基于SE-SBM 模型的新疆農(nóng)業(yè)水資源利用效率測(cè)算及影響因素研究

周文文，盧泉，2

（1.塔里木大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300；2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，湖北 武漢 430077）

一、引言

農(nóng)業(yè)水資源使用效率的高低決定了農(nóng)業(yè)用水安全和生態(tài)安全［1］。受產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)影響，新疆農(nóng)業(yè)用水量常年占據(jù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)用水總量的90%以上，高居全國(guó)之首。而單方水GDP 產(chǎn)出量?jī)H為全國(guó)的1/7（水利部發(fā)展研究中心，2018），農(nóng)業(yè)灌溉水利用系數(shù)僅為 0.542［2］，用水效率和效益偏低。作為集干旱區(qū)、生態(tài)脆弱區(qū)、脫貧攻堅(jiān)重點(diǎn)鞏固區(qū)的特殊區(qū)域，如何提高新疆農(nóng)業(yè)水資源利用效率不僅對(duì)新疆農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有重大影響，而且關(guān)乎新疆乃至我國(guó)的生態(tài)安全，對(duì)于鞏固脫貧攻堅(jiān)，銜接鄉(xiāng)村振興也具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

近年來，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)水資源效率進(jìn)行相關(guān)測(cè)算研究。在研究?jī)?nèi)容上，主要集中于工業(yè)水資源效率測(cè)算［3，4］、工業(yè)水資源效率影響因素［5，6，7］、城市水資源效率分析［8，9］、綜合用水效率測(cè)度［10，11］等方面。目前，關(guān)于新疆農(nóng)業(yè)水資源利用效率的研究較少，在內(nèi)容上仍需拓寬。在研究方法上，多用比值法［12］、傳統(tǒng)數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法（DEA）［13］等，這些方法都存在一定缺陷，如比值法受計(jì)量單位的約束，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法忽略松弛變量對(duì)效率測(cè)度的影響等。楊騫等將農(nóng)業(yè)增加值作為期望產(chǎn)出、農(nóng)業(yè)廢水中的污染物排放量作為非期望產(chǎn)出指標(biāo)對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)水資源效率進(jìn)行測(cè)算［14］。這類模型不僅考慮投入指標(biāo)及期望產(chǎn)出指標(biāo)，還考慮到非期望產(chǎn)出指標(biāo)，所測(cè)結(jié)果更能反映實(shí)際情況。基于此，本文將2008～2019 年新疆14 個(gè)地州市農(nóng)業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)為樣本，采用含有非期望產(chǎn)出的超效率SBM 模型，即SE-SBM 模型測(cè)算新疆14 個(gè)地州市農(nóng)業(yè)水資源利用效率，研究其時(shí)空差異，并運(yùn)用Tobit 模型分析其影響因素，以期為農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展政策提供現(xiàn)實(shí)依據(jù)。

二、研究方法與數(shù)據(jù)

（一）研究方法

Tone 和Sahoo 提出了考慮非期望產(chǎn)出的效率測(cè)度模型——超效率SBM 模型，其不僅消除了因徑向、角度選擇差異帶來的偏差和影響，還包含污染等非期望產(chǎn)出，且可以對(duì)多個(gè)最優(yōu)效率決策單元進(jìn)行排序［15］。因此本文選取超效率SBM 模型對(duì)新疆14個(gè)地州市（DMU：Decision Making Unit）農(nóng)業(yè)水資源利用效率進(jìn)行測(cè)度，數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式中：θ 為目標(biāo)效率值，即農(nóng)業(yè)水資源利用效率；N 為投入指標(biāo)；M 為期望產(chǎn)出指標(biāo)；I 為非期望產(chǎn)出指標(biāo)；x、y、b 分別為N、M、I 的向量分別為N、M、I 的松弛量表示生產(chǎn)單元在時(shí)期的投入產(chǎn)出值；為決策單元的權(quán)重系數(shù)。當(dāng)θ ≥1 時(shí)，表示投入與產(chǎn)出達(dá)到理想水平，即能夠以較少的投入獲得較大的期望產(chǎn)出和較少的非期望產(chǎn)出，此時(shí)該DMU 有效且θ 越大，效率越高；當(dāng)θ＜1 時(shí)，說明投入與產(chǎn)出未達(dá)到理想狀態(tài)，存在一定的效率損失，需要進(jìn)行調(diào)整，此時(shí)該DMU 相對(duì)無效。

（二）指標(biāo)體系與數(shù)據(jù)來源

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，土地、勞動(dòng)力、資本等投入是必不可少的，在這過程中無法避免的會(huì)帶來非期望產(chǎn)出，而水資源利用效率可理解為水資源投入與其帶來的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與生態(tài)方面產(chǎn)出的比率［2］。借鑒相關(guān)文獻(xiàn)［16］中的指標(biāo)體系，根據(jù)指標(biāo)的可獲取性、合理性和科學(xué)性，選擇農(nóng)業(yè)就業(yè)人員數(shù)量（萬人）、農(nóng)作物播種面積（千公頃）、農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力（千瓦）、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水總量（億立方米）、化肥施用量（噸）（折純）作為投入指標(biāo)，農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值（萬元）為期望產(chǎn)出指標(biāo)，計(jì)算出農(nóng)業(yè)碳排放量（萬噸）為非期望產(chǎn)出，構(gòu)建了新疆農(nóng)業(yè)水資源利用效率測(cè)算指標(biāo)體系（見表1）。

三、新疆農(nóng)業(yè)水資源利用效率測(cè)算及分析

（一）新疆農(nóng)業(yè)水資源利用效率時(shí)序演變特征

依據(jù)上述模型及方法，利用 MaxDEA 8，采用含有非期望產(chǎn)出的SE-SBM 模型對(duì)新疆及14 個(gè)地州市農(nóng)業(yè)水資源利用效率進(jìn)行測(cè)度，并依據(jù)測(cè)度結(jié)果做出新疆及各地州市農(nóng)業(yè)水資源利用效率時(shí)序變化曲線（見圖1 和圖2）。

由圖1 可知，研究期內(nèi)新疆地區(qū)總農(nóng)業(yè)水資源利用效率整體呈先下降再緩慢上升的趨勢(shì)，由0.85下降至0.686，下降19.29%，后由0.686 上升至0.73，上升6.41%。由圖2 可知，新疆各地州市農(nóng)業(yè)水資源利用效率時(shí)序變化曲線呈現(xiàn)多種態(tài)勢(shì)，差異明顯。根據(jù)其總體變化趨勢(shì)可以分為持續(xù)增長(zhǎng)型、穩(wěn)定型和不穩(wěn)定型三類。水資源利用效率變化呈持續(xù)增長(zhǎng)型的地區(qū)為克拉瑪依市和吐魯番地區(qū)，均屬于效率最優(yōu)水平。烏魯木齊、巴州、昌吉、哈密、阿勒泰、克州和阿克蘇呈現(xiàn)穩(wěn)定型變化趨勢(shì)，其中研究期內(nèi)巴州屬于效率最優(yōu)水平，而其他六個(gè)地州市平均效率均小于0.6，其中克州的平均效率值最低。博州、伊犁州、塔城地區(qū)、喀什地區(qū)、和田地區(qū)呈不穩(wěn)定型，其中博州、伊犁州和塔城地區(qū)屬于效率偏高水平，喀什地區(qū)及和田地區(qū)屬于效率偏低水平。不同時(shí)間段期變化趨勢(shì)不同，整體效率值在2008～2010 年急劇下數(shù)據(jù)來源于2009-2020 年《新疆統(tǒng)計(jì)年鑒》，其中非期望產(chǎn)出指標(biāo)碳排放量計(jì)算及化肥生產(chǎn)的碳排放系數(shù)、農(nóng)業(yè)機(jī)械使用的碳排放系數(shù)、農(nóng)業(yè)灌溉的碳排放系數(shù)均來自相關(guān)文獻(xiàn)［17］。降，2010 年至2019 呈緩慢上升趨勢(shì)，其中未有年份效率值達(dá)到1，可見新疆地區(qū)水資源利用效率水平較低，存在較大提升空間。

圖1 2008-2019 年新疆地區(qū)水資源利用效率時(shí)序變化曲線

圖2 2008-2019 年新疆各地州市水資源利用效率時(shí)序變化曲線

（二）新疆農(nóng)業(yè)水資源利用效率空間演變特征

選取2008 年、2013 年、2019 年新疆各地州市農(nóng)業(yè)水資源利用效率值并將測(cè)算結(jié)果依據(jù)相關(guān)研究［18］把水資源利用效率水平劃分為6 個(gè)區(qū)間段并運(yùn)用ArcGIS 制作了新疆地區(qū)農(nóng)業(yè)水資源利用效率空間演變圖（見圖3）。

圖3 新疆農(nóng)業(yè)水資源利用效率空間演變圖

由圖3 可知，新疆14 個(gè)地州市在三個(gè)時(shí)期內(nèi)的農(nóng)業(yè)水資源利用效率水平存在較大差異。整體來看農(nóng)業(yè)水資源利用效率空間變化呈現(xiàn)由南高北低到北高南低。2008 年效率值呈現(xiàn)出南高北低態(tài)勢(shì)，南疆效率高的地區(qū)明顯多于北疆，其中處于較高效率水平且農(nóng)業(yè)水資源利用效率大于1 的地區(qū)有克拉瑪依市、吐魯番市、巴州、塔城、和田及喀什六個(gè)地區(qū)，昌吉州、伊犁州及博州農(nóng)業(yè)水資源利用效率在0.7～0.8之間，其他五個(gè)地區(qū)農(nóng)業(yè)水資源利用效率均小于0.7。2013 年效率值呈現(xiàn)出南低北高態(tài)勢(shì)，北疆效率高的地區(qū)多于南疆，其中克拉瑪依市、吐魯番市、巴州及伊犁州處于較高的農(nóng)業(yè)水資源利用效率水平，其次為博州，其效率值介于0.7～0.8 之間，其他九個(gè)地區(qū)效率均小于0.6，處于效率較低水平。2019 年效率值呈現(xiàn)出南低北高態(tài)勢(shì)，北疆效率高的地區(qū)明顯多于南疆，其中克拉瑪依市、吐魯番市、巴州、博州及塔城五個(gè)地區(qū)處于較高的農(nóng)業(yè)水資源利用效率水平，其他九個(gè)地區(qū)效率值均小于0.7，效率水平較低。

自2011 年《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定》發(fā)布，2013 年國(guó)務(wù)院推出《實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度考核辦法》之后，新疆農(nóng)業(yè)水資源效率持續(xù)上升。克拉瑪依市人均GDP 在新疆地區(qū)排名第一，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高，更多的資金可以用于提高農(nóng)業(yè)水資源效率；吐魯番市作為新疆率先開展水權(quán)交易的改革地區(qū)［19］，不僅實(shí)現(xiàn)了該地區(qū)水資源的高效利用，還為其經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了水資源保障；巴州自2002 年起就開始實(shí)行用水總量控制制度，對(duì)各縣市、兵團(tuán)、州直農(nóng)場(chǎng)等用水單位用水總量進(jìn)行宏觀控制［20］；博州人均水資源占有量是新疆人均水資源占有量的1.4 倍，較好的資源稟賦使得博州水資源利用效率保持在較高水平；喀什地區(qū)水資源效率降低原因可能是喀什地區(qū)在2009 年實(shí)行了金融支持林果業(yè)等，推動(dòng)了地區(qū)林果業(yè)發(fā)展相關(guān)政策［21］，側(cè)重于林果業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益方面，忽視了其水資源利用效率方面的投入；水利廳于2012 年對(duì)伊犁州編制高效節(jié)水標(biāo)準(zhǔn)化方案，從技術(shù)、資金和管理上大力扶持該地區(qū)節(jié)水工作［22］，從圖3 也可看出伊犁州在2013 年水資源效率保持較高水平，但在2019 年急劇下降，是由于該年種植結(jié)構(gòu)不合理、種植生產(chǎn)成本高造成農(nóng)戶生產(chǎn)效益低，進(jìn)而使得水資源利用效率變低；其他地區(qū)效率較低，一方面是自然條件，溫帶大陸性干旱氣候、蒸發(fā)量強(qiáng)導(dǎo)致這些地區(qū)農(nóng)業(yè)用水效率較低；另一方面是經(jīng)濟(jì)條件，和田、阿克蘇等地區(qū)的經(jīng)濟(jì)水平相對(duì)落后，二三總產(chǎn)值較低，農(nóng)業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)地位，需水量大而增加值低，抑制了農(nóng)業(yè)水資源利用效率水平的提高。

四、新疆農(nóng)業(yè)水資源利用效率影響因素分析

（一）模型與變量選擇

超效率SBM 計(jì)算出水資源利用效率是最小值為0 的受限因變量，若使用普通最小二乘法（OLS）回歸會(huì)使參數(shù)估計(jì)出現(xiàn)偏差，因此本文選擇Tobit 模型分析新疆農(nóng)業(yè)水資源利用效率的影響因素，模型構(gòu)建如下：

在新疆農(nóng)業(yè)發(fā)展及相關(guān)研究的基礎(chǔ)上［2］，本文選取以下影響因素，并做出相應(yīng)假設(shè)：H1：經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與農(nóng)業(yè)水資源利用效率呈現(xiàn)正相關(guān)。以人均GDP 來衡量地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平（X1），經(jīng)濟(jì)狀況較好的地區(qū)能夠分配一定的資金來進(jìn)行水資源效率提升等舉措，而經(jīng)濟(jì)狀況較差的地區(qū)可能存在以高耗水為代價(jià)換取經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)情況；H2：節(jié)水灌溉水平與農(nóng)業(yè)水資源利用效率呈現(xiàn)正相關(guān)。節(jié)水灌溉水平（X2）計(jì)算方法為節(jié)水灌溉面積占農(nóng)作物總播種面積的比值。在農(nóng)作物播種面積不變的情況下，節(jié)水灌溉面積越高，則水資源利用效率越高；H3：農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)與農(nóng)業(yè)水資源利用效率呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。用糧食作物播種面積占農(nóng)作物總播種面積的比值表示農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)（X3），由于農(nóng)作物生長(zhǎng)耗水量存在差異，所以農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)的差異會(huì)影響農(nóng)業(yè)產(chǎn)值，進(jìn)而影響農(nóng)業(yè)水資源利用效率；H4：資源稟賦與農(nóng)業(yè)水資源利用效率呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。以人均水資源量來衡量資源稟賦（X4），水資源越充足的地區(qū)，節(jié)水意識(shí)越弱，水資源利用效率越低；H5：固定資產(chǎn)投資力度與農(nóng)業(yè)水資源利用效率呈現(xiàn)正相關(guān)。以第一產(chǎn)業(yè)固定資產(chǎn)投資總額占第一產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值的比值表示固定資產(chǎn)投資力度（X5），充足的資產(chǎn)投入可以提供農(nóng)業(yè)發(fā)展所需的設(shè)施、設(shè)備，可以在增產(chǎn)、節(jié)水的同時(shí)提高水資源利用效率；H6：產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與農(nóng)業(yè)水資源利用效率呈現(xiàn)正相關(guān)。以第一產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值占GDP 的比值表示產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)（X6），產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)越高的地區(qū)，第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值越高，那么該地區(qū)會(huì)對(duì)第一產(chǎn)業(yè)資源投入越多，有利于提高農(nóng)業(yè)水資源利用效率。數(shù)據(jù)來源于《新疆統(tǒng)計(jì)年鑒》，具體指標(biāo)描述見表2。

表2 相關(guān)變量指標(biāo)描述統(tǒng)計(jì)

（二）影響因素分析

以效率值為因變量，上述X1～X6 的6 個(gè)影響因素為自變量構(gòu)建模型，運(yùn)用DPS 軟件進(jìn)行Tobit 回歸分析。

由表3 可知：（1）經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平在1%的顯著水平條件下對(duì)農(nóng)業(yè)水資源利用效率產(chǎn)生正向影響，與假設(shè)H1 相符。在其他要素不變的情況下，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平每增長(zhǎng)1 個(gè)單位，農(nóng)業(yè)水資源利用效率提高0.15 個(gè)單位。這表明較高的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平對(duì)提高農(nóng)業(yè)水資源利用效率有促進(jìn)作用。（2）節(jié)水灌溉水平對(duì)農(nóng)業(yè)水資源利用效率在1%的水平上顯著正相關(guān)，表明節(jié)水灌溉面積越大，水資源利用效率越高，這與假設(shè)H2 相符。系數(shù)為0.93 表示在其他條件不變得情況下，節(jié)水灌溉水平每增長(zhǎng)1 個(gè)單位，農(nóng)業(yè)水資源利用效率就提高0.93 個(gè)單位。（3）農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)在1%的顯著水平條件下對(duì)農(nóng)業(yè)水資源利用效率產(chǎn)生負(fù)向影響，糧食作物經(jīng)濟(jì)效益低且耗水量高［23］，糧食種植比重越高，耗水量越高，經(jīng)濟(jì)效益越低，農(nóng)業(yè)水資源利用效率就越低，這與假設(shè)H3 相符。系數(shù)為-1.01 表示在其他條件不變得情況下，農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)每增長(zhǎng)1 個(gè)單位，農(nóng)業(yè)水資源利用效率就降低1.01 個(gè)單位。（4）資源稟賦對(duì)農(nóng)業(yè)水資源利用效率在1%的水平上顯著負(fù)相關(guān)，與假設(shè)H5 相符。在其他要素不變的情況下，資源稟賦每增長(zhǎng)1 個(gè)單位，農(nóng)業(yè)水資源利用效率下降2.8 個(gè)單位。這與趙敏等［24］研究結(jié)果一致。（5）固定資產(chǎn)投資力度在10%的顯著水平條件下對(duì)農(nóng)業(yè)水資源利用效率產(chǎn)生負(fù)向影響，這與假設(shè)不符，通常來說，較大的固定資產(chǎn)投資力度對(duì)提高水資源利用效率產(chǎn)生正向影響，任志安等［20］認(rèn)為未產(chǎn)生正向影響的原因是固定資產(chǎn)投資效果不佳，投入資金小于產(chǎn)出效益，就造成水資源利用效率不高的情況。（6）產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對(duì)農(nóng)業(yè)水資源利用效率在1%的水平上顯著正相關(guān)，與假設(shè)H6 相符。系數(shù)為0.03 表示在其他要素不變的情況下，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)每增長(zhǎng)1 個(gè)單位，農(nóng)業(yè)水資源利用效率就提高0.03 個(gè)單位。

表3 新疆農(nóng)業(yè)水資源利用效率影響因素分析結(jié)果

五、結(jié)論與建議

（一）結(jié)論

本文運(yùn)用超效率 SBM 模型和Tobit 模型對(duì)2008年～2019 年新疆農(nóng)業(yè)水資源利用效率及其影響因素進(jìn)行了測(cè)算及分析。研究結(jié)果表明：

第一，整體來看，新疆農(nóng)業(yè)水資源利用效率呈先下降再緩慢上升的變化趨勢(shì)；農(nóng)業(yè)水資源利用效率空間變化呈現(xiàn)由南高北低演變成北高南低；按平均農(nóng)業(yè)水資源利用效率的地區(qū)排序?yàn)椋嚎死斠朗校就卖敺校景椭荩舅堑貐^(qū)＞博州＞伊犁州＞昌吉州＞哈密市＞喀什地區(qū)＞烏魯木齊市＞和田地區(qū)＞阿克蘇地區(qū)＞阿勒泰地區(qū)＞克州。

第二，在影響新疆農(nóng)業(yè)水資源利用效率的因素中，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、節(jié)水灌溉水平及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與水資源利用效率呈正相關(guān)，影響程度排序?yàn)椋汗?jié)水灌溉水平＞經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平＞產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)；農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)、資源稟賦及固定資產(chǎn)投資力度與水資源利用效率呈負(fù)相關(guān)，影響程度排序：資源稟賦＞農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)＞固定資產(chǎn)投資力度。

（二）建議

根據(jù)上述結(jié)論提出以下幾點(diǎn)建議：

第一，改變現(xiàn)階段新疆農(nóng)業(yè)水資源利用效率北高南低的情況，重點(diǎn)提高克州、阿勒泰、阿克蘇、和田等地區(qū)水資源利用效率，抓住對(duì)口援疆、向南發(fā)展的機(jī)會(huì)，調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，提高二、三產(chǎn)業(yè)比例，促進(jìn)三產(chǎn)融合，進(jìn)而提高水資源產(chǎn)出效益；

第二，優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)水資源優(yōu)化配置。優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)的目的在于使用最小灌溉水量得到最大種植收益，使農(nóng)業(yè)水資源配置狀態(tài)達(dá)到最優(yōu)水平。同時(shí)，農(nóng)作物生長(zhǎng)耗水量存在差異，在不影響糧食安全的前提下，用耗水量低、經(jīng)濟(jì)效益高的農(nóng)作物替代耗水量高、經(jīng)濟(jì)效益低的農(nóng)作物，在降低耗水量的同時(shí)提高收益；

第三，加大農(nóng)業(yè)節(jié)水宣傳教育，增強(qiáng)農(nóng)戶節(jié)水意識(shí)。各地區(qū)政府應(yīng)開展農(nóng)業(yè)節(jié)水宣傳教育活動(dòng)，如定期開展農(nóng)業(yè)節(jié)水講座、農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)培訓(xùn)班等，可使農(nóng)戶了解到水資源緊缺現(xiàn)狀，提高農(nóng)戶的節(jié)水和水資源保護(hù)意識(shí)，降低資源稟賦對(duì)農(nóng)戶水資源利用的負(fù)向影響，進(jìn)而提高農(nóng)業(yè)水資源利用效率。

第四，提高第一產(chǎn)業(yè)固定資產(chǎn)投資的精確度，避免亂投資、泛投資，在投資前要進(jìn)行合理的評(píng)估測(cè)算，判斷投入是否能夠達(dá)到預(yù)期效果，若達(dá)不到，如何提升其使用效果，避免投入過大、效果不佳的情況，造成資源浪費(fèi)。