基于非期望产出的农业环境效率研究
王雪莹 方兰
摘要：运用基于非径向、非角度的SBM模型，考虑化肥残留和农膜残留为非期望产出，测算陕西省2007—2016年农业环境效率水平并分析其冗余情况。结果发现：①全省农业环境效率水平中等，各市（区）差异较大，其中，陕南水平最高，关中次之，陕北最低。②陕南化肥残留年均冗余较小，陕北和关中年均冗余较多；除个别城市外，全省大部分地区在控制化肥施用量方面颇有成效，化肥残留冗余值逐年减小。③几乎一半区域农膜残留冗余比例较高，陕南最少，其次为关中，陕北最多。最后为各地农业发展提出了政策建议。
关键词：农业环境效率；非期望产出；SBM模型；农业面源污染
中图分类号：X502 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）07-0001-04
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.07.001
Research on agricultural environmental efficiency based on unexpected output
-Taking Shaanxi Province as an example
Wang Xueying ， Fang Lan
（Northwest Institute of Historical Environment and Socio-Economic Development， Shaanxi Normal University， Xian Shaanxi， 710119， China）
Abstract： Based on the non-radial and non-angular SBM model， taking into account the non-desired output of chemical fertilizer residues and agricultural film residues， the agricultural environmental efficiency level in Shaanxi Province from 2007 to 2016 was estimated and its redundancy was analyzed. There are some findings we can see from the results. ①The whole provinces has a medium level of agricultural environment efficiency， and each city （district） has a large difference. Among them， the highest level is in southern Shaanxi， followed by Guanzhong， and the lowest in northern Shaanxi. ②The average annual redundancy of fertilizer residues in southern Shaanxi is smaller， and the average annual redundancy in northern Shaanxi and Guanzhong is more. Except for a few cities， most areas of the province have achieved effective results in controlling the amount of chemical fertilizers， and the residual value of fertilizer residues has been decreasing year by year. ③Nearly half of the area has a high proportion of agricultural film residues， which is the least in southern Shaanxi， followed by Guanzhong and northern Shaanxi. Finally， the paper put forward policy recommendations for the development of agriculture in various regions.
Key words： Agricultural environmental efficiency； Unexpected output； SBM model； Agricultural non-point source pollution
陜西省位于我国西北部，包括十个城市一个示范区，总面积20.58万平方公里，常住人口3835.44万（2017年底）。陕西省平均海拔高度1127米，由北向南依次为陕北高原、关中平原和南部的秦巴山区。陕西省是西北地区工农业最为发达且人口稠密的地区，2017年全年生产总值21898.81亿元，比上年增长8.0%，位居全国15，为西北地区最高。其中，第一产业增加值为1739.45亿元，比上年增长4.6%，占GDP的7.9%。截至2016年底，陕西省耕地面积2915.08千公顷，粮食播种面积3068.73千公顷，粮食产量1228.30万吨。全省32个主要粮食生产县分别占全省粮食播种面积和粮食产量的47.46%和55.26%，平均粮食单产为4.66吨/公顷。2016年，陕西省农业生产总值为2027.56亿元，其中咸阳市最高，占全省的22.36%。陕西省经济基础好，自然条件优越，人类历史悠久，发展潜力巨大。2006年的《西部大开发“十一五规划”》计划中，关中被列为商品粮基地建设项目之一[1]；2009年，《关中——天水经济区发展规划》，计划将该地区建成国家现代农业高技术产业基地[2]；并于2018年初建成关中平原城市群 [3]，以及乡村振兴战略的提出[4]，多年连续多个政策文件表明，陕西省对我国西北部发展具有重要的战略意义，对推动西部地区农业技术进步起到了带动作用。因此，研究陕西省的农业环境效率，对于探析当前农业发展中存在的环境不友好、生态不环保问题的来源提供了重要参考，对于进一步控制陕西省农业环境污染问题，促进农业绿色发展具有重要的现实意义。
1 研究综述
鉴于环境因素对农业生产效率的影响，近年来有不少学者进行了实证研究。李谷成等（2011）应用基于方向性距离函数的Malmquist-Luenberger生产率指数方法，对1978～2008年环境规制条件下省际农业TFP增长因素进行实证分析[5]。之后，韩海彬等（2013）、潘丹等（2013）也都采用Malmquist-Luenberger生产率指数方法分析了环境约束下中国各省份农业TFP增长，并对其收敛性进行了检验[6，7]。王娜（2018）通过构建低碳农业综合评价指标体系来评价该地区低碳农业综合发展水平 [8]。田伟等（2014）进而分析了农业环境效率的影响因素[9]。崔晓等（2014）采用环境全要素生产率指数模型和符合物料守恒条件的环境效率，测算了中国20年的农业环境效率，并分析了具体变化情况[10]。张可等（2016）构建了基于强可处置视角的农业环境效率测度模型和环境全要素生产率指数，并分析了不同地区的变化[11]。叶初升等（2016）结合SBM模型、方向性距离函数和GML指数，测算了1995年至2013年中国农业生产效率和全要素生产率，同时考察了农业生产污染对农业经济增长的影响[12]。
通过对已有文献的简单梳理可以发现，农业面源污染对农业生产造成的影响已经引起了学者们的广泛关注，并已经通过各种方法进行实证研究。因此，本文拟对陕西省近十年的农业环境效率进行测算，参照已有文献并结合实际情况，具体分析陕西各市（区）农业环境效率水平。
2 研究内容及研究方法
2.1 研究内容
本文采用陕西省2007—2016年的农业投入产出数据，并考虑非期望产出，采用非角度、非径向的SBM模型，对陕西省农业环境效率水平进行测算并分析其冗余水平，提出改进目标。
2.2 研究方法
本文采用考虑非期望产出的SBM模型，线性规划如公式（1）所示：
其中，ρ表示效率，当ρ=1时，说明决策单元的生产效率强有效，当0<ρ<1时，说明生产效率无效率，有冗余，需要改进。S-表示投入松弛，期望产出松弛用Sg表示，非期望产出松弛用Sb表示，其值为负。考虑到各市（区）农业经济特征不同，选择规模报酬可变模型，运用DEA-solver pro 5.0软件测算农业环境效率及规模效率，并进行冗余分析。
3 指标选取及数据来源
参照已有文献，结合数据的可得性，本文选取的投入指标为农作物播种面积（千公顷）、农业机械总动力（千瓦）、化肥施用量折纯量（吨）、农用塑料薄膜（吨）和乡村年底从业人员（万人），产出指标为农林牧渔业总产值（万元），非期望产出为化肥残留量（吨）和农用塑料薄膜残留量（吨）。为了剔除价格变动的影响，将陕西省各市按当年价格统计的农林牧渔业总产值用各市以2007年为基期的农林牧渔业总产值指数进行折算。
化肥和农膜的残留量参照《全国污染源系数手册》《农用化肥流失手册》《薄膜手册》及相关文献，设定化肥残留系数为0.65，农膜残留系数为0.1。（其中，对于指标“乡村年底农林牧渔业从业人员数量”，陕西省各市（区）自2010年起不再统计，陕西省自2013年起数据未更新。针对缺失的数据，作者采用Eviews6.0根据趋势外推法进行预测得到。）所有数据均来源于各年度《陕西统计年鉴》。
4 实证结果与分析
4.1 各地农业环境效率变化情况分析
纵观陕西省近十年的农业环境效率，杨凌示范区在省内遥遥领先，连续多年保持农业发展环境有效率，这与杨凌本身的区域发展定位有很大关系。杨凌位于关中平原中部，是中国第一个农业高新技术产业示范区，2016年，区内生产总值（GDP）完成118.98億元，比2015年增长了10.1%。杨凌依托高新科技发展现代农业，不仅实现了农业增产增收，同时有效控制了农业生产中投入的化肥、农用薄膜等对生态环境的影响，极大地提高了该地区的农业环境效率。2016年，杨凌示范区农作物播种面积5.81亿公顷，比2015年下降了1.20%；农林牧渔业总产值达到13.13亿元，比2015年增长5.27%；而化肥施用量和农用塑料薄膜施用量分别为4560吨和675吨，较2015年分别减少了0.22%和2.17%。相比之下，渭南市的农业环境效率则相对较低，在研究时期内平均值低于0.3，近年来略有提高，但仍远低于全省其他地区。渭南市的农作物播种面积约为西安市的1.5倍（2016年两市农作物播种面积分别为683.44千公顷和439.43千公顷），是全省作物播种面积最大的地级市，占全省农作物播种面积的15.98%，化肥施用领和农膜使用量分别为西安市的3倍和5倍，而实现的农林牧渔业总产值相差无几（2016年，渭南市219.4747亿元，西安市216.4865亿元），由此可见渭南市在农业生产中的环境无效率。
反观农业规模效率，在研究时期内，各市水平相差无几，陕北、关中都维持在较高水平，陕南地区稍显落后，这主要与陕西省的地形地貌和农业生产方式等因素有关。位于黄土高原的陕北地区贯彻执行退耕还林还果政策，使得当地的生态环境大为改观，为农业的发展提供了日益良好的自然条件；农业基础设施建设的加强和社会主义新农村建设的贯彻，则为农业经济的发展提供了硬件支持和制度保障。位于中部的关中平原，自古以来就是陕西省主要的粮食产区，得天独厚的自然条件和当地政策的扶持帮助，再加上科研力量的集中投入，为关中农业的规模化发展提供了有力的支持。陕南地区由于其独特的地形条件，导致大规模使用农业机械难度较大，2016年，陕南三市农机总动力仅占全省的20%，因此，该地区主要农业生产方式不同于其他两区域的大规模集约化经营，而是以小面积分散经营为主，因而农业规模效率相对不高。
图1展示了研究时期内陕北、陕南区域的农业环境效率变化趋势。从图中可以看出，五市的环境效率值均在均呈缓慢上升趋势。商洛市2015年上升幅度较大，实现了农业生产的环境有效率；其他四市上升幅度相当，其中，延安市2007—2010年小幅波动下降，汉中市2016环境效率值达到了1；陕北两市的农业环境效率水平低于陕南三市。各市农业的环境效率值的提高主要可能是中央和地方各级政府相关政策的贯彻实施、农业生产方式由粗放型向生态型转变等因素导致的。陕北地区农业机械化规模与陕南相当，但环境效益却一直整体偏低，说明近年来陕北农业在提高农业产量、控制农业生产过程中的环境污染、建设农业生态环保体系上有所滞后。
近十年关中地区各市的农业环境效率的变化趋势如图2所示。除杨凌示范区外，其余各市的农业环境效率值均呈增加趋势，其中，铜川、渭南两市维持在低水平缓慢增加，西安、宝鸡两市增长幅度相近，差距逐渐缩小，并于2016年达到了农业生产的环境有效率，咸阳市则在研究时期内小幅波动，最终在2016年效率值为1。杨凌区在2013年之前有较大波动，之后稳定在效率值为1的水平。渭南市的年平均农作物播种面积约为铜川市的9倍，两市共占全省的18.50%，两市的年平均农林牧渔业总产值约占全省的15.02%，而两市的年平均化肥、农膜投入分别占全省的28.26%和31.39%，可见农业生产中的面源污染问题在这两个区域比较严重，农业生产资料对生态环境造成的影响较大，影响了两市农业环境效率的提高。相比之下，西安、宝鸡二市在农业生产过程中比较注意环境问题，两市的农业机械化水平位居全省前列，占据的耕地面积、创造的农业总产值以及使用的化肥、农膜在全省占相应的比例。咸阳市农业环境效率水平在2013年之前缓慢波动下降，之后与西安、宝鸡二市趋势趋同，这与咸阳市农业机械化水平的提高有很大关系。2012年咸阳被农业部确定为全国农业机械化示范区，2013年，咸阳农业机械总动力达330.0121万千瓦，比2012年增长了16.58%。在随后的几年内，机械化水平的大幅提高，伴随着化肥施用量的逐年下降，咸阳市的农业发展环境由此改善。
4.2 各地农业环境效率评价
参照已有文献，并结合本文实际情况，现对陕西省各市农业环境效率水平进行评价，各市农业环境效率水平用研究期内年平均效率值表示，将效率水平划分为低效率（农业环境效率值为0-0.35）、中效率（农业环境效率值为0.35-0.7）和高效率（农业环境效率值为0.7-1），结果如下表所示。
可以发现，陕西省各市农业环境效率水平分布均匀，处于各效率水平的市（区）数量基本一致。其中，渭南、铜川、榆林三市水平较低，杨凌区和汉中市水平较高。一半市（区）高于全省平均水平（0.57）。
4.3 非期望产出冗余分析
前文提到，本例的非期望产出包括化肥残留和农膜残留，现分别对其冗余情况进行分析。
4.3.1 化肥残留冗余分析
图3展示了陕西省各市化肥残留冗余比例在各年份的变化情况，可以发现，关中地区化肥残留冗余比例变化趋势与关中农业环境效率变化趋势大致相同。铜川、渭南两市化肥残留冗余缓慢波动减少，在减少化肥残留方面仍有很大的进步空间；西安、宝鸡二市波动稳定减少，在控制化肥残留方面成效显著；咸阳市在2014年之前波动较大，之后冗余稳定减少；杨凌区在2012年之前化肥残留冗余波动较大，之后稳定没有冗余。除个别地区个别年份外，陕南、陕北地区在研究时期内化肥残留冗余比例均小幅波动减少，各地控制化肥残留初显成效。
在全省11市（区）中，铜川、渭南两市的化肥残留冗余比例最大，换言之，化肥施用量远高于农田实际需求量，冗余值极高，对农业生态环境造成的污染和破坏极大。榆林市在研究初期化肥残留冗余有所增加，随后逐年减少，并在2016年冗余降到最低，为5804.11吨，占比6.57%。安康、延安二市化肥残留冗余波动趋势相似，呈波动减少趋势，分别由2007年的冗余比32.15%、36%降低至2016年的16.23%、20.89%。西安、宝鸡、汉中三市的化肥残留冗余值均逐年减少，并在2016年实现化肥残留零冗余。商洛市的化肥残留冗余水平一直较低并平稳减少，2015年就达到了冗余为零的状态。咸阳市则一直波动较大，2007年冗余比为35.98%，与汉中、延安相同，到2012年冗余比最高，达44.32%，最终2016年冗余比为0。全省大部分市（区）在施用化肥的过程中都在逐渐控制其用量，以减少对环境的污染。
4.3.2 农膜残留冗余分析
各市农用塑料薄膜残留冗余情况变化如图4所示。从图中可以发现，关中地区，相似的，依旧是铜川、渭南二市农膜残留冗余较多，对农膜残留控制较差；西安、咸阳、宝鸡三市农膜残留冗余呈波动减少趋势，杨凌波动较大。陕南、陕北地区农膜残留冗余情况均呈波动减少趋势。
在各市（区）中，延安、榆林、铜川、渭南四市农膜残留冗余值在较高水平波动，其中，延安、榆林、铜川波动幅度相似，从2007年的60%-70%减少到了2016年的40%-50%，减少了10%的冗余比例，换言之，这三市虽然农膜残留依然较多，但随着时间的推移在逐渐控制其用量。渭南市在控制农膜使用方面则情况不容乐观，在2008年之前，农膜残留冗余有小幅减少，随后飙升并一直维持在70%左右的农膜残留冗余水平，对农业生产环境造成了极大的破坏，也是导致该市农业环境效率值一直维持在较低水平的重要原因。延安市在近十年农膜残留冗余值几乎维持不变，在40%的水平轻微波动。西安、咸阳、商洛、汉中、宝鸡五市农膜残留冗余比例波动趋势相近，从前期小幅波动到后期趋于没有冗余。其中，宝鸡、咸阳二市波动幅度较大，2007年农膜残留冗余比分别为34.6%和26.95%，汉中、商洛二市波动幅度最小，仅浮动了15%。杨凌区农膜残留冗余值波动比较剧烈，大部分年份为零冗余状态，个别年份农膜残留冗余比例达到72%。纵观全省农膜使用情况，农膜残留量很大，年平均残留3715.86吨，其中陕北占21.64%，关中占61.73%，陕南占16.63%。虽然大部分市（区）都在努力控制农膜用量，但其在农田中的残留情况依然严峻，需要进一步采取措施减轻其对农业生产环境的污染。
5 结论与建议
5.1 结论
综合分析陕西省近十年农业环境效率水平和非期望产出冗余比率之后，可以得出以下结论：
1.2007—2016年陕西省农业环境效率水平中等，各市（区）差异较大；全省农业规模效率水平较高，且各市（区）差异较小。
分地区来看，陕南、陕北、关中的农业环境效率水平相差较大，陕南环境效率水平最高，关中次之，陕北最低；各区域农业规模效率水平差异不大，陕南规模效率水平相对较低。农业环境效率与规模效率的差异与当地农业生产方式的不同密切相关。陕北地处黄土高原，农业自然生产条件相对落后于陕西其他地区，水土流失严重，降水少风沙大，再加上前些年对煤等矿产资源的大量开采，严重破坏了当地的生态环境，对农业的发展产生了不小的影响。在这样的生产条件下，为了保证一定的农业产量，农民不得不使用大量的化肥、农膜等以促进农作物生长，但同时由于缺乏科学指导，过量的施用也导致了农业环境效率的低下，生态环境日益脆弱。关中地区历来属于陕西省相对富庶的区域，自然条件远优于陕北高原，平坦的地势有利于使用農业大型机械，同时坐拥全省的经济、科技、文化中心，地方政策落实得相对较好，农业生产方式相对科学合理，因而农业环境效率处于中等偏上水平，规模效率水平较高。陕南地区则囿于自然条件的限制，无法大规模使用农业机械，影响了该区域的规模效率水平，但同时囿于自然条件，使陕南发展了适合当地的农业生产模式，重视农业环境的保护，因而农业环境效率水平较高。
2.近年来，陕南地区化肥残留年均冗余较小，陕北和关中年均冗余较多；除个别城市外，全省大部分地区在控制化肥施用量方面颇有成效，化肥残留冗余值逐年减小。
化肥可以有效提供农作物生长所需的营养元素，按照科学的比例施用优质化肥，能够有效促进农作物生长，最终实现增产增收。在过去的十年中，随着农业环保政策的推进落实，农业生产方式的改进和农民观念的转变，陕西省化肥利用率在逐渐升高，虽然各区域的升高幅度有所差别。这有利于陕西省农业的可持续发展。
3.全省农膜使用情况不容乐观，在研究时期内，几乎一半的市农膜残留冗余比例长期处于较高水平，需要进一步控制当地农膜使用量。其中，陕南农膜残留年均冗余最少，其次为关中，陕北最多。
农膜是农业重要的生产资料之一，当前陕西省农膜残留较为严重，主要原因有以下几点：首先，缺乏相关政策准则，农民在使用中没有一个规范的用量参考，可能会有用量越大、对农作物生长越好的错误观念；其次，农膜质量参差不齐，大量劣质、不达标农膜充斥市场，同时农民缺乏辨识能力，使用劣质农膜，导致其残留率极大，严重污染农业生态环境。
5.2 政策建议
根据陕西省近十年农业环境效率水平和非期望产出冗余比率情况，现提出以下政策建议：
5.2.1 贯彻落实乡村振兴及农业发展相关政策，加快发展现代农业、生态农业
各市（区）应在贯彻党和国家各项惠农政策的基础上，因地制宜，积极探索适合当地的农业发展模式，优化产业结构。根据陕西省“十三五”现代农业发展规划，调整粮食作物布局结构，积极探索绿色农业、生态农业发展路径，走乡村绿色发展之路。合理使用化肥、农膜，减少农业生产资料的浪费和生态环境的污染。各地政府应该对上级农业发展文件进一步细化，制定适合当地农业发展的目标规划，促进当地农业的可持续发展。
5.2.2 关中：推进农业科技成果转化
关中农业环境效率、化肥和农膜利用率均在全省处于中等水平，应该继续出台相关政策控制化肥和农膜的使用，并探索发展新型农业生产模式。关中作为全省的科研中心，有杨凌农业技术示范区以及众多高校和科研院所，应该大力发挥科技创新力量，加强在该区域的农业科技投入，提高农业生态科技水平，并对全省乃至西部地区形成辐射带动作用，促进农业科技成果的转化。
5.2.3 陕南：强化区域示范效应
陕南地区环境效率水平在全省最高，而且在化肥残留和农膜残留的控制上也起到了示范带头作用。陕南应继续保持当前状态，形成具有特色的陕南农业发展模式，推进农业可持续发展。全省其他各市应积极效仿这两市在控制农业面源污染方面的举措，并结合当地实际情况，出台相应的监管条例，加大监管力度，促进农业环境效率水平的提高。
5.2.4 陕北：控制农业生产污染
陕北农业在发展中应该十分关注各类农业生产资料对生态环境的影响，尽最大可能控制农业生产污染。地方政府应该出台相关政策规范农民在农业生产中的不科学行为，严格控制化肥、农膜等使用量，制定最大限额，并加强监督。同时，大力监管农贸市场上相关农业生产资料的品质，严把质量关，杜绝不合格产品对农业生态环境的污染破坏。
5.2.5 加强宣传教育，提高农民环境保护意识
农业污染出现的很大一方面原因在于农民的固有观念。农民习惯于施用大量的农药化肥，大面积使用农膜，认为化肥越多，农作物产量越高。因此，加强宣传教育，破除农民固有的落后思想，可以很大程度减少化肥和农膜的过量、盲目使用。同时，加强农业新技术宣传，安排专业人员到农村中去，通过讲座、广播、手册等方式宣传新技术，并由专业技术人员去农户中展开培训，推进农业科技成果由实验室走向农田中，切实促进农业生产的提高。
参考文献
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[9]叶初升，惠利.农业生产污染对经济增长绩效的影响程度研究——基于环境全要素生产率的分析[J].中国人口·资源与环境，2016，26（04）：116-125.
[10]张可，丰景春.强可处置性视角下中国农业环境效率测度及其动态演进[J].中国人口·资源与环境，2016，26（01）：140-149.
[11]田伟，杨璐嘉，姜静.低碳视角下中国农业环境效率的测算与分析——基于非期望产出的SBM模型[J].中国农村观察，2014（05）：59-71+95.
[12]崔晓，张屹山.中国农业环境效率与环境全要素生产率分析[J].中国农村经济，2014（08）：4-16.
收稿日期：2018-06-28
作者簡介：王雪莹（1993-），女，陕西师范大学西北历史环境与经济社会发展研究院在读硕士研究生，研究方向农业经济管理和水资源经济学。
通讯作者：方兰（1969-），女，陕西师范大学西北历史环境与经济社会发展研究院教授，博士研究生导师，副院长，德国吉森大学农学博士，研究方向水资源经济学。
摘要：运用基于非径向、非角度的SBM模型，考虑化肥残留和农膜残留为非期望产出，测算陕西省2007—2016年农业环境效率水平并分析其冗余情况。结果发现：①全省农业环境效率水平中等，各市（区）差异较大，其中，陕南水平最高，关中次之，陕北最低。②陕南化肥残留年均冗余较小，陕北和关中年均冗余较多；除个别城市外，全省大部分地区在控制化肥施用量方面颇有成效，化肥残留冗余值逐年减小。③几乎一半区域农膜残留冗余比例较高，陕南最少，其次为关中，陕北最多。最后为各地农业发展提出了政策建议。
关键词：农业环境效率；非期望产出；SBM模型；农业面源污染
中图分类号：X502 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）07-0001-04
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.07.001
Research on agricultural environmental efficiency based on unexpected output
-Taking Shaanxi Province as an example
Wang Xueying ， Fang Lan
（Northwest Institute of Historical Environment and Socio-Economic Development， Shaanxi Normal University， Xian Shaanxi， 710119， China）
Abstract： Based on the non-radial and non-angular SBM model， taking into account the non-desired output of chemical fertilizer residues and agricultural film residues， the agricultural environmental efficiency level in Shaanxi Province from 2007 to 2016 was estimated and its redundancy was analyzed. There are some findings we can see from the results. ①The whole provinces has a medium level of agricultural environment efficiency， and each city （district） has a large difference. Among them， the highest level is in southern Shaanxi， followed by Guanzhong， and the lowest in northern Shaanxi. ②The average annual redundancy of fertilizer residues in southern Shaanxi is smaller， and the average annual redundancy in northern Shaanxi and Guanzhong is more. Except for a few cities， most areas of the province have achieved effective results in controlling the amount of chemical fertilizers， and the residual value of fertilizer residues has been decreasing year by year. ③Nearly half of the area has a high proportion of agricultural film residues， which is the least in southern Shaanxi， followed by Guanzhong and northern Shaanxi. Finally， the paper put forward policy recommendations for the development of agriculture in various regions.
Key words： Agricultural environmental efficiency； Unexpected output； SBM model； Agricultural non-point source pollution
陜西省位于我国西北部，包括十个城市一个示范区，总面积20.58万平方公里，常住人口3835.44万（2017年底）。陕西省平均海拔高度1127米，由北向南依次为陕北高原、关中平原和南部的秦巴山区。陕西省是西北地区工农业最为发达且人口稠密的地区，2017年全年生产总值21898.81亿元，比上年增长8.0%，位居全国15，为西北地区最高。其中，第一产业增加值为1739.45亿元，比上年增长4.6%，占GDP的7.9%。截至2016年底，陕西省耕地面积2915.08千公顷，粮食播种面积3068.73千公顷，粮食产量1228.30万吨。全省32个主要粮食生产县分别占全省粮食播种面积和粮食产量的47.46%和55.26%，平均粮食单产为4.66吨/公顷。2016年，陕西省农业生产总值为2027.56亿元，其中咸阳市最高，占全省的22.36%。陕西省经济基础好，自然条件优越，人类历史悠久，发展潜力巨大。2006年的《西部大开发“十一五规划”》计划中，关中被列为商品粮基地建设项目之一[1]；2009年，《关中——天水经济区发展规划》，计划将该地区建成国家现代农业高技术产业基地[2]；并于2018年初建成关中平原城市群 [3]，以及乡村振兴战略的提出[4]，多年连续多个政策文件表明，陕西省对我国西北部发展具有重要的战略意义，对推动西部地区农业技术进步起到了带动作用。因此，研究陕西省的农业环境效率，对于探析当前农业发展中存在的环境不友好、生态不环保问题的来源提供了重要参考，对于进一步控制陕西省农业环境污染问题，促进农业绿色发展具有重要的现实意义。
1 研究综述
鉴于环境因素对农业生产效率的影响，近年来有不少学者进行了实证研究。李谷成等（2011）应用基于方向性距离函数的Malmquist-Luenberger生产率指数方法，对1978～2008年环境规制条件下省际农业TFP增长因素进行实证分析[5]。之后，韩海彬等（2013）、潘丹等（2013）也都采用Malmquist-Luenberger生产率指数方法分析了环境约束下中国各省份农业TFP增长，并对其收敛性进行了检验[6，7]。王娜（2018）通过构建低碳农业综合评价指标体系来评价该地区低碳农业综合发展水平 [8]。田伟等（2014）进而分析了农业环境效率的影响因素[9]。崔晓等（2014）采用环境全要素生产率指数模型和符合物料守恒条件的环境效率，测算了中国20年的农业环境效率，并分析了具体变化情况[10]。张可等（2016）构建了基于强可处置视角的农业环境效率测度模型和环境全要素生产率指数，并分析了不同地区的变化[11]。叶初升等（2016）结合SBM模型、方向性距离函数和GML指数，测算了1995年至2013年中国农业生产效率和全要素生产率，同时考察了农业生产污染对农业经济增长的影响[12]。
通过对已有文献的简单梳理可以发现，农业面源污染对农业生产造成的影响已经引起了学者们的广泛关注，并已经通过各种方法进行实证研究。因此，本文拟对陕西省近十年的农业环境效率进行测算，参照已有文献并结合实际情况，具体分析陕西各市（区）农业环境效率水平。
2 研究内容及研究方法
2.1 研究内容
本文采用陕西省2007—2016年的农业投入产出数据，并考虑非期望产出，采用非角度、非径向的SBM模型，对陕西省农业环境效率水平进行测算并分析其冗余水平，提出改进目标。
2.2 研究方法
本文采用考虑非期望产出的SBM模型，线性规划如公式（1）所示：
其中，ρ表示效率，当ρ=1时，说明决策单元的生产效率强有效，当0<ρ<1时，说明生产效率无效率，有冗余，需要改进。S-表示投入松弛，期望产出松弛用Sg表示，非期望产出松弛用Sb表示，其值为负。考虑到各市（区）农业经济特征不同，选择规模报酬可变模型，运用DEA-solver pro 5.0软件测算农业环境效率及规模效率，并进行冗余分析。
3 指标选取及数据来源
参照已有文献，结合数据的可得性，本文选取的投入指标为农作物播种面积（千公顷）、农业机械总动力（千瓦）、化肥施用量折纯量（吨）、农用塑料薄膜（吨）和乡村年底从业人员（万人），产出指标为农林牧渔业总产值（万元），非期望产出为化肥残留量（吨）和农用塑料薄膜残留量（吨）。为了剔除价格变动的影响，将陕西省各市按当年价格统计的农林牧渔业总产值用各市以2007年为基期的农林牧渔业总产值指数进行折算。
化肥和农膜的残留量参照《全国污染源系数手册》《农用化肥流失手册》《薄膜手册》及相关文献，设定化肥残留系数为0.65，农膜残留系数为0.1。（其中，对于指标“乡村年底农林牧渔业从业人员数量”，陕西省各市（区）自2010年起不再统计，陕西省自2013年起数据未更新。针对缺失的数据，作者采用Eviews6.0根据趋势外推法进行预测得到。）所有数据均来源于各年度《陕西统计年鉴》。
4 实证结果与分析
4.1 各地农业环境效率变化情况分析
纵观陕西省近十年的农业环境效率，杨凌示范区在省内遥遥领先，连续多年保持农业发展环境有效率，这与杨凌本身的区域发展定位有很大关系。杨凌位于关中平原中部，是中国第一个农业高新技术产业示范区，2016年，区内生产总值（GDP）完成118.98億元，比2015年增长了10.1%。杨凌依托高新科技发展现代农业，不仅实现了农业增产增收，同时有效控制了农业生产中投入的化肥、农用薄膜等对生态环境的影响，极大地提高了该地区的农业环境效率。2016年，杨凌示范区农作物播种面积5.81亿公顷，比2015年下降了1.20%；农林牧渔业总产值达到13.13亿元，比2015年增长5.27%；而化肥施用量和农用塑料薄膜施用量分别为4560吨和675吨，较2015年分别减少了0.22%和2.17%。相比之下，渭南市的农业环境效率则相对较低，在研究时期内平均值低于0.3，近年来略有提高，但仍远低于全省其他地区。渭南市的农作物播种面积约为西安市的1.5倍（2016年两市农作物播种面积分别为683.44千公顷和439.43千公顷），是全省作物播种面积最大的地级市，占全省农作物播种面积的15.98%，化肥施用领和农膜使用量分别为西安市的3倍和5倍，而实现的农林牧渔业总产值相差无几（2016年，渭南市219.4747亿元，西安市216.4865亿元），由此可见渭南市在农业生产中的环境无效率。
反观农业规模效率，在研究时期内，各市水平相差无几，陕北、关中都维持在较高水平，陕南地区稍显落后，这主要与陕西省的地形地貌和农业生产方式等因素有关。位于黄土高原的陕北地区贯彻执行退耕还林还果政策，使得当地的生态环境大为改观，为农业的发展提供了日益良好的自然条件；农业基础设施建设的加强和社会主义新农村建设的贯彻，则为农业经济的发展提供了硬件支持和制度保障。位于中部的关中平原，自古以来就是陕西省主要的粮食产区，得天独厚的自然条件和当地政策的扶持帮助，再加上科研力量的集中投入，为关中农业的规模化发展提供了有力的支持。陕南地区由于其独特的地形条件，导致大规模使用农业机械难度较大，2016年，陕南三市农机总动力仅占全省的20%，因此，该地区主要农业生产方式不同于其他两区域的大规模集约化经营，而是以小面积分散经营为主，因而农业规模效率相对不高。
图1展示了研究时期内陕北、陕南区域的农业环境效率变化趋势。从图中可以看出，五市的环境效率值均在均呈缓慢上升趋势。商洛市2015年上升幅度较大，实现了农业生产的环境有效率；其他四市上升幅度相当，其中，延安市2007—2010年小幅波动下降，汉中市2016环境效率值达到了1；陕北两市的农业环境效率水平低于陕南三市。各市农业的环境效率值的提高主要可能是中央和地方各级政府相关政策的贯彻实施、农业生产方式由粗放型向生态型转变等因素导致的。陕北地区农业机械化规模与陕南相当，但环境效益却一直整体偏低，说明近年来陕北农业在提高农业产量、控制农业生产过程中的环境污染、建设农业生态环保体系上有所滞后。
近十年关中地区各市的农业环境效率的变化趋势如图2所示。除杨凌示范区外，其余各市的农业环境效率值均呈增加趋势，其中，铜川、渭南两市维持在低水平缓慢增加，西安、宝鸡两市增长幅度相近，差距逐渐缩小，并于2016年达到了农业生产的环境有效率，咸阳市则在研究时期内小幅波动，最终在2016年效率值为1。杨凌区在2013年之前有较大波动，之后稳定在效率值为1的水平。渭南市的年平均农作物播种面积约为铜川市的9倍，两市共占全省的18.50%，两市的年平均农林牧渔业总产值约占全省的15.02%，而两市的年平均化肥、农膜投入分别占全省的28.26%和31.39%，可见农业生产中的面源污染问题在这两个区域比较严重，农业生产资料对生态环境造成的影响较大，影响了两市农业环境效率的提高。相比之下，西安、宝鸡二市在农业生产过程中比较注意环境问题，两市的农业机械化水平位居全省前列，占据的耕地面积、创造的农业总产值以及使用的化肥、农膜在全省占相应的比例。咸阳市农业环境效率水平在2013年之前缓慢波动下降，之后与西安、宝鸡二市趋势趋同，这与咸阳市农业机械化水平的提高有很大关系。2012年咸阳被农业部确定为全国农业机械化示范区，2013年，咸阳农业机械总动力达330.0121万千瓦，比2012年增长了16.58%。在随后的几年内，机械化水平的大幅提高，伴随着化肥施用量的逐年下降，咸阳市的农业发展环境由此改善。
4.2 各地农业环境效率评价
参照已有文献，并结合本文实际情况，现对陕西省各市农业环境效率水平进行评价，各市农业环境效率水平用研究期内年平均效率值表示，将效率水平划分为低效率（农业环境效率值为0-0.35）、中效率（农业环境效率值为0.35-0.7）和高效率（农业环境效率值为0.7-1），结果如下表所示。
可以发现，陕西省各市农业环境效率水平分布均匀，处于各效率水平的市（区）数量基本一致。其中，渭南、铜川、榆林三市水平较低，杨凌区和汉中市水平较高。一半市（区）高于全省平均水平（0.57）。
4.3 非期望产出冗余分析
前文提到，本例的非期望产出包括化肥残留和农膜残留，现分别对其冗余情况进行分析。
4.3.1 化肥残留冗余分析
图3展示了陕西省各市化肥残留冗余比例在各年份的变化情况，可以发现，关中地区化肥残留冗余比例变化趋势与关中农业环境效率变化趋势大致相同。铜川、渭南两市化肥残留冗余缓慢波动减少，在减少化肥残留方面仍有很大的进步空间；西安、宝鸡二市波动稳定减少，在控制化肥残留方面成效显著；咸阳市在2014年之前波动较大，之后冗余稳定减少；杨凌区在2012年之前化肥残留冗余波动较大，之后稳定没有冗余。除个别地区个别年份外，陕南、陕北地区在研究时期内化肥残留冗余比例均小幅波动减少，各地控制化肥残留初显成效。
在全省11市（区）中，铜川、渭南两市的化肥残留冗余比例最大，换言之，化肥施用量远高于农田实际需求量，冗余值极高，对农业生态环境造成的污染和破坏极大。榆林市在研究初期化肥残留冗余有所增加，随后逐年减少，并在2016年冗余降到最低，为5804.11吨，占比6.57%。安康、延安二市化肥残留冗余波动趋势相似，呈波动减少趋势，分别由2007年的冗余比32.15%、36%降低至2016年的16.23%、20.89%。西安、宝鸡、汉中三市的化肥残留冗余值均逐年减少，并在2016年实现化肥残留零冗余。商洛市的化肥残留冗余水平一直较低并平稳减少，2015年就达到了冗余为零的状态。咸阳市则一直波动较大，2007年冗余比为35.98%，与汉中、延安相同，到2012年冗余比最高，达44.32%，最终2016年冗余比为0。全省大部分市（区）在施用化肥的过程中都在逐渐控制其用量，以减少对环境的污染。
4.3.2 农膜残留冗余分析
各市农用塑料薄膜残留冗余情况变化如图4所示。从图中可以发现，关中地区，相似的，依旧是铜川、渭南二市农膜残留冗余较多，对农膜残留控制较差；西安、咸阳、宝鸡三市农膜残留冗余呈波动减少趋势，杨凌波动较大。陕南、陕北地区农膜残留冗余情况均呈波动减少趋势。
在各市（区）中，延安、榆林、铜川、渭南四市农膜残留冗余值在较高水平波动，其中，延安、榆林、铜川波动幅度相似，从2007年的60%-70%减少到了2016年的40%-50%，减少了10%的冗余比例，换言之，这三市虽然农膜残留依然较多，但随着时间的推移在逐渐控制其用量。渭南市在控制农膜使用方面则情况不容乐观，在2008年之前，农膜残留冗余有小幅减少，随后飙升并一直维持在70%左右的农膜残留冗余水平，对农业生产环境造成了极大的破坏，也是导致该市农业环境效率值一直维持在较低水平的重要原因。延安市在近十年农膜残留冗余值几乎维持不变，在40%的水平轻微波动。西安、咸阳、商洛、汉中、宝鸡五市农膜残留冗余比例波动趋势相近，从前期小幅波动到后期趋于没有冗余。其中，宝鸡、咸阳二市波动幅度较大，2007年农膜残留冗余比分别为34.6%和26.95%，汉中、商洛二市波动幅度最小，仅浮动了15%。杨凌区农膜残留冗余值波动比较剧烈，大部分年份为零冗余状态，个别年份农膜残留冗余比例达到72%。纵观全省农膜使用情况，农膜残留量很大，年平均残留3715.86吨，其中陕北占21.64%，关中占61.73%，陕南占16.63%。虽然大部分市（区）都在努力控制农膜用量，但其在农田中的残留情况依然严峻，需要进一步采取措施减轻其对农业生产环境的污染。
5 结论与建议
5.1 结论
综合分析陕西省近十年农业环境效率水平和非期望产出冗余比率之后，可以得出以下结论：
1.2007—2016年陕西省农业环境效率水平中等，各市（区）差异较大；全省农业规模效率水平较高，且各市（区）差异较小。
分地区来看，陕南、陕北、关中的农业环境效率水平相差较大，陕南环境效率水平最高，关中次之，陕北最低；各区域农业规模效率水平差异不大，陕南规模效率水平相对较低。农业环境效率与规模效率的差异与当地农业生产方式的不同密切相关。陕北地处黄土高原，农业自然生产条件相对落后于陕西其他地区，水土流失严重，降水少风沙大，再加上前些年对煤等矿产资源的大量开采，严重破坏了当地的生态环境，对农业的发展产生了不小的影响。在这样的生产条件下，为了保证一定的农业产量，农民不得不使用大量的化肥、农膜等以促进农作物生长，但同时由于缺乏科学指导，过量的施用也导致了农业环境效率的低下，生态环境日益脆弱。关中地区历来属于陕西省相对富庶的区域，自然条件远优于陕北高原，平坦的地势有利于使用農业大型机械，同时坐拥全省的经济、科技、文化中心，地方政策落实得相对较好，农业生产方式相对科学合理，因而农业环境效率处于中等偏上水平，规模效率水平较高。陕南地区则囿于自然条件的限制，无法大规模使用农业机械，影响了该区域的规模效率水平，但同时囿于自然条件，使陕南发展了适合当地的农业生产模式，重视农业环境的保护，因而农业环境效率水平较高。
2.近年来，陕南地区化肥残留年均冗余较小，陕北和关中年均冗余较多；除个别城市外，全省大部分地区在控制化肥施用量方面颇有成效，化肥残留冗余值逐年减小。
化肥可以有效提供农作物生长所需的营养元素，按照科学的比例施用优质化肥，能够有效促进农作物生长，最终实现增产增收。在过去的十年中，随着农业环保政策的推进落实，农业生产方式的改进和农民观念的转变，陕西省化肥利用率在逐渐升高，虽然各区域的升高幅度有所差别。这有利于陕西省农业的可持续发展。
3.全省农膜使用情况不容乐观，在研究时期内，几乎一半的市农膜残留冗余比例长期处于较高水平，需要进一步控制当地农膜使用量。其中，陕南农膜残留年均冗余最少，其次为关中，陕北最多。
农膜是农业重要的生产资料之一，当前陕西省农膜残留较为严重，主要原因有以下几点：首先，缺乏相关政策准则，农民在使用中没有一个规范的用量参考，可能会有用量越大、对农作物生长越好的错误观念；其次，农膜质量参差不齐，大量劣质、不达标农膜充斥市场，同时农民缺乏辨识能力，使用劣质农膜，导致其残留率极大，严重污染农业生态环境。
5.2 政策建议
根据陕西省近十年农业环境效率水平和非期望产出冗余比率情况，现提出以下政策建议：
5.2.1 贯彻落实乡村振兴及农业发展相关政策，加快发展现代农业、生态农业
各市（区）应在贯彻党和国家各项惠农政策的基础上，因地制宜，积极探索适合当地的农业发展模式，优化产业结构。根据陕西省“十三五”现代农业发展规划，调整粮食作物布局结构，积极探索绿色农业、生态农业发展路径，走乡村绿色发展之路。合理使用化肥、农膜，减少农业生产资料的浪费和生态环境的污染。各地政府应该对上级农业发展文件进一步细化，制定适合当地农业发展的目标规划，促进当地农业的可持续发展。
5.2.2 关中：推进农业科技成果转化
关中农业环境效率、化肥和农膜利用率均在全省处于中等水平，应该继续出台相关政策控制化肥和农膜的使用，并探索发展新型农业生产模式。关中作为全省的科研中心，有杨凌农业技术示范区以及众多高校和科研院所，应该大力发挥科技创新力量，加强在该区域的农业科技投入，提高农业生态科技水平，并对全省乃至西部地区形成辐射带动作用，促进农业科技成果的转化。
5.2.3 陕南：强化区域示范效应
陕南地区环境效率水平在全省最高，而且在化肥残留和农膜残留的控制上也起到了示范带头作用。陕南应继续保持当前状态，形成具有特色的陕南农业发展模式，推进农业可持续发展。全省其他各市应积极效仿这两市在控制农业面源污染方面的举措，并结合当地实际情况，出台相应的监管条例，加大监管力度，促进农业环境效率水平的提高。
5.2.4 陕北：控制农业生产污染
陕北农业在发展中应该十分关注各类农业生产资料对生态环境的影响，尽最大可能控制农业生产污染。地方政府应该出台相关政策规范农民在农业生产中的不科学行为，严格控制化肥、农膜等使用量，制定最大限额，并加强监督。同时，大力监管农贸市场上相关农业生产资料的品质，严把质量关，杜绝不合格产品对农业生态环境的污染破坏。
5.2.5 加强宣传教育，提高农民环境保护意识
农业污染出现的很大一方面原因在于农民的固有观念。农民习惯于施用大量的农药化肥，大面积使用农膜，认为化肥越多，农作物产量越高。因此，加强宣传教育，破除农民固有的落后思想，可以很大程度减少化肥和农膜的过量、盲目使用。同时，加强农业新技术宣传，安排专业人员到农村中去，通过讲座、广播、手册等方式宣传新技术，并由专业技术人员去农户中展开培训，推进农业科技成果由实验室走向农田中，切实促进农业生产的提高。
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收稿日期：2018-06-28
作者簡介：王雪莹（1993-），女，陕西师范大学西北历史环境与经济社会发展研究院在读硕士研究生，研究方向农业经济管理和水资源经济学。
通讯作者：方兰（1969-），女，陕西师范大学西北历史环境与经济社会发展研究院教授，博士研究生导师，副院长，德国吉森大学农学博士，研究方向水资源经济学。
