中国粮食生产技术进步偏向与增长路径选择

闵锐，谢雨濛，黄炜虹，吴清华

（1.中南民族大学a.经济学院；b.湖北全面小康研究院，武汉 430074；2.中南林业科技大学商学院，长沙 410004；3.湖北科技学院经济与管理学院，湖北 咸宁 437000）

0 引言

民为邦本，粮为政首。粮食安全始终是国家安全、经济发展、社会稳定的基础保障。中国粮食生产从传统经营走向现代集约的过程中，技术进步成为释放资源禀赋约束压力、粮食提升产量与提质增效的题中之意[1,2]。然而，粮食生产技术进步并非中性，而是存在方向性。要素禀赋结构内生决定了粮食生产的技术进步偏向，生产要素的积累状态和相对结构反映了技术变迁路径和发展方向[3,4]。根据不同粮食品种特征及资源禀赋结构，在创新要素投入过程中粮食生产技术进步偏向的选择，及其是否与农业要素禀赋结构相适宜，直接影响到粮食生产增长绩效与质量[5—9]。另外，粮食安全以口粮安全为基础[10]，稻谷不仅是世界1/3人口的口粮，更是中国传统三大粮食作物之一，国内65%以上人口以稻米为主食。因此，中国粮食生产的资源禀赋结构发生变化，探究与之相匹配的代表性粮食品种生产技术进步偏向及其增长路径的选择，对促进资源要素的优化配置与效率提升、粮食生产高质量增长乃至粮食安全具有重要现实意义。有鉴于此，本文采用超越对数生产函数与中国23个稻谷主产省份的投入产出面板数据，系统考察中国粮食生产的要素产出与替代弹性大小，以进一步探究粮食生产有偏技术进步与增长路径选择的发展事实。

1 研究设计

1.1 粮食生产技术进步偏向判别方法

要素替代弹性是常见的偏向性农业技术变迁判别指数，在当前常见的测算方法中，选用更易估计和更具包容性的超越对数生产函数模型：

其中，Yi,t表示i省份第t年的单位面积产量，Li,t、Mi,t、Fi,t、Oi,t分别表示相对应的稻谷生产过程中的劳动力、农业机械、化肥、其他要素生产所需要素投入，μ为随机干扰项。

要素产出弹性是估计要素替代弹性的前置变量，分别计算劳动力要素、农业机械要素、化肥要素和其他要素的产出弹性ηL、ηM、ηF、ηO：

要素替代弹性反映要素间替代程度，计算稻谷各生产要素间替代弹性：

其中，MPX和MPY分别表示投入要素X和Y的边际产出，σXY表示投入要素X和Y之间的替代弹性值。

1.2 粮食生产增长路径判别方法

选用刻画单要素生产率增长轨迹的二维空间相图增长分析法，以判别粮食生产增长路径类型。Y表示稻谷生产的产出，A和L分别代表土地和劳动投入，Y/A、Y/L分别表示稻谷生产投入的土地生产率、劳动生产率，L/A、A /L分别代表土地劳动集约率、土地-劳动投入比率（以下简称“地劳比率”）。劳动生产率（Y/L）按照学界惯例，可拆分为土地生产率（Y/A）和地劳比率（A /L）的乘积，如式（7）所示：

图1所示的二维空间坐标图展示了以上变量之间关系，正坐标系横轴和纵轴分别测度的是稻谷单位劳动投入生产率（Y/L）和单位面积土地的生产率（Y /A）；倒坐标系的横轴和纵轴分别表示稻谷单产中所占用的劳动力要素投入（L/Y）和土地要素投入（A /Y）；45°虚线从图中左下到右上将坐标轴对半平分，代表的是地劳比率（A/L）。将观察期内稻谷土地生产率和劳动生产率的一一对应关系在坐标轴上标识并连接成平滑直线，不同斜率（即k值，计算如式（8）所示）的直线表征不同的稻谷增长路径[11]。

图1 稻谷生产增长路径示意图

结合图1中劳动生产率与土地生产率的匹配轨迹与对应直线斜率，将稻谷生产增长路径分为3种：（1）当k>1时（路径1），即土地生产率导向型，主要依靠增加化肥等生物化学技术投入来提高单产水平；（2）当k=1时（路径2），即“中性”技术导向型，同时依靠提升劳动生产率和土地生产率以实现粮食生产率增长；（3）当k<1时（路径3），即劳动生产率导向型，主要依靠采纳农业机械等方式提高劳动生产率以促进粮食生产增长[12]。

1.3 变量选取与数据来源

本文数据主要来源于2005—2021年《全国农产品成本收益资料汇编》《中国统计年鉴》等。根据样本数据的可获得性和统计口径的一致性，将所有稻谷生产省份不同稻谷品种投入产出数据取平均合并后，得到2004—2020年中国23个稻谷生产省份的平衡面板数据。考察区域包含吉林、河北、黑龙江、辽宁、内蒙古、宁夏、山东、安徽、河南、湖南、江西、陕西、湖北、云南、贵州、浙江、江苏、广西、海南、福建、广东、四川及重庆这23个省份。个别年份及省份的缺失数据采用拉格朗日插值法补全。为保证数据的一致性及可比性，各价值变量均使用以2004年为基期的相关价格指数进行平减。

被解释变量选用稻谷单位面积产量作为产出变量，以克服易受价格波动影响的问题。解释变量包括劳动力投入（L）、机械投入（M）、化肥投入（F）以及其他要素投入（O）。其中，劳动生产率采用各省份稻谷产量之和与所投入的劳动力人数比值表示。其中，劳动力人数估算采用孔祥智等（2018）[13]的方法估算，即稻谷生产所使用的劳动力人数为稻谷用工总量与年工作天数的比值。稻谷用工总量为稻谷单位面积平均劳动用工日（日/hm2）与稻谷总播种面积（hm2）的乘积，年工作天数按300天计算。土地生产率用各省份稻谷总产量与总播种面积的比值来表征，地劳比率用稻谷生产的总播种面积除以总劳动力人数计算得出。

2 粮食生产技术进步偏向判别

2.1 超越对数生产函数参数估计

采用Stata 15软件刻画稻谷超越对数生产函数模型，对所有交互项和平方项展开联合显著性检验，结果显示其在1%的水平上显著，表示该函数设定较为科学。Hausman检验结果显示选用固定效应模型（P=0.000），且存在个体效应（P=0.000）和时间效应（P=0.000），因而选用双向固定效应模型。考虑到观察期跨度较长，进而就组间异方差（P=0.000）、组间同期相关（P=0.001）、组内自相关（P=0.001）等可能问题开展检验，结果证实了这些问题的存在，故继续选择可行广义最小二乘法（FGLS）优化模型。调整后模型估计结果见下页表1，以示对比和进行稳健性检验，表1还报告了分别运用混合OLS、固定效应模型、随机效应模型的估算结果。

表1 超越对数生产函数回归结果

由表1中的实证结果可以发现，各投入要素及其交互项的弹性整体显著，且基于OLS估计方法的结果与双向固定效应模型的结果基本一致。鉴于固定效应模型具有避免遗漏变量偏差和外生性问题，解决不随时间变化、不可观察因素导致的内生性问题等优点，以下选取基于FGLS估计方法的固定效应模型结果进行分析。具体而言，在影响稻谷单位面积产量的因素中，劳动力、机械、化肥的弹性系数在1%或10%的水平上显著，其中，劳动力投入对稻谷单位面积产量具有正向促进作用；机械、化肥的投入具有负向抑制作用，但化肥的影响更大。这些结果基本符合当前农业劳动力老龄化导致农业生产过程中劳动投入不足，经营规模偏小制约高水平的农业机械化以及过量施用化肥等特征事实；除机械与化肥的交互项弹性系数外，其他要素的交互项的弹性系数普遍显著。这一结果基本印证农业生产是生产要素优化配置的过程，各要素投入具有替代效应或互补效应。

2.2 生产要素的产出弹性分析

根据要素的产出弹性计算式（式（2）至式（5）），得到2004—2020年中国稻谷生产的各要素产出弹性（如图2所示）。结果显示，稻谷各生产要素之间产出弹性的变化趋势差异较大。第一，劳动力投入的产出弹性较其他要素更大，其均值为0.066，说明劳动力投入依旧是稻谷生产增长贡献最大的生产要素。但近年来劳动力产出弹性值有所下降，稻谷生产的劳动力缺失问题逐渐显现，大多数青壮年劳动力外出打工，粮食生产劳动力数量与质量无法得到稳定保障。第二，农业机械产出弹性均值为0.050。该指标逐年增加，由2004年的0.029增加到2020年的0.061，说明随着农业劳动力成本上升和农村劳动力减少，农业机械投入持续上升，尤其是稻谷收割机以及生产资料的运输等，资本深化特征明显。当前劳动力成本呈刚性持续不可逆，使用农业机械替代部分劳动力是大势所趋。第三，化肥产出弹性均值为0.005，呈先上升后下降的趋势，说明近年来稻谷生产中化肥要素投入增产潜力已达限值。第四，其他要素产出弹性均值为-0.459且持续为负，说明以农药、农膜等物资使用为代表的生物化学技术增产效应在弱化。

图2 2004—2020年中国稻谷生产要素产出弹性

2.3 生产要素之间的替代弹性分析

根据式（6）计算得到2004—2020年稻谷生产要素之间的替代弹性值（见表2）。若替代弹性大于0，则表示要素间为替代关系。第一，投入要素中农业机械显著与劳动力相互替代，其替代弹性呈现先升后降的趋势。尤其是2015年以来替代弹性逐渐下降，主要原因在于随着工业化和城镇化进程加快，农业生产劳动力由大量富余走向数量与质量并存的短缺，农业机械快速替代劳动。在农业生产机械化持续推进过程中，农业生产当前已处于农机更新升级和结构优化的新阶段，农业机械对劳动的替代难度加大。第二，其他要素与劳动力也存在明显的替代关系，并一直处于比较稳定趋势。以农药、农膜等为代表的生产物料投入替代了劳动力要素投入，但不及农业机械对劳动力的替代强度。第三，化肥、农业机械与其他要素投入这几种生产要素之间替代强度较大且显著。说明化肥要素投入在一定程度上弥补了包括土地在内的生产要素流失等不足，而农业机械投入的持续增加可替代包括农药、农膜等其他要素的使用。第四，化肥与劳动力之间要素替代弹性较弱。从阶段性趋势特点来看，2004—2011年两者呈现替代关系。农家肥和绿肥在堆积、运输、施用等复杂处理过程中需要大量劳动力[13]，而持续应用化学肥料等生物技术则有效节约了劳动力投入，并保持了稻谷生产土地生产率的快速提升。此外，化肥对劳动力形成有效替代，也在一定程度上弥补了因优质劳动力外流而造成的稻谷产量损失。然而，2012年后化肥与劳动力呈互补关系，说明生物化学技术红利基本释放殆尽，且因生产主体的过量施用，带来了土壤有机质下降、农业面源污染等粮食生产生态环境问题。这一事实降低了化肥对劳动替代的效力，更不利于粮食生产与粮食安全的可持续发展。

表2 2004—2020年中国稻谷生产要素之间的替代弹性值

3 粮食生产单要素生产率及增长路径选择

3.1 稻谷单要素生产率增长的时序演变分析

根据2004—2020年稻谷生产要素间替代弹性值的变化趋势可见，以农业机械为代表的劳动节约型技术以及以化肥为代表的土地节约型技术，均实现了对劳动的有效替代，说明中国稻谷生产已发生速水-拉坦的诱致性技术变迁。进一步观察土地生产率和劳动生产率匹配轨迹及其斜率值（k值）及其关系（见表3），以综合实证分析与判断中国稻谷生产增长路径。根据其变迁历程可知，中国稻谷生产以机械技术增长路径为主，即以提高劳动生产率促进稻谷生产增长。21世纪以来，中国稻谷的土地生产率与劳动生产率一直持续与快速上升，分别由2004年的6304.02kg/hm2和10235.514kg/人上升到2020年的7033.73 kg/hm2和27998.647kg/人，年均增长率分别为0.07%和0.13%。劳动生产率的增长远高于土地生产率的增长，说明随农业劳动力供给减少与价格提升，以及农业装备制造业和涉农服务业快速发展，粮食生产诱致了劳动节约型技术、土地节约型技术对劳动的共同替代。此外，稻谷生产增长路径的k值均小于1，说明稻谷生产处于通过提升劳动生产率来实现增长的阶段。值得注意的是有个别年份k值为负，主要原因是这一时期稻谷生产的土地生产率与劳动生产率变化方向相反，两者可能存在错配，但这并不影响结果判断。

表3 2004—2020年中国稻谷生产的单要素生产率及增长路径k值变化

3.2 稻谷单要素生产率增长的区域差异分析

各省份资源禀赋存在异质性，因此按粮食生产功能区域划分为粮食主产区、粮食主销区及产销平衡区3组开展分析。将23个稻谷生产省份按照主产区、主销区和产销平衡区分为三类功能区，其中，主产区省份为河北、辽宁、吉林、黑龙江、内蒙古、山东、河南、江苏、江西、湖北、湖南、安徽、四川这13个省份；主销区为浙江、福建、广东、海南4个省份；产销平衡区有贵州、云南、广西、陕西、宁夏、重庆6个省份。

表4为2004—2020年中国稻谷生产功能区的单要素生产率及增长路径k值变化情况。从整体来看，各功能区稻谷生产的土地生产率和劳动生产率均有明显提升，而劳动生产率的增长速度远高于土地生产率，同时伴随地劳比率逐渐降低。主产区的土地生产率和劳动生产率最高。各功能区除主销区2011年k值大于1外，其他功能区的k值在观察期内一直小于1。说明改革开放以来，随着劳动力非农化导致的农业生产劳动力机会成本刚性递增，以稻谷为代表的粮食生产增长一直遵循劳动生产率导向型路径，即以机械技术（M技术）为主导，而非生物化学技术（BC技术）。就不同功能区而言，主产区k值高于主销区、产销平衡区，体现了稻谷生产增长路径的区域差异，进一步说明主产区稻谷生产劳动生产率导向路径更明显。从时空分布不同时期k值来看，该指标数值近年来持续明显递减，更进一步印证了稻谷生产愈加自发偏向于劳动生产率型增长路径。

表4 2004—2020年中国稻谷生产分区域的单要素生产率及增长路径k值变化

4 结论与启示

4.1 结论

本文选取以稻谷为代表的粮食品种作为研究对象，利用2004—2020年中国23个稻谷生产省份的投入产出面板数据，运用超越对数生产函数，结合二维空间相图增长分析法，探析稻谷生产的技术进步偏向类型及其增长路径。

第一，以稻谷为代表的粮食生产已发生诱致性技术变迁，以偏向劳动节约型技术进步为主。分析生产要素产出特征与趋势，结合稻谷各生产要素的替代弹性值，发现劳动力、农业机械和化肥这三大主要生产投入的产出弹性相对稳定，而其他要素的产出弹性在观察期内波动幅度与频率较大。农业机械、化肥及其他要素均实现了对劳动的有效替代，农业机械这类劳动节约型技术对劳动替代的贡献表现，远超以化肥为代表的土地节约型技术对劳动的替代。

第二，中国稻谷生产已实现从劳动投入为主的土地生产率导向路径，转向为增加机械投入的劳动生产率导向路径。随着劳动力成本的不断上升，在粮食生产的要素禀赋结构发生深刻变化的背景下，稻谷生产的土地生产率与劳动生产率均有提升，且劳动生产率增长高于土地生产率增长。

第三，不同功能区稻谷生产技术进步偏向与增长路径的具体选择存在异质性。虽然总体偏向于劳动节约型技术进步，但稻谷主要生产省份因地劳比率及地形地貌与技术结构特性的不同，而对农业机械采纳需求有所差异，故粮食生产过程中单要素生产率增长特点及不同要素的替代关系强弱存在明显差异。

4.2 启示

第一，加快农业机械化进程，结合粮食生产环节特点，研发及推广省力省工的稻谷生产机械技术。在农村劳动力持续转移和劳动力成本不断上涨的背景下，须加快发展以农业机械技术为代表的劳动节约型技术以提质增效。

第二，合理优化农药、化肥、农膜等典型生物化学技术在粮食生产中的应用。使用农药、化肥等生产物资并提升其使用效率、减少污染，推广低毒、无残留的农药、化肥等物资，提倡绿色环保和食品安全。

第三，不同粮食生产功能区应选择适宜的粮食生产技术进步方向，以匹配自身生产要素禀赋优势等条件特点。相关部门在指导粮食生产与管理的新技术应用时，也须根据当地的农业技术与产业要素市场等条件，协调好制度优化与政策引导的关系。