水資源與經(jīng)濟要素匹配對農(nóng)業(yè)用水效率的影響
----基于新疆的經(jīng)驗分析

景守武，夏 詠，馬曉龍，趙向豪，辛沖沖

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學 經(jīng)濟與貿(mào)易學院，烏魯木齊 830052；2. 烏魯木齊市水磨溝區(qū)八道灣片區(qū)管理委員會，烏魯木齊 830028)

0 引 言

水資源的時空分布不均勻?qū)苯佑绊懙貐^(qū)經(jīng)濟社會的均衡發(fā)展[1]。目前，我國水資源面臨著短缺、污染以及利用效率低等一系列問題，水資源的高效、持續(xù)利用是我國能否適應(yīng)經(jīng)濟發(fā)展可持續(xù)的主要制約因素[2]。因此，實現(xiàn)現(xiàn)有水資源的充分開發(fā)和持續(xù)利用是急需解決的重大課題。尤其是對于我國干旱半干旱地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展而言，水資源尤其是水資源短缺問題，已經(jīng)成為這些地區(qū)經(jīng)濟、社會和生態(tài)發(fā)展的關(guān)鍵性條件[3]。新疆作為我國干旱半干旱地區(qū)的典型代表，水資源既是新疆經(jīng)濟、社會、環(huán)境協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略性資源[4]，也是制約新疆經(jīng)濟、社會、人口可持續(xù)發(fā)展的限制性資源[5]。整體來看，新疆的水資源已經(jīng)處于微超載狀態(tài)，南疆則處于嚴重超載狀態(tài)[6]。對于農(nóng)業(yè)而言，新疆是中國缺水最嚴重的省份，就水土資源匹配來看，新疆的水土矛盾日益突出[7]。因此研究經(jīng)濟發(fā)展、人口增長和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與水資源的匹配度尤為重要。

就全國而言，由于人口過快增長、開發(fā)保護力度不足、技術(shù)水平較低等原因?qū)е挛覈霈F(xiàn)了嚴重的水資源不匹配的現(xiàn)狀[8]，并且我國地域面積廣闊，地區(qū)自然環(huán)境、經(jīng)濟發(fā)展的差異性顯著，引發(fā)的水資源的供需矛盾[9]，進一步加劇了我國水資源對地區(qū)經(jīng)濟、社會發(fā)展支撐能力不足的問題[10]。因此，在我國水資源支撐能力相對不足的狀況下，我國水資源與經(jīng)濟發(fā)展、人口增長和耕地面積的匹配關(guān)系分別為比較匹配、不匹配和極不匹配[11]。學者們一般主要從區(qū)域?qū)嶋H情況出發(fā)探討水資源與經(jīng)濟發(fā)展和土地面積的匹配關(guān)系。周亮廣、梁虹[12]，王康、鐘歆玥[13]，王國強、毋黎明[14]，魏壽煜、謝世友[15]分別研究了貴州省、甘肅省、河南省和重慶市的水資源匹配程度。關(guān)于新疆的水資源研究主要是從水資源承載力方面展開的。新疆水資源是新疆實現(xiàn)“新常態(tài)”下經(jīng)濟、社會和生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展的關(guān)鍵因素。目前，新疆水土資源對于生產(chǎn)和生活的綜合承載能力與水土資源的匹配度呈較為一致的態(tài)勢，但是相對來說，天山北坡比南疆地區(qū)的利用水平和匹配程度更高[16]，尤其是環(huán)塔里木盆地的南疆地區(qū)的水資源承載能力已經(jīng)達到上限[17]。有研究表明要實現(xiàn)新疆經(jīng)濟社會的跨越式發(fā)展，水資源承載力的赤字達到86億m3[18]，水資源的承載壓力將不斷增大。學者們多數(shù)是從單一的角度分別研究水資源與經(jīng)濟、人口或者土地的匹配程度，很少有學者綜合研究水資源的匹配程度，并且對新疆水資源的研究著重于水資源承載能力的研究，較少涉及新疆水資源的匹配問題。因此針對目前新疆不斷增加的水資源壓力，從經(jīng)濟發(fā)展、人口增長和耕地面積三個角度來研究新疆水資源的匹配程度具有重要的意義。

本文運用基尼系數(shù)來研究新疆水資源與經(jīng)濟發(fā)展、人口增長和耕地面積之間的匹配關(guān)系；運用綜合灌溉水系數(shù)計算新疆總體的農(nóng)業(yè)水利用系數(shù)，在此基礎(chǔ)上利用時間序列模型分析柯布-道格拉斯函數(shù)分解下的新疆水資源匹配度對農(nóng)業(yè)水利用系數(shù)的影響程度。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 研究方法

1.1.1基尼系數(shù)

基尼系數(shù)是用來衡量居民收入不平衡性的重要指標，很多學者將基尼系數(shù)用于水資源、耕地資源、林地資源等其他要素的分配均衡性問題的研究，探究其實質(zhì)，基尼系數(shù)是用來研究資源分配的均衡與否。因此，許多學者看到水資源與經(jīng)濟發(fā)展要素之間的匹配問題也類似于收入分配的問題，水資源在時空分布上具有不均衡性，在此基礎(chǔ)上基尼系數(shù)大量的運用于水資源匹配的研究領(lǐng)域?；嵯禂?shù)在測量相對差異時能夠較好的反映總體的均衡性，為了精確研究結(jié)果，文章采用基尼系數(shù)來衡量新疆總體水資源與經(jīng)濟發(fā)展要素匹配關(guān)系的時間變化，這樣為探討新疆水資源、經(jīng)濟發(fā)展要素之間的均衡性提供了新的度量依據(jù)。文章基于梯形面積算法來度量新疆水資源與經(jīng)濟發(fā)展要素之間的匹配關(guān)系。

用基尼系數(shù)來測量新疆水資源與經(jīng)濟發(fā)展、人口增長和耕地面積的匹配程度，設(shè)基尼系數(shù)為G，則公式G=A/(A+B)，通過梯形面積法，基尼系數(shù)的原始公式變?yōu)槭?1)：

G=1-∑(Gi-Gi-1)(Yi+Yi+1)(G∈[0,1])

(1)

式中：Gi代表新疆各個地州的水資源量的累積百分比；Yi代表各個地州的經(jīng)濟發(fā)展、人口增長和耕地面積的累積百分比，其中當i=1時，G0和Y0都為0，即，(G0，Y0)=(0,0)?；嵯禂?shù)的國際標準見表1。

表1 基尼系數(shù)的國際標準和慣例

1.1.2灌溉區(qū)域綜合水系數(shù)法

將農(nóng)業(yè)用水方式分為渠系灌溉用水、井提式灌溉用水和高效節(jié)水灌溉用水3種方式，綜合利用水系數(shù)公式為(2)：

Ω=ΣΩiωi/Σωi

(2)

式中：Ω為農(nóng)區(qū)綜合灌溉水系數(shù)；Ωi分別為農(nóng)區(qū)輸水渠灌溉水系數(shù)、井提灌溉水系數(shù)、高效節(jié)水灌溉水系數(shù)；ωi分別為3種灌溉方式用水量的加權(quán)平均。

1.1.3柯布-道格拉斯函數(shù)

根據(jù)柯布-道格拉斯函數(shù)(Q=AKαLβ)建立水資源匹配系數(shù)與農(nóng)區(qū)水利用系數(shù)的柯布-道格拉斯函數(shù)：

Ω=AGα1Gβ2Gγ3(α+β+γ=1)

(3)

兩邊對數(shù)得到(4)：

LnΩ=lnA+αlnG1+βlnG2+γlnG3

(4)

利用式(4)進行時間序列回歸，量化水資源匹配系數(shù)對農(nóng)區(qū)水利用系數(shù)的影響。

1.2 數(shù)據(jù)來源

文章選取了2004-2013年新疆14個地州的時間序列數(shù)據(jù)，探討新疆水資源匹配度和水資源匹配對農(nóng)業(yè)用水效率的影響，各指標數(shù)據(jù)來源于相應(yīng)年份的《新疆統(tǒng)計年鑒》。為了統(tǒng)一不同數(shù)據(jù)的量綱和數(shù)量級，統(tǒng)一以2004年為基期進行平減，在進行時間序列分析時，對各變量采用比值的形式，所以沒有對變量運用取對數(shù)的方式進行處理。需要說明的是，對文中少量缺失的數(shù)據(jù)用插值法進行了補全。

2 新疆水資源與經(jīng)濟發(fā)展要素匹配度分析

2.1 數(shù)據(jù)計算結(jié)果

根據(jù)基尼系數(shù)計算過程，新疆水資源與經(jīng)濟發(fā)展、人口增長和耕地面積總體匹配度和時間序列匹配度見表2。

表2 新疆水資源-經(jīng)濟發(fā)展要素匹配度基尼系數(shù)

資料來源：通過EGcel軟件計算整理而得。

2.2 水資源與經(jīng)濟發(fā)展要素匹配度基尼系數(shù)分析

根據(jù)聯(lián)合國基尼系數(shù)國際標準分析，總體來看新疆水資源與經(jīng)濟發(fā)展和耕地面積的匹配程度較好，處于“相對平均”的階段，并且水資源與經(jīng)濟發(fā)展的匹配程度稍微好于水資源與耕地面積的匹配程度；然而水資源與人口增長則處于“兩極分化”階段。

水資源與經(jīng)濟發(fā)展的總體匹配度G1=0.246 6，說明新疆水資源與經(jīng)濟發(fā)展的匹配度處于“相對平均”的階段，表明在新疆現(xiàn)有水資源可以較好地滿足經(jīng)濟發(fā)展的需要，也表明經(jīng)濟發(fā)展好的地區(qū)是處于水資源相對豐富的區(qū)域，這與新疆“綠洲經(jīng)濟”的特點相吻合。通過時間序列來看，新疆水資源與經(jīng)濟發(fā)展的匹配度處于波動下降的趨勢，說明新疆經(jīng)濟發(fā)展的質(zhì)量有一定程度的提高，節(jié)水效率較好。

水資源與人口增長的總體匹配度G2=0.569 6，說明新疆水資源與人口增長的匹配度處于“兩極分化”階段，表明新疆水資源的現(xiàn)狀較難滿足新疆人口增長的需求，出現(xiàn)了供需矛盾較為嚴重的現(xiàn)象。通過時間序列來看，在2008年以前新疆水資源與人口增長的匹配度一直穩(wěn)定的低于0.5的警戒線，并且還處于緩慢下降階段，但是2008年之后新疆水資源與人口增長的匹配度處于0.5警戒線以上，在2012年達到最高的0.626 3。由2008年之前的“差距過大”階段到了“兩極分化”階段。首先，是由于新疆經(jīng)濟快速發(fā)展，人口城鎮(zhèn)化程度提高，人口聚集速度大于水資源供給速度。并且城市化進程加速，造成城市涵養(yǎng)水源的能力進一步降低；其次，由于人們的節(jié)水意識較差，水資源保護制度不完善造成水資源的浪費嚴重；最后，南疆地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展相對落后，居民的節(jié)育意識不強，人口增長過快，加之南疆自然條件相對惡劣，降水稀少，蒸發(fā)量大，更加劇了人水矛盾。

水資源與耕地面積的總體匹配度G3=0.279 7，說明新疆水資源與耕地面積的匹配度處于“相對平均”的階段，雖然新疆的水資源時空分布極不均勻，土地資源分布空間差異性顯著，但是在干旱半干旱的自然條件下，新疆大力發(fā)展高效農(nóng)業(yè)，干渠支渠防滲建設(shè)到位，滴灌、噴灌技術(shù)普及率高。由于農(nóng)業(yè)技術(shù)水平的普及運用，從2004年到2013年新疆水資源與耕地面積的基尼系數(shù)處于下降趨勢，但是新疆農(nóng)業(yè)受到自然氣候的影響較大，所以新疆水資源與耕地面積的匹配度波動較為明顯。

3 新疆水資源與經(jīng)濟發(fā)展要素匹配度對農(nóng)業(yè)水利用效率的實證分析

3.1 模型的假設(shè)檢驗

3.1.1模型的單位根檢驗

文章采用ADF單位根檢驗，G3在5%的執(zhí)行水平下通過單位根檢驗，G1、G2、Y都在10%的置信水平下通過單位根檢驗，表明G1、G2、G3、Y原序列水平上不存在單位根，即原序列單整，可進一步進行協(xié)整檢驗。對各變量的單位根檢驗結(jié)果見表3。

表3 單位根檢驗結(jié)果

注：①數(shù)據(jù)來源：Eviews6.0計量結(jié)果處理所得；②C、T分別表示單位根檢驗中含有截距項和時間趨勢項；③**、***分別表示在5%和10%的顯著性水平通過單位根檢驗。

3.1.2模型的協(xié)整檢驗

為了研究新疆水資源匹配度和新疆農(nóng)業(yè)水利用效率之間是否存在長期穩(wěn)定的關(guān)系，需要對序列進行協(xié)整檢驗。對回歸方程的殘差項進行單位根檢驗，檢驗結(jié)果為，u=-1.788 1小于10%置信水平下的臨界值(-1.600 1)，通過單位根檢驗，表明新疆水資源匹配度和新疆農(nóng)業(yè)水利用效率之間存在長期穩(wěn)定的關(guān)系。從對新疆水資源匹配度和新疆農(nóng)業(yè)水利用效率的協(xié)整檢驗中可以看出，兩個時間序列都是原序列單整，說明新疆水資源匹配度和新疆農(nóng)業(yè)水利用效率具有較高的穩(wěn)定性。

3.2 格蘭杰因果檢驗

為了探討新疆水資源匹配度與新疆農(nóng)業(yè)水利用效率之間的因果關(guān)系，文章采用了格蘭杰因果檢驗，滯后結(jié)束根據(jù)AIC和SC法則選擇了滯后一期，格蘭杰因果檢驗結(jié)果如表4。

表4 格蘭杰因果檢驗結(jié)果

注：數(shù)據(jù)來源：Eviews6.0計量結(jié)果處理所得。

根據(jù)檢驗結(jié)果來看，原假設(shè)“Y不是G1、G2、G3”假設(shè)的相伴概率分別為0.104 9、0.139 9、0.122 9，拒絕原假設(shè)，則新疆農(nóng)業(yè)水利用效率是新疆水資源與經(jīng)濟發(fā)展、人口增長和耕地面積匹配度的原因。根據(jù)“G1不是Y的原因假設(shè)”的相伴概率為0.047 9，接受原假設(shè)，認為新疆水資源與經(jīng)濟發(fā)展的匹配度不是新疆農(nóng)業(yè)水利用效率提高的原因，即Y和G1之間存在著單向因果關(guān)系。根據(jù)“G2不是Y的原因假設(shè)”的相伴概率為0.034 3，接受原假設(shè)，認為新疆水資源與人口增長的匹配度不是新疆農(nóng)業(yè)水利用效率提高的原因，即Y和G2之間存在著單向因果關(guān)系。根據(jù)“G3不是Y的原因假設(shè)”的相伴概率為0.387 1，拒絕原假設(shè)，認為新疆水資源與耕地面積的匹配度是新疆農(nóng)業(yè)水利用效率提高的原因，即Y和G3之間存在著雙向項因果關(guān)系。

3.3 實證結(jié)果分析

根據(jù)柯布-道格拉斯函數(shù)建立多元線性回歸方程：Y=A+αG1+βG2+γG3+μ,其中，A是常數(shù)項，α、β、γ是參數(shù)，μ為隨機擾動項。根據(jù)最小二乘法對方程進行回歸得：

Y=0.656 6-0.031 1G1-0.130 9G2+0.058 4G3

R2=0.860 3F=12.313 3

據(jù)此說明模型對樣本數(shù)據(jù)擬合度較好，回歸方程顯著。當G1增加1%時，新疆農(nóng)業(yè)水利用率降低0.031%；當G2增加1%時，新疆農(nóng)業(yè)水利用率降低0.130 9%；當G3增加1%時，新疆農(nóng)業(yè)水利用率增加0.058 4%。得出的結(jié)論與格蘭杰因果關(guān)系檢驗的結(jié)果相一致。

4 結(jié) 語

文章通過統(tǒng)計2004-2013年新疆水資源、經(jīng)濟發(fā)展水平、人口增長和耕地面積等數(shù)據(jù)，首先，通過梯形面積法的基尼系數(shù)來計算新疆水資源與經(jīng)濟發(fā)展、人口增長和耕地面積的額匹配度，整體而言、新疆水資源與經(jīng)濟發(fā)展和耕地面積的匹配度處于“相對平均”的階段，而新疆水資源與人口增長的匹配度處于“兩極分化”階段；其次，運用農(nóng)區(qū)水利用綜合系數(shù)法計算得出新疆農(nóng)業(yè)水利用效率呈現(xiàn)不斷改善的趨勢；最后運用柯布-道格拉斯函數(shù)構(gòu)造了新疆水資源匹配度對新疆農(nóng)業(yè)水利用效率的函數(shù)，通過單位根和協(xié)整檢驗證明新疆水資源匹配度與新疆農(nóng)業(yè)水利用之間存在著長期穩(wěn)定的關(guān)系，并運用格蘭杰因果檢驗證明新疆農(nóng)業(yè)水利用效率的提高有利于提高新疆水資源的匹配度，但是只有新疆水資源與耕地面積的匹配度可以提高新疆農(nóng)業(yè)水利用效率，新疆水資源與經(jīng)濟發(fā)展和人口增長的匹配度則降低了新疆農(nóng)業(yè)水利用效率，在此基礎(chǔ)上運用時間序列模型對構(gòu)造的函數(shù)模型進行了最小二乘回歸檢驗，結(jié)果與格蘭杰的檢驗結(jié)果相一致。

[1] 馬慧敏,武鵬林.基于基尼系數(shù)的山西省水資源空間匹配度分析[J].人民黃河,2014,(11):58-61.

[2] 張利平,夏 軍,胡志芳.中國水資源狀況與水資源安全問題分析[J].長江流域資源與環(huán)境,2009,(2):116-120.

[3] 劉佳駿,董鎖成,李澤紅.中國水資源承載力綜合評價研究[J].自然資源學報,2011,(2):258-269.

[4] 段新光,欒芳芳.基于模糊綜合評判的新疆水資源承載力評價[J].中國人口·資源與環(huán)境,2014,(3):119-122.

[5] 汪 菲,楊德剛,王長建,等.新疆相對資源承載力及可持續(xù)發(fā)展時空演變特征分析[J].中國沙漠,2013,(5):1 605-1 613.

[6] 童玉芬.基于水資源承載量的新疆分區(qū)域人口壓力分析[J].中國人口·資源與環(huán)境,2006,(5):78-82.

[7] 楊艷昭,封志明,劉寶勤.西北地區(qū)縣域農(nóng)業(yè)水資源平衡問題研究[J].自然資源學報,2005,(5):347-353.

[8] 李現(xiàn)社,杜 霞,耿雷華,等中國水資源安全戰(zhàn)略研究[J].人民黃河,2008,(5):1-3.

[9] 宋先松,石培基,金 蓉.中國水資源空間分布不均引發(fā)的供需矛盾分析[J].干旱區(qū)研究,2005,(6):162-166.

[10] 汪黨獻,王 浩,馬 靜.中國區(qū)域發(fā)展的水資源支撐能力[J].水利經(jīng)濟,2000,(11):21-26.

[11] 張吉輝,李 健,唐 燕.中國水資源與經(jīng)濟發(fā)展要素的時空匹配分析[J].資源科學,2012,(8):1 546-1 554.

[12] 周亮廣,梁 虹.貴州省水資源與人口和經(jīng)濟發(fā)展的區(qū)域配置狀況分析[J].水土保持通報,2008,(3):186-197.

[13] 王 康,鐘歆玥,李玉文.甘肅省水資源空間匹配分析[J].中國農(nóng)村水利水電,2008,(10):21-23.

[14] 王國強,毋黎明.河南省農(nóng)業(yè)水土資源空間匹配格局對產(chǎn)能的影響[J].河南理工大學學報(自然科學版),2012,(2):225-231.

[15] 魏壽煜,謝世友.基于基尼系數(shù)和洛倫茲曲線的重慶水資源空間匹配分析[J].中國農(nóng)村水利水電,2015,(2):56-59.

[16] 王潔云,許譯文,吳克寧,等.新疆水土資源綜合承載力評價與水土耦合[J].太原理工大學學報,2014,(4):500-504.

[17] 孟麗紅,陳亞寧,李衛(wèi)紅.新疆塔里木河流域水資源承載力評價研究[J].中國沙漠,2008,(1):185-190.

[18] 欒芳芳,夏建新.新疆跨越式發(fā)展中水資源承載力分析[J].中國農(nóng)村水利水電,2012,(2):55-58.