海南中部国家重点生态功能区农户粮食生产与生态要素的函数研究
隨着热带现代高效农业快速发展和农村劳动力大批转移，海南传统的一家一户水稻生产方式面临前所未有的挑战。水稻种植面积连年下滑，撂荒水稻田逐年增加，2000年海南水稻播种面积39.70万hm2，2012年水稻缩减为23.89万hm2。在2012年种植面积中，旱涝保收面积只有9.93万hm2，仅占41.59%。在水稻面积递减以及极端气候频发条件下，为保障海南粮食安全，对水稻产量的要求势必增加。以往提高作物生产率很大程度上依靠在高潜力地区推广高产作物品种、大量施用化肥农药、提高灌溉保证率并促进以化石燃料为动力的农田机械的使用。然而，高产作物品种难以实现质、量的双赢。20世纪90年代，亚洲主要产稻区出现单产徘徊，主要由于水稻品种改良提高了品种抗病性、改善了稻米品质，但产量潜力没有明显提高[1]，或是仅提高了单产但是水稻品质不佳[2]。此外，长期过度施肥造成了部分稻区土壤地力退化，病虫和自然灾害发生频繁。因此，如何保证粮食可持续供应增加、家庭层面粮食和营养安全的提供以及改善自然资源和管理之间的关系，成为生态学、社会科学等跨学科的研究热点，也是管理部门的关注焦点。学者们在全国尺度的研究发现，投资自然资本提高了生态系统提供产品和服务的能力[3]。同样，在美国加州的咖啡人工林与其周边自然生态系统研究中也发现，越靠近天然林斑块，其咖啡的产量和质量也越高[4]。
水稻作为一种人工生态系统产生的产品，其产量有不同的驱动因素。而目前对村庄内部及周边的土地利用类型、集约化农业的发展以及农村劳动力的转移对水稻产量的影响，缺乏深入的研究。笔者以海南省琼中县为例，将村庄内部及周围自然植被的面积、家庭类型、劳动力特征等作为控制因素加入水稻的生产模型中，以期探讨村庄自然资本、家庭人力资本和工具资本与水稻单产的相关关系，并分析不同资本对水稻产量的影响机理。
1数据来源与研究方法
1.1研究区概况琼中县位于海南岛中部，属于五指山山区，东西宽66.50 km，南北长76.69 km，国土面积2 704 km2（图1）。全县地处热带海洋季风性气候区，年均湿度达84%，810月有台风。年均气温23.1 ℃，年均日照时数1 932.8 h，年均降水量为2 274.6 mm[5]。
水稻是琼中县的主要农作物[6]，加之海南农民口粮观念深厚，一般以自己种植的稻米为主粮。因此，农户自己种植水稻成为解决家庭口粮的主要途径。目前，海南水稻生产方式仍为传统的一家一户生产模式，种植大户、龙头企业、农民合作社、大米加工企业所占比重很小[7]。海南处于热带气候区，濒临海洋，是自然灾害多发区，平均每年发生自然灾害20 次以上，其中倒春寒、台风暴雨、局部干旱等因素对水稻生产影响最大。同时，海南四季温度较高，湿度较大，各种病虫害较频繁，影响了海南水稻产量。
1.2数据来源2014年68月，项目采用参与性农村评估法（PRA）进行农户问卷调查。由于山区村庄分散且偏僻，一般村庄仅有几十户到百来户左右[8]，对琼中县长征镇、和平镇、红毛镇、黎母山镇、湾岭镇、营根镇、中平镇、什运乡等8个乡镇进行了问卷调查，每个乡镇选2～3个村庄，每村抽取10～20户农户。共访问695户农户，去除信息缺失或无效问卷，共获得151份有效问卷。主要调查信息如下：自然资本情况，包括家庭水田面积及水稻产量、人工林面积及其产量；人力资本情况，包括家庭人口、性别构成、年龄构成、劳动力数量、现在从事的生计活动；物质资本情况，包括农户持有的农用工具数量、施肥种类及施用量。
研究区域生态系统空间数据由2013年TM影像解译获得。结合区域特点，将生态系统分为天然林、橡胶林、浆纸林、灌草地、热作园、水田、旱地等类型。村庄5 km范围内的土地利用面积见表1。
1.3研究假设
1.3.1自然资本。可分为直接用于生产的资本（土地、水）以及无形的公共资本（大气、生物多样性）[9]。该研究中，自然资本主要包括村庄内部及其周边天然植被（包含天然乔、灌、草）、人工林（含速生丰产林、热作园等）的面积。
天然或人工植被作为自然资本可以提供改善局地小气候、缓解洪水和干旱、控制病虫害等服务。
（1）改善局地小气候。森林通过生物地球化学循环（温室气体调节）和生物物理循环（水热调节）对当地及区域，乃至全球气候起到气候添加作用。受诸多不同生物地球化学过程的驱动，自然生态系统在气候调节方面的价值高于农业生态系统[10]。
（2） 缓解洪水和干旱。淹涝胁迫对水稻生长发育产生的危害，不仅来源于水分过多，更重要的是对水稻产生了次生胁迫，严重影响水稻产量[11]。森林的功能是削洪补枯，起到水库的作用[12]。琼中县区域内年降雨量分布不均，雨季由于台风影响，暴雨量集中，因此，良好的植被覆盖有效降低了山洪暴发的可能性，削弱了地表径流的强度，延长了降雨入渗的时间，降低了对水稻淹水的危害；同时在旱季或少雨时节，仍有土壤水的补给。
（3）控制病蟲害。农田作为人工生态系统，生态结构单一，加之喷洒农药、清除杂草等管理措施，造成了生物链的缺失，因而降低了其抵御病虫害的能力。农田周边的天然林或人工林在很大程度上，为害虫的天敌提供了栖息地。Bianchi等[13]研究表明，80%的害虫天敌以周边草地作为栖息地，其次以周边的林地为栖息地（其比例为71%）。周边天然植被的保护作用，缓解了由于农业集约化生产导致的生态系统平衡破坏、病虫草害频发对水稻产量带来的不良影响。
1.3.2制造业资本。制造业资本是为了提高生产效率所使用的设备及其他物质投入。包括基本生产资料和基础设施[9]。该研究将肥料和农用工具指数作为表征工具资本的控制变量。肥料是影响水稻产量的重要因素，其中尿素、复合肥、磷肥是农户经常施用的化肥类型。农用工具资本的计量采用与水稻耕种相关的拖拉机、畜力车、水泵的数量作为控制变量，并分别赋予3个指标0.34、0.33、0.33的权重。
1.3.3人力资本。在家庭层面上，人力资本水平取决于家庭劳动力的人数、家庭规模、技能水平以、健康状况、兼业情况等因素[14]。务农人数是反映家庭在农业中劳动力投入情况的重要指标，故而将其纳入回归模型中。但由于务农人数难以准确描述家庭劳动力在水稻生长中的贡献，同时加入家庭兼业情况及外出务工人数作为控制变量。
按照非农化程度及农户生计多样化的差异，综合已有农户类型划分的研究成果，以家庭劳动力的投入方向（有无劳动力从事非农活动）为标准，将农户生计类型划分为纯农户、兼业户、非农户。其中，纯农户的全部劳动力均从事农业，兼业户的部分劳动力从事农业、部分从事非农业；非农户的全部劳动力均从事非农活动[15]。由于外出打工，务农人员逐渐向外出务工人员转变。因此，外出务工人员数量也是影响人力资本的重要因素。
1.4函数的形式借助Stata/SE 12.1软件对调查结果进行单因素方差分析和最小二乘法系数估计。在进行模型系数估计前，对模型I和模型II的自变量进行方差膨胀因子检验，条件数分别为64.19和103.07。当条件数为30～100时表明变量间存在一定程度的多重共线性，但不会对模型回归与解释产生影响。
在分析水稻单产在不同村庄的不同农户间水稻产量差异时，建立一般线性模型作为基本模型：
式中，Y为被解释变量，即水稻产量；Xi为解释变量；i为各解释变量的回归系数；为误差项。该研究选取的各解释变量及说明见表2。
2结果与分析
2.1数据统计描述由图2可知，草响村自然植被覆盖率最高，达49.05%（图2），然而其人工林覆盖率在调查的8个村庄中最低，仅有36.16%。乌石村仅有0.01%的自然植被覆盖率，76.09%的面积为人工林。其余6个村庄的人工林面积均高于自然植被覆盖面积。
根据单因素方差分析结果（表3），水稻产量、尿素施用量、磷肥施用量、家庭类型、务农人数均达到极显著差异（P0.001），家庭总人数和家庭外出务工人数存在显著差异（P0.05）。农用工具资本在村庄间没有显著差异。
2.2模型结果分析模型估计结果见表4。回归结果表明，2个模型的整体检验均十分显著（F值分别为20.86和8.93，原假设条件成立的概率P均小于0.001），且拟合程度较好（调整后的R2分别为0.426和0.446）。
2.2.1自然资本对农户水稻产量的影响。
（1）村庄内部及周边天然林。在模型 Ⅰ 和 Ⅱ 中，村庄内部和周边的天然林面积的回归系数分布为33.34和42.23，且均在0.01的水平上显著，说明天然林面积与水稻单产存在显著相关关系。
（2）村庄内部及周边人工林。根据模型 Ⅰ 和 Ⅱ 估计结果，村庄内部和周边的人工林面积的回归系数分别为43.63和54.74，且均在0.01的水平上显著，表明人工林面积与水稻单产存在显著正相关关系。
2.2.2制造业资本。
（1）尿素施用量。根据模型估计结果，尿素施用量在2个模型中均与水稻单产存在极显著的相关且系数为正。这表明在当前条件下，尿素施用量与水稻单产显著正相关。
（2）复合肥施用量。复合肥施用量虽然与水稻单产呈正相关但系数不显著。这可能是由于复合肥施用量已经比较合理，故而表现出对单产的影响不显著。
（3）磷肥施用量。磷肥施用量用水稻单产相关系数不显著。可能是由于磷肥的施用量差异太大（表2），因此磷肥的增肥效应可能被不规范的施肥方式所掩盖。
（4）工具资本。工具资本在该研究中与水稻单产间没有显著的相关关系。可能是由于绝大部分农户都没有拖拉机、畜力车及水泵等农用工具，因而在该研究中工具资本与水稻单产的相关性不显著。
2.2.3人力资本。
（1）家庭务农人数。家庭务农人数与水稻产量没有显著相关。这可能是由于五指山区农户除种植粮食作物，如水稻、山兰稻、玉米等，还大面积种植热带经济作物[16]。因此，务农人数难以准确定量农户仅在水稻生产上的劳动力投入。或有可能是农户估计的用工量并未包含使用或租用机械形成的替代劳动投入，用工量不能代表粮食生产的全部劳动投入[14]。
（2）外出务工人数。家庭外出务工人数在0.05的水平上与水稻产量呈显著负相关。结果表明，外出务工显著降低了家庭水稻生产能力。根据入户调查，这主要因为外出务工人员多是户主或是家中长子等青壮年劳力。因此，外出务工人数的增加会显著影响家庭整体劳动力状况，直接或间接地影响水稻的生产、收获等。
（3）家庭兼业类型。非农家庭的水稻单产在0.05的水平上显著低于纯农家庭和兼业家庭，但兼业家庭的水稻产量与纯农家庭的水稻产量并没有显著差异。这可能是因为非农家庭将其土地出租给其他人种植。由于承租者存在短期行为，农业投入和产出容易受到其他外部干扰因素影响，难以保证产量[17]。
3讨论
3.1森林生态系统对水稻单产的影响
在調查的8个典型村庄中，除乌石村仅有极小面积的天然草地外，其余7个村庄的天然植被覆盖率均超过18%，其中草响村的自然植被覆盖率甚至达到49%。人工林覆盖率以乌石村最高（76%），而低于50%的村庄为草响村（36%）和道响村（40%）。
根据模型回归结果，水稻单产与天然植被面积呈现极显著的正相关（P0.001），其可能的原因有以下3个方面：①改善局地小气候。降雨和气温是影响水稻生长的最重要外部因素。五指山区拥有大面积的热带雨林，作为陆地结构最复杂的生态系统，山区的水、气、热交换非常迅速和强烈，当生态系统结构完整时，可以有效控制当地的降雨量和气温[18]。②稳定地表径流。五指山区雨量充沛（年降雨量1 800～2 400 mm）且降雨集中，若山坡有大面积荒地裸露，一旦雨季来临，易造成泥石流、山崩、滑坡等灾害。水稻的减产容易受洪涝或干旱等自然灾害的影响。蔺万煌等[19]采用正交试验，发现水稻减产程度与淹水深度、淹水天数呈极显著正相关。③病虫害控制。海南山区水田面积小且分散，自然植被或人工林以及山区的地形，形成了天然的空间隔断，有效避免了大面积暴发病虫害的可能性。同时农田及其周边的自然林、人工林形成了丰富的景观多样性，为鸟类、小型哺乳动物提供了理想的栖息地，因而有效降低了农田周边病虫害发生的可能性[20]。
根据模型 Ⅰ 和 Ⅱ 估计结果，人工林的回归系数均大于天然林的回归系数。可能的原因是退耕还林政策的影响，坡度大于25的坡面需要改为人工林或果园，宜农地主要集中于河流两岸的山间谷地。因此，对人工林施加的肥料可能随着坡面径流流入农田中，故而表现出人工林回归系数高于天然林回归系数。
3.2劳动力投入及其兼业行为对水稻单产的影响
劳动力是农业生产中最重要的投入，但是由于农业作物多样化的发展，农户由单纯的种植水稻和少量的瓜菜向橡胶、槟榔等人工林转变，同时绿橙作为琼中的特色水果也在不断扩大种植面积。
非农农户的水稻单产显著低于纯农农户和兼业农户，同时外出务工人数与水稻单产也存在显著负相关，说明家庭从事农业活动，特别是从事水稻生长的劳动力减少会显著影响水稻的单产。这可能是由于农村青壮年劳动力的不断向城镇转移，农村劳动力主要年老体弱人群，当无力种植自己稻田时，只能撂荒[7]。因此，水稻生产明显受到了农户经济活动和观念转变的影响。
3.3肥料与农用工具对水稻单产的影响在此次调查的3种主要肥料中，仅有尿素显示出与水稻单产存在显著正相关（P0.001），复合肥和磷肥与水稻产量没有显著相关（P0.05）。可能的原因有：①施肥量在村庄间均表现出显著的差异（P0.001）。老铺村和草响村的尿素、复合肥施用量远远高于其余6个村庄，因此村庄间施肥量的差异可能掩盖了肥料对水稻单产的增肥或肥害效应。②在各个村庄的条件下，其复合肥和磷肥的施用量已经比较合理，因此表现出对单产的影响不显著[14]。
此次调研中发现五指山区的农户家庭很少持有机械化的工具，绝大部分农户仅依靠人力或租用机械工具从事农业活动。一方面可能是由于五指山区经济活动相对落后，因此机械化程度也偏低[7]；另一方面，海南农户家庭水田分布分散且面积较小，也不利于大规模机械化作业。
4结论
（1）农田周边天然植被的作用可以加强局地生态系统整体应变能力，改善生产条件，抵御气候变化、疾病和有害生物压力，因此是提供水稻正常生长的重要环境条件。
（2）水稻生产过程中，劳动力投入是非常重要的保障。家庭非农化和外出务工人数的增加显著降低了农户水稻的单位产量。
（3）施肥对于水稻生长具有显著促进作用。但村庄间施肥差异显著，如能进行科学施肥指导，将提高水稻生长模型的准确性。