有偏技術進步、替代彈性與糧食生產要素組合變動

摘要：基于有偏技術進步、要素替代的研究框架理論，探究了糧食生產要素組合及技術變動趨勢。構建超越對數(shù)生產函數(shù)模型，利用全國30個省份2001～2013年面板數(shù)據進行實證研究，計算了各要素價值份額和替代彈性。實證結果顯示，糧食生產中化肥、農藥的邊際貢獻遞減，而農用柴油、農業(yè)機械設備的邊際貢獻遞增；勞動用工量的邊際貢獻遞增，且與其他物質要素的替代關系明顯。為此，通過提高要素利用效率和要素替代彈性等推動糧食生產技術進步，實現(xiàn)生產要素組合的動態(tài)優(yōu)化。

關鍵詞：糧食生產；有偏技術進步；替代彈性；要素組合

DOI：10.13956/j.ss.1001-8409.2017.04.07

中圖分類號：F307.11 文獻標識碼：A 文章編號：1001-8409（2017）04-0027-04

Abstract：This paper analyzes technology change tendency and factors combination of Chinese grain production based on biased technology progress and substitution elasticity. It constructs translog production function model， and makes regression analysis by the data of 30 provinces in China from 2001 to 2013， and calculats the output elasticity and substitution elasticity of each energy element. Empirical results show that the contribution of energy element to Chinese grain production is greater， the marginal contribution of fertilizers， pesticides are decreasing， while the marginal contribution of diesel oil， agricultural machinery and equipment are increasing. The marginal contribution of labor is increasing， and the elasticity of substitution of agricultural labor to energy input is significantly. Therefore，it is important to take countermeasures to promote grain production technology progress and achieve energy saving， such as improving the efficiency of elements and the alternative energy input， etc.

Key words：grain production； biased technology progress； substitution elasticity； factors combination

黨的十八大報告指出，要增強中國農業(yè)綜合生產能力，通過農業(yè)技術創(chuàng)新實現(xiàn)糧食生產的數(shù)量與質量效益并重，走資源節(jié)約、環(huán)境友好和產出高效的新型糧食安全道路。中國糧食保持了十二年連續(xù)豐產，用全球7%的耕地生產出了全球21%的糧食，但也消耗了全球35%的化肥和超過30%的農藥、除草劑等?；省⑥r藥、農用柴油等石油能源的高強度、低效率施用和碳、磷、氮等過度排放造成了大氣、土壤、水體污染。技術創(chuàng)新能夠顯著優(yōu)化要素組合，降低糧食生產的物質要素投入水平。莊瑞瑤、鄭旭媛認為，以化石能源為原材料的化肥、農藥、殺蟲劑和以石油為動力來源的農田灌溉、農業(yè)機械動力是實現(xiàn)糧食豐產的重要因素，但帶來的土壤退化、水資源短缺等生態(tài)環(huán)境問題是影響糧食質量安全的重大因素[1]。牛亮云等基于灰關聯(lián)熵模型對化肥、農藥、農田灌溉、農用柴油等化石能源為原料、動力的要素投入在糧食生產中的貢獻程度進行實證分析表明，化肥、農藥和灌溉的產出貢獻大但效率低，農業(yè)機械、農用柴油的產出貢獻大、效率高，農業(yè)機械化是彌補農業(yè)勞動力短缺的重要途徑[2]。實現(xiàn)糧食生產過程中物質投入節(jié)約的關鍵措施是依靠科技創(chuàng)新，發(fā)展精細農業(yè)，強調通過技術進步實現(xiàn)對化肥、農藥、耕地、水資源的節(jié)約使用。陳書章等運用全國小麥主產區(qū)的面板數(shù)據進行的實證研究表明，中國小麥生產呈現(xiàn)勞動力節(jié)約型、化肥節(jié)約型和機械使用型等非中性技術進步特征[3]。李光泗、朱麗莉等基于超越對數(shù)生產函數(shù)的實證研究發(fā)現(xiàn)，化肥、機械、勞動力和耕地對糧食總產量的產出彈性均為正，其中勞動力的貢獻最大；耕地對勞動的替代彈性較大，而化肥、機械對勞動的替代作用較小，糧食生產技術進步尚不能滿足物質要素對勞動力流出的彌補與替代[4]。針對如何實現(xiàn)糧食生產可持續(xù)發(fā)展問題，姚延婷等認為，提高化肥、農藥和農田灌溉效率及其投入效率的技術創(chuàng)新是推動糧食生產模式轉型、保障糧食質量安全的科學路徑[5]。

已有文獻主要從推動糧食增產的角度分析各要素的貢獻作用，但從有偏技術進步、要素替代視角對糧食生產要素組合變動的系統(tǒng)研究較為少見。為此，本文構建包含有偏技術進步、要素替代的超越對數(shù)生產函數(shù)模型，運用2001～2013年全國30個省份的面板數(shù)據對糧食生產要素組合變動進行系統(tǒng)研究，估計要素投入對糧食豐產的要素貢獻、價值份額和替代關系，為推動糧食生產集約化和保障糧食安全提供科學依據。

1 理論分析與研究設計

1.1 有偏技術進步

根據?？怂梗?932）的理論，技術進步可分為勞動節(jié)約型、資本節(jié)約型和中性技術進步三種類型，其中中性技術進步反映的是通過技術進步實現(xiàn)所有要素效率的提升和節(jié)約。Acemoglu（2002）認為能夠改變要素邊際生產率的技術進步為要素增強型技術進步，能夠改變要素間邊際替代率的則稱為要素偏向型技術進步，即有偏技術進步。如果通過技術進步使要素i的邊際技術替代率相對于要素j更大的提高，則技術進步是偏向要素i的。在有偏技術進步中，如果要素間是替代關系，則要素增強型技術進步也有助于提升要素i的效率；如果要素間是互補關系，則要素增強型技術進步則是中性的。糧食生產技術進步對化肥、農藥、農用柴油等能源要素的節(jié)約主要包括兩個途徑：通過中性技術進步提高糧食生產的全要素生產率，實現(xiàn)包括能源要素在內的成本節(jié)約；基于要素替代關系，推進糧食生產中的要素偏向性技術進步，提升糧食生產綜合效率。

1.2 模型設置

選擇超越對數(shù)生產函數(shù)模型的原因在于：①該模型既能夠科學估計要素產出貢獻，又能夠有效計算各要素間的替代或互補關系；②超越對數(shù)生產函數(shù)在測算要素替代彈性時不需要任何前提假設，能夠對糧食生產技術進步偏向做出判斷[6]；③超越對數(shù)生產函數(shù)可看作是經過二次微分生產函數(shù)的二階近似，且無需對其具體形式進行規(guī)定[7]。

假設糧食生產函數(shù)為：Y=Y（AL，AF，AP，AD，AM），其中Y表示糧食生產函數(shù)，AL、AF、AP、AD、AM分別為勞動力、化肥、農藥、農業(yè)機械和農用柴油的投入變量。使用三階泰勒展開式能夠更詳細地解釋超越對數(shù)生產函數(shù)二階展開式難以進行的檢驗（Stevenson，1980），為此選擇超越對數(shù)生產函數(shù)的三階泰勒展開式作為估計模型：

小于零意味著技術進步使兩要素的投入比增加，呈總體互補關系[8，9]。增加自變量數(shù)目有助于提高回歸方程的擬合優(yōu)度，但估計參數(shù)會成倍增加，增大復雜性；鑒于上述要素投入已是糧食生產總成本的主體，選擇這些指標能夠說明糧食生產實際。

1.3 變量描述與數(shù)據來源

基于數(shù)據的可得性，本文選擇糧食單產水平為被解釋變量，選擇勞動用工量、化肥施用量、農藥施用量、農業(yè)機械動力投入和農用柴油使用量為解釋變量。AL、AF、AP、AD、AM分別為勞動用工量、化肥施用量、農藥施用量、農業(yè)機械和農用柴油施用量的變量符號。

（1）勞動用工量（AL）：糧食生產中每畝勞動用工日作為指標，數(shù)據來源于歷年《全國農產品成本收益資料匯編》。隨著我國城鎮(zhèn)化、工業(yè)化的深入推進，農業(yè)勞動力持續(xù)由第一產業(yè)向二、三產業(yè)轉移，糧食生產中的勞動力供給、尤其是技能型的勞動力供給對糧食生產的貢獻將會越來越突出。

（2）化肥施用量（AF）：每畝糧食生產施用的化肥數(shù)（千克）作為指標，數(shù)據來源于歷年《全國農產品成本收益資料匯編》。我國糧食生產依然處于石油農業(yè)階段，以石油為原材料的肥料對糧食豐產的貢獻具有重要地位。

（3）農藥施用量（AP）：每畝糧食生產施用農藥數(shù)（千克），數(shù)據源于歷年的《中國統(tǒng)計年鑒》和《中國農村統(tǒng)計年鑒》。隨著氣候變暖和病蟲害的持續(xù)增加，農藥在糧食生產中扮演著非常重要的地位。

（4）農業(yè)機械投入量（AD）：每畝糧食生產投入的機械動力（千瓦），數(shù)據源于歷年《全國農產品成本收益資料匯編》及相關省份農業(yè)廳網站。農業(yè)生產中耕、種、收全過程的機械化率在持續(xù)提高，農業(yè)機械設備在糧食生產中的貢獻分析具有重要意義。

（5）農用柴油使用量（AM）：每畝糧食生產中農用柴油投入數(shù)（千克），數(shù)據源于歷年的《中國統(tǒng)計年鑒》和《中國農村統(tǒng)計年鑒》。農用柴油使用量對農業(yè)機械、設備、灌溉等都具有重要作用，是糧食生產中的重要原材料供給。

2 實證結果及分析

2.1 回歸分析結果

根據前文對解釋變量、計量模型的設置，選擇中國大陸除西藏外的30 個省、市、自治區(qū)的糧食生產數(shù)據，運用超越對數(shù)生產函數(shù)模型進行計量分析。基于F檢驗和Hausman檢驗結果，運用個體固定效應模型進行面板回歸分析較為合適，模型設計、變量選擇和估計方法能夠較為恰當?shù)胤从持袊Z食生產現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢（見表1）。

由表1的超越對數(shù)生產函數(shù)模型估計結果顯示，各解釋變量的回歸系數(shù)均顯著，有一半生產要素交互項的回歸系數(shù)顯著，除化肥之外其他要素平方項的回歸系數(shù)均顯著，各解釋變量的估計結果與理論預期相同。基于計量模型的回歸分析結果說明，所選擇的超越對數(shù)生產函數(shù)模型、解釋變量和計量分析過程等，能夠較為準確地反映糧食生產的基本情況。從勞動用工量對糧食生產的貢獻程度看，勞動用工量對糧食產量增產的回歸系數(shù)及平方項系數(shù)均為正值且顯著，說明現(xiàn)階段的勞動用工量對糧食增產的現(xiàn)實作用和邊際貢獻，即未來的作用都呈正向趨勢。這與我國現(xiàn)階段農村勞動力持續(xù)向城市、第二三產業(yè)轉移，投入在糧食生產中的人工勞動日益減少的現(xiàn)實情況相符合。勞動用工量投入的持續(xù)減少使其邊際貢獻呈現(xiàn)上升趨勢。勞動用工量與其他物質要素交互項的回歸系數(shù)均為負值，勞動用工量與化肥、農藥、農用柴油交互項的回歸系數(shù)結果不顯著，說明其存在替代關系、但不明顯；勞動用工量與農業(yè)機械動力投入的交叉項回歸結果顯著為負值，說明農業(yè)機械、自動化設備對人力的替代作用在持續(xù)增強。

從農業(yè)機械設備對糧食產量的回歸結果看，其回歸系數(shù)及平方項回歸系數(shù)均顯著為正值，說明農業(yè)機械設備在糧食生產中發(fā)揮著正向作用且這種作用的邊際貢獻呈遞增狀態(tài)。這與現(xiàn)階段我國農業(yè)機械化程度在糧食生產的耕、種、收各階段持續(xù)提高的現(xiàn)實情況相符合。農業(yè)機械設備投入與化肥、農藥、農用柴油使用量交叉項的回歸系數(shù)均為正值，說明我國糧食生產的機械化程度對糧食增產的貢獻更加顯著。農業(yè)機械設備對勞動力具有一定的替代作用，在糧食生產中的作用持續(xù)增強，與已有文獻[10]的研究結論一致。

隨著在糧食耕、種、收等生產過程機械化程度的提高，糧食生產過程中對農用柴油使用量也隨之增加，本文的實證研究很好地驗證了理論預期與現(xiàn)實情況。農用柴油使用量的一階回歸系數(shù)顯著為正值，說明其對糧食產量的貢獻顯著，而農用柴油使用量平方項的回歸系數(shù)顯著為正值，說明隨著農業(yè)機械化程度的持續(xù)提高，未來一段時間里農用柴油使用量對糧食生產的貢獻依然處于上升態(tài)勢。農用柴油使用量與化肥施用量、農藥施用量交叉項的回歸系數(shù)均為正值，說明農用柴油使用量與化肥、農藥能夠協(xié)同推進糧食增產。但相對而言，農用柴油使用量與化肥施用量的協(xié)同作用程度比其與農藥施用量的協(xié)同作用程度更顯著。

從表1的化肥、農藥對糧食產量的回歸結果看，在糧食生產過程中，化肥、農藥對現(xiàn)階段的糧食增產具有顯著貢獻，化肥依賴型農業(yè)是現(xiàn)階段我國糧食生產的主要特征；在氣候變暖、病蟲害頻發(fā)的情況下，糧食生產對農藥的依賴程度依然較高。從糧食生產的技術變動趨勢看，化肥、農藥對糧食產量的邊際貢獻呈遞減趨勢，表現(xiàn)為化肥施用量、農藥施用量平方項的回歸系數(shù)均為負值，新型肥料開發(fā)與種植技術創(chuàng)新成為糧食豐產技術的變革方向。這也印證了牛亮云、何蒲明、婁方舟、劉英基等關于化肥、農藥對糧食生產貢獻作用的研究結果[2，11，12]。農藥施用量平方項的回歸系數(shù)顯著為負值，由此可見農藥對糧食產量的貢獻從長期看是負向的，這必將影響到糧食生產要素的未來變動趨勢，如何通過糧食種植技術抗病蟲害，減少農藥施用量將成為未來糧食生產技術需要突破的領域。化肥施用量與農藥施用量交叉項的回歸系數(shù)顯著為正值，說明二者在促進糧食增產中是互補協(xié)同關系，而非替代關系。化肥與農藥、農用柴油、農業(yè)機械的交互項回歸系數(shù)均顯著為正，農藥與農用柴油、農業(yè)設備的交互項系數(shù)均顯著為正，說明化肥、農藥與農用柴油使用量、農業(yè)設備在現(xiàn)階段糧食生產中呈正向協(xié)同促進作用。

2.2 生產要素價值份額

根據糧食生產超越對數(shù)生產函數(shù)模型的回歸分析結果，將化肥、農藥、農用柴油、勞動用工和農業(yè)機械設備的回歸系數(shù)和要素數(shù)據分別代入價值份額公式，可計算出各投入要素價值份額或產出彈性。

由表2可見，糧食生產的要素價值份額估計結果與理論預期相符，勞動用工量、農業(yè)機械設備、農用柴油使用量的價值份額呈穩(wěn)定上升趨勢，化肥施用量、農藥施用量的價值份額呈現(xiàn)明顯的波動變動特征。在糧食生產中不同生產要素的價值份額差異較大，勞動用工量、化肥施用量在糧食生產中的價值份額較大。從生產要素在糧食增產中的價值份額看，各要素價值份額均大于零。首先，勞動用工量的價值份額連續(xù)保持最大且呈增長趨勢，從2001年的0.731增長到0.820，說明在農村勞動力持續(xù)流向城市和二三產業(yè)的情況下，勞動用工量逐漸成為糧食生產的緊缺資源，其邊際貢獻持續(xù)上升。隨著精細農業(yè)、設施農業(yè)的發(fā)展，糧食生產對勞動用工量需求將持續(xù)增加，勞動用工的價值份額呈遞增趨勢。其次，化肥施用量和農藥施用量在糧食產量中的價值份額總體上呈波動增長特征，糧食增產對化肥、農藥等要素的依賴程度依然較高；糧食生產的石油農業(yè)階段性特征依然存在。農業(yè)機械設備、農用柴油使用量在糧食生產中的價值份額也呈波動增長態(tài)勢，農業(yè)機械設備對糧食生產的產出貢獻持續(xù)增加，這與農田灌溉、機械化程度提升密切相關。但在粗放型生產模式下，化肥、勞動力的價值份額依然顯著高于農業(yè)機械設備。

2.3 要素替代彈性

基于超越對數(shù)生產函數(shù)模型估計結果和要素替代彈性計算公式，可計算出各糧食生產要素間的替代彈性（見表3），深入分析糧食生產要素間的替代彈性估計結果，可得出如下結論：

（1）糧食生產要素的替代關系與互補關系并存。替代彈性是指在要素價格與技術水平不變條件下，生產要素投入比例的相對變動除以要素間邊際技術替代率的相對變動。當要素替代彈性δij>0時，兩要素在生產過程中存在替代關系；當替代彈性δij<0時，兩要素在生產過程中存在互補關系。由表3可見，2001～2013年的估計結果看，多數(shù)要素替代彈性大于零，說明這些要素之間存在替代關系；也有些要素之間的替代彈性小于零，說明這些要素在糧食生產中能夠相互支持、協(xié)同互補。

（2）勞動用工量與化肥、農藥、農用柴油使用量、農業(yè)機械設備等生產要素之間存在顯著的替代關系。勞動用工量與其他物質生產要素間的替代彈性均大于0.8，除了與農藥施用量的替代彈性在0.8～0.95之間外，與其他要素的替代彈性存在大于1的情況。這充分說明了我國農業(yè)勞動力流出使其邊際貢獻達到了遞增狀態(tài)，與前文研究結論一致。也說明我國糧食生產已由傳統(tǒng)的靠生產要素投入實現(xiàn)糧食增產，開始向依靠精耕細作的集約型生產轉變。提升農業(yè)勞動力技能，增加有知識、技術含量的勞動用工量對糧食生產中的物質要素節(jié)約具有重要意義。

（3）農業(yè)機械設備與農藥施用量、農用柴油使用量的替代彈性為負值，存在顯著的互補關系，與化肥施用量的替代彈性為正值但數(shù)值較小，存在微弱的替代關系。

3 結論與啟示

綜合本文的理論分析與實證研究，可以初步得出以下基本結論：①中國糧食生產的技術進步非常明顯，且呈穩(wěn)定發(fā)展趨勢，對實現(xiàn)我國糧食豐產具有重要貢獻。但中國糧食生產依然處于依靠化肥、農藥、農用柴油等投入的粗放型階段，這些能源要素對當期糧食生產具有促進作用，其中化肥、農藥對糧食生產的長期貢獻呈遞減趨勢；而農用柴油、勞動力、農業(yè)機械設備對糧食生產的長期影響呈遞增作用。②中國糧食生產技術進步是非中性的，存在著有偏技術進步特征?；诔綄?shù)生產函數(shù)的計量結果、價值份額和替代彈性計算可以看出，中國糧食生產技術進步的特征與趨勢表現(xiàn)為：化肥、農藥使用型依然廣泛存在，但化肥、農藥的邊際貢獻呈遞減趨勢；勞動節(jié)約型和機械設備使用型趨勢增強，反映了糧食生產向現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展邁進的步伐加快；糧食生產要素之間的替代與互補關系并存，但要素替代關系顯著。勞動用工與化肥、農藥和農用柴油使用量等物質要素存在明顯的替代關系；農業(yè)機械設備與化肥存在替代關系，與農藥、農用柴油存在一定的互補關系。中國糧食生產技術進步的特征表明，中國糧食生產要素與技術組合處于動態(tài)變化中，基于此得到以下政策啟示：

（1）加大對糧食生產的科技與管理創(chuàng)新支持，通過系統(tǒng)創(chuàng)新提升糧食生產效率，促進糧食生產技術進步、效率提升，最終實現(xiàn)糧食生產全要素生產率增長。將糧食安全建立在基于科技進步、管理創(chuàng)新推動的生產效率增長基礎之上。

（2）推動糧食生產的有偏技術進步，實現(xiàn)糧食生產技術、要素組合的動態(tài)優(yōu)化。面對我國農業(yè)面源污染嚴重、工業(yè)“三廢”排放污染持續(xù)超出環(huán)境承載力的現(xiàn)實情況和提升糧食質量安全的迫切要求，有必要通過技術創(chuàng)新發(fā)展生態(tài)農業(yè)、有機農業(yè)和精細農業(yè)，降低糧食生產中的化肥、農藥施用強度。加大對化肥、農藥的研發(fā)創(chuàng)新支持，著力發(fā)展高效、緩控釋肥技術，積極發(fā)展低毒、無害化病蟲害防治技術。

（3）重視糧食生產中“人”的因素，提升糧食生產者的技能與素質。在保障糧食質量過程中，加強農田基礎設施建設、發(fā)展生態(tài)農業(yè)、精細農業(yè)，以此提升糧食種植效率成為糧食生產的必然要求。其中，糧食生產者的素質和技能是實現(xiàn)上述發(fā)展的關鍵因素。要通過完善政策機制支持有知識、有技能的勞動力投入到糧食生產之中，加大對糧食生產者技能培訓的財政支持力度。

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（責任編輯：張 勇）