新疆農業水資源利用效率測度及其影響因素分析

王潔萍，劉國勇，朱美玲

(新疆農業大學經濟與貿易學院，烏魯木齊 830052)

中國是水資源嚴重缺乏的國家，隨著中國經濟的發展水資源短缺日益嚴重，人均水資源僅為2 038.87 m3，不足世界人均水平的1/4。地處西北內陸的新疆廣袤博大、物產豐富，但因為水資源時空分布不均衡，水資源短缺日益成為影響新疆經濟可持續增長的嚴重制約因素。新疆的水資源總量由2001年1 024.4億m3下降為2013年的956.07億m3，其中農業是新疆的用水大戶，其用水量占到總用水量的92.69%，但農業灌溉水利用系數僅為0.4～0.5[1]。在農業用水緊缺的同時也存在著水資源浪費嚴重的現象。2011年起中央一號文件已明確提出，實行最嚴格的水資源管理制度，建立用水總量控制、用水效率控制和水功能區限制納污“3項制度”，相應地劃定用水總量、用水效率和水功能區限制納污“3條紅線”。就如何增水和節水并舉，千方百計解決水資源制約新疆經濟社會發展和各族群眾生活水平提高的難題，加快推進農業用水效率，已成為當前一項緊迫任務。

在學術界，對水資源的利用效率問題的研究已經成為國內外研究的熱點。對于農業用水效率的定義，有水分生產率、農業萬元GDP用水量，但這些指標比較單一[1]；還有用非參數數據包絡模型和隨機前沿生產函數，將灌溉用水作為農業生產的投入要素，在此基礎上測算灌溉用水效率。對于農業用水效率的研究，主要從2個層次進行研究：有的學者基于微觀農戶視角進行農業用水效率的研究，王曉娟(2005年)和張曉恒(2014年)在農戶調查資料的基礎上采用超越對數生產函數[2,3]，許朗(2012年)采用C-D函數式的隨機前沿分析方法對該灌區的生產技術效率、灌溉用水效率進行了實證研究并進行影響因素分析[3]。有的學者基于地域視角對農業用水效率進行測算，王學淵(2008年)用省級面板數據,采用隨機前沿生產函數和DEA分別測算了中國農業生產的技術效率與灌溉用水效率,并利用Tobit模型對灌溉用水效率的影響因素進行了分析[4]。佟金萍(2014年)，運用DEA的方法基于全要素用水效率的角度對全國農業用水效率進行測度，并運用tobit模型分析了影響各地區用水效率的影響因素。焦勇(2014年)通過建立農業用水效率評價指標體系對新疆農業用水效率進行綜合評價。國內對農業用水效率的研究有的站在農戶角度從微觀層面來測量，有的從省域宏觀層面來測量，但是鮮有對不同地區的農業用水效率進行測算。本文從新疆各地州市的角度入手，在北疆、東疆、南疆技術效率測算的基礎上對新疆農業用水效率進行研究，并找出影響灌溉用水效率的因素，這對提高用水效率及促進新疆這樣一個水資源時空分布差異地區的水利改革發展具有重要意義。

1 研究方法與數據來源

1.1 農業用水效率的測度方法

在測算技術效率時常用的方法有數據包絡模型(DEA)和隨機前沿模型(SFA)，隨機前沿函數的生產前沿面是隨機的，所以測算的結果更接近于實際值[2]。假設Yit作為各地州市i在時間t的農業產值，該函數可以描述為：

Yit=f(Xit,Wit,β) exp(Vit-Uit)

(1)

式中：Xit代表其他要素投入；Wit代表農業用水量投入；β為待估計參數；Vit為影響農業生產活動的隨機性因素，服從獨立同分布假設的隨機殘差項，具有0均值和不變方差；Uit是技術生產效率，反應實際產出與生產前沿面的差距，一般假設服從半正態分布，獨立于同分布的半正態隨機變量或指數隨機變量，并且獨立于Vit。

使用最大似然法或調整最小二乘法估計參數和誤差項(Vit-Uit),進而得到技術效率為：

TEit=Yit/f(Xit,Zit,β) exp(Vit)=E(-Uit)

(2)

另外還需要對隨機前沿生產函數的形式進行設定，本文通過構建C-D生產函數形式的隨機前沿模型對用水效率進行分析，可表示為：

lnYit=β0+β1lnKit+β2lnLit+β3lnFit+

β4lnSit+β5lnWit+Vit-Uit

(3)

式中：Kit代表農業機械總動力投入；Lit代表勞動力投入；Fit代表化肥用量投入；Sit代表農作物播種面積投入；Wit代表農業用水投入；β1、β2、β3、β4、β5為要素投入的產出彈性系數；Vit為觀測誤差和隨機因素，它獨立于投入和技術水平；Uit為技術損失誤差項，是可以控制的影響因素。

根據Kopp對灌溉用水效率的定義，可以將其表示為：

IEi=[min{λ:f(xi,λwi,β)=yi}]→(0,1]

(4)

式中：灌溉用水效率IEi為除灌溉用外其他投入要素xi和產出水平yi均保持不變時可能達到的最小用水比例；λ∈(0,1][4]。

(5)

假設公式(4)和公式(5)相等，那么：

(6)

由公式(6)可得農戶的灌溉用水效率為：

1.2 變量選擇及數據來源

在變量選取方面，選取農業機械總動力作為資本投入，農林牧漁就業人數作為勞動力投入，化肥總用量作為物質投入，農作物播種面積作為土地投入和第一產業用水量作為水資源投入量，以各地州的農業產值作為種植業產出。為了剔除價格因素的影響本文以2003年為基期進行不變價格折算。

本文使用的數據來源于新疆統計年鑒(2005-2014年)、新疆水資源公報(2004-2013年)、新疆農牧產品成本匯編(2004-2013年)。鑒于氣候條件和地理位置的差異以及經濟發展水平的不同，可以將新疆14個地州市分為北疆、東疆、南疆3個區域，其中北疆包括烏魯木齊、克拉瑪依、昌吉州、伊犁州、塔城、阿勒泰、博州；南疆包括巴州、阿克蘇、克州、喀什、和田；東疆包括哈密、吐魯番。表1為不同年份各地區變量指標的統計數據，由于受到篇幅的限制本文只列了主要年份的數據。

2 新疆農業用水效率測度的結果

利用Fronter 4.1軟件，對基于隨機前沿SFA模型中的各地區農業用水效率進行測算，見表2。

表2給出了C-D隨機前沿生產函數中各參數的估計結果。在C-D生產函數中技術無效率的方差占總方差的比例為γ=0.98，且在1%的水平下顯著，這說明實際生產和前沿面的差距主要是由于技術非效率引起的，總體來看模型的擬合度良好，各參數都在1%或5%的水平上顯著，說明用SFA來測算技術效率是可行的。計算結果表明在5個投入要素中，農業機械總投入、化肥用量投入、農作物播種面積、農業用水投入彈性為正，勞動力對農業產值是負向影響，符合經濟學原理。

表1 主要年份各投入產出統計

表2 C-D隨機前沿生產函數模型的參數估計結果

注：*代表10%的顯著性水平，**代表5%的顯著性水平，***代表1%的顯著性水平。

表3為新疆地區生產技術效率和灌溉用水效率的測算值，其中技術效率平均值為0.706 4，灌溉用水效率平均值為0.464 1,且各地區農業用水效率低于技術生產效率，這說明農業用水存在著嚴重的浪費現象，應加快節水技術的推廣以提高農業用水效率。從各地區用水效率差異來看，東疆、南疆地區用水效率明顯高于北疆地區，這說明北疆地區是最具有節水潛力的地區，應該提高北疆地區的農業用水效率。

從區域層面看全疆及不同區域農業用水效率的主要變動特征為，全疆的農業用水效率處于不斷上漲的態勢，南疆和東疆地區的用水效率顯著高于北疆地區，且自從新疆大面積推廣節水灌溉技術以來不同地區農業用水效率差異在不斷縮減，見圖1。

表3 不同地區生產技術效率和用水效率估計值

圖1 新疆及各地區農業用水效率

3 新疆農業用水效率影響因素分析

3.1 模型與變量選擇

為了更深層次地分析影響農業用水效率的因素，選用Tobit回歸模型利用最大似然估計方法對參數進行估計。農業用水效率值為WEit∈[0,1]，符合Tobit模型對因變量范圍的要求[7]。回歸函數為：

式中：WEit=μ0+∑μitzit+εit是一個不可觀測的分段變量；zit為影響農業用水效率的自變量；εit為服從正態分布的隨機擾動項。

在查閱文獻的基礎上結合新疆當地的實際情況本文主要選取以下指標：選取全年降雨量及全年日照時間反映自然條件對用水效率的影響，預期它為雙向影響，降雨量多的地區，水資源相對充沛農戶灌溉方式相對傳統，農業用水效率較低，另一方面降水量充沛有利于作物的生長從而提高了農業產值，同時降水量的增多減少了農業灌溉用水提高農業用水效率；日照時間長有利于作物的生長，提高用水效率，同時也增加水分蒸發，降低農業用水效率；人均水資源占有量作為反映水資源稀缺性的變量，預期對農業用水效率為負向影響；水庫數量及有效灌溉面積代表農田水利基礎設施情況，預期它為正向影響，農田水利建設的增加更有利于滿足作物的用水需求，提高用水效率；地表水占供水總量的份額反映水資源的供水結構，預期為負向影響；單位面積灌溉水費代表農業用水政策，預期為正向影響；糧食作物播種面積比重、棉花播種面積比重、油料播種面積比重反映農作物種植結構，預期糧食作物及油料播種面積的增加對用水效率呈負向影響，棉花播種面積的增加對農業用水效率呈正向影響；人均GDP反映經濟發展水平，對農業用水效率呈正向影響。

3.2 實證結果分析

基于以上理論分析，本文運用Stata1 2.0對Tobit面板數據模型進行回歸分析，模型的參數估計結果見表4。

表4 全疆及各地區農業用水效率影響因素的面板Tobit估計結果

注：*代表10%的顯著性水平，**代表5%的顯著性水平，***代表1%的顯著性水平。

(1)關于自然條件。年降水量對農業用水效率的影響與我們預期的一致，呈現雙向影響，全疆和北疆地區模型估計結果為顯著負向相關，東疆、南疆模型估計結果為正向相關。表明降水量充足的地區(北疆)水資源浪費對用水效率的負向影響大于農業產值增加及灌溉水用量減少對農業用水效率的正向影響，但是該結論對于降水量較少的南疆及東疆正好相反。日照時間對于用水效率的影響只有東疆地區的估計結果為顯著的正向影響，造成這種情況的原因是東疆地區以種植棉花瓜果等經濟作物為主，日照時間長提高農作物品質進而提高農業產值且新疆節水灌溉技術主要作用于棉花上提高了用水效率，所以對東疆是正向影響，但對于南疆北疆地區以糧食作物為主，對于經濟價值較低的糧食作物很少采用節水灌溉技術，水分蒸發量大用水效率較低。

(2)關于水資源的稀缺性。人均水資源占有量對農業用水效率具有負向影響，與我們預期的方向相同，但是模型估計結果基本都不顯著。人均水資源占有量反映當地水資源的稀缺程度，水資源稀缺的地區農民的節水意識較強進而提高了農業用水效率。供水結構中地表水占供水總量的比重與農業用水效率呈負向相關這表明地表水灌溉增加了輸水過程中的損失，且地表水的價格較地下水而言較低從而造成了用水量的增加降低了用水效率。

(3)在農田水利設施方面，反映耕地的抗旱能力的有效灌溉面積對農業用水效率的影響大體符合我們的預期，具有顯著的正向關系，作物在需要水分時可以得到及時的灌溉進而提高用水效率。水庫數量對農業用水效率的影響基本符合預期具有顯著的正向影響，這是因為水庫數量代表農田水利設施建設的基本情況，水庫數量的增加有利于及時滿足作物的用水需求進而促進農業用水效率提高。

(4)單位面積農業灌溉水費的估算結果除北疆地區外其余地區與農業用水效率呈顯著的負向相關，這與我們預期的結果不相符，這與水價能夠促進水資源優化配置的基本理論相悖。為了找到造成這種情況的原因，我們對各地區的單位面積用水量與單位面積灌溉水費做了線性回歸模型，結果顯示單位面積用水量與單位面積灌溉水費呈負向關系，這表明農業灌溉水價對農業用水的經濟杠桿作用明顯，但是由于灌溉水費增加對農業用水量減少的彈性小于農業用水量的減少對農作物產出彈性的影響，因此對農業用水效率為負向影響。

(5)種植結構。種植結構的變化也是影響農業用水效率的主要影響因素，糧食作物播種面積的增加對農業用水效率除北疆外均為負向影響，但只有東疆在1%顯著，北疆地區糧食播種面積的增加會增加農業用水效率，但是模型估計結果不顯著。油料播種面積對于農業用水效率從全疆模型估計結果來看，對北疆及南疆具有顯著的負向影響，對東疆具有正向影響但結果不顯著，這是因為油料在東疆的播種面積極少導致的。棉花播種面積對農業用水效率的影響在各個地區都為顯著的正向相關，這是因為新疆在棉花作物主要采用節水灌溉技術從而提高了農業用水效率。

(6)衡量經濟發展水平的人均GDP對農業用水效率具有顯著的正向影響，這與我們預期的方向相同，表明經濟發達的地區人們接受先進技術的能力較強，農業用水效率相對于經濟落后地區較高。

4 結 論

本研究基于投入產出的視角，用2004-2013年新疆14個地州的面板數據，采用隨機前沿SFA模型測算了農業用水效率，并進一步采用Tobit模型分析了影響農業用水效率的主要影響因素。

(1)新疆地區農業用水效率遠低于生產技術效率，其中平均農業用水效率僅為0.464 1，這意味著在其他投入保持不變的情況下達到目前的產量可以減少42%的用水量。

(2)從不同區域來看，新疆農業用水效率整體呈緩慢增長的態勢，北疆地區用水技術效率最低，不同區域之間的用水效率差異在縮小，這表明北疆地區是新疆農業節水潛力最大的區域，應加大對該區域節水設施和技術的投入，同時充分發揮水價的經濟杠桿調節作用，完善水權交易市場，促進新疆尤其是北疆地區農業用水效率的提高。

(3)Tobit模型的估計結果顯示：水庫數量與有效灌溉面積對農業用水效率具有顯著正向影響，表明應該加強農田水利基礎設施建設；地表水占供水總量的比重對農業用水效率為顯著負向影響，但是對其調整我們需要謹慎對待，其負向影響并不表示我們就要加大開采地下水量；在種植結構方面，棉花的播種面積對用水效率具有顯著的正向影響，油料的種植面積對南疆和北疆的用水效率具有顯著的負向影響，糧食具有顯著的負向影響，表明各地區要根據當地的情況合理安排種植結構，保障糧食安全。

另外用水效率也受經濟作用的影響，水費具有顯著的負向影響，但灌溉水費與用水量為負相關表示水價對于節水效應還是很明顯的，因此我們對于水價的制定要視當地的水資源情況合理制定，同時要完善各地的水權市場及用水者協會，增強農戶節水的積極性，保證農民的收益。人均GDP越高農業用水效率越高，因此要促進新疆經濟穩定發展。

[1] 焦 勇,朱美玲.基于信息熵的可變模糊評價的農業用水效率測算[J].節水灌溉,2014,(1):80-83.

[2] 許 朗,黃 鶯.農業灌溉用水效率及其影響因素分析——基于安徽省蒙城縣的實地調查[J].資源科學,2012,(1):105-113.

[3] 耿獻輝,張曉恒,宋玉蘭.農業灌溉用水效率及其影響因素實證分析——基于隨機前沿生產函數和新疆棉農調研數據[J].自然資源學報,2014,(6):934-943.

[4] 王曉娟,李 周.灌溉用水效率及影響因素分析[J].中國農村經濟,2005,(7):11-18.

[5] 佟金萍,馬劍鋒,王慧敏,等.中國農業全要素用水效率及其影響因素分析[J].經濟問題,2014,(6):101-106.

[6] 王學淵,趙連閣.中國農業用水效率及影響因素——基于1997-2006年省區面板數據的SFA分析[J].農業經濟問題,2008,(3):10-18.

[7] 佟金萍,馬劍鋒,王 圣,等.長江流域農業用水效率研究:基于超效率DEA和Tobit模型[J].長江流域資源與環境,2015,(4):603-608.

[8] 蓋 美,王宇飛,馬國棟,等.遼寧沿海地區用水效率與經濟的耦合協調發展評價[J].自然資源學報,2013,(12):2 081-2 094.

[9] 李紹飛,王仰仁,孫書洪,等.不同節水灌溉方案對冬小麥用水效率及效益的影響[J].節水灌溉,2011,(3):1-5.

[10] 魏玲玲,李萬明.新疆農業用水效率及影響因素分析[J].新疆大學學報(哲學·人文社會科學版),2014,(1):7-10.

[11] 李紹飛.改進的模糊物元模型在灌區農業用水效率評價中的應用[J].干旱區資源與環境,2011,(11):175-181.

[12] 劉 軍,朱美玲.農業用水效率評價指標體系研究[J].節水灌溉,2013,(5):61-63.