基于超效率DEA模型的中國(guó)糧食生產(chǎn)用水效率評(píng)價(jià)

譚忠昕 郭翔宇

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院， 哈爾濱 150030)

0 引言

水資源是農(nóng)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)資源，在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中處于戰(zhàn)略地位，水資源的可持續(xù)利用是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)和前提之一[1]。作為人口大國(guó)，糧食是關(guān)乎國(guó)計(jì)民生和國(guó)家安全的戰(zhàn)略性特殊商品，保障國(guó)家糧食安全是發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的首要任務(wù)。糧食是需水量最大的農(nóng)產(chǎn)品，然而隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，大量農(nóng)業(yè)用水轉(zhuǎn)化為非農(nóng)用水，農(nóng)業(yè)用水日益緊張，灌溉用水更是受到嚴(yán)重影響。我國(guó)灌溉農(nóng)田約占耕地總面積的50%，灌溉水消耗了全國(guó)用水量的60%以上[2]。在糧食生產(chǎn)面臨水資源有限、糧食需求不斷擴(kuò)大的情況下，深入研究糧食生產(chǎn)用水效率、優(yōu)化糧食生產(chǎn)用水投入要素配置具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

針對(duì)糧食生產(chǎn)用水效率的評(píng)價(jià)，以往在研究?jī)?nèi)容上多側(cè)重于對(duì)灌溉用水(藍(lán)水)[3]的討論，在研究方法上多采用水分生產(chǎn)率[4]、模糊物元模型[5]、熵值法和層次分析法[6]等，以實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)水潛力計(jì)算[7]的評(píng)價(jià)和分析。以往研究主要是對(duì)不同評(píng)價(jià)區(qū)某單一產(chǎn)出指標(biāo)的比較，對(duì)不同評(píng)價(jià)區(qū)多種投入和產(chǎn)出指標(biāo)的綜合效率的比較相對(duì)較少。雖然也有學(xué)者采用DEA方法[8]、SFA方法[9]等多種方法對(duì)用水效率進(jìn)行評(píng)價(jià)，但大多是對(duì)個(gè)別地區(qū)或灌區(qū)的農(nóng)業(yè)整體的用水效率進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)中國(guó)31個(gè)省級(jí)行政區(qū)的糧食生產(chǎn)用水效率評(píng)價(jià)相對(duì)較少。還有學(xué)者從虛擬水流動(dòng)[10]和作物用水效率與產(chǎn)量的關(guān)系[11]角度對(duì)糧食生產(chǎn)用水效率進(jìn)行研究。

與以往的研究方法相比，超效率DEA模型不需要確定指標(biāo)函數(shù)模型，有效避免了主觀因素對(duì)模型構(gòu)建的影響，且能排列有效決策單元和非有效決策單元的效率大小。超效率DEA模型還可以同時(shí)比較多個(gè)有效主體的糧食生產(chǎn)用水效率，并能有效克服環(huán)境因素對(duì)效率的影響。相較于傳統(tǒng)DEA模型無(wú)法進(jìn)一步評(píng)價(jià)出現(xiàn)多個(gè)效率同時(shí)為1的情況，超效率DEA模型可以進(jìn)一步評(píng)價(jià)各用水主體間糧食生產(chǎn)用水效率的相對(duì)有效性。

在以往研究成果基礎(chǔ)上，本文選擇超效率DEA模型對(duì)中國(guó)糧食生產(chǎn)用水效率進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。在選取糧食生產(chǎn)直接投入要素的基礎(chǔ)上，將糧食生產(chǎn)用水作為單獨(dú)的投入指標(biāo)，并借鑒廣義農(nóng)業(yè)水資源概念，將糧食生產(chǎn)用水劃分為糧食灌溉用水(藍(lán)水)和有效降水(綠水)兩項(xiàng)投入指標(biāo)，構(gòu)建中國(guó)糧食生產(chǎn)用水效率評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。進(jìn)而根據(jù)超效率DEA結(jié)果，詳細(xì)分析中國(guó)糧食生產(chǎn)用水效率的時(shí)間變化趨勢(shì)和空間差異。在投影分析基礎(chǔ)上，對(duì)糧食生產(chǎn)用水投入要素的投入冗余和不足情況進(jìn)行分析，明確投入要素的調(diào)整方向和調(diào)整程度。以期為提高中國(guó)糧食生產(chǎn)用水效率提供理論依據(jù)，為緩解糧食生產(chǎn)過(guò)程中的水資源供需矛盾提供思路與方法，保障國(guó)家糧食產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級(jí)。

1 研究方法與數(shù)據(jù)處理

1.1 超效率DEA模型

數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(Data envelopment analysis，DEA)方法是一種非參數(shù)估計(jì)方法，其主要思想是通過(guò)在生產(chǎn)前沿面上的投影分析，探究非DEA有效單元投入和產(chǎn)出不匹配的原因以及改進(jìn)方向，進(jìn)而調(diào)整資源投入量和效益產(chǎn)出量，使決策單元的投入和產(chǎn)出效率達(dá)到最大化。DEA方法可以評(píng)價(jià)擁有多個(gè)輸入和輸出變量的不同決策單元(Decision making unit，DMU)間的相對(duì)效率，其優(yōu)點(diǎn)在于針對(duì)多項(xiàng)投入和產(chǎn)出指標(biāo)，不需要假設(shè)具體的生產(chǎn)函數(shù)形式。

DEA方法的演進(jìn)可分為3個(gè)階段。第1階段是傳統(tǒng)的CCR模型和BCC模型研究階段，沒(méi)有考慮期望產(chǎn)出與非期望產(chǎn)出之分。第2階段是對(duì)傳統(tǒng)DEA模型中非期望產(chǎn)出問(wèn)題提出解決辦法[12]：①投入產(chǎn)出轉(zhuǎn)置法。②正向?qū)傩赞D(zhuǎn)換法。③方向性距離函數(shù)法。目前，這3種辦法均有使用，但是前兩種方法會(huì)導(dǎo)致效率偏移或無(wú)效率，第3種方法使用最廣，缺點(diǎn)是沒(méi)有考慮到松弛變量問(wèn)題[13]。第3階段是在前兩個(gè)階段的基礎(chǔ)上，ANDERSEN等[14]提出了超效率DEA模型，有效解決了松弛變量問(wèn)題。超效率DEA模型突破了傳統(tǒng)DEA方法存在多個(gè)DMU效率為1，無(wú)法進(jìn)一步比較分析效率高低的限制，可以對(duì)所有決策單元(DMU)效率重新排序進(jìn)行比較。

如圖1所示，假設(shè)有A、B、C、D、E共5個(gè)決策單位，其中A、B、C、D4個(gè)決策單位均為DEA有效，它們所構(gòu)成的效率前沿邊界為折線ABCD，C點(diǎn)處在有效生產(chǎn)前沿面，其DMU的效率為1；E點(diǎn)被效率前沿邊界ABCD所包絡(luò)，其DMU的效率小于1，所以E點(diǎn)是無(wú)效率的[15]。

圖1 超效率DEA模型Fig.1 Super efficiency DEA model

而超效率DEA模型在計(jì)算DMU的效率時(shí)，C點(diǎn)被排除在決策單元的參考集合之外，因此生產(chǎn)前沿面就由ABCD變?yōu)榱薃BD，此時(shí)C決策單位的超效率lOC′/lOC>1(lOC′、lOC為OC′和OC長(zhǎng)度)。而對(duì)于原本就是DEA無(wú)效率的決策單位E，在超效率DEA模型中其所面臨的效率前沿邊界仍舊是ABCD，其超效率與在DEA模型下得到的效率一致，仍為lOE′/lOE<1(lOE′、lOE為OE′和OE長(zhǎng)度)[16]。

糧食生產(chǎn)用水效率屬于投入與產(chǎn)出的效率評(píng)價(jià)問(wèn)題，因此，本文選擇超效率DEA模型來(lái)評(píng)價(jià)中國(guó)糧食生產(chǎn)用水效率。設(shè)有n個(gè)同類型決策單元，有i個(gè)投入變量，j個(gè)產(chǎn)出變量，具體公式為

式中θ——綜合效率(即本文的糧食生產(chǎn)用水效率)，其值越大表示綜合效率越高

x0——被評(píng)價(jià)決策單元的投入變量

y0——被評(píng)價(jià)決策單元的產(chǎn)出變量

xj——第j個(gè)省級(jí)行政區(qū)的投入量

yj——第j個(gè)省級(jí)行政區(qū)的產(chǎn)出量

αj——各單位組合系數(shù)

s+——松弛變量

s-——剩余變量

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)建與數(shù)據(jù)選擇

生產(chǎn)效率[17]是評(píng)價(jià)經(jīng)濟(jì)資源使用效率的相對(duì)指標(biāo)，用來(lái)度量在固定數(shù)量的要素投入下實(shí)際生產(chǎn)達(dá)到最大產(chǎn)出的程度。糧食生產(chǎn)用水作為投入要素，其效率所度量的是在實(shí)際產(chǎn)出和其他投入水平不變的情況下，糧食生產(chǎn)用水的最低使用量與實(shí)際使用量的比值。因此，本文將糧食生產(chǎn)用水效率界定為：在糧食生產(chǎn)多要素投入的基礎(chǔ)上，達(dá)到最優(yōu)配置效率時(shí)，糧食生產(chǎn)用水需求量與糧食生產(chǎn)用水使用量的比值，是糧食產(chǎn)出最大化時(shí)糧食生產(chǎn)用水的經(jīng)濟(jì)效率。

農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)認(rèn)為糧食生產(chǎn)過(guò)程中的直接投入要素包括勞動(dòng)力、土地和資本3方面，并將糧食生產(chǎn)用水作為單獨(dú)的投入指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，從4方面選擇指標(biāo)體系中的投入要素；效率直接體現(xiàn)產(chǎn)出，因此選擇糧食產(chǎn)量作為指標(biāo)體系中的產(chǎn)出要素。遵循這一原則，選取7項(xiàng)投入要素、1項(xiàng)期望產(chǎn)出要素構(gòu)建糧食生產(chǎn)用水效率評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。根據(jù)水資源來(lái)源的不同，按照廣義農(nóng)業(yè)水資源概念，農(nóng)業(yè)用水分為藍(lán)水(灌溉用水)和綠水(有效降水)[18]。藍(lán)水是降水形成徑流后進(jìn)入河道、湖泊或地下含水層形成的地表水和地下水，即傳統(tǒng)的水資源；綠水是降水中下滲到非飽和土壤層中用于植物生長(zhǎng)，以蒸、散發(fā)形式垂向進(jìn)入大氣的不可見(jiàn)水[2,19]。目前，得到普遍認(rèn)可和推薦的有效降水的計(jì)算方法是美國(guó)農(nóng)業(yè)部土壤保持局提出的USUD-SCS方法，以旬降水量為步長(zhǎng)，計(jì)算旬有效降水量。為了保證研究的科學(xué)性和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，本文的糧食生產(chǎn)綠水量和藍(lán)水量采用2010—2014年《中國(guó)糧食生產(chǎn)水足跡與區(qū)域虛擬水流動(dòng)報(bào)告》中的研究成果[20-24]。糧食生產(chǎn)勞動(dòng)力代表勞動(dòng)力投入，有效灌溉面積代表土地投入，糧食生產(chǎn)機(jī)械總動(dòng)力、糧食作物化肥施用量和糧食作物農(nóng)藥使用量代表資本投入。

本文的糧食作物選擇小麥、玉米、水稻和豆類，具體數(shù)據(jù)來(lái)自于國(guó)家統(tǒng)計(jì)局網(wǎng)站公布的主要農(nóng)作物產(chǎn)品產(chǎn)量中的小麥、玉米、稻谷和豆類產(chǎn)量。糧食生產(chǎn)勞動(dòng)力、糧食作物有效灌溉面積、糧食生產(chǎn)機(jī)械總動(dòng)力、糧食作物化肥施用量和糧食作物農(nóng)藥使用量選取國(guó)家統(tǒng)計(jì)局網(wǎng)站公布的第一產(chǎn)業(yè)從業(yè)人員數(shù)、有效灌溉面積、農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力、化肥施用量和農(nóng)藥使用量作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，用權(quán)重系數(shù)進(jìn)行折算后獲取。由于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)均是大農(nóng)業(yè)口徑指標(biāo)，因此本文借鑒文獻(xiàn)[25-27]中方法，設(shè)置權(quán)重指標(biāo)，將糧食生產(chǎn)要素從大農(nóng)業(yè)投入總量中進(jìn)行剝離處理。權(quán)重系數(shù)a為農(nóng)業(yè)產(chǎn)值與農(nóng)林牧漁總產(chǎn)值比值乘以糧食播種面積與農(nóng)作物播種總面積比值，權(quán)重系數(shù)b為糧食播種面積與農(nóng)作物播種總面積比值。與以往研究用水效率的文獻(xiàn)相比，指標(biāo)體系的確定主要表現(xiàn)為兩個(gè)方面的差異：①本文更全面考慮了糧食生產(chǎn)投入要素[1]。②本文更細(xì)致地對(duì)無(wú)法直接獲取的投入要素進(jìn)行剝離處理，沒(méi)有選擇直接用大農(nóng)業(yè)口徑數(shù)據(jù)替代種植業(yè)或糧食數(shù)據(jù)[9,28-29]。構(gòu)建的投入產(chǎn)出指標(biāo)體系如表1所示。

1.3 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定

超效率DEA模型以1作為綜合效率分界[30]，根據(jù)超效率DEA模型對(duì)結(jié)果的解釋，本文將糧食生產(chǎn)用水效率按DEA綜合效率分為高和低兩個(gè)狀態(tài)，具體評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

(1)高狀態(tài)：在用水效率高狀態(tài)下，超效率DEA分析結(jié)果θ≥1，糧食生產(chǎn)用水效率相關(guān)投入產(chǎn)出DEA決策單元有效，糧食生產(chǎn)用水的投入產(chǎn)出匹配，表明糧食生產(chǎn)用水效率相關(guān)指標(biāo)配置狀態(tài)優(yōu)。

表1 糧食生產(chǎn)用水效率評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Tab.1 Evaluation index system for water use efficiency of grain production

表2 糧食生產(chǎn)用水效率評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 Evaluation criteria for water use efficiency of grain production

(2)低狀態(tài)：在用水效率低狀態(tài)下，超效率DEA分析結(jié)果θ<1，糧食生產(chǎn)用水效率相關(guān)投入產(chǎn)出DEA決策單元無(wú)效，糧食生產(chǎn)用水的投入產(chǎn)出不匹配，各投入指標(biāo)存在投入冗余或不足情況，表明糧食生產(chǎn)用水效率相關(guān)指標(biāo)配置沒(méi)有達(dá)到最佳。

2 結(jié)果與分析

2.1 中國(guó)糧食生產(chǎn)用水效率分析

將2009—2014年我國(guó)31個(gè)省級(jí)行政區(qū)的糧食生產(chǎn)用水效率相關(guān)投入和產(chǎn)出指標(biāo)數(shù)據(jù)代入超效率DEA模型，選取規(guī)模報(bào)酬不變和投入導(dǎo)向，利用DEA-SolverPro 5.0軟件進(jìn)行超效率DEA處理，結(jié)果如表3所示。

由表3可知，2009—2014年，我國(guó)大部分省級(jí)行政區(qū)的糧食生產(chǎn)用水效率處于下降趨勢(shì)，僅有11個(gè)省級(jí)行政區(qū)的糧食生產(chǎn)用水效率有所提高，處于上升趨勢(shì)。從不同省級(jí)行政區(qū)看，有9個(gè)省級(jí)行政區(qū)的糧食生產(chǎn)用水效率在2009—2014年大于1，超效率DEA有效，其中有3個(gè)省級(jí)行政區(qū)屬于糧食主產(chǎn)區(qū)，分別是河南省、吉林省和黑龍江省。2009—2014年，糧食生產(chǎn)用水效率最高的省級(jí)行政區(qū)是寧夏回族自治區(qū)和新疆維吾爾族自治區(qū)，受氣候、地勢(shì)和地質(zhì)環(huán)境的限制，二者均屬于缺水地區(qū)。在這些不利因素的影響下，寧夏回族自治區(qū)和新疆維吾爾族自治區(qū)的糧食生產(chǎn)用水效率高，說(shuō)明二者的糧食生產(chǎn)用水要素配置合理，實(shí)現(xiàn)了最小的投入和最大的產(chǎn)出。

為科學(xué)反映我國(guó)不同區(qū)域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)區(qū)域劃分為東部、中部、西部和東北4個(gè)地區(qū)。根據(jù)本文對(duì)糧食生產(chǎn)用水效率概念的界定，將從我國(guó)4個(gè)經(jīng)濟(jì)分區(qū)進(jìn)行糧食生產(chǎn)用水效率的評(píng)價(jià)。

表3 不同DMU糧食生產(chǎn)用水效率綜合值Tab.3 Comprehensive value of water use efficiency of grain production with different DMUs

如圖2所示，2009—2014年，東北地區(qū)的糧食生產(chǎn)用水效率最高，其次是西部地區(qū)，中部地區(qū)第3，東部地區(qū)最低。從時(shí)間變化來(lái)看，4個(gè)經(jīng)濟(jì)分區(qū)的糧食生產(chǎn)用水效率平均值波動(dòng)較大，主要表現(xiàn)為兩個(gè)階段，分別是2009—2011年的下降期和2011—2014年的波動(dòng)期。第1階段由2009年的0.89下降到2011年的0.86；第2階段由2011年的0.86上升到2012年的0.89，2013年下降為0.87，2014年又恢復(fù)到0.89；說(shuō)明我國(guó)糧食生產(chǎn)用水效率較低且整體用水效率沒(méi)有提升，不同地區(qū)的糧食生產(chǎn)用水效率隨著時(shí)間變化有所波動(dòng)，但未出現(xiàn)顯著提高。

圖2 不同地區(qū)糧食生產(chǎn)用水效率歷年平均值Fig.2 Average annual water use efficiency of grain production in different regions

東北地區(qū)的糧食生產(chǎn)用水效率處于波動(dòng)增長(zhǎng)趨勢(shì)，波動(dòng)幅度較小，除2010年綜合效率為0.98，未達(dá)到超效率DEA有效，其他年份東北地區(qū)的糧食生產(chǎn)用水效率均大于1，超效率DEA有效，糧食生產(chǎn)用水效率高。西部地區(qū)的糧食生產(chǎn)用水效率先降后升，波動(dòng)幅度較大，2011年的糧食生產(chǎn)用水效率最低，為0.9，其余年份均大于0.9小于1，超效率DEA無(wú)效，糧食生產(chǎn)用水效率低。中部地區(qū)的糧食生產(chǎn)用水效率整體處于上升趨勢(shì)，但2010年和2013年出現(xiàn)較為明顯的下降，糧食生產(chǎn)用水效率均大于0.8小于1，超效率DEA無(wú)效，糧食生產(chǎn)用水效率低。東部地區(qū)的糧食生產(chǎn)用水效率處于波動(dòng)下降趨勢(shì)，從2009年的0.75下降到2014年的0.69，超效率DEA無(wú)效，糧食生產(chǎn)用水效率低。

整體來(lái)看，我國(guó)大多數(shù)地區(qū)的糧食生產(chǎn)用水效率隨時(shí)間的變化逐步提高，但東部地區(qū)則出現(xiàn)較為明顯的下降。東部地區(qū)是我國(guó)經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的地區(qū)，相較于第一產(chǎn)業(yè)，二三產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，工業(yè)和生活用水需求量大，這勢(shì)必對(duì)糧食生產(chǎn)用水造成擠壓，影響糧食生產(chǎn)用水效率的提高。東北地區(qū)是我國(guó)主要的商品糧基地，3個(gè)省級(jí)行政區(qū)均屬于我國(guó)的糧食主產(chǎn)區(qū)，承擔(dān)著保障我國(guó)糧食安全的重要責(zé)任。在水資源有限的情況下，糧食生產(chǎn)用水效率高對(duì)我國(guó)糧食生產(chǎn)有著積極的正向影響，糧食生產(chǎn)用水的投入達(dá)到了最大化產(chǎn)出，即在糧食生產(chǎn)用水投入一定的情況下，生產(chǎn)出了最多的糧食。

2.2 各省級(jí)行政區(qū)糧食生產(chǎn)用水效率的優(yōu)化

前文對(duì)我國(guó)31個(gè)省級(jí)行政區(qū)2009—2014年間的糧食生產(chǎn)用水效率進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)我國(guó)糧食生產(chǎn)用水效率偏低，說(shuō)明糧食生產(chǎn)用水要素配置不合理。為了明確糧食生產(chǎn)用水要素的投入冗余或投入不足情況，并尋求合理的解決辦法，對(duì)我國(guó)31個(gè)省級(jí)行政區(qū)的糧食生產(chǎn)用水投入要素進(jìn)行投影分析，確定糧食生產(chǎn)藍(lán)水和糧食生產(chǎn)綠水的調(diào)整程度和調(diào)整方向。具體的投影分析結(jié)果見(jiàn)表4和表5。根據(jù)投影分析的模型解釋，可以從調(diào)整程度和調(diào)整方向來(lái)優(yōu)化要素配置。調(diào)整程度可以從兩方面來(lái)分析：投入量的多少(即調(diào)整量)；投入量的增減比率(即調(diào)整率)。調(diào)整方向由正負(fù)號(hào)表示，正號(hào)表示投入不足，說(shuō)明需要增加投入；負(fù)號(hào)表示投入冗余，說(shuō)明需要減少投入。

由表4可知，我國(guó)糧食生產(chǎn)藍(lán)水投入存在嚴(yán)重的投入不足和投入冗余問(wèn)題。其中，遼寧、江蘇、浙江、安徽、福建、湖北、廣東、廣西、海南和云南10個(gè)省級(jí)行政區(qū)，2009—2014年的糧食生產(chǎn)藍(lán)水投入量均存在冗余現(xiàn)象。投入冗余量最多的是廣東省，其次是廣西壯族自治區(qū)，6年平均投入冗余量分別為1.45×1010m3和1.36×1010m3，平均過(guò)度投入80.69%和76.83%的糧食生產(chǎn)藍(lán)水。說(shuō)明在現(xiàn)有的糧食產(chǎn)量下，廣東省和廣西壯族自治區(qū)的灌溉用水存在嚴(yán)重的浪費(fèi)情況。應(yīng)該大力發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)，完善農(nóng)田灌溉技術(shù)，減少灌溉用水的浪費(fèi)。吉林省和河南省兩個(gè)省級(jí)行政區(qū)，2009—2014年的糧食生產(chǎn)藍(lán)水投入量均存在投入不足現(xiàn)象，平均投入不足量為3.88×109m3和4.50×109m3，糧食生產(chǎn)藍(lán)水平均投入不足41.03%和44.36%。說(shuō)明在現(xiàn)有的糧食產(chǎn)量下，吉林省和河南省的灌溉用水量不足。應(yīng)該穩(wěn)定糧食生產(chǎn)灌溉用水總量，合理制定灌溉定額，降低灌溉用水不足對(duì)糧食產(chǎn)量的不利影響。

整體來(lái)看，不同省級(jí)行政區(qū)之間的糧食生產(chǎn)藍(lán)水的投入差異大，投入不足介于0.5%～44.36%，投入冗余介于11.53%～80.69%。灌溉用水的投入冗余或不足，一方面與水資源稟賦的豐沛程度有關(guān)；另一方面，也受灌溉設(shè)施和灌溉技術(shù)的制約。因此，在水資源有限的現(xiàn)實(shí)約束下，應(yīng)提高節(jié)水灌溉技術(shù)，發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)；合理制定糧食生產(chǎn)用水總量和糧食作物灌溉定額，因地制宜進(jìn)行糧食灌溉。

由表5可知，我國(guó)糧食生產(chǎn)綠水投入存在一定程度的投入不足和投入冗余問(wèn)題。遼寧、安徽、福建、湖北、廣東和云南6個(gè)省級(jí)行政區(qū)，2009—2014年的糧食生產(chǎn)綠水投入量均存在冗余現(xiàn)象。投入冗余量最多的是云南省，其次是安徽省，6年平均投入冗余量分別為9.56×109m3和6.91×109m3，糧食生產(chǎn)綠水平均過(guò)度投入48.42%和24.33%。吉林省2009—2014年的糧食生產(chǎn)綠水投入量均存在不足現(xiàn)象。投入不足最多的省級(jí)行政區(qū)是河南省，其次是吉林省，6年平均投入不足量為9.28×109m3和4.29×109m3，糧食生產(chǎn)綠水平均投入不足30.33%和22.27%。綠水是作物生長(zhǎng)過(guò)程中有效利用的降水資源，其利用率不高可能與農(nóng)產(chǎn)品的單產(chǎn)水平不一致或農(nóng)作物種類不同導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)價(jià)值差異有關(guān)[2]。

表4 糧食生產(chǎn)藍(lán)水投影分析Tab.4 Projection analysis of blue water in grain production

表5 糧食生產(chǎn)綠水投影分析Tab.5 Projection analysis of green water in grain production

綜合糧食生產(chǎn)藍(lán)水和糧食生產(chǎn)綠水的投影結(jié)果可知，吉林省面臨著較為嚴(yán)重的糧食生產(chǎn)用水短缺問(wèn)題，6年平均糧食生產(chǎn)藍(lán)水和糧食生產(chǎn)綠水短缺量分別為3.88×109m3和4.29×109m3。我國(guó)不同省級(jí)行政區(qū)的糧食生產(chǎn)用水投入冗余問(wèn)題多于糧食生產(chǎn)用水投入不足問(wèn)題，說(shuō)明我國(guó)的糧食生產(chǎn)用水浪費(fèi)情況較為普遍，粗放型的生產(chǎn)要素投入方式?jīng)]有得到有效的改善，加劇了我國(guó)糧食生產(chǎn)用水危機(jī)。糧食生產(chǎn)藍(lán)水和糧食生產(chǎn)綠水投入冗余或不足的相似度較高，沒(méi)能達(dá)到有效降水對(duì)灌溉水的補(bǔ)給或者灌溉水對(duì)有效降水的補(bǔ)充效果。

3 討論

本文的研究結(jié)果表明，我國(guó)糧食生產(chǎn)用水效率低，不同地區(qū)的糧食生產(chǎn)用水效率差異加劇，不利于我國(guó)糧食產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和水資源的高效利用。在水資源有限的現(xiàn)實(shí)情況下，用最少的水資源投入，實(shí)現(xiàn)糧食產(chǎn)量的最大化，這是保障我國(guó)糧食安全和水資源安全的發(fā)展思路。文獻(xiàn)[2，11,13,18,31-32]從理論分析和實(shí)證分析角度對(duì)我國(guó)糧食生產(chǎn)用水問(wèn)題進(jìn)行了研究，對(duì)比發(fā)現(xiàn)本研究與已有研究存在以下不同。

(1)研究角度不同：本文是在糧食生產(chǎn)直接要素的基礎(chǔ)上引入糧食生產(chǎn)藍(lán)水和糧食生產(chǎn)綠水，從投入產(chǎn)出效率的角度對(duì)我國(guó)糧食生產(chǎn)用水問(wèn)題進(jìn)行評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)糧食生產(chǎn)過(guò)程中水資源的利用問(wèn)題，針對(duì)性地提出提高糧食生產(chǎn)用水效率的策略，保障糧食安全。李保國(guó)等[18]是從糧食安全水資源量的角度，計(jì)算主要糧食作物的水資源安全紅線來(lái)討論糧食安全問(wèn)題。李靜等[13]從資源約束的角度研究糧食生產(chǎn)用水效率問(wèn)題，認(rèn)為長(zhǎng)期偏低的水價(jià)并未真正反映水資源的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)糧區(qū)糧食生產(chǎn)與環(huán)境特點(diǎn)制定適宜的水價(jià)機(jī)制來(lái)提高用水效率。

(2)研究范圍不同：本文以我國(guó)31個(gè)省級(jí)行政區(qū)2009—2014年糧食生產(chǎn)用水效率作為研究目標(biāo)，選擇小麥、玉米、水稻和大豆4類主要糧食作物作為研究對(duì)象，更全面細(xì)致地評(píng)價(jià)分析了我國(guó)糧食生產(chǎn)用水效率的現(xiàn)狀，是比較全面的一種研究思路。已有的研究中對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)用水效率或者灌區(qū)的灌溉用水效率研究較多，用農(nóng)業(yè)指標(biāo)替代糧食指標(biāo)較多，將糧食剝離大農(nóng)業(yè)口徑的研究較少，本研究是對(duì)全國(guó)口徑的廣義糧食生產(chǎn)用水效率研究的補(bǔ)充。

由此可以得出，與已有的研究文獻(xiàn)相比，本文對(duì)我國(guó)的糧食生產(chǎn)用水效率問(wèn)題進(jìn)行研究，構(gòu)建糧食生產(chǎn)用水效率評(píng)價(jià)指標(biāo)體系切實(shí)可行，得出的結(jié)論與實(shí)際情況相符，且通過(guò)投影分析對(duì)糧食生產(chǎn)投入要素進(jìn)行針對(duì)性的調(diào)整，以保障糧食生產(chǎn)用水效率的提高，促進(jìn)糧食產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。未來(lái)對(duì)糧食生產(chǎn)用水效率的研究可以更加細(xì)化，從不同作物的角度進(jìn)行研究，提出更加具體的糧食生產(chǎn)用水效率提高策略。

4 結(jié)論

(1)我國(guó)糧食生產(chǎn)用水效率差異較大，用水效率整體不高。糧食生產(chǎn)用水效率較低的省級(jí)行政區(qū)存在生產(chǎn)資料浪費(fèi)、生產(chǎn)要素過(guò)度投入的情況，糧食生產(chǎn)用水效率較高的省級(jí)行政區(qū)存在一定程度的生產(chǎn)資料投入不足。

(2)我國(guó)糧食生產(chǎn)灌溉用水過(guò)度投入情況嚴(yán)重，造成了大量的水資源浪費(fèi)，加劇了糧食作物生產(chǎn)過(guò)程中水資源的供需矛盾。我國(guó)水土資源時(shí)空差異大，匹配度較低。有效降水受自然因素影響較大，人為主觀不可控。因此在糧食生產(chǎn)用水過(guò)程中，灌溉用水的調(diào)節(jié)作用尤為重要，但現(xiàn)階段我國(guó)的灌溉用水沒(méi)有實(shí)現(xiàn)其自身的調(diào)節(jié)作用。

(3)我國(guó)糧食生產(chǎn)用水效率與糧食生產(chǎn)效率的發(fā)展趨勢(shì)一致性較高，水資源在糧食生產(chǎn)過(guò)程中的地位較高，影響程度較深。糧食生產(chǎn)效率的提高與糧食生產(chǎn)用水效率的提高息息相關(guān)，實(shí)現(xiàn)糧食生產(chǎn)用水要素最優(yōu)配置，提升糧食生產(chǎn)用水效率，促進(jìn)糧食產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效，是未來(lái)實(shí)現(xiàn)糧食產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和發(fā)展的重中之重。