耕地资源约束下养活世界五分之一人口：中国农业创新与粮食单产增长

《Food Policy》：Feeding a fifth of the world under land constraints: Agricultural innovation and grain yield growth in China

　　

# 摘要

在土地约束日趋收紧的条件下保障粮食安全，是许多发展中经济体面临的核心挑战。本研究利用中国2000年至2022年的县级面板数据集，考察农业技术创新在土地稀缺条件下对粮食单产的影响。我们基于专利微观数据构建了与粮食生产相关技术的质量调整专利存量指标，并区分了投入导向型创新和田间管理型创新。通过整合专利数据、工商注册记录和官方农业统计数据，本文实证检验了农业技术创新对粮食单产的影响。结果表明，农业技术创新显著提高了粮食单产：质量调整的粮食相关专利存量每翻一番，粮食单产约提高1.10%。然而，不同创新类型的影响存在显著差异。投入导向型创新的影响有限甚至为负，而田间管理型创新则持续提升粮食单产。异质性分析显示，粮食主产区、技术覆盖面更广且专利协作程度更高的地区以及低单产县的单产提升效应更为显著。机制分析表明，生产组织形式和农业社会化服务是技术创新转化为单产提升的关键渠道。总体而言，研究发现，土地稀缺的农业体系中，生产率的提升更依赖于有效的生产管理以及支撑性的制度安排，而非投入强度的增加，这一结论对面临土地约束的其他发展中经济体具有更广泛的启示意义。

# 引言

实现全球粮食安全仍然是可持续发展议程上最为紧迫的挑战之一，这一点在联合国可持续发展目标2（SDG 2）——"零饥饿"中得到了突出体现。该目标呼吁在2030年前消除饥饿并促进可持续农业。尽管取得了数十年的进展，但全球距离这一目标仍有很大差距。《2025年世界粮食安全和营养状况》报告估计，2024年全球共有6.73亿人（占全球人口的8.2%）面临饥饿问题，同时23亿人经历了中度或重度粮食不安全。饥荒负担在不同地区分布不均，亚洲部分地区饥饿状况有所缓解，但在冲突和气候压力加剧的地区——尤其是非洲和西亚——饥饿水平仍然较高甚至有所上升（Anderson等，2021；Bedasa和Deksisa，2024），这凸显了迫切需要通过提升生产率和增强韧性的方式解决粮食系统问题（Bullock等，2017；Sekaran等，2021）。

当前粮食安全挑战的一个显著特征是，在许多国家，传统依靠扩大耕地面积的路径日益受到生态极限、竞争性土地利用以及进一步集约化的边际收益递减的制约（Burian等，2024；Vijay和Armsworth，2021）。在此背景下，主粮供应的增长必须更多地依赖于单产提升——即提高单位土地面积产出——而非面积扩张（Ngoune Liliane和Shelton Charles，2020）。这一全球性转变也反映在前瞻性评估中：国际展望强调，未来谷物产量的增长将越来越依赖生产率的提升，使技术农业和更好的农艺实践成为在资源约束下维持粮食可及性的核心（Lal，2016）。这些约束在人口稠密的发展中经济体中尤为严峻，因为在土地利用率极高且人均耕地有限的情况下，即使是微小的单产提升也能转化为可观的福利增益（García等，2020；Muyanga和Jayne，2014），而生产率增长的失败则会迅速加剧对气候冲击和市场动荡的脆弱性。

中国是土地约束型农业发展模式的极端案例，其粮食安全主要依赖于单产增长而非耕地扩张。中国以不到全球9%的耕地养活了近20%的世界人口，这意味着相对于需求而言，其土地禀赋异常紧张（Zhu等，2023b）。与此约束一致，世界银行数据显示，2023年中国人均耕地面积仅约0.08公顷，按国际标准衡量处于较低水平。中国的复种指数位居全球最高之列，大量耕地每年进行多季栽培，进一步规模扩张的空间极为有限（Yan等，2014）。与此同时，粮食总生产力已经处于较高水平。根据中国国家统计局数据，2024年中国谷物单位面积产量达到约6,493公斤/公顷。作为对比，世界银行《世界发展指标》报告显示全球谷物平均单产约为4,182公斤/公顷。土地约束紧张、复种指数高以及单产水平已处于较高状态，使得进一步提升粮食产量越来越依赖于技术和组织效率，而非追加土地投入。

在这种具有约束力的土地限制条件下，中国维持粮食生产的路径与以美国为代表的土地丰裕体系有着根本性的差异。在美国，大规模农场和土地扩张在历史上对生产率增长发挥了核心作用（Spangler等，2020）。与此相反，中国日益采取以技术为中心的战略，其原则可概括为"藏粮于地、藏粮于技"，同时培育更加多元化的生产组织形式和快速发展的农业社会化服务行业。根据《中国农业机械工业年鉴》，2024年中国共有109万家市场化农业服务商，年服务面积超过1.4267亿公顷次，服务超过9400万小农户，服务内容包括机械化作业、技术推广和田间管理等。这种土地约束严峻、技术导向型政策强调以及生产与服务结构变革相组合的演进模式，使中国成为考察农业创新如何转化为粮食单产增长的有益案例，也为其他寻求不依赖耕地扩张的粮食安全路径的土地稀缺发展中经济体提供了可供借鉴的经验。

尽管农业技术作为保障粮食安全路径的重要性日益受到重视，但关于技术创新如何转化为粮食单产增长的系统性证据仍然有限。现有研究从多个视角考察了农业技术的作用。一条研究脉络聚焦于技术采纳及其决定因素，展示了技术特征、农业气候条件、市场结构、政策干预、信贷约束、下行风险、信息摩擦和学习成本如何影响农户的采纳决策（Feder和Umali，1993；Magruder，2018；Ruzzante等，2021）。第二条研究脉络考察了特定技术对农场产出或收入的影响，包括改良品种、肥料、机械化、推广服务和其他生产技术（Abate等，2018；Kassie等，2018）。第三条研究脉络评估了技术进步和创新对更广泛成果的贡献，如农业全要素生产率、农业绿色全要素生产率、资源利用效率和可持续性（Coomes等，2019；Parikoglou等，2024；Shah等，2024）。尽管这些研究为技术采纳、投入使用和农业生产效率提供了重要证据，但它们对于农业创新是否以及如何转化为粮食单产增长所提供的直接证据较少。这一区分在土地约束条件下尤为重要，因为在土地约束条件下，对粮食安全最直接的产出指标不是技术采纳本身，也不是总的生产率或绿色效率，而是单位土地面积的粮食产出量。

此外，现有的实证研究通常将农业创新视为一个同质化的过程，部分原因是绿色革命文献传统上强调投入嵌入型技术，如改良种子、肥料、农药和机械（Evenson和Gollin，2003）。然而，在土地约束和高强度生产条件下，不同类型的创新可能遵循从发明到单产提升的不同路径。投入导向型创新通常嵌入于生产要素之中，往往依赖资本投入、互补性投入和服务支持（Feder和Umali，1993；Schulz和B?rner，2023）。相比之下，田间管理型创新嵌入于栽培方法、水肥管理、病虫害防治、收获作业以及其他因地制宜的生产实践中。系统技术的证据表明，以管理为导向的创新通常是知识密集型、具有地方特定性的，并受到部分采纳或不采纳的影响（Emerick等，2016；H?rner等，2022），而高投入技术则更强烈地依赖于接触机会、试用条件和信贷支持（Yitayew等，2023）。此外，创新并不自动转化为单产增益；其实现依赖于粮食系统协调、推广咨询服务和地方扩散网络（Chen等，2024；Schulz和B?rner，2023）。这提出了一个核心问题：当扩大耕地不再是保障粮食安全的可行路径时，哪种类型的农业创新最有效地提升粮食单产，以及哪些组织和服务条件能够促使这些创新转化为单产增益？

本研究利用中国2000年至2022年的县级面板数据集，考察了农业技术创新与粮食单产之间的关系。我们基于专利微观数据构建了粮食生产相关技术的质量调整专利存量指标，并区分了投入导向型创新和田间管理型创新，以捕捉不同农业创新类型的异质性。实证分析评估了创新对粮食单产的平均效应，并进一步考察了这一效应是否在粮食生产区域、技术覆盖面、专利协作和产量分布的不同分位点之间存在差异。此外，我们考察了技术创新影响粮食单产的渠道，重点关注生产组织和农业社会化服务，包括生产性服务和专业技术服务。

本研究在以下几个方面对现有文献作出了贡献。第一，通过提供土地约束条件下技术创新对粮食单产影响的系统性县级证据，丰富了农业创新与粮食安全的文献。虽然现有研究主要从采纳结果（Abate等，2018；Chendio等，2023；Marambe等，2020）、投入集约化或综合生产率指标的角度考察农业技术，但本研究使用长期县级数据直接量化了创新与粮食单产之间的关系。这一关注点尤为重要，因为在土地稀缺的农业体系中，单产增长而非土地扩张构成了维持粮食生产最直接的途径。

第二，本研究在评估创新对单产的影响时，区分了投入导向型创新和田间管理型创新。现有研究通常将农业创新视为一个同质化过程，或者只关注技术采纳而未充分区分创新发挥作用的生产阶段（Gebremariam和Tesfaye，2018；Hoffecker，2021；Schulz和B?rner，2023）。通过将嵌入于生产投入中的创新与嵌入于田间管理实践中的创新加以区分，本研究打开了农业创新的"黑箱"，并说明了为什么处于生产过程不同阶段的创新值得分别进行实证考察。

第三，本研究通过探索创新影响单产的组织和服务渠道，拓展了关于农业生产率的文献，重点关注生产组织和农业社会化服务。虽然先前的研究已记录了规模和服务在技术采纳和创新绩效中的作用（Blichfeldt和Faullant，2021；Casidy等，2020），但本研究将这些视角整合到一个统一的实证框架中，考察生产组织、生产性服务和技术服务如何帮助将技术创新转化为实际的粮食单产增益。

本文其余部分组织如下。第2节概述政策背景。第3节构建理论框架。第4节描述数据和实证策略。第5节呈现结果，包括异质性分析和机制分析。第6节进行结论并提出政策含义。

# 各章节摘要

## 政策背景

保障粮食安全长期以来一直是中国农业政策的核心目标，尤其是在耕地资源有限且人口压力持续的条件下。自2000年代初以来，政策讨论日益认识到，进一步扩大耕地既不可行也不可持续，未来粮食产量的增长必须主要依靠提高单位面积单产。因此，农业技术进步被定位为A

## 农业创新与粮食单产增长

在经典农业经济学中，土地稀缺性和土地边际收益递减构成了农业增长的根本性约束。当耕地无法无限扩张时，额外产出必须越来越多地来自土地生产率的提升，而非面积扩张。技术进步因此成为缓解土地约束的关键机制，通过提高现有耕地的有效生产能力来实现这一目标。诱致技术变革理论A

## 变量定义与描述性统计

上述变量的定义和描述性统计列示于表1中。

被解释变量为粮食单产，计算方式为粮食总产量除以播种面积。为减少偏态性，粮食单产使用自然对数进行转换。

解释变量为农业创新，以粮食生产相关专利的质量调整存量来衡量。创新主要通过技术的积累和持续使用来影响生产A

## 基准回归

使用高维固定效应模型估计了式（3）和式（4），结果报告于表2中。

在第（1）列中，农业创新对粮食产量的估计系数为0.0110，在1%的水平上具有统计显著性。由于因变量和自变量均以自然对数表示，该系数可以解释为：在其他条件不变的情况下，粮食相关专利质量调整后的存量增加一倍，与粮食产量相关。

结论与政策启示

本研究探讨在土地约束条件下农业技术创新如何影响粮食产量，使用中国长期的县级面板数据集，该数据集整合了专利微观数据、工商登记记录和官方农业统计。通过构建粮食相关技术的质量调整后专利存量，区分投入导向型创新和田间管理型创新，并分析生产组织和农业社会化……

CRediT作者贡献声明

吴刚：论文写作–审阅与编辑，原始草稿撰写，方法论，形式分析，数据管理，概念设计。陈敬如：论文写作–审阅与编辑，原始草稿撰写，方法论，形式分析，数据管理，概念设计。骆思昌：论文写作–审阅与编辑，验证，调查，形式分析。蒋畅义：论文写作–审阅与编辑，调查，数据管理。毛丽萍：论文写作–审阅与编辑，监督，概念设计。钟宇：

资金

本项目由中国国家社科基金（重点项目，编号25AJY035）和中国农业科学院科技创新基本研究中心科研计划（CAAS-BRC-AERD-2025-01）资助。

利益冲突声明

作者声明没有已知的竞争财务利益或个人关系，这些利益或关系可能会影响本文所报告的工作。

吴刚 | 陈敬如 | 骆思昌 | 蒋畅义 | 毛丽萍 | 钟宇
中国农业科学院农业经济与发展研究所，北京100081，中国