碳排放約束下湖北省糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率測(cè)度及其時(shí)空差異研究

趙麗平，李新成，侯德林

（1.中南民族大學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)院∕湖北全面小康建設(shè)研究院，武漢 430074；2.中國(guó)電力工程顧問集團(tuán)中南電力設(shè)計(jì)院有限公司，武漢 430071；3.武漢紡織大學(xué)管理學(xué)院，武漢 430073）

糧食生產(chǎn)綠色化有利于減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面源污染，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)由粗放型向集約型轉(zhuǎn)變，是中國(guó)實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的重要組成部分。2019年“中央一號(hào)文件”提出大力發(fā)展緊缺和綠色優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)，推進(jìn)農(nóng)業(yè)由增產(chǎn)導(dǎo)向轉(zhuǎn)向提質(zhì)導(dǎo)向，深入推進(jìn)優(yōu)質(zhì)糧食工程。2020年“中央一號(hào)文件”提出深入開展農(nóng)藥化肥減量行動(dòng)，加強(qiáng)農(nóng)膜污染治理，推進(jìn)秸稈綜合利用，穩(wěn)定糧食生產(chǎn)，確保糧食安全始終是治國(guó)理政的頭等大事。

近年來(lái)，中國(guó)糧食產(chǎn)量雖然呈增加趨勢(shì)，但糧食生產(chǎn)自然環(huán)境日趨退化，化肥農(nóng)藥過度投入所導(dǎo)致的農(nóng)業(yè)面源污染越來(lái)越嚴(yán)重。同時(shí)，隨著人們食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)的升級(jí)，對(duì)綠色無(wú)污染農(nóng)產(chǎn)品的需要量越來(lái)越大，因此糧食供給側(cè)結(jié)構(gòu)質(zhì)量無(wú)法與需求側(cè)結(jié)構(gòu)升級(jí)動(dòng)態(tài)相適應(yīng)，國(guó)外優(yōu)質(zhì)大米進(jìn)口量逐年增加［1］。在此背景下，糧食生產(chǎn)綠色轉(zhuǎn)型、提質(zhì)增效是糧食產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，對(duì)滿足人民群眾日益增長(zhǎng)的美好生活需求，促進(jìn)糧食產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。

湖北省作為長(zhǎng)江中游重要的糧食主產(chǎn)大省，為保障國(guó)家糧食安全作出了重要貢獻(xiàn)，但目前湖北省糧食生產(chǎn)模式仍然以高投入和高產(chǎn)出為主要特征，糧食產(chǎn)量增長(zhǎng)是以化肥、農(nóng)藥等石化物質(zhì)的大量投入為代價(jià)而實(shí)現(xiàn)的，糧食生產(chǎn)亟需從傳統(tǒng)石化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式向綠色農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)型，因此研究湖北省糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率對(duì)治理糧食生產(chǎn)污染，保護(hù)“母親河”，促進(jìn)湖北省進(jìn)而促進(jìn)長(zhǎng)江中游農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展具有重要貢獻(xiàn)。在湖北省糧食生產(chǎn)污染日趨嚴(yán)重的背景下，湖北省糧食生產(chǎn)污染物的變化趨勢(shì)如何，在考慮污染物的約束下，湖北省糧食生產(chǎn)技術(shù)效率有何變化趨勢(shì)，在湖北省不同區(qū)域有何差異，這些問題都值得探索?；诖?，本研究將針對(duì)糧食生產(chǎn)過程中的碳排放污染物，對(duì)碳排放約束下湖北省糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率進(jìn)行研究，以期在湖北省糧食產(chǎn)量增長(zhǎng)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)糧食生態(tài)環(huán)境的改善，促進(jìn)湖北省糧食產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

1 研究背景

傳統(tǒng)生產(chǎn)率研究沒有考慮環(huán)境污染對(duì)生產(chǎn)率的影響，若不考慮環(huán)境污染的影響，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)效率的測(cè)算和評(píng)價(jià)是有偏的，無(wú)法對(duì)中國(guó)相關(guān)經(jīng)濟(jì)體的可持續(xù)發(fā)展水平進(jìn)行準(zhǔn)確度量，因此提出的政策建議也是不準(zhǔn)確，是有偏的［2］。Chung等［3］提出了方向距離函數(shù)（Directional distance function，DDF），同時(shí)兼顧了期望產(chǎn)出的增加和非期望產(chǎn)出的減少，很好地解決了傳統(tǒng)生產(chǎn)率測(cè)算方法的缺陷。Perrin等［4］將殺蟲劑和氮素作為一種非期望產(chǎn)出，對(duì)美國(guó)4個(gè)平原州1960—1996年納入環(huán)境污染后的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率進(jìn)行了測(cè)算，研究發(fā)現(xiàn)納入環(huán)境污染后農(nóng)業(yè)綠色生產(chǎn)率有所降低；Nanere等［5］將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所帶來(lái)的水土流失作為非期望產(chǎn)出對(duì)澳大利亞大農(nóng)場(chǎng)1953—1994年的農(nóng)業(yè)綠色生產(chǎn)率進(jìn)行了測(cè)算，研究發(fā)現(xiàn)在通常情況下，納入環(huán)境污染后的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率有所降低，但在環(huán)境管制較嚴(yán)的地區(qū)反而會(huì)更高。

為了研究中國(guó)農(nóng)業(yè)增長(zhǎng)的環(huán)境代價(jià)，國(guó)內(nèi)一些學(xué)者嘗試將環(huán)境因素納入到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率測(cè)算框架。李谷成等［6］、薛建良等［7］、潘丹等［8］、杜江等［9］、張淑輝［10］、高 楊 等［11］將 農(nóng) 業(yè) 生 產(chǎn) 過 程中 產(chǎn) 生 的 總 氮（TN）、總磷（TP）和化學(xué)需氧量（COD）等污染物作為非期望產(chǎn)出納入農(nóng)業(yè)全要素生產(chǎn)率測(cè)算框架，對(duì)農(nóng)業(yè)綠色全要素生產(chǎn)率（TFP）進(jìn)行了測(cè)算，也有學(xué)者將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的二氧化碳（CO2）排放量作為非期望產(chǎn)出，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的低碳績(jī)效進(jìn)行了測(cè)算［12-14］，普遍認(rèn)為考慮非期望產(chǎn)出的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率比傳統(tǒng)方法測(cè)算的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率低。

在糧食生產(chǎn)領(lǐng)域，類似的研究則相對(duì)較少。趙麗平等［15］以1994—2012年中國(guó)29個(gè)省份為研究對(duì)象，以總氮和總磷作為非期望產(chǎn)出，利用方向距離函數(shù)對(duì)糧食生產(chǎn)環(huán)境技術(shù)效率進(jìn)行了測(cè)度，結(jié)果表明，1994—2012年城鎮(zhèn)化加速期中國(guó)糧食生產(chǎn)環(huán)境技術(shù)效率呈下降趨勢(shì)，環(huán)境技術(shù)效率大小排序?yàn)橹鳟a(chǎn)區(qū)＞主銷區(qū)＞平衡區(qū)；張利國(guó)等［16］也以總氮和總磷作為非期望產(chǎn)出，采用方向距離函數(shù)對(duì)鄱陽(yáng)湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)糧食生產(chǎn)環(huán)境技術(shù)效率進(jìn)行了測(cè)度，并對(duì)糧食生產(chǎn)傳統(tǒng)技術(shù)效率和環(huán)境技術(shù)效率進(jìn)行了比較，研究發(fā)現(xiàn)，不考慮環(huán)境污染因素，考察區(qū)糧食生產(chǎn)傳統(tǒng)技術(shù)效率呈“W”型趨勢(shì)，若考慮污染因素，糧食生產(chǎn)環(huán)境技術(shù)效率呈“U”型趨勢(shì)；田旭等［17］基于2004—2012年全國(guó)農(nóng)村固定觀察點(diǎn)數(shù)據(jù)，將氮、磷和碳作為非期望產(chǎn)出，研究表明全國(guó)農(nóng)戶糧食生產(chǎn)環(huán)境效率呈下降趨勢(shì)。

綜上所述，既有學(xué)者已經(jīng)針對(duì)農(nóng)業(yè)綠色生產(chǎn)率進(jìn)行了較為全面的研究，也有學(xué)者對(duì)糧食綠色生產(chǎn)率進(jìn)行了研究，為本研究奠定了較好的基礎(chǔ)，但也存在一些空缺和不足。①研究層面上，既有學(xué)者大多從全國(guó)層面對(duì)農(nóng)業(yè)和糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率進(jìn)行了研究，鮮有學(xué)者從省級(jí)層面進(jìn)行研究；②研究指標(biāo)上，既有關(guān)于糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率的研究大多以氮、磷等面源污染物作為非期望產(chǎn)出，鮮有研究?jī)H以碳排放為非期望產(chǎn)出對(duì)糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率進(jìn)行測(cè)算；③研究?jī)?nèi)容上，關(guān)于農(nóng)業(yè)綠色生產(chǎn)率的研究較多，但關(guān)于糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率的則較少，而且鮮有研究對(duì)糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率的投入冗余率進(jìn)行測(cè)算，分析糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率損失的原因?；诖?，本研究以糧食生產(chǎn)過程的碳排放作為非期望產(chǎn)出，將其納入糧食生產(chǎn)技術(shù)效率測(cè)算框架，對(duì)湖北省17個(gè)市（州）糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率進(jìn)行測(cè)算和分析，并基于湖北省鄂東、鄂中和鄂西三大區(qū)域的劃分，對(duì)糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率的空間差異進(jìn)行分析。

2 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1 研究方法

本研究采用方向距離函數(shù)（Directional distance function，DDF）對(duì)糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率進(jìn)行測(cè)算，綠色生產(chǎn)技術(shù)效率又稱環(huán)境生產(chǎn)技術(shù)效率，是衡量可持續(xù)發(fā)展能力的一個(gè)重要指標(biāo)，其旨在提高產(chǎn)出的同時(shí)，又能減少對(duì)環(huán)境的污染［18］。糧食生產(chǎn)過程中由于化肥、柴油等農(nóng)業(yè)化學(xué)品的不合理使用，給糧食生產(chǎn)環(huán)境帶來(lái)一定的污染，傳統(tǒng)的糧食生產(chǎn)技術(shù)效率測(cè)算忽略了這一問題，所測(cè)算出來(lái)的技術(shù)效率具有一定的偏差，綠色生產(chǎn)技術(shù)效率將生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染物納入生產(chǎn)技術(shù)效率測(cè)算框架，可以很好地解決這一問題。本研究用X=(x1,x2,…,xN)∈RN+表示投入要素，用和Y=(y1,y2,…,yM)∈RM+分別表示非期望產(chǎn)出和期望產(chǎn)出，N種投入要素x所產(chǎn)生的糧食生產(chǎn)可能性組合如下：

傳統(tǒng)的糧食生產(chǎn)技術(shù)效率測(cè)算沒有考慮非期望產(chǎn)出，為了準(zhǔn)確測(cè)算糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率，本研究引入方向距離函數(shù)，λ值大小表示在投入要素不變的前提下非期望產(chǎn)出最大減少或期望產(chǎn)出最大增加的可能性，g=(gy,-gc)表示產(chǎn)出的方向向量，基于產(chǎn)出的方向距離函數(shù)為：

式（2）表示沿著既定產(chǎn)出方向g=(gy,-gc)，可能性集合所能帶來(lái)的期望產(chǎn)出和非期望產(chǎn)出同比例增加和減少的最大倍數(shù)λ。關(guān)于效率值測(cè)算的線性規(guī)劃方程如下：

式中，k和t分別表示決策單元個(gè)數(shù)和活動(dòng)時(shí)期。當(dāng)效率值為最大值1時(shí)，方向距離為0，效率值位于前沿面上；當(dāng)效率值為0時(shí)，則表明糧食綠色生產(chǎn)沒有效率。

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究以湖北省17個(gè)市（州）為研究樣本。湖北省是地處長(zhǎng)江中游的農(nóng)業(yè)大省，在長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶中具有承上啟下的重要作用，素有“千湖之省、魚米之鄉(xiāng)”的美稱，農(nóng)業(yè)自然資源優(yōu)越，是中國(guó)13個(gè)重要糧食主產(chǎn)區(qū)之一，為維護(hù)全國(guó)糧食安全發(fā)揮了重要作用，因此本研究以湖北省這一典型區(qū)域?yàn)檠芯繕颖揪哂兄匾饬x。根據(jù)研究需要將湖北省劃為鄂東、鄂中和鄂西3個(gè)區(qū)域，鄂東地區(qū)以丘陵為主，包括黃石、黃岡、鄂州、咸寧4個(gè)市，鄂中地區(qū)以平原為主，包括武漢、荊門、荊州、潛江、天門、孝感和仙桃7個(gè)市，鄂西地區(qū)以山區(qū)為主，包括恩施州、十堰、襄陽(yáng)、宜昌、隨州5個(gè)市（州）和神農(nóng)架林區(qū)。本研究測(cè)算1998—2017年湖北省17個(gè)市（州）糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率所需的糧食生產(chǎn)投入產(chǎn)出指標(biāo)來(lái)源于《湖北省統(tǒng)計(jì)年鑒》（1999—2018年）和《湖北省農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》（1999—2018年）。

2.3 指標(biāo)選取

1）產(chǎn)出指標(biāo)。包括合意產(chǎn)出和非合意產(chǎn)出。合意產(chǎn)出用湖北省各年份各市（州）的糧食總產(chǎn)量來(lái)表示，非合意產(chǎn)出用糧食生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的大氣污染排放物碳排放量（CO2）來(lái)表示。糧食生產(chǎn)過程的碳排放量測(cè)算公式如下：

式中，E為碳排放總量，i為碳源種類，T為各碳排放源的數(shù)量，δ為各碳排放源排放系數(shù)。本研究的碳排放源主要考慮糧食生產(chǎn)過程中使用化肥、農(nóng)藥、柴油以及糧食生產(chǎn)灌溉消耗電能所產(chǎn)生的碳排放。各碳源排放系數(shù)如表1所示。

表1 主要農(nóng)用物資碳排放系數(shù)

2）投入指標(biāo)。投入指標(biāo)由湖北省各年份各市（州）土地投入、勞動(dòng)力投入、機(jī)械投入、水資源投入、化肥投入和農(nóng)藥投入等指標(biāo)構(gòu)成，土地投入用糧食播種面積表示，勞動(dòng)力投入用第一產(chǎn)業(yè)從業(yè)人員表示，機(jī)械投入用農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力表示，水資源投入用農(nóng)業(yè)有效灌溉面積表示，化肥投入用農(nóng)業(yè)化肥折純量表示，農(nóng)藥投入用農(nóng)藥使用量表示。為了確保糧食投入指標(biāo)與產(chǎn)出指標(biāo)口徑的一致性，借鑒馬文杰［20］的做法，使用相關(guān)系數(shù)從農(nóng)業(yè)廣義投入中將糧食生產(chǎn)要素投入剝離出來(lái)，系數(shù)A=（農(nóng)業(yè)產(chǎn)值∕農(nóng)林牧漁總產(chǎn)值）×（糧食播種面積∕農(nóng)作物播種總面積），系數(shù)B=糧食播種面積∕農(nóng)作物播種總面積。糧食生產(chǎn)機(jī)械、水資源、化肥和農(nóng)藥投入用相應(yīng)農(nóng)業(yè)投入乘以系數(shù)B，糧食生產(chǎn)勞動(dòng)用農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力投入乘以系數(shù)A，糧食生產(chǎn)土地投入用糧食播種面積表示。湖北省糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率投入產(chǎn)出指標(biāo)具體如表2所示。

表2 湖北省糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率投入產(chǎn)出指標(biāo)

3 實(shí)證結(jié)果與分析

3.1 湖北省糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率的時(shí)間差異分析

1）湖北省糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率的時(shí)間差異分析。本研究采用Maxdea 7.3專業(yè)版軟件對(duì)湖北省1998—2017年糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率進(jìn)行測(cè)算，結(jié)果如圖1所示?？傮w來(lái)說(shuō)，湖北省在研究期間糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率較高，一直維持在0.8以上，除2004—2008年和2014—2016年這2個(gè)時(shí)間段生產(chǎn)技術(shù)效率較低外，其他年份湖北省糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率已達(dá)1.0，這說(shuō)明2004—2008年和2014—2016年這2個(gè)時(shí)間段的非合意產(chǎn)出較高，糧食生產(chǎn)生態(tài)環(huán)境較差，2016年后農(nóng)業(yè)農(nóng)村部大力推行農(nóng)藥化肥零增長(zhǎng)行動(dòng)，湖北省積極響應(yīng)號(hào)召，減少農(nóng)藥化肥施用量，從而非合意產(chǎn)出降低，促進(jìn)了糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率的提升，這也反映出湖北省的糧食生態(tài)環(huán)境質(zhì)量在逐步提升。

圖1 1998—2017年湖北省糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率

2）湖北省糧食生產(chǎn)碳排放的時(shí)間差異分析。在對(duì)湖北省糧食生產(chǎn)綠色技術(shù)效率時(shí)間趨勢(shì)總體分析的基礎(chǔ)上，對(duì)非合意產(chǎn)出即糧食生產(chǎn)碳排放量的時(shí)間趨勢(shì)進(jìn)行分析。如圖2所示，1998—2017年湖北省糧食生產(chǎn)碳排放總量呈先下降后上升趨勢(shì)，由1998年的230.48萬(wàn)t增加至2017年的278.09萬(wàn)t，20年間增加了20.66%，年均增速1.03%。從各碳排放源的增速角度來(lái)看，柴油消耗所產(chǎn)生的的碳排放量增速最大，柴油使用量從1998年的42.08萬(wàn)t增加至2017年的66.31萬(wàn)t，增加了57.58%，年均增速高達(dá)2.88%，這說(shuō)明糧食生產(chǎn)機(jī)械化水平在逐年提高，柴油消耗量越來(lái)越大；由灌溉面積引起的碳排放量增速僅次于柴油，灌溉面積由1998年的216.191萬(wàn)hm2增加到2017年的291.970萬(wàn)hm2，增加了35.05%，年增速為1.75%。

圖2 1998—2017年湖北省糧食生產(chǎn)碳排放量

從各碳排放源的數(shù)量來(lái)看，碳排放量大小為化肥＞灌溉＞農(nóng)藥＞柴油，其中化肥所產(chǎn)生的碳排放要遠(yuǎn)高于灌溉、農(nóng)藥和柴油所產(chǎn)生的碳排放，灌溉、農(nóng)藥和柴油所產(chǎn)生的碳排放量比較接近，這說(shuō)明糧食生產(chǎn)所產(chǎn)生的碳排放主要來(lái)自化肥使用，要減少糧食生產(chǎn)所產(chǎn)生的碳排放量首先要從減少化肥施用量入手。

3）湖北省糧食生產(chǎn)投入冗余率的時(shí)間差異分析。為了進(jìn)一步分析湖北省糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率損失的原因，本研究將1998—2017年湖北省糧食生產(chǎn)過程中的各投入要素松弛量除以對(duì)應(yīng)的投入指標(biāo)得到投入冗余率，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，研究期內(nèi)投入冗余率呈波動(dòng)式變化趨勢(shì)，產(chǎn)生投入冗余的時(shí)間主要集中在2004—2009年和2013—2017年，這說(shuō)明2004年取消農(nóng)業(yè)稅實(shí)施糧食補(bǔ)貼政策對(duì)提高湖北省農(nóng)民種糧積極性產(chǎn)生了一定的作用，但生產(chǎn)資料補(bǔ)貼的實(shí)施也導(dǎo)致了糧食生產(chǎn)資料的過度投入，產(chǎn)生了一定的糧食生產(chǎn)資料浪費(fèi)。分時(shí)間段來(lái)看，2004—2009年產(chǎn)生的糧食生產(chǎn)資料投入冗余遠(yuǎn)高于2013—2017年所產(chǎn)生的糧食生產(chǎn)資料投入冗余，這說(shuō)明雖然現(xiàn)階段還存在一定的糧食生產(chǎn)資料投入過剩，但和以前相比生產(chǎn)資料投入過剩情況大為好轉(zhuǎn)，總體來(lái)說(shuō)糧食生產(chǎn)資料投入冗余量在下降。

圖3 1998—2017年湖北省糧食生產(chǎn)投入冗余率

1998—2017年糧食生產(chǎn)各投入要素除糧食播種面積沒有冗余外，其他各投入要素都存在冗余，各投入要素的冗余率平均值大小為農(nóng)藥投入（0.259）＞化肥投入（0.177）＞柴油投入（0.080）＞勞動(dòng)力投入（0.077）＞機(jī)械投入（0.075）＞水資源投入（0.047），可以看出農(nóng)藥和化肥投入過度是造成湖北省糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率損失的主要原因，柴油投入過度是效率損失的第三大原因，柴油在燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生大量的氮氧化物、碳氧化物，會(huì)增加空氣中的碳排放量，此外種糧勞動(dòng)力和機(jī)械投入也存在一定的過剩，水資源投入的冗余率最小。

3.2 湖北省糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率的空間差異分析

在對(duì)1998—2017年湖北省糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率、糧食生產(chǎn)碳排放及糧食生產(chǎn)投入冗余率時(shí)間差異分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)2016年湖北省整體及鄂東、鄂中和鄂西各區(qū)域糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率的空間差異進(jìn)行分析。

1）湖北省整體糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率分析。湖北省2016年整體糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率都較高，大部分地區(qū)的效率值都在0.8以上，只有黃石、隨州、天門和宜昌4個(gè)市的效率值相對(duì)較低，都在0.6以下（圖4），可能的原因是這4個(gè)市農(nóng)業(yè)資源條件較差，不利于糧食綠色生產(chǎn)。這說(shuō)明總體而言湖北省糧食綠色生產(chǎn)情況良好，湖北省在保障糧食安全的同時(shí)，對(duì)糧食生態(tài)環(huán)境也給予了一定的保護(hù)。

圖4 2016年湖北省17個(gè)市（州）糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率

2）湖北省鄂東地區(qū)糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率的空間差異分析。鄂東地區(qū)地形以丘陵為主，包括黃石、黃岡、鄂州、咸寧4個(gè)市，該地區(qū)近年來(lái)充分利用自然地理優(yōu)勢(shì)發(fā)展經(jīng)濟(jì)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件有所好轉(zhuǎn)。從圖5a中可以看出，該地區(qū)除黃石市糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率在0.8以下，黃岡、鄂州和咸寧3個(gè)市的糧食生產(chǎn)技術(shù)效率都在0.8以上?？赡艿脑蚴屈S石市境內(nèi)大小山眾多，不利于糧食大規(guī)模種植，且其主要發(fā)展采礦等重工業(yè)，嚴(yán)重污染了環(huán)境，導(dǎo)致糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率低于鄂東其余3市。而咸寧市和黃岡市分別位于長(zhǎng)江中游的南北兩岸，水資源豐富，氣候溫和，日照充足，非常適合糧食作物的種植；鄂州市大部分地區(qū)土壤肥沃，氣候適宜，也非常有利于糧食作物的生長(zhǎng)，而且其政府大力提倡綠色農(nóng)業(yè)，因此糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率較高。

3）湖北省鄂中地區(qū)糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率的空間差異分析。鄂中地區(qū)以平原為主，地勢(shì)平坦，土壤肥沃，適宜糧食作物種植，是湖北的經(jīng)濟(jì)、文化中心區(qū)域，經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)良好，是湖北最主要的產(chǎn)糧區(qū)，包括武漢、荊門、荊州、潛江、天門、孝感和仙桃7個(gè)市，政府重視該區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)，鼓勵(lì)發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)，因此其糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率較高。從圖5b可以看出，該區(qū)域2016年糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率除天門市外，其余市均在0.8以上，可能原因是天門市多山，氣候干旱，水資源缺乏，自然條件不適合糧食種植，導(dǎo)致其糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率較低。

4）湖北省鄂西地區(qū)糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率的空間差異分析。鄂西山區(qū)地形多樣，有利于多種作物生長(zhǎng)，水資源貯藏量豐富，但區(qū)域內(nèi)耕地質(zhì)量低，生態(tài)系統(tǒng)脆弱，自然災(zāi)害頻發(fā)，一定程度上制約了其經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，包括恩施州、十堰、襄陽(yáng)、宜昌、隨州5個(gè)市（州）和神農(nóng)架林區(qū)。從圖5c中可以發(fā)現(xiàn)，宜昌和隨州2個(gè)市的糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率較低，十堰市、襄陽(yáng)市、恩施州和神農(nóng)架林區(qū)4個(gè)市（州）均在0.8以上。可能的原因是宜昌市和隨州市地理環(huán)境復(fù)雜多樣，地勢(shì)高低相差懸殊，且其境內(nèi)以山地為主，不適宜糧食種植。十堰市和襄陽(yáng)市近年來(lái)大力發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)，極大地促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)發(fā)展和糧食綠色生產(chǎn)水平的提升。神農(nóng)架林區(qū)林地占85%以上，生態(tài)環(huán)境良好，因此糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率較高。

圖5 2016年湖北省鄂西、鄂中、鄂東地區(qū)糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率

3.3 湖北省糧食生產(chǎn)碳排放空間差異分析

湖北省2016年17個(gè)市（州）糧食生產(chǎn)過程中各種農(nóng)用物資使用所產(chǎn)生的碳排放量如圖6所示，各市（州）碳排放量差異明顯，其原因可能是受資源稟賦、耕地總量、耕地結(jié)構(gòu)等因素影響。其中，襄陽(yáng)市糧食生產(chǎn)過程中的碳排放量最多，高達(dá)55.6萬(wàn)t，其次是荊州、宜昌、荊門、黃岡、隨州等市，這些市主要位于江漢平原、長(zhǎng)江和漢江流域，土壤肥沃，水利條件優(yōu)越，是湖北省主要的糧食生產(chǎn)區(qū)域，糧食播種面積較大，糧食生產(chǎn)資料投入也較多，因而所產(chǎn)生的碳排放量也相對(duì)較大。

圖6 2016年湖北省17個(gè)市（州）糧食生產(chǎn)碳排放量

武漢、黃石、十堰、鄂州、咸寧、恩施州、仙桃、天門、潛江和神農(nóng)架林區(qū)等地的碳排放量相對(duì)較小，均低于20萬(wàn)t，其中神農(nóng)架林區(qū)產(chǎn)生的碳排放量最少，這些地區(qū)糧食播種面積較少，因此糧食生產(chǎn)資料投入也較少，所導(dǎo)致的糧食生產(chǎn)碳排放量也相對(duì)較少。

3.4 湖北省糧食生產(chǎn)投入冗余率的空間差異分析

將各投入要素松弛量除以對(duì)應(yīng)的投入指標(biāo)得到投入冗余率，計(jì)算結(jié)果如圖7所示，投入要素產(chǎn)生投入冗余的地區(qū)為鄂州市、黃石市、隨州市、天門市、咸寧市和宜昌市，這些市都不是糧食主產(chǎn)市，說(shuō)明從總體來(lái)看湖北省大部分市（州）特別是糧食主產(chǎn)市的糧食生產(chǎn)投入資料利用率較高，只有少部分非糧食主產(chǎn)市產(chǎn)生了糧食生產(chǎn)投入資料過剩，這對(duì)保障湖北省糧食安全非常有利。

圖7 2016年湖北省17個(gè)市（州）糧食生產(chǎn)投入冗余率

鄂州、黃石等6市在化肥和農(nóng)藥投入要素上都產(chǎn)生了投入冗余，說(shuō)明2016年這6個(gè)市都面臨化肥和農(nóng)藥投入過量的問題，需要減少化肥和農(nóng)藥投入，嚴(yán)格貫徹執(zhí)行農(nóng)業(yè)農(nóng)村部提出的化肥農(nóng)藥零增長(zhǎng)行動(dòng)。關(guān)于化肥投入冗余率，這6個(gè)市按照大小排序?yàn)槎踔荩疽瞬倦S州＞天門＞黃石＞咸寧；關(guān)于農(nóng)藥投入冗余率，這6個(gè)市按照大小排序?yàn)辄S石＞天門＞宜昌＞咸寧＞隨州＞鄂州；關(guān)于柴油投入冗余率，有5個(gè)市產(chǎn)生了投入冗余，這5個(gè)市的排序?yàn)橐瞬?隨州＞黃石＞天門＞咸寧；關(guān)于機(jī)械投入冗余率，有6個(gè)市產(chǎn)生了投入冗余，這6個(gè)市的排序?yàn)橐瞬咎扉T＞咸寧＞黃石＞隨州＞鄂州，由于使用農(nóng)業(yè)機(jī)械要消耗大量的柴油，因此產(chǎn)生機(jī)械投入冗余的市也產(chǎn)生了柴油投入冗余。

投入要素冗余率按大小排序?yàn)檗r(nóng)藥＞化肥＞柴油＞機(jī)械＞勞動(dòng)力，其中，農(nóng)藥、化肥和柴油投入冗余率較高，勞動(dòng)力和機(jī)械投入產(chǎn)生的投入冗余相對(duì)較少。關(guān)于農(nóng)業(yè)水資源投入，只有鄂州市和天門市存在投入冗余，其他市不存在投入冗余。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

本研究將糧食生產(chǎn)碳排放作為非合意產(chǎn)出，運(yùn)用方向距離函數(shù)對(duì)1998—2017年湖北省17個(gè)市（州）糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率進(jìn)行了測(cè)算，在此基礎(chǔ)上從時(shí)間和空間2個(gè)角度，對(duì)湖北省糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率、糧食生產(chǎn)碳排放和糧食生產(chǎn)投入冗余率進(jìn)行了分析和比較，具體研究結(jié)論如下。

1）從時(shí)間上看，1998—2017年湖北省糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率較高，維持在0.8以上；湖北省糧食生產(chǎn)碳排放總量在研究期內(nèi)總體呈先下降后上升趨勢(shì)，且各種投入要素碳排放量之間的關(guān)系為化肥＞灌溉＞農(nóng)藥＞柴油；研究期內(nèi)投入冗余率呈波動(dòng)式變化趨勢(shì)，主要集中在2004—2009年和2013—2017年。

2）從空間上看，2016年湖北省大部分市（州）的糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率都在0.8以上，只有黃石、隨州、天門和宜昌4個(gè)城市的效率值相對(duì)較低；各市（州）糧食生產(chǎn)碳排放量差異明顯，襄陽(yáng)市糧食生產(chǎn)所產(chǎn)生的碳排放量最多，神農(nóng)架林區(qū)的碳排放量最少；總體來(lái)看，湖北省大部分市（州）的糧食生產(chǎn)投入要素利用率較高，只有6個(gè)市糧食生產(chǎn)投入要素存在過剩現(xiàn)象，投入要素產(chǎn)生冗余的地區(qū)為鄂州市、黃石市、隨州市、天門市、咸寧市和宜昌市，其他市（州）的投入要素沒有產(chǎn)生冗余。

4.2 建議

隨著城鎮(zhèn)化的逐步推進(jìn)，農(nóng)村勞動(dòng)力逐漸轉(zhuǎn)移，生態(tài)環(huán)境不斷惡化，提高糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率對(duì)湖北省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)乃至整個(gè)國(guó)家的糧食安全都極其重要?；诖?，本研究提出以下幾點(diǎn)政策建議。

1）建立糧食生產(chǎn)獎(jiǎng)懲和補(bǔ)償機(jī)制，鼓勵(lì)相關(guān)部門研究和推廣糧食生產(chǎn)低碳技術(shù)。制定合理的碳排放標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于超過碳排放標(biāo)準(zhǔn)的地區(qū)和用戶進(jìn)行罰款，對(duì)于糧食生產(chǎn)過程中碳排放量低和糧食綠色生產(chǎn)效率高的地區(qū)和用戶給予一定的補(bǔ)償和獎(jiǎng)勵(lì)，以鼓勵(lì)糧食綠色生產(chǎn)?？刂萍Z食生產(chǎn)過程中碳排放量高的投入要素的使用量，降低糧食生產(chǎn)投入冗余率，尋找高排放投入要素的低碳替代品。

2）加強(qiáng)糧食種植者的綠色生產(chǎn)知識(shí)培訓(xùn)，提高糧農(nóng)的綠色生產(chǎn)意識(shí)和技能。農(nóng)民作為糧食生產(chǎn)中最關(guān)鍵的要素，也是最有彈性的要素，他們的勞動(dòng)生產(chǎn)率高低與糧食綠色生產(chǎn)技術(shù)效率具有高度的相關(guān)性。利用互聯(lián)網(wǎng)工具向農(nóng)民傳輸綠色生產(chǎn)知識(shí)和技能，同時(shí)政府也應(yīng)該派遣技術(shù)人員實(shí)地傳授和講解糧食綠色生產(chǎn)知識(shí)。

3）加強(qiáng)綠色糧食產(chǎn)品的產(chǎn)銷對(duì)接，有效保障綠色糧食產(chǎn)品的銷路和質(zhì)量提高，通過市場(chǎng)需求帶動(dòng)糧食綠色生產(chǎn)。依托農(nóng)民專業(yè)合作社、種糧大戶和農(nóng)業(yè)龍頭企業(yè)，加強(qiáng)農(nóng)戶與超市、批發(fā)市場(chǎng)、加工企業(yè)等市場(chǎng)主體的信息交流和合作，尋求有效的銷售渠道并提高農(nóng)民的議價(jià)能力，還可以通過信息化手段發(fā)布綠色糧食供應(yīng)信息，增強(qiáng)產(chǎn)銷對(duì)接機(jī)會(huì)。