)械化發(fā)展的重點(diǎn)由糧食作物擴(kuò)展到經(jīng)濟(jì)作物，同時(shí)關(guān)注畜禽養(yǎng)殖、林果業(yè)、設(shè)施農(nóng)業(yè)及農(nóng)產(chǎn)品初加工等領(lǐng)域的機(jī)械化，實(shí)現(xiàn)全面機(jī)械化；3）推進(jìn)作物品種、栽培技術(shù)與機(jī)械裝備集成配套，解決植保、中耕施肥、秸稈處理等薄弱環(huán)節(jié)“機(jī)械換人”的難題，實(shí)現(xiàn)全程機(jī)械化；4）通過(guò)購(gòu)機(jī)補(bǔ)貼政策等促進(jìn)措施，推廣新型復(fù)式機(jī)具和信息化智能機(jī)具，直接減少作業(yè)環(huán)節(jié)和勞動(dòng)力參與；5）積極推進(jìn)農(nóng)地流轉(zhuǎn)，促進(jìn)適度經(jīng)營(yíng)，同時(shí)開(kāi)展土地平整及高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)，改善農(nóng)機(jī)作業(yè)環(huán)境，提高作業(yè)效率，為機(jī)械對(duì)勞動(dòng)力的高效替代提供條件。

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