本文基于2001—2020年中國31個省份的面闆資料，測算各省糧食生産碳排放強度，以DEA-Malmquist模型測算的糧食生産全要素生産率表征糧食生産技術進步，并運用雙向固定效應模型分析了糧食生産技術進步對糧食生産碳排放強度的影響及作用機制。研究結果表明：中國糧食生産碳排放強度呈現先上升再降低的趨勢，糧食生産技術進步呈現升高趨勢；糧食生産技術進步有利于降低糧食生産碳排放強度，糧食生産技術進步1個機關，糧食生産碳排放強度降低0.38t/萬元；糧食生産技術進步對糧食生産碳排放強度存在明顯的異質性，其削減作用在東、中部地區和糧食主産區更明顯；糧食生産技術進步降低糧食生産碳排放強度的作用機制為提高化肥、農藥施用效率。
氣候變暖是當今世界面臨的最嚴峻的環境問題之一，對人類社會的可持續發展構成巨大威脅。《全球升溫1.5℃特别報告》指出若無法将全球升溫控制在1.5℃以内，世界糧食安全、健康福祉以及經濟發展等多方面将面臨巨大挑戰，而溫室氣體的過量排放是導緻氣候變暖的主要原因。中國政府高度重視氣候變暖問題，積極推進經濟發展綠色低碳轉型以減少溫室氣體排放，力争在2030年前碳排放量達到峰值，2060年前實作碳中和的目标。實作“雙碳”目标，糧食作物的碳減排作用不容忽視，糧食作物播種面積占農作物總播種面積的70%，且農糧系統産生的碳排放占全國碳排放總量的14%，推動糧食産業碳減排意義重大。
糧食是農業農村經濟發展的基礎，是農民收入的重要來源。中國糧食産量從1990年4.46億t增長到2020年6.69億t，增幅達到50%，保障了國家糧食安全。但糧食生産過程中投入了大量的化肥、農藥、農膜和能源等生産要素，僅化肥投入量就達到了382.35kg/hm2，遠高于發達國家的投入量，這些生産要素的大量投入直接或間接産生了碳排放，增加了農業碳減排的壓力。2022年中央一号檔案明确提出減少農業投入品，而糧食生産技術進步是減少糧食生産要素投入，進而實作糧食碳減排的有效途徑。但糧食生産技術進步的同時，糧食生産碳排放也可能出現間斷性增加的現象。是以，明确糧食生産技術進步對碳排放強度的影響及其内在機理對實作糧食生産碳減排具有重大意義。
技術進步作為實作糧食生産碳減排目标的重要途徑，受到衆多研究人員的廣泛關注。已有研究主要集中在3個方面：一是測算技術進步和碳排放總量。已有研究主要集中在農業技術進步和農業碳排放總量的測算，大多數研究者采用随機前沿生産函數和資料包絡分析法測算了農業技術進步，基于農業生産對象的生命周期測算了農業碳排放，而側重于糧食生産技術進步和碳排放的研究較少。随着研究的深入，鄭志浩等測算了糧食種植業的技術進步，王雅楠等測算了糧食生産的碳排放總量。二是理論層面和實證層面分析技術進步對減少碳排放總量的效果。孫甯建構新古典經濟學理論分析架構論證了技術進步是破解經濟增長碳減排限制的重要途徑。一些研究人員發現農業技術進步存在部分回彈效應，但其碳減排效果依然明顯。農業技術進步的空間溢出效應顯著，通過區域間的技術擴散，可以增強技術進步的碳減排效果。三是探究碳減排的路徑和潛力。陳宇斌等發現高标準農田建設需要提高農業規模經營效率，減少農業碳排放。程秋旺等發現數字普惠金融通過農業技術進步減少農業碳排放總量。通過技術進步，中國農業碳減排潛力巨大，在保障糧食安全的前提下，糧食生産可以減少34.5%的碳排放。
總體上，已有研究主要集中在農業技術進步對農業碳排放總量的影響，而将農業技術進步按照作物類型進行細化，并進一步探究技術進步對糧食生産碳排放強度影響以及其作用機制的研究尚屬少見。鑒于此，本研究測算糧食生産技術進步及碳排放強度，分析糧食生産技術進步對糧食生産碳排放強度的影響，探讨生産技術進步降低碳排放強度的作用機制。
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理論分析
在糧食生産實踐中，傳統生産要素化肥、農藥、農膜、柴油的投入量持續增加，其導緻糧食生産碳排放強度不斷增加，提升糧食生産技術進步水準，利用先進的糧食生産技術替代傳統生産要素，是大陸糧食生産可持續發展的必由之路。糧食生産技術是指直接應用于糧食生産中的現實生産力，糧食生産技術進步是指突破原有糧食生産束縛的變革過程，包含前沿技術進步和綜合技術效率。由圖１可知，前沿技術進步是指種質創新、化肥農藥減施技術、新型肥料農藥農膜等生物化學技術和先進機械裝置投入糧食生産，進而推動生産可能性邊界外移的技術進步；綜合技術效率是指經營制度創新以及經營管理能力使糧食生産實際産出盡可能接近生産可能性邊界的技術進步。糧食生産技術進步過程中，一方面，化肥農藥減施技術、新型肥料農藥農膜技術以及新生産經驗有助于提高化肥、農藥、農膜等含碳要素投入的精準性，進而減少化肥、農藥、農膜等碳要素的備援投入，進而降低碳排放強度；另一方面，糧食生産技術進步可以提高化肥、農藥、農膜含碳要素的利用效率，進而有助于降低碳排放強度。據此，本研究提出假說1。
圖1 糧食生産技術進步對糧食生産碳排放強度影響的理論架構
假說1：糧食生産技術進步有助于降低糧食生産碳排放強度。
糧食生産活動的地區性較強，各地區農業資源禀賦不同，糧食生産技術水準、生産規模以及生産結構等存在較大差異，糧食生産技術進步對糧食生産碳排放強度的影響也存在地區差異。通常來說，經濟社會發展、地區農業資源禀賦會影響地區的糧食生産技術進步，進而對糧食生産碳排放強度産生差異性影響。同時，糧食生産逐漸出現向糧食生産優勢地區集聚的現象，糧食生産的集聚一方面會産生規模效應；另一方面，因為生産要素的過度集中産生擁擠效應，進而出現地區間糧食生産技術進步的碳減排效果的差異。據此，本研究提出假說2。
假說2：糧食生産技術進步對糧食生産碳排放強度的影響存在異質性。
在以上基礎上，從投入的角度進一步挖掘糧食生産技術進步對糧食生産碳排放強度的影響機制。結合已有研究，勞動、化肥、農藥、農膜為糧食生産最主要的生産要素，也是糧食生産碳排放的最主要來源。糧食生産技術進步可以提高勞動、化肥、農藥、農膜等要素的利用效率，在産量一定的情況下，勞動、化肥、農藥和農膜利用效率的提高有助于減少各類要素投入，繼而減少糧食生産碳排放，進而降低糧食生産碳排放強度。據此，本研究提出假說3。
假說3：糧食生産技術進步降低糧食碳排放強度的内在機制是提高勞動生産率、化肥施用效率、農藥施用效率和農膜使用效率。
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實證設計與描述性分析
模型設定
為了分析糧食生産技術進步對碳排放強度的影響效果，建構了雙向固定效應模型如式（1）：
式中，i表示省份，t表示年份；qdit為被解釋變量，表示省份i在t年的糧食生産碳排放強度；techit為核心解釋變量，表示省份i在t年的糧食生産技術進步；Xit表示控制變量；λt表示時間固定效應；ui表示各地區固定效應；εit表示誤差項；β0、β1和θ表示待估計參數。
變量測度與說明
1、被解釋變量
糧食生産碳排放強度，以糧食生産為研究對象，測算糧食生産碳排放強度，借鑒已有研究，糧食生産碳排放的計算公式為：
式中，Eijt表示i省份在t年時第j種碳源的碳排放量，μj為各生産投入品的碳排放參數，Qijt表示i省份在t年時第j種碳源的投入量，CZit為i省份在t年時糧食生産産值。
其中，碳源包括化肥、農藥、農膜、柴油和灌溉，5類碳源的碳排放系數分别為化肥0.90kg/kg、農藥4.93kg/kg、農膜5.18kg/kg、柴油0.59kg/kg、灌溉20.48kg/hm2。由于針對糧食生産化肥、農藥、農膜、柴油和灌溉投入量的統計資料可獲得性較低，本文參考文獻，通過相應權重系數從大農業口徑資料中計算糧食生産的各類投入，權重系數包括糧食作物與農作物播種面積之比（A1），糧食作物與農作物播種面積之比×農業産值與農林牧漁業總産值之比（A2），其中，糧食生産化肥投入為農業生産化肥折純量×A1，糧食生産農藥投入為農業生産農藥折純量×A1，糧食生産農膜投入為農業生産農膜施用量×A1，糧食生産柴油投入為農用柴油折純量×A1，糧食生産灌溉投入為有效灌溉面積×A1。
2、核心解釋變量
糧食生産技術進步為核心解釋變量。參考Solow的研究，糧食生産全要素生産率反映糧食生産技術進步，本研究使用糧食生産全要素生産率來衡量糧食生産技術進步，具體做法為：以2001年為基期，曆年的糧食生産全要素生産率水準用上年度糧食生産全要素生産率乘以當年糧食生産全要素生産率增長率後求得，糧食生産全要素生産率增長率通過DEA-Malmquist模型測算得到。
式中，Mi（xt+1，yt+1，xt，yt）表示t期到t+1期糧食全要素生産率變化。（xt，yt）和（xt+1，yt+1）分别表示t時期和t+1時期的糧食生産投入量和産出變量。産出變量為糧食生産總值，并以糧食類商品價格指數進行平減處理，投入變量包括勞動力投入、土地投入、化肥投入和機械動力投入，其中，糧食生産産值為農業生産總值×A1，糧食生産勞動力投入為第一産業從業人員×A2，糧食生産機械動力投入為農機總動力×A1。
3、控制變量
根據已有文獻中關于影響糧食生産碳排放的研究，選取農民收入水準、财政支農力度、城鎮化水準、基礎設施水準、第一産業占比、種植業占比、畜牧業占比、糧食産業集聚水準和農業災害情況作為控制變量。此外，為了減少不可觀測變量對估計結果造成的偏誤，作出以下處理：一是在模型建構中加入省份的固定效應變量，減少各個省份因個體特征對估計結果造成的偏誤；二是加入時間固定效應，減少時間因素對估計結果造成的偏誤。
資料來源與描述性分析
選取2001—2020年中國31個省份的省級面闆資料，所需資料均來自《中國統計年鑒》《中國農村統計年鑒》及各省統計年鑒。為消除價格變動的影響，經濟資料均以2000年作為基期進行平減處理；為使宏觀資料滿足平穩性要求，部分變量資料進行對數化處理，各變量的描述性統計結果如表1所示。
表1 變量含義和描述性分析
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實證結果與分析
糧食生産碳排放強度和技術進步測算結果
糧食生産碳排放強度和技術進步情況如圖2所示。結果顯示，2001—2020年中國糧食生産碳排放強度總體呈現出“倒U型”（先上升，後降低），具體而言，2001—2004年中國糧食生産碳排放強度不斷上升，由2001年0.42t/萬元上升至2004年0.47t/萬元，增幅達到11.90％；2005—2020年中國糧食生産碳排放強度不斷下降，由2005年0.46t/萬元降至2020年0.28t/萬元，降幅達到39.13％，其中，2016—2020年中國糧食生産碳排放強度降速明顯加快，降幅達到28.21％。上述結果表明，2015年中國提出綠色發展理念、農業部出台《到2020年化肥使用量零增長行動方案》後，中國糧食生産中化肥等含碳要素的減量有效降低了碳排放強度。
圖2 2001—2020年糧食生産碳排放強度及技術進步情況
與此同時，中國糧食生産技術進步總體呈現出不斷升高的趨勢，年平均增長率達到0.71％。具體而言，中國糧食生産技術進步在2002—2004年出現小幅度下降，2005—2015年總體呈現穩步提升，2016—2020年糧食生産技術進步速度明顯加快，表明中國在糧食生産限制日益加劇促進了糧食生産技術進步，糧食生産技術進步成為激發中國糧食生産潛力的重要路徑。
基準結果分析
為評估糧食生産技術進步對糧食生産碳排放強度的影響，本研究控制了時間和地區固定效應進行回歸，逐漸加入控制變量，估計出糧食生産技術進步對糧食碳排放強度的影響。從表2可以看出，在所有回歸結果中，糧食生産技術進步對糧食生産碳排放強度均具有顯著影響，且系數為負，表明糧食生産技術進步有助于降低糧食生産碳排放強度，與魏夢升等的研究結果一緻，假說1得到驗證。與此同時，依據表2結果可知，糧食生産技術進步1個機關，糧食生産碳排放強度降低0.38t/萬元。
表2 糧食生産技術進步對糧食生産碳排放強度影響的估計結果
在控制變量中，農民收入水準、城鎮化水準、第一産業占比和種植業占比可以顯著影響糧食生産碳排放強度。具體而言，農民收入水準越高的地區越容易降低碳排放強度，這是因為農民收入水準的提高會增強農戶的環境感覺，進而提高農戶采納綠色生産技術的機率，進而降低碳排放強度。城鎮化水準越高，糧食生産碳排放強度越低，這主要是城鎮化增加了綠色農産品的需求，進而有助于促進糧食的綠色生産，進而降低糧食生産碳排放強度，這與邵帥等城鎮化與碳排放績效呈“U型”關系的研究結論不同，可能的原因在于本研究主要為糧食生産，研究對象差别可能造成顯著的差異。第一産業占比和種植業占比越高，糧食生産碳排放強度越低，可能的原因在于農業專業化水準的提高有助于降低農業技術創新的成本，進而加速糧食生産技術進步，進而有助于降低糧食生産碳排放，這與溫世彬的研究結論相符。此外，财政支農力度、基礎設施水準、畜牧業占比、糧食産業集聚水準和農業災害情況對糧食碳排放強度的影響不顯著。
内生性讨論
通過建構雙固定效應模型和引入控制變量，遺漏變量和選擇性偏誤導緻的内生性問題得到了較好的解決，但考慮到糧食生産技術進步和碳排放強度之間可能存在一定的反向因果問題，即糧食生産技術進步影響糧食生産碳排放，但反過來，糧食生産碳排放強度的增加會助推糧食生産技術進步。為解決反向因果問題導緻的内生性問題，進而得到無偏的回歸結果，參考馬九傑和崔恒瑜的做法，選取核心解釋變量的前一期作為控制變量進行再次回歸以解決可能存在的内生性問題，一方面，前一期糧食生産技術進步與當期糧食生産技術進步高度相關；另一方面，前一期糧食生産技術進步不會對當期糧食生産技術進步産生直接影響。是以，選擇前一期糧食生産技術進步作為工具變量采用工具變量兩階段法（IV-2SLS）進行估計，估計結果見表3。
由表3前一期糧食生産技術進步對當期糧食生産技術進步的影響效應檢驗結果，可以看出，前一期糧食生産技術進步對當期糧食生産技術進步具有顯著影響，表明工具變量和糧食生産技術進步顯著相關，滿足工具變量的相關性要求，且第一階段回歸的F值為125.19，顯著大于10這一經驗值，說明不存在弱工具變量問題，以上檢驗說明選擇前一期糧食生産技術進步作為工具變量有效。由表3引入工具變量後糧食生産技術進步對碳排放強度的影響效應檢驗結果，可以看出，糧食生産技術進步可以降低碳排放強度，且在1％的統計水準上顯著，同時，糧食生産技術進步1個機關，糧食生産碳排放強度降低0.46t/萬元，考慮反向因果問題後的估計結果與基準回歸結果相近，進而驗證糧食生産技術進步顯著降低糧食生産碳排放強度的結果是穩健的。
表3 工具變量估計結果
異質性分析
為進一步考察糧食生産技術進步對糧食生産碳排放強度影響的異質性，參考李波等、田雲等的研究，重點分析中國東、中、西部地區以及糧食主産區和非主産區糧食生産技術進步對碳排放強度影響的差異性（表4）。
表4 異質性分析結果
一是東、中、西部地區差異。東、中、西部地區糧食生産的社會經濟條件、自然資源禀賦和技術特點存在一定差異，進而可能導緻糧食生産技術進步對糧食生産碳排放強度的影響存在差異。本研究将樣本分為東、中、西部進行分組回歸，表4中東、中、西部地區糧食生産技術進步對糧食生産碳排放強度的影響，結果顯示，中部地區糧食生産技術進步的碳減排效果最有效，且在1%統計水準上顯著；東部地區糧食生産技術進步的碳減排效果次之，且在1%統計水準上顯著；而西部地區糧食生産技術進步的碳減排效果不顯著。可能的原因：中部地區和東部地區經濟發展水準高，碳排放的機會成本更高，使中部地區和東部地區的糧食生産者更加注重糧食生産的可持續性，進而更有助于降低碳排放強度；而西部地區經濟發展水準相對較低，糧食生産者更加注重增産增效型技術，使西部地區的糧食生産者更為依賴含碳要素的投入，進而弱化了糧食生産技術進步的碳減排效應。
二是糧食主産區和非主産區的差異。參考張哲晰等的研究，産業集聚會對碳減排産生影響，糧食主産區往往會出現糧食生産的集聚，進而可能導緻糧食主産區和非主産區糧食生産技術進步對糧食生産碳排放強度的影響存在差異。鑒于此，本研究将樣本分為糧食主産區和非主産區進行分組回歸，由表4糧食主産區和非主産區糧食生産技術進步對糧食生産碳排放強度的回歸結果可以看出，主産區糧食生産技術進步對碳排放強度具有負向影響，且在10％統計水準上顯著；而非主産區糧食生産技術進步降低碳排放強度的作用效果不顯著，上述結果表明，糧食生産技術進步對糧食生産碳排放強度的影響在糧食主産區和非主産區存在顯著差異，且主産區糧食生産技術進步的碳減排效果明顯優于非主産區。可能的原因為：糧食主産區逐漸形成糧食生産的産業集聚，進而實作了糧食生産的規模經濟，進而緻使主産區糧食生産技術進步的碳減排效果更明顯。
作用機制檢驗
上述結果表明，糧食生産技術進步顯著減少糧食生産碳排放強度，但尚未回答糧食生産技術進步通過什麼路徑實作糧食生産碳排放強度的減少。結合中國糧食生産實際和已有相關研究，本研究考慮勞動生産率、化肥施用效率、農藥施用效率、農膜使用效率為可能的傳導路徑，即糧食生産技術進步降低碳排放強度的作用機制為提高勞動生産率、化肥施用效率、農藥施用效率、農膜使用效率。借鑒江艇關于作用機制檢驗的研究，将糧食生産技術進步分别對勞動力生産率、化肥施用效率、農藥施用效率、農膜使用效率進行回歸，由表5糧食生産技術進步對勞動力生産率、化肥施用效率、農藥施用效率、農膜使用效率影響的估計結果可以看出，糧食生産技術進步對化肥施用效率、農藥施用效率具有正向影響，且在1%的統計水準上顯著，而糧食生産技術進步對勞動生産率和農膜使用效率的影響不顯著，也就是說糧食生産技術進步降低糧食生産碳排放強度的内在機制為提高化肥施用效率和農藥施用效率。
表5 作用機制檢驗結果
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結論與政策建議
結論
糧食生産技術進步是實作降低糧食生産碳排放強度的關鍵，基于中國2001—2020年31個省份的面闆資料，在建構理論分析架構的基礎上，采用雙向固定效應模型探究了糧食生産技術進步對糧食生産碳排放強度的影響，得出以下結論。
1）糧食生産技術進步有利于降低糧食生産碳排放強度，糧食生産技術進步1個機關，糧食生産碳排放強度降低0.38t/萬元。此外，農民收入水準、城鎮化水準、第一産業占比和種植業占比的提高可以顯著降低糧食生産碳排放強度。
2）糧食生産技術進步對糧食生産碳排放強度的影響存在異質性。糧食生産技術進步對糧食生産碳排放強度的影響在東、中部地區更加明顯，而在西部地區不明顯，東、中部地區更加注重糧食的綠色生産；相比糧食非主産區，糧食生産技術進步對糧食生産碳排放強度的影響在主産區更明顯，糧食産業集聚更有助于發揮糧食生産技術進步降低糧食生産碳排放強度。
3）糧食生産技術進步通過提高化肥施用效率和農藥施用效率降低糧食生産碳排放強度。糧食生産技術進步會顯著提高化肥施用效率和農藥施用效率，進而降低糧食生産碳排放強度，而勞動生産率和農膜使用效率并非糧食生産技術進步降低糧食生産碳排放的内在機制。
政策建議
基于上述結論，在目前農業綠色發展的背景下，為加快實作糧食生産低碳化、可持續發展，提出以下政策建議。
1）加大财政支援力度，推進糧食生産技術創新與應用，持續提升糧食生産的技術貢獻率。一是以财政支援的方式激勵糧食生産技術創新主體，鼓勵高校院所、企業等多元主體參與糧食生産技術創新。二是加強糧食生産技術進步推廣應用補貼力度，采用實物補貼、資金補貼以及技術示範和教育訓練等多元化推廣方式推動糧食生産技術推廣應用。
2）在頂層設計方面要注重糧食生産技術進步的地區異質性，因地制宜推進糧食生産技術進步。在西部地區以及糧食非主産區要進一步推動糧食生産技術的擴散程度，加深糧食生産者對先進糧食生産技術的了解和認識，使糧食生産技術進步可以發揮産業集聚的規模優勢，進而實作這些地區糧食生産的碳減排。
3）重點推廣減肥減藥技術，不斷提高化肥施用效率和農藥施用效率。逐漸形成低碳型、低能耗型、環境友好型、資源節約型等一系列互相配套的化肥、農藥利用體系，通過不斷提高化肥施用效率和農藥施用效率實作降低糧食生産碳排放強度的目标。
作者簡介：闫豪玮，中國農業大學經濟管理學院，博士研究所學生，研究方向為農業經濟理論與政策；穆月英（通信作者），中國農業大學經濟管理學院，教授，研究方向為農業經濟理論與政策。
原文發表于《科技導報》2024年第7期，歡迎訂閱檢視。
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