農業(yè)技術進步下的農業(yè)用水反彈效應及特征
——基于長江中下游糧食主產區(qū)省級面板數(shù)據

黃曉慧，楊 飛

（江蘇師范大學商學院，江蘇徐州221116）

水是人類賴以生存和發(fā)展的重要資源。我國是世界上13個貧水國之一，人均水資源占有量不足世界人均水平的1/4[1]。農業(yè)是國民經濟的基礎產業(yè)，水資源是“農業(yè)生產的命脈”[2]。然而，農業(yè)是用水大戶，農業(yè)水資源短缺與浪費并存，同時受到生活用水和工業(yè)用水擠壓，加劇了我國農業(yè)用水的困境，威脅我國糧食安全、生態(tài)安全和農業(yè)可持續(xù)發(fā)展[3,4]。因此，迫切需要發(fā)展節(jié)水農業(yè)，這不僅是緩解農業(yè)用水短缺的主要路徑，也是保障水資源安全、生態(tài)安全、糧食安全的關鍵[5,6]。推動農業(yè)技術進步，提高農業(yè)生產技術水平成為發(fā)展節(jié)水農業(yè)的重要手段，例如節(jié)水灌溉技術的推廣和應用，可以提高農業(yè)水資源利用效率，有助于節(jié)約農業(yè)水資源[7,8]。近年來，隨著農業(yè)技術的不斷進步，我國農業(yè)用水效率不斷提高[9,10]，根據數(shù)據顯示，全國農田灌溉水有效利用系數(shù)從2005年的0.451 2 提高到2020年的0.565[11]。但是農業(yè)用水量卻居高不下，農業(yè)用水量從2005年的3 580 億m3增加到2020年的3 612.4 億m3[12]?？梢姡瑥霓r業(yè)實際生產來看，隨著農業(yè)技術進步和農業(yè)用水效率的提高，農業(yè)用水總量沒有減少反而增加了，也就是說農業(yè)技術進步并沒有實現(xiàn)預期的節(jié)水效果[13]。在理論上，這種現(xiàn)象被稱為“反彈效應”。目前，國內外對于反彈效應的研究主要集中于能源領域，對于水資源反彈效應的研究尚處于起步階段，關于農業(yè)用水反彈效應的研究更少。許瑩瑩等（2021年）研究表明中國工業(yè)用水回彈效應較為嚴重[14]。許航等（2021年）測算了旱區(qū)西北五省的農業(yè)灌溉用水反彈效應[15]。王哲等（2020年）研究表明農業(yè)科技進步與技術貢獻率對河北省農業(yè)用水反彈效應影響顯著[16]。尚杰等（2020年）研究表明農業(yè)用水存在回彈效應，提高用水效率所節(jié)約的水資源量被技術進步帶來的農業(yè)用水增加量部分抵消[17]。農業(yè)用水反彈效應研究是能源反彈效應研究的拓展與延伸?；诖?，本文以長江中下游糧食主產區(qū)為例，利用2007-2019年省級面板數(shù)據，計算農業(yè)技術進步下的農業(yè)用水反彈效應，探討農業(yè)用水反彈效應的區(qū)域和時間差異，旨在為農業(yè)節(jié)水政策制定提供理論依據和現(xiàn)實參考。

1 研究方法

1.1 測算農業(yè)技術進步率

數(shù)據包絡分析方法（DEA）不受數(shù)據屬性的限制，具有強靈活性，是研究多種投入、多種產出綜合效率的典型方法。其利用投入產出指標，通過數(shù)學建模得出最優(yōu)的邊界點，構成數(shù)據包絡線，代表最優(yōu)的投入產出指標組合，效率是1；不在此線上的投入產出指標組合視為無效率，其數(shù)值在0～1 之間。其中的BCC 模型，在規(guī)模報酬可變約束下，可將綜合效率分解為純技術效率和規(guī)模效率（綜合效率=純技術效率×規(guī)模效率），其得到的純技術效率表示農業(yè)受技術因素影響的生產效率，就是本文所需要的農業(yè)技術進步率。因此，采用BCC 模型測算綜合效率，并分解得到農業(yè)技術進步率。其模型為：

式中：α表示決策單元的相對效率衡量指標，其數(shù)值越大代表效率越高；i表示第i年樣本數(shù)據；n表示年數(shù)，本文為13年；xi表示第i年的投入指標，yi表示第i年的產出指標；βi代表第i年的投入產出指標組合系數(shù)；s+和s-表示第i年對應投入和產出指標的松弛變量；x0和y0分別表示最優(yōu)的投入量和產出量。

當α=1 時，且s+=0，s-=0，表示第i年的投入產出組合（xi，yi）同時達到技術有效和規(guī)模有效的最優(yōu)狀態(tài)；當α=1時，且s+>0或s->0，表示弱DEA有效，不是同時技術有效和規(guī)模有效；當α<1 時，不是DEA 有效，既不是技術有效，也不是規(guī)模有效。需要說明的是，利用公式（1）處理投入產出數(shù)據，得出的結果包括綜合效率、純技術效率、規(guī)模效率，純技術效率是本文所需要的農業(yè)技術進步率，數(shù)值為1時，表示在當前的農業(yè)技術水平上，農業(yè)投入的資源使用是完全有效的，且對要素產生的變化表現(xiàn)為顯著；值越趨近于1，則農業(yè)資源投入效率越高且越完全。

1.2 測算農業(yè)用水反彈效應

農業(yè)用水強度為:

式中：W為農業(yè)用水總量；A代表農業(yè)總產值。

農業(yè)技術進步能夠提高農業(yè)水資源利用效率，降低農業(yè)用水強度，進而減少農業(yè)用水量，農業(yè)水資源使用效率的提高所產生的理論節(jié)水量可以表示為:

農業(yè)技術進步能夠推動農業(yè)經濟增長，而農業(yè)經濟增長會增加農業(yè)水資源的需求，增加農業(yè)用水量，因此，農業(yè)技術進步所引致的農業(yè)水資源增加量為:

農業(yè)技術進步引起的農業(yè)用水反彈效應表示為農業(yè)技術進步促進農業(yè)經濟增長所引致的農業(yè)水資源增加量與理論節(jié)水量之比。表示為:

式中：t代表年份，σt+1為農業(yè)技術進步率。

當R＜0 時，表示農業(yè)用水沒有出現(xiàn)反彈效應，稱為過度存儲效應，說明實際農業(yè)節(jié)水量超過農業(yè)用水效率提升所節(jié)約的水資源量，這在現(xiàn)實中較難實現(xiàn)；當R=0 時，表示零反彈效應，說明農業(yè)技術進步帶來的農業(yè)用水效率提高所產生節(jié)水量被全部節(jié)省下來，即農業(yè)技術進步完全達到預期節(jié)水效果；當01 時，表示出現(xiàn)回火效應，稱為逆反效應，說明農業(yè)技術進步帶來的農業(yè)經濟增長所產生的農業(yè)水資源增加量不僅完全消耗了因效率提高而節(jié)約的農業(yè)水資源，還消耗了新的農業(yè)水資源[18-20]。

2 研究區(qū)域及數(shù)據來源

2.1 研究區(qū)域概況

長江中下游糧食主產區(qū)是我國三大糧食主產區(qū)之一，也是我國構建長江經濟帶的重點建設區(qū)域，包括江蘇、安徽、湖北、湖南、江西5 省，均位居全國糧食生產省份前列，2020年該地區(qū)糧食作物播種面積占全國的22.15%，糧食產量15 654.71 萬t，占全國的23.38%，在保障國家糧食安全方面承擔著重要作用。農業(yè)科學用水關系到其農業(yè)高質量發(fā)展[21]。在伏旱期，長江流域蒸發(fā)旺盛，嚴重影響農作物生長；夏季降水多且降水強度大，雨區(qū)覆蓋范圍廣，易造成洪澇災害導致糧食減產。2020年該地區(qū)農業(yè)總產值15 174.77 億元，占全國的21.15%，農業(yè)用水量907.90 億m3，占全國的25.13%，可見，以較多的水資源投入獲得了相對較少的農業(yè)產值，與水資源高效利用和長江經濟帶高質量發(fā)展的要求仍有差距，存在一定的節(jié)水潛力。因此，本文選擇長江中下游糧食主產區(qū)為研究區(qū)域。

2.2 數(shù)據來源

測算農業(yè)技術進步率所需要的投入指標包括農業(yè)用水量、農業(yè)勞動力投入、農作物總播種面積、農業(yè)機械總動力和農用化肥施用量，產出指標是農業(yè)總產值。農業(yè)用水反彈效應用到的數(shù)據有農業(yè)用水量和農業(yè)總產值。數(shù)據主要來源于2007-2019年5 省《統(tǒng)計年鑒》《農村統(tǒng)計年鑒》和《水資源公報》。

3 結果與分析

3.1 農業(yè)技術進步率結果分析

本文采用Deap2.1 軟件處理所搜集的投入產出數(shù)據，得出綜合效率、純技術效率、規(guī)模效率，這里只報告純技術效率（見圖1）。從圖1可以看出，在2007-2019年間，5省的農業(yè)技術進步率均為正值。2007-2019年總體平均值在0.74～0.83 之間小幅波動，比較穩(wěn)定。江蘇省2007-2019年的農業(yè)技術進步率都為1，高于平均值，說明在各自年份的農業(yè)技術水平上，農業(yè)用水量、農業(yè)勞動力、農作物總播種面積、農業(yè)機械總動力、農用化肥施用量等農業(yè)投入的利用是非常有效的。安徽、江西、湖北、湖南2007-2019年的農業(yè)技術進步率都小于1，說明投入要素的使用存在缺陷，數(shù)值越低說明資源投入效率越不完全。安徽省的農業(yè)技術進步率變化不大，處于0.528～0.682 之間，大體呈現(xiàn)緩慢下降的趨勢，低于平均值。江西省在0.517～0.738 之間不斷的波動，2015年之后比較穩(wěn)定，低于平均值。湖北省在0.827～0.981 之間小幅波動，2015年之后比較穩(wěn)定，高于平均值。湖南省在0.64～0.912之間不斷波動，幅度較大，大體呈現(xiàn)下降的趨勢。

圖1 2007-2019年農業(yè)技術進步率

3.2 農業(yè)用水量分析

從圖2可以看出，江蘇省農業(yè)用水量最多，遠遠高于其他4省和平均值，其次是湖南，與平均值接近，江西、安徽和湖北差不多，低于平均值。平均值在173.39～198.91 億m3之間不斷波動。江蘇、湖南、江西、安徽和湖北農業(yè)用水量分別在268.51～307.60、183.12～200.19、148.89～175.68、142.83～168.38、132.65～159.61 億m3之間不斷波動。各省農業(yè)用水量在時間上無明顯的上升下降趨勢，波動幅度比較平穩(wěn)，整體比較穩(wěn)定。

圖2 2007-2019年農業(yè)用水量

由圖1 和圖2 可知，隨著農業(yè)技術的進步，農業(yè)用水量沒有明顯的減少，可見出現(xiàn)了反彈效應，接下來分析長江中下游糧食主產區(qū)農業(yè)用水反彈效應。利用公式（2）～（5）對數(shù)據進行計算，結果如表1～表3所示。

3.3 農業(yè)用水反彈效應時間變化趨勢分析

從表1可以看出，長江中下游糧食主產區(qū)農業(yè)技術進步率比較穩(wěn)定，變化不大。農業(yè)用水強度不斷減少，由2007年的0.16 減少至2019年的0.07。理論節(jié)水量處于不斷升降過程中，但是2013年以后的平均節(jié)水量小于之前的平均節(jié)水量。農業(yè)技術進步所引致的水資源需求量不斷變化，大體呈現(xiàn)下降的趨勢。在農業(yè)技術進步率波動的影響下，農業(yè)用水反彈效應不同年份之間存在變化，無明顯的增減趨勢。只有2009年和2012年不存在反彈效應，其他年份都存在反彈效應。其中，2011、2014 和2015年出現(xiàn)了回火效應，農業(yè)技術進步所引致的水資源需求量高于理論節(jié)水量分別為483%、111%和382%。其他年份處于0～1之間，存在部分反彈效應，說明農業(yè)技術進步引致的水資源增加量僅抵消了部分節(jié)水量，農業(yè)用水效率提高存在積極的節(jié)水效果。

表1 2007-2019年農業(yè)用水反彈效應時間變化趨勢

3.4 農業(yè)用水反彈效應區(qū)域差異分析

從表2可以看出，從農業(yè)用水強度來看，江西省最大，其次是江蘇、湖南、安徽，湖北最小。從理論節(jié)水量來看，江蘇省最多，其次是湖南，江西、安徽和湖北差不多。農業(yè)技術進步率江蘇省最高，其次是湖北、湖南、江西、安徽。農業(yè)技術進步所引致的水資源需求量，江蘇省最多，其次是湖南、湖北、江西、安徽。安徽、江西不存在反彈效應，江蘇、湖北、湖南3個省份存在反彈效應。湖南的反彈效應最高，為0.91，說明農業(yè)技術進步帶來的農業(yè)用水增加量抵消了理論節(jié)水量的91%，實際節(jié)水量僅占預期9%。江蘇和湖北實際節(jié)水量占預期47%、29%。

表2 各省農業(yè)用水強度、節(jié)水量、需水量和農業(yè)用水反彈效應

3.5 各省農業(yè)用水反彈效應時間差異分析

江蘇省農業(yè)用水反彈效應。從表3 可以看出，只有2016-2019年不存在反彈效應，其他年份都存在反彈效應，其中2008 和2009年出現(xiàn)了回火效應。2007-2015年都為正值，2008-2015年不斷減少，2016-2019年為負值，從一開始存在回火效應，到存在強反彈效應，到沒有反彈效應，可見江蘇省農業(yè)用水反彈效應大體呈現(xiàn)下降的趨勢。2008 和2009年的數(shù)值分別為2.04和1.54，表示農業(yè)技術進步引致的水資源需求量不僅完全消耗了理論的節(jié)水量，還產生了新的農業(yè)水資源需求，農業(yè)技術進步所引致的水資源需求量高于理論節(jié)水量分別為204%和154%。2007年、2010-2015年處于0.5～1之間，存在強反彈效應，說明農業(yè)技術進步只實現(xiàn)了一部分預期節(jié)水量，實際節(jié)水量不到預期的50%，剩余被農業(yè)經濟增長所帶來的新增農業(yè)用水量抵消了。

表3 各省2007-2019年農業(yè)用水反彈效應

安徽省農業(yè)用水反彈效應2007-2019年不斷變化，無明顯的增減趨勢。只有2008、2009 和2015年為負數(shù)沒有出現(xiàn)反彈效應，其他年份都為正值，都存在農業(yè)用水反彈效應。2007、2012、2014、2018、2019年反彈效應處于0～0.5 之間，表示存在弱反彈效應，說明農業(yè)技術進步實現(xiàn)了50%以上的理論節(jié)水量，不到50%的理論節(jié)水量被農業(yè)經濟增長所帶來的新增農業(yè)用水量抵消了，實際節(jié)水量分別達到預期的70%、69%、84%、91%、67%。2010、2011、2013、2016、2017年反彈效應處于0.5～1 之間，表示存在強反彈效應，說明農業(yè)技術進步只實現(xiàn)了不到50%的理論節(jié)水量，50%以上的理論節(jié)水量被農業(yè)經濟增長所帶來的新增農業(yè)用水量抵消了，實際節(jié)水量分別占預期的47%、41%、11%、26%、47%。

江西省農業(yè)用水反彈效應2007-2019年不斷變化，無明顯的增減趨勢。2007、2009、2013年沒有出現(xiàn)反彈效應，其他年份都存在反彈效應。2011、2017 和2018年的農業(yè)用水反彈效應數(shù)值分別為6.77、1.09 和2.31，出現(xiàn)了回火效應，技術進步所引致的水資源需求量高于理論節(jié)水量分別為677%、109%和231%。2008、2010、2012、2014、2015年反彈效應處于0～0.5 之間，存在弱反彈效應，說明農業(yè)技術進步實現(xiàn)了50%以上的理論節(jié)水量，不到50%的理論節(jié)水量被農業(yè)經濟增長所帶來的新增農業(yè)用水量抵消了，實際節(jié)水量分別達到預期的51%、68%、77%、61%、62%。2016、2019年反彈效應處于0.5～1 之間，表示存在強反彈效應，實際節(jié)水量不到預期的50%，實際節(jié)水量分別占預期的32%、16%。

湖北省農業(yè)用水反彈效應2007-2019年不斷變化，無明顯的增減趨勢。只有2013、2017、2018年沒有出現(xiàn)反彈效應，其他年份都存在反彈效應。2008、2009、2012、2015年大于1，出現(xiàn)了回火效應，說明隨著技術的不斷進步，一方面降低了農業(yè)水資源消耗，但另一方面，由于經濟社會的快速發(fā)展，為了保障糧食安全，在一定程度上又增加了農業(yè)水資源需求，技術進步所引致的水資源需求量高于預期的農業(yè)水資源節(jié)約量分別為131%、219%、147%和768%。2011年等于1，表示完全反彈效應，說明技術進步產生的用水消耗完全抵消了理論節(jié)水量。2007、2010、2014、2016、2019年反彈效應處于0～1之間，表示存在部分反彈效應，說明農業(yè)技術進步并未充分地節(jié)約水資源，不過仍達到一部分的預期節(jié)水量，實際節(jié)水量分別占預期的49%、45%、49%、82%、4%。

湖南省普遍存在農業(yè)用水反彈效應，存在年份之間的變化，無明顯的增減趨勢。2013年沒有出現(xiàn)反彈效應，其他年份都存在反彈效應。2012年和2014年出現(xiàn)了回火效應，技術進步所引致的水資源需求量高于預期的農業(yè)水資源節(jié)約量分別為118%和482%。存在部分反彈效應，2007-2011、2015-2019年實際節(jié)水量分別占預期的33%、24%、41%、34%、31%、99%、40%、47%、25%、44%。

4 結論

本文基于2007-2019年長江中下游糧食主產區(qū)5 個省份的省級面板數(shù)據，在計算農業(yè)技術進步率的基礎上，測算了農業(yè)用水反彈效應，得到如下結論：

（1）2007-2019年間農業(yè)技術進步率均為正值，省份之間存在差異，年份之間整體波動幅度不大。

（2）各省農業(yè)用水量各年份間波動幅度比較平穩(wěn)，整體比較穩(wěn)定。農業(yè)用水強度不斷減少，由2007年的0.16 減少至2019年的0.07。理論節(jié)水量處于不斷升降過程中。農業(yè)技術進步所引致的水資源需求量不斷變化，大體呈現(xiàn)下降的趨勢。

（3）長江中下游糧食主產區(qū)農業(yè)用水普遍存在反彈效應。從農業(yè)用水反彈效應平均值來看，安徽、江西兩個省份沒有出現(xiàn)反彈效應；江蘇、湖北和湖南的農業(yè)用水反彈效應平均值分別為53%、71%和91%。在農業(yè)技術進步率波動的影響下，農業(yè)用水反彈效應不同年份之間存在變化，無明顯的增減趨勢。只有2009年和2012年不存在反彈效應，其他年份都存在反彈效應，其中，2011、2014和2015年出現(xiàn)了回火效應。

（4）各省普遍存在農業(yè)用水反彈效應，不同年份之間存在變化，存在上升和下降的多次更替，無明顯的增減趨勢。在農業(yè)技術進步率波動的影響下，5省只有少數(shù)年份農業(yè)用水沒有出現(xiàn)反彈效應，多數(shù)年份普遍存在農業(yè)用水反彈效應，部分年份出現(xiàn)了“回火效應”。

上述結論一方面說明了近年來農業(yè)技術進步促進了農業(yè)經濟發(fā)展，一定程度上節(jié)約了農業(yè)用水量，另一方面由于農業(yè)用水反彈效應的存在影響了節(jié)水效果，可見，在農業(yè)節(jié)水方面還有一定的潛力。提出以下對策建議：

（1）進行水價改革。我國實行固定的農業(yè)水價，價格比較低，無法激勵農業(yè)生產主體產生節(jié)水行為，導致水資源的浪費，因此需要改革農業(yè)水價，從根本上激勵農業(yè)經營主體節(jié)約水資源。

（2）提高農業(yè)經營主體節(jié)水意識。通過手機和互聯(lián)網等新媒體加強節(jié)水宣傳，營造良好的節(jié)水氛圍，培養(yǎng)農業(yè)經營主體節(jié)水理念和意識。

（3）優(yōu)化種植結構。通過一定的補償，鼓勵農業(yè)經營主體改種低耗水作物或實行休耕，或者種植抗旱農作物新品種，節(jié)約農業(yè)用水量。

（4）繼續(xù)提高灌溉水利用系數(shù)。當前我國的水資源利用方式仍較粗放，2020年農田灌溉水有效利用系數(shù)僅為0.565。不斷推廣節(jié)水灌溉技術，增加灌溉面積，加大農田水利設施建設，提高用水效率，以此緩解農業(yè)用水反彈效應。

（5）各省普遍存在農業(yè)用水反彈效應且存在差異，因此需要根據各個地區(qū)的不同情況，制定具體的節(jié)水政策。