2003-2016年湖北省農(nóng)業(yè)用水效率測算及時空差異

趙麗平，李登娟，侯德林，李軍利

(1.中南民族大學(xué) 經(jīng)濟學(xué)院，湖北 武漢 430074； 2.中南財經(jīng)政法大學(xué) 應(yīng)用經(jīng)濟學(xué)博士后流動站，湖北 武漢 430073； 3.湖北經(jīng)濟學(xué)院 碳排放權(quán)交易協(xié)同中心，湖北 武漢 430205；4.武漢紡織大學(xué) 管理學(xué)院，湖北 武漢 430200)

1 研究背景

湖北省地處長江流域中心位置，是個農(nóng)業(yè)大省，同時也是水資源大省。在湖北省各類用水中，農(nóng)業(yè)用水和消耗用水所占比例最大，根據(jù)2016年《湖北省水資源發(fā)展報告》，2016年湖北省農(nóng)業(yè)用水占全省總用水量的47.4%，農(nóng)業(yè)消耗用水占全省用水消耗總量的63.2%。

同時，隨著湖北省城市化和工業(yè)化的發(fā)展，工業(yè)用水和農(nóng)業(yè)用水競爭激烈，農(nóng)業(yè)用水還存在利用粗放、嚴(yán)重浪費和面源污染等問題，從而導(dǎo)致農(nóng)業(yè)用水資源日益緊張。根據(jù)《2016年湖北省農(nóng)田灌溉有效利用系數(shù)測算分析成果報告》，湖北省2016年農(nóng)田灌溉水平均有效利用系數(shù)僅為0.50，其中，大型農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)為0.49，低于平均水平。

在湖北省農(nóng)業(yè)用水形勢如此嚴(yán)峻的背景下，加強水資源管理，提高農(nóng)業(yè)用水效率是確保經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的必由之路。而湖北省及各市(州)的農(nóng)業(yè)用水效率在不同時間段的變化趨勢如何？各市(州)的農(nóng)業(yè)用水效率是否存在差異？湖北省鄂東丘陵地區(qū)、鄂中平原地區(qū)和鄂西山區(qū)等3大區(qū)域的農(nóng)業(yè)用水效率又有何差異？本文對這些問題展開研究分析，以期提高湖北省農(nóng)業(yè)用水效率，推動湖北省農(nóng)業(yè)用水方式從粗放型向集約型轉(zhuǎn)變，促進湖北省農(nóng)業(yè)用水高質(zhì)量發(fā)展。

目前國內(nèi)不少學(xué)者對農(nóng)業(yè)用水效率進行了研究，主要集中在以下幾個方面：(1)對于農(nóng)業(yè)用水效率的測度。Geng等[1]基于數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法對中國2003-2013年31個省市(未包含港澳臺地區(qū))的相對農(nóng)業(yè)用水效率進行了評估，研究結(jié)果表明，2008年以后的中國農(nóng)業(yè)用水效率明顯改善；耿獻輝等[2]基于隨機前沿生產(chǎn)函數(shù)的研究表明，農(nóng)業(yè)灌溉用水效率與棉花技術(shù)效率具有較高相關(guān)性，提高灌溉用水價格有利于灌溉用水效率的提高；佟金萍等[3]基于超效率DEA的測算結(jié)果表明，1998-2011年長江流域的農(nóng)業(yè)用水效率呈波段式上升趨勢，且各流域段農(nóng)業(yè)用水效率呈現(xiàn)出差異性：下游>上游>中游；孫付華等[4]基于三階段DEA-Malmquist指數(shù)測算2011-2015年未包含港澳臺地區(qū)的31個省市農(nóng)業(yè)水資源利用效率并分析其在時空上的異質(zhì)性，結(jié)果顯示水資源稟賦、經(jīng)濟水平、有效灌溉面積與農(nóng)業(yè)用水冗余值成正相關(guān)，政府農(nóng)林牧漁業(yè)財政支出與農(nóng)業(yè)用水冗余值成負相關(guān)。(2)對農(nóng)業(yè)用水效率影響因素的分析。農(nóng)業(yè)用水效率的影響因素主要有水資源稀缺度[5]、技術(shù)進步[6]、用水價格[7]、經(jīng)濟支持[8]、從業(yè)人員受教育水平[9]、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平[10]等。(3)提高農(nóng)業(yè)用水效率的對策。多數(shù)研究成果表明，優(yōu)化節(jié)水灌溉技術(shù)和加強基礎(chǔ)水利設(shè)施建設(shè)是提高農(nóng)業(yè)水資源利用效率的關(guān)鍵[6]，也有學(xué)者認為應(yīng)該因地制宜，根據(jù)不同的區(qū)域制定差異化農(nóng)業(yè)用水效率提升對策[11-12]，還有學(xué)者提出引入水權(quán)市場機制，按照市場水資源供需狀況決定水價，提高農(nóng)民節(jié)水意識[13]。楊騫等[14]認為加強跨區(qū)域間合作交流，因地制宜調(diào)整農(nóng)業(yè)發(fā)展布局，也有助于提升農(nóng)業(yè)用水效率。

綜上所述，學(xué)者們已在農(nóng)業(yè)用水效率測度、農(nóng)業(yè)用水效率的影響因素和提高農(nóng)業(yè)用水效率的對策方面進行了較為詳盡的研究，為后續(xù)研究奠定了良好的基礎(chǔ)。但還存在以下不足：(1)研究層面上，既有學(xué)者主要從全國或區(qū)域?qū)用鎸r(nóng)業(yè)用水效率進行研究，鮮有學(xué)者從省際層面研究各個市(州)的農(nóng)業(yè)用水效率。(2)研究內(nèi)容上，既有研究主要是對農(nóng)業(yè)用水效率進行測度，并在此基礎(chǔ)上進行比較分析，鮮有學(xué)者測算農(nóng)業(yè)用水效率的冗余率，分析農(nóng)業(yè)用水效率損失的原因。

在既有研究成果的基礎(chǔ)上，本研究運用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法從省際層面對湖北省2003-2016年各市(州)的農(nóng)業(yè)用水效率進行了測度，并進一步運用投入產(chǎn)出冗余率對農(nóng)業(yè)用水效率損失的原因進行了分析，而且將湖北省劃分為鄂東丘陵地區(qū)、鄂中平原地區(qū)和鄂西山區(qū)3大區(qū)域，分別從時間和空間的角度分析了湖北省農(nóng)業(yè)用水效率和投入產(chǎn)出冗余率的時間差異和空間差異，以期為提升湖北省各區(qū)域農(nóng)業(yè)用水效率、促進農(nóng)業(yè)水資源的集約利用提供現(xiàn)實的參考和決策依據(jù)。

2 研究方法與數(shù)據(jù)來源

2.1 研究方法

本研究采用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(data envelopment analysis，DEA)對湖北省農(nóng)業(yè)用水效率進行測算。數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法是運籌學(xué)、數(shù)學(xué)、數(shù)理經(jīng)濟學(xué)和管理科學(xué)交叉研究的一個新領(lǐng)域，1978年由美國運籌學(xué)家Charnes等[15]提出。該方法的核心思想是在保持決策單元(decision making units，DMU)的輸入或者輸出不變的條件下，借助數(shù)學(xué)規(guī)劃和數(shù)學(xué)統(tǒng)計方法確定一種最小投入或最大產(chǎn)出邊界，即相對有效的生產(chǎn)前沿面，并通過比較各個決策單元偏離DEA生產(chǎn)前沿面的程度來對被評價決策單元的相對有效性進行綜合績效評價。DEA方法有多種模型，主要有規(guī)模報酬可變模型(VRS)和規(guī)模報酬不變模型(CRS)，規(guī)模報酬可變模型(VRS)一般適用于微觀層面的研究，而規(guī)模報酬不變模型(CRS)更適用于宏觀層面的研究[16]。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)極大程度上依賴于自然條件，而湖北省水資源、耕地資源等自然資源日益緊張，且農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需的自然資源短時內(nèi)難以實現(xiàn)大規(guī)模的同比例增減。因此，本研究采取投入導(dǎo)向的規(guī)模報酬不變模型(CRS)，對湖北省16個市(州)農(nóng)業(yè)用水效率進行測算。將湖北省16個(市、州)作為決策單元DUWj(j=1,2,3，…)，每個DUWj有k種投入xij(i=1,2,…,k)和l種產(chǎn)出yrj(r=1,2,…,l)，則CRS表達式如下：

(1)

式中：λj為第k項投入和第l項產(chǎn)出的加權(quán)系數(shù)；θ為技術(shù)效率值(0≤θ≤1)，當(dāng)θ=1時，技術(shù)效率達到最大值，表示決策單元處于生產(chǎn)前沿上，為技術(shù)有效狀態(tài)。

基于CRS假設(shè)下的農(nóng)業(yè)用水投入的數(shù)據(jù)包絡(luò)模型解釋如圖1所示，圖1中X1和X2分別為投入1和投入2，Y為產(chǎn)出；橫軸和縱軸均為單位產(chǎn)出的投入，其值越小越好；EE′為效率前沿面；OA′/OA和OB′/OB分別為A點和B點的效率；C點和D點在生產(chǎn)前沿面上表示這兩點是有效率的；A點和B點表示效率損失，A點的效率損失由兩部分組成，即 AC=AA′+A′C，其中AA′為技術(shù)無效率導(dǎo)致的效率損失，A′C為要素配置扭曲導(dǎo)致的效率損失，當(dāng)AC =0時，農(nóng)業(yè)用水效率為1，表示A點位于生產(chǎn)前沿面上，達到最高效率。

由于投入要素冗余會導(dǎo)致要素配置扭曲，而要素配置扭曲也是效率損失的重要原因，因此本研究從投入要素的冗余率視角來對農(nóng)業(yè)用水效率損失的原因進行解釋。農(nóng)業(yè)用水效率根據(jù)投入產(chǎn)出指標(biāo)來計算，農(nóng)業(yè)用水效率損失與各個指標(biāo)密切相關(guān)，各指標(biāo)的投入冗余值越大，則農(nóng)業(yè)用水效率損失與該指標(biāo)的相關(guān)性越大，因此可以用單一指標(biāo)的投入冗余值來對農(nóng)業(yè)用水效率損失的原因進行分析，本文農(nóng)業(yè)用水效率值和投入冗余值采用MaxDEA7.3Ultra(4-core)軟件進行測算。

圖1 CRS假設(shè)下的農(nóng)業(yè)用水投入數(shù)據(jù)包絡(luò)模型解釋

2.2 數(shù)據(jù)來源與指標(biāo)選取

2.2.1 研究區(qū)域及數(shù)據(jù)來源 湖北省農(nóng)業(yè)發(fā)展歷史悠久，是我國重要的農(nóng)業(yè)大省，由武漢、黃石、襄陽、荊州、宜昌、十堰、孝感、荊門、鄂州、黃岡、咸寧、隨州、潛江、仙桃、天門市、恩施土家族苗族自治州等16個市(州)和1個神農(nóng)架林區(qū)組成，由于神農(nóng)架林區(qū)特殊的自然資源稟賦和生產(chǎn)力，所以研究樣本暫不考慮神農(nóng)架林區(qū)。

本研究以除神農(nóng)架林區(qū)以外的湖北省各市(州)為研究區(qū)域，建立2003-2016年湖北省16個市(州)的面板數(shù)據(jù)。農(nóng)業(yè)相關(guān)投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)來自《湖北農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》(2004-2017年)，各市(州)農(nóng)業(yè)用水相關(guān)數(shù)據(jù)來自《湖北省水資源公報》(2003-2016年)。

2.2.2 指標(biāo)選取 在農(nóng)業(yè)用水效率測算模型中，本研究選取農(nóng)業(yè)用水投入、農(nóng)業(yè)勞動力投入、農(nóng)業(yè)土地投入、農(nóng)業(yè)機械投入、農(nóng)業(yè)化肥投入作為投入指標(biāo)，以農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值作為產(chǎn)出指標(biāo)。關(guān)于投入指標(biāo)，農(nóng)業(yè)水資源投入以各市(州)農(nóng)業(yè)用水量表示；勞動力投入以各地區(qū)農(nóng)林牧漁業(yè)的從業(yè)人員數(shù)量表示；土地投入以各市(州)農(nóng)業(yè)播種面積表示；農(nóng)業(yè)資本投入用農(nóng)業(yè)機械和化肥投入表示，其中農(nóng)業(yè)機械用農(nóng)業(yè)機械總動力表示，農(nóng)業(yè)化肥投入用按折純量計算的化肥施用量表示，化肥具體是指氮肥、磷肥、鉀肥和復(fù)合肥。關(guān)于產(chǎn)出指標(biāo)，用農(nóng)林牧副漁業(yè)總產(chǎn)值表示，按照1995年基準(zhǔn)價格對農(nóng)林牧副漁總產(chǎn)值進行平減。選取的農(nóng)業(yè)用水效率測算指標(biāo)如表1所示。

表1 選取的農(nóng)業(yè)用水效率測算指標(biāo)

3 湖北省農(nóng)業(yè)用水效率的時間差異分析

3.1 湖北省及3大區(qū)域農(nóng)業(yè)用水效率的時間差異分析

湖北省地形復(fù)雜多樣，受水汽來向和地形因素影響，湖北省水資源空間分布不均。本研究基于地理特征和行政區(qū)劃，將湖北省劃分為3大區(qū)域。即鄂東丘陵地區(qū)(包括黃石、黃岡、鄂州、咸寧4個市)、鄂中平原地區(qū)(包括武漢、孝感、仙桃、天門、潛江、荊門、荊州7個市)和鄂西山區(qū)(包括恩施、十堰、襄陽、宜昌、隨州5個市(州))。

湖北省及3大區(qū)域2003-2016年農(nóng)業(yè)用水效率變化趨勢如圖2所示。由圖2可看出，在研究期內(nèi)，湖北省農(nóng)業(yè)用水效率總體上呈增長趨勢，從2003年的0.14增大到2016年的0.75。其增長速度在不同的階段有所波動，2003-2007年湖北省農(nóng)業(yè)用水效率從0.14增大到0.41，增長速度較快，2007-2013年從0.41增大到0.58，增長速度較為平緩，2013-2016年從0.58增加到0.75，增長速率略低于2003-2007年。3大區(qū)域農(nóng)業(yè)用水效率在研究期內(nèi)也呈增長趨勢，其增長幅度排序為鄂西>鄂東>鄂中。研究期內(nèi)鄂西山區(qū)的農(nóng)業(yè)用水效率整體處于較高水平，從2003年的0.15增大到2016年的0.83，鄂東地區(qū)的農(nóng)業(yè)用水效率從2003年的0.13增大到2016年的0.79，鄂中平原地區(qū)的農(nóng)業(yè)用水效率絕大部分年份均低于其他兩個地區(qū)，但總體上處于較為平緩的上升狀態(tài)，從2003年的0.13增大到2016年的0.67。呈現(xiàn)出區(qū)域差異的原因可能是：鄂西山區(qū)多山地丘陵，地形高低落差大，生物資源豐富，因此農(nóng)業(yè)水資源利用水平較高；鄂東丘陵地區(qū)雖然水熱資源豐富，耕種條件好，耕作歷史悠久，但相關(guān)學(xué)者的研究表明，該地區(qū)水利建設(shè)不足，多采用大水漫灌，引水渠利用率低下[17]，因此農(nóng)業(yè)用水效率不高；鄂中平原地區(qū)面積廣闊，地勢平坦，農(nóng)業(yè)水土資源豐富，是湖北省最主要的產(chǎn)糧區(qū)，但由于缺少有效的農(nóng)業(yè)用水管理政策，從而導(dǎo)致農(nóng)業(yè)用水效率低下。

圖2 2003-2016年湖北省及三大區(qū)域農(nóng)業(yè)用水效率變化趨勢

3.2 湖北省農(nóng)業(yè)用水效率投入和產(chǎn)出冗余率的時間差異分析

為了進一步分析農(nóng)業(yè)用水效率損失的原因，本研究將2003-2016年湖北省各市(州)各投入要素松弛量除以對應(yīng)的投入指標(biāo)值得出投入冗余率，將產(chǎn)出要素農(nóng)林牧漁業(yè)產(chǎn)值松弛量除以相應(yīng)的農(nóng)林牧漁業(yè)產(chǎn)值得出農(nóng)業(yè)產(chǎn)出冗余率。經(jīng)計算得到的2003-2016年湖北省農(nóng)業(yè)用水效率各投入和產(chǎn)出指標(biāo)的冗余率變化趨勢見圖3，2003-2016年湖北省農(nóng)業(yè)用水效率各投入和產(chǎn)出指標(biāo)的冗余率平均值見圖4。本研究中的農(nóng)業(yè)用水效率損失是指在現(xiàn)有技術(shù)水平下，利用現(xiàn)有各投入要素所達到的效率值和最優(yōu)效率值之間的差距，差距越大表示農(nóng)業(yè)用水效率損失越大。

圖3 2003-2016年湖北省農(nóng)業(yè)用水效率各投入和產(chǎn)出指標(biāo)的冗余率變化趨勢 圖4 2003-2016年湖北省農(nóng)業(yè)用水效率各投入和產(chǎn)出指標(biāo)的冗余率平均值

由圖3可知，2003-2016年湖北省產(chǎn)出指標(biāo)農(nóng)林牧漁業(yè)產(chǎn)值的冗余率均為零，投入要素均存在冗余，這說明農(nóng)業(yè)產(chǎn)值不足并不是湖北省農(nóng)業(yè)用水效率損失的原因，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入是農(nóng)業(yè)用水效率損失的主要因素；從各投入指標(biāo)來看，2003-2016年化肥施用量投入冗余率和農(nóng)業(yè)機械總動力投入冗余率總體上呈現(xiàn)上升趨勢，農(nóng)業(yè)用水量、農(nóng)業(yè)勞動力投入和農(nóng)作物播種面積投入冗余率整體上均呈下降趨勢，這說明近年來湖北省大力進行農(nóng)田水利設(shè)施建設(shè)，改善了農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施狀況，農(nóng)業(yè)從業(yè)人口結(jié)構(gòu)更加合理，農(nóng)業(yè)土地投入也更加集約化，提高了農(nóng)業(yè)水資源的利用率。

由圖4可知，2003-2016年農(nóng)業(yè)用水量、農(nóng)業(yè)勞動力投入、農(nóng)作物播種面積、化肥施用量和農(nóng)業(yè)機械總動力的投入冗余率平均值分別為27.00%、20.64%、7.45%、15.20%、8.27%。表明在研究期從整體層面上看，農(nóng)業(yè)用水投入過量是導(dǎo)致農(nóng)業(yè)用水效率損失的第一大原因，說明湖北省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中還存在較大的水資源浪費；農(nóng)業(yè)勞動力投入過量是導(dǎo)致農(nóng)業(yè)用水效率損失的第二大原因，說明農(nóng)村存在大量剩余勞動力，勞動力科學(xué)轉(zhuǎn)移能夠提高農(nóng)業(yè)用水效率；化肥投入過量是導(dǎo)致農(nóng)業(yè)用水效率損失的第三大原因，過量使用化肥導(dǎo)致農(nóng)業(yè)投入過大，農(nóng)民增產(chǎn)不增收，且造成環(huán)境污染，耕地質(zhì)量下降，高強度的化肥投入導(dǎo)致土壤性狀惡化，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量下降；農(nóng)作物播種面積和農(nóng)業(yè)機械總動力投入也導(dǎo)致農(nóng)業(yè)用水效率在一定程度上的損失，但總體上投入冗余率不高，說明湖北省農(nóng)業(yè)土地投入、農(nóng)業(yè)機械投入利用較為合理，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平有所提高。

4 湖北省農(nóng)業(yè)用水效率的空間差異分析

4.1 湖北省各市(州)農(nóng)業(yè)用水效率的空間差異分析

2003-2016年湖北省各市(州)農(nóng)業(yè)用水效率平均值如圖5所示。從整體上看，武漢、宜昌、鄂州、黃岡和恩施農(nóng)業(yè)用水效率均在0.5以上，特別是恩施達到了0.69；黃石、十堰、襄陽、荊門、孝感和潛江的農(nóng)業(yè)用水效率均大于0.4；荊州、咸寧、隨州、仙桃和天門農(nóng)業(yè)用水效率均小于0.4，天門更是以0.27居于末位。恩施和宜昌位于西部山區(qū)，具有地區(qū)獨特的自然資源稟賦，總體農(nóng)業(yè)用水效率水平在湖北省各市(州)居于領(lǐng)先地位；天門和荊州位于鄂中平原地區(qū)，該區(qū)域雖然農(nóng)業(yè)自然資源豐富，但由于缺乏科學(xué)的用水管理政策和節(jié)水灌溉技術(shù)，總體農(nóng)業(yè)用水利用效率在湖北省各市(州)處于最后兩位?？偟膩碚f，湖北省各市(州)農(nóng)業(yè)用水效率空間差異較大，這與各地區(qū)自然地理因素、交通和科技等社會經(jīng)濟因素密切相關(guān)。

4.2 湖北省三大區(qū)域農(nóng)業(yè)用水效率的空間差異分析

圖6為2003-2016年湖北省各市(州)不同時間段平均農(nóng)業(yè)用水效率，以下按鄂東丘陵地區(qū)、鄂中平原地區(qū)和鄂西山區(qū)3個區(qū)域?qū)ζ滢r(nóng)業(yè)用水效率的空間差異進行分析。

4.2.1 鄂東丘陵地區(qū)農(nóng)業(yè)用水效率分析 鄂東丘陵地區(qū)位于湖北省東部邊緣，范圍較小，經(jīng)濟薄弱，農(nóng)業(yè)資金缺口較大，基礎(chǔ)設(shè)施不足。近年來隨著國家對中部地區(qū)的政策傾斜，鄂東地區(qū)抓住發(fā)展時機，發(fā)揮自身區(qū)位優(yōu)勢，農(nóng)業(yè)用水效率也有所提高。由圖6可看出，2003-2005年除黃石之外，黃岡、鄂州、咸寧的農(nóng)業(yè)用水效率均小于0.2；2006-2008年黃岡、鄂州農(nóng)業(yè)用水效率大于0.4，而黃石、咸寧大于0.2，但小于0.4；2009-2012年除咸寧外，農(nóng)業(yè)用水效率均大于0.4；2013-2016年黃岡、鄂州農(nóng)業(yè)用水效率達到了0.8以上的水平，黃石、咸寧也均在0.4以上?？偟膩碚f，研究期內(nèi)鄂東地區(qū)4個城市的農(nóng)業(yè)用水效率均在提高，特別是黃岡、鄂州提升程度較大，而黃石提升幅度相對較小。黃岡是一個農(nóng)業(yè)人口大市，經(jīng)濟發(fā)展依賴于水資源，提升農(nóng)業(yè)用水效率對黃岡意義重大，近年來黃岡市積極開展農(nóng)業(yè)水價改革工作，完善水資源管理法律政策，政府與市場共同配置資源，有效地提升了農(nóng)業(yè)用水效率；咸寧市臨近省會武漢，區(qū)位條件優(yōu)良，致力于打造節(jié)水型社會；鄂州位于武漢城市圈中心位置，合理利用當(dāng)?shù)貐^(qū)位優(yōu)勢，促進資源優(yōu)勢向經(jīng)濟優(yōu)勢轉(zhuǎn)化，近些年農(nóng)業(yè)生產(chǎn)呈現(xiàn)良好態(tài)勢；黃石市近年來因受產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級影響，經(jīng)濟發(fā)展動力不足，基礎(chǔ)設(shè)施、基層服務(wù)體系建設(shè)資金不到位，缺乏規(guī)模經(jīng)濟，缺少龍頭企業(yè)帶動。

4.2.2 鄂中平原地區(qū)農(nóng)業(yè)用水效率分析 鄂中平原地區(qū)是湖北省重要的糧、棉、漁生產(chǎn)基地，生物資源豐富，水資源在糧食生產(chǎn)中的投入產(chǎn)出水平很高。如圖6所示，2003-2005年鄂中地區(qū)除了孝感農(nóng)業(yè)用水效率大于0.2，武漢、仙桃、天門、潛江、荊門、荊州6個市均小于0.2；2006-2008年除天門農(nóng)業(yè)用水效率小于0.2，其他6個市均大于0.2；2009-2012年除天門、荊州外，其他5個市農(nóng)業(yè)用水效率均大于0.4；2013-2016年武漢農(nóng)業(yè)用水效率大于0.8，孝感、荊門、潛江農(nóng)業(yè)用水效率均大于0.6。武漢作為湖北省的省會城市，長期以來都是全省的經(jīng)濟、文化中心，人才隊伍龐大，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)完善，經(jīng)濟基礎(chǔ)良好，水運陸運條件發(fā)達，素有“九省通衢”之稱，又以長江經(jīng)濟帶開發(fā)為契機，積極創(chuàng)設(shè)具有鮮明產(chǎn)業(yè)特色、布局合理、生態(tài)環(huán)保的集多功能于一體的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系，利用科技創(chuàng)新促進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展，從廣種薄收到集約經(jīng)營，極大地提升了武漢農(nóng)業(yè)發(fā)展競爭力。荊州、潛江、仙桃、天門和荊門地處江漢平原地區(qū)，該地區(qū)地勢平坦，土壤沃腴，受氣候因素影響，光熱水條件好，農(nóng)業(yè)資源具有明顯優(yōu)勢，是全省重要的糧食作物生產(chǎn)基地，農(nóng)業(yè)用水利用效率尚可。但該地區(qū)農(nóng)田水利工程滯后，缺乏合理高效的用水政策機制，由于水資源稟賦豐富，農(nóng)民水資源節(jié)約意識不強，農(nóng)業(yè)用水大多采取傳統(tǒng)漫灌的方式，嚴(yán)重制約農(nóng)業(yè)發(fā)展。

4.2.3 鄂西山區(qū)農(nóng)業(yè)用水效率分析 鄂西山區(qū)地形多樣，有利于多種作物生長，水資源貯藏量豐富，但區(qū)域內(nèi)耕地質(zhì)量低，生態(tài)系統(tǒng)脆弱，自然災(zāi)害頻發(fā)，一定程度上制約了經(jīng)濟的發(fā)展。由圖6可見，位于西北部的恩施州、宜昌市農(nóng)業(yè)用水效率較高，研究期內(nèi)農(nóng)業(yè)用水效率保持較高的增長速度。2003-2005年除了恩施農(nóng)業(yè)用水效率大于0.2，十堰、襄陽、宜昌、隨州4個市農(nóng)業(yè)用水效率均小于0.2；2006-2008年除恩施農(nóng)業(yè)用水效率大于0.6，其他4個市農(nóng)業(yè)用水效率均大于0.2，但小于0.4；2009-2012年恩施、宜昌農(nóng)業(yè)用水效率大于0.6；2013-2016年恩施、宜昌農(nóng)業(yè)用水效率大于0.8，十堰、襄陽農(nóng)業(yè)用水效率大于0.6，隨州農(nóng)業(yè)用水效率僅大于0.4。恩施州有效利用當(dāng)?shù)刭Y源，因地制宜發(fā)展農(nóng)業(yè)與旅游業(yè)結(jié)合的觀光園、生態(tài)采摘園，修建梯田，調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，有效地提高了用水效率和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值，但該地區(qū)交通不便，阻礙了經(jīng)濟發(fā)展。自三峽大壩建成投產(chǎn)以來，宜昌當(dāng)?shù)赜瓉砹司薮蟮陌l(fā)展機遇和政策優(yōu)惠，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟有了巨大飛躍；近年來十堰以生態(tài)農(nóng)業(yè)觀光園發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)，提升了水資源利用效率，促進了經(jīng)濟發(fā)展；近年來襄陽以生態(tài)經(jīng)濟為契機，發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)，一方面面向國內(nèi)市場，另一方面積極開拓國際市場；隨州最大的發(fā)展優(yōu)勢在于交通網(wǎng)絡(luò)發(fā)達，是湖北省對外聯(lián)系的“北大門”，但其農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，在發(fā)揮區(qū)域優(yōu)勢、優(yōu)化農(nóng)產(chǎn)品布局和發(fā)展特色經(jīng)濟方面還有提高的空間。

圖5 2003-2016年湖北省各市(州)農(nóng)業(yè)用水效率平均值

圖6 2003-2016年湖北省各市(州)不同時間段平均農(nóng)業(yè)用水效率

4.3 湖北省三大區(qū)域農(nóng)業(yè)用水效率投入和產(chǎn)出冗余率的空間分析

2003-2016年湖北省各市(州)農(nóng)業(yè)用水效率的投入和產(chǎn)出冗余率見圖7。由圖7可知，各市(州)的產(chǎn)出冗余率均為零，而不同地區(qū)農(nóng)業(yè)用水效率投入冗余率有所差異，效率損失的主要原因有所不同。下面根據(jù)圖7從鄂東丘陵地區(qū)、鄂中平原地區(qū)和鄂西山區(qū)等3個區(qū)域分別進行分析。

從鄂東丘陵地區(qū)來看，黃石、黃岡、鄂州、咸寧等4市農(nóng)業(yè)用水量和農(nóng)業(yè)勞動投入冗余率都很高，說明鄂東丘陵地區(qū)農(nóng)業(yè)用水效率損失的主要原因為農(nóng)業(yè)用水投入過度和農(nóng)業(yè)勞動力過剩。

從鄂中平原地區(qū)來看，總體農(nóng)業(yè)用水投入冗余率都很高，存在一定的農(nóng)業(yè)水資源浪費。具體來看，武漢、孝感、仙桃和荊州等4市的農(nóng)業(yè)用水量和農(nóng)業(yè)勞動力投入冗余率較高，說明該4市農(nóng)業(yè)用水效率損失的主要原因為農(nóng)業(yè)用水和勞動力投入過量；天門、潛江和荊門等3市農(nóng)業(yè)用水量、農(nóng)業(yè)化肥和農(nóng)業(yè)機械投入冗余率較高，說明該3市農(nóng)業(yè)用水效率損失的主要原因為農(nóng)業(yè)用水和化肥利用較為粗放、機械投入過多，也從側(cè)面反映了該3市的農(nóng)業(yè)面源污染較嚴(yán)重，農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境需要改善。

從鄂西山區(qū)來看，總體農(nóng)業(yè)勞動投入冗余率都很高，存在一定的農(nóng)業(yè)剩余勞動力。具體來看，恩施和十堰市(州)的農(nóng)業(yè)勞動力、農(nóng)業(yè)播種面積投入冗余率較高，說明這兩市(州)的農(nóng)業(yè)用水效率損失的主要原因為勞動力過剩和耕地利用粗放；宜昌和隨州市農(nóng)業(yè)勞動力和化肥投入冗余率較高，說明這兩市的勞動力和化肥投入過量；襄陽市的化肥和農(nóng)業(yè)機械投入冗余率較高，特別是化肥投入的冗余率遠高于西部其他市(州)，說明襄陽市的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境亟待改善。

5 結(jié)論與建議

5.1 主要結(jié)論

本研究運用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析模型對2003-2016年湖北省16個市(州)的農(nóng)業(yè)用水效率進行了測度，并在農(nóng)業(yè)用水效率投入和產(chǎn)出冗余率計算的基礎(chǔ)上對農(nóng)業(yè)用水效率損失的原因進行了分析，在此基礎(chǔ)上進一步對湖北省農(nóng)業(yè)用水效率和投入產(chǎn)出冗余率的時間差異和空間差異進行了分析，主要研究結(jié)論如下：

(1)從時間上看，湖北省總體農(nóng)業(yè)用水效率水平不高，2003-2016年農(nóng)業(yè)用水效率平均值為0.45，但呈波動上升趨勢，其增長速度在不同的階段有所不同。2003-2007年湖北省農(nóng)業(yè)用水效率增長速度較快，2013-2016年增長速度略低于2003-2007年，2007-2013年增長速度較為平緩，在未來湖北省農(nóng)業(yè)用水效率仍有較大的提升空間。從投入和產(chǎn)出冗余率來看，湖北省總體農(nóng)業(yè)勞動力、農(nóng)業(yè)用水量和農(nóng)作物播種面積投入冗余率呈下降趨勢，但化肥和農(nóng)業(yè)機械投入冗余率呈上升趨勢，說明農(nóng)業(yè)基本要素投入結(jié)構(gòu)趨于合理，但農(nóng)業(yè)化學(xué)用品要素投入過量。

(2)從空間上看，湖北省農(nóng)業(yè)用水效率存在較為明顯的區(qū)域差異?？傮w而言，湖北省各地區(qū)農(nóng)業(yè)用水效率較低。分區(qū)域而言，農(nóng)業(yè)用水效率的排序為：鄂西山區(qū)>鄂東丘陵地區(qū)>鄂中平原地區(qū)。具體而言，處于西部山區(qū)的恩施和宜昌市的農(nóng)業(yè)用水效率較高；處于鄂中平原地區(qū)的武漢市農(nóng)業(yè)用水效率相對較高，而荊州、天門市農(nóng)業(yè)用水效率過低。從農(nóng)業(yè)用水效率的投入和產(chǎn)出冗余率來看，鄂東丘陵地區(qū)農(nóng)業(yè)用水效率損失的主要原因是農(nóng)業(yè)用水和農(nóng)業(yè)勞動力投入過量，鄂中平原地區(qū)主要是因為農(nóng)業(yè)用水投入過量，鄂西山區(qū)主要是因為農(nóng)業(yè)勞動力投入過量。

5.2 政策建議

在城鎮(zhèn)化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程中，農(nóng)業(yè)用水為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)必不可少的要素，提高農(nóng)業(yè)用水效率對推進農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展非常重要，基于此本研究提出以下政策建議：

(1)積極貫徹農(nóng)業(yè)部的化肥農(nóng)藥使用量零增長行動，減少湖北省的農(nóng)業(yè)化學(xué)品投入量。首先，加大對化肥農(nóng)藥投入過量危害的宣傳，增強農(nóng)民的環(huán)保意識；其次，科研機構(gòu)要加強對有機化肥和生態(tài)農(nóng)藥的研發(fā)，大力推廣有機肥和生態(tài)農(nóng)藥；再次，繼續(xù)推進測土配方施肥和秸稈還田技術(shù)，減少盲目施肥造成的水土資源污染和浪費，并增加土壤中的有機質(zhì)。

(2)根據(jù)湖北省的水資源狀況差異，因地制宜地出臺政策，提高水資源利用效率。針對鄂東和鄂西農(nóng)業(yè)勞動力過剩的問題，要合理轉(zhuǎn)移農(nóng)業(yè)剩余勞動力，提高農(nóng)業(yè)用水效率，以防出現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的“內(nèi)卷化”，針對鄂東和鄂中地區(qū)農(nóng)業(yè)用水投入過量的問題，要出臺相應(yīng)政策，合理調(diào)整農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)和糧食復(fù)種指數(shù)，大力推廣旱作農(nóng)業(yè)技術(shù)，以玉米、馬鈴薯、棉花等作物為重點，協(xié)調(diào)規(guī)劃農(nóng)業(yè)用水投入。

(3)大力推廣農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)，完善湖北省農(nóng)業(yè)水利基礎(chǔ)設(shè)施，促進湖北省水資源的高效利用。地方政府要發(fā)揮主導(dǎo)作用，給予科研機構(gòu)和科研人員足夠的資金支持，積極開展創(chuàng)新技術(shù)交流活動；從農(nóng)村實際情況出發(fā)，完善基本水利建設(shè)項目，加強水利工程防旱、排澇、引水灌溉的功能，緩解區(qū)域間水資源供需矛盾。