有机肥对化肥替代弹性效应研究

摘要 利用2021年国家甘薯产业技术体系产业经济固定观察点数据，构建超越对数生产函数模型，以有机肥施用量、化肥施用量、劳动力人数、其他资本投入和甘薯种植面积为投入要素，甘薯单产为产出要素。实证研究甘薯种植生长过程中，有机肥与化肥的施用对甘薯产量的影响，并探索二者之间的替代关系及程度。结果显示，有机肥与化肥均对甘薯单产有显著正向影响，化肥的产出弹性为0.817，是甘薯生长过程中最重要的投入要素，有机肥的产出弹性为0.503，有机肥对甘薯单产的影响弱于化肥，并且二者对甘薯单产的影响均呈现倒“U”形，但有机肥对于化肥产出弹性的提高具有正向促进作用。有机肥与化肥的替代弹性小于1，二者之间替代关系较弱，存在一定的互补性，因此为了保证甘薯的产量和品质，应推广有机肥和化肥配合施用。产出弹性在不同的薯区之间存在差异性，因地制宜施用肥料，了解土壤的基础肥力、生化环境至关重要。因此，建议提高有机肥的施用来促进化肥的产出效率，因地制宜选择适量的有机肥化肥配施，提高肥料的利用率和经济效益。

关键词 有机肥替代化肥；超越对数生产函数；产出弹性；替代弹性

中图分类号 S-9   文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2023）23-0214-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.23.048

Research on the Substitution Elasticity Effect of Organic Fertilizers on Chemical Fertilizers—Taking Sweet Potato as an Example

WANG Ling-yun1， HAN Xi-qiu1， LU Jian-zhen2

（1.School of Economics and Management， Nanjing Agricultural University， Nanjing， Jiangsu 210095;2.Institute of Agricultural Economics and Development， Jiangsu Academy of Agricultural Sciences， Nanjing， Jiangsu 210014）

Abstract Using the fixed observation point data of the national sweet potato industry technology system in 2021， this paper constructs a transcend logarithmic production function model. Taking organic fertilizer application amount， chemical fertilizer application amount， labor force， other capital input and sweet potato planting area as input factors， sweet potato yield per unit is the output factor. This paper empirically studies the effects of organic and chemical fertilizers on the productivity of sweet potato in the process of sweet potato planting and growth， and explores the substitution relationship and degree between the two. The results showed that both organic fertilizer and chemical fertilizer had a significant positive effect on sweet potato yield. The output elasticity of chemical fertilizer was 0.817， which was the most important input factor in the growth process of sweet potato. The output elasticity of organic fertilizer was 0.503. The effect of fertilizer is weaker than that of chemical fertilizer， and both of them have an inverted U-shaped effect on sweet potato yield， but organic fertilizer has a positive effect on the improvement of fertilizer output elasticity. The substitution elasticity of organic fertilizer and chemical fertilizer is less than 1， the substitution relationship between the two is weak， and there is a certain complementarity. Therefore， in order to ensure the yield and quality of sweet potato， the combined application of organic fertilizer and chemical fertilizer should be promoted There are differences in yield elasticity between different potato regions. It is very important to understand the basic fertility and biochemical environment of the soil when applying fertilizers according to local conditions. Therefore， this paper proposes to increase the application of organic fertilizers to promote the output efficiency of chemical fertilizers， and to choose the appropriate amount of organic fertilizers and chemical fertilizers according to local conditions， so as to improve the utilization rate and economic benefits of fertilizers.

Key words Organic fertilizers replace chemical fertilizers;Transcend logarithmic production function;Output elasticity;Elasticity of substitution

基金项目 国家现代农业产业技术体系资助项目（CARS-10-B23）；江苏省高校优势学科建设工程项目（PAPD）；江苏省研究生科研与实践创新计划项目（KYCX20_0613）。

作者简介 王凌云（2000—），男，安徽安庆人，硕士研究生，研究方向：现代企业管理。

*通信作者，副研究员，博士，从事农业产业经济研究。

收稿日期 2022-12-04

甘薯不仅是重要的粮食农作物而且是某些领域不可或缺的工业、能源和饲料的原材料，尤其对于欠发达地区，甘薯具有重要的社会与经济意义；甘薯在全球范围内是继小麦、水稻、玉米、马铃薯、大麦、木薯后第七大重要粮食农作物，具有高产、味美、营养价值丰富等特色，在全世界范围内广泛种植并且深受人们喜欢［1-3］。甘薯广泛种植于世界上100多个国家，我国作为世界上最大的甘薯生产国，近年来甘薯种植面积超过660万hm2，约占世界总面积的70%，产量占世界总产量的60%以上，甘薯种植面积和产量均居世界首位［4］。在大米、马铃薯、玉米、甘薯4种农作物中，甘薯能源效益价值和经济生产力最高［5］。

肥料是农业生产的基础要素之一，直接影响作物的产量和品质。自从绿色革命伊始，化肥在农业生产中的作用是不可或缺的，并且随着农业产业的发展，施用量在全球范围内逐渐增加［6-7］。但是随着肥料粗犷式的施用，不仅肥料利用率低下，造成重金属污染，并且流失的养分元素会引起潜在的环境问题并且制约着农业生产的绿色可持续发展［4，8-9］。在我国，目前肥料施用造成的环境问题日益严重，主要体现在有机肥施用不足以及化肥过度施用，因此，施肥方式的改进是保证农业可持续发展的关键。党的十九大报告提出绿色可持续是我国现代农业的发展趋势，发展和推广有机肥是我国现代农业生产发展的基本国策之一，进而推动农业产业结构升级［10-11］；现代农业的发展关注点不仅在农产品的产量上，更重要的是农产品品质以及对环境的保护。《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》明确提出要“增强全社会生态环保意识”“我们要建设人与自然和谐共生的现代化”，尤其是“推进减量施用化肥农药”。2022年关于印发《农业农村污染治理攻坚战行动方案（2021—2025年）》的通知中大量有关实施化肥农药减量增效行动，实施精准施肥，推广应用机械施肥、种肥同播、水肥一体化等措施，加强绿色投入创新研发，持续推进农药减量控害，为乡村振兴提供有力支持。

有机肥在某些方面较于化肥有着显著优势，第一，有机肥可以给土壤提供有机质和微量营养元素，改善土壤理化性质，进一步提高作物的产量和品质［12］；第二，有机肥中的有机质和腐殖质能够提高化肥的利用率，提高旱地土壤吃水能力，从而促进根系进一步吸收养分［13］；第三，有机肥是环境友好型肥料，适量施用并不会像化肥施用造成温室气体排放、全球变暖、重金属污染等负面影响［14］。尽管有机肥的优势比较明显，但是在国内的施用仍然受限，受限的原因主要是：①有机肥的肥力相较于化肥比较低，获得同等产量的情况下，有机肥的投入要远高于化肥，所对应的购买成本和人工成本、运输成本等都显著提高；②种植户对于有机肥的认知和学习较少，推广有机肥的难度较大；③在国内许多农户种植的是小麦、玉米等低价值作物，为了获得可观的利润不得不施用更多化肥［15］。

鉴于不合理施用化肥造成的环境污染问题和制约农业可持续发展，解决这2个重要问题的关键途径即有机肥替代化肥［16］。因此，探究有机肥能否替代化肥，在多大程度上可以替代，是促进农业绿色可持续发展的重要路径。因此该研究根据固定观察点数据提出2个研究问题：有机肥和化肥的施用对于甘薯产量的提升有多大作用？化肥作为甘薯生产必不可少的营养来源，能否被有机肥所替代且能够被替代的程度如何？

基于此，很多研究者针对上述问题进行了相关探索。沈其荣等［17］认为随着化肥的高速发展，施用化肥对作物高产作出了巨大贡献，但我国施用有机肥料具有悠久的历史，有机肥对获得作物优质高产是化肥所替代不了的。刘莉等［16］基于渤海湾苹果主产区果农施肥行为调查研究，通过构建超越对数生产函数分析化肥和有机肥的施用对苹果单产的影响以及化肥和有机肥之间的替代弹性，实证研究结果表明施用化肥和有机肥均对甘薯单产有显著正向影响，但是二者之间的替代弹性值为0.88，替代关系较弱。Fang等［18］基于随机前沿生产函数和超越对数生产函数研究苹果种植中有机肥与化肥之间的替代关系，并提出相关建议措施。杨钰蓉等［19］运用二元Logistic模型，研究湖北省茶叶种植户减量替代政策对种植户采纳4类有机肥替代技术模式意愿的影响，结果认为应根据不同类型技术模式特征实行差别化的化肥减量替代政策。张哲晰等［20］基于样条模型和超越对数生产函数模型对农户有机肥替代化肥的现状、驱动因素及异质性进行研究，结论显示合作组织能力不足、优质优价机制尚未形成、有机肥效不稳定等问题限制农户替代的积极性。苏淑仪等［21］基于山东省917个蔬菜种植户调研数据，构建内生转换模型探究有机肥替代的收入效应和增收机制，结果表明有机肥替代的收入效应明显。已有较多研究讨论了化肥的产出弹性，但是鲜有以甘薯为研究对象探讨化肥和有机肥的产出弹性，因此，该研究基于固定观察点的调研数据，构建甘薯超越对数生产函数，将化肥和有机肥同时纳入研究框架，研究化肥和有机肥对甘薯单产的影响以及二者之间的替代关系。

1 理论分析与模型构建

1.1 理论分析

当前，尽管已经通过育种的方式解决了种质的限制，但非生物和土壤的限制，尤其是土壤肥力仍然限制了甘薯的产量［22］。缓解土壤肥力的限制影响，可能的措施是施用有机肥、化肥。已有很多研究表明施用化肥和有机肥可以直接或间接提高甘薯的产量［23-25］。但是在甘薯生产过程中，有机肥和化肥对影响甘薯产量的机制不同，化肥主要提供氮磷钾营养元素，适宜的氮磷钾不仅能促进甘薯地上茎叶的生长，有利于光合作用，促进氨基酸、蛋白质和维生素的合成，又能促进碳水化合物从叶片向块根的运输，块根迅速生长［26］，显著提高了甘薯产量；而有机肥主要提供有机质，增加微量营养元素、提高微生物多样性和酶活性，丰富的营养元素有利于改善土壤理化性质并提高甘薯品质。在土壤有机质含量比较高时，化肥中养分可以被甘薯有效吸收，相比有机肥肥效较弱，化肥的增产效果较为明显，此时呈现出化肥替代有机肥的趋势；若土壤有机质含量较低，土壤活性较差，有机肥提供的有机质可以改善土壤环境，促进甘薯吸收养分，此时呈现出有机肥替代化肥的趋势［16］。从农户理性经济人假说角度分析，农户经营的目标是利润最大化，一定的条件下是在既定的成本下获得最大的产出，如果有机肥价格下降或者化肥价格上升，必定会促进农户有机肥替代化肥，如果有机肥价格上升或者化肥价格下降，农户自然会选择化肥替代有机肥。而且，由于有机肥的肥力不足，单位面积的施肥量远远高于化肥的施用量，施肥的人工成本也比化肥多，如果人工成本增加可能会促进化肥替代有机肥，相反可能会促进有机肥替代化肥。基于此，经过文献整理，该研究探究在甘薯生产过程中，有机肥与化肥对甘薯产能的影响，并且二者之间相互替代的关系以及程度。