基于DEA-Malmquist的江蘇省農業(yè)用水效率評價

張云寧，陳金怡，歐陽紅祥，宋亮亮

(河海大學商學院，江蘇 南京 211100)

水資源是農業(yè)生產不可或缺的投入要素之一。近年來，工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展對工業(yè)及生活用水的需求不斷提高，壓縮了農業(yè)可供用水量，且農業(yè)用水長期以粗放為主，效率偏低，造成農業(yè)用水短缺問題日益凸顯[1-2]。農業(yè)作為我國戰(zhàn)略基礎產業(yè)，一直以來都是第一用水大戶。中央政府在2017年一號文件中指出，要“把農業(yè)節(jié)水作為方向性、戰(zhàn)略性大事來抓”[3]。農業(yè)節(jié)水是緩解農業(yè)水資源不足、實現農業(yè)水資源可持續(xù)利用的根本，其關鍵是提高農業(yè)用水效率[4]。

江蘇省是人口、經濟大省，也是我國農業(yè)大省，在長江經濟帶及“一帶一路”建設中具有重要的戰(zhàn)略地位。根據地理區(qū)位及經濟發(fā)展水平，將江蘇省劃分為蘇南、蘇中、蘇北三大區(qū)域，共13轄市。江蘇省東臨黃海，屬淮河下游，境內水網密布、河湖眾多，是我國水域面積占比最大的省份；地處南北氣候過渡地區(qū)，雨量適中，但時空分布不均。總體而言，江蘇省處于水資源短缺狀態(tài)，區(qū)域差異大且分布不均衡。因此，提高農業(yè)用水效率是當下最為有效的節(jié)水途徑，符合可持續(xù)發(fā)展理念。

有關學者對現階段的農業(yè)用水效率進行了科學評價。王學淵[5]認為農業(yè)用水效率是指固定水資源投入下農業(yè)產出量最大化，或固定農業(yè)產出量下實現水資源投入最小化，體現為農業(yè)用水效率或水資源節(jié)約程度。楊騫等[2]在此基礎上提出單要素和全要素農業(yè)用水效率，全要素的投入要素不單是水資源，還包括其他生產要素，更符合實際生產過程。

農業(yè)用水效率的測度方法主要有數據包絡分析法(DEA)、隨機前沿分析法(SFA)兩種方法，DEA法無需預先擬定函數，能避免主觀因素影響，更具有實用性[6]。在利用DEA法測度用水效率方面，國內外學者已有較多研究成果。Hu等[7-8]采用DEA法分析了全要素生產率；Yilmaz等[9]基于規(guī)模報酬可變(BBC)模型對土耳其曼德萊斯三角洲地區(qū)17個灌區(qū)的技術效率進行了測算與分析；陳洪斌[10]在測度我國各省(市)農業(yè)用水效率時采用了三階段DEA模型；楊騫等[11]通過建立DEA的非徑向方向性距離函數，測算了包含污染排放的農業(yè)用水效率；佟金萍等[12]綜合運用超效率DEA和Tobit模型，全面分析了1998—2011年長江流域10個省份農業(yè)用水效率及變化趨勢；楊揚等[13]借助DEA和Malmquist指數對我國農業(yè)用水效率和灌溉水資源利用率進行了測算。現有研究較為全面地分析了全國范圍、各流域等國家層面的區(qū)域農業(yè)用水效率，表明地區(qū)間存在差異[14-15]，但其測算結果具體到各省缺乏一定的代表性。

江蘇省是典型的資源型缺水與水質型缺水共存的省份，水資源時空分布不均、水體污染、旱澇頻發(fā)等進一步加重了水資源缺乏問題。江蘇省過境水資源較多，受水利設施等限制，可利用水量不多。根據《江蘇省水資源公報》相關數據：2017年入省境水量為547.1億m3，出省境水量達210.5億m3，水資源總量為392.9億m3，而用水量達465.9億m3，人均水資源擁有量僅為全國平均水平的20%，水資源總量不足。

各地農業(yè)水資源相差懸殊，南部地下水、地表水相對充足，降雨量豐富，可滿足農業(yè)灌溉基本需求，但仍存在水質型缺水問題；北部地表水缺乏，農業(yè)灌溉往往需要超采地下水，地下水限采、壓采政策加劇了農業(yè)用水供需矛盾。2017年江蘇省農田灌溉用水量為247.8億m3，占總用水量的53.2%，不斷增加的非農業(yè)用水量和南水北調新建工程北送水量將進一步擠占農業(yè)可供用水量；農田灌溉耗水191.2億m3，耗水率達77.2%，占用水消耗總量的73.5%，未來一段時間內農業(yè)仍是第一耗水大戶。相較于蘇南地區(qū)，蘇北現代化農業(yè)起步晚、發(fā)展慢、節(jié)水設施應用率低，加上本身水資源不足，水資源短缺問題更加突出，因此，對江蘇省各轄市農業(yè)用水效率展開研究具有現實意義。

筆者在利用DEA法計算分析江蘇省各市農業(yè)用水效率的基礎上，引入Malmquist生產指數，對各市的時間序列開展動態(tài)分析和評價，探索并研究農業(yè)用水效率變化的時空分布規(guī)律與特點，為提高江蘇省農業(yè)用水效率提供參考和依據。

1 模型構建與指標選擇

1.1 模型構建

1.1.1DEA方法

數據包絡分析法是基于決策單元(DMU)間相對比較的非參數技術效率分析方法，通過巧妙地構造目標函數與Charnel-Cooper變換將分式規(guī)劃轉化為線性規(guī)劃問題，無需量綱的統一，投入產出指標權重由模型公式與數學規(guī)劃計算確定，結果更為客觀。DEA法原理相對簡單，對多投入產出的系統具有特殊優(yōu)勢，不需要預設生產函數，對于現實經濟系統更具有適用性和便利性，廣泛應用于多個領域。DEA模型可用于分析規(guī)模收益不變(CRS)與規(guī)模收益可變(VRS)兩種情境，進行橫向空間與縱向時間比較，同時對于未達有效的決策單元，DEA模型能指出指標調整方向與調整量[16-17]。

班主任經典著作閱讀分三步走。第一步，素讀：讀原著——與自己對話，與作者對話。第二步，參照：伙伴交流、作者傳記、其他著作、核心論文、講座、影視、專業(yè)解讀、相關論著、網絡資訊。第三步，重構：在反復研讀中，將書中有價值的東西吸納、轉化到自己的結構中，進而豐富、優(yōu)化甚至再造的過程。

(1)

(2)

式(2)為規(guī)模收益不變假設下，測度第k個DMU效率的投入導向性DEA模型；若增加約束∑z=1，則可用于規(guī)模收益可變情境。

1.1.2Malmquist模型

Malmquist[18]于20世紀50年代初期提出Malmquist指數概念，用于測度研究時期內生產率隨時間序列的變化趨勢，適用于多投入多產出及面板數據分析。Caves等[19]首次將Malmquist生產率指數用于效率測度，之后Fare等[20]運用該指數進行生產率測算，基于DEA理論與非參數線性規(guī)劃構建了全要素生產率增長的Malmquist指數(THPCH)：

(3)

式中：(xt,yt)、(xt+1,yt+1)分別為決策單元在t期和t+1期的投入量和產出量。若M(xt+1,yt+1,xt,yt)值大于1，表明從t到t+1期，全要素生產率提高，反之則表明從t到t+1期，全要素生產率降低。Malmquist指數可分解為技術效率變化(EFHCH)和技術進步變化(TECHCH)兩部分，分別用EC、TC表示：

M=ECTC

(4)

(5)

(6)

EC、TC值大于1表示前沿前移，技術效率改善或技術進步；EC、TC值小于1表示前移后退，現有技術利用未達到理想狀態(tài)。在規(guī)模效率可變情境下，EFHCH可分解為純技術效率變化(PECH)和規(guī)模效率變化(SECH)，分別用PEC、SEC表示，由此更直觀地表征影響效率變化的因素。

M=PECSECTC

(7)

1.2 指標選擇

表1 評價指標

為測度江蘇省農業(yè)用水效率，需構建江蘇省13轄市農業(yè)投入產出面板數據。本文數據來源于《江蘇省統計年鑒》《江蘇省水資源公報》，江蘇省水資源公報數據最早為2010年，最新為2017年，故選取時期跨度為2010—2017年。

2 實證分析

2.1 DEA效率分析

運用DEAP 2.1軟件，以投入為導向，計算江蘇省13市2010—2017年農業(yè)用水綜合效率值，見表2、表3。

用水效率值為1表示用水效率達到有效狀態(tài)，小于1則表示未達有效。江蘇省13市2010—2017年農業(yè)用水效率平均值為0.829，整體用水效率未達有效。各轄市農業(yè)用水效率平均值差異大，呈蘇南大于蘇北大于蘇中的格局。蘇南農業(yè)用水效率大于江蘇省平均水平，但仍有上升空間；蘇中、蘇北皆未達省平均水平，個別地區(qū)如宿遷、連云港，農業(yè)用水效率亟需大力提高。南京、無錫研究時期內各年農業(yè)用水效率值均為1，皆處于最優(yōu)前沿面曲線上，其余轄市如常州、蘇州、徐州等，研究期內個別年份達到有效，但處于波動狀態(tài)。

以2010—2017年江蘇省農業(yè)用水效率平均值為分界線，將13市分為兩個梯隊，第一梯隊為南京、常州、無錫、蘇州、徐州，其平均農業(yè)用水效率高于省平均水平；第二梯隊為鎮(zhèn)江、揚州、泰州、南通、淮安、宿遷、鹽城、連云港，其平均農業(yè)用水效率低于省平均水平。

表2 2010—2017年江蘇省13市農業(yè)用水效率值

表3 2010—2017年江蘇省區(qū)域農業(yè)用水效率值

第一梯隊中，南京和無錫農業(yè)用水效率值為1，表明其農業(yè)水資源得到了充分利用，實現了最優(yōu)配置。其次是徐州，農業(yè)用水效率值為0.973，接近最優(yōu)配置，徐州作為第一批國家農業(yè)可持續(xù)發(fā)展試驗示范區(qū)，除2011年外農業(yè)用水效率均達有效。常州、蘇州農業(yè)用水效率值為0.925，境內河網稠密，水量相對充足，雖超過江蘇省農業(yè)用水效率平均水平，但仍有較大的節(jié)水潛力。

第二梯隊中，南通、淮安、鎮(zhèn)江接近江蘇省農業(yè)用水效率平均水平，揚州、泰州、鹽城、宿遷、連云港5轄市與省平均水平有一定差距。南通農業(yè)用水效率值處于波動狀態(tài)，2010年、2014年、2015年、2016年超過該年江蘇省平均水平。淮安2010年、2012年、2013年農業(yè)用水效率值位于江蘇省前列水平，2013年達到有效，2014年后開始下滑，總體低于江蘇省平均水平。鎮(zhèn)江是蘇南區(qū)域唯一第二梯隊轄市，但其農業(yè)用水效率值逐年上升，2014年后均超過江蘇省平均水平。揚州、泰州、鹽城、宿遷、連云港個別年份農業(yè)用水效率達江蘇省平均水平，整體上遠低于平均值。農業(yè)用水效率值由純技術效率和規(guī)模效率兩部分組成。對于未達江蘇省農業(yè)用水效率平均水平的第二梯隊轄市，應分解其農業(yè)用水效率，找出農業(yè)用水效率落后的具體原因。農業(yè)用水效率分解如表4所示。

表4 江蘇省第二梯隊8市2010—2017年農業(yè)用水效率值分解

農業(yè)用水效率等于純技術效率與規(guī)模效率的乘積。純技術效率高說明農業(yè)生產技術利用、水資源管理水平高，規(guī)模效率高則表明投入與產出之間的比例較為一致。鎮(zhèn)江純技術效率值接近1，大于規(guī)模效率，生產技術水平較高；規(guī)模效率小于平均水平，與其土地以丘陵為主(51.1%)，難以大規(guī)模化耕作有關，規(guī)模收益處于遞增趨勢，但仍有待進一步加強。揚州在2010年、2011年純技術效率值均較高，隨后下降，無論是純技術效率還是規(guī)模效率，都低于平均水平，規(guī)模收益處于遞減趨勢。泰州的規(guī)模效率大于純技術效率，但皆未達平均水平(除2013年外)，規(guī)模收益逐年遞減，純技術效率和規(guī)模效率均有待加強，尤其是技術方面，應借鑒發(fā)達地區(qū)的先進技術，逐步提高技術水平。南通起初純技術效率大于規(guī)模效率，但均未達江蘇省平均水平(除2010年外)，2013年后規(guī)模效率較高且超平均水平，但規(guī)模收益遞減。農業(yè)用水效率值主要依賴于純技術效率，南通純技術效率處于波動狀態(tài)，存在改善空間。淮安(除2010年外)、鹽城純技術效率皆大于規(guī)模效率，超江蘇省平均水平，規(guī)模效率較低，且規(guī)模收益遞減，規(guī)模化生產水平較低。宿遷、連云港規(guī)模效率大于純技術效率，規(guī)模效率均超過江蘇省平均水平，但規(guī)模收益降低，且純技術效率遠低于江蘇省平均水平，應重點關注純技術效率的提升。

2.2 Malmquist指數分析

根據2010—2017年江蘇省13轄市的面板數據，由DEAP 2.1計算得到的江蘇省農業(yè)水資源分年份、分地區(qū)全要素生產率指數(TFPCH)見表5～7。Aigner等[22]將全要素生產率指數分解為技術進步指數和技術效率指數。技術進步反映既定生產要素投入下由技術創(chuàng)新推動生產前沿面的前移，表征

表5 2010—2017年江蘇省13市農業(yè)水資源分年全要素生產率指數及分解

表6 2010—2017年江蘇省13市農業(yè)水資源分地區(qū)全要素生產率指數及分解

表7 2011—2017年江蘇省區(qū)域農業(yè)水資源分地區(qū)全要素生產率指數及分解

技術進步效應；確定了生產函數的前提下，技術效率表示實際產出與前沿面技術有效狀態(tài)的距離，體現效率追趕效應。

2.2.1農業(yè)用水效率的時序變化趨勢

如表5所示，各時期全要素生產率指數值均大于1，平均增長10%，表明江蘇省農業(yè)用水效率總體上處于上升階段。從均值的絕對數字變化看，技術效率均值下降2.5%，技術進步增長12.9%，全要素生產率指數均值與技術進步均值更為接近，變化幅度相似，說明農業(yè)用水效率的提高主要依賴于技術進步效應；純技術效率、規(guī)模效率分別下降1.6%、1.0%，技術效率的下降更多源于純技術效率，純技術效率和規(guī)模效率的下降制約了全要素生產率指數值的增長。從時間序列看，全要素生產率指數值與技術進步變化值各時期均大于1，體現了總體效率的提高與技術改善，其幅度有所不同；技術效率變化值僅2011—2012年、2016—2017年大于1，其余時期均小于1，處于衰退趨勢，表明農業(yè)設備改進、技術更新對農業(yè)用水效率的提高起主要作用，農業(yè)用水管理水平及農業(yè)生產資源配置仍需加強，總體用水效率雖有所提升，但仍有改善空間。

2.2.2農業(yè)用水效率的空間分異特征

總體來看，2010—2017年間各轄市全要素生產率指數、技術進步指數均大于1，農業(yè)用水效率均有所上升，技術進步為主要驅動。分地市來看，全要素生產率指數靠前的依次為鎮(zhèn)江、南京、無錫、徐州、蘇州、常州，其全要素生產率值大于1.100(平均水平)；各轄市技術進步指數均大于1.100，而技術效率指數除鎮(zhèn)江均小于等于1，說明各市在設備技術方面皆有改善，促進了農業(yè)用水效率的提高。而效率的停滯則制約了全要素生產率的進一步提高；鎮(zhèn)江作為全要素生產率指數最高的轄市，技術效率(1.024)與技術進步(1.128)雙因素均發(fā)揮了作用。技術效率指數除南京、鎮(zhèn)江、無錫、徐州外小于1，均值小于1，說明其8年來處于衰退趨勢，尤其是鹽城、揚州，分別下降了7.6%、6.3%，另外還有常州、泰州、淮安、連云港，純技術效率指數、規(guī)模效率指數均處于衰退階段。

由表7可得，2010—2017年間蘇南、蘇北、蘇中的全要素生產率指數分別為1.128、1.086、1.079，農業(yè)用水全要素生產率區(qū)域分化明顯，皆呈現上升趨勢，增長率蘇南大于蘇北大于蘇中；技術效率指數、技術進步指數區(qū)域分布同全要素生產率指數，為蘇南大于蘇北大于蘇中，技術進步指數均大于1，而技術效率指數均小于1，可見技術進步為用水效率提高的主要驅動力。農業(yè)用水效率變化的空間分布狀態(tài)一定程度上反映了不同地區(qū)間農業(yè)經濟發(fā)展水平與水資源利用能力的差異。由以上分析可知，蘇南地區(qū)經濟實力雄厚，農業(yè)管理水平相對先進，技術更新速度更快，為農業(yè)用水全要素生產率的提高提供了良好的基礎；蘇中、蘇北地區(qū)經濟相對落后，管理水平與技術設備方面均存在差距，農業(yè)用水全要素生產率的提高有一定限制，較蘇南更為緩慢。

3 結論與對策建議

本文基于DEA模型和Malmquist指數對2010—2017年江蘇省農業(yè)用水效率進行了全面分析。根據DEA模型計算結果，江蘇省各轄市農業(yè)用水效率平均值小于1，整體未達有效，各轄市差異明顯，呈蘇南大于蘇北大于蘇中的格局；南京、無錫各年效率值均為1，另外還有常州、蘇州、徐州，綜合效率值高于江蘇省平均水平，其余轄市則未達江蘇省平均水平。對未達江蘇省平均水平轄市的綜合效率進行分解，鎮(zhèn)江技術效率接近有效，規(guī)模效益處于遞增趨勢，其余轄市規(guī)模效益皆處于下降狀態(tài)。由Malmquist指數模型計算結果可知，2011—2017年江蘇省整體及各轄市都處于上升趨勢，農業(yè)用水效率變化空間分布狀態(tài)體現為蘇南大于蘇北大于蘇中；全要素生產率的提高主要憑借技術進步效應，純技術效率、規(guī)模效率處于衰退階段，限制了全要素生產率的增長。據此，筆者提出以下建議：

a. 加強地區(qū)間合作，注重宏觀調控。從靜態(tài)綜合效率值到動態(tài)的全要素生產率指數，蘇南均優(yōu)于蘇中和蘇北。受地形與氣候等影響，蘇中、蘇北地區(qū)降雨量少、水資源缺乏，經濟基礎薄弱，技術水平落后。政府應加強宏觀調控，充分結合各地區(qū)特點，優(yōu)化農業(yè)生產布局及資源配置，促進農業(yè)供給側結構性改革[23-24]。加強蘇南與蘇中、蘇北地區(qū)的技術合作，提供必要的資金支持；根據各地區(qū)水資源情況，建立農民經濟承受能力范圍內、符合市場導向的農業(yè)水價體系，促進農業(yè)節(jié)水，提高用水效率。

b. 轉變傳統的農業(yè)用水模式，大力發(fā)展農業(yè)科技。江蘇省農業(yè)用水效率的提高受技術效率限制，蘇中、蘇北較蘇南劣勢更為明顯。技術是制約農業(yè)用水效率提高的主要因素，需加大農業(yè)技術投資，保持技術持續(xù)創(chuàng)新。《國家農業(yè)節(jié)水綱要(2012—2020)》中，強調各地推廣高效農業(yè)節(jié)水灌溉技術，普及節(jié)水政策，以切實提高農戶節(jié)水量。優(yōu)先關注節(jié)水灌溉或循環(huán)農業(yè)，蘇南地區(qū)應起帶頭作用，與其他地區(qū)建立良性互動，形成空間溢出效應，帶動全省向新型農業(yè)轉型。

c. 增加農田水利設施建設投資，適度擴大生產規(guī)模。面板數據運算結果表明農業(yè)生產規(guī)模限制了用水效率的提升，無論是靜態(tài)的綜合效率或者動態(tài)的全要素生產率指數，均體現了規(guī)模收益衰退的現象。應根據市場需求適度擴大生產規(guī)模，支持各地引進先進生產設備和節(jié)水技術，加快完善大中小型農業(yè)生產水利設施，提高過境水利用率，為規(guī)模生產、高效生產提供物質基礎。與此同時，改變小規(guī)模分散經營，因地制宜發(fā)展多形式農業(yè)經營體系，通過規(guī)模效益提高產出，實現農業(yè)水資源統籌規(guī)劃與整體用水效率的提升。