当前,我国粮食生产量、库存量和进口量“三量齐增”,极大地增强了我国的粮食供给保障能力。但背后隐藏的问题,尤其是粮食生产领域的问题,日益严重。我国对耕地高负荷的开发利用已经达到了生态的极限,耕地质量现状堪忧。此外,我国粮食生产成本,尤其是劳动力成本和土地成本,持续快速上涨,直接导致了我国粮食生产效益低下。面对保障粮食安全的新形势,“十三五”规划建议明确提出“实施藏粮于地、藏粮于技战略”。正值我国调整粮食生产策略之际,明确以下几个问题显得尤为重要:①耕地的生产性功能如何?②粮食持续增产反而耕地质量下降,耕地质量是否影响粮食生产?如果是,影响机理是什么?③劳动力成本和土地成本快速上升对粮食生产会造成怎样的影响?④哪种(些)农业技术能更容易地应用到粮食生产之中?尽管不同的学者已经开展了大量研究,但仍然存在以下三个需要完善的地方:一是耕地生产性功能的评价;二是耕地质量对粮食生产的作用机制;三是生产要素替代的实现条件。本研究涉及到生态学、经济学等不同学科,因此需要确定一个分析的基准,以利于在最大程度上达成共识。本文是基于生态系统中能量流动的基本框架进行的,采用现代经济学的理论和方法考察粮食生产系统中人工辅助能的输入机理,核心是成本最小化的生产决策。研究内容一:界定耕地产粮效率并且评价我国耕地产粮效率。借鉴生态系统中能量流动的基本原理,本文将耕地产粮效率定义为耕地上粮食作物生产力接近其光温生产潜力的程度,以评价耕地生产性功能的发挥程度。首先使用热值作为统一量纲计算得到了耕地生产量,结果显示稻谷、小麦和玉米三种主要粮食作物的生产量之和超过耕地总生产量的60%;然后对耕地生产量在1998年-2014年期间的变化进行对数平均迪氏指数(LMDI)分解发现,这三种粮食对耕地生产量变化的贡献达到了近70%。通过对1482个县级单位的数据进行加权求和得到了省级层面和全国层面的粮食作物光温生产潜力,进而测算了省级层面和全国层面的耕地产粮效率。计算结果表明,2005-2014年期间,我国耕地产粮效率的年均增长率为1.49%,到2014年全国层面的耕地产粮效率的平均值为25%。就省域分布而言,耕地产粮效率高的省份集中在黄河以南地区,尤其是长江中下游沿江地区,而低的省份主要分布在黄河以北地区。就耕地产粮效率变化的省域分布而言,耕地产粮效率增幅较大的省份集中在中部地区。研究内容二:考察耕地质量禀赋与生产要素投入影响耕地产粮效率的约束替代效应。参考速水佑次郎和拉坦的农业中诱导性技术变革模型,本文系统分析了农业机械替代劳动受到耕地质量(地形坡度)约束的过程,以及化肥替代土地诱导采用改良的种子技术受到耕地质量(排灌条件)约束的过程,并采用2005-2014年省级层面的数据进行了实证研究,检验了理论假说。在此基础上,进一步估计了机械、化肥、种子技术等对耕地产粮效率的影响。结果表明,农业机械化在一定程度上不利于耕地产粮效率的提高;化肥和改良的种子技术都增加了粮食单产,促进了耕地产粮效率的提高,其中种子技术的贡献最大。为了提高估计结果的稳健性,同时提高估计效率,采用多重估计方法:面板数据的固定效应估计方法、似不相关回归(SUR)的可行广义最小二乘法(FGLS)和联立方程模型的三阶段最小二乘法(3SLS)。不同实证分析步骤的估计结果可以相互验证。此外,进行了稳健性检验。并且从计量方面验证了诱导创新理论和农业中诱导性技术变革模型需要进一步考虑资源禀赋(即本文中的耕地质量)的约束。研究内容三:考察耕地质量禀赋与生产要素投入影响耕地产粮效率的交互效应。首先理论上分析了耕地质量(地形坡度)与农业机械投入以及耕地质量(土壤肥力)与化肥投入对耕地产粮效率的交互影响,前者的交互效应为正,后者的交互效应为负。然后采用河南省2013年的耕地质量等别评定成果和2013-2014年的统计年鉴数据进行实证分析。运用空间计量方法,即构建Cliff-Ord模型进行广义空间二阶段最小二乘法(GS2SLS)估计。计量结果验证了理论假说。农业机械不利于耕地产粮效率的提高,这与采用省级层面的估计结果保持一致。然而,机械化对耕地产粮效率的影响随着地形坡度的减少而增大,反过来,地形坡度对耕地产粮效率的影响随着机械化的提高而增大。化肥施用对耕地产粮效率的影响随着土壤肥力的提高而减少,同样,土壤肥力对耕地产粮效率的影响随着化肥施用的增加而减少。此外,估计结果显示耕地质量直接影响耕地产粮效率的程度相对较低,这与采用省级层面数据进行普通最小二乘法(OLS)和随机效应(RE)的估计结果保持一致。研究内容四:构建耕地产粮效率提升能力的建设框架。基于研究结果,主要是针对(1)耕地质量对耕地产粮效率的影响更多的是通过作用生产要素投入来实现;(2)传统投入品对提高耕地产粮效率的贡献相对较小;(3)种子技术和生产技术等新投入品对提高耕地产粮效率的贡献相对较大,这三方面的问题,提出耕地产粮效率提升能力建设的路径和保障措施。提升能力建设的路径是工程建设提升耕地质量,促进要素投入优化和技术创新和推广,减少和顺应耕地质量约束。两条路径相辅相成一起构成我国耕地产粮效率提升能力建设的路径。基于这两点,不同地区实施差别化的粮食生产和耕地产粮效率提升策略。耕地产粮效率提升能力建设的路径具体包括六个方面:土壤改良,减少化肥依赖;土地平整,便于机械作业;水利建设,完善排灌条件;创新种子技术,反应肥力利于机械化;改进机械技术,适应不同地形条件;改革生产技术,增加新兴要素投入。提升能力建设的保障是政府主导多渠道融资,推进水土工程建设;科研投入与成果转化,降低技术采用成本;明晰牵头和参与职责,协调涉农部门工作;目标考核和三方评估,确保农业政策落地。本文的结论为:(1)经过2005-2014年均1.49%的增长,当前我国耕地产粮效率平均值为25%,其中,高值主要为长江中下游沿江省份。(2)生产要素替代过程受到了耕地质量的约束。劳动力成本上升诱导机械替代劳动,地势平坦降低了机械-劳动替代难度。土地成本上升诱导化肥替代土地,便利的灌溉条件有助于化肥替代土地诱导采用改良的种子技术。(3)生产要素对耕地产粮效率的影响受到了耕地质量的约束。土壤肥力的提高降低了化肥对耕地产粮效率的贡献,地势平坦增加了机械对耕地产粮效率的贡献。(4)相较耕地质量禀赋,生产要素投入,尤其是种子技术和生产技术对耕地产粮效率的影响更大。耕地质量禀赋对耕地产粮效率的影响更多的是通过作用生产要素投入来实现。本文生发的主要政策启示为:实施藏粮于地、藏粮于技战略,需要统筹两者的关系,实现提升耕地质量以促进要素投入优化,推广和创新农业技术应顺应和减少耕地质量约束。基于这两点,不同地区实施差别化的粮食生产和耕地产粮效率提升策略。本研究的创新之处在于构建了耕地质量约束下生产要素影响耕地产粮效率(粮食生产)的一个相对完整的分析框架,其中,将耕地质量约束引入诱导性技术变革模型中,丰富了农业中诱导性技术变革理论。此外,本研究首次从农作物生产潜力的视角測算了我国的耕地产粮效率,有助于了解我国的耕地生产性功能。研究结果能够为调整粮食生产策略、实施藏粮于地和藏粮于技战略提供参考。