農業技術變動偏向之研究：一個整合方法的應用

行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告

農業技術變動偏向之研究：一個整合方法的應用

研究成果報告(精簡版)

計 畫 類 別 ： 個別型 計 畫 編 號 ： NSC 95-2415-H-002-016- 執 行 期 間 ： 95 年 08 月 01 日至 96 年 10 月 31 日 執 行 單 位 ： 國立臺灣大學農業經濟學系暨研究所 計 畫 主 持 人 ： 陸怡蕙 計畫參與人員： 碩士級-專任助理：陸怡棻 報 告 附 件 ： 出席國際會議研究心得報告及發表論文 處 理 方 式 ： 本計畫可公開查詢

中 華 民 國 97 年 01 月 09 日

行 政 院 國 家 科 學 委 員 會 專 題 研 究 計 畫 成 果 報 告

農業技術變動偏向之研究：一個整合方法的應用

Efficiency Improvement and Energy Demand: Rebound Effect Revisited 計畫編號：NSC95-2415-H-002-016 執行期限：95 年 8 月 1 至 96 年 10 月 31 日 主持人：陸怡蕙 執行機構：國立臺灣大學農業經濟系

摘要

本研究從技術變動偏向的角度來解釋已開發與開發中國家的農業生產力差 距與其成長的路徑，並且針對Luh(2005)的模型進行修正。Luh(2005)在動態調整 的架構下，建構了檢定誘發創新假說的理論模型，但實證分析時，只是以畫圖的 傳統方式，將相對要素價格的歷史變動趨勢與估測的要素使用偏向(factor-using bias)進行比較；該文並未考慮使用時間序列資料時，可能發生的資料非靜態 (non-stationary)問題。因此，本研究的研究重點在提出結合動態生產模型與時間 序列分析的整合方法，利用東亞各國的長期農業投入與產出資料進行實證分析， 以檢視東亞各國農業在發展的過程中是否如誘發創新假說所預測的，選擇了能有 效放鬆先天資源稟賦限制的技術進步路徑。本研究的研究成果不僅可對東亞各國 農業部門的成長提出一合理的解釋，這方面的研究更具有重要的政策意涵。 本研究的重要性與對相關文獻的貢獻可分以下三點說明。 1. 國外文獻對於美國與歐盟各國農業生產力的分析有較完整的研究，這些有關 多國農業生產力的分析並未以東亞的農業生產為對象，而且多偏重在生產力的衡 量與相關指數的計算上，且亦未對農業的成長做進一步的解釋。至於以低度開發 國家農業生產力為研究重點的分析，早期是以估測總合農業生產函數的方式進 行，近期的研究仍然是侷限於指數的計算，且並未以東亞農業為研究重點。本研 究的第一個研究重點是將以東亞農業為研究對象，並且會透過多國農業技術變動 偏向的比較分析，以期能對東亞地區各國的農業生產力差距與農業成長提出合理 的解釋。 2. 過去有關誘發創新檢定的實證研究遭遇兩項主要的限制。Luh(2005)雖然在動 態調整的架構下，建構了檢定誘發創新假說的理論模型，解除了文獻中即時調 整假設所造成的限制；但仍有一個問題未能圓滿解決。這個問題即源自於時間 序 列 資 料 的 使 用 。 一 般 而 言 ， 時 間 序 列 的 經 濟 資 料 有 可 能 是 非 靜 態 的 (non-stationary)。過去在有關農業生產特性的相關研究中，技術變動都是以一時

間趨勢的變數來代表，Durluaf and Phillips (1988)即指出，若資料具單根(unit-root) 的特性，將產生估計參數漸進發散、D-W 統計值偏向零、判定係數呈現有限、 不均衡分配等的統計問題。因此Machado (1995)，Clark and Youngblood (1992) 等人即提出以時間序列的方法來分析美國與加拿大等地的生產農業技術變動； 雖然這些學者是以靜態的對偶理論為基礎進行誘發創新假說的檢定，卻也指出 在進行誘發創新假說的檢定之前，應先檢視各變數的時間序列性質，也為 Luh(2005)的動態模型提出一個應用時極重要的修正方向。 3. Luh(2005) )的動態模型除了有未考慮使用時序資料時可能發生的非靜態問 題，申請人在進行誘發創新檢定的實證分析時，還發現第二個問題。雖然該文的 實證分析部份只是在顯示文中提出的理論架構確實是可行的，並以一簡化的假設 避 開 了 這 個 問 題 ， 但 是 這 個 問 題 卻 是 在 進 一 步 應 用 之 前 必 須 解 決 的 。 在 Luh(2005) )的動態模型中，價值函數不谨是期初價格與準固定投入期出存量的函 數，同時也是 augmenting 係數的函數，augmenting 係數卻是無法觀察到的變 數。因此，在設定價值函數時，必須先思考如何將無法觀察到的augmenting 係 數與可觀察到的一些變數〈如農業研究與推廣支出〉做一連接，而此時選擇的價 值函數就必須是允許將augmenting 係數與可觀察變數的連結關係帶入價值函數 的一種函數形式。

Abstract

In literature of agricultural development, the differences in agricultural productivity among countries, or the continued growth of the agriculture sector is constantly attributed to the two general characteristics of supply – the advancement of production technology and the exploitation of scale economies. This project will try to provide a reasonable explanation to the differential patterns of agricultural growth from the perspective of technical change bias. In our model, whether a country will be able to achieve sustained growth in agricultural output depends on its capacity to develop agricultural technology which will effectively loosen the constraints imposed by resource endowments. The contribution of the proposed research is three-folded.

First, this project will focus on identifying the sources of productivity growth for the agriculture sector in selected East Asian economies. Intercountry comparison of agricultural productivity has a long and rich history. However, none has focused on identifying the sources of growth of East Asian agriculture. This project will analyze the sources of agricultural growth of eight East Asian countries – China, Indonesia, Japan, Malaysia, the Philippines, South Korea, Thailand and Taiwan – with special emphasis on technical change bias induced by changes in relative input prices. Specifically, this paper will test the induced innovation hypothesis and examine the plausibility of this hypothesis against the development experiences of selected Asian agriculture.

Second, built on the theoretical model developed in Luh (2005), this project will propose an integrated approach to the testing of the induced innovation hypothesis. The approach is integrated in the sense that it will use both the dynamic dynamic adjustment framework as well as the time-series procedures to address the issue of inducement mechanism. Although Luh’s study presents an empirical test of the induced innovation hypothesis under the dynamic adjustment framework, the traditional graphical analysis was used to examine if the induced innovation hypothesis can provide a satisfactory explanation of the development of Taiwan’s agriculture. It ignores the possibility that economic time-series data may be nonstationary. In addition, the literature on empirical testing of the induced innovation hypothesis does not support a widely accepted view on the issue, and this inconclusive result may have been due to, as pointed out by Machado (1995), the ad hoc graphical comparisons of indices of technical change bias with their corresponding input prices. Consequently, a comprehensive assessment of the validity of the inducement mechanism will require using the cointegration tests.

Third, one of the additional challenges in implementing the method proposed in Luh (2005) is the augmenting coefficients are explicit arguments of the value function but are not observable. Therefore, in addition to find out how the unobservable augmenting coefficients are to be linked to the observable quantitative variables (such as the expenditures of agricultural research and extension), this project will discuss what kind of functional form of the value function should be used to take advantage of linking the unobservable augmenting parameters to some observable indicators.

前言

無論在消費面或是生產面，價格都是決策單位必須考慮的一項重要因素。在消 費面，消費者必須在有限的所得下，購買一組商品以求其效用之極大，主要的 考慮因素就是財貨的相對價格。在生產面，完全競爭市場的生產者必須考慮在 既定產出水準與當下的生產技術，找到生產該產出水準的最小成本組合，因此 要素的相對價格也就是決定生產要素最適組合的絕對因素。 在國際貿易理論中，早期由李嘉圖所提出的比較利益法則隱含各國要素稟賦的 差異將造成各種生產要素（如土地、勞動與資本等）的相對價格差異；因此， 在從事國際分工或專業生產時，各國必然生產那些使用較多廉價投入〈相對他 國〉的商品，而進口那些使用較多昂貴投入〈相對他國〉的商品。透過這種國 與國的交換，兩國可同時獲取最大的利益。這種比較利益法則的基本訴求也是 要素投入的價格或生產的成本。 而在經濟發展的相關文獻中，希克斯的誘發創新假說亦是在將資源稟賦所主導 的要素相對價格帶入廠商的創新行為後，得以說明一個經濟體應選擇何種技術 進步的路徑來放鬆經濟成長的限制。我们不難發現誘發創新理論在農業發展的 相關文獻中有相當多的討論，這樣的演變其實有它的歷史背景。在第二次世界 大戰之後的三、四十年間，已開發與開發中國家的農業生產力差距日益加大。 相關的文獻往往將這種國家間農業生產力的差距歸因於供給面的兩種主要特質 ─生產技術的進步與規模經濟的開發。到了1960 年代晚期，在熱帶與亞熱帶的 開發中國家經歷了一連串的技術創新而大大提高了農業的生產力。在亞洲最顯 著的例子就屬台灣、日本與南韓，不過在糧食危機得以抒解的同時，這些開發 中國家卻也面臨一連串發展上的問題，除了如何將可能的農業剩餘轉變為可維 持農業與經濟持續成長的基礎之外；更重要的就是在面對不同的資源限制下， 這些國家應該選擇什麼樣的技術進步路徑來有效的放鬆由於先天資源秉賦所造 成的限制。 本研究從技術變動偏向的角度來解釋已開發與開發中國家的農業生產力差距與 其成長的路徑，並且針對Luh(2005)的模型進行修正。Luh(2005)在動態調整的架 構下，建構了檢定誘發創新假說的理論模型，但實證分析時，只是以畫圖的傳 統方式，將相對要素價格的歷史變動趨勢與估測的要素使用偏向(factor-using bias)進行比較；該文並未考慮使用時間序列資料時，可能發生的資料非靜態 (non-stationary)問題。因此，本研究的研究重點在提出結合動態生產模型與時間 序列分析的整合方法，利用東亞各國的長期農業投入與產出資料進行實證分 析，以檢視東亞各國農業在發展的過程中是否如誘發創新假說所預測的，選擇 了能有效放鬆先天資源稟賦限制的技術進步路徑。本研究的研究成果不僅可對 東亞各國農業部門的成長提出一合理的解釋，這方面的研究更具有重要的政策 意涵。

本研究的重要性與對相關文獻的貢獻可分以下三點說明。

2. 國外文獻對於美國與歐盟(European Union)各國農業生產力的分析有較完整 的研究（如Capalbo, 1990; Terluin, 1990; Bureau et al., 1992; Ball et al., 1996; 與 Schimmelpfennig and Thirtle, 1999 等）。這些有關多國農業生產力的分析並未以 東亞的農業生產為對象，而且多偏重在生產力的衡量與相關指數的計算上，且 亦未對農業的成長做進一步的解釋。至於以低度開發國家農業生產力為研究重 點的分析，早期是以估測總合農業生產函數的方式進行，並且由於缺乏價格的

相關資料，因而無法計算一般常用的Tornqvist 指數。這一類的研究最早可追溯

到Hayami and Ruttan (1970)，其後的研究如 Kawagoe，Hayami and Ruttan(1985)

以及Aly and Grabowski(1988)也是採用相同的方法。隨著指數理論的發展，即使

低度開發國家缺乏相關的價格資料，近期的研究多半利用Malmquist 指數的計算

進行LDC 農業生產力的比較(如 Fulginiti and Perriu, 1997)；但仍然是侷限於指數

的計算，且並未以東亞農業為研究重點。本研究的第一個研究重點是將以東亞 農業為研究對象，並且會透過多國農業技術變動偏向的比較分析，以期能對東 亞地區各國的農業生產力差距與農業成長提出合理的解釋。 2. 過去有關誘發創新檢定的實證研究遭遇兩項主要的限制。Luh(2005)雖然在動 態調整的架構下，建構了檢定誘發創新假說的理論模型，解除了文獻中即時調 整假設所造成的限制；但仍有一個問題未能圓滿解決。這個問題即源自於時間 序列資料的使用。一般而言，時間序列的經濟資料有可能是非靜態的，也就是 說，被解釋變數可能是趨勢靜態(trend stationary)，亦有可能是一種隨機漫步 (random-walk)。就前者而言，時間趨勢的變數可以用來代表技術變動的效果； 但如果是後者，加入時間趨勢的變數極可能造成估測的偏誤，因而造成推論缪 誤。過去在有關農業生產特性的相關研究中，技術變動都是以一時間趨勢的變 數來代表，Durluaf and Phillips (1988)即指出，若資料具單根(unit-root)的特性， 將產生估計參數漸進發散、D-W 統計值偏向零、判定係數呈現有限、不均衡分 配等的統計問題。因此Machado (1995)，Clark and Youngblood (1992)等人即提出 以時間序列的方法來分析美國與加拿大等地的生產農業技術變動；雖然這些學 者是以靜態的對偶理論為基礎進行誘發創新假說的檢定，卻也指出在進行誘發 創新假說的檢定之前，應先檢視各變數的時間序列性質，也為Luh(2005)的動態 模型提出一個應用時極重要的修正方向。因此，本研究的第二個研究重點即在 提出一個結合動態生產模型與時間序列分析的整合方法，克服過去相關實證研 究所遭遇的兩項主要限制。 3. Luh(2005)的動態模型除了有未考慮使用時序資料時可能發生的非靜態問題， 申請人在進行誘發創新檢定的實證分析時，還發現第二個問題。雖然該文的實 證分析部份只是在顯示文中提出的理論架構確實是可行的，並以一簡化的假設 避開了這個問題，但是這個問題卻是在進一步應用之前必須解決的。在進行動 態生產模型的實證分析時，必須先選定價值函數(value function)的函數形式，而

在Luh(2005)的動態模型中，價值函數不谨是期初價格與準固定投入期出存量的 函數，同時也是augmenting 係數的函數，augmenting 係數卻是無法觀察到的變 數。因此，在設定價值函數時，必須先思考如何將無法觀察到的augmenting 係 數與可觀察到的一些變數〈如農業研究與推廣支出〉做一連接，而此時選擇的 價值函數就必須是允許將augmenting 係數與可觀察變數的連結關係帶入價值函 數的一種函數形式。因此，本研究的第三個研究重點即在針對 Luh(2005) 的動 態模型做一實證方法的修正。

模型設定

本研究分三階段進行，第一階段為時間序列方法的應用，檢視資料的時間序列 性質，如果自變數和因變數都具單根，再進行共積檢定，當全部的生產要素存 在共積的關係，則技術變動是中立的。如果第一階段的檢視發現技術變動的方

向並非中立，本研究在第二階段進行動態生產理論的ITSUR (iterated seemingly

unrelated regression)估計，並依循 Luh(2005)，在動態調整的架構下，計算 Hayami and Ruttan 的要素使用偏向值。最後，本研究在第三階段檢視生產要素相對價格 與要素使用偏向值之間的共積關係，並對誘發創新的假說進行檢定。 第一階段：檢視資料的時間序列性質 本階段對變數進行檢定，確定變數的性質，如變數為定態或是隨機漫步，‧‧‧， 等，確定所有變數皆具有單根性質，才能進行共積檢定，如果檢定結果發現全 部的生產要素存在共積關係，則技術變動為中立性。

我們以Clark and Youngblood (1992)的四個步驟來進行單根檢定：

Test 1：2 vs.1 單根 ε α β α + + + = X_t− L X_t X_{1 0 2 1} 2 2 _{Δ ( )Δ} Δ 測試β₂的顯著性，如果β₂不顯著，顯示存在兩個單根；如果β₂顯著，則接著 測試變數為單根或是靜態。 Test 2：1 vs. 0 單根 ε α β β α + + + + = t₋ t₋ t t X X L X X _{0 1 1 2 1} 2 2 _{Δ ( )Δ} Δ 測試β₁的顯著性，如果β₁顯著，表示為stationary，如果β₁不顯著，則接著測試 變數為隨機漫步或是隨趨勢隨機漫步。 Test 3：隨機漫步 vs. 隨趨勢隨機漫步

ε γ γ + + = ₀ ( )Δ ₋₁ ΔXt L Xt 測試γ₀的顯著性，如果γ₀不顯著表為隨機漫步，如果顯著則接著測試隨趨勢隨 機漫步或是線性時間趨勢。 Test 4：隨趨勢隨機漫步 vs. 線性時間趨勢 ε γ δ δ γ + + + + = t₋ t t X t L X X ( )Δ Δ _{0 1 1 2} 檢測δ₁ and δ₂，若不顯著表示為隨趨勢隨機漫步，顯著則表示為線性時間趨勢。 由上面的測試可以瞭解資料的型態，如果說自變數和因變數都是單根，我們必 須進行共積檢定，當全部的投入存在共積的關係，則顯示技術變動是中立的。 若技術變動並非中立，以下再繼續第二階段的估測。 第二階段：實證模型的建構

本文採用 Taylor and Monson(1985)所提出的對數二次式。採用 Taylor and

Monson(1985) 對 數 二 次 式 的 原 因 是 它 是 三 種 價 值 函 數 形 式 中 唯 一 可 將 augmenting 係數與可觀察變數的連結關係帶入價值函數的函數形式〈Lambert and Shonkwiler 在其靜態的要素使用偏向模型中，即是設定對數二次式的利潤函

數以便將augmenting 係數與可觀察變數的連結關係帶入利潤函數〉。Taylor and

Monson(1985)的對數二次式為如下的形式：

[

]

[

]

* * 1 * * * * * * 0 * * ln ln ln ln 2 1 ln ln ) , , ( w ww wc wk cw cc ck kw kc kk w c k N k c G k w c k A A A A A A A A A w c k w c k A A A A w c k J ′ + ′ + ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ′ + ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ + = − 其中，Ak =(Aj)_1×2, Ac =(Bj)1×2, Aw = C( )1×1, Akk =[Aij]2×2, , ) ( _2×2 = _ij cc B A A_cw = A_wc =[D_i]_1×2, A_ww = E( )_1×1,G=[G_ij]_2×2, N =[N_i]_1×2, 在上式中，w 與c分別代表變動投入(X )與準固定投入(K)的價格向量，k則為 期初資本存量。W_it*代表augmented 變動投入價格向量，亦即 it it it _A W W* =

i t it A =μ γ 上式中, μ_t代表農業部門的生產技術水準，A 則代表第 i 投入要素的 augmenting_it 係數。因此，無法觀察到的augmented 變動投入價格向量即可表示為， t i it it W W ln γ lnμ ln * = − . 本研究以可觀察到的農業研究與推廣支出變數來間接推估農業部門的生產技術 水準μ_t。 第三階段：誘發創新假說的檢定 本研究在第三階段，重覆第一階段的時間序列分析，檢視生產要素相對價格與 要素使用偏向值的單根性質，並進一步進行共積檢定，以檢視誘發創新的假說， 並分析先天的資源稟賦與一般農民對於市場價格訊號的反應是否可以為東亞地 區各國農業生產力差距與農業成長的路徑提出合理的解釋。

結論

本研究從技術變動偏向的角度來解釋已開發與開發中國家的農業生產力差距與 其成長的路徑，並且針對Luh(2005)的模型進行修正。Luh(2005)在動態調整的架 構下，建構了檢定誘發創新假說的理論模型，但實證分析時，只是以畫圖的傳 統方式，將相對要素價格的歷史變動趨勢與估測的要素使用偏向(factor-using bias)進行比較；該文並未考慮使用時間序列資料時，可能發生的資料非靜態 (non-stationary)問題。因此，本研究的研究重點在提出結合動態生產模型與時間 序列分析的整合方法，利用東亞各國的長期農業投入與產出資料進行實證分 析，檢視東亞各國農業在發展的過程中是否如誘發創新假說所預測的，選擇了 能有效放鬆先天資源稟賦限制的技術進步路徑。 在農業發展的相關文獻中，往往將已開發與開發中國家農業生產力的差距，或 一國農業部門的持續成長，歸因於供給面的三種主要特質：生產技術的進步， 規模經濟的開發與技術變動的偏向。因此，本文對於農業部門技術變動的速度 與方向的研究，不僅可對東亞各國的農業成長提出較為合理的解釋，對於政策 決策者而言，這方面的研究更有助於其研擬以持續高成長率為目標的相關農業 政策。

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一 . 本 人 於 去 年 六 月 底 赴 美 出 席 美 國 美 西 經 濟 學 會 (Western Economics Association International, WEAI)的 2007 年年會（詳見附件一），在會議中報 告的論文“Sources of International Productivity Differences: A Comparative Analysis of Selected East Asian Economies ”已被大會接受，並排定於七月一日

報告（報告日期與大會接受函詳見附件二）。

二 . 美 國 美 西 經 濟 學 會 年 會 係 由 WEAI(Western Economics Association International)主辦的一年一度經濟學界盛會，每年均有來自世界各個國家的 經濟學者參與學術會議的討論，並針對經濟學界各領域最新的研究方法與成 果交換心得。由於在會議中發表的論文均具有一定的學術水準，而發表人亦 可藉此機會與相同領域的學者切磋交流，進而提升論文的品質，因此無論專 長是在應用研究或理論研究的學者，一向都將之視為具有相當影響力的國際 學術會議。