节水农业综合效益价值差异评估——基于甘肃省数据研究

姚增福，李全新

（中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京100081）

●产经动态

节水农业综合效益价值差异评估
——基于甘肃省数据研究

姚增福，李全新

（中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京100081）

文章基于改进的AHP分析法，通过Delphi法确定指标权重并进行加权修正，均值化方法对指标数据进行无量纲化处理，利用甘肃省2005-2012年节水农业投入产出指标数据，对甘肃省节水农业建设产生的经济效益、生态效益和社会效益等的价值以及各效益间差异收敛性进行了实证分析。研究结果表明：2005-2012年甘肃省节水农业综合效益价值呈逐年较快线性增长趋势；经济效益价值、生态效益价值和社会效益价值间收敛性变化差异明显，其中，经济效益价值与社会效益价值间呈现较强的“U型”效应趋势，具有强离散性，经济效益价值与生态效益价值间呈现显著的“W型”效应趋势，中长期内收敛性弱化，而生态效益价值与社会效益价值效应趋势呈显著的“倒U型”，中长期内收敛性显著。

节水农业；综合效益价值；收敛性

一、引言

当今，节水农业与生态环境问题已得到广大学者及全社会的共同关注，尤其在干旱半干旱区，由于经济与生态对水资源的双重依赖，水与生态和经济问题更为密切相关［1］。甘肃农业是典型的绿洲农业和大型灌溉农业，生态环境十分脆弱，水资源高效优化配置是控制生态系统和粮食安全的关键因子（康绍忠等，2002）。加快转变农业发展方式，把发展节水农业作为重大战略，突破农业用水的瓶颈［2］，是甘肃现代农业发展的战略重点。如何协调和解决好经济与生态环境、区域之间用水竞争关系，是面向生态的水资源优化配置需要亟待解决的关键问题。2005年甘肃省全面启动节水农业建设工程，“十一五”期间节水农业建设效果如何？经济效益、生态效益和社会效益价值间差异以及是否达到充分耦合？如何调整政策措施？都将会对“十二五”期间节水农业建设和发展起着重要的影响作用。

目前，国内外学者在节水农业综合效益评价方面取得很多成果。Pereira.L.S（1998）研究认为地面灌溉评价指标要以灌水均匀度和灌溉效率为主［3］；Dawit Zerihum（1997）提出灌水质量评价指标应包括：田间灌溉水有效利用效率、灌水均匀度以及田间灌溉水储存率［4］；Jeffery R.Williams et al.（1998）设计了ICEASE模型评估了节水灌溉系统的成本效益［5］；Manuel Martin Rodriguez et al.（2002）提出了评价旱作农业区节水灌溉经济效益的数学模型［6］；Schucke et al.（2005）基于美国科罗拉多州数据，分析了干旱程度如何影响农户节水灌溉技术的选择［7］；Georgian Moreno，David L Sunding（2005）利用计量模型联合估计了节水灌溉技术的选择和农作物选择［8］。国内学者也利用不同的评价方法对我国区域及流域范围内节水农业效益进行了研究，如，褚琳琳和陈菁（2011）基于单位约束的综合集成赋权法，实证分析了皂河灌区节水农业的综合效益［9］；李慧伶等（2006）利用博弈论将层次分析法和熵值法进行了集化和融合，来确定评价指标权重［10］；贺延国等（2006）利用投影寻踪模型，对东北半干旱抗旱灌溉区节水农业综合效益等级进行了评价［11］；陆克芬等（2009）和方崇等（2010）构建了灌区改造综合评价的投影寻踪模型，并分别利用人工鱼群算法和蚁群算法优化投影的方法确定权重，对灌区改造综合效益进行了评价［12-13］；刘晓敏等（2011）运用熵权综合评价法对小麦玉米农艺节水技术集成模式进行了评估［14］。

国内外学者研究成果为构建甘肃省节水农业综合效益评价指标体系及方法提供了很好的借鉴和思路。因此，本文利用改进的层次分析法以及德尔菲法确定权重，对甘肃省“十一五到十二五初期”期间节水农业综合效益价值差异及收敛性进行实证分析，系统论证甘肃省节水农业经济效益、生态效益和社会效益间的价值差异变化趋势，为地方政府制定下一步的政策措施提供理论依据和参考。

二、农业节水综合效益评价指标体系设计

甘肃省节水农业综合效益价值差异评价指标体系分为目标层、准则层、方案层（指标层）等3个层次，选取了反映社会、经济、生态环境等方面的16个指标。第一最高层，为目标层，即节水农业综合效益价值差异评价；第二效果层，为准则层，体现系统运行的结果，主要包括经济效益、生态效益和社会效益等3个方面；第三方案层，为评价考虑的指标因子，包括农业水资源利用系数、单位面积农业机械动力、耕地有效管概率、单位耕地供水量、单位水农业产值、单位水粮食产量、农民人均农业收入、农民人均总产值、农业水资源向工业转移系数、林牧增加值变化、农业节水对生态的贡献率、农业抗灾能力、农业水资源管理有效性、节水农业技术集成水平、单位面积粮食产量、农民支持率等16个指标［15-16］。

三、层次分析法模型构建

（一）层次分析法

层次分析法是70年代由美国运筹学家T·L·Saaty提出的，是一种定性与定量分析相结合的多目标决策分析方法论。该理论吸收利用了行为科学的特点，将决策者的经验判断给予量化，在目标（因素）结构复杂而且缺乏必要的数据情况下，采用此方法较为实用，因而成为系统分析的数学工具之一［17］。本研究同时采用Saaty提出的关于构建正互反成对称矩阵、一致性检验、随机一致性检验和比较尺度确定的思路和方法来进行研究。

其中，ai、aij、ajk分别为目标层、准则层和方案层（指标层）；Rjk是指标层指标标准化数值。

（二）甘肃省节水农业综合效益价值差异评估的层次分析

（1）确定节水农业综合效益价值差异评估各层次指标判断矩阵及特征向量。节水农业综合效益的影响因素较多，而且各因素间相互关系复杂，所以，本研究先后聘请中国农业科学院以及甘肃省水利、农业和生态环境等方面的专家20余人组成专家组，对本文设计的指标进行打分，并通过多次征询、调整后，得出甘肃省节水农业综合效益价值差异评估判断矩阵和指标权重，并对判断矩阵进行了随机一致性检验（见表1、2）。

（2）各指标数据的无量纲化处理。本研究中农业水资源管理有效性、节水农业技术集成水平和农民支持率等3个指标的数据分别来源于专家的打分及农户的打分，其余指标的数据均来源于《甘肃发展年鉴2013》。同时利用均值化①方法对指标数据进行无量纲化处理，使不同量纲的指标能够统一在一起进行比较和运算，处理结果见表3。

（3）各层次指标特征向量（权重）的修正。在研究中，有时会出现各层次选择指标维度不同，会使整体比较分析变得复杂，处理方式是对各层次的权重进行加权修正②，其修正结果见表1、2中的修正权重。

（4）数据处理结果。

指标层对经济效益的价值：

指标层对生态效益的价值：

指标层对社会效益的价值：

甘肃省节水农业综合效益价值评价值：

四、模型结果分析

（一）经济效益价值

节水农业产生的经济效益价值主要体现在：①农业水资源利用率的提高。在西北旱区实施节水农业技术，可以极大地降低水分的深层渗漏和无效蒸发损失，达到提高水资源利用率、降低单位面积农业用水量和供水量、节约灌溉用水和保证生态、社会用水量充足的目的。②机械化程度的提高。节水农业的实施势必带来机械化程度的极大提高，保证现代节水农业技术的推广应用效率，同时可以释放被传统农业束缚的部分劳动力，转向其他领域，提高农业劳动力的生产率，减轻农民劳动强度，降低管理与运行费用。③农民收益的增加。节水农业的实施能够有效促进种植结构的调整、单位面积粮食产量以及农产品的质量提高，使农业总产值和农民经营性收入得到极大的提高，充分展现节水农业对农民增收所做的贡献。④提高农业节水对工业的贡献。现代农业的发展需要“工业反哺农业”，但在节水农业实施过程中，可以增加水资源向工业领域的输入，增加工业总产值。

从式（1）和图2中可知，2005年甘肃省全部节水农业工程启动以来，节水农业的经济效益价值呈现较明显逐年上升趋势，在“十一五”期间保持了良好的稳定增长的态势。具体表现：经济效益价值由2005年0.09上升到2010年的0.11，上升了0.2到0.3个百分点，平均年增长率为4.28%③，“十二五”初期有下降趋势，但整体经济效益价值都保持在0.09较高水平以上，节水农业产生的经济效益价值较显著。

（二）生态效益价值

节水农业产生的生态效益价值主要体现在：①对气候环境的影响。节水农业的实施和推广将会改变局部地区空气温度、湿度、水分蒸发量，进而对农田小气候产生深刻影响［18］。②对区域水文循环的影响。节水农业改变了区域农田水文循环变化的规律，不同节水农业技术的采用会对区域水文循环过程产生不同程度的影响，进而会影响区域地下水补排关系以及与地表水和土壤水的转化强度［19-20］，对土壤里的空气、微生物、盐分、物理性质和结构也会产生较大影响［21］。③对水土流失的影响。水土流失根本原因是土壤受到外力侵蚀，其中较普遍的外力是水力侵蚀，通过农业节水技术的应用可以减轻水力侵蚀引起的水土流失［22］。④对生态植被的影响。节水农业能够节约农业用水量，增加生态用水量，同时通过改变区域水文循环路径，共同确保区域生态环境可持续发展，对生态产值的增加作用显著。基于上述分析，节水农业的生态效益最终将会体现林业和牧业总产值的变化中。

从式（2）和图2中可知，甘肃省全面实施节水农业以来，生态环境保持较好，生态效益价值处在稳步提升的过程中，阻止了旱区生态不断恶化的趋势。2005年生态效益价值为0.028，2010年为0.038，增加了0.01，平均年增长率为7.1%，生态效益价值整体水平维持在0.03水平上，充分证明甘肃“十一五”期间节水农业对生态环境建设做出了一定的贡献，但“十二五”开局之初略有下降，总体表明节水农业生态效益价值不是很显著。

（三）社会效益价值

节水农业产生的社会效益价值主要体现在：①农户的行为意愿。农户是节水农业实施的微观主体，也是节水农业综合效益的直接受益者，因此，农户的行为态度将极大地影响节水农业的实施效果，这也是节水农业实施的最终目标。②农业自身抗灾减灾能力。节水农业通过节水技术集成和应用，提高水资源利用效率，同时提高了农业对自然灾害的防控能力，在资源等外部性约束下提高粮食产量为社会稳定和农产品加工业的发展奠定基础，将会起到巨大的作用。③水资源管理的有效性。节水农业的实施和推广能够促进水资源的有效管理，将节约的水资源向生活用水转移，达到维持人类生命和健康、提高居民生活水平的目的，水资源向城市环境转移可以改善城市水环境，使城市生态用水量增加，既改善了城市生态环境，又增强了城市可持续发展的能力。充分体现了节水农业对生活用水的和城市生态环境的贡献。

从式（3）和图2中可知，甘肃省节水农业社会效益价值呈缓慢增长的状态。社会效益价值从“十一五”开局之年的0.053增长到2010年的0.056，增加了0.003，年平均增长率为1.14%，整体生态效益价值保持在0.055较高水平上，“十二五”初期基本保持不变，同时也表明节水农业的实施对甘肃省社会环境建设起到了积极的作用，而且作用效应在逐年增加，但社会效益价值增长的速度缓慢、价值水平较低，说明甘肃省节水农业对社会效益价值的提升整体效应较弱。

（四）节水农业综合效益价值差异及其收敛性

从式（4）和图2中可知，甘肃省节水农业综合效益价值呈逐年较快增长趋势，“十一五”期间综合效益价值从2005年的0.171增加到了2010年0.203，增加了0.032，平均年增长率为3.77%，“十二五”初期略有下降，但综合效益价值整体保持在0.18较高水平上，充分说明甘肃省自2005年全面启动节水农业工程项目以来，节水农业综合效益价值较高，带动了农业、生态和社会全面发展，取得了较好效果。但从图2中还可以看出，节水农业产生的经济效益、生态效益和社会效益的价值差异较大。2005-2012年间，节水农业效益价值最高的是经济效益，其次是社会效益，最低的是生态效益。从经济与社会效益价值差得知，2005年两者之间的差为0.037，2006年效益差最低为0.035，2012年最大为0.067，整体呈“U型”效应趋势，说明甘肃节水农业发展中经济效益和社会效益很不均衡，且差距在逐年加大，具有显著的离散性。从经济与生态效益价值差得知，2005年两者之间的差为0.063，2006年效益差为0.061，而到2007年其值又增加到0.063，2008年其值又下降为0.061，随后两年效益差又增加，到2010年效益差最大为0.072，2011和2012年又分别出现下降（0.066）和上升的趋势（0.067），整体呈现出“W型”效应趋势，说明经济效益和生态效益处在一个较为激烈波动的变化当中，两者之间收敛性不显著。再从生态与社会效益差来看，2005年两者效益差为0.025，2006年其值最大为0.026，随后年份其值逐渐降低，到2010年降到了最低为0.0184，2012年略有上升，其值为0.019，整体变化趋势呈显著的“倒U型”作用效应，两者间收敛性显著，说明“十一五”期间，随着节水农业不断推广，生态效益和社会效益逐渐趋于一致。以上数据结果分析表明，甘肃省“十一五到十二五初期”期间节水农业发展取得了较好经济效益，但生态效益和社会效益价值较低，中长期内，经济效益与生态效益、社会效益的价值变化收敛性不显著，而生态效益和社会效益价值变化收敛性显著。

五、结论及启示

本文利用甘肃省统计数据，采用多目标综合评价法对节水农业综合效益价值进行了系统分析，实证结果表明甘肃省“十一五到十二五初期”期间，节水农业发展取得了较好的综合效益，经济效益、生态效益和社会效益在逐年稳步提高，但经济效益取得的价值较大，发展速度很快，而生态和社会效益价值增长严重滞后与经济效益价值的增长，三者间缺乏协调统一，经济效益与社会效益、经济效益与生态效益以及生态效益与社会效益价值差异变化分别呈现显著的“U型”、“W型”和“倒U型”效益趋势，整体缺乏显著的收敛性。通过本文的实证分析表明：节水农业虽取得了较大的经济效益，但取得的生态效益和社会效益与经济效益间不相匹配，这也充分反映了节水农业对区域影响的复杂性，凸显了研究者和政府部门在进行节水农业综合效益价值评估时，从大系统可持续的角度科学界定节水农业综合效益的必要性和迫切性。同时得到的政策启示非常明显。

（1）提高农户农业节水生态补偿标准。节水农业经济效益、生态效益和社会效益价值间不协调，主要因为农户农业节水的外部不经济行为的存在。经济理性的节水农户为了获得最大化的农业经济效益，在农业生产过程中不当的化肥、农药和农膜投入等行为，对周边的生态环境造成了极大污染，降低了节水农业的生态效益和社会效益。提高节水农业综合效益价值的关键在于抑制节水农户的外部不经济行为，最有效的方法就是提高节水农户的生态补偿标准。为此，政府应该加大对农业节水技术集成、应用和生态补偿的投入力度，在夯实农田水利基础上，降低农户农业节水投入成本，提高节水农业的经济效益，为现代农业的发展构建技术平台，提高节水农业对生态和社会效益的贡献，扩大节水农业的“福利外溢”效应。

（2）对于地方政府部门来说，应确立以“农业节水绿色GDP”为基础的政绩考核体系。我国正处在经济快速发展的阶段，对于西北地区来说更是难得发展机遇，如果不能建立合理、完善的绩效考核体系，就会使政府部门急功近利，导致一味追求经济效益而忽视对生态效益和社会效益的建设。通过建立地方绿色GDP核算体系，把节水农业污染治理成本和污染对生态环境造成的价值损失计入GDP核算体系中，虽然降低了地方GDP绝对量，但能够有效激励与约束农业节水中的政府行为，确保节水农业综合效益价值的提升，这是未来农业可持续发展的关键所在。

（3）进一步优化农业种植结构，注重环境友好型节水技术的推广和应用。政府要引导农户积极创新农业种植结构，大力发展节水高效作物，淘汰和减少高耗水作物。进一步优化作物种植的区域布局，缓解水资源的约束，高效利用当地水资源，与此同时需要大力推广和应用环境友好型的节水技术，既提高节水农业的经济效益价值，又能提高节水农业的生态效益和社会效益价值，使三者之间达到协调统一。

注释：

①无量纲化后指标值x′i=xi/xˉ其中，xi、xˉ分别为指标的实际值和该指标的平均值。此种方法在消除指标量纲和数量级影响的同时，保留了各变量取值差异程度上的信息，差异程度越大的变量对综合分析的影响也越大，反之亦然。2011和2012年数据，根据前三年的算术平均值计算得出。

③根据统计数据整理得出，下同。

［1］康绍忠，许迪，李万红，等.关于西北旱区农业与生态节水基本理论和关键技术研究领域若干问题的思考［J］.中国科学基金，2002（5）：274-277.

［2］陈萌山.把加快发展节水农业作为建设现代农业的重大战略举措［J］.农业经济问题，2011（2）：4-7.

［3］Peira L S，Trout T J.Irrigation methods［C］.Handbook of Ag⁃riculture Engineering，Land and Water.CIGR，1998.

［4］Dawit Zerihun.Analysis of surface irrigation performance terms and indices［J］.Agriculture water Management，1997，34：25-46.

［5］Manuel Martin Rodriguez，Francisco Javier Saez Fernandez. Evaluation of Irrigation Projects and Water Resource Manage⁃ment：a Methodological Proposal［J］.Sustainable Develop⁃ment，2002（10）：90-102.

［6］Jerry R Williams，Orlan H Buller，Gary J Dvorak.A Microcom⁃puter Model for Irrigation System Evaluation［J］.Southern Journal of Agricultural Economics，1988（7）：145-151.

［7］Schuck E C.Adoption of more technically efficient irrigation system as a drought response［J］.Water Resource Develop⁃ment，2005（4）：651-662.

［8］Moreno G，Sunding D L.Joint estimation of technology adop⁃tion and land allocation with implications for the design of con⁃servation policy［J］.American Journal of Agricultural Econom⁃ics，2005（4）：1009-1019.

［9］褚琳琳，陈菁.节水农业综合效益价值评估［J］.灌溉排水学报，2011（5）：61-66.

［10］李慧伶，王修贵，崔远来，等.灌区运行状况综合评价的方法研究［J］.水科学进展，2006（4）：543-548.

［11］贺延国，付强，冯艳，等.东北半干旱抗旱灌溉区节水农业综合效益等级评价模型［J］.灌溉排水学报，2006（6）：57-60.

［12］陆克芬，方崇，张春乐.基于人工鱼群算法的投影寻踪评价方法研究［J］.安徽农业科学，2009（23）：11321-11323.

［13］方崇，蔡小超，张春乐.蚁群投影寻踪回归模型在大型灌区节水改造效益综合评价中的应用［J］.中国农村水利水电，2010（3）：62-65.

［14］刘晓敏，夏来坤，王慧军.黑龙港区小麦玉米农艺节水技术集成模式综合评价及推广建议［J］.中国农学通报，2011（4）：268-275.

［15］雷波.我国北方旱作区旱作节水农业综合效益评价研究［D］.北京：中国农业科学院，2005.

［16］侯鲁川.四川省节水农业综合效益评价及分区研究［D］.成都：四川农业大学，2006.

［17］Thomas L Saaty.A scaling method for priorities in hierarchi⁃cal structures［J］.Journal of Mathematical Psychology，1977，15（3）：234-281.

［18］刘莉.大型灌区节水改造项目生态环境效应后评价研究［D］.南京：河海大学，2008.

［19］Meijer E，Boelee E，Augustijn D.Impacts of concrete lining of irrigation canals on availability of water for domestic use in southern Sri Lanka［J］.Agricultural Water Management，2005（12）：243-251.

［20］Zalewski M Ecohydrology.the scientific background to use ecosystem properties as management tools toward sustainabil⁃ity of water resources［J］.Ecological Engineering，2000（16）：1-8.

［21］李俊峰，赵晓蓉.灌溉工程环境影响评价的内容和方法探讨［J］.水资源与水工程学报，2006（1）：33-38.

［22］李龙国，曹叔尤，舒仲英.浅论节水灌溉与水土流失［J］.中国水土保持科学，2008（6）：63-66.

［责任编辑：张青］

An Evaluation on the Value Discrepancies of Water-saving Agriculture Comprehensive Benefits—Based on the Data of Gansu Province

YAO Zeng-fu，LI Quan-xin
(Institute of Agricultural Resources and Regional Planning，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100081，China)

The paper conducts an empirical analysis of the values and convergence among differences on water-saving agricul⁃ture bringing about economic benefits，ecological benefits and social benefits from the year of 2005 to 2012 in Gansu Prov⁃ince，based on the input and output data of water-saving agriculture in the province during the same period，applying the im⁃proved AHP analysis method，through the Delphi method to determine index weight and weighted correction as well as the di⁃mensionless processing of mean value method to index data.The results show that the comprehensive benefit value trend of wa⁃ter-saving agriculture appears rapid linear growth annually over the same period；the convergence among value differences in economic benefit value，ecological benefit value and social benefit value is obvious.Among them，the difference between eco⁃nomic benefit value and social benefit value presents a strong“U type”effect trend and has a strong discreteness，the differ⁃ence between economic benefit value and ecologic benefit value shows a remarkable“W type”effect trend and convergence is weakening in the medium and long term，while the difference between ecological benefit value and social benefit value demon⁃strates a prominent“inverted U type”and convergence is significant in the medium and long term.

water-saving agriculture；comprehensive benefit value；convergence

F303

A

1007-5097（2014）07-0081-05

10.3969/j.issn.1007-5097.2014.07.017

2014-05-01

国家自然科学基金青年项目（71303188）；教育部人文社科基金青年项目（13YJC630206）；中国第54批博士后科学基金（2013M541098）

姚增福（1978-），男，黑龙江汤原人，副教授，管理学博士，研究方向：农村区域发展，农户经济行为；

李全新（1966-），男，新疆伊犁人，副研究员，管理学博士，研究方向：农业资源利用与管理，产业经济。