高产品种对水稻产量、农业收入和家庭营养的影响:来自孟加拉国农村的证据

背景

高产品种(HYV)种子育种一直是提高农业生产力和减少全球饥饿和贫困的关键途径之一。本文探讨了高产水稻品种、水稻产量、农业收入和家庭营养之间的因果关系。评估作物品种等变化对产量影响的一个挑战是自我选择和内生性。本文采用差分匹配差分法稳健地识别了边际输入贡献，修正了自选择势。

结果

我们发现，从本地转向HYV的农场，阿曼大米的产量比不采用本地的农场高出35%，利润高出76%。更多的卡路里摄入，更多的蛋白质，特别是更多的水果和蔬菜摄入，意味着被收养家庭的卡路里贫困减少。

结论

最近的证据表明，在小农农业和营养不良现象普遍存在的地区，改良种子仍然是一项潜在的高回报投资。

在发展中国家，营养缺乏仍然是造成过早死亡、传染病、儿童身心发育迟缓以及其他类型健康问题的主要原因之一[37］．在过去几十年里，农业生产力和粮食产量增长大大减少了全球饥饿[35，51，66］．大米是世界上一半以上人口最重要的主食，特别是在发展中国家。8，73］．因此，水稻生产和生产力提高对于确保粮食安全、减少饥饿非常重要，也是可持续经济增长的重要先决条件[62］．

许多技术已被确定具有提高水稻产量的潜力，包括高产水稻品种、高效农艺管理技术、提高养分和水分利用率以及控制杂草[39，60］．在这些技术改良或高产品种中[21，29，46，64，67是一种用于提高产量的特别成功的干预措施。自1980年以来，全球水稻产量增加了三倍[52和新品种开发带来的产量收益在这一收益中起了很大作用[10，21，64，84］．

实证研究发现HYV对产量有积极影响[3.，24，30.，61，72]或使用HYV可以在减少投入的情况下保持产量[5，63］．一般来说，现代品种的产量潜力更大，对化肥的反应更强，因此产量更高[60］．

产量的增长也有助于改善家庭的营养状况。农业可通过若干途径影响营养结果，例如增加家庭可用于自身消费的粮食，或增加家庭可用于购买更多或更高质量粮食的收入[33，38，78，81］．但证据是复杂的。一些研究表明，农业增长对于减少营养不良非常重要，因为它可以让家庭摄入更多的卡路里并使饮食多样化。20.］．另一方面，[41的研究发现，农业增长对儿童发育迟缓没有(统计上显著的)影响。其他文献表明，贫困农民通过增加农户收入直接受益于采用新的农业技术，间接受益于减少失业、提高功能性无地劳动者的工资率以及降低主食价格[23，45，47，69，82］．

农业技术适应与贫困的研究进展[55]、改良水稻技术与贫困[58]、孟加拉国的农业、营养和绿色革命[43]，改善水稻技术的采用和农民的福祉[48都受到了他们使用的方法或数据的限制。Mendola [55]使用了来自孟加拉国两个农村地区的数据，Nguezet等人。[58]使用了来自尼日利亚部分选定地区481名农民的横断面数据，[43一个简单的概念联系模型，以显示粮食生产力对营养结果的影响。

评估改良品种等技术的产量、营养和经济回报影响的一个挑战是，上述大多数研究都没有考虑到，那些自行选择采纳和不采纳的农民在其他可能影响产量的属性上也常常存在系统性差异。我们发现只有一项研究是这样的:伊斯兰教[48]研究改良水稻技术对小农福祉的影响，采用匹配技术，随后采用匹配方法进行DID回归，构建相似的处理组和对照组样本。我们的目标是通过对时变变量进行控制，应用匹配的DID方法，在给定的自我选择倾向下，扩展经验文献，稳健地确定HYV采用的边际产量、收入和食物摄入影响。该研究使用了全国范围内的农户面板调查数据，包括在2012年至2015年调查期间从本地转向HYV的田地。在此期间，安曼水稻对HYV种子的吸收从73%的安曼水稻农民的高水平增长到接近80%的人口饱和水平，这导致一些作者质疑在HYV技术下进一步扩大面积是否最终会导致这种策略的收益减少[50］．此外，Adesina和Djato [4和克雷格，帕迪和罗斯布姆[22]提到，在发达国家的农业中经常观察到规模收益(RTS)恒定或递增，而在发展中国家的农业中则主要是规模收益递减。这项评价提供了一个机会，以经验评估进一步采用HYV种子的回报递减是否实际上正在孟加拉国的Aman水稻出现。本文其余部分的结构如下:第2节展示案例研究细节，第3节展示数据和汇总统计数据，第4节描述方法，第5节解释结果，第6节展示讨论和结论。

孟加拉国是世界第四大稻米生产国和消费国[31，80］．农业是孟加拉国的主要经济部门[14]而稻米是主要作物，占农业用地总量的77% [6］．近几十年来，灌溉面积增加，种植模式也随着短期高产水稻品种面积的增加而改变[54，68］．在旱季，水稻大多是高产品种。在阿曼(季风)季节栽培当地品种和高产品种。

在过去几十年里，孟加拉国的水稻产量大幅增长，主要是由于增加使用高产水稻品种、地下水灌溉、化肥和杀虫剂[11，27，57］．水稻种植占农村就业总量的48%，提供了孟加拉国三分之二的热量需求和一半的蛋白质消费[70］．因此，为了确保粮食安全，大多数农民都种植水稻。1977年至2011年期间，孟加拉国水稻的平均产量每年增长3.6%，这主要得益于采用高产品种和在旱季扩大灌溉[42］．

孟加拉国在过去几十年里在经济增长、减贫和人类发展方面取得了重大进展[14］．许多研究表明，农业增长是孟加拉国减少贫困和饥饿的关键[53，76，77］．孟加拉国是较晚接受绿色革命的国家，其特点是灌溉、高产品种和化肥的迅速扩大，从而提高了农业产量[17和减贫。相对而言，关于绿色革命生产力提高如何影响营养的研究还很少。42］．约瑟夫等人[85]指出，虽然存在大量关于农业和营养的综述文献，但大部分是理论工作，来自观察和实验研究的证据有限，记录了这种影响，特别是对孟加拉国。Bhagowalia [16]调查了印度农业、收入和营养之间的联系，得出的结论是，灌溉和牲畜极大地影响了家庭粮食多样性。哈迪(40]也在他们关于印度农业和营养不良的文章中指出，许多研究人员和政策制定者对农业减少营养不良的潜力抱有很高的期望，但缺乏实质性的证据。高质量研究的缺乏促使我们从经验上评估HYV种子育种这一农业技术对孟加拉国农业生产力、家庭收入和营养的影响。

数据

本研究使用的数据来自国际粮食政策研究所(IFPRI)管理的孟加拉国综合家庭调查- bihs(2012年和2015年)。数据收集分2个时间段:2011年10月至2012年3月和2015年1月至6月。国际粮食政策研究所的高级研究人员设计并监督了这项调查。在统计上，这是一个全国代表性的数据，涵盖了孟加拉国的所有行政区划。该调查涵盖了5500个家庭。该问卷由几个模块组成，问题涉及生活水平的多个方面，包括个人层面的教育、就业、家庭人口、资产及其价值、收入、支出、小额信贷、减灾、移徙和汇款。但是，调查的主要重点是收集关于土地一级农业生产和成本的数据。这包括作物耕作活动的数据，包括产量、种子投入使用、化肥、农药、使用的技术、土地特性、管理和其他问题。为了研究高产品种的影响，我们将处理组考虑为2012年种植当地品种，到2015年转化为HYV的地块。其余样地，即2012年和2015年种植到当地品种的样地为对照组。

摘要统计信息

包括probit回归中的变量的汇总统计，以确定匹配的处理和对照样本，以及DID^脚注1回归，包括治疗组和对照组差异的t检验见表1．

在我们的样本中，2012年和2015年都是当地品种的1204块地块是我们的对照组，2012年是当地品种，2015年转化为良种的416块地块是我们的处理组。因此，我们看到，从2012年到2015年，约26%的地块从当地转变为HYV。为了进行汇总统计，我们只考虑了2015年，因为2012年我们所有的样本都是当地品种的地块。汇总统计数据告诉我们，当地和HYV小区的规模相似，牲畜和渔业的比例相似，以农户户主教育、年龄和性别衡量的人力资本也相似。有当地品种的地块有更多的非农收入，有趣的是，有更多的信贷和推广服务。另一方面，具有HYV的地块:每公顷产量更高，灌溉地块更多，田间劳动时间更长，肥料成本更高，机械成本更接近。就营养结果而言，t-检验结果表明，采用HYV的农户总体热量摄入更多，谷物热量摄入更多。然而,t据统计，果蔬类、蛋白质类、油脂类等食物的热量消耗没有显著差异。

为了研究HYV对雨季水稻产量以及家庭营养和收入结果的影响，采用了差中差(DID)方法，该方法在估计因果关系方面越来越流行[15，26，34，79］．DID的优点之一是有可能处理异质观测之间比较中的内生性问题[56］．为了实施DID，我们构建了治疗组和对照组。处理组为2012 - 2015年由当地品种转化为HYV的地块，对照组为未转化的地块，即2012年为当地品种，2015年仍为当地品种的地块。无偏估计要求治疗组和对照组相似(即反事实应尽可能与治疗组相似)。评估种子等技术的产量影响的一个挑战是，农民以非随机的方式自我选择采用和不采用的群体，这可能受到其他未观察到的属性的影响，如农民的动机、风险态度、天生技能[2］．解决这种选择偏差的一种方法是使用倾向评分匹配- psm [1，7，44，75］．从本质上说，PSM是一种方法，用来识别非采采纳者的亚群体，该亚群体与采采纳者的群体足够相似，从而假设这两个群体的不可观察特征的分布是相同的，或至少没有太大的差异，从而可能引发偏差[13］．在这种匹配中使用的倾向评分只是一个家庭获得治疗的概率[26]:

倾向评分是使用probit模型估计的，其中家庭特征向量，X正在退化P为二元变量，值为1表示农户采用了高产水稻品种，值为0表示农户采用了高产水稻品种，得到农户倾向性得分的预测结果。

有一些潜在的外生变量会影响农民采用HYV的倾向。例如，如果农业是主要职业，农民往往更关心产量;HYV需要更多的投入，如化肥、农药，这需要更多的资金，因此，对治疗组和对照组来说，获得信贷或其他收入来源的机会是不同的。我们利用以下特征估计倾向性得分:(1)土地面积;(2)主业是否农业;(三)户主性别;(4)获得信贷v.采用probit回归的渔业:

其中PS =倾向评分，l=土地面积,O=占领,G=户主的性别，C=获得信贷，Fi =拥有渔业，和我=非农收入。

通过剔除p值(倾向值)低于治疗组最小p值的比较组或非采用组的观察值，建立共同支持区域。p值高于对照组最大p值的对照组观察结果也被剔除[79］．共同支撑区域如图所示。1．

在倾向评分匹配后，我们对修改后的样本进行DID。在以产量为因变量的情况下，结果的差异(Y)按治疗前后计算:

结果的差异(Y)，计算为:

然后计算治疗组与对照组之间的差值:

在回归格式Eq。5可以写成[9]:

在哪里Y每公顷产量，d2为第二个时间点的虚拟变量，dT对干预组和治疗组的人来说是否等同于团结T．

处理治疗组与对照组的时变差异

只有当控制组和治疗组的时变效应趋势相同的假设适用时，DID是无偏的。这一假设意味着，在所有条件相同的情况下，两组都在以相同的方式随时间变化，除了治疗组暴露在治疗中。然而，如果治疗组和对照组之间确实存在时变差异，则DID估计将产生有偏差的估计[32］．

事实上，在2012年和2015年期间，许多影响产量结果的属性确实发生了变化。例如，灌溉、化肥、农药、堆肥、机械使用水平可以改变。如果不控制这些时变效应，可能会产生有偏差的估计[9］．我们首先通过测试DID治疗组和对照组属性的时变差异来解决这个问题。我们发现，对照组和处理组的6个变量具有时变趋势:总工时、化肥成本、农药成本、机械成本、灌溉和推广服务。这表明，这些变量在两个时间段内遵循了不同的趋势，对产量结果变量有潜在的影响。我们还测试了堆肥成本和其他收入这两个变量在两组之间的时间趋势是否不同，发现这些变量在两组之间没有不同的时间变化方式。我们没有控制土地类型、农民教育水平、年龄和其他人力资本变量，因为这些对试验组和对照组来说不会随着时间以不同的方式发生变化。对于这些属性，“平等趋势”假设成立。

我们的最终产量DID回归方程可以写成:

在哪里Y是收益率,T是一个时间变量，我为二元干预变量，用户界面是时变变量:化肥成本、灌溉、总工时、农药成本、机械成本和推广服务。

农业收入了

在这一部分，农业收入是我们的因变量。安曼大米的农场收入是用产品收入减去生产成本计算的。因此，用来估计其与HYV关系的DID回归方程可以写成:

在哪里我为以孟加拉语塔卡(BDT)表示的农场收入，d2是第二个时间点的虚拟变量，和dT干预组和治疗组的观察是否一致T．

家庭营养了

本部分以人均总热量消耗和不同食物种类的热量消耗作为因变量。人均热量消耗，即热量充足率，是衡量家庭粮食和营养安全的常用指标[36］．人均热量消耗是家庭总热量消耗(包括自制食品和捐赠实物食品在内的所有食物的热量摄入之和)除以家庭成员总数。^脚注2该调查收集了超过7天的食品消费信息;我们将其转换为日常消费。我们还对以下类别的结果决定因素进行了家庭食物摄入量的回归:(1)谷物或碳水化合物;(2)鱼-肉-奶-蛋-豆类或蛋白质;(3)改善;(4)水果蔬菜，(5)其他。因此，我们在营养回归中的结果变量是每人每天的卡路里摄入量，从食物组中摄入的卡路里:碳水化合物，蛋白质，水果和蔬菜，油脂和其他食物。

对于家庭食物热量变量，DID不需要包含时变效应，因为可能影响营养结果的户主人力资本(如教育)持“平等趋势”假设，而其他潜在的家庭营养影响变量(如畜牧收入和渔业收入)在2012年至2015年之间对两组均遵循类似的趋势(详情见表)3.)．因此，我们得出了热量消耗和热量消耗的等式(1)谷物或碳水化合物;(2)鱼-肉-奶-蛋-豆类或蛋白质;(3)改善;(4)水果、蔬菜;(5)其他食物组可以写成:

在哪里C是每天的人均热量消耗，d2是第二个时间点的虚拟变量，和dT治疗组是否统一观察T．

为了捕捉HYV对产量、家庭营养和贫困的净影响，我们分析了DID效应。为了得到无偏估计，我们从估计的倾向评分匹配对照组和治疗组。值得注意的是，倾向评分回归模型(probit模型)反映了相关性，但不描述因果关系。probit模型的目的是估计倾向评分，该评分评估一个家庭将获得高产水稻作物的概率。因此，由于从数据集中选择了许多可能影响高产水稻作物获得的相关可观察到的家庭特征，以创建满足平衡特性的倾向评分(表2)．

选择控制样本的算法基于平衡特性，该特性确保构建的对照组具有在处理组和对照组的五分位数中等效分布的可观察特征，如[25，75］．在建立了共同支助/匹配区域之后。数字1为处理组和对照组在匹配条件前后的概率得分(图。2)．

在DID回归之前，我们检查了变量的时变属性，机械成本、农药成本、化肥成本、堆肥成本、劳动时间、其他收入和灌溉，因为如果这些变量不遵循“相等的趋势”，那么这些变量可能会对我们的结果变量产生影响。这些检查的结果见表3.

产生结果

我们发现，除了堆肥成本和其他收入外，所有因变量在处理和对照样品中都具有不同的时变方式。因此，我们在DID回归中控制了时变农药成本、化肥成本、工具成本、总工时使用，并发现结果总结在表中4．

表格4告诉我们，在处理组中，由于采用HYV种子而增加的实际产量估计为每公顷0.85吨。处理组的基础产量为2.45吨/公顷，采用HYV增产35%。

家庭农场收入DID结果见表5．

结果表明，采用高产品种的农户获得了更多的农业收入。这里我们可以看到，在2015年，对照组的平均收入是1471 BDT，治疗组的平均收入是2598.84 BDT。采用HYV后，实验组的收入比对照组多76%。

营养的影响

与收入和产量一样，对于食物摄入回归，我们还检查了治疗组和对照组在时间变化变量上的差异程度，这些变量可能影响碳水化合物、蛋白质、油-脂肪、水果-蔬菜和其他食物的食物组的卡路里摄入量和卡路里摄入量。对照组和实验组的户主人力资本以同样的方式增长。我们检查了其他潜在的影响变量，如其他收入，从渔业和畜牧业获得的收入，发现这些变量对对照组和治疗组也遵循“相同的趋势”(表3.)．因此，在DID中我们没有任何要控制的变量。对照组与治疗组不同食物组的营养结局见下表6

结果表明，与采用HVY相关的较高农业产量使收养家庭比那些没有采用高产品种的家庭吸收更多的卡路里。据估计，没有DID的采用者蛋白质摄入量更少。然而，治疗组的DID估计值较高。据估计，治疗组从水果和蔬菜中摄入的卡路里也更多。两组从油脂和其他食物组中摄入的热量差异在统计上是微不足道的。我们得出结论，采用HYV种子的家庭营养状况发生了积极的变化。

我们的研究发现，在季风季节，2012 - 2015年采用高产水稻品种的农场增产35%。产量的增加也为采用高产水稻品种的农场带来了更多的收入。农场收入的增长超过了产量的增长，收养农场比非收养农场增长了73%。

在2012年没有适应HYV但在2015年适应了HYV的家庭(治疗组)在统计上也经历了明显更高的卡路里消耗，在统计上明显高于未适应HYV的家庭的水果和蔬菜消费量，这是维生素、矿物质和纤维的主要来源[74］．与不吃的人相比，他们的总卡路里摄入量增加了6.14%，碳水化合物摄入量增加了5.19%，水果蔬菜摄入量增加了20.07%。另一方面，油脂和其他食物或外界食物的消费没有增加，这也被认为是积极的营养结果[59］．

我们的产量结论得到了其他研究的支持，这些研究表明孟加拉国水稻产量的增加主要是由于从低产量到高产的季节性品种的变化。我们的HYV采用和总热量研究结果也与Headey和Hoddinott的结论相似。43)，他们发现孟加拉国农村农户的产量增长和热量供应之间存在正相关关系。研究结果也与过去关于农业产量增长与贫困的研究一致[28，55该研究发现，贫困农民通过减少贫困而受益于采用高产品种。

对于孟加拉国这样一个土地紧张、人口众多的国家来说，农业生产增长和粮食安全仍然是一个巨大的挑战。一些作者认为，通过进一步吸收关键技术实现更大收益的潜力可能达到一个极限，即进一步吸收导致边际收益递减[50］．然而，吴等人。[83的研究表明，技术对幸福的影响随着时间的推移呈现出递减的趋势，除非新技术的产生和不断推广以取代旧技术。值得注意的是，即使在调查中列出的使用高产品种的田地和农场中，我们评估了在产量表现和种子改进机会方面的很大差异。孟加拉国水稻研究所已经发明了100多个水稻品种，孟加拉国核农业研究所(BINA)发明了22多个水稻品种。在许多情况下，新发明的水稻品种的产量潜力远远高于早期的品种。例如，安曼品种BR-5的产量潜力为3吨/公顷，而安曼品种BRRI dhan 49的产量潜力为5.5吨/公顷，比BR-5 (BRRI)高出54%，比那丹-17的产量潜力为7.5吨/公顷(Bilu, 2019年11月6日)。2015年，全国HYV阿曼产量为2.69吨/公顷，当地阿曼产量为1.64吨/公顷[12两者的生产潜力都远低于BRRI dhan 49的5.5吨/公顷和binadhan 17的7.5吨/公顷。这个概念已经由Kabir等人提出。[49由于缺乏采用，与杂交水稻和HYV水稻相关的遗传收益(即生产力)没有达到它们在全国范围内的全部潜力——造成了农场上的巨大产量差距。因此，我们的研究表明，对孟加拉国Aman水稻的改良品种的吸收并没有达到递减的回报，最近的增加似乎是更高产量的强劲驱动因素，表明在季风季节水稻种植中，通过将当地品种转化为HYV仍有机会提高水稻产量。尽管吸收水平已经很高(80%)，用较新的高产品种取代早期高产品种可能对全国产生重大影响。同样的想法也由Shew等人表达。[71尽管如此，孟加拉国的许多水稻生产者还没有采用改良品种，尽管它们有提高产量的能力，而且在阿曼季节的采用尤其薄弱。鉴于经济、粮食安全和环境效率的提高，这可能是支持HYV采用的政策的一个重要重点。在2012年至2015年期间，HYV的采用使大米消费量增加了12.6%，相当于每年增加2600万人的一顿饭[71］．我们的研究结果表明，投资进一步改进水稻品种和采用最近发明的产量更高的品种仍然是继续促进孟加拉国农业的非常有效和高效益的技术投资。研究结果还增加了与许多发展中国家相关的全球证据，表明进一步的植物育种和种子补贴/采用支持可以是对粮食安全、改善家庭营养和农业收入非常有效的投资。

我们的研究的一个局限性是我们使用的DID只有两年的数据，使用长时间序列面板数据将是理想的。我们重点研究了HYV对阿曼水稻产量的影响。进一步评价HYV在其他作物上的吸收情况也很有价值。另一个有助于进一步研究的领域是了解HYV吸收影响农场收入、产量和营养结果的途径。例如，农业收入是否通过增加机械、化肥、灌溉和雇佣劳动力的使用而影响产量?开展更多的工作，了解特定HYV种子类型在提高产量、收入和营养结果方面的有效性，也将是有益的。一个特别值得关注的领域是，HYV引入的结果如何因气候和社会经济背景而不同，特别是在任何吸收相对较少的孤立地区。

数据和资料将根据要求提供。

1. 差中的差。

2. 该方法遵循官方贫困计算方法，根据2005年及更早时期孟加拉国家庭调查(BBS, 2010)获得的数据。

感谢Lin Crase教授和Bethany Cooper博士对本文提出的宝贵意见。此外，本文还在AARES(澳大利亚农业与资源经济学会)2021年年会和南澳大利亚大学商学院的定期研讨会上发表。我们非常感谢所有教授、高级研究员/讲师和研讨会的参与者对本文提出的宝贵意见。

这项研究没有资金支持。

作者和联系

1. 南澳大利亚大学商学院，市场、价值观和包容中心，南澳大利亚大学，37-44,North Terrace, GPO Box 2471, SA Adelaide, 5001, Australia

   Mohammad Mahbubur Rahman & Jeffery D Connor

贡献

第一作者贡献最大，第二作者贡献最大。两位作者都阅读并批准了最终稿。

作者的信息

第一作者:Mohammad Mahbubur Rahman，南澳大利亚大学博士候选人。

第二作者:杰夫·康纳教授专门从事定量经济、环境和社会综合系统建模，经常与地方、州、国家和国际各级政府密切合作，以严格的经济学为基础提供经济政策建议。从2001年到2016年，Jeff在CSIRO担任经济学家和小组组长，在那里他为默里达令盆地管理局、自然资源管理委员会和南澳大利亚州、维多利亚州、西澳大利亚州以及孟加拉国、印度尼西亚、中国和老挝的水、农业和自然资源管理部门提供研究和建议。

相应的作者

对应到穆罕默德Mahbubur Rahman．

伦理批准和同意参与

不适用。

同意出版

是的，我们同意在本刊发表这篇文章。

相互竞争的利益

不适用。

出版商的注意

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