經(jīng)濟(jì)靶向保護(hù)策略對(duì)農(nóng)場(chǎng)凈收益的影響：基于多重商品價(jià)格波動(dòng)的實(shí)證分析
《Journal of Soil and Water Conservation》：Impact of economically targeted conservation delivery on farming net revenue across a range of commodity prices
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這篇綜述探討了如何利用精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)（Precision Agriculture, PA）技術(shù)，戰(zhàn)略性地將環(huán)境敏感的行作區(qū)納入美國農(nóng)業(yè)法案（Farm Bill）下的保護(hù)儲(chǔ)備計(jì)劃（Conservation Reserve Program, CRP），特別是棲息地緩沖區(qū)（CP-33）。研究通過決策支持工具（Decision Support Tool, DST）分析181個(gè)田間年數(shù)據(jù)，評(píng)估在不同商品價(jià)格下，經(jīng)濟(jì)靶向（Economically Targeted, ET）保護(hù)如何通過補(bǔ)償?shù)彤a(chǎn)田區(qū)的機(jī)會(huì)成本，在實(shí)現(xiàn)土壤保持、水質(zhì)改善和野生動(dòng)物棲息地恢復(fù)等生態(tài)目標(biāo)的同時(shí)，顯著提高農(nóng)場(chǎng)的整體凈收益（Net Revenue），為兼顧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與環(huán)境保護(hù)提供了量化決策框架。
研究背景與問題
當(dāng)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境目標(biāo)被承認(rèn)并整合時(shí)，保護(hù)措施與生產(chǎn)者盈利有可能共存。然而，要使有效的保護(hù)交付成為可能，保護(hù)的經(jīng)濟(jì)回報(bào)必須是可量化的。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者常常特別關(guān)注保護(hù)措施實(shí)施與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之間的兼容性。因此，迫切需要能夠量化并結(jié)合經(jīng)濟(jì)與環(huán)境需求的研究，以更好地為生產(chǎn)者采納保護(hù)措施的決策提供信息和支持。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是輔助量化這些機(jī)會(huì)的一項(xiàng)技術(shù)，它評(píng)估田內(nèi)生產(chǎn)變異性，并以優(yōu)化作物生產(chǎn)或凈收益的方式分配資源。
美國農(nóng)業(yè)法案的“保護(hù)標(biāo)題”授權(quán)了一系列計(jì)劃與實(shí)踐，其中包括保護(hù)儲(chǔ)備計(jì)劃。該計(jì)劃激勵(lì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者將可耕地退出生產(chǎn)，以增強(qiáng)土壤保持、改善水質(zhì)并恢復(fù)野生動(dòng)物棲息地。然而，生產(chǎn)者常常擔(dān)心將土地納入CRP保護(hù)措施的經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)，這些擔(dān)憂源于財(cái)務(wù)不確定性（如波動(dòng)的商品價(jià)格和經(jīng)濟(jì)機(jī)會(huì)成本）以及生產(chǎn)相關(guān)因素（如土壤異質(zhì)性和農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的其他固有復(fù)雜性）。經(jīng)濟(jì)激勵(lì)可以幫助減輕這些風(fēng)險(xiǎn)，使實(shí)施對(duì)生產(chǎn)者更具吸引力。此外，將精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)納入決策過程有助于闡明采納保護(hù)措施的利弊，并量化CRP注冊(cè)的經(jīng)濟(jì)權(quán)衡。
保護(hù)實(shí)踐33：高地鳥類棲息地緩沖區(qū)是CRP中第一個(gè)以恢復(fù)野生動(dòng)物棲息地為目標(biāo)的實(shí)踐。通過CP-33，生產(chǎn)者被激勵(lì)在田邊重新建立原生草本植被，以換取年度支付。當(dāng)在持續(xù)低產(chǎn)的田區(qū)實(shí)施CP-33時(shí)，田邊有可能獲得更高的經(jīng)濟(jì)回報(bào)。本研究考察了生產(chǎn)者收益如何受到CP-33戰(zhàn)略性實(shí)施的影響，這涉及將低收益田區(qū)作為保護(hù)注冊(cè)的目標(biāo)。經(jīng)濟(jì)靶向保護(hù)可被定義為“僅在能增加生產(chǎn)者盈利性的地方應(yīng)用保護(hù)措施”。
研究區(qū)域與方法
研究區(qū)域位于美國密西西比州漢弗萊斯縣和霍姆斯縣的一個(gè)集約化農(nóng)業(yè)景觀中，地處密西西比河沖積谷。該地區(qū)地形平坦，土壤為沖積土，氣候溫暖濕潤，年均降雨量約143厘米。本研究分析了來自43個(gè)農(nóng)田、跨越6年（2011年至2016年）的181個(gè)田間年玉米和大豆干燥作物收獲產(chǎn)量數(shù)據(jù)。
分析使用了由密西西比州立大學(xué)和佐治亞大學(xué)研究人員開發(fā)的決策支持工具。該工具作為ArcMap軟件的圖形用戶界面擴(kuò)展運(yùn)行，主要功能包括：1. 說明農(nóng)業(yè)法案保護(hù)實(shí)踐的具體資格；2. 從空間明確的產(chǎn)量數(shù)據(jù)構(gòu)建收益面，并比較生產(chǎn)與替代性保護(hù)注冊(cè)下的收益；3. 進(jìn)行逐單元比較，識(shí)別在保護(hù)注冊(cè)下比作物生產(chǎn)更具盈利性的亞田間區(qū)域。利用功能3的輸出，模擬了181個(gè)田間年在五種商品價(jià)格下的經(jīng)濟(jì)靶向CP-33注冊(cè)，共進(jìn)行了905次模擬。評(píng)估的玉米商品價(jià)格（每公噸）為118.10、157.47、196.84、236.21和275.58美元；大豆商品價(jià)格（每公噸）為293.95、330.70、367.44、404.18和440.93美元。這些價(jià)格涵蓋了2011年至2016年實(shí)際平均商品價(jià)格的范圍。
決策支持工具需要多個(gè)用戶輸入來模擬作物生產(chǎn)和保護(hù)注冊(cè)的盈利性，包括：1. 地理空間作物田邊界；2. 空間明確的產(chǎn)量數(shù)據(jù)。用戶還需輸入田地所在的縣和州、商品價(jià)格、生產(chǎn)成本、維護(hù)成本、建立成本和合同長度。本研究使用了每公頃489.26美元的緩沖區(qū)建立成本、每公頃247.10美元的維護(hù)成本、36.58米的最大合格緩沖區(qū)寬度和10年的合同期。
產(chǎn)量數(shù)據(jù)通過DST進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)清理包括移除田界外的數(shù)據(jù)點(diǎn)、基于專家意見移除預(yù)定異常值范圍之外的產(chǎn)量值，并移除平均值±三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差之外的任何值。用于分析的固定作物特定生產(chǎn)成本為：玉米每公頃1,792.32美元，大豆每公頃1,354.31美元。這些值保持不變，以隔離商品價(jià)格變化的影響。
清理后的產(chǎn)量數(shù)據(jù)可能存在間隙，因此需要連續(xù)的產(chǎn)量表面來準(zhǔn)確計(jì)算亞田間尺度的收益。DST使用默認(rèn)的反距離加權(quán)參數(shù)對(duì)產(chǎn)量點(diǎn)進(jìn)行插值，創(chuàng)建分辨率為30米/單元的柵格產(chǎn)量表面。然后通過計(jì)算每個(gè)分析商品價(jià)格的凈收益，將產(chǎn)量圖轉(zhuǎn)換為收益圖。凈收益的計(jì)算公式如下：
農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的凈收益：ΠAgctj= Pricej× Yieldct? PdCostcj
其中，ΠAg是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)凈收益，c是管理單元或“單元格”，t是年份，j是作物商品（玉米或大豆）。
CP-33實(shí)施的凈收益來自年度租金支付、成本分?jǐn)傊Ц丁?shí)踐激勵(lì)支付和注冊(cè)激勵(lì)支付，計(jì)算公式為：ΠCP33ct= Rentct+ Sharect+ PIPct+ SIPct? EsCostct，其中EsCost是建立和維護(hù)成本減去分?jǐn)傇诤贤趦?nèi)的成本分?jǐn)傇蚉IP。
比較獨(dú)家耕種與經(jīng)濟(jì)靶向CP-33實(shí)施的凈收益，以識(shí)別實(shí)施CP-33更具盈利性的田間單元格，即ΠCP33ct> ΠAgct。并非所有盈利的單元格都有資格實(shí)施CP-33。CP-33緩沖區(qū)在農(nóng)業(yè)田邊36.58米范圍內(nèi)是合格的，且該田地在農(nóng)業(yè)法案周期的過去六年中至少有四年種植作物。DST生成田界周圍36.58米寬的最大合格CP-33緩沖區(qū)多邊形。在比較凈收益后，DST會(huì)生成一個(gè)盈利區(qū)域矢量文件，將更盈利的單元格保留并聚合，移除小于0.10公頃的多邊形。通過公式ΔΠt= Σc∈B(ΠCP33ct? ΠAgct)，可以衡量實(shí)施經(jīng)濟(jì)靶向CP-33為整個(gè)田地帶來的凈收益增加。
研究結(jié)果
使用DST共運(yùn)行了895次模擬，以確定美國密西西比州漢弗萊斯縣和霍姆斯縣181個(gè)田間年的CP-33資格和盈利性。平均田塊大小為30.03公頃。玉米和大豆的平均產(chǎn)量分別為每公頃12.39噸和3.89噸。在895個(gè)模擬輸出中，370個(gè)代表玉米生產(chǎn)，520個(gè)代表大豆生產(chǎn)。
模擬結(jié)果顯示，隨著商品價(jià)格上漲，CP-33實(shí)施的盈利面積（公頃）減少。然而，即使在最高商品價(jià)格模擬下，依然存在盈利的保護(hù)區(qū)域。經(jīng)濟(jì)靶向保護(hù)注冊(cè)在所有商品價(jià)格模擬中均增加了兩種作物的田間收益，但收益增加的幅度因商品價(jià)格和作物類型而異。玉米生產(chǎn)因經(jīng)濟(jì)靶向CP-33實(shí)施帶來的最大平均收益增加為每公頃389.72美元，發(fā)生在2011年，商品價(jià)格為每噸118.10美元時(shí)；最低平均增加為每公頃31.76美元，發(fā)生在2014年，商品價(jià)格為每噸275.58美元時(shí)。大豆生產(chǎn)因模擬CP-33實(shí)施帶來的最大平均收益增加為每公頃242.98美元，發(fā)生在2015年，商品價(jià)格為每噸293.95美元時(shí)；最低平均增加為每公頃49.15美元，發(fā)生在2014年，商品價(jià)格為每噸440.93美元時(shí)。結(jié)果表明，即使在玉米和大豆的最高商品價(jià)格下，經(jīng)濟(jì)靶向保護(hù)也能增加田間收益。
平均盈利的CP-33面積隨著商品價(jià)格上漲可預(yù)測(cè)地下降。然而，即使在最高商品價(jià)格模擬下，盈利的保護(hù)面積依然存在。例如，在玉米商品價(jià)格為每噸118.10美元時(shí)，2012年和2016年模擬CP-33注冊(cè)的平均盈利面積分別為8.81公頃和13.11公頃；而在每噸275.58美元時(shí)，2012年和2011年的平均盈利面積分別為1.30公頃和3.20公頃。在大豆方面，商品價(jià)格為每噸293.95美元時(shí)，2011年和2014年的平均盈利面積分別為8.16公頃和9.47公頃；在每噸440.93美元時(shí)，2012年和2015年的平均盈利面積分別為2.62公頃和4.85公頃。
討論
本研究的主要目標(biāo)是模擬和比較獨(dú)家農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)靶向保護(hù)注冊(cè)之間的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)機(jī)會(huì)成本。這種模擬方法提供的證據(jù)表明，當(dāng)以經(jīng)濟(jì)靶向方式實(shí)施時(shí)，保護(hù)措施可以增加收益。證據(jù)也表明，戰(zhàn)略性靶向農(nóng)業(yè)法案保護(hù)交付的經(jīng)濟(jì)機(jī)會(huì)隨著商品價(jià)格上漲而減少。
本分析中使用的決策支持工具，由于其分析產(chǎn)量數(shù)據(jù)并說明在何種商品價(jià)格條件下注冊(cè)對(duì)生產(chǎn)者有利的能力，有潛力為與土地保護(hù)注冊(cè)相關(guān)的經(jīng)濟(jì)關(guān)切提供信息。雖然CP-33被用作該方法的一個(gè)示例保護(hù)實(shí)踐，但此技術(shù)可應(yīng)用于任何保護(hù)計(jì)劃或?qū)嵺`。
本研究中發(fā)現(xiàn)的保護(hù)實(shí)踐實(shí)施的盈利區(qū)域是歷史上經(jīng)歷低產(chǎn)的地區(qū)。這一結(jié)果與CP-33互補(bǔ)，因?yàn)樘镞呌捎谧魑锫訆Z、遮蔭和相鄰植物群落競(jìng)爭(zhēng)而常常低產(chǎn)。本研究結(jié)果表明，當(dāng)保護(hù)措施在低產(chǎn)或低收益區(qū)域?qū)嵤⿻r(shí)，生產(chǎn)者的收益會(huì)增加。這些區(qū)域可被視為“零成本區(qū)”，意味著它們的歷史收益有限。對(duì)零成本區(qū)的最佳管理實(shí)踐是將其退出生產(chǎn)并納入保護(hù)計(jì)劃。類似的研究表明，19%至31%的亞田間區(qū)域是低產(chǎn)的。這證明了為什么本研究中CP-33模擬實(shí)施帶來的最高每公頃收益增加發(fā)生在最低產(chǎn)區(qū)域。
本研究中田間平均產(chǎn)量處于該州、地區(qū)和縣這些年份的平均水平之內(nèi)。模擬商品價(jià)格上漲時(shí)，CP-33的盈利注冊(cè)面積減少。這是因?yàn)殡S著商品價(jià)格上漲，在固定生產(chǎn)成本下，每公頃凈收益也增加。隨著凈收益增加，它更有可能超過與CP-33注冊(cè)相關(guān)的每公頃收益（該收益基于長期土壤租金率，是固定的）。類似地，隨著商品價(jià)格下降，CP-33的盈利注冊(cè)面積增加。這是因?yàn)楫?dāng)商品價(jià)格較低時(shí)，與產(chǎn)量相關(guān)的凈收益也較低。因此，與CP-33注冊(cè)相關(guān)的收益更可能帶來更大的凈收益。
先前的研究也報(bào)告稱，經(jīng)濟(jì)靶向保護(hù)的平均收益大于獨(dú)家耕種的收益。然而，先前的研究?jī)H限于一個(gè)五年平均商品價(jià)格，因此未考慮波動(dòng)的商品市場(chǎng)的影響。其他研究結(jié)果支持了本研究的結(jié)論，描繪了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、精準(zhǔn)保護(hù)和收益繪圖有能力在改善保護(hù)和生產(chǎn)的同時(shí)，輔助生產(chǎn)者決策。同樣，有研究討論指出，通過靶向農(nóng)場(chǎng)生產(chǎn)力最低的區(qū)域，精準(zhǔn)保護(hù)和保護(hù)措施可以增加生態(tài)可持續(xù)性和生產(chǎn)者的收益。雖然本分析采用靜態(tài)方法，但它納入了五個(gè)商品價(jià)格，以反映2011年至2016年觀察到的商品價(jià)格和產(chǎn)量范圍。未來的研究可以在此框架上，通過評(píng)估在完整CRP合同期內(nèi)，預(yù)期價(jià)格波動(dòng)如何改變注冊(cè)決策，可能通過動(dòng)態(tài)建模方法進(jìn)行。
總結(jié)與結(jié)論
本研究表明，在低產(chǎn)區(qū)域戰(zhàn)略性地采用保護(hù)措施可以為生產(chǎn)者帶來收益增加。盡管本研究未量化野生動(dòng)物結(jié)果，但先前的研究表明，在農(nóng)業(yè)景觀上實(shí)施保護(hù)實(shí)踐注冊(cè)可以增強(qiáng)野生動(dòng)物棲息地。例如，即使CP-33注冊(cè)增加4%，也導(dǎo)致北部鮑勃懷特鵪鶉種群增加23%。類似的研究顯示，主要土地利用改變5%，導(dǎo)致有CP-33緩沖區(qū)的田地中北部鮑勃懷特鵪鶉的密度比沒有緩沖區(qū)的田地高52%。這些結(jié)果對(duì)本研究形成了補(bǔ)充，表明即使CP-33以小規(guī)模實(shí)施，仍有可能產(chǎn)生巨大的生態(tài)影響。
盡管本研究聚焦于密西西比州的兩個(gè)縣，但該方法廣泛適用于其他可獲得特定地點(diǎn)產(chǎn)量數(shù)據(jù)和保護(hù)計(jì)劃參數(shù)的農(nóng)業(yè)區(qū)域。然而，最終的經(jīng)濟(jì)結(jié)果將取決于當(dāng)?shù)氐漠a(chǎn)量變異性、商品價(jià)格和計(jì)劃支付率。同樣，本研究中使用的方法為評(píng)估不同價(jià)格情景下的保護(hù)注冊(cè)提供了一個(gè)客觀方法；然而，它并未捕捉所有現(xiàn)實(shí)世界的決策因素，如風(fēng)險(xiǎn)偏好、交易成本和行為動(dòng)態(tài)。因此，這些結(jié)果應(yīng)被解釋為支持而非指令保護(hù)決策的框架。
這些結(jié)果可以幫助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者、作物顧問以及野生動(dòng)植物和自然資源管理者，就實(shí)施可持續(xù)的保護(hù)實(shí)踐和盈利的農(nóng)業(yè)管理做出明智決策。通過展示商品價(jià)格如何影響CP-33注冊(cè)的盈利性，本研究可以幫助推廣專業(yè)人士和計(jì)劃管理者更好地傳達(dá)保護(hù)參與的經(jīng)濟(jì)動(dòng)態(tài)。雖然不期望生產(chǎn)者將所有邊際土地都注冊(cè)到保護(hù)計(jì)劃中，但本研究提供了一個(gè)評(píng)估不同市場(chǎng)條件下生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)回報(bào)之間權(quán)衡的框架。這些見解可能有助于減輕機(jī)會(huì)成本的擔(dān)憂，并鼓勵(lì)在生態(tài)和經(jīng)濟(jì)上都具有戰(zhàn)略意義的領(lǐng)域采用保護(hù)措施。未來的研究可以在此基礎(chǔ)上，探索本地化的推廣策略和決策支持工具（如盈利性繪圖或動(dòng)態(tài)注冊(cè)模型）如何進(jìn)一步支持精準(zhǔn)保護(hù)的實(shí)施。
