黃河流域農業用水效率測度及其節水潛力分析

崔永正，劉 濤

（1.河南理工大學應急管理學院，河南焦作454003；2.河南理工大學財經學院，河南焦作454003）

0 引 言

農業部門一直是黃河流域的第一用水大戶，2016年全流域農業用水量為837.4 億m3，占全部用水量的65.7%，農業用水需求量大；然而黃河流域農業用水效益較低，2016年其農田灌溉水有效利用系數僅為0.542，與世界先進水平0.7～0.8存在顯著差距，農業用水方式比較粗放；此外，工業化、城市化的迅速推進又嚴重擠占黃河流域農業用水，進一步加劇農業用水短缺。2019年黃河流域生態保護和高質量發展上升為重大國家戰略，黃河流域水資源節約集約利用是其重要一環。在這一現實背景下，提升黃河流域農業用水效率，評估各省的農業節水潛力，推進黃河流域農業用水節約集約化發展，具有重要意義。

當前學界關于農業用水效率的研究成果眾多。從研究方法來看，農業用水效率評價可分為單要素用水效率和全要素用水效率，全要素農業用水效率考慮了除水資源外的其他相關要素投入，更加符合實際生產過程。由于數據包絡分析方法（DEA）不必提前設置好函數形式和估計參數，能夠規避主觀影響，因此大量文獻運用DEA 方法測算農業用水效率。其中，SBM 模型由于能夠有效解決變量松弛問題，在農業用水效率測度中應用的最為普遍[1-2]；從研究對象來看，相關文獻主要基于全國層面研究農業用水效率[3-4]，此外，有學者從區域、流域層面考察地區農業用水效率[5-7]。從研究視角來看，已有文獻主要圍繞農業用水效率的分布特征、影響因素、空間交互影響等進行研究[8-10]。

目前大量文獻基于全國和長江經濟帶、京津冀地區等區域層面對農業用水效率展開研究，黃河流域農業用水效率尚未涉及。黃河流域的農業用水效率處于什么水平、主要受何種因素影響、各省農業節水潛力如何？都有待解答。因此，本文采用超效率SBM模型，在全國視角下測算和對比了2008-2018年黃河流域的農業用水效率，并對其進行了分解和節水潛力分析，以期為黃河流域高效利用農業水資源、提升農業用水效率提供參考。

1 研究方法與數據來源

1.1 超效率SBM模型

農業用水效率是指在農業多要素生產框架下，綜合評估農業水資源利用所帶來的經濟、社會等效益。SBM 模型是測度農業用水效率的常用方法，其測算出的效率結果包含非徑向的松弛變量，可以觀察農業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 模型不能對有效單元作進一步區別，因此Tone 提出了超效率SBM模型[11]，該模型能夠有效區分位于生產前沿面的決策單元，彌補了這一不足。本文在規模報酬不變的假設下，運用超效率SBM模型測度黃河流域農業用水效率。模型規劃式如下：

式中：p*為農業用水效率值；m 為決策單元的個數；n 和q 分別為投入、產出的變量數；xik為決策單元k 的第i 項投入，yrk為決策單元k的第r項產出；分別為投入、產出變量的松弛量；λ為權重。

1.2 評價指標及數據來源

參考已有的農業用水效率相關文獻[12，13]，構建如下黃河流域農業用水效率的評估指標體系。其中，從水資源、勞動力、土地、農業機械、化肥五方面選擇投入變量，分別選用農業用水量（億m3）、第一產業就業人數（萬人）、農作物播種面積（103hm2）、農業機械總動力（萬kW）、農業化肥使用量（萬t）這5個變量表征；產出方面，以農業總產值（億元）反映農業用水生產的產出狀況，并以2008年的價格為基期作了不變價格處理。

本文的評價對象為黃河流域9 省，包括青海、四川、甘肅、寧夏、內蒙古、山西、陜西、河南、山東。上述數據來源于《中國統計年鑒》（2009-2019年）、《中國農村統計年鑒》（2009-2019年）以及各省市統計年鑒（2009-2019年）。

2 結果與分析

2.1 全國視角下黃河流域農業用水效率

為了解黃河流域農業用水效率在全國處于何種水平，本文利用全國31 個省份（不包括港澳臺）的投入產出數據構建生產可能性集，在全國視野下分析黃河流域農業用水效率的空間格局。此外，黃河流域與長江經濟帶都是重大國家戰略發展區域，都強調水資源高效節約利用，具有較強的相似性，本文也對比了黃河流域和長江經濟帶的農業用水效率。長江經濟帶包括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，測算出黃河流域9省的農業用水效率。

圖1 顯示了2008-2018年全國、長江經濟帶和黃河流域的農業用水效率的變化趨勢。在變化趨勢上，都呈現波動式下降。其中，研究期內全國農業用水效率由0.648 下降到0.558，年均下降1.49%；長江經濟帶由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，黃河流域農業用水效率的年均下降速度高于長江經濟帶和全國平均水平。在效率水平上，研究期內農業用水效率由高到低排列為長江經濟帶、全國、黃河流域，長江經濟帶效率水平始終最高、黃河流域始終最低。可以看出，黃河流域農業用水效率非常低，甚至沒有達到全國平均水平，與同為重大國家戰略發展區域的長江經濟帶相比差距更大，農業水資源高效節約利用仍有很大進步空間。

2.2 黃河流域農業用水效率的分解

上文分析的黃河流域農業用水效率，可以分解成農業用水純技術效率和農業用水規模效率。對黃河流域農業用水效率進行分解，分析其純技術效率和規模效率，有助于觀察黃河流域農業用水效率主要受何種因素影響。

圖2 顯示了2008-2018年黃河流域農業用水效率及其分解的變化趨勢。在變化趨勢上，3者都呈現波動式下降；農業用水效率、純技術效率、規模效率年均下降幅度分別為1.54%、 0.87%和0.67%，純技術效率的下降幅度略微高于規模效率。在效率水平上，研究期內黃河流域農業用水的規模效率始終高于純技術效率，規模效率處于0.827～0.930，純技術效率處于0.567～0.646，2 者效率偏差區間為0.227～0.306。可以看出黃河流域農業用水規模效率遠高于純技術效率，流域整體的農業用水規模已經接近最優水平，但農業節水灌溉技術的推廣和應用還有較大的提升空間，所以黃河流域農業用水效率較低的主要原因在于其較低的農業用水純技術效率。

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

2.3 黃河流域各省的農業節水潛力評估

水資源總量在一定時間內維持不變，而黃河流域城市化、工業化的不斷推進勢必會持續擠占其農業水資源，進而加劇農業用水短缺狀況，因此有必要在測算農業用水效率的基礎上進一步分析各省的農業節水潛力。利用SBM 模型計算農業用水效率時，模型會計算出各省份農業用水量的松弛量和目標量。目標量是指某省份農業用水可達到的最優農業用水量，松弛量（即可節約農業用水量）是指實際用水量減去目標量（最優農業用水量），反映了某省份農業用水為達到最優需要縮減的投入數量，在此基礎上可進一步得出某省份的農業可節水比例；計算公式為：農業可節水比例=可節約農業用水量/實際農業用水量。表1顯示了2018年黃河流域9省的農業節水潛力評估結果。

由表1 可知，黃河流域9 省中河南、青海、山東、陜西4省的農業可節水比例為0%，表明這些省份的農業水資源在現有技術條件下達到充分利用，在保持現有農業用水產出的前提下沒有繼續節水的潛力。如果要繼續節省農業用水，需要優化水資源與其它投入的比例來實現。寧夏、甘肅、內蒙古、山西、四川5 省的農業可節水比例分別為83.91%、66.33%、59.25%、44.24%、7.86%，寧夏的可節水比例最高，內蒙古可節約農業用水量最高（83.132 億m3），四川的可節水比例最低。總體來看，寧夏、甘肅、內蒙古、山西4省的農業可節水比例都超過了40%，節水潛力巨大。

表1 2018年黃河流域9省的農業節水潛力評估Tab.1 Assessment of agricultural water saving potential in 9 Provinces of the Yellow River Basin in 2018

3 結 論

本文利用超效率SBM 模型，在全國視角下測算和對比了2008-2018年黃河流域的農業用水效率，并對其進行了分解和節水潛力評估。結果發現：

（1）黃河流域和全國、長江經濟帶的農業用水效率變化趨勢基本一致，都為波動式下降；黃河流域農業用水效率的年均下降速度（1.54%）高于全國平均水平（1.49%）和長江經濟帶水平（0.7%）；黃河流域農業用水效率不僅遠低于長江經濟帶，也低于全國平均水平。

（2）黃河流域農業用水的純技術效率、規模效率都呈現波動式下降。純技術效率的年均下降幅度（0.87%）略微高于規模效率（0.67%）；研究期內規模效率始終高于純技術效率，黃河流域農業用水效率較低主要源于其較低的純技術效率。

（3）黃河流域農業用水效率的省際差異顯著；農業用水效率較高的4省主要受純技術效率影響，而農業用水效率較低的5省主要受規模效率的影響。

（4）河南、青海、山東、陜西4 省的農業可節水比例為0%，這些省份的農業水資源在現有技術條件下達到充分利用。寧夏、甘肅、內蒙古、山西4 省的農業可節水比例都超過了40%，節水潛力巨大；四川的可節水比例較低，僅為7.86%。

基于上述結論，提出以下建議：

（1）對黃河流域整體而言，需要加強對全流域農業用水的監測，建立健全流域的農業節水機制，優化農業水資源的跨區域協調機制。轉變低效農業用水方式，加大宣傳力度，增強農戶的節水意識，重點關注農業節水技術的學習和應用。各省要注重持續學習節水技術，切實宣傳、推廣和應用，加大對開發先進節水灌溉技術的資金、人才、政策扶持；保持農業水資源利用的合理規模，持續推廣“滴灌、噴灌”等高效用水方式。

（2）對黃河流域各省而言，因地制宜地從農業節水技術和水資源利用規模2方面采取措施，提升農業用水效率，發揮農業節水潛力。農業用水效率較高的4省中，青海、山東和四川要努力實現農業水資源的最優規模，而河南需要側重推廣、應用先進節水灌溉技術。農業用水效率較低的5省中，陜西應重點學習節水灌溉成效顯著地區的經驗，開展跨區域合作互助，積極承接、推廣和應用其節水澆灌技術；內蒙古、山西、甘肅、寧夏4 省都屬于“節水大戶”，一方面要學習、推廣、應用節水灌溉技術，減少水資源浪費，另一方面可以制定合理的水價機制，對超額農業用水現象進行加價收費，同時擴大高效灌溉方式的覆蓋范圍。