基于數據包絡分析方法的農業用水效率定量測算

汪 晶

(遼寧省鐵嶺水文局， 遼寧 鐵嶺 112000)

區域農業用水效率定量測算對于農業用水有效規劃具有十分重要的作用[1]。當前，農業用水效率測算主要采用以下3種方式，第一種方式為主要通過田間水量測定的方式進行，通過對田間水量的測試，分析其用水效率，這種方式在國內地區的農業用水效率定量測算中得到應用[2- 5]。這種方式的優點在于可對農業用水效率進行較為準確的測定，缺點在于不能有效考慮農業用水結構的變化[6]。第二中方式是采用模型方法對區域農業用水效率進行測算[7- 13]，這種方式的優點可以考慮不同因素對農業用水效率的影響，但缺點在于需要較長的歷時觀測數據序列作為模型精度及參數的調整和優化[11]。第三種方法為采用效率的分析的方式通過對農業用水結構的分析其農業用水效率[12]。這種方式優點在于可考慮農業產出和投入比例的變化，從而對農業用水效率進行測算，這種方式在許多區域得到應用，但在遼寧地區還未得到相關應用，阜新地區屬于遼寧省農業干旱區，農業用水效率的測算對于提高農業用水量，保障農業用水具有重要的意義。

1 農業用水效率測算方法

美國學者Charnes等[10]基于效率分析的數據包絡分析方法，該方法通過C2R和BC2兩個重要的效率指標值進行農業用水效率的測算：

(1)

(2)

(3)

式中，θ—農業用水效率測算值；ε—計算參數，取值為10-5；t—農業產生指標；m—投入指標；n—計算單元；λj—組合計算單元；S-、S+—農業投入和產出不足的比例；xij0—第i類農業第j類投入指標；yij0—第i類農業第j類產出指標。

在方程中，若：

θ*=1，且S-*=0，S+*=0， 則表示θ農業用水效率無效。若：

如果測算的效率無效，則需要對計算單元進行重新設置計算條件：

要對決策單元進行改進，改進的決策單元需要令方程滿足一定的條件，方程滿足的條件為：

(4)

(5)

2 研究實例

2.1 指標選取

本文以阜新市為研究實例，選取農業灌溉水量、耕種面積、灌溉耗水量及耕種在崗投入人員數量作為農業投入指標，選取農業在崗人數收入、灌溉耕種有效面積、農業生產收入和生產總量作為產出的指標。結合阜新市農業經濟統計年鑒，對各指標數據進行了分析，見表1。

表1 2009—2019年阜新市農業經濟統計數據

2.2 指標計算

結合阜新市2009—2019年農業經濟數據，對數據包絡分析方法下各指標進行計算，計算結果見表2。

從阜新地區農業用水效率指標測算結果可看出，當測算的農業用水效率指標值超高0.5，則表明農業用水效率為有效年份，農業用水效率有效則表明農業結構投入和產出的比例較為合理。從各年份農業用水效率的變化情況可看出，阜新市農業用水效率指標低于0.5的年份較多，農業用水效率較低，這主要是因為阜新地區農業產出和投入比例較低，未能完全實現農業用水結構的優化。為提高阜新地區農業用水效率，需要加大對阜新地區農業用水結構的優化，調整農業投入和產出比例，從而有效提高阜新地區農業用水效率值。

2.3 農業用水效率測算

在農業用水效率測算的基礎上，采用數據包絡分析方法對阜新市2009—2019年的農業用水效率進行定量測算，測算結果見表3。

表3 阜新市2009—2019年農業用水效率測算結果

基于阜新地區農業用水效率測算指標的基礎上，對區域農業用水效率進行測算，從測算結果可看出阜新地區在2009—2010年，由于未對其農業產出和投入結構比例進行優化，使得其農業用水效率總體較低，農業用水效率規模收益為遞減趨勢，而從2011年開始，阜新地區開始對農業用水結構進行優化，降低農業投入提高農業產出，使得農業投入和產出比例得到優化和調整，阜新地區農業用水規模得到一定程度的改善，農業用水效率增加，而從2014年開始，受到區域農業用水比例的調整，區域農業用水效率有所遞減，但總體要好于2009年左右的農業用水效率，農業用水效率可滿足區域農業用水需求。

2.4 農業用水效率影響原因分析

對阜新地區農業用水效率的農業產出和投入結構進行分析，影響因素分析結果見表4。

表4 阜新市農業用水效率影響因素分析結果

從影響因素分析結果可看出，灌溉水量和灌溉耗水量是阜新地區農業用水效率影響程度最大的兩個因素，其次為農業產值和作物產量，這兩個指標為農業用水效率影響的農業產出因素，在這兩個指標中農業產值對農業用水效率影響最大，農業產值越高，阜新地區農業用水效率一般較高。對灌溉水量和灌溉耗水量是阜新地區農業投入影響的重要指標，農業灌溉水量越高，耗水量越低，則農業用水效率越高。在農業用水效率影響因子中，作物產量對農業用水效率的影響度最低，這主要是因為農作物產量和農業用水效率的相關度較低，使得其對農業用水效率的影響程度較低。

3 結語

(1)阜新地區農業用水效率指標低于0.5的年份較多，農業用水效率較低，這主要是因為阜新地區農業產出和投入比例較低，未能完全實現農業用水結構的優化。

(2)阜新地區從2014年開始，受到區域農業用水比例的調整，區域農業用水效率有所遞減，但總體要好于2009年左右的農業用水效率，農業用水效率可滿足區域農業用水需求。

(3)灌溉水量和灌溉耗水量是阜新地區農業用水效率影響程度最大的兩個因素，其次為農業產值和作物產量。