河北省縣域農業生態效率時空演化及影響因素

高 策,張新仕,王桂榮,崔永福

(1.河北省農林科學院 農業信息與經濟研究所,河北 石家莊 050000;2.河北農業大學 經濟管理學院,河北 保定 071000)

農業是人類生存和經濟發展的基礎,人口增長的壓力使農業生產逐步從傳統農業過渡到石油農業,通過大量使用農業化學生產資料,增加農產品產出,但隨之而來的土壤污染和水資源污染也日趨嚴重,生態環境遭到破壞。為此中國政府積極制定農業政策,促進農業生產和生態環境的協調發展。2005年習近平總書記明確提出“綠水青山就是金山銀山”的理念。2012年中央一號文件提出要推進農業清潔生產,引導農民合理使用化肥農藥,搞好生態建設。2017年中央一號文件明確提出推行農業綠色生產方式,增強農業可持續發展能力。2020年中央財經委員會第九次會議提出把碳達峰和碳中和納入生態文明建設的總體布局。2022年農業農村部、國家發展改革委聯合印發《農業農村減排固碳實施方案》,方案指出要促進種植業節能減排,提高農田土壤固碳能力。

生態經濟理論指出應用一種辯證的視角看待經濟發展,經濟發展既包括數量的增長,也包括質量的提升,經濟增長和生態環境保護是辯證統一的關系。2003年英國能源白皮書《我們能源的未來:創建低碳經濟》首次提出了“低碳經濟”,指出低碳經濟是通過制定低碳政策、開發利用低碳技術和產品等措施減少溫室氣體的排放。低碳農業不僅是低碳經濟理論在農業領域的應用,更是農業現代化發展模式的革新。相比循環農業與綠色農業,低碳農業除了二者都具備的農產品優質、安全、生態可持續外,還注重成本投入的科學化,加工、消費等環節的低碳化,具有更廣泛的內涵。低碳農業的本質是力爭在農業經濟發展和生態環境保護之間實現平衡和共贏,減少農業碳排放,維持農業生態系統的平衡?？沙掷m發展理論是由生態學發展而來,隨后將其研究領域逐漸拓展到社會學和經濟學,聯合國世界環境與發展委員會(WCED)于1987年在《我們共同的未來》報告中深刻闡述了可持續發展的概念,即“既滿足當代人需求,又沒有損害后代人滿足其需求的能力”[1]。

農業生態效率是評價農業可持續發展能力的重要指標。學者們分別從農業生態效率研究方法、時空演化和影響因素方面進行了大量研究。有些學者采用傳統DEA模型研究農業生態效率[2-4],但是傳統DEA模型不能測算包含非期望產出指標的效率,因此研究學者逐漸采用基于非期望產出的SBM模型[5-7]。隨著研究深入,發現超效率SBM模型不僅可以解決農業生態效率非期望產出的問題,而且可以進一步比較同為有效決策單元的大小[8-10]。多數研究發現我國農業生態效率具有明顯空間集聚現象[11-13],但是王寶義研究發現全國及東中西部地區農業生態效率之間的差異呈發散趨勢[14],候孟陽認為隨時間推移我國不同地區之間農業生態效率的空間差異逐漸縮小[13],已有研究學者進一步從省際[15-16]、市域[17-18]、縣域[7,19]層面對農業生態效率進行了空間演化規律的探索。部分學者認為農業規?；?、農業機械密度和農業碳排放是影響農業生態效率的主要原因[20-23],也有部分學者深入研究農旅融合、農業政策、糧食產能以及農村人口對農業生態效率的影響[24-29],但鮮有學者采用空間計量方法研究農業生態效率的影響因素。

河北省地貌類型復雜多樣,兼有高原、山地、丘陵、平原、湖泊,縣域總數量位于全國第二位,不同縣域之間的自然環境條件和經濟社會發展水平存在較大差距。河北省屬于產糧大省,但是河北省農業碳排放量在全國范圍內位于前列,因此以河北省167個縣域(以2020年縣域行政劃分為標準)為研究對象,參考已有研究將農業碳排放和農業面源污染二者共同作為非期望產出指標,測算其2011—2020年的農業生態效率,并對農業生態效率及其分解技術效率、技術進步、規模效率進行專題研究。探究河北省縣域農業生態效率在時序和空間上的演化規律,結合農業生態效率的空間相關性研究其影響因素,在驗證河北省縣域農業生態效率存在空間效應的前提下,采用空間計量模型分析農業生態效率的影響因素,提出有針對性的可行性建議,以期推動河北省縣域農業的可持續發展。

一、數據來源與研究方法

(一)數據來源

基于2011—2020年數據對河北省167個縣(以2020年河北統計年鑒為標準,包括市轄區)進行農業生態效率研究,所需農作物播種面積、農業機械總動力、農林牧漁業從業人員、有效灌溉面積、農用化肥施用量、農藥使用量、農業總產值和農林牧漁總產值均來源于《河北農村統計年鑒》,農用柴油使用量、農膜使用量、氮肥使用量、磷肥使用量以及復合肥使用量均來源于近十年河北省11個地級市統計年鑒。

(二)農業生態效率測算方法

1.超效率SBM模型。結合上述分析可知,數據包絡分析方法在評價農業生態效率時優勢更為明顯,采用超效率SBM模型對具有同類型的多種投入、多種產出的河北省縣域農業生態效率進行測算,基于非期望產出的超效率SBM模型的公式為:

(1)

總結并參考已有研究選取的評價指標,測算農業生態效率選取如下指標(見表1):農業從業人員、農作物播種面積、農業機械總動力、柴油使用量、有效灌溉面積、化肥使用量、農藥使用量、農膜使用量共8項作為投入指標;選取農業總產值作為期望產出;為使農業生態效率測算的結果更加準確、科學,選取農業碳排放和農業面源污染二者共同作為非期望產出。利用《河北統計年鑒》中的農業產值指數將農業總產值折算成以2011年為基期的不變價,參考已有研究,選取農用柴油、化肥、農藥、農膜、農業灌溉和土地翻耕6項指標測算農業碳排放量,用每一項指標乘以其對應的碳排放系數,碳排放系數如下:農用柴油0.593(千克/千克)、化肥0.896(千克/千克)、農藥4.934(千克/千克)、農膜5.180(千克/千克)、農業灌溉20.476(千克/公頃)、土地翻耕312.6(千克/公頃)?；屎娃r藥的過量使用,會引發土壤板結,水質污染等問題,農膜很難自行降解,殘留在土壤中,影響土壤質量。本文化肥氮磷流失量的估算方法為:氮流失量=(氮肥+復合肥×復合肥含氮量)×氮流失率;磷流失量=(磷肥+復合肥×復合肥含磷量)×磷流失率;復合肥中的氮磷含量系數借鑒崔葉辰[10]研究均按16.65%計算,氮磷流失系數參考史常亮[30]等研究,分別按20%和4%計算。農藥污染量=農藥使用量×農藥污染系數,農藥污染系數參考江孝綽[31]研究按50%折算。農膜殘留量=農膜使用量×農膜殘留率,農膜殘留率參考成振華[32]研究,同時參考第一次全國污染普查中的《農田地膜殘留系數手冊》,以10%的殘留率折算。

表1 農業生態效率評價指標體系

2.標準差橢圓。標準差橢圓是度量一組數據的空間分布方向和演變趨勢的方法,本文用來分析河北省縣域農業生態效率的空間擴散方向和演變趨勢。橢圓圓心的計算公式如下:

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

3.探索性空間數據分析(ESDA)。

(1)全局空間自相關。為進一步研究河北省167個縣域農業生態效率是否存在空間效應,對其進行全局空間自相關分析。全局空間自相關是根據河北省縣域地理位置和農業生態效率值來研究全局空間依賴性和空間集聚程度,通常采用莫蘭指數來衡量,其具體運算公式如下:

(7)

(8)

式中,xi和xj分別為第i個和第j個空間單元的觀測值,即河北省各縣域農業生態效率值;n為觀測單元數量,即河北省167個縣域(包括市區);Wij為采用Queen鄰接的空間權重矩陣,當區域i與區域j有公共邊界或節點時,Wij=1;反之,Wij=0,則表示相鄰單元沒有空間關聯。通過測算得出的莫蘭指數、Z得分和P值來確定河北省縣域農業生態效率是否具有空間上的相關性,Moran′sI估計值范圍在-1到1之間,小于0表示負相關,大于0表示正相關,等于0表示不相關,越接近-1或1則表示相關性越強。

(2)局部空間自相關。Moran′sI是對空間整體相關性進行評估,LocalMoran′sI是對局部空間自相關進行研究。為進一步描述在一定空間區域內某個空間單元與它周圍空間單元的相關性,需通過LocalMoran′sI局域空間自相關系數來判定該空間單元是否服從全局趨勢,公式如下:

(9)

對LocalMoran′sI值通過計算Z值進行有無統計學意義的假設檢驗。當局部Moran′sI指數為正值時,表示局域存在高—高(H—H)或低—低(L—L)的空間集聚區;當其為負值時,則表示局域存在高—低(H—L)或低—高(L—H)的空間集聚區。局部Moran′sI指數的絕對值越大,表示空間集聚程度越高。

4.空間計量模型。常用的空間計量模型包括空間誤差模型(SEM)、空間滯后模型(SLM)、空間杜賓模型(SDM)等。參考Elhorst[33]提出的空間面板計量模型的估計和檢驗框架,對空間面板模型進行合理選擇。其中,空間面板計量模型的一般表達式為:

(10)

ut=λWut+ε

(11)

參考已有研究[34-36],并結合河北省縣域數據的可獲得性,選取7個指標作為農業生態效率的影響因素(見表2)。

表2 河北省縣域農業生態效率影響因素指標體系

城鎮化率用城鎮人口占總人口比值來表示,城鎮化率越高,相應的農業從業人員就會越少,但因此有可能導致部分耕地荒置,也有可能在一定程度上促進土地流轉,擴大農業經營規模,所以對農業生態效率的影響方向需要深入分析。

農民收入水平用農村居民人均可支配收入來表示,在農民收入較少時會通過增加化肥、農藥、農膜等投入來提高農作物產量,增加經濟收益,這時多數農民不會考慮農業生態環境和農業可持續發展。相反,農民收入較高時購買并使用清潔低毒的農業化學生產資料的意愿也較高,理論上農民收入水平對于農業生態效率具有正向作用。

農業規?；接梅N植業人均播種面積來反映。多數情況下,如果農業生產規模較小,基于理性與經濟的原則,農戶不會采用新技術手段,而是選擇使用低技術含量的農業機械以及無節制地購買使用化肥、農藥等農業生產資料,導致農業生態效率難以提高[37]。當農業生產規模較大時,如果沒有做到靈活精細的農業生產管理以及只考慮短期的經濟效益,也可能釆取粗放式的農業生產方式,導致農業生態效率下降。因此農業生產規模對農業生態效率的作用方向,需要通過實證進行檢驗。

農業產業結構用狹義農業即種植業產值與農林牧漁總產值之比來表示,比值越大,表示種植業是農業經濟的主要來源,極大可能證明當地延伸農產品產業鏈促進農業經濟發展,而且當地的自然地理條件較適宜發展種植業,因此農業產業結構對農業生態效率具有正向作用。

化肥使用強度用單位農作物播種面積的化肥使用量(折純)表示?；手胁缓袡C質、腐殖質,因此長期過量使用化肥,會導致土壤板結,農產品產量下降?；手械牡?、磷還會造成水資源的污染,因此化肥使用強度對農業生態效率具有負向作用。

農業機械密度用單位農作物播種面積所使用的農用機械總動力表示。機械化可以提高農業生產效率,減少勞動力的使用。所以農業機械密度對于農業生態效率具有正向作用。

灌溉率用有效灌溉面積與農作物總播種面積的比值來表示,傳統粗放的灌溉方式不僅會浪費水資源,還會使化肥、農藥對土壤產生嚴重污染,造成土壤鹽堿化。如果采取節水灌溉的方式,可以提高水資源利用效率,有效減少水肥流失。灌溉率對農業生態效率具有正向作用還是反向作用取決于灌溉方式。

二、結果與分析

(一) 河北省縣域農業生態效率測算結果及專題分析

農業生態效率對于評價一個地區農業生態化發展程度有著重要參考價值,采用基于非期望產出的超效率SBM數據包絡法,借助MaxDEA Ultra7.16軟件,測算2011—2020年河北省167個縣域(以2020年為標準,包括市轄區)農業生態效率值。

1.農業生態效率專題分析。本節研究河北省167個縣域近十年農業生態效率平均水平,參考已有研究,將農業生態效率劃分為如下4個等級(見表3)。

表3 2011—2020年河北省縣域農業生態效率等級水平劃分

由近十年農業生態效率平均水平分布圖(見圖1)可以看出,DEA有效和高值區的縣域主要集中在河北省西北部和東北部,與其他縣域相比這些縣域的農業生態效率遙遙領先。研究期間內農業生態效率每年均保持在DEA有效的縣域有石家莊市橋西區、裕華區,張家口市橋西區、興隆縣,青龍滿族自治縣,平泉市,玉田縣。饒陽縣、遷西縣、趙縣、吳橋縣等農業生態效率平均值達到0.8以上,處于高值區。多數縣域處于農業生態效率的中值區,集中分布在保定市、滄州市、衡水市、邢臺市、石家莊市和邯鄲市,其中辛集市、寧晉縣、景縣、深州市、臨漳縣、隆堯縣2020年糧食產量位于河北省縣域的前十名,由于糧食生產的壓力,這些縣出現過分注重農業生產效率,而忽視了農業可持續發展的需求,但是永年區和玉田縣在糧食產量位于前列的同時,農業生態效率平均水平達到了DEA有效。懷安縣、曲陽縣、井陘縣、復興區等19個縣域近十年農業生態效率平均值處于低值區,復興區的農業生態效率平均水平最低為0.54,是河北省實現農業碳減排和農業面源污染減量的瓶頸地區。

圖1 河北省縣域農業生態效率2011—2020年平均水平分布

2.農業生態技術效率專題分析。由于農業生態技術效率、技術進步變動指數、規模效率是年際間的變化率,測算結果與上述農業生態效率測算結果存在較大差異,因此其等級分類采取另外一種等級分類,將小于1表示為低值區,1～1.1之間表示為中值區,大于或等于1.1表示為高值區,具體分布見圖2。

圖2 河北省縣域農業生態技術效率2011—2020年平均水平分布

技術效率高值區的縣域較為集中分布在河北省西北部張家口市以及東北部承德市、秦皇島市,中南部分布較為分散,包括阜平縣、行唐縣、獻縣、館陶縣等,這些縣的技術效率對農業生態效率具有較強的推動作用,由于通過土地流轉的方式促進了農業規?；洜I,而且當地種植大戶、家庭農場、農民專業合作社的農業管理水平和種植技能不斷提升,可以使各種要素優化配置,技術效率得以提高,在保證農產品產量的同時,減少了農業化學生產資料的使用量。農業生態效率技術效率中值區的縣域在河北省分布較為分散,這些縣域的技術效率對農業生態效率有一定的提升作用,應在保持當前農業生產方式的前提下,繼續穩步改進。河北省東南部的縣域農業生態技術效率平均水平偏低,可見這些地區的技術效率阻礙了農業生態效率的提升,這些地區應該對有利于農業生態發展的現有技術進行大面積推廣使用,并且提升農民應用技術的熟練程度。

3.農業生態技術進步專題分析。河北省縣域農業生態技術進步平均值處于中值區的縣域最多(見圖3),可見這些縣逐步采用綠色清潔的農業生產技術,如灌溉技術、施肥技術等,一定程度上促進了農業生態效率的提升。農業生態技術進步變動指數平均值處于高值區的縣域在河北省東北部相對集中,主要有平泉市、青龍滿族自治縣、遵化市、開平區等,其他高水平縣域相對分散,主要有固安縣、井陘礦區、內丘縣、永年區等,這些縣域的技術進步對農業生態效率的提升起重大作用,主要是由于這些縣在當地資金的支持下,積極合理地將資金投入新型農業生產技術,促進當地農業的可持續發展。農業生態技術進步變動指數平均值處于低值區的縣域在河北省西北部張家口市分布較為集中,其余分布較為分散,主要包括尚義縣、萬全區、崇禮區、清河縣等,這些縣的技術進步對農業生態效率的提升存在負向作用,這些縣域的生產總值與河北其他縣域相比較低,在農業生產中受到資金短缺的制約和主觀意愿的影響很少應用新型農業技術。

圖3 河北省縣域農業生態技術進步變動指數2011—2020年平均水平分布

4.農業生態規模效率專題分析。與農業生態技術效率和技術進步變動指數相比,農業生態規模效率高值區的縣域最少(見圖4),僅有6個,分別是張家口市橋西區、開平區、石家莊市橋西區、長安區、滄州市新華區、雄安新區安新縣,主要是這些市轄區的耕地規模經營促進了農業生態效率的提升。農業生態規模效率低值區和中值區的縣域分布均較為分散,而且低值區的縣域超過河北省縣域總數量的一半,這些縣的農業生產規模制約了農業生態效率的提升,但是大多數低值區縣域都與中值區縣域鄰接,因此可以借鑒農業生產條件與之類似的中值區縣域農業規?；l展方式,同時低值區縣域政府應積極為本縣域種植大戶、家庭農場、農民專業合作社等,提供農業政策、資金、技術、農資、農用機械等方面的支持,擴大和優化農業生產規模。

圖4 河北省縣域農業生態規模效率2011—2020年平均水平分布

(二)河北省縣域農業生態效率時空演化分析

1.時序演化分析。

(1)縣域整體層面。河北省167個縣(包括市轄區)農業生態效率DEA有效數量、高值區數量和中值區數量自2012年開始均呈現先升后降的倒U型變化趨勢(見表4),不過下降的時間節點依次提前,分別從2020年、2019年、2016年開始回落,但是2020年DEA有效和高值區的縣域數量均比2011年增加明顯,分別增加17個和7個,增長80.95%和53.85%,中值區縣域數量有所減少,減少19個,下降26.39%。農業生態效率低值區縣域數量與其他效率等級的縣域數量變化趨勢基本相反,除2011—2012年農業生態效率低值區縣域數量增多,農業生產造成的環境污染日趨嚴重外,2012—2020年此效率等級的縣域數量呈先減后增,不過2020年的縣域數量仍比2011年的數量低5個,下降8.20%。2013年農業生態效率中值區及以上的縣域數量都有明顯增長,低值區的縣域數量直線下降,這與2012年11月十八大明確提出了生態文明理念有著密不可分的聯系,同時期河北省農業農村廳提出了轉變農業發展方式,著力推進農業特色發展、綠色發展、生態發展。

表4 2011—2020年河北省縣域農業生態效率等級數量

(2)生態類型層面。河北省地勢西北高、東南低,從西北向東南呈半環狀逐級下降。高原、山地、丘陵、盆地、平原、湖泊類型齊全,因此本節將進一步從生態類型層面研究河北省縣域農業生態效率,將河北省分為六大生態類型區(見圖5)。

圖5 河北省六大生態類型區分布

河北省六大生態類型區的農業生態效率總體上在2011—2012年出現不同程度下降(見圖6),2012—2018年平穩中略有提升,2018—2020年燕山丘陵區和壩上高寒區的農業生態效率提升明顯,山前平原高產類型區在2019年快速提升之后在2020年又有所下降,太行山丘陵區和濱海平原區在2020年下降明顯。河北省六大生態類型區的農業生態效率整體上從高到低依次為:燕山丘陵區、山前平原高產類型區、壩上高寒區、濱海平原區、太行山丘陵區、低平原中低產類型區。雖然燕山丘陵區的農業生態效率整體上優于其他類型區,且研究期間的農業生態效率均處于DEA有效水平,但是六大生態類型區2020年的農業生態效率分別與2011年相比,只有燕山丘陵區呈下降趨勢,從1.66下降至1.36,其余類型區均有所提升,壩上高寒區、山前平原高產類型區、太行山丘陵區、低平原中低產類型區、濱海平原區的農業生態效率分別提升77.84%、24.55%、11.41%、16.35%、13.68%。研究期間太行山丘陵區和低平原中低產類型區的農業生態效率雖有所提升,但是近十年農業生態效率的均值分別為0.76和0.73,還處于較低水平,其他生態類型區的農業生態效率均達到0.85以上,因此太行山丘陵區和低平原中低產類型區的縣域應盡快改進農業生產方式,減少農業生產過程中污染物的排放。

圖6 河北省六大生態類型區2011—2020年農業生態效率

2.空間演化特征。

(1)空間分布格局。河北省縣域農業生態效率空間分布呈現一定的集聚性。河北省西北部和東北部縣域農業生態效率在2013年有很大提升,且至2020年大部分縣域均較好地保持在農業生態效率DEA有效或高值區,波動幅度較小。河北省中部縣域變化幅度較大,在2013年有所好轉,2017年以后又逐漸轉低,縣域間差距也有所增大,有些縣域出現了農業生態效率的快速提升。河北省南部以及東南部處于河北省邊緣的縣域農業生態效率波動幅度較大,這部分縣域在2019年較為集中出現由中值區轉為低值區,2020年惡化情況更為嚴重。

(2)運用ArcGIS10.8軟件空間統計里面的方向分布工具,選取系統默認的1個標準差,測算其平均中心及標準差橢圓(見圖7)。2011—2015年河北省縣域農業生態效率標準差橢圓的重心向西南方向移動,由雄縣遷移至安新縣境內,2015—2019年河北省縣域農業生態效率標準差橢圓的重心轉至向東北方向移動,落在文安縣境內,2019—2020年標準差橢圓的重心發生了急劇明顯變化,迅速向西南方向移動,落在高陽縣境內。2011—2020年河北省縣域農業生態效率標準差橢圓的重心總體表現為向西南方向移動,研究期間標準差橢圓重心總移動路徑長達87.52千米,其中東西方向移動26.86千米,南北移動29.47千米。

圖7 河北省縣域農業生態效率標準差橢圓及重心前移路徑

研究期間標準差橢圓長軸呈先下降后上升的趨勢(見表5),總體有所上升,2020年比2011年增加13.50千米,2011—2019年標準差橢圓短軸逐漸縮短,2020年略有回升,2020年比2011年縮短28.27千米,表明農業生態效率空間分布南北方向上呈擴張趨勢,在東西方向上呈緊縮趨勢,且緊縮趨勢超過擴張趨勢,空間格局以南(偏東)—北(偏西)為主導,東(偏北)—西(偏南)方向影響較弱。2011—2020年橢圓扁率呈逐漸增大的趨勢,從1.59增大至2.04,說明2011—2020年河北省縣域農業生態效率演化的方向呈明顯增強趨勢。旋轉角度在2012年明顯下降,從41.95度下降至29.36度,表明農業生態效率在空間分布的東北—西南方向呈弱化趨勢,主要是由張家口市和承德市部分縣域農業生態效率提升所致,2013—2018年旋轉角度在36～37度之間,基本相對平穩,在2019年突然增加至42.70度,主要是由于唐山市的縣域農業生態效率的提高。

(三)河北省縣域農業生態效率影響因素分析

1.農業生態效率空間效應檢驗。

(1)全局空間自相關。河北省縣域農業生態效率在2011—2020年中除2012年沒有通過5%顯著性檢驗,其余均通過檢驗,并且Z得分也大于1.96(見表6),說明河北省縣域農業生態效率存在空間正相關,即效率高的縣域與效率高的縣域聚集,效率低的縣域與效率低的縣域聚集,而且2011年、2013年以及2015—2020年通過了1%顯著性檢驗,Z得分大于2.58,空間正相關性更為明顯,表明河北省縣域農業生態效率在空間分布不是完全隨機的,而是呈一定的空間集聚特征。2011—2016年Moran′sI值呈波動下降趨勢,2016年急劇上升,Moran′sI值達到最大,空間相關性最強,2017—2020年期間呈先下降后上升的變化趨勢。2012年河北省縣域農業生態效率沒有通過檢驗,空間分布呈一定的隨機性,表明河北省不同縣域在農業生產過程中所使用生產資料的數量、勞動人員以及對農業環境的治理等相鄰縣域之間的影響較小。

(2)局部空間自相關。HL集聚縣域最少,2011年不存在HL集聚縣域,2013年、2015年、2017年和2019年都只有1個縣屬于HL集聚,HL集聚區縣域應努力形成區域增長極,充分帶動周邊農業生態效率低的縣域快速提升。LL集聚縣域基本呈先增多后緩慢減少的變化趨勢,多數集中在河北省中部和南部的平原地區,這些縣域平均氣溫相對較高,多種植小麥、玉米以及部分蔬菜和果樹,化肥、農藥和農膜存在過量使用的現象。LH集聚的縣域在2011—2020年呈波動減少的變化趨勢,2020年LH集聚的縣均分布在河北省北部,分別有張家口市橋東區、寬城滿族自治縣、遷西縣、撫寧區,因為河北省北部的大多數縣域農業生態效率均較高,從而農業生態效率較低的縣域則會突顯出來。

2.結果分析。本文運用軟件Stata 16對農業生態效率影響因素的數據進行Moran's I、LM檢驗、LR檢驗、Wald檢驗和豪斯曼檢驗,Moran′sI通過了1%的顯著性檢驗(見表7),由此可知河北省縣域農業生態效率的影響因素存在明顯的空間相關性。LM error、LM lag、LM SAC 通過10%的顯著性檢驗,因此選擇空間計量模型分析農業生態效率的影響因素。Wald檢驗在1%顯著性水平下拒絕了原假設,表明空間杜賓模型不會退化成空間滯后模型和空間誤差模型,因此對河北省縣域農業生態效率影響因素的研究選用空間杜賓模型。LR檢驗和Hausman檢驗結果均沒有通過檢驗,結合研究樣本數量較大,選擇隨機效應模型更為合適,而大部分空間計量模型采用固定效應,因此本文將通過檢驗的模型做進一步對比分析。

表7 空間計量模型相關檢驗結果

3種模型估計的結果中城鎮化率均沒有通過顯著性檢驗(見表8),可見城鎮化率對河北省縣域農業生態效率的直接影響并不明顯,但是其在空間權重下通過了顯著性檢驗。OLS估計中其余影響因素均通過了顯著性檢驗,SDM時間固定效應模型和SDM隨機效應模型各項影響因素系數總體較為接近。SDM時間固定效應和隨機效應的對數似然值(Log-likelihood)相同,因此通過對比R2和離散度(sigma2)的大小,可以看出隨機效應形式的空間杜賓模型優于時間固定形式下的空間杜賓模型,但是對比整體的R2(overall)則是時間固定形式下的空間杜賓模型更優于隨機效應形式的空間杜賓模型。因此,將對2種效應下的空間杜賓模型進行進一步對比分析。

表8 河北省縣域農業生態效率影響因素不同模型的估計結果

農業生態效率影響因素的直接效應、間接效應和總效應結果如表9所示。城鎮化率的直接效應沒有通過顯著性檢驗,間接效應和總效應均通過了顯著性檢驗,表明城鎮化率對農業生態效率存在空間上的正向作用,鄰接縣域城鎮化水平的提升對本縣域的農業生態效率有正向作用。這可能是因為鄰接縣域的農村人口轉移到城市,導致鄰接縣域的農業勞動力數量減少,推動了農業規?；洜I的發展,資源得到集約化利用,有利于農業生態效率的提升,鄰接縣域的農業生產方式帶動了本縣域的農業適度規?；洜I,促進了本縣域農業生態效率的提升。

表9 河北省縣域農業生態效率影響因素的直接效應、間接效應和總效應

農民收入水平對農業生態效率具有顯著的正向作用。直接效應顯著為正,表明農民收入水平的提升促進了本縣域農業生態的發展。這是由于農民收入水平提升后愿意在農業生產過程中投入相對多的資金,因此更多農民會選用有機肥、低毒農藥等污染較少的生產資料,也更容易接受新的技術,而且農民本身也會更加注重農產品的品質,對于綠色科學的農業生產方式,主觀采用的意愿和行為都會隨之增強。

農業規?；綇腟DM時間固定效應可以看出對農業生態效率具有負向作用。它的直接效應和總效應均通過了顯著性檢驗,但是系數均較小,分別為-0.052 8和-0.077 6,SDM隨機效應下雖沒有通過顯著性檢驗,但是影響系數卻和時間固定效應非常接近。由此可見,農業規?；瘜τ谵r業生態效率而言是有發展極限的,即適度的農業規?；洜I才會對農業生態發展有促進作用。近年來,河北省的種植大戶、家庭農場、農民專業合作社數量逐漸增多,所經營的耕地面積也逐漸擴大,他們雖更多地采用新技術、測土配方施肥等新方法,但是也有部分經營者還是把經濟效益放在首位,忽略了耕地的持續利用。

農業產業結構對農業生態效率具有顯著的正向作用。SDM時間固定效應和隨機效應模型中的直接效應和總效應均通過了顯著性檢驗,而且系數也很接近,系數與其他影響因素相比較大,均在0.2～0.3之間,表明河北省適宜發展種植業的縣域,繼續在農林牧漁產業中擴大種植業生產,延伸農產品產業鏈,增加農民經濟收益,有利于提升農業生態效率。間接效應沒有通過顯著性檢驗,說明農業產業結構沒有明顯的空間溢出效應,主要是由于縣域農業經濟發展的主導產業并沒有發生明顯變化。

化肥使用強度對農業生態效率具有顯著的負向作用。SDM時間固定效應和隨機效應模型中的直接效應和總效應均通過了顯著性檢驗,而且系數非常接近。表明單位農作物種植面積的化肥使用量越多,對生態環境的污染越嚴重。這主要是由于農民更注重農業的經濟效益,在農業生產投入過程中仍愿意選擇價格較為低廉的化肥。間接效應沒有通過顯著檢驗,說明鄰近縣域的化肥使用強度對本縣域的農業生態效率不存在顯著影響。

農業機械密度對農業生態效率有正向作用。SDM時間固定效應模型的直接效應和SDM隨機效應模型的間接效應和總效應分析結果顯示,農業機械密度對農業生態效率存在顯著的正向作用,但是系數均小于0.1,表明農業機械密度的提高有利于本縣域和鄰接縣域農業生態效率的提升。機械化生產是農業發展的必然趨勢,雖然機械動力的增加會導致非期望產出碳排放的增多,但是仍要加快推動農業機械綠色化智能化發展,實現既可以節約勞動成本,又減少資源消耗和污染物排放。

灌溉率對農業生態效率具有負向作用。在SDM時間固定效應模型的直接效應中通過了顯著性檢驗,其余雖未通過顯著性檢驗,但系數均為負值。這說明河北省還存在傳統漫灌的農業灌溉方式,造成了水資源的大量浪費。河北省應加大農業節水灌溉設備的投入,推廣使用噴灌、滴管、管道輸水等灌溉方式。間接效應和總效應沒有通過顯著性檢驗,說明農業灌溉方式沒有顯著的空間溢出效應。

三、研究結論與對策建議

(一)研究結論

基于2011—2020年河北省167個縣域面板數據,采用超效率SBM對農業生態效率進行了測算,然后探究了河北省縣域農業生態效率在時序和空間上的演變特征,最后研究了河北省縣域農業生態效率的影響因素,研究發現如下。

1.2011—2020年河北省縣域農業生態效率平均水平達到DEA有效的縣域,主要集中分布在河北省西北部和東北部,中值區縣域大約占河北省縣域的二分之一。農業生態技術效率高值區集中分布在河北省西北部和東北部,低值區集中分布在河北省東南部。農業生態技術進步變動指數低值區集中分布在河北省西北部。農業生態規模效率高值區集中分布在部分市轄區。

2.研究期間農業生態效率總體呈先上升后又緩慢下降的變化態勢。生態類型區層面農業生態效率整體上從高到低依次為燕山丘陵區、山前平原高產類型區、壩上高寒區、濱海平原、太行山丘陵區、低平原中低產類型區,燕山丘陵區的農業生態效率整體上雖優于其他類型區,但研究期間卻呈下降趨勢,其余類型區均有所提升。

3.河北省縣域農業生態效率空間分布存在集聚性。河北省西北部和東北部縣域的農業生態效率較好地保持在DEA有效或高值區,河北省南部和東南部的多數縣域在2020年農業生態效率下降明顯,河北省農業生態效率的分布存在一定的空間集聚性。農業生態效率空間分布在南北方向上逐漸擴大,在東西方向上逐漸收緊,且收緊趨勢超過擴大趨勢,標準差橢圓以南(偏東)—北(偏西)方向為主導,農業生態效率標準差橢圓重心位置和標準差橢圓分布范圍均呈現整體向西南方向偏移。

4.河北省縣域農業生態效率存在空間效應。河北省縣域農業生態效率存在全局空間正相關,局部空間自相關分析發現研究期間LL集聚的縣域數量基本最多。2011—2020年期間對河北省縣域農業生態效率起到正向作用的影響因素分別有農業產業結構、農民收入水平、農業機械密度、城鎮化率,其中城鎮化率的空間溢出效應明顯,對農業生態效率起到負向作用的影響因素分別有化肥使用強度、灌溉率、農業規?；?。

(二)對策建議

1.充分發揮技術生態效能,發展農業適度規模經營。河北省中部和南部大部分縣域以及其他農業生態技術效率和規模效率處于低值區的縣域,應在政府的引導和支持下,積極為農民開展農業技術的線上培訓和線下指導,幫助農民充分掌握并熟練應用農業技術,在減少農業化學生產資料投入的前提下增加農產品產量。同時,農業規模效率低值區的縣域應鼓勵支持農民進行土地流轉,促進農業適度規?；洜I,這些縣域政府應積極為本縣域的種植大戶、家庭農場、農民專業合作社等農業經營主體提供農業政策、資金、技術、農資、農用機械等方面的支持,農業經營主體可以通過購買農業保險,降低農業規?；洜I的風險,低值區縣域中的村兩委也應積極引導農民自愿進行土地流轉。

2.結合空間分布格局,提升區域生態效率。結合河北省縣域農業生態效率空間分布北部高、中部和南部較低的集聚性特點,考慮縣域當前的農業生產方式和農業生態環境問題,縣域政府帶動當地積極進行農業面源污染綜合治理、農業碳排放減量。河北省南部和東部經濟技術發展較好的縣域,可以依靠先進清潔綠色的農業技術,發展農業生產,減少農業污染物的排放。在河北省西部和北部地區,可以依靠丘陵山區小流域綜合治理,進行農業生態環境的治理和修復,探尋貧困地區的新型農業生態價值,以生態價值的溢出效應帶動經濟發展。

3.提高農資利用效率,推進農業生產節能減污。河北省地形地貌復雜多樣,在不同的農業區域中,土壤和農作物具有不同的特性。根據前文影響因素的分析,可知化肥使用強度對農業生態效率存在顯著負向作用?？梢酝ㄟ^采用測土配方肥、水肥一體化、有機肥替代化肥、種肥同播、秸稈肥料化、綠肥種植等方式達到減少化肥的使用量、均勻供給水肥以及提高作物化肥吸收率的效果。此外提高農資利用效率還需要從農藥、農膜、農業灌溉、柴油使用等方面著手,依靠科技研發抗病蟲害和節水耐旱等特性的品種,提倡用物理方法控制病蟲害,鼓勵各縣開展農膜回收,機械撿拾舊膜,提高廢舊農膜回收利用率,實行先進灌溉制度與灌溉技術的結合,提高農業水資源的利用效率。

4.結合縣域農業特色,堅持因地制宜發展。河北省縣域數量眾多,縣域的特色不盡相同,應分析縣域的區位特點,包括氣候、溫度、濕度、土質營養成分等決定作物的生長環境。參考近年來固安縣通過果蔬種植、采摘、民宿等形成鄉村振興的“固安樣板”,圍場滿蒙自治縣推行的花卉與中藥材結合的農業結構調整,結合當地農業特色開展農業觀光、農業莊園休閑度假、家庭農場體驗、鄉土民俗文化旅游等,通過出售門票、紀念品、特色農產品等方式,幫助農民增加收入。對于農業生態效率處于DEA有效和提升明顯的縣域,可以充分利用空間溢出效應對周邊縣域進行輻射帶動,將農業生態發展的成功經驗因地制宜地推廣到農業生產結構和生態環境與之相似的縣域,推動河北省農業生態可持續發展。