平衡肥料使用的产量收益：来自印度东部的证据

来自东印度的证据平衡施肥带来的收益增长政策研究工作论文发展经济学 发展研究组 2025年5月 朱利安·阿雷塔加·克劳斯·戴宁格 摘要政策研究工作论文11134政策研究工作论文系列传播工作进展的成果，以促进关于发展问题的思想交流。该系列的一个目标是尽快发布研究成果，即使展示的成果尚未完全成熟。论文署有作者姓名，应按此引用。本文表达的研究成果、解释和结论完全是作者的观点。它们不一定代表国际复兴开发银行/世界银行的看法及其附属机构，或世界银行的执行董事或他们所代表的政府的观点。本文是发展经济学发展研究小组的产品。它是世界银行提供其研究公开访问并促进全球发展政策讨论的一项更大努力的一部分。政策研究工作文件也发布在网站 http://www.worldbank.org/prwp 上。作者可以通过 jdarteagav@gmail.com 和 kdeininger@worldbank.org 联系。本论文的验证可重复性软件包可在 http://reproducibility.worldbank.org 上获取，点击这里直接访问。与大多数农业投入品一样，化肥的最佳使用利用了不同营养类型之间的生产互补性。养分施用强度的巨大差异表明，即使在固定的支出预算下，通过调整不同营养类型之间的化肥使用平衡，也可能获得潜在的生产力提升。本文利用东印度三个州的大样本稻田的详细信息，研究了更均衡的化肥使用——以田间钾肥与氮肥的施用量之比衡量——是否能够带来更高的产量和收入。为解决化肥施用决策的内生性问题，分析利用了印度农民需求氮肥这一事实 C我RLCoH我ANPG多为在国内少数制造工厂生产，而所有钾肥基肥料都必须通过船舶从国外进口。通过测量田地中钾氮肥施用比例与农民村庄与最近的尿素生产工厂和最近的国际港口之间的相对旅行距离，该论文估算了更平衡的肥料使用对产量和收入的影响。估计表明，在肥料使用的中间水平，并保持肥料支出水平不变的情况下，重新平衡肥料施用选择，使肥料中的钾氮比例翻倍，将使产量增加4.8%。 由研究支持团队制作ERS透明PW分析oRRE EYASKP 朱利安·阿尔特加克劳斯·戴宁格平衡化肥施用带来的收益：来自东部印度的证据关键词：农业生产力；印度；土壤肥力；投入补贴；环境管理JEL编码：Q12，O5，O13我们感谢 Gayatri Acharya、Daniel Ali、Rajeev Chawla、Sam Coggins、Andrew Goodland、Thea Hilhorst、Nora Kaoues、Avinash Kishore、Priti Kumar、Maxwell Mkondiwa、Athiannan Natarajan、Hari Sankar Nayak、Hogeun Park、Heitor Pellegrina 和 S.C. Rajshekar，感谢他们有益的讨论和富有见地的评论，这些极大地帮助提高了论文的质量。 1. 简介发展中世界农业生产力提高的一个关键驱动力是无机肥料的广泛采用，人们已经认识到其在提高粮食生产和推动结构转型过程中的作用（比曼等人，2013;杜富罗、克雷默和罗宾逊，2008;戈斯，弗拉加，& 佛尔南德斯，2023;麦卡瑟与麦科德，2017然而，即使在输入使用适度高的情况下，肥料的效力也开始取决于利用不同类型养分之间的生产互补性（）。Ye等人，2021使用单一类型的肥料过度使用会导致边际效益递减、由于土壤酸化导致未来生产力的降低，并对环境与健康产生负面外部性(bobbink 等人，2010;Diaz & Rosenberg, 2008;郭等，2010;沃德等，2018）。尽管在一些情况下，推广施肥使用仍然具有很高的私人和社会回报率，尤其是在撒哈拉以南非洲（）。卡特，拉贾吉，&杨，2021），在美国、中国和印度等主要农业生产国，氮肥的低效高用和主要不平衡使用正变得越来越紧迫（崔等，2018;韦斯特等，2014).然后，我们研究了纠正这些失衡将如何提高农业生产。特别是，我们研究了更均衡地施用养分（通过养分比率衡量）的效果。O) 到氮 (N) 应用于田地——对农业生产和农民收入的影响。碳酸钾（K）在一个涉及印度各州的化肥使用比较中，钱丹和帕维特拉（2015）此外，在我们的论文中分析的三个州之间，K相对于N的应用率也存在较大的差距。而且，通过考虑州一级的种植模式和作物特定的养分推荐组合，作者能够计算出“规范”所需的养分比率。虽然各州到这个规范基准的距离差异很大，但我们论文中分析的三个州的实测K-N比率明显低于规范指标所指示的值。在本文中，我们研究肥料失衡对印度农业背景下农业生产力的影响。利用来自印度东部三个邦——安得拉邦、比哈尔邦和奥里萨邦——大量稻田的详细微观数据，我们首先记录了农民使用不同类型肥料养分的应用率存在巨大差异。在所有调查的田地中，氮的中间值这项观察是施用量比中位数钾施用量高7.9倍。与在全国范围内的区域、农民和营养类型观察到的大幅变化相一致，博拉，2022相对于其他类型的养分，高氮的使用——印度农业的一个世俗趋势——由于对不同类型肥料的差异化补贴而被进一步加强，这种补贴通过影响相对价格扭曲了最佳投入选择（钱德 & 潘迪,2009;chatterjee & kapur, 2017;Garg & Saxena, 2022). 2211 3我们的2SLS估计显示，无条件基于肥料使用的基线水平，钾氮比增加一个标准差会导致水稻产量增加16%。这种效应大约是OLS估计得到的效应的十倍，并表明将肥料使用转向更营养均衡的施用方式的潜在好处可能比简单相关性所暗示的要大得多。基于这些估计，粗略计算表明，在中位数肥料施用率和价格下，重新平衡肥料选择，使得肥料总支出水平保持不变，但钾氮比翻倍，将导致产量增加4.8%，或，在平均值上，每季每公顷0.204吨。我们发现这些产量增加伴随着农民收入的积极影响，但估计不够精确。这些结果与农业投入互补性的经济文献（阿拜等人，2018;波尔等，2024)并提供实证证据来支持旨在通过优化施肥来提高农业生产力的政策。本文的主要贡献在于呈现平衡肥料施用选择对农业产出的因果证据。虽然我们的实证策略利用了不同肥料类型的相对成本差异，因此最直接地针对通过改变相对养分价格来改进投入选择的政策，但我们的估计还表明——即使在当前价格下——重新平衡肥料需求可以提高产量，而无需增加支出水平。因此，我们探索了可能导致农民不选择更均衡的肥料组合的其他因素。利用一个包含奥里萨邦农民调查回答的补充数据集，我们提供了证据，表明农民对养分多样性的缺乏了解可能是阻碍更有效利用投入的主要障碍之一。我们认为，向农民提供关于平衡养分施用益处的总体信息，并帮助他们识别可以提供这种平衡的不同类型肥料，可能是一种提高农业生产力的成本效益政策。在这方面，我们通过注意到数据中不同类型营养素使用之间的生产互补性，以及K-N比、产量和收入之间的强关系来阐述这个问题。为了评估这些关联的因果性质并解释肥料施用决策中的内生性，我们的计量经济学策略利用了这样一个事实：印度农民需求的绝大多数氮肥是在有限的几个制造厂中生产的，而所有的钾肥都必须通过船舶从国外进口。基于这一事实，我们用农民村庄之间的相对旅行距离来为每块田地中施用的K-N营养比进行工具变量分析。i)最近的尿素制造工厂，ii)最近的国际海港。这种办法利用了不同类型化肥供应链中的特殊地理限制——就像麦克阿瑟和麦科德（2017）—并提供不同营养物质在空间上的相对成本、可用性和应用率的合理外生变动。 42. 数据在文章的下一节中，我们描述了用于分析的不同数据来源。第 3 节介绍了研究背景，并描述了促成因素。第 4 节概述了实证策略，包括其动机和细节。第 5 节展示并讨论了估计结果，第 6 节总结。2虽然我们在全文中都称该地区为比哈尔邦，但这个地块子样本还包括了来自东部乌塔普尔邦的几个区的村庄，即巴利亚、钱杜利、迪奥里亚、加济普尔、戈拉克普尔、库什尼格尔、马哈拉加ंज、茅和希德拉特纳加尔。此外，虽然原始数据集也包含有关旁遮普-哈里亚纳地区的信息，但鉴于一些调查村庄中缺失值较高，我们由于COVID-19大流行期间出行限制而将这个子样本排除在本研究之外。本文也促进了研究数字延伸服务对农业生产力影响的文献()贝格，伊斯兰，& 拉赫曼，2024;科拉尔等, 2020;法布雷加斯等，2025;Gars等，2025;Harou等人，2022;伊斯兰 & 贝格，2021通过强调一般知识信息传递可能既更具成本效益，也是基于单个地块的特定特征提供更复杂、更细粒度信息传递的先决条件。TheCSISA-NUE数据集包含农民报告的最新季风季节中家庭最大水稻田的数据。抽样框的设计是为了在省级层面选择对粮食安全目标具有高相对重要性意义的区。在这些区内，选择了水稻田以确保样本能代表该区的水稻田条件。每次调查收集了农民关于地块面积、水稻产量、水稻的产地价格（我们用以计算每公顷的收入指标）以及不同类型肥料施用率详细信息的反馈。数据集还提供了关于大量与人口统计特征、市场准入、灌溉状况、种子可用性、土壤质量感知和天气结果相关的地块和家庭层面变量的直接收集或协调的公开可用的次级数据。所有变量的完整列表的描述性统计我们利用由数个研究团队在2017年至2019年间收集和协调的详细农户级调查数据，研究了肥料平衡与农业生产力之间的关系。南亚谷物系统倡议(CSISA)。我们使用了最初由农民层级编制的数据科金斯等（2025）为了研究三个南亚国家的几个水稻种植地区的氮肥利用效率，我们称此数据为CSISA-NUE数据集。鉴于我们实证策略的性质，我们仅关注印度的农民。我们选择的样本包含了2017年至2019年间在印度三个东部邦——安得拉邦、奥里萨邦和比哈尔邦——种植水稻的小农的相关信息。2 5我们的实证策略，在第四节中有详细描述，利用了农民相对于尿素制造工厂和国际海港的旅行距离的变化。关于主要尿素制造厂位置的信息，是通过审查提供全国所有主要化肥制造单位详尽清单的官方政府通讯获得的，化肥3仅有设施按尿素、磷酸二铵、NPK复合肥和硫酸铵分解的生产能力。记录中包含的尿素生产商被纳入分析，并根据其运营状态、公司名称和工厂位置名称，使用谷歌地图对其进行了地理定位。共确定了14个州中的33个位置，并将它们地理定位为主要的尿素制造工厂。从港口统计手册(2015年)，由公路运输与 highways部运输研究团生产。本文件包含在全国运营的13个指定主要国际港口的全面清单。本研究所使用的公式在附录A1表中所示。至关重要的是，CSISA-NUE数据集还包含对每个调查田块的GPS记录坐标。3未标记的问题第2172号根据印度人民院的请求提交给化学和肥料部长。于2022年7月29日答复。自CSISA-NUE数据集没有明确记录被调查的田地位于哪个行政区域，我们将地块级别的坐标与由构建的村级形状文件叠加。耸肩项目 ()阿什尔等，2021), 并将字段分配到相应的村庄、 tehsil（即一组村庄）和区。鉴于坐标CSISA-NUE由于保密原因被审查，且我们无法直接观察到每户人家的确切距离到最近的道路，我们将个人层面的坐标聚集成村级，并将我们的距离工具定义为村庄内所有田地的共同度量。此外，由于我们感兴趣的问题与肥料的密集边际相关——也就是说，在肥料采用的前提下，如何重新平衡肥料使用能带来生产力提升——我们排除了没有使用肥料（观察值的不到2%）的田地。我们的最终估计样本包括三个州内的2,917个村庄和68个区中的12,255名农民。将每个村庄位置与制造工厂和国际港口位置相结合，我们使用道路网络数据计算了道路上的出行距离开源路由机(OSRM)平台。我们遵循巴格拉万特等（2024），并实现迪杰斯特拉算法，通过加权图寻找一对节点之间的最短路径，其中权重代表不同道路类别的平均速度。图1显示了样本村庄的空间分布及其到尿素工厂和国际港口计算出的最短旅行路线。 63. 背景与动机事实我们通过养分从2017-2020轮收集了化肥价格信息作物栽培调查由印度农业部进行的（CCS）。这些调查