孙杰 周力 应瑞瑶：供需视角下化肥减量增效技术扩散机制研究

作者信息：

孙杰（南京农业大学公共管理学院）

周力，应瑞瑶（南京农业大学经济管理学院）

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本文来源于《农业技术经济》2024年第2期，全文有删减，完整版前往中国知网查看。

一、引言

发展化肥减量增效技术作为保障我国粮食安全、实现可持续发展的关键路径，已得到学界及政界的广泛认可，但现阶段技术的扩散速度仍然较慢。为鼓励农户采用化肥减量增效技术，中国政府提供了大量财政支持。此外，化肥减量增效技术的经济效益及生态效益也得到了学者的广泛认可。然而，目前我国农户技术采用的积极性普遍不高，相关政策的效果并不理想。技术已推广十余年，为何扩散速度仍然较慢？针对制约因素如何优化相关政策措施？回答以上问题对促进化肥减量增效技术扩散、实现绿色发展具有重要的理论和现实意义。

虽然已有诸多学者对制约化肥减量增效技术扩散的原因进行探讨，但大多关注农户视角，缺乏对企业供给端的深入研究。如有学者指出农户的人力资本、耕地特征（Walton等，2008）、农户是否接受过技术培训等是影响技术扩散的关键因素。但究竟是市场上已存在充足的技术相关产品（如配方肥），农户由于自身因素制约对技术的需求不足？还是农户虽然存在需求，但由于企业供给成本过高不愿意采用？已有研究尚未明确回答。此外，技术推广已有十余年，随着技术进步，现阶段农户需求以及企业供给也发生了相应改变，并由此引致新的约束条件，已有研究对此问题关注也较少。

基于此，本文以测土配方施肥技术为例，聚焦现阶段由于技术进步带来的新转变，从技术供给及需求双方着手，构建化肥减量增效技术扩散的理论分析框架。进一步地，本文基于农户调研、离散选择实验、企业访谈数据等，通过案例分析和实证模型相结合的研究方法，对理论假说进行检验。本文贡献体现在以下两方面：首先由于已有关于化肥减量增效技术的研究鲜少从农户需求及企业供给两方面系统深入地分析技术扩散缓慢的原因，本文加深了对农户化肥减量增效技术采用行为的理解，丰富了相关领域的研究内容，具有一定的学术意义和价值。其次，本文聚焦现阶段由于技术转变带来的技术推广新约束，借助离散选择实验方法对扩散缓慢的机制进行了探究。相关研究成果对当下政府调整干预策略、促进化肥减量增效技术推广、保障粮食安全、促进绿色发展，具有一定的政策意义。

二、文献综述

（一）化肥减量增效技术的扩散机制研究

已有诸多学者就农户采用化肥减量增效技术的影响因素展开分析。首先，年龄、受教育程度等人力资本是影响农户技术采纳决策的主要因素。其次，技术培训是影响技术扩散的关键。再次，农场规模对技术扩散有重要影响。另外，技术可获性是影响技术扩散的重要因素。最后，风险偏好是影响农户技术采用决策的关键因素。

上述国内外学者围绕化肥减量增效技术采用决策的理论和实证研究，为本文提供了坚实的基础，但仍待进一步研究。（1）已有相关研究中，学者多关注农户方面，较少从企业供给方进行深入分析。企业供给成本是影响农户技术采用净收益的关键因素，如果忽略了企业供给端的行为决策，将会影响对农户技术采用行为的理解。（2）已有相关研究对现阶段由于技术进步带来的新约束关注较少。随着技术进步，农户需求及企业供给发生了转变，有必要结合现阶段技术推广面临的新挑战展开进一步的研究。因此本文将在借鉴、吸收国内外已有研究成果基础上，聚焦现阶段由于技术进步带来的新约束，从农户需求及企业供给两方面出发，深入分析制约化肥减量增效技术扩散的内在机理，为相关政策的制定提供理论及现实依据。

三、理论分析框架

（一）农户对化肥减量增效技术的需求意愿

随机效用理论是离散选择实验的理论基础，该理论由Marschak于1960年提出，并进一步由McFadden完善及推广。

对于属性“配方肥适用区域”的待估计系数配方肥适用区域而言，由于政府对测土配方施肥技术的广泛宣传会显著提高农户对施用配方肥的预期收益，且考虑到测土配方施肥技术是强调差异化按需施肥的相关技术，在其他属性固定不变，即对于本文设计的离散选择实验而言，除配方肥适用区域存在差异外，配方肥的购买距离、净含量、价格等属性都相同时，与整个县级行政区推广一种配方肥相比，随着配方肥适用范围精准度的提高，政府对技术的相关宣传可能会提高农户对施用配方肥的预期产量，进而增加农户选择精准度较高选择项的概率。

农户对属性“配方肥适用区域”的边际支付意愿为正，意味着与整个县级行政区推广单一种类的配方肥相比，随着配方肥适用范围精准度提高，农户购买配方肥的支付意愿增加。基于以上分析，本文提出如下假说：

假说1：随着政府推广配方肥的适用范围精准度提高，农户对配方肥的支付意愿增加。

（二）企业对化肥减量增效技术的供给决策分析

1.不同配方肥生产工艺的对比分析。研究配方肥的生产成本需首先对配方肥的生产工艺进行区分。配方肥生产工艺主要分为物理法和化学法。物理法是通过物理方式让原料中的颗粒混合或相互结合制成新的肥料，如掺混工艺即是其典型一例，化学法则是以化学反应合成为主要方式，如高塔造粒工艺则是其典型代表。本文以掺混工艺和高塔造粒工艺为例，详细阐述两类生产工艺之间的差异。

（1）掺混工艺制成的配方肥是由氮、磷、钾3种单一肥料按一定比例通过物理掺混而成，在制造过程中不需要添加半成品或化学原料。因此掺混工艺具有流程短、投资少、产品配方灵活等优点。

（2）高塔造粒工艺是利用熔融尿素（或硝铵液）和磷酸一铵、氯化钾、硫酸钾及填充剂可形成低共熔点化合物的特性，将预热后的粉状磷酸一铵、氯化钾或硫酸钾与熔融尿素或熔融硝铵液充分混合，通过反应生成流动性较好的共熔体，再通过专用喷头喷到造粒塔后，在空气中冷却并固化成颗粒，落入塔底，经冷却后进行筛分、表面调理、计量和包装，制成成品。生产过程中，生产人员对温度、物料配比、混合时间、颗粒大小的控制较为严格。

虽然与掺混工艺相比，高塔造粒工艺的肥料生产成本较高且产品配方受限，但由于高塔造粒工艺制成的肥料利用率高、施用效果好，现阶段已成为主流的生产工艺。具体而言，由于高塔造粒工艺中物料的混合是在熔融状态下进行，因此产品颗粒强度高，表面光滑圆润，不易结块，养分含量高且分布均匀。相比之下，由掺混工艺制成的肥料在贮运过程中容易分层，产生养分分布不均匀的问题，对施用效果产生不利影响。因此，越来越少的农户施用由掺混工艺制成的肥料。基于此，下文聚焦化学法生产工艺，讨论随着政府推广配方肥适用范围精准度的提高，配方肥生产成本的变化。

2.配方肥适用范围精准度提高对生产成本的影响分析——基于化学法生产工艺视角。

（1）生产工艺方面。由于测土配方施肥技术需差异化按需投入生产要素，农户需求呈现“多样化、小批量”特点，故对于“单一化、规模化”特征的化肥企业而言，生产成本较高，制约了技术的扩散。具体而言：

首先，规模化生产与小批量需求难匹配。由于建设每条生产线需耗费巨额投资，所以大型肥料企业的生产线数量少，单批次生产规模高。其次，单一化供给与多元化需求不相符。目前，中国的复合肥生产企业产品配方一般仅在几个到十几个品种，且有的企业长期生产单一的通用型肥料。

（2）制度环境方面。由于补贴招标肥不允许跨县级行政区销售，因此配方肥的需求呈小规模特点。此外，由于本地肥料企业的发展关系到当地经济发展水平，故政府更偏向保护本地企业。市场占有率低进一步加深了生产规模化与小规模需求之间的矛盾，提高了生产成本。基于以上分析，本文提出如下假说：

假说2：随着政府推广配方肥适用范围精准度的提高，配方肥的生产成本增加。

（三）化肥减量增效技术的供需综合分析

在完全竞争市场中，配方肥的供给与需求及均衡价格和产量由市场决定。综合本文理论分析可知，当企业小批量生产多种配方肥时，生产成本增加，企业的供给曲线向上平移，农户对多种配方肥的支付意愿增加，需求曲线向上平移。由于农户对配方肥的支付意愿受到收入水平、技术采用的预期收益等因素的影响，增加幅度有限。因此，政府推广的配方肥精准度较高时，配方肥生产成本的增加值高于与农户支付意愿的增加值。故与1种配方肥相比，企业供给多种配方肥时，配方肥的均衡价格提高，均衡数量减少。基于以上分析，本文提出如下假说：

假说3：与推广1种配方肥相比，政府推广的配方肥适用范围精准度较高时，配方肥的价格较高，进而对农户的采用决策产生负向影响，即“价格”是抑制农户采用决策的关键因素。

四、数据来源与计量模型

（一）数据来源

1.离散选择实验数据。本文数据来自于2018年课题组在湖南、江西两省开展的实地调查。课题组首先根据经济发展状况和水稻产量状况，随机抽取5个水稻种植县，每个水稻种植县选取4个水稻主产村，共计20个样本村；最后在每个样本村随机抽取20个有效样本量，共计400个有效样本。值得注意的是，为确保实验完成的有效性，在选取调研对象时，若调研样本无效，如农户完成一半不愿继续作答，则调研人员需重新对备选者进行调研，以完成400个有效样本量。此次调查采用一对一的访谈形式并保障被调研者的知情同意权。

2.配方肥企业的访谈资料。企业资料来源于2018年对全国两家大型化肥企业进行的问卷访谈。

3.中介机制模型中采用的农户调研数据。数据来自于2017年课题组在湖南、江西、江苏三省开展的实地调查。课题组首先根据经济发展、水稻产量状况，采用分层随机抽样方法在每省选取3个水稻种植县；然后在每个县采用同样的抽样方法选取4个水稻主产村，共计选取了36个样本村；最后在每个村随机抽取15至25个农户，共计选取了733个样本农户。调查采用一对一的访谈形式并保障被调研者的知情同意权。在剔除信息不完整及前后回答不一致的无效问卷后，调查共获取722份有效问卷，问卷有效率为98.50%。

（二）农户对化肥减量增效技术的需求意愿分析

1.离散选择实验设计。离散选择实验是测度消费者偏好的主要方法。该方法已被广泛应用于耕地保护、农产品价值、消费扶贫各个领域。故本文采用离散选择实验方法测度农户对化肥减量增效技术的需求意愿。

属性的选取和级别的设计依据相关文献、业内专家（如化肥经销商、化肥企业负责人）、农户等多方观点设计而成，保障了属性选取及级别设计的科学性。由于离散选择实验中属性不能过多，众多选项会使受访者失去耐心、降低其分辨能力，做出有偏选择。故本文从农户选购配方肥时主要看重的化肥特性出发，选取以下方面作为离散选择实验的属性：（1）配方肥适用区域；（2）购买配方肥的距离；（3）净含量；（4）单价。每个属性的级别也是以现实中的真实情况作为基准。

本文参照已有研究，使用JMP统计软件并依据效率设计（Efficient Design）法，设计离散选择实验的具体实施方案。为了减少疲劳效应对离散选择实验结果产生的负面影响，本文采用区块设计来减少每个受访者面临的选择集。

本文在调研中，采用了“廉价谈话法”（Cheap Talk）以确保受访者能够理解选择集，准确地表达自己的偏好。具体而言，调研员在进行离散选择实验时，将在与现实相联系的基础上，首先详细而通俗地介绍了各个属性的具体含义，并采用具体示例的方式，便于受访者理解实验的设计，然后再测度受访者偏好。

2.模型设定。混合Logit模型（Mixed Logit）是测度离散选择实验的常用计量模型。该模型不需要满足“无关选择的独立性”（IIA）假说，可以克服IIA假设的局限性，模型表达式如下：

（三）化肥减量增效技术的供需综合分析

本文引入“配方肥价格”作为中介变量，参照已有研究，来构造中介效应模型对假说3进行检验。

参照已有研究，本文包括了户主特征、农户特征、区域虚拟变量等。此外，考虑到本文推广配方肥的调研区域测土配方施肥补贴项目的补贴环节存在差异，为控制补贴政策对农户施用配方肥的影响，本文亦纳入了农户是否享受到配方肥价格补贴作为控制变量。另外，考虑到与传统化肥相比，对于农户而言，配方肥是一项新技术，其效果具有不确定性。技术采用者的收益可以为农户提供参考，降低农户的技术采用成本。因此本文将配方肥的施用效果也纳入到采用决策模型中。

五、实证分析结果

（一）农户对化肥减量增效技术的需求意愿分析

本文采用Stata15.0软件分析混合Logit模型，得出结果。本文将“单价”及“退出选择”变量设置为固定参数，故“单价”及“退出选择”没有展示系数的标准差。由于条件Logit模型亦是分析离散选择实验的主要计量模型，故本文采用条件Logit模型进行稳健性检验。从回归结果来看，两个模型的整体拟合状况较好，卡方检验结果均在1%的水平上显著，且混合Logit模型与条件Logit模型的系数显著性及正负性基本一致，结果具有稳健性。

首先，就本文的关键属性“配方肥适用区域”而言，该属性3个级别（即“配方肥精准到户”“配方肥精准到村”及“配方肥精准到乡”）的系数均值均为正且均在1%的水平上显著。表明与政府在整个县级行政区仅推广1种配方肥相比，当政府推广的配方肥适用范围精准度提高（如精准到户/村/乡）时，受访者获得的效用增加。另外，“配方肥精准到乡”“配方肥精准到村”“配方肥精准到户”这3个变量的系数均值依次变大，表明当政府推广的配方肥适用范围精准程度增加时，受访者获得的效用增加，愿意为相应配方肥支付的价格逐渐提高。即在其他属性相同的条件下，受访者对适用范围精准度更高的配方肥需求意愿更强，与预期相符。

其次，“配方肥精准到户”“配方肥精准到村”“配方肥精准到乡”“8公里”“6公里”以及“25公斤”等变量的系数标准差均在1%的水平上显著。这意味着对于这些变量而言，不同受访者的偏好与选择行为具有异质性。

最后，本文测度受访者对不同适用区域配方肥的边际支付意愿，得到回归结果。就本文的关键属性“配方肥适用范围”而言，“配方肥精准到乡”“配方肥精准到村”及“配方肥精准到户”的边际支付意愿均为正值，验证了配方肥适用精准度提高对农户效用的正向影响。另外，“配方肥精准到乡”“配方肥精准到村”“配方肥精准到户”的边际支付意愿的结果表明，与政府在整个县级行政区仅推广一种配方肥相比，受访者愿意为适用范围更精准的配方肥多支付0.6534～4.4607元/公斤，假说1得到验证。值得注意的是，随着政府推广的配方肥精准度提高，农户的支付意愿增加。

（二）化肥企业成本核算案例

为对比农户支付意愿与企业生产成本之间差异，本文以常州市金坛区为例，参照离散选择实验中配方肥适用范围的级别设定，测算与全区仅推广一种配方肥相比，政府推广的配方肥适用区域不同时，企业生产配方肥的生产成本变化。

需要说明的是，考虑到现阶段农户对肥料需求的转变，下文主要基于现阶段主流的肥料生产工艺——高塔造粒工艺进行展开。如理论分析部分所述，虽然高塔造粒工艺与掺混工艺均可制成配方肥，但与前者相比，由掺混工艺制成的肥料施用效果较差，目前已较少被农户施用。与掺混工艺仅涉及物理混合的简单工艺不同，由于高塔造粒工艺的生产过程较为繁复，对生产设备、物料配比等方面的要求较高，因此高塔造粒工艺更适合大批量生产。若小批量生产多样化产品，则需频繁转换生产，不仅造成较大损耗，对工艺控制也产生较大挑战。

被调研企业的技术人员也认为，企业生产线需利用多个反应槽进行化学反应，每班次生产线只能生产一种配方，每班次的生产量可达到900吨。考虑到常州市金坛区2017年招标1种配方肥，招标总量是1500吨，招标价格是1850元/吨。因此，就金坛区而言，由于1500吨的肥料本就需用2次生产线才能完成生产，故当生产2种配方肥时，不需要额外增加生产线次数，但若大于2种配方肥，生产成本将增加。调研公司的技术人员认为，在不考虑原料成本情况下，仅核算清线、换线、系统运转成本、包装袋成本时，若生产成本为2000元/吨，在增加一次生产线时需增加200至300元/吨的成本，增加的成本约占原生产成本的10%至15%。

根据《常州统计年鉴（2018）》可知，2017年金坛的行政区划包括9个镇、街道，与全区推广1种配方肥相比，若金坛区根据每个镇及街道均设定一个配方，推广9种配方肥，则配方肥企业增加的生产成本是1295至1942.5元/吨。即配方肥的适用范围精准度提高时，企业的生产成本增加，假说2得到佐证。值得注意的是，上文核算的生产成本，是简化其他成本之后的生产成本。考虑原料成本时，本文的结论仍然成立。一方面，若政府推广的配方肥不是企业的主流配方，那出于对配方比例安全性、可成团性、频繁改变产品配方的不利影响、操作经验的重要性等方面的考虑，企业的生产意愿会非常低。即使企业愿意生产，考虑到生产工艺转化所需的前期投入，生产成本将会高于上文所核算的成本。另一方面，对于企业主流配方而言，由于不同配方肥的有效含量和氮磷钾具体含量差异较小，由原料成本引致的生产成本差异较低，考虑原料成本后的生产成本仍将随着适用范围精准度的提高而增加。假说2得到验证。

此外，本文通过对比农户的边际支付意愿与企业生产成本时，发现与整个县级行政区仅推广一种配方肥相比，配方肥精准到乡级行政区时，农户愿意增加的支付意愿为653元/吨，低于企业的生产成本。所以配方肥的数量增加时，企业的生产成本增加幅度高于农户愿意增加的支付意愿，假说3得到验证。

（三）化肥减量增效技术的供需综合分析

前文的研究表明随着配方肥精准程度的提高，如整个县级行政区推广1种配方肥变为每个乡级行政区推广1种配方肥时，农户的支付意愿增加，企业生产成本增加，且增加的企业生产成本高出农户的边际支付意愿，对假说3进行了佐证。为进一步验证价格机制的可靠性，本文参照已有研究，通过引入“配方肥价格”作为中介变量来构造中介效应模型，以此来考察是否是由于价格过高导致推广多种配方肥情况下农户的采用率反而较低。

本文得出的模型结果表明中介机制成立。具体而言，首先，变量“多种配方精准施肥”的系数为负，且在1%的水平上显著。意味着，未控制价格因素时，与推广1种配方肥相比，政府推广多种配方肥时，农户的采用概率下降。其次，变量“配方肥价格”的系数为0.9241，且在1%的水平上显著。表明与推广1种配方肥相比，推广多种配方肥时，配方肥的价格增加0.9241元/公斤。最后，控制配方肥价格及政府推广的配方肥种类的模型中，变量“配方肥价格”的系数显著为负，而变量“多种配方精准施肥”系数为正，且在10%的水平上显著。由于中介效应模型中，第一步自变量“多种配方精准施肥”对因变量“是否采用技术”的系数、第二步自变量“多种配方精准施肥”对中介变量“配方肥价格”的系数以及第三步中介变量“配方肥价格”对因变量“是否采用技术”的系数均显著，通过了联合显著性检验，因此中介效应成立（温忠麟等，2014）。值得注意的是，在第三步中“多种配方施肥精准施肥”的系数显著为正，意味着当政府推广单一种类的配方肥与多种的配方肥价格相同时，农户采用多种推广多种配方肥的概率更高，对精准度更高的多种配方肥偏好更强。这个结果与本文得出的结论即农户对精准度更高的配方肥偏好更强一致。这个结果也表明，适用范围精准度较高的配方肥对农户技术采用决策本身具有正效应，但由于配方肥价格较高，具有较高的负效应，所以在未控制价格因素时，体现出的综合效应为负。

综上所述，中介效应的实证结果再次证实，与整个县级行政区仅推广一种配方肥相比，农户更偏好适用范围精准度更高的配方肥，但由于价格过高，抑制了农户的采用，价格因素是抑制配方肥采用的主要原因，假说3进一步得到验证。

六、结论及政策建议

本文聚焦现阶段由于技术进步带来的新转变，以测土配方施肥技术为例，分别从需求（即农户支付意愿）及供给（即企业生产成本）两方面入手，分析政府推广的化肥减量增效技术适用范围精准度不同时对农户支付意愿、企业供给成本的差异化影响。并基于农户调研数据、离散选择实验数据、企业访谈数据对理论假说开展实证分析及稳健性检验。本文发现，对于本文调研的样本区域而言，与整个县级行政区推广1种配方肥相比，推广多种配方肥时，农户的支付意愿和企业的生产成本均增加，但由于企业生产成本增加的幅度更高，较高的配方肥价格抑制了农户的采用。具体而言，研究结论可从以下方面展开。

（1）随着政府推广的配方肥适用范围精准度提高，农户的支付意愿与企业生产成本均增加，且增加的企业生产成本高于农户增加的支付意愿。离散选择实验结果表明，与整个县级行政区仅推广一种配方肥相比，受访者愿意为适用范围精准到乡、村、户的配方肥分别多支付0.6534元/公斤、1.7989元/公斤、4.4607元/公斤。而企业生产成本案例分析结果表明，与全区推广一种配方肥相比，若金坛区根据每个镇及街道均设定一个配方，则生产成本增加1295元/吨至1942.5元/吨，远高于农户愿意增加的支付金额。

（2）中介效应模型结果再次表明，化肥减量增效技术扩散缓慢并非是农户对技术缺少需求，而是由于企业供给成本过高，制约了农户的采用决策。实证结果表明，与整个县级行政区推广单一种类的配方肥相比，农户更偏好适用范围精准度更高的多种配方肥，但由于配方肥价格过高，抑制了农户的采用。

根据上述研究结论，本文得到以下政策启示。第一，农业部门在推广配方肥时，既需考虑差异化施肥的特性，亦需考虑到生产成本过高的不利影响，推广适度的配方肥种类。虽然农户更加偏好适用范围精准度较高的技术，但若配方肥的品种过多，则成本上升的幅度较高，与社会的总体利益不相符合。因此，农业部门在推广测土配方施肥技术时，既需要关注到作物生长环境的差异化信息，亦需要考虑精准投入的高昂成本，推广适度的配方肥种类。

第二，企业应与高校、科研机构加强合作，提高化肥减量增效技术及相关产品的科技研发能力，降低生产成本。本文研究结果表明，技术相关产品的高生产成本是抑制该技术采用率的关键因素，随着技术进步，采用该技术的成本将逐渐减少，技术扩散缓慢的困境将得到缓解。因此企业应注重与高校、科研机构的合作，做到产学研相结合，争取在化肥减量增效技术的生产工艺及设备方面有所突破，降低生产成本，依靠技术进步，破解化肥减量增效技术扩散缓慢的困境。此外，由于技术创新需要有较高的研发经费支持且面临较高的商业风险，因此政府应加大补贴力度，通过政策导向，引导企业、研究机构研发相关技术，为化肥减量增效技术及相关产品的研发提供支持。

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《农业经济问题》月刊，1980年创刊，著名经济学家薛暮桥题写刊名，是由农业经济问题杂志社承办的、由中国农业经济学会和中国农业科学院农业经济与发展研究所联合主办的国家级经济学核心期刊，是国家自然科学基金委评定的22种A类期刊之一。

《农业技术经济》月刊，1982年创刊,是由中国农业技术经济研究会和中国农业科学院农业经济与发展研究所联合主办，国内外公开发行的学术性期刊。是全国农业经济类的核心期刊。

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