《Food and Energy Security》：Farmland Fragmentation Reduces Chemical Fertilizer Use Efficiency of Maize Farmers: The Moderating Roles of Mechanization and Labor Input
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耕地细碎化是制约农户化肥使用效率提升的关键结构性约束。然而，聚焦于玉米种植户的作物特异性微观证据，以及机械化施肥和劳动力投入调节作用的系统实证检验仍然缺乏。基于2020年中国乡村振兴调查中七个主要玉米生产省份1213户玉米种植户的微观调查数据，本文采用随机前沿
耕地细碎化是制约农户化肥使用效率提升的关键结构性约束。然而，聚焦于玉米种植户的作物特异性微观证据，以及机械化施肥和劳动力投入调节作用的系统实证检验仍然缺乏。基于2020年中国乡村振兴调查中七个主要玉米生产省份1213户玉米种植户的微观调查数据，本文采用随机前沿分析（Stochastic Frontier Analysis, SFA）测算化肥使用效率，并结合普通最小二乘法（Ordinary Least Squares, OLS）估计和基于R2的Shapley值分解进行实证验证。研究结果表明，样本农户的平均化肥使用效率为0.420，模型测算的潜在化肥减量空间约为57.97%。每公顷每增加一块地块，效率平均降低约11.9%。机械化施肥在高细碎化条件下加剧了效率损失，而专门用于施肥的劳动力投入则发挥了缓冲机制作用。耕地细碎化解释了化肥使用效率可解释变异的25.60%，是仅次于地理与环境特征的第二大关键解释因素。据此，在保障农户权益和平衡生态权衡的前提下，应优先推进差异化的土地整治和连片经营，并辅之以适度规模的机械、农业社会化服务供给以及适应小地块的精准养分管理。
耕地细碎化对化肥使用效率的影响机制：研究背景、实证发现与政策启示
一、研究背景与问题提出
化学肥料投入是保障粮食稳产的重要生产要素。中国化肥施用量（折纯量）已从2020年的5250万吨降至2025年的4971万吨，降幅达5.3%；三大粮食作物小麦、玉米、水稻的化肥使用效率在2025年达到43.3%，较2020年提高3.1个百分点（国家统计局2026；农业农村部2026）。这一方面体现了化肥减量增效的阶段性进展，另一方面也表明施肥管理方式、农业机械装备条件和地块空间结构仍是制约化肥使用效率进一步提升的关键瓶颈因素。
耕地细碎化作为地块空间结构的重要表现形式，并非中国独有，而是广泛存在于发展中国家的农户经营体系中。受均分继承传统的影响，南亚国家普遍面临经营地块细小分散的刚性约束；部分非洲国家和地区同样存在地块细碎化及其对农业投入和技术采纳的制约。受家庭联产承包责任制、地形差异和土地市场摩擦等因素的共同驱动，中国也面临突出的细碎化问题，有必要在农户行为的微观层面系统探讨其资源利用后果。
在细碎化可能引发的各类资源利用后果中，化肥使用效率尤为值得关注。单位面积化肥施用强度只能描述投入了多少，既无法区分不同土壤肥力、高产作物和自然灾害条件下合理投入与无效投入，也无法反映不同农户在相同目标产出下的施肥管理能力差异。化肥使用效率衡量的是农户在给定产出、技术和自然条件下实际投入接近潜在最优投入的程度，能够同时识别过量施用与减量增效的潜在空间。现有文献虽已确认细碎化与化肥使用效率之间存在显著负向关系，但仍缺乏针对特定作物生产情景的作用机制识别，特别是机械化施肥和施肥劳动力投入如何改变这一影响，以及细碎化在作物专业化农户效率差异中的相对重要性，尚待系统检验。
基于此，本文聚焦三个核心研究问题：第一，耕地细碎化是否显著降低玉米种植户的化肥使用效率？第二，机械化施肥使用和施肥劳动力投入是否调节细碎化造成的效率损失？第三，在地理环境条件、农业生产特征、农户劳动力和户主特征共同影响下，细碎化在玉米种植户效率差异中的确切解释份额是多少？选择玉米而非水稻或小麦作为研究对象，源于玉米是中国三大粮食作物之一，种肥同播、机械深施等技术的可获得性高度依赖地块连片程度，且旱作玉米生产中施肥与机械作业的匹配性更为直接可观察。
二、研究方法与数据来源
研究人员基于2020年中国社会科学院主持的中国乡村振兴调查（China Rural Revitalization Survey, CRRS）数据库，该调查于2020年8月至9月开展，采用分层与随机抽样相结合的方式覆盖10个省份、50个县（区）、150个乡镇和308个行政村，共获得3833户农户的调查信息。样本筛选遵循四个步骤：首先从全样本中识别调查期间实际种植玉米的农户；其次保留位于黑龙江、山东、河南、四川、贵州、陕西和宁夏七个省份（自治区）的玉米种植户，这些区域横跨东北、黄淮海、西南丘陵山区和西北旱区等主要玉米产区；再次剔除核心变量缺失及逻辑无效的记录；最后系统构建投入、产出和控制变量，最终得到1213户玉米种植户的有效样本。
实证过程包含三个主要步骤：化肥使用效率测算、计量估计和机制分析。化肥使用效率的测算采用随机前沿分析（SFA）方法，其优势在于通过复合误差结构将随机噪声与单边无效率分离，能够利用含有不可观测自然冲击和调查测量误差的截面农户数据估计条件生产前沿，从而预测生产同等产出所需的最小化肥投入量。生产前沿采用柯布-道格拉斯（Cobb-Douglas）函数形式设定，这相对于超越对数函数需要估计更少的参数，且对样本测量误差的敏感性较低，更契合截面调查数据特性。随后通过极大似然估计（MLE）估计全部参数，并分别计算生产技术效率和化肥使用效率。在计量估计环节，研究人员以化肥使用效率的自然对数作为被解释变量，耕地细碎化程度作为核心解释变量，建立OLS回归模型。之所以采用OLS而非双边界Tobit模型或分数响应模型，是因为化肥使用效率是连续效率指数，其边界由构造定义而非审查机制产生，OLS对平均边际关系的估计更为自然且便于后续交互项和Shapley分解的开展。机制验证方面，研究人员将机械化施肥及其与细碎化的交互项、施肥劳动力投入及其与细碎化的交互项分别纳入基准模型，检验二者的调节作用，其中施肥劳动力投入变量在交互项中进行了均值中心化处理以规避潜在的多重共线性问题。
三、实证结果与核心发现
（一）化肥使用效率的测算结果
基于SFA的参数估计结果，研究人员对每户玉米种植户的玉米生产技术效率和化肥使用效率进行了预测。似然比（LR）检验统计量为59.86，在1%水平上拒绝了不存在技术无效率的原假设；无效率项标准差与随机误差项标准差之比λ为1.719，在1%水平上显著，表明存在系统性的单边偏离，确认了SFA相对于标准OLS在效率测量目标上的方法优越性。样本农户的平均生产技术效率为0.588，意味着在保持当前要素投入不变的条件下，消除技术无效率可使总产出潜在增加约41.23%。平均化肥使用效率为0.420，表明模型预测的潜在最优化肥投入约为实际投入量的42.0%，对应的模型测算平均化肥减量空间约为57.97%。核密度分布显示，化肥使用效率的分布较技术效率更为分散，表明不同农户间施肥投入配置存在显著差异。
（二）基准回归与稳健性检验
基准回归结果显示，随着四组控制变量逐步引入，耕地细碎化的系数始终在1%水平上显著为负，系数绝对值从第(1)列的0.133小幅变动至第(5)列的0.119，表明负向关系并非由可观测的农户层面控制变量所驱动，具有较强稳健性。在包含全部控制变量的完整设定中，细碎化系数为-0.119，由于被解释变量采用自然对数形式，该系数表示半弹性：在保持其他可观测条件不变时，耕地细碎化程度每增加1块/公顷，模型预测的化肥使用效率平均降低约11.9%。按样本平均效率0.420评估，相当于减少约0.050个效率单位，具有显著的经济意义。控制变量方面，可灌溉面积比例与化肥使用效率呈显著负相关，可能与过度灌溉引发土壤盐渍化和结构退化有关；灾害减产比例显著降低效率，原因在于灾害冲击促使农户补偿性施肥且作物减产压低了整体效率；平原地区农户效率显著更高，得益于平坦地形和较高机械化水平促进科学精准施肥；种植作物种类数与效率正相关，多样化种植有助于土壤养分平衡和微生物群落丰富；农业保险参与显著提升效率，因其降低了农户风险规避心理并鼓励科学施肥策略。
稳健性检验从三个方面展开。第一，采用Oster（2019）提出的遗漏变量检验，在δ=1且R2???=1.3R2的设定条件下，计算得到的β*值均落在基准估计的95%置信区间内，且当β=0时反解出的δ值均远超1，表明遗漏变量偏误未对估计结果造成严重扭曲。第二，采用两阶段最小二乘法（2SLS）进行内生性识别，以村级留一法平均细碎化程度（剔除被调查户）作为工具变量，并辅以乡镇级留一法平均值进行稳健性检验。第一阶段工具变量系数为0.912和0.892，均在1%水平上显著；Kleibergen-Paap rk LM统计量、Cragg-Donald Wald F统计量和Kleibergen-Paap rk Wald F统计量均远超Stock-Yogo 10%临界值16.38，排除了弱工具变量风险。第二阶段FLF系数方向与基准回归一致且保持在合理范围内。第三，对所有连续变量进行1%和99%分位的缩尾处理后重新估计，细碎化系数为-0.099，在1%水平上显著，结论保持稳健。
（三）异质性分析
将样本按是否属于粮食主产区划分，耕地细碎化对化肥使用效率的负面影响在粮食主产区（系数-0.150）和非粮食主产区（系数-0.067）均显著，但主产区的影响幅度更大。主要原因在于：主产区粮食生产的大规模机械化特征使农户对细碎化造成的作业约束更为敏感；同时地方政府对粮食产量高度重视，农户以粮食种植为主要生计来源且对产量波动高度敏感，更倾向于过量施肥以追求高产。按经营规模划分，细碎化对规模经营户（系数-0.098）和小农户（系数-0.118）均产生显著负向影响，但小农户受到的冲击更为明显。这可能源于规模经营户拥有更先进的管理能力和技术采纳水平，借助资金和技术支持实施精准施肥等高效管理措施，从而缓冲细碎化的不利后果；而小农户受资源和信息约束难以采取类似策略，效率损失更为严重。
基于R2的Shapley值分解结果显示，在全样本中耕地细碎化解释了效率可解释变异的25.60%，是仅次于地理与环境特征（贡献59.62%）的第二大解释因素。农业生产特征贡献7.92%，户主特征贡献5.17%，农户农业劳动力特征贡献1.70%。分区域来看，非粮食主产区中细碎化的解释份额达32.30%，粮食主产区为21.42%；分规模来看，规模经营户和小农户样本中细碎化的解释份额分别为15.80%和17.20%。
（四）机制验证
机械化施肥的调节作用检验显示，机械化施肥与细碎化的交互项系数为-0.139，在1%水平上显著为负。这一负向交互不应被解释为机械化施肥本身降低了效率，而是表明在高细碎化地块结构条件下，采用机械化施肥的农户遭受更大的效率损失。连片平整的地块是实施深施、均匀和低成本机械化施肥作业的前提条件。当地块细小、分散、形状不规则或田间道路条件差时，频繁的机械转移、掉头和设备调整推高了作业成本，同时增加了漏施、重施和粗放均匀施用的可能性。因此，负向交互反映的是农业机械与地块结构之间的错配，而非否认机械化在适宜土地条件下的节肥增效潜力。
施肥劳动力投入的调节作用检验显示，施肥劳动力投入与细碎化的交互项系数为0.009，在10%水平上显著为正。这表明施肥阶段的劳动力投入显著调节了细碎化对化肥使用效率的负向影响。与投入较高施肥劳动力的农户相比，同等细碎化程度下投入较少劳动力的农户遭受的效率损失更为明显。充足的田间劳动力使农户能够根据土壤墒情、作物生长状况和已有施肥情况灵活调整施用量和时机，及时纠正漏施、重施或时机不当的作业，从而实现精准施用。
四、讨论与结论
本文将耕地细碎化对化肥使用效率的影响置于农业经济与农学交叉的视角下进行审视。实证结果揭示了机械与劳动力在细碎化情境下的差异作用机制：机械化的效率发挥高度依赖地块连片性和田间道路条件，而劳动力的精细化管理能力可以部分弥补地块空间结构造成的管理缺位。这一发现的实际意义在于，农业机械化政策应从单纯扩大装备保有量转向提升细碎化地块中的有效可达性，发展适宜丘陵山区的小型轻简化施肥装备，并以村庄或合作社为单元培育农机社会化服务组织。
研究结论如下：第一，样本农户的平均化肥使用效率为0.420，模型估算的平均化肥减量空间约为57.97%，效率分布较技术效率更为分散，表明农户间施肥管理水平高度不均。第二，耕地细碎化显著抑制化肥使用效率，每公顷每增加一块地块，效率平均降低约11.9%，遗漏变量检验、工具变量估计和缩尾处理均一致支持这一负向关系。第三，细碎化的边际负面影响在粮食主产区和小农户群体中更强；Shapley分解显示细碎化解释了总体效率可解释变异的25.60%，在非粮食主产区（32.30%）和小农户样本（17.20%）中解释份额更高。第四，机械化施肥和施肥劳动力投入均发挥显著但方向相反的调节作用：高细碎化条件下机械化施肥因装备与地块错配加剧效率损失，而增加劳动力投入通过精细化管理提升效率。
基于上述发现，政策启示包括：优先推进以降低作业组织成本为目标的差异化土地整治，通过地块互换、田间道路建设、灌排设施配套和土地托管等方式提升深施机械化和精准施用的可达性；推动农业机械政策从装备购置补贴转向细碎化地块中的有效服务覆盖，培育以村庄或合作社为单位的农机社会化服务和生产托管组织；以农技推广作为连接土地条件与养分管理的桥梁，为细碎化农户提供测土、配方、配肥、施用和田间指导的全链条服务，并推动合理施肥与农业保险、绿色信贷的有机结合。
