黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率測(cè)度及其節(jié)水潛力分析

崔永正，劉 濤

（1.河南理工大學(xué)應(yīng)急管理學(xué)院，河南焦作454003；2.河南理工大學(xué)財(cái)經(jīng)學(xué)院，河南焦作454003）

0 引 言

農(nóng)業(yè)部門一直是黃河流域的第一用水大戶，2016年全流域農(nóng)業(yè)用水量為837.4 億m3，占全部用水量的65.7%，農(nóng)業(yè)用水需求量大；然而黃河流域農(nóng)業(yè)用水效益較低，2016年其農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)僅為0.542，與世界先進(jìn)水平0.7～0.8存在顯著差距，農(nóng)業(yè)用水方式比較粗放；此外，工業(yè)化、城市化的迅速推進(jìn)又嚴(yán)重?cái)D占黃河流域農(nóng)業(yè)用水，進(jìn)一步加劇農(nóng)業(yè)用水短缺。2019年黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展上升為重大國(guó)家戰(zhàn)略，黃河流域水資源節(jié)約集約利用是其重要一環(huán)。在這一現(xiàn)實(shí)背景下，提升黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率，評(píng)估各省的農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力，推進(jìn)黃河流域農(nóng)業(yè)用水節(jié)約集約化發(fā)展，具有重要意義。

當(dāng)前學(xué)界關(guān)于農(nóng)業(yè)用水效率的研究成果眾多。從研究方法來(lái)看，農(nóng)業(yè)用水效率評(píng)價(jià)可分為單要素用水效率和全要素用水效率，全要素農(nóng)業(yè)用水效率考慮了除水資源外的其他相關(guān)要素投入，更加符合實(shí)際生產(chǎn)過程。由于數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法（DEA）不必提前設(shè)置好函數(shù)形式和估計(jì)參數(shù)，能夠規(guī)避主觀影響，因此大量文獻(xiàn)運(yùn)用DEA 方法測(cè)算農(nóng)業(yè)用水效率。其中，SBM 模型由于能夠有效解決變量松弛問題，在農(nóng)業(yè)用水效率測(cè)度中應(yīng)用的最為普遍[1-2]；從研究對(duì)象來(lái)看，相關(guān)文獻(xiàn)主要基于全國(guó)層面研究農(nóng)業(yè)用水效率[3-4]，此外，有學(xué)者從區(qū)域、流域?qū)用婵疾斓貐^(qū)農(nóng)業(yè)用水效率[5-7]。從研究視角來(lái)看，已有文獻(xiàn)主要圍繞農(nóng)業(yè)用水效率的分布特征、影響因素、空間交互影響等進(jìn)行研究[8-10]。

目前大量文獻(xiàn)基于全國(guó)和長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶、京津冀地區(qū)等區(qū)域?qū)用鎸?duì)農(nóng)業(yè)用水效率展開研究，黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率尚未涉及。黃河流域的農(nóng)業(yè)用水效率處于什么水平、主要受何種因素影響、各省農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力如何？都有待解答。因此，本文采用超效率SBM模型，在全國(guó)視角下測(cè)算和對(duì)比了2008-2018年黃河流域的農(nóng)業(yè)用水效率，并對(duì)其進(jìn)行了分解和節(jié)水潛力分析，以期為黃河流域高效利用農(nóng)業(yè)水資源、提升農(nóng)業(yè)用水效率提供參考。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 超效率SBM模型

農(nóng)業(yè)用水效率是指在農(nóng)業(yè)多要素生產(chǎn)框架下，綜合評(píng)估農(nóng)業(yè)水資源利用所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等效益。SBM 模型是測(cè)度農(nóng)業(yè)用水效率的常用方法，其測(cè)算出的效率結(jié)果包含非徑向的松弛變量，可以觀察農(nóng)業(yè)用水量需要縮減的比例，有效擺脫了投入要素都以相同比例縮減的不足。然而，SBM 模型不能對(duì)有效單元作進(jìn)一步區(qū)別，因此Tone 提出了超效率SBM模型[11]，該模型能夠有效區(qū)分位于生產(chǎn)前沿面的決策單元，彌補(bǔ)了這一不足。本文在規(guī)模報(bào)酬不變的假設(shè)下，運(yùn)用超效率SBM模型測(cè)度黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率。模型規(guī)劃式如下：

式中：p*為農(nóng)業(yè)用水效率值；m 為決策單元的個(gè)數(shù)；n 和q 分別為投入、產(chǎn)出的變量數(shù)；xik為決策單元k 的第i 項(xiàng)投入，yrk為決策單元k的第r項(xiàng)產(chǎn)出；分別為投入、產(chǎn)出變量的松弛量；λ為權(quán)重。

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)及數(shù)據(jù)來(lái)源

參考已有的農(nóng)業(yè)用水效率相關(guān)文獻(xiàn)[12，13]，構(gòu)建如下黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率的評(píng)估指標(biāo)體系。其中，從水資源、勞動(dòng)力、土地、農(nóng)業(yè)機(jī)械、化肥五方面選擇投入變量，分別選用農(nóng)業(yè)用水量（億m3）、第一產(chǎn)業(yè)就業(yè)人數(shù)（萬(wàn)人）、農(nóng)作物播種面積（103hm2）、農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力（萬(wàn)kW）、農(nóng)業(yè)化肥使用量（萬(wàn)t）這5個(gè)變量表征；產(chǎn)出方面，以農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值（億元）反映農(nóng)業(yè)用水生產(chǎn)的產(chǎn)出狀況，并以2008年的價(jià)格為基期作了不變價(jià)格處理。

本文的評(píng)價(jià)對(duì)象為黃河流域9 省，包括青海、四川、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古、山西、陜西、河南、山東。上述數(shù)據(jù)來(lái)源于《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》（2009-2019年）、《中國(guó)農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》（2009-2019年）以及各省市統(tǒng)計(jì)年鑒（2009-2019年）。

2 結(jié)果與分析

2.1 全國(guó)視角下黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率

為了解黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率在全國(guó)處于何種水平，本文利用全國(guó)31 個(gè)省份（不包括港澳臺(tái)）的投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)構(gòu)建生產(chǎn)可能性集，在全國(guó)視野下分析黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率的空間格局。此外，黃河流域與長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶都是重大國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展區(qū)域，都強(qiáng)調(diào)水資源高效節(jié)約利用，具有較強(qiáng)的相似性，本文也對(duì)比了黃河流域和長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的農(nóng)業(yè)用水效率。長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶包括11省市，分別為重慶、四川、貴州、云南、江西、湖北、湖南、上海、江蘇、浙江、安徽。借助MaxDEA Urtra 8軟件，測(cè)算出黃河流域9省的農(nóng)業(yè)用水效率。

圖1 顯示了2008-2018年全國(guó)、長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶和黃河流域的農(nóng)業(yè)用水效率的變化趨勢(shì)。在變化趨勢(shì)上，都呈現(xiàn)波動(dòng)式下降。其中，研究期內(nèi)全國(guó)農(nóng)業(yè)用水效率由0.648 下降到0.558，年均下降1.49%；長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶由0.694 下降至0.647，年均下降0.7%；黃河流域由0.562下降到0.481，年均下降1.54%。由此可見，黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率的年均下降速度高于長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶和全國(guó)平均水平。在效率水平上，研究期內(nèi)農(nóng)業(yè)用水效率由高到低排列為長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶、全國(guó)、黃河流域，長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶效率水平始終最高、黃河流域始終最低。可以看出，黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率非常低，甚至沒有達(dá)到全國(guó)平均水平，與同為重大國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展區(qū)域的長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶相比差距更大，農(nóng)業(yè)水資源高效節(jié)約利用仍有很大進(jìn)步空間。

2.2 黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率的分解

上文分析的黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率，可以分解成農(nóng)業(yè)用水純技術(shù)效率和農(nóng)業(yè)用水規(guī)模效率。對(duì)黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率進(jìn)行分解，分析其純技術(shù)效率和規(guī)模效率，有助于觀察黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率主要受何種因素影響。

圖2 顯示了2008-2018年黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率及其分解的變化趨勢(shì)。在變化趨勢(shì)上，3者都呈現(xiàn)波動(dòng)式下降；農(nóng)業(yè)用水效率、純技術(shù)效率、規(guī)模效率年均下降幅度分別為1.54%、 0.87%和0.67%，純技術(shù)效率的下降幅度略微高于規(guī)模效率。在效率水平上，研究期內(nèi)黃河流域農(nóng)業(yè)用水的規(guī)模效率始終高于純技術(shù)效率，規(guī)模效率處于0.827～0.930，純技術(shù)效率處于0.567～0.646，2 者效率偏差區(qū)間為0.227～0.306?？梢钥闯鳇S河流域農(nóng)業(yè)用水規(guī)模效率遠(yuǎn)高于純技術(shù)效率，流域整體的農(nóng)業(yè)用水規(guī)模已經(jīng)接近最優(yōu)水平，但農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)的推廣和應(yīng)用還有較大的提升空間，所以黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率較低的主要原因在于其較低的農(nóng)業(yè)用水純技術(shù)效率。

此外，本文測(cè)算并分解了黃河流域9省的農(nóng)業(yè)用水效率均值，以揭示各省的農(nóng)業(yè)用水效率水平，以及主要受何種因素的影響，如圖3 所示。黃河流域各省的農(nóng)業(yè)用水效率差異顯著，農(nóng)業(yè)用水效率均值最高的青海（0.972）比最低的寧夏（0.254）高3.8倍；農(nóng)業(yè)用水效率高于0.6的有青海、山東、四川、河南4 省、其余5 省份都低于0.6。分解來(lái)看，不同省份農(nóng)業(yè)用水效率主要受何種因素影響也存在明顯差異。農(nóng)業(yè)用水效率高于0.6 的4 省，其純技術(shù)效率和規(guī)模效率也高于0.6，并且前者都高于后者；農(nóng)業(yè)用水效率低于0.6 的5 省，其規(guī)模效率都高于0.8，但純技術(shù)效率普遍低于0.6。由此可見，黃河流域各省中，農(nóng)業(yè)用水效率較高的4 省主要受純技術(shù)效率影響，而農(nóng)業(yè)用水效率較低的5省主要受規(guī)模效率的影響。

2.3 黃河流域各省的農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力評(píng)估

水資源總量在一定時(shí)間內(nèi)維持不變，而黃河流域城市化、工業(yè)化的不斷推進(jìn)勢(shì)必會(huì)持續(xù)擠占其農(nóng)業(yè)水資源，進(jìn)而加劇農(nóng)業(yè)用水短缺狀況，因此有必要在測(cè)算農(nóng)業(yè)用水效率的基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析各省的農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力。利用SBM 模型計(jì)算農(nóng)業(yè)用水效率時(shí)，模型會(huì)計(jì)算出各省份農(nóng)業(yè)用水量的松弛量和目標(biāo)量。目標(biāo)量是指某省份農(nóng)業(yè)用水可達(dá)到的最優(yōu)農(nóng)業(yè)用水量，松弛量（即可節(jié)約農(nóng)業(yè)用水量）是指實(shí)際用水量減去目標(biāo)量（最優(yōu)農(nóng)業(yè)用水量），反映了某省份農(nóng)業(yè)用水為達(dá)到最優(yōu)需要縮減的投入數(shù)量，在此基礎(chǔ)上可進(jìn)一步得出某省份的農(nóng)業(yè)可節(jié)水比例；計(jì)算公式為：農(nóng)業(yè)可節(jié)水比例=可節(jié)約農(nóng)業(yè)用水量/實(shí)際農(nóng)業(yè)用水量。表1顯示了2018年黃河流域9省的農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力評(píng)估結(jié)果。

由表1 可知，黃河流域9 省中河南、青海、山東、陜西4省的農(nóng)業(yè)可節(jié)水比例為0%，表明這些省份的農(nóng)業(yè)水資源在現(xiàn)有技術(shù)條件下達(dá)到充分利用，在保持現(xiàn)有農(nóng)業(yè)用水產(chǎn)出的前提下沒有繼續(xù)節(jié)水的潛力。如果要繼續(xù)節(jié)省農(nóng)業(yè)用水，需要優(yōu)化水資源與其它投入的比例來(lái)實(shí)現(xiàn)。寧夏、甘肅、內(nèi)蒙古、山西、四川5 省的農(nóng)業(yè)可節(jié)水比例分別為83.91%、66.33%、59.25%、44.24%、7.86%，寧夏的可節(jié)水比例最高，內(nèi)蒙古可節(jié)約農(nóng)業(yè)用水量最高（83.132 億m3），四川的可節(jié)水比例最低?？傮w來(lái)看，寧夏、甘肅、內(nèi)蒙古、山西4省的農(nóng)業(yè)可節(jié)水比例都超過了40%，節(jié)水潛力巨大。

表1 2018年黃河流域9省的農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力評(píng)估Tab.1 Assessment of agricultural water saving potential in 9 Provinces of the Yellow River Basin in 2018

3 結(jié) 論

本文利用超效率SBM 模型，在全國(guó)視角下測(cè)算和對(duì)比了2008-2018年黃河流域的農(nóng)業(yè)用水效率，并對(duì)其進(jìn)行了分解和節(jié)水潛力評(píng)估。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

（1）黃河流域和全國(guó)、長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的農(nóng)業(yè)用水效率變化趨勢(shì)基本一致，都為波動(dòng)式下降；黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率的年均下降速度（1.54%）高于全國(guó)平均水平（1.49%）和長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶水平（0.7%）；黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率不僅遠(yuǎn)低于長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶，也低于全國(guó)平均水平。

（2）黃河流域農(nóng)業(yè)用水的純技術(shù)效率、規(guī)模效率都呈現(xiàn)波動(dòng)式下降。純技術(shù)效率的年均下降幅度（0.87%）略微高于規(guī)模效率（0.67%）；研究期內(nèi)規(guī)模效率始終高于純技術(shù)效率，黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率較低主要源于其較低的純技術(shù)效率。

（3）黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率的省際差異顯著；農(nóng)業(yè)用水效率較高的4省主要受純技術(shù)效率影響，而農(nóng)業(yè)用水效率較低的5省主要受規(guī)模效率的影響。

（4）河南、青海、山東、陜西4 省的農(nóng)業(yè)可節(jié)水比例為0%，這些省份的農(nóng)業(yè)水資源在現(xiàn)有技術(shù)條件下達(dá)到充分利用。寧夏、甘肅、內(nèi)蒙古、山西4 省的農(nóng)業(yè)可節(jié)水比例都超過了40%，節(jié)水潛力巨大；四川的可節(jié)水比例較低，僅為7.86%。

基于上述結(jié)論，提出以下建議：

（1）對(duì)黃河流域整體而言，需要加強(qiáng)對(duì)全流域農(nóng)業(yè)用水的監(jiān)測(cè)，建立健全流域的農(nóng)業(yè)節(jié)水機(jī)制，優(yōu)化農(nóng)業(yè)水資源的跨區(qū)域協(xié)調(diào)機(jī)制。轉(zhuǎn)變低效農(nóng)業(yè)用水方式，加大宣傳力度，增強(qiáng)農(nóng)戶的節(jié)水意識(shí)，重點(diǎn)關(guān)注農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用。各省要注重持續(xù)學(xué)習(xí)節(jié)水技術(shù)，切實(shí)宣傳、推廣和應(yīng)用，加大對(duì)開發(fā)先進(jìn)節(jié)水灌溉技術(shù)的資金、人才、政策扶持；保持農(nóng)業(yè)水資源利用的合理規(guī)模，持續(xù)推廣“滴灌、噴灌”等高效用水方式。

（2）對(duì)黃河流域各省而言，因地制宜地從農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)和水資源利用規(guī)模2方面采取措施，提升農(nóng)業(yè)用水效率，發(fā)揮農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力。農(nóng)業(yè)用水效率較高的4省中，青海、山東和四川要努力實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)水資源的最優(yōu)規(guī)模，而河南需要側(cè)重推廣、應(yīng)用先進(jìn)節(jié)水灌溉技術(shù)。農(nóng)業(yè)用水效率較低的5省中，陜西應(yīng)重點(diǎn)學(xué)習(xí)節(jié)水灌溉成效顯著地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)，開展跨區(qū)域合作互助，積極承接、推廣和應(yīng)用其節(jié)水澆灌技術(shù)；內(nèi)蒙古、山西、甘肅、寧夏4 省都屬于“節(jié)水大戶”，一方面要學(xué)習(xí)、推廣、應(yīng)用節(jié)水灌溉技術(shù)，減少水資源浪費(fèi)，另一方面可以制定合理的水價(jià)機(jī)制，對(duì)超額農(nóng)業(yè)用水現(xiàn)象進(jìn)行加價(jià)收費(fèi)，同時(shí)擴(kuò)大高效灌溉方式的覆蓋范圍。