生态条件约束下的粮食可持续问题研究

刘慕华 ,肖国安，钟腾龙

(1. 湖南科技大学 商学院，湖南 湘潭 411100；
2．中央财经大学 国际经济与贸易学院，北京 100000)

保障粮食生产平稳增长是中国农业政策的基本目标之一。2021年中国人均粮食供给量为478kg，超出国际粮食安全人均线78kg，粮食数量已经不是粮食安全的主要矛盾。但在城镇化不断提升和耕地面积整体下降的背景下，为深度挖掘农业资源产能，化学性投入成为粮食增产的重要因素[1]。尽管在“减肥增效”“化肥施用零增长”等农业生态政策引导下，化肥施用量有所下降，但至2021年我国化肥施用量仍有约325kg/hm2，是国际安全上限的1.44倍，导致全国主要农业生产区面源污染严重[2]。同时，在消费升级背景下，居民食物多元消费需求的不断扩张，进一步加大了农业生产对生态环境的压力。

为应对农业生态与可持续发展问题，政府进行了系列积极工作，2015年以来，相关农业可持续发展及化肥行业政策都强调农业生态化转型，倡导科学施肥、提高水肥效率、减少农户成本负担，改变依靠拼资源消耗、农资投入、生态环境的粗放经营方式，确保国家粮食安全和生态安全。已有文献对粮食可持续问题进行了广泛研究。研究涉及粮食生产及供给能力演变规律及影响因素[3]，检验了生态投入、种植比例、种粮效益、农业基础设施等因素对粮食生产及供给能力提升具有显著促进作用[3,4]，化肥、农药使用强度持续增加是破坏农业生态环境的首要因素[1,4]。进一步的研究表明，有效灌溉面积对化肥施用具有显著的正向作用，但是化肥、农药等化学性投入强度的增加，一方面会增加农户生产成本[5]，农户因种粮效益低会减少农业水利、机械等投入；
另一方面由于粮食自给政策的强调，农户为提高粮食产量会增加化肥投入强度，进而导致农业面源污染、降低农业水利设施的效益[6]，形成农业生产全周期不良循环。预测显示，到2025年粮食安全的生态支撑依然严峻[3]，而提升1%的粮食产出仅需0.04%的生态投入[7]。然而，既往研究通常从总量视角，在整体增长的基础上展开研究，忽略了其可持续性下降的现状。

鉴于此，本文将从多个维度出发，剖析需求增长主导的生态条件约束下粮食可持续发展状况，利用固定效应模型对生产环节各指标与粮食可持续关系进行实证检验，以期为改善粮食生产环境、推动粮食可持续发展提出可行的建议。

粮食可持续发展是指，既能满足当代的粮食需求，又不对后代满足粮食需求的能力构成危害的粮食增长方式，实质在于要保持其可持续性，使粮食发展处于可持续的模式，保证粮食可持续生产和供给的能力。由于农业是自然系统和社会系统结合的产物，其生产过程受农业禀赋、贸易、生态、效益、化肥投入等诸多因素的影响。图1呈现了各要素之间的复杂关系，其中农业禀赋是保障粮食生产的根本，但是自然灾害会降低农业禀赋产出效益、减少有效种植面积、降低粮食产量和供给[8,9]；
种粮效益对粮食种植面积具有直接导向作用，提高种粮效益对粮食生产具有促进作用，也就是说种粮效益会影响农户的种粮决策，提高种粮效益，能够激励农户增加种植面积和对农业基础设施的投入，进而粮食总产量和人均粮食供给量得到提高，反之则降低。但基于需求提升的考虑，粗放式和污染性投入的粮食增产，不能提高粮食的有效供给能力[10]。持续增长的农药、化肥投入则会降低农业禀赋和生态治理效率，使其效应为负，提高生态保护力度能够降低自然灾害程度，贸易依赖度则可能通过影响粮食进出口而对种粮效益和粮食生产造成影响[11]。同时，农业禀赋程度高会减少粮食进口，化肥、农药等化学性投入对粮食进口的影响由正向到负向。由此可见，在假设各要素动态变化情况下，粮食可持续性直接受农业禀赋、气候变化、生态保护和治理、生产投入、种粮效益等影响。各解释变量之间也存在一定的影响关系，但是非直接效应的综合影响具有不确定性。

说明：图中“+”为正向影响，“+→-”为由正向变为负向或不稳定影响

(一)农业禀赋和气候变化

农业禀赋是指区域土地、水资源等天然特性以及所处自然环境和社会经济环境的总和，既是直接影响粮食生产的环境或物质资源，也是影响粮食生产、供给和贸易的驱动因素[12]。气候变化是制约粮食可持续发展的主要因素之一，对粮食生产直接表现为破坏其生产基础设施、粮食受灾面积增加，导致粮食可持续能力下降，间接影响粮食供给和粮食进口状况。本文选取种植比例、涉粮用水量对农业禀赋进行量化，气候变化则选择自然灾害相关数据进行量化。

1.种植比例。增加区域粮食种植比例能够提高粮食产量，并且土地的集成更利于农业技术效率的提升，进而提高粮食产量，增加粮食供给数量，与粮食可持续发展有正向关系[7,13]。

H1a增加种粮比例对粮食可持续发展具有促进作用。

2.涉粮用水量。水资源是粮食可持续发展的重要保障，但我国水资源分布与粮食生产区矛盾，使有限的水资源很难得到有效利用。一方面，化肥、农药投入强度持续增长，导致水资源污染和农业环境风险较大[6]；
另一方面，在有限水资源条件下，工业用水的不断扩张压缩了农业用水量，加大了粮食可持续发展的风险[14]。

H1b农业水资源利用现状不利于粮食可持续发展。

3.自然灾害。农业自然灾害直接降低粮食有效种植面积，造成粮食灾损年平均约146.50万t，减少了粮食供给，且灾害对粮食生产具有滞后、对农业基础设施和资源环境破坏具有不可逆的影响特征，是粮食产量异常变化的主要因素[9]。

H1c自然灾害导致粮食可持续发展不稳定。

(二)投入要素

1.水利投入。农业水利设施能够增加农地的灌溉面积，具有提高粮食生产效率和降低灾害风险的功能。中国农业灌溉面积约占总耕地面积的48%，约80%的粮食产量受益于农业水库等水利工程的发展[15]。

H2a提高水利设施投入能够促进粮食可持续发展。

2.化学性投入。研究普遍认为我国农业生产对化肥、农药、农膜依赖度较高。早期为追求粮食产量最大化，增加化学性投入有效提高了粮食单产，但随着环境破坏加剧，高强度的化学性投入已经成为制约粮食产量长期增长的重要因素，同时抑制粮食竞争力与农民种粮效益的提升[7，11]。

H2b化学性投入与粮食可持续发展呈负相关。

3.农业机械化。一些研究认为，农业机械化投入能够提高农业资源利用率，有利于推进生态农业发展[16]。也有研究表明，在不同的资源条件下，农业机械程度在促进粮食可持续发展时的区域显著性具有较大差异[17]。

H2c农业机械化与粮食可持续发展的关系不明确。

(三)种粮效益

1.成本利润率。决定农户是否愿意进行粮食生产的主要因素是种粮收益和生产成本的比率，增加收益能够提升农户的种粮意愿，反之则抑制其种粮的积极性，会减少粮食作物播种面积。同时，种粮效益低会降低农户对生态农业的参与意愿，并且减少对人力资本、水利设备等的投入[6,7]。但为了一定的粮食增产会增加化肥、农药投入强度，加剧农业面源污染效应[18]。

H3a提高农户种粮效益有利于粮食可持续发展。

2.农产品生产价格指数。农产品生产费用变动情况和实际收益直接影响农民种植策略，生产成本上升会在一定程度挫伤农户种粮意愿，也有研究认为农产品生产价格指数能够引导农户调整种植结构、帮助生产者增收，同时能够为政府部门确定粮食补贴政策和补贴力度提供依据，促进粮食可持续发展[10,19]。

H3b农产品生产价格指数对粮食可持续发展的关系不明确。

(四) 竞争力度

贸易依存度。在资源有限的情况下，可以利用国际市场对粮食品种进行调剂，能够补充国内供给短板，缓解区域耕地与水资源压力，但过度依赖进口会降低本国粮食自给率，同时减少粮食可持续能力提升的机会[12，20]。

H4贸易与粮食可持续发展的关系不确定。

(五)生态治理和保护

生态治理和保护力度。较少的生态投入能够获得更多的生态回报[7]，特别是能够通过提高森林覆盖率改善区域能量循环、增加地下水补给量，缓解区域农业用水的压力，促进粮食可持续发展[21]。

H5提高生态治理和保护力度对粮食可持续发展起促进作用。

(一)变量选择与数据来源

1.变量选择与说明。粮食生产与其他经济活动相同，都追求利益的可持续发展。由于粮食产出是由资源、投入等多种要素配置的，同时受气候变化和种粮效益等外部因素的影响，因此本文将粮食可持续发展理解为以上要素综合配置下的粮食可持续产出和供给能力，并选取其增长率作为被解释变量。

粮食的可持续性可通过农业要素的投入、利用生态生产和管理方式实现和提升。基于此，本文通过梳理文献，并以《全国农业可持续发展规划(2015-2030年)》为指导，选取农业禀赋、气候变化、投入要素、种粮效益、贸易以及生态相关表征的指标为解释变量，变量意义见表1。

2.数据来源与处理。面板数据为2003-2021年31个省(区、市，不包括香港、澳门和台湾地区)，涉及粮食生产、供给及其影响因素等的基础数据，来自中华人民共和国统计局数据库。由于统计部门没有对粮食投入指标进行单独统计，文中的涉粮指标均为假设农业投入在不同作物种类中均衡分布的基础上，按照粮食播种面积占农业总面积的比例计算所得，故称为涉粮指标。从表1可见数据的统计特征具有较大差异，这些差异将成为粮食可持续能力变化的重要原因。

(二)模型设定

样本数据的Hausman检验结果显示，构建固定效应(FE)模型优于随机效应(RE)模型，为了控制不同地区无法观测的因素效应，本文使用控制时间和地区的双固定回归模型检验自变量对因变量的效应。设定回归模型如下：

lnY=a0+a1lnNeit+a2lnCliit+a3lnInputit+a4lnTeit+a5lnBfit+a6lnEcoit+eit

式中，i、t分别代表地区和时间(i=1,2,3,…,31;t=2003,…,2021)，Ne、Cli、Input、Te、Bf、Eco的意义见表1。

表1 变量说明

(一)各变量对粮食可持续生产能力的效应分析

1.农业禀赋。由表2的样本回归结果可知，在假设其他变量不变的情况下，区域种植面积比重在5%的统计检验水平上显著为正，表明增加粮食种植比例能够提高粮食产量，增强粮食可持续生产的能力；
涉粮水资源总量在5%水平正向显著，说明水资源对于提升粮食可持续生产具有促进作用，从回归系数来看，就农业禀赋而言种植面积依然是提高粮食可持续生产能力的核心，区域种植比例对粮食可持续生产能力的贡献率大约为水资源的4.4倍，每增加1%的粮食种植比例和水资源用量，粮食可持续生产能力能够分别提升2.014%和0.461%。

表2 粮食生产可持续能力的回归结果与稳健性检验

2.气候变化。涉粮灾害强度的回归系数为负但不显著，可能是由于自然灾害具有随机性和不稳定性，导致其数据具有特殊性，或是近年来农业基础设施功能的提升，有效降低了自然灾害对粮食生产的影响，因此无法在实证周期内的结果中体现出来，但从系数正负方向判断，自然灾害仍然是导致粮食生产不稳定的重要因素，符合假说，与理论分析一致。

3.投入要素。涉粮有效灌溉面积在1%水平上显著；
化肥和农药的投入强度都在1%的水平上负向显著，说明化肥和农药当前的投入模式对于粮食可持续生产能力提升具有明显的制约作用；
涉粮机械总动力系数为负，可能由于技术特点，对粮食可持续生产能力的正向作用无法直接表现出来，需要滞后一定的周期来看，或者由于以家庭为单位的经营结构，其农田结构零散、农业机械化程度较低，这部分耕地生产数据削弱了整体机械化的效应，因此无法在当期的实证结果中体现出来。单从系数的正负来看，涉粮有效灌溉面积、涉粮薄膜使用量对粮食可持续生产具有正向作用，化肥、农药投入强度对其为制约作用，与理论分析一致。

4.种粮效益。成本利润率对粮食可持续生产在5%的水平下有显著负向影响，影响系数为-2.94，而衡量生产费用变动的农产品生产价格指数在1%的水平上正向显著，影响系数为8.457，说明农户受种粮效益和生产成本影响较大，当其他要素不变时获得更多的种粮效益能够促进粮食可持续发展，但目前农户种粮效益低、粮食生产成本高的情况不利于粮食可持续发展。从统计数据来看，2003-2020年间以小麦、稻谷、玉米为主的三种粮食每亩生产成本由199.78元增长到553.13元，增长了176.87%，而净利润由34.21元增长到41.14元，仅增长了20.26%；
从序列观察发现， 2000-2020年间，生产成本持续稳定增长，而种粮利润则增幅很小，且不稳定，两者整体呈现明显的负相关性。2016-2019年三种粮食每亩利润均为负值，同期粮食可持续能力也为负值(见图2)，进一步说明种粮效益对于粮食可持续发展的重要性。

图2 粮食可持续能力与种粮效益变化趋势

5.贸易要素。TC指数的影响系数为负，说明贸易依存度的增加不利于粮食可持续发展，符合我国将饭碗牢牢端在自己手上，饭碗装中国粮的粮食安全战略发展要求。一方面，贸易依存度增加，则粮食进口量增加，将挤占国内粮食市场，进而影响国内粮食价格；
另一方面，在其他要素价格不变的条件下，受粮价和生产成本的综合影响，打击农户的种粮积极性。

6.生态要素。生态保护和生态治理相关的水土流失治理面积系数不显著，森林覆盖率和除涝面积在1%的显著水平下正向影响粮食可持续生产。从系数正负判断，生态治理和保护都对粮食可持续发展具有正向影响，尤其是森林覆盖率对于粮食可持续发展具有重要意义，既有文献研究表明，其能够提高水资源效率、缓解农业用水的压力，进一步促进粮食可持续发展[21,22]，与理论分析相符。

从样本整体回归系数来看，一方面，生产成本对粮食可持续发展影响较大，其次是种粮效益和种植面积，而农户种植意愿受生产成本和效益的直接影响，当成本高企时农户会减少粮食种植面积，说明降低农业生产成本、提高种粮效益已成为影响粮食可持续发展的重要因素；
另一方面，我国区域农业产出与禀赋未形成最佳匹配，粮食主要生产区中吉林、黑龙江、河南、湖南、湖北、江西、山东、内蒙古、宁夏、青海等东北、中部和部分西部水资源和气候资源较差地区对于粮食总量提升的贡献较大，并且从2006年开始各个指标的效应出现短期迅速增长态势，2010年出现拐点，2016年再次增长，2019年再次出现拐点。生态发展可提高水资源效应，但从回归系数来看，生态治理力度有待进一步提高，气候变化和资源矛盾以及生态环境之间的导向关系有待进一步研究，而提高森林覆盖率和涝灾救治面积对于粮食可持续生产作用显著。

(二) 各变量对粮食可持续供给能力的效应分析

表3列示了农业禀赋、自然灾害、投入要素、生态治理、种粮效益等相关要素与粮食可持续供给的回归结果。从检验的显著性来看，区域种植面积比重对粮食可持续供给在1%的检验水平上正向显著，基于粮食生产对供给的直接导向关系，提高种植面积能够有效增加粮食产量，进而提高供给能力，与假说相符。化肥施用量在10%的检验水平上对粮食可持续供给能力呈负向影响，成本利润率在5%的水平上负向显著，农产品生产价格指数在5%的显著水平上正向影响粮食可持续供给能力，贸易要素指标在10%的显著水平下制约粮食可持续供给能的提升，侧面说明了贸易竞争力降低会扩大粮食进口规模、降低国内粮食自给水平进而影响粮食供给的可持续性[20]。除涝面积在10%的显著水平下，对粮食可持续供给为正向作用。而森林覆盖率在1%显著水平下呈负向作用，可能是由于2006年以来，农业生产与资源禀赋矛盾加剧了农业生态问题、削弱了森林的生态承载力和调节作用[22]，或是由于其数据变化特点，对粮食可持续发展的作用无法直接表现出来，需要滞后或从更多的观测值进行研究。其他要素回归结果不显著。

表3 粮食可持续供给能力的回归结果与稳健性检验

从系数贡献度来看，种植面积比重和种粮效益指标对粮食可持续供给的影响较大。森林覆盖率对于提高粮食可持续供给具有促进作用，提高生态治理力度和发展水平，能够提高农药使用效率和农民种粮效益，而增加粮食种粮效益对于提高有效灌溉面积、减少化肥投入具有显著的正向作用[6,10]。灾害强度和机械总动力对粮食可持续供给的作用不稳定，而化肥和农药的投入，增加了粮食数量的供给，但与高质量消费需求相矛盾，会导致消费者对低质产品的需求偏好向同类进口产品转移，造成进口粮食产品对国内产品的结构性替代，降低中国粮食贸易竞争能力和减少农民收入提升的机会[12,20]，不具长期可持续性。充足的种植面积和水资源是保障粮食供给能力提升的基础，但严峻的生态状况，削弱了土地的粮食产出效应。

(三)稳健性检验

为检验回归结果的稳定性，分别采用替代灾害强度和涉粮有效灌溉面积控制变量的方法进行稳健性检验，检验结果见表2和表3。使用涉粮灾害面积作为衡量气候变化的指标，替代灾害强度作为解释变量，使用涉浪水库总容量作为衡量农业水利设施建设水平的指标，替代农业有效灌溉面积作为解释变量。从表2和表3稳健性检验1、稳健性检验2可知涉粮自然灾害面积对粮食可持续发展具有负向作用，系数分别是-1.596、-1.299；
涉浪水库总容量对粮食可持续生产的作用正向显著、对可持续供给的作用不显著，以上检验结果均符合预期，其他变量也基本与前文回归结果一致，认为回归结果具有稳健性。

(一)主要结论

以增长率为量化标准的粮食可持续发展趋势显示，2004-2021年粮食可持续生产和供给为波动下降状态，并且2016-2018年间出现负值，说明其可持续能力的提升面临制约。主要由于：

1.粮食可持续生产方面。主要受区域种植面积比重、涉粮有效灌溉面积、涉浪薄膜使用量、除涝面积、农产品生产价格指数的正向影响，同时受水资源不足、自然灾害、涉粮化肥和农药以及成本利润率、贸易竞争力度、生态保护力度低的制约。

2.粮食可持续供给方面。主要受区域种植面积比重、农主品生产价格指数、生态保护力度的正向影响，同时也受水资源、自然灾害、化学性投入、机械水平、成本利润率、贸易、生态保护力度不高的制约。

3.从效应系数来看。种粮效益成为影响粮食可持续发展的重要因素，其次是区域种植比重、涉浪化肥使用量、生态治理力度和保护力度，并且种粮成本和收益之间的矛盾较大程度削弱了种植比例的积极效应。

(二)政策建议

研究认为，在提高粮食可持续发展能力方面有两个思路，一是关注对粮食可持续发展正向作用的指标，二是调整对粮食可持续发展负向作用的要素，提高其可持续性，保障粮食长期、稳定增长。鉴于此，提出以下建议：

1.降低生产成本、提高农户种粮收益。首先由于衡量种粮效益的数据涵盖了粮食生产物质投入费用、服务费、人工成本、土地成本的信息，但局限于数据的可得性，只验证了物质投入对粮食可持续发展的影响，所以在降成本方面，除了降低物质投入成本外，还应考虑其他费用和成本变化。其次政府部门应制定有效的生产补贴政策，实行谁生产补贴谁措施，特别在要素投入和土地成本方面，一是能够激励农户参与生态生产、稳定种粮面积，二是能够提高农户可持续收入能力。

2.增加粮食种植比例，同时着力土地生产粗放型向“生产-生态”协调型转变。构建严格的生态考核体系，通过提高森林覆盖率，加大生态治理力度，改善农业生态环境，为粮食生产提供绿色环境。

3.降低化学性投入要素强度和提高农业基础设施建设水平。一方面，倡导粗放高耗向“节约-循环”绿色循环模式转变，加强环保管制力度，降低粮食生产过程中化学性要素的投入强度，由保数量向“数-质”共进的路径推动粮食可持续发展。另一方面，加快由低效高成本向“高效-低成本”转变，具体为加强农业水利基础设施建设、提高机械化水平和灌溉效率，以应对低效带来的高成本、低效益以及自然灾害等问题。

注释：

① 涉粮指标xij=Xi/Plaj，Xi为农业相关指标总数量，Pla为粮食播种面积，i=1，2，3，4，5，6，7；
j=2003，…，2021。

②P%=(Pn-Pn-1)/Pn-1×100%，n表示年份。

③Per%=(Pern-Pern-1)/Pern-1×100%，n表示年份。

④ 灾害强度=涉粮成灾面积/涉粮受灾面积×100。

⑤ TC指数=(出口-进口)/(进口+出口)。

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