Crop specialization and chemical fertilizer reduction: The pathway of operation scale

ZENG Lin-lin, LI Xiao-yun, YANG Zhi-hai

JOURNAL OF NATURAL RESOURCES ›› 2022, Vol. 37 ›› Issue (7) : 1707-1721.

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JOURNAL OF NATURAL RESOURCES ›› 2022, Vol. 37 ›› Issue (7) : 1707-1721. DOI: 10.31497/zrzyxb.20220704
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Crop specialization and chemical fertilizer reduction: The pathway of operation scale

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Abstract

This paper analyses the effects of crop specialization on the fertilizer reduction from two dimensions, horizontal crop specialization and vertical division of agricultural production process (vertical specialization). Based on the panel data of 13 major grain producing provinces in China from 1980 to 2018, the effect of crop planting specialization on the reduction of agricultural chemical fertilizer and its mechanism were investigated. The results indicate that, first of all, with the development of horizontal and vertical specialization the fertilizer application intensity reduces and the fertilizer use efficiency increases. The deepening in vertical specialization would enhance the positive effects of expanding horizontal specialization on fertilizer reduction. Secondly, the crop specialization may reduce the fertilizer via two pathways. Pathway 1 is that the increasing horizontal specialization could increase farm operation scale, which contributes to fertilizer reduction. Pathway 2 is that the increasing of horizontal specialization could increase farm operation scale, which further enhances the positive effects of vertical specialization on reduction. However, there is an optimal value for the proper operation scale, and it would be increased with deeper merger of horizontal and vertical specialization. Therefore, it is of great importance to encourage the horizontal and vertical specialization to reduce chemical fertilizer application. It is critical to inspire farmers to expend the operation scale and then further promote the reduction of fertilizer use.

Key words

horizontal crop specialization / vertical specialization / operation scale / chemical fertilizer reduction

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ZENG Lin-lin, LI Xiao-yun, YANG Zhi-hai. Crop specialization and chemical fertilizer reduction: The pathway of operation scale[J]. JOURNAL OF NATURAL RESOURCES, 2022, 37(7): 1707-1721 https://doi.org/10.31497/zrzyxb.20220704
“湖上的芦苇已经枯萎,也没有鸟儿歌唱。这是一个没有声息的春天,只有一片寂静覆盖着田野、树林和沼泽”[1]。《寂静的春天》唤起了全球对资源环境的高度关注。同样在中国,由于人多地少的资源禀赋特征,为保障粮食安全,高投入高产出的农业生产模式长期为继,由此带来了土壤板结酸化、水体污染和温室气体排放增多等一系列的资源环境问题。更糟糕的是,资源环境问题负向反馈农业生产,威胁食品安全。为此,继2015年农业部出台了《到2020年化肥使用量零增长行动方案》和《到2020年农药使用量零增长行动方案》后,2020年中央一号文件再次强调深入开展农药化肥减量行动。另一方面,随着绿色、生态、有机等消费观念的发展,消费者对农产品的品质要求越来越高。有鉴于此,2019年和2020年中央一号文件连续强调要优化农业结构,大力发展紧缺和绿色优质农产品生产,推进农业由增产转向提质,增加优质绿色农产品供给,以及划定粮食生产功能区和重要农产品生产保护区。那么,是否能够通过农业的专业化途径来实现农业生产的减量和增效,进而实现缓解资源环境危机和供需矛盾的双重目标。其中,专业化生产是否为行之有效的策略选择?
区域横向专业化生产是提高农业综合竞争力、促进农业增效[2]和农民增收[3]、实现农业现代化发展的有效途径之一。农业生产的纵向专业化,是形成生产服务规模经济,突破中国当前农户土地经营规模小[4]、细碎化困境的重要途径。区别于已有文献从不同视角对区域专业化的特征及演变[5,6]、增收效应[3]、纵向专业化的功能定位[7]等方面的关注,本文的关注点在于：区域作物种植横向专业化的目标是形成与市场需求相适应,与资源禀赋相匹配的现代农业生产结构和区域布局,而纵向专业化则实现了迂回利用新要素与新技术,且肩负着实现小农户与现代农业对接的重任。那么作为区域布局策略选择和新的农业生产工具与方法,作物种植横向专业化和纵向专业化对农业减量增效到底起着怎样的作用?在发展过程中,二者能否积极配合,形成积极的交互作用,进一步促进农业减量增效?以及随着农地流转市场的发育,农地经营规模在其中扮演着何种角色,即作物种植横向专业化和纵向专业化如何通过农地经营规模对农业减量增效发挥作用?是否存在异质性效果即在不同的农地经营规模下,作物种植横向专业化和纵向专业化对农业减量增效作用是否会发生变化?无疑,对于上述问题的思考和解答,将有助于理解与推进区域作物横向专业化布局、农业社会化服务与农地适度规模经营发展。
而在涉及上述问题的已有研究中,大部分文献关注的是横向专业化与农业减量的关系[8],而对作为专业化生产重要形式之一的纵向专业化的分析却着墨不多,如梁志会等[9]从微观视角分析横向分工与纵向分工对化肥减量的影响。这其中的原因可能在于,小农长期内卷化的农业生产模式,农业社会化服务仅仅作为备选存在;而随着农业劳动力的大量转移和劳动力价格的大幅度上升,农户卷入社会化服务程度越来越深,学者对农业社会化服务的重视程度随之加深。但更多是将之视为农业劳动力的替代要素,而忽视了其作为一种农业生产方式的功能。这也是进一步导致鲜有文献论及作物种植横向专业化和纵向专业化与农业减量增效之间的内在逻辑关系和关联机理的深层原因。
鉴于此,本文尝试利用中国13个粮食主产省份1980—2018年的面板数据,借助分析农地经营规模的异质性影响,将作物种植横向专业化和纵向专业化纳入同一个研究框架之中,并分析二者的交互作用对化肥减量增效的作用。与现有文献相比,本文从以下方面进行了扩展：（1）将作物种植专业化分为横向专业化和纵向专业化,分别分析其对化肥减量增效的影响,同时通过分析横向专业化和纵向专业化的交互作用,进一步厘清农业减量来源;（2）引入农地经营规模作为中介变量,揭示出作物种植专业化实现对化肥施用强度的削减效应和利用效率的增效作用的内在机理与实现路径。

1 作物种植专业化与化肥减量：机理分析及假说

1.1 作物种植专业化对化肥减量的影响

作物种植专业化可表达为作物种植横向专业化与纵向专业化,不同的专业化类型,隐含着化学品施用的不同行为机理及减量逻辑。

1.1.1 作物种植横向专业化对化肥减量的影响机理

横向专业化表达为区域作物种植品种的一致性和集聚程度。作物专业化种植时间越悠久,农户可以积累种植某种作物的生产、管理经验,技能更加丰富与娴熟,从而有利于农业生产效率的提高;专业化生产程度越高,农户更容易根据农作物生长习性而进行精准的要素投入与科学的农业管理,从而有利于控制化肥、农药等农业生产要素的投入量。同时科学的田间管理有利于提高农作物对生产要素的利用率。上述生产活动同时减少了化肥的施用强度（单位面积化肥施用量）,提高了化肥的利用效率。

1.1.2 作物种植纵向专业化对化肥减量的影响机理

纵向专业化表达为农户卷入社会化分工的程度[10]。若农户社会化服务卷入程度越深,表现为社会化服务支付的成本越高,因此其生产的设施化、标准化和精确化程度越强,化肥施用的损耗就越低,利用效率就越高。

1.1.3 两种作物种植专业化的交互作用的减量机理

当区域作物种植横向专业化程度比较高时,作物种植品种连片为机械化作业提供方便,越有助于通过生产性服务外包而进行精准化的化肥农药减施;同时作物种植纵向专业化的深化也可反向刺激横向专业化,进而实现化肥的减量增效,从而形成良性的减量循环机制。
基于以上分析,本文提出以下研究假说：
假说1：作物种植横向专业化和纵向专业程度越高,则化肥减量越高。
假说2：作物种植纵向专业化程度的加深,可能增强横向专业化对化肥减量的促进作用。

1.2 作物种植专业化的减量路径分析

1.2.1 作物种植专业化的减量路径：“横向专业化——经营规模——化肥减量增效”

当区域作物种植横向专业化程度比较高时,如高度集聚以粮食作物为主,对于生产能力强的农户来说,为追求更大的经济效益,农户往往倾向于转入土地,以扩大农地经营规模。与小规模农户农业生产相比,较大经营规模的农户更有动力去突破传统经验与过去习惯的化肥施用行为,采用更科学的施肥方式,如严格按照化肥说明书规定的计量、次数施用;根据土壤肥力状况进行化肥养分元素定向施肥,以降低化肥施用强度,提高利用效率。反之,当区域作物种植横向专业化程度较低,即作物品种多样而种植分散时,意味着单位面积的化学投入品施用需要耗费更高的人工成本,因为在分散的地块间转场会耗费工时与体力。对于家庭劳动力有限的农户,他们更倾向于采用粗放式的施肥方式,如增加单次施肥量,减少施肥次数,从而可能增加施肥量。此外,由于种植作物品种多样,如果化肥施用方式不能与作物生长习性相匹配,则可能降低化肥的利用效率。

1.2.2 作物种植专业化的减量路径：“横向专业化——经营规模——纵向专业化——化肥减量增效”

作物种植横向专业化程度的加深带来农地经营规模的扩大,除了直接影响化肥施用强度与利用效率外,还可能通过影响作物种植纵向专业化,进而影响化肥的施用强度与利用效率（图1）。随着农地经营规模的扩大,以及尚未被替代劳动力的监督和考核的高成本,会刺激农户为替代劳动力而需要在市场上购买更多的农机服务,进而分享服务规模经济与分工经济。同时机械施肥的标准化、精确化与定量化,能够较好地保障施肥量的均匀和避免施用损耗,利用效率较高,从而实现化肥减量增效。当然,随着农地经营规模的进一步扩大,农户可能会降低购买农机服务的概率,而增加自购农机的使用[11]。
Fig. 1 Mechanism of crop specialization on chemical fertilizer reduction

图1 作物种植专业化对化肥减量影响的内在逻辑示意图

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2 研究方法与数据来源

2.1 模型设置

2.1.1 减量来源模型设定

已有对于农业减量的研究,多直接以化肥施用量为被解释变量[12];部分文献采用化肥利用效率为被解释变量[13,14]。本文同时引入化肥施用强度及其利用效率,分析作物种植专业化对化肥减量的影响,据此构建的实证模型如下：
lninputit=α+βspi+δzpi+γX+μi+λt+εit
（1）
式中：因变量为单位面积化肥、氮肥、磷肥和复合肥的施用量（kg/hm2）及其利用效率（元/kg）; spi、 zpi分别表示作物种植横向专业化、纵向专业化水平;X代表一组控制变量（包括农业劳动力、农业政策、灌溉率和自然灾害）; α、 β、 δ和 γ为待估参数; μi表示省份固定效应; λt表示时间固定效应; εit表示随机扰动项。

2.1.2 减量路径模型设定

本文进一步探究作物种植专业化对化肥减量的路径中土地经营规模的影响,并借鉴中介效应分析方法,以验证上述影响路径。具体模型的表达式如下：
lnMit=α+ηspi+γX+μi+λt+εit
（2）
lninputit=α+φspi+κlnMit+γX+μi+λt+εit
（3）
式中： Mit为中介变量,选取农村居民家庭经营规模,以经营耕地面积为指标（亩/人）（1亩≈667 m2）;η、φ和κ均为待估参数。
本文将式（2）、式（3）回归结果与式（1）比较,以揭示影响机制的作用方向和大小。

2.2 变量选择

2.2.1 被解释变量

（1）农业化学品施用强度分别用化肥总量以及氮肥、磷肥和复合肥单位面积施用量来表征;（2）农业化学品利用效率分别用种植业单位面积产值与化肥施用强度比值来表征。为消除物价因素的影响,将本文所有产值和价格数据调整为1980年不变价格数据。

2.2.2 作物种植横向专业化

作物种植横向专业化（Horizontal Crop Specialization）指地区专业化和生产单位专业化。地区横向专业化是指某一地区专门生产某一种或某几种农产品。
SpI=1+∑iPi×lnPilnn×100
（4）
式中：Pi为作物i在该区作物总播种面积中所占比例（%）;n为所考察主要农作物种类数目（类）,根据样本区域实际情况和数据可得性,本文选择研究区域种植面积较大的 14类作物,因此n=14;SpI表示某一年度的专业化水平。如果所有作物的占比均相等（作物种植是分散的）,那么可以推出SpI=0;反之,如果仅一种作物存在（全部集中于一个区域）,即Pi=1,那么,SpI=100;其他情况下,指数在0~100之间变化。该指数可以较好地表示不同地区不同时点的专业化差异。

2.2.3 作物种植纵向专业化

一般来说,纵向专业化程度（Vertical Specialization）是指农户卷入社会化分工的程度。已有研究以是否将作物生产环节外包和亩均外包服务费用作为作物种植纵向专业化的表征[9],本文选取单位面积机械作业费来表征。因为单位面积外包服务费用不仅能反映农户是否参与纵向分工,而且在一定程度上能够反映其参与分工的程度。机械作业费是指生产者租用其他单位或个人机械设备进行作业所支付的费用(全国农产品成本收益资料汇编,2019: 613。)。单位面积机械作业费用水平越高,反映农户农业生产中机械化程度越高以及农户卷入社会化服务程度越深。相比劳动力,农业机械化服务能够更好地分享服务规模经济与分工经济。同时机械生产的标准化、精确化与定量化,能够较好地保障施肥量的均匀、减少施用损耗,从而提高化肥的利用效率,实现化肥减量。

2.2.4 控制变量

具体来说,包括以下因素：（1）农业劳动力。用第一产业从业人员数代替农业劳动力数量,再将农业总产值占农林牧渔业总产值的比例作为权重,计算所得即为种植业的劳动力投入,最后再除以农作物播种面积。（2）农业政策。为考察政策对农业产出的影响,本文引入政策的虚拟变量,以验证2004年以来各种农业支持政策对农业产出的整体激励效果。（3）灌溉率。用各省份历年有效灌溉面积与农作物播种面积的比例来反映。（4）自然灾害。自然灾害对农业生产影响极大,本文参考已有文献的处理方法[15],将受灾面积与成灾面积占作物总播种面积的比例按0.1、0.3加权来表征自然灾害率水平。

2.3 数据来源与说明

本文数据主要来自《中国农村统计年鉴》《中国统计年鉴》以及《全国农产品成本收益资料汇编》。对于研究设计,需要说明的是,第一,化肥是农业面源污染最主要的来源之一[16],也是农业碳排放的重要来源,故选择化肥以及细分氮肥、磷肥和复合肥作为重点研究对象。第二,由于粮食主产区是产粮大省亦是高化肥投入区,故以13个粮食主产省份为主要研究区域,选取1980—2018年作为样本期。第三,农村居民家庭经营耕地面积数据统计时间区间为1987—2012年,故样本观测值为338个。表1汇报了上述各变量的描述性统计结果以及数据来源。
Table 1 Descriptive statistics and data sources

表1 各变量描述性统计及数据来源

变量名称 观测值/个 平均值 标准差 最小值 最大值 数据来源
作物种植横向专业化 507 45.074 7.257 27.793 65.449 《中国农村统计年鉴》
纵向专业化/(万元/千hm2) 507 6.439 6.767 0.044 36.642 《全国农产品成本收益资料汇编》
农业劳动力/(万人/千hm2) 507 1.193 0.758 0.314 5.343 《中国农村统计年鉴》、各省统计年鉴
农业政策 507 0.385 0.487 0 1 —
灌溉率 507 0.356 0.110 0.072 0.770 《中国农村统计年鉴》
自然灾害 507 7.496 4.481 0.308 25.745 《中国农村统计年鉴》
经营规模/(亩/人) 338 3.001 2.758 0.940 13.560 《中国统计年鉴》

3 结果分析

3.1 作物种植专业化对化肥减量的影响结果

3.1.1 作物种植专业化对化肥施用强度的影响

表2报告了作物种植专业化对化肥减量的影响模型估计结果。模型回归结果表明,作物种植横向专业化和纵向专业化均对化肥施用强度有显著的负向影响,系数分别是 -0.013和-0.024,且在1%的水平上显著。说明随着作物种植横向专业化与纵向专业化程度的加深,化肥施用强度得到较大程度降低,验证了假说1。
Table 2 The impact of crop specialization on fertilizer application intensity

表2 作物种植专业化对化肥施用强度的影响

变量 （1）化肥 （2）氮肥 （3）磷肥 （4）复合肥
横向专业化 -0.013***
(0.002)		 — -0.012***
(0.002)		 — -0.008***
(0.003)		 — -0.008***
(0.002)		 —
纵向专业化 — -0.024***
(0.003)		 — -0.029***
(0.003)		 — -0.020***
(0.005)		 — -0.006*
(0.003)
农业劳动 0.266***
(0.033)		 0.309***
(0.035)		 0.181***
(0.034)		 0.235***
(0.034)		 0.281***
(0.043)		 0.317***
(0.041)		 0.321***
(0.038)		 0.332***
(0.035)
农业政策 -0.123*
(0.065)		 -0.067
(0.050)		 -0.156**
(0.066)		 -0.082*
(0.048)		 -0.105
(0.077)		 -0.056
(0.069)		 -0.008
(0.064)		 -0.001
(0.059)
灌溉率 0.942***
(0.126)		 0.835***
(0.128)		 1.255***
(0.125)		 1.190***
(0.126)		 0.263
(0.167)		 0.213
(0.178)		 -1.166***
(0.179)		 -1.275***
(0.170)
自然灾害 0.006**
(0.003)		 0.001
(0.002)		 0.008***
(0.003)		 0.002
(0.002)		 -0.000
(0.004)		 -0.004
(0.004)		 0.003
(0.002)		 0.002
(0.002)
常数项 1.756***
(0.082)		 1.211***
(0.065)		 1.481***
(0.094)		 0.943***
(0.064)		 0.695***
(0.137)		 0.323***
(0.087)		 1.060***
(0.096)		 0.765***
(0.064)
观测值/个 507 507 507 507 507 507 442 442
R2 0.896 0.904 0.868 0.892 0.737 0.749 0.921 0.920
注：*、**和***分别表示在10%、5%和1%的置信水平上显著,括号中的数值代表标准误,下同。
模型（2）~模型（4）中,分别检验了作物种植专业化对化肥元素施用强度的影响。模型回归结果表明：作物种植横向专业化和纵向专业化对氮肥、磷肥和复合肥施用强度均存在显著的负向影响,系数分别为-0.012、-0.029,-0.008、-0.020和-0.008、 -0.006,除了纵向专业化对复合肥施用强度的影响系数在10%的水平上显著,其他均在1%的水平上显著。可见,作物种植横向专业化与纵向专业化程度的加深,不仅有利于降低化肥总量施用强度,还对氮肥、磷肥和复合肥施用强度有显著的减量效应,进一步从化肥元素施用强度方面验证了假说1。

3.1.2 作物种植专业化对化肥利用效率的影响

作物种植横向专业化和纵向专业化不仅降低了化肥施用强度,而且可能提高化肥的利用效率。作物种植横向专业化和纵向专业化均对化肥利用效率有显著的正向影响,系数分别是0.021和0.049,且均在1%的水平上显著（表3）。说明随着作物种植横向专业化与纵向专业化程度的深化,化肥的利用效率得到提高。此外,与化肥元素施用强度类似,作物种植横向专业化和纵向专业化对氮肥、磷肥和复合肥的利用效率均存在着显著的正向影响,系数分别是0.021、0.058,0.022、0.057和0.040、0.062,且均在1%的水平上显著（表3）。这表明,随着作物种植横向专业化与纵向专业化水平的提高,化肥元素的利用效率得到提高,这一结果从化肥的利用效率角度再次验证了假说1。
Table 3 The impact of crop specialization on fertilizer use efficiency

表3 作物种植专业化对化肥利用效率的影响

变量 （1）化肥 （2）氮肥 （3）磷肥 （4）复合肥
横向专业化 0.021***
(0.003)		 — 0.021***
(0.003)		 — 0.022***
(0.005)		 — 0.040***
(0.004)		 —
纵向专业化 — 0.049***
(0.003)		 — 0.058***
(0.004)		 — 0.057***
(0.008)		 — 0.062***
(0.004)
常数项 2.787***
(0.155)		 3.705***
(0.077)		 3.133***
(0.186)		 4.098***
(0.084)		 4.303***
(0.246)		 5.313***
(0.129)		 3.203***
(0.187)		 4.813***
(0.100)
观测值/个 507 507 507 507 507 507 442 442
R2 0.710 0.782 0.716 0.806 0.569 0.629 0.836 0.865
注：其他变量的估计结果略,下同。

3.1.3 不同维度作物种植专业化对化肥减量的交互影响

从化肥施用强度来看,作物种植横向专业化与纵向专业化交互项显著且系数为负（表4）,说明作物种植纵向专业化程度的加深能显著增强横向专业化对化肥施用强度的负向影响,假说2初步得到验证。同理,对于氮肥、磷肥和复合肥,作物种植横向专业化与纵向专业化交互项显著且系数为负。这表示作物种植纵向专业化水平的提高可以显著增强横向专业化对氮肥、磷肥和复合肥施用强度的负向影响,假说2进一步得到验证。
Table 4 The fertilizer reduction: The interaction of horizontal specialization and vertical specialization

表4 化肥减量施用：不同维度作物种植专业化的交互影响

变量 （1）化肥 （2）氮肥 （3）磷肥 （4）复合肥
施用强度的影响
横向专业化 -0.029***
(0.006)		 -0.144
(0.121)		 -0.122
(0.197)		 -0.016**
(0.007)
纵向专业化 -0.019***
(0.007)		 -0.027
(0.039)		 -0.001
(0.058)		 -0.005
(0.060)
横向专业化×纵向专业化 -0.0365*
(0.020)		 -0.0005***
(0.000)		 -0.0003**
(0.000)		 -0.0002**
(0.000)
常数项 0.461*
(0.278)		 1.485***
(0.448)		 0.728
(0.747)		 0.576**
(0.288)
观测值/个 507 507 507 442
R2 0.832 0.889 0.746 0.854
利用效率的影响
横向专业化 0.009***
(0.003)		 0.007**
(0.003)		 0.238
(0.291)		 0.020***
(0.005)
纵向专业化 0.029***
(0.009)		 0.037***
(0.010)		 0.038
(0.089)		 0.013
(0.016)
横向专业化×纵向专业化 0.0003**
(0.000)		 0.0003**
(0.000)		 0.0009***
(0.000)		 0.0008***
(0.000)
常数项 3.403***
(0.140)		 3.872***
(0.156)		 4.413***
(1.101)		 4.130***
(0.183)
观测值/个 507 507 507 442
R2 0.792 0.812 0.622 0.884
从化肥利用效率来看,作物种植横向专业化与纵向专业化交互项显著且系数为正（表4）,说明作物种植社会化服务卷入越深,其横向专业化对化肥利用效率的正向影响显著增强。同样地,对于氮肥、磷肥和复合肥利用效率,作物种植横向专业化与纵向专业化交互项显著且系数为正。这表明,作物种植社会化服务卷入在横向专业化对氮肥、磷肥和复合肥利用效率之间具有显著的正向调节效应。据此,模型估计结果与前文理论预期一致,假说2再次得到验证。

3.2 稳健性检验

3.2.1 作物种植横向专业化的度量

在基准回归中,使用了SpI指数测算作物种植横向专业化水平,表5列（1）使用集中度指数gi②(②本文借鉴赫尔芬达尔—赫希曼集中度指数的计算方法,计算公式为： gi=(∑i=1nPi2)×100,其中P含义同上文。)作为作物种植横向专业化指标进行稳健性检验③(③限于篇幅,仅以化肥总量为例,没有报告其他化肥的稳健性检验结果,如有兴趣可向作者索取。)。结果显示,对于化肥施用强度,作物种植横向专业化以及横向专业化与纵向专业化的交互项系数均为负,且在1%水平上高度显著;对于化肥利用效率,作物种植横向专业化及横向专业化与纵向专业化的交互项系数均显著为正。
Table 5 The impact of crop specialization on fertilizer reduction: Robustness test

表5 作物种植专业化对化肥减量的影响：稳健性检验

变量 （1）替换核心自变量 （2）粮食作物 （3）经济作物
施用强度的影响
横向专业化 -0.011***
(0.003)		 — -0.004*
(0.002)		 — — -0.017***
(0.002)		 — —
纵向专业化 — — — -0.019***
(0.002)		 — — -0.025***
(0.003)		 —
横向专业化×纵向专业化 — -0.019***
(0.007)		 — — -0.0005***
(0.000)		 — — -0.0003***
(0.000)
常数项 1.417***
(0.070)		 0.591**
(0.247)		 1.511***
(0.121)		 1.217***
(0.066)		 0.928***
(0.161)		 2.520***
(0.178)		 1.244***
(0.0693)		 1.898***
(0.191)
观测值/个 507 507 507 507 507 507 507 507
R2 0.891 0.905 0.889 0.904 0.910 0.901 0.902 0.909
利用效率的影响
横向专业化 0.031***
(0.003)		 — 0.012***
(0.003)		 — — 0.021***
(0.003)		 — —
纵向专业化 — — — 0.036***
(0.003)		 — — 0.046***
(0.004)		 —
横向专业化×纵向专业化 — 0.276**
(0.130)		 — — 0.0008***
(0.000)		 — — 0.0007***
(0.000)
常数项 3.202***
(0.104)		 54.50***
(12.63)		 2.953***
(0.176)		 3.669***
(0.084)		 3.546***
(0.605)		 2.005***
(0.269)		 3.621***
(0.092)		 2.767***
(0.847)
观测值/个 507 507 507 507 507 507 507 507
R2 0.726 0.652 0.689 0.765 0.786 0.710 0.753 0.775

3.2.2 粮食作物与经济作物专业化水平

农业化学投入品的施用强度与利用效率在不同类型作物之间,可能存在较大差异。基于此,表5列（2）、列（3）分别检验了粮食作物与经济作物专业化水平对化肥减量的影响。可以看到,结果仍然稳健。

4 影响路径分析：经营规模的作用

本质上,作物种植专业化对化肥减量的积极效应来源于分工经济和规模经济,进一步改善作物生产中化肥污染现状的前提是如何能充分发挥规模效应。理论上,作物生产的规模效应离不开农业适度规模经营。
作物种植横向专业化与农地经营规模之间可能存在反向因果关系。即农地经营规模越大,作物种植区域专业化程度可能越深[17],但也有研究表明随着农地经营规模的扩大,农户作物选择可能越多样化[18];当横向专业化程度越高,农户可能更有意愿转入耕地,以扩大农地经营规模[19]。本文重点考察作物种植横向专业化程度的深化是否会带来农地经营规模的扩大,由此进一步促进化肥的减量增效。

4.1 作物种植横向专业化与经营规模

表6列（1）的估计结果显示,作物种植横向专业化水平对农村居民家庭经营耕地面积的扩大存在显著正向影响,系数为0.009,且在1%的水平上显著。说明随着作物种植横向专业程度的加深,农户更倾向于扩大农地经营规模。列（2）~列（5）的估计结果表明,扩大农地经营规模能显著降低化肥及化肥元素的施用强度并提高利用效率,这与上述理论分析一致。进一步比较表2列（1）与表4列（1）发现,当模型中加入农村居民家庭经营耕地面积这一中介变量后,作物种植横向专业化对化肥施用强度和化肥利用效率的估计系数的绝对值分别由0.013减少至0.012、由0.021减少至0.014。这表明,作物种植横向专业化对化肥施用强度的削减效应和利用效率的增效作用一部分是通过扩大农地经营规模而实现,故上述影响路径得以验证。同样地,对于氮肥和复合肥上述影响机制依然存在。
Table 6 The impact of horizontal crop specialization and operation scale on fertilizer reduction

表6 横向专业化与经营规模对化肥减量的影响

变量 （1）经营规模 （2）化肥 （3）氮肥 （4）磷肥 （5）复合肥
施用强度的影响
横向专业化 0.009***
(0.002)		 -0.012***
(0.002)		 -0.011***
(0.002)		 -0.003
(0.006)		 -0.010***
(0.002)
经营规模 — -0.265***
(0.092)		 -0.362***
(0.092)		 -0.056
(0.234)		 -0.424***
(0.132)
常数项 0.552***
(0.076)		 2.278***
(0.091)		 2.011***
(0.095)		 0.682***
(0.258)		 1.557***
(0.160)
观测值/个 338 338 338 338 338
R2 0.984 0.937 0.925 0.736 0.938
利用效率的影响
横向专业化 — 0.014***
(0.003)		 0.014***
(0.004)		 0.002
(0.008)		 0.026***
(0.004)
经营规模 — 0.909***
(0.144)		 1.039***
(0.165)		 0.586*
(0.330)		 1.256***
(0.200)
常数项 — 1.985***
(0.165)		 2.262***
(0.210)		 4.377***
(0.451)		 2.515***
(0.186)
观测值/个 — 338 338 338 338
R2 — 0.767 0.782 0.677 0.871

4.2 作物种植横向专业化与经营规模:内生性检验

为缓解作物种植横向专业化与农地经营规模之间潜在的内生性问题,以相邻主产省份的作物种植专业化均值作为该省作物种植专业化的工具变量。各省地形、气候等地理要素是作物种植选择的重要依据,且相邻省份上述地理要素相似程度较高,满足严格外生要求。从工具变量回归结果来看 [表7列（1）],相邻主产省份横向专业化水平对各省横向专业化程度的影响显著为正,即相邻省份作物种植横向专业化水平越高,其作物种植横向专业化水平越高。因此,相邻主产省份横向专业化水平作为工具变量能够较好地捕捉各省作物种植横向专业化的信息。从第二阶段的估计结果来看 [表7列（2）],以相邻主产省份横向专业化水平作为工具变量的系数依然显著为正,说明考虑内生性影响后,仍然能观测到作物种植横向专业化程度的加深,农户更倾向于扩大农地经营规模。
Table 7 The impact of horizontal crop specialization on operation scale: IV method

表7 横向专业化对经营规模的影响：工具变量法

变量 （1）横向专业化 （2）经营规模
横向专业化 — 0.112***
(0.023)
相邻省份横向专业化 0.811***
(0.070)		 —
常数项 5.322**
(2.395)		 -4.491***
(0.745)
观测值/个 312 312
R2 0.769 0.408

4.3 作物种植纵向专业化与农地经营规模的交互影响

前文已表明作物种植横向专业化对化肥施用强度具有削减效应,对化肥的利用效率具有增效作用,且存在作物种植横向专业化通过扩大农地经营规模以降低化肥施用强度和提高化肥利用效率的影响机制。那么,随着土地经营规模的扩大,社会化服务的发展,即纵向专业化程度的加深,是否能够更有效地促进化肥减量增效?本文接下来对这一问题展开分析。在式（3）的基础上,引入作物种植纵向专业化与农地经营规模的交互项。回归结果如表8所示。
Table 8 The interaction impact of vertical specialization and operation scale on fertilizer reduction

表8 纵向专业化与农地经营规模的交互对化肥减量的影响

变量 （1）化肥 （2）氮肥 （3）磷肥 （4）复合肥
施用强度的影响
纵向专业化 -0.005
(0.004)		 -0.009*
(0.005)		 -0.005
(0.303)		 -0.465
(0.422)
经营规模（对数） -0.209*
(0.110)		 -0.214**
(0.105)		 -0.130
(1.391)		 -1.802
(1.950)
纵向专业化×经营规模 -0.008
(0.019)		 -0.037*
(0.021)		 -0.046*
(0.026)		 -0.014
(0.039)
常数项 2.183***
(0.105)		 1.935***
(0.122)		 -0.032
(1.707)		 0.012
(2.783)
观测值/个 338 338 338 338
R2 0.904 0.882 0.617 0.652
利用效率的影响
纵向专业化 0.121*
(0.064)		 0.195***
(0.072)		 0.226**
(0.103)		 0.029**
(0.015)
经营规模（对数） 0.617**
(0.262)		 0.713**
(0.296)		 0.081
(0.405)		 0.539*
(0.298)
纵向专业化×经营规模 0.106**
(0.047)		 0.114**
(0.054)		 0.121
(0.093)		 0.017*
(0.008)
常数项 2.685***
(0.305)		 2.944***
(0.348)		 4.793***
(0.454)		 4.294***
(0.318)
观测值/个 338 338 338 338
R2 0.777 0.801 0.700 0.883
由列（1）可知,对于化肥施用强度,纵向专业化×经营规模系数为负但不显著;对于化肥利用效率,纵向专业化×经营规模显著且系数为正。这说明,土地经营规模的扩大会增强作物种植纵向专业化对化肥利用效率的增效作用。由列（2）、列（3）可知,对于氮肥和磷肥施用强度,纵向专业化×经营规模显著且系数为负,这表明,随着土地经营规模的扩大能够显著增强作物种植纵向专业化对氮肥和磷肥施用量的负向影响。由 列（2）、列（4）可知,对于氮肥和复合肥的利用效率,纵向专业化×经营规模显著且系数为正。说明伴随着土地经营规模的扩大,作物种植纵向专业化程度的加深对氮肥和复合肥利用效率的正向影响得到显著增强。但也可以发现对于复合肥施用强度和磷肥的利用效率,纵向专业化与经营规模的交互项并不显著。

4.4 作物种植纵向专业化与农地经营规模平方的交互影响

进一步地,考虑到随着土地经营规模的变化,即土地经营面积可能存在最优规模[20],作物种植纵向专业化与化肥施用强度和利用效率之间可能存在非线性关系,本文在 式（3）的基础上,引入农地经营规模的平方项以及作物种植纵向专业化与农地经营规模平方项的交互项。纵向专业化×经营规模平方项的回归结果如表9所示。
Table 9 The interaction impact of vertical specialization and operation scale (quadratic term) on fertilizer reduction

表9 纵向专业化与农地经营规模的交互（二次项）对化肥减量的影响

变量 （1）化肥 （2）氮肥 （3）磷肥 （4）复合肥
施用强度的影响
纵向专业化 -0.044
(0.053)		 -0.100*
(0.052)		 -0.032
(0.111)		 -0.227**
(0.089)
经营规模（对数） -1.062***
(0.302)		 -1.421***
(0.325)		 -1.842***
(0.503)		 -1.050*
(0.576)
纵向专业化×经营规模（对数） 0.101*
(0.054)		 0.097*
(0.053)		 0.095
(0.105)		 0.574***
(0.161)
经营规模（对数）平方项 0.191*
(0.105)		 0.298***
(0.108)		 0.653***
(0.159)		 0.322
(0.213)
纵向专业化×经营规模（对数）平方项 -0.004**
(0.002)		 -0.005**
(0.002)		 -0.009**
(0.004)		 -0.207***
(0.065)
常数项 2.246***
(0.232)		 2.447***
(0.254)		 1.714***
(0.379)		 1.447***
(0.378)
观测值/个 338 338 338 338
R2 0.934 0.925 0.749 0.944
利用效率的影响
纵向专业化 0.287***
(0.072)		 0.357***
(0.078)		 0.109***
(0.034)		 0.140
(0.093)
经营规模（对数） 2.207***
(0.494)		 2.645***
(0.540)		 2.651***
(0.743)		 1.462*
(0.747)
纵向专业化×经营规模（对数） -0.209***
(0.063)		 -0.218***
(0.069)		 -0.085**
(0.043)		 -0.196**
(0.078)
经营规模（对数）平方项 -0.540***
(0.154)		 -0.660***
(0.169)		 -0.980***
(0.270)		 -0.293
(0.216)
纵向专业化×经营规模（对数）平方项 0.014***
(0.002)		 0.016***
(0.003)		 0.034***
(0.013)		 0.016***
(0.003)
常数项 1.669***
(0.384)		 1.707***
(0.428)		 3.432***
(0.553)		 3.651***
(0.575)
观测值/个 338 338 338 338
R2 0.797 0.820 0.746 0.877
由列（1）~列（4）可知,对于化肥、氮肥、磷肥和复合肥施用强度,纵向专业化×经营规模（对数）平方项系数显著,并结合农地经营规模二次项系数的估计结果可发现,作物种植纵向专业化对化肥和各类化肥元素施用强度的影响随农地经营面积变化呈现“U”型曲线。随着农地经营面积的扩大,作物种植纵向专业化对化肥和化肥元素施用强度的削减效应在第一阶段表现为强化的趋势,当农地经营规模达到临界点1.079④(④临界点以耕地面积计算二次项函数的对称轴,计算公式为：exp{-(-0.901)÷[2×(0.1691)]}=1.079。)时,此时削减效应达到最大;而当农地经营规模从左至右越过临界点后,削减效应在第二阶段表现为弱化的趋势。
对于化肥、氮肥、磷肥和复合肥利用效率,纵向专业化×经营规模（对数）平方项系数显著,并结合农地经营规模二次项系数的估计结果解读可发现,作物种植纵向专业化对化肥和化肥元素利用效率的影响随农地经营面积变化呈现倒“U”型曲线。即随着农地经营面积的扩大,作物种植纵向专业化对化肥和化肥元素利用效率的增效作用在第一阶段表现为强化的趋势,当农地经营规模达到临界点1.544⑤(⑤计算公式为：exp{-1.874÷[2×(-0.463)]}=1.544。)时,此时增效作用达到最大;而当农地经营规模从左至右越过临界点后,增效效应在第二阶段表现为弱化的趋势。上述分析说明,通过扩大农地经营规模以增强作物种植纵向专业化对化肥施用强度的削减效应和对化肥利用效率的增效作用均存在一个临界水平。

4.5 不同维度作物种植专业化水平下的农地经营规模

前文已表明作物种植纵向专业化对化肥利用效率的影响随农地经营面积变化呈现倒“U”型。那么,与横向专业化带来农地经营规模的扩大相比,纵向专业化即社会化服务的加深能否推迟临界点的到来?当横向专业化和纵向专业化积极配合时,是否能够进一步推移临界点的到来?本文以化肥利用效率为例,对上述问题展开讨论。首先在式（3）的基础上引入农地经营规模的平方项,其次引入农地经营规模的平方项以及作物种植纵向专业化与农地经营规模平方项的交互项,最后加入农地经营规模的平方项以及作物种植横向专业化、纵向专业化与农地经营规模平方项三者的交互项。回归结果如表10所示。
Table 10 The crop specialization and operation scale

表10 作物种植专业化与农地经营规模

变量 化肥利用效率
（1） （2） （3）
横向专业化 0.014***
(0.004)		 — 0.022***
(0.005)
纵向专业化 — 0.287***
(0.072)		 0.262***
(0.059)
经营规模（对数） 1.855***
(0.409)		 2.207***
(0.494)		 1.874***
(0.501)
纵向专业化×经营规模（对数） — -0.209***
(0.063)		 —
横向专业化×纵向专业化×经营规模（对数） — — 0.0004***
(0.000)
经营规模（对数）平方项 -0.222**
(0.101)		 -0.540***
(0.154)		 -0.538***
(0.163)
纵向专业化×经营规模（对数）平方项 — 0.014***
(0.002)		 —
横向专业化×纵向专业化×经营规模（对数）平方项 — — -0.0005***
(0.000)
常数项 1.187***
(0.338)		 1.669***
(0.384)		 1.122***
(0.387)
观测值/个 338 338 338
R2 0.753 0.797 0.811
农地经营规模临界点 1.229 1.544 1.920
由列（1）可知,经营规模平方项系数显著且为负,说明由作物种植横向专业化带来的农地经营规模扩大与化肥利用效率之间存在着倒“U”型关系;由列（2）可知,作物种植纵向专业化对化肥利用效率的影响随农地经营面积变化呈现倒“U”型曲线;由 列（3）可知,经营规模平方项和横向专业化×纵向专业化×经营规模平方项的系数均显著且为负,这表明作物种植横向专业化和纵向专业化对化肥利用效率的影响随农地经营面积变化呈现倒“U”型曲线。由上述三个倒“U”型关系可得到各自的临界点,分别为1.229、1.544和1.920⑥(⑥计算公式为：exp{-1.964÷[2×(-0.665)]}=1.920。)。对比此临界点,可发现作物种植纵向专业化程度的加深能够增大农地最优经营规模,即推移了临界点的到来;当作物种植横向专业化和纵向专业化共同积极配合时,确实也能够进一步扩大农地最优经营规模。

5 结论与政策含义

本文以作物种植专业化为切入点,将作物种植专业化分解为横向专业化和纵向专业化,并据此揭示化肥减量的内在逻辑及其实证证据。
主要结论如下：第一,基础回归分析表明,作物种植横向专业化和纵向专业化均对化肥施用强度具有显著的削减效应,对化肥的利用效率有显著的增效作用;且作物种植纵向专业化或社会化服务卷入程度加深,能够增强横向专业化对化肥的减量增效作用。第二,影响路径分析结果表明,作物种植横向专业化通过扩大农地经营规模,进而增强了作物种植纵向专业化对化肥施用强度的削减效应和利用效率的增效作用。但也应警惕,通过扩大农地经营规模以增强作物种植纵向专业化的减量效应可能存在临界水平。此外,当作物种植横向专业化和纵向专业化积极配合时,可能推移临界点的到来。
本文隐含的政策含义是：首先,通过发展作物种植横向专业化可能增强农户扩大农地经营规模的意愿,从而发挥规模优势和技术优势,有利于农业减量增效。其次,鼓励农地流转,发展农业适度规模经营有利于增强社会化服务带来的减量与增效效果。最后,鼓励农户通过服务外包卷入农业纵向专业化分工,有利于实现农业生产中化肥的减量增效。

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