第 1 章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 研究背景
作为一个人口大国，粮食安全问题于中国而言是一个永恒的课题，是保障国家安全的重要基石[1]。而农业的可持续发展更是保障粮食安全的重要前提。1996年，国家于《中国的粮食问题》白皮书中首次提出了解决粮食供需问题的基本方针，即立足于国内资源，实现粮食基本自给。此后，随着国家一系列惠农政策的出台，农户的种粮积极性明显提升。当前，虽然我国粮食产量已实现连续多年增长，但其背后包含着自然资源的大量耗散和生态环境的日益恶化。这种“高投入、高产出、高废物”的生产模式[2]，未使资源得到有效的配置，农业生态环境的承载能力随之下降，严重制约了粮食生产与生态环境之间的协调发展，使得农业可持续发展面临巨大挑战。
以往，多数人对于碳排放问题的关注点都集中于第二、三产业。2007 年，IPCC第四次评估报告指出，农业是继工业之后的第二大温室气体排放源，其排放量占比约为全球人为温室气体排放总量的 13.5%。据 2014 年联合国粮农组织公布的温室气体排放数据，在过去的 50 年里，农、林、渔业的排放量几乎翻了一番。在全球气候环境不断恶化的情形下，农业减排行动已经刻不容缓。而粮食生产作为种植业的重要组成部分，其生产过程中所产生的碳排放也成为了农业碳排放的主要来源之一。主要原因是，在耕地面积不断缩减的情况下，粮食增产更多依靠的是化肥、农药、农用机械等现代农业生产要素的投入，这些现代农业生产要素投入量的增加，使粮食生产呈现出“高碳性”。因此，如何在保障粮食安全的同时降低粮食生产对生态环境所造成的负面影响是目前亟待解决的问题。
近几年，我国粮食产量之所以能够维持稳中有升的态势，主产区功不可没。其粮食产量占比逐年攀升，已经几乎接近 80%。与此同时，在我国整体粮食播种面积出现一定程度下降的情况下，主产区的粮食播种面积依旧呈增长态势（仅于2018 年出现小幅下降），粮作比更是上升至 77%左右。这也意味着日后想要进一步增加主产区的粮食播种面积、提高区域粮作比的难度相对较大。而主销区和产销平衡区的粮作比和粮食产量占比却呈现逐年下降的趋势，因而，在继续发挥粮食主产区优势的同时，还需压实主销区和产销平衡区稳定粮食生产责任。然而区域自然环境和资源禀赋的差异会对粮食生产产生较大程度的影响。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 农业生产效率测算方法的研究
现阶段，学术界对农业生产效率的研究已经较为成熟。早在 1957 年，Farrell[3]就根据“非预设”生产函数对农业生产效率进行了推算分析。此后，与之相关的大量研究成果开始涌现。通过梳理目前已有的相关文献，学者们主要采用两类方法对农业生产效率进行测算：第一类是随机前沿生产函数法，即 SFA 模型。例如，Reinhard et al.（1999）[4]采用随机前沿生产函数对荷兰奶牛农场的奶牛生产环境效率和技术效率进行了测度，研究结论显示集约型生产方式相较于粗放型生产，在环境效率和技术效率上都更具优势。马林静等（2014）[5]运用随机前沿生产函数测度了我国的种粮技术效率，并从区域异质性视角探究了农村劳动力资源变化与种粮技术效率之间的关系。宋科艳和曹明福（2014）[6]也运用该方法测算了 1981-2011年中国 30 个省份的农业生产效率，并对其关键性影响因素进行探究。第二类是数据包络分析法，即 DEA 模型。例如，Haag et al.（1992）[7]以美国德克萨斯州布莱克兰草原为研究对象，运用 DEA 模型对其农业生态效率进行了评估。贺正楚（2011）[8]也采用 DEA 模型测算了湖南省 14 个市州的农业生产效率，研究结果表明仅 4 个地区的农业生产效率达到了有效前沿面，其余地区均处于较低水平，还有待进一步改善。
就目前已有研究，DEA 模型较 SFA 模型而言，在该领域的应用更为广泛。DEA模型是在 1978 年由运筹学家 Charnes、Cooper 等人共同提出的一种分析方法，适用于多投入、多产出的同类决策单元（DMU）的有效评价体系。建立在规模报酬不变假设前提下的 CCR 模型是 DEA 中的第一个模型。随后，Banker et al.（1984）[9]提出的 BCC 模型则是以规模报酬可变为假设前提。然而，这些传统的 DEA 模型未对投入与产出的松弛性问题进行充分考量，从而使得测算出的生产效率存在偏差。为针对性改进上述这一问题，Tone（2001）[10]提出了非径向、非角度的 SBM模型，但该模型的缺陷在于无法区分多个决策单元效率值同时为 1 的情况。随后，Tone（2002）[11]结合 Anderson 和 Petersen（1993）[12]的超效率模型，构建出了超效率 SBM 模型，据此相对有效单元的排序问题有了更进一步的解决。为处理 DEA模型中存在“不良”产出的问题，Tone（2003）[13]再一次提出了基于非期望产出的 SBM 模型。农业现代化进程的加快难免会带来一系列负面的环境问题，因此将资源环境因素纳入农业生产效率的测算体系十分必要。
第 2 章 相关概念及理论基础
2.1 相关概念
2.1.1 低碳农业
目前，世界农业正在由“高碳”向“低碳”过渡。现代农业的高碳发展模式已经对生态环境构成了严重威胁。低碳农业是相对于现代高碳化农业提出的，以低能耗、低污染、低排放为基本特征的新型绿色农业发展模式[40]。具体而言，低碳农业主要是指在确保食品安全和粮食安全的前提下，尽可能地减少农业生产过程中农药、化肥等污染源要素投入，改变不合理的生产、生活方式，运用技术创新、制度创新、观念创新等手段，最大限度地降低温室气体排放量的同时追求效益最大化[41]。所以本文认为粮食生产“低碳化”的本质在于最大程度地利用现有技术知识和手段，结合政府的政策支持和农业生产者的积极配合，在确保粮食稳定增产的同时，尽可能降低粮食生产要素（特别是污染源要素）的投入，减少粮食生产过程中的碳排放，从而构建粮食生产与生态环境相协调的发展模式。
2.1.2 粮食绿色生产效率
效率这一概念最初源于物理学，用来衡量能量传输过程中的损耗与最终的获得程度。目前效率也被广泛应用于经济学研究领域，是指经济活动中投入要素被最大程度转化为产出的能力。生产效率这一研究话题就是由此衍生出来的。它是将抽象的经济资源利用具象为在一定技术、经济条件下的生产过程，进而探究其中投入与产出之间的相关关系，并以此来反映资源的配置和利用情况。而农业生产为生产效率问题的研究提供了良好的现实背景。通过梳理相关文献发现，传统的农业生产效率仅仅只考虑到农业经济增长和资源节约利用两个层面，忽视了农业生产所导致的环境污染问题。农业绿色生产效率则是在传统农业生产效率的研究基础上，将农业生产过程中产生的负面环境问题纳入考虑范围，从而评价农业生产过程中要素投入、产出以及生态环境三者之间的关系。这一概念强调了农业生产过程中的经济效益最大化和环境污染最小化，能更加准确、真实地反映农业经济增长绩效。同时，对农业绿色生产效率的测算，国内多数学者是将农业生产过程中产生的环境污染作为非期望产出纳入效率评价体系的。
2.2 理论基础
2.2.1 生产前沿面理论
从经济学角度，生产函数一般用来描述投入与产出两者的相关关系，代表着产品生产的技术水平。以生产要素以及产品市场价格一定为假设前提，理性的农业生产者在生产过程中往往会追求投入最小化或者产出最大化[42]。不同的投入要素组合都有与之相对应的最大产出。生产可能性边界就是由这些所有可能的最大产出组成的曲线。其亦被称为生产前沿面。而位于生产前沿面上的点，即为在一定技术水平下的投入、产出最优组合点。而这些组合点只会出现在生产前沿面上或者生产前沿面下方，位于前沿面上的点即为有效生产点，位于前沿面下方的点表示生产组合存在效率损失，即无效生产点。
经济学家 Farrell 率先对该理论展开了相关研究。1957 年，在其论文《生产效率度量》中，他首次提出了前沿生产函数，对生产效率问题的研究起到了推动性的作用。自此之后，该理论的发展不断得到完善。根据构成生产前沿面方式的不同，该生产函数目前主要分为参数前沿和非参数前沿两种形式。本文采用的基于非期望产出的超效率 SBM 模型实质上就是基于生产前沿面理论演化出的非参数前沿模型，因而生产前沿面理论为本文粮食绿色生产效率的测算提供了理论基础。
2.2.2 外部性理论
外部性亦被称为外部成本、溢出效应或外部效应，是指在社会经济活动中，某一经济主体的行为影响到其他经济主体或公共利益，但行为人却未因这一行为做出相应赔偿或者得到相应补偿。从影响效应视角，外部性可分为正外部性和负外部性，亦或是外部经济和外部不经济。在农业领域，农业生产过程中所产生的碳排放问题的经济学本质即为负外部性问题。
农业生产者在生产过程中选择的耕种方式、所需投入的农用化学品等导致的农业碳排放属于个人行为，但其导致的农业生态承载力下降的后果需要与他人共同承担，这就存在一定的外部成本。然而在农业生产者在进行生产决策的过程中，这部分成本不会被考虑在内，使得农户因个人生产行为造成环境污染的边际成本小于社会边际成本，呈现出了负外部性，影响了农业的绿色发展。
第 3 章 三大粮食功能区粮食生产发展现状................ 13
3.1 三大粮食功能区粮食产量变化趋势比较分析...............................13
3.2 三大粮食功能
