黄河流域农业用水效率测度及其节水潜力分析

崔永正，刘 涛

（1.河南理工大学应急管理学院，河南焦作454003；2.河南理工大学财经学院，河南焦作454003）

0 引 言

农业部门一直是黄河流域的第一用水大户，2016年全流域农业用水量为837.4 亿m3，占全部用水量的65.7%，农业用水需求量大；然而黄河流域农业用水效益较低，2016年其农田灌溉水有效利用系数仅为0.542，与世界先进水平0.7～0.8存在显著差距，农业用水方式比较粗放；此外，工业化、城市化的迅速推进又严重挤占黄河流域农业用水，进一步加剧农业用水短缺。2019年黄河流域生态保护和高质量发展上升为重大国家战略，黄河流域水资源节约集约利用是其重要一环。在这一现实背景下，提升黄河流域农业用水效率，评估各省的农业节水潜力，推进黄河流域农业用水节约集约化发展，具有重要意义。

当前学界关于农业用水效率的研究成果众多。从研究方法来看，农业用水效率评价可分为单要素用水效率和全要素用水效率，全要素农业用水效率考虑了除水资源外的其他相关要素投入，更加符合实际生产过程。由于数据包络分析方法（DEA）不必提前设置好函数形式和估计参数，能够规避主观影响，因此大量文献运用DEA 方法测算农业用水效率。其中，SBM 模型由于能够有效解决变量松弛问题，在农业用水效率测度中应用的最为普遍[1-2]；从研究对象来看，相关文献主要基于全国层面研究农业用水效率[3-4]，此外，有学者从区域、流域层面考察地区农业用水效率[5-7]。从研究视角来看，已有文献主要围绕农业用水效率的分布特征、影响因素、空间交互影响等进行研究[8-10]。

目前大量文献基于全国和长江经济带、京津冀地区等区域层面对农业用水效率展开研究，黄河流域农业用水效率尚未涉及。黄河流域的农业用水效率处于什么水平、主要受何种因素影响、各省农业节水潜力如何？都有待解答。因此，本文采用超效率SBM模型，在全国视角下测算和对比了2008-2018年黄河流域的农业用水效率，并对其进行了分解和节水潜力分析，以期为黄河流域高效利用农业水资源、提升农业用水效率提供参考。

1 研究方法与数据来源

1.1 超效率SBM模型

农业用水效率是指在农业多要素生产框架下，综合评估农业水资源利用所带来的经济、社会等效益。SBM 模型是测度农业用水效率的常用方法，其测算出的效率结果包含非径向的松弛变量，可以观察农业用水量需要缩减的比例，有效摆脱了投入要素都以相同比例缩减的不足。然而，SBM 模型不能对有效单元作进一步区别，因此Tone 提出了超效率SBM模型[11]，该模型能够有效区分位于生产前沿面的决策单元，弥补了这一不足。本文在规模报酬不变的假设下，运用超效率SBM模型测度黄河流域农业用水效率。模型规划式如下：

式中：p*为农业用水效率值；m 为决策单元的个数；n 和q 分别为投入、产出的变量数；xik为决策单元k 的第i 项投入，yrk为决策单元k的第r项产出；分别为投入、产出变量的松弛量；λ为权重。

1.2 评价指标及数据来源

参考已有的农业用水效率相关文献[12，13]，构建如下黄河流域农业用水效率的评估指标体系。其中，从水资源、劳动力、土地、农业机械、化肥五方面选择投入变量，分别选用农业用水量（亿m3）、第一产业就业人数（万人）、农作物播种面积（103hm2）、农业机械总动力（万kW）、农业化肥使用量（万t）这5个变量表征；产出方面，以农业总产值（亿元）反映农业用水生产的产出状况，并以2008年的价格为基期作了不变价格处理。

本文的评价对象为黄河流域9 省，包括青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙古、山西、陕西、河南、山东。上述数据来源于《中国统计年鉴》（2009-2019年）、《中国农村统计年鉴》（2009-2019年）以及各省市统计年鉴（2009-2019年）。

2 结果与分析

2.1 全国视角下黄河流域农业用水效率

为了解黄河流域农业用水效率在全国处于何种水平，本文利用全国31 个省份（不包括港澳台）的投入产出数据构建生产可能性集，在全国视野下分析黄河流域农业用水效率的空间格局。此外，黄河流域与长江经济带都是重大国家战略发展区域，都强调水资源高效节约利用，具有较强的相似性，本文也对比了黄河流域和长江经济带的农业用水效率。长江经济带包括11省市，分别为重庆、四川、贵州、云南、江西、湖北、湖南、上海、江苏、浙江、安徽。借助MaxDEA Urtra 8软件，测算出黄河流域9省的农业用水效率。

图1 显示了2008-2018年全国、长江经济带和黄河流域的农业用水效率的变化趋势。在变化趋势上，都呈现波动式下降。其中，研究期内全国农业用水效率由0.648 下降到0.558，年均下降1.49%；长江经济带由0.694 下降至0.647，年均下降0.7%；黄河流域由0.562下降到0.481，年均下降1.54%。由此可见，黄河流域农业用水效率的年均下降速度高于长江经济带和全国平均水平。在效率水平上，研究期内农业用水效率由高到低排列为长江经济带、全国、黄河流域，长江经济带效率水平始终最高、黄河流域始终最低。可以看出，黄河流域农业用水效率非常低，甚至没有达到全国平均水平，与同为重大国家战略发展区域的长江经济带相比差距更大，农业水资源高效节约利用仍有很大进步空间。

2.2 黄河流域农业用水效率的分解

上文分析的黄河流域农业用水效率，可以分解成农业用水纯技术效率和农业用水规模效率。对黄河流域农业用水效率进行分解，分析其纯技术效率和规模效率，有助于观察黄河流域农业用水效率主要受何种因素影响。

图2 显示了2008-2018年黄河流域农业用水效率及其分解的变化趋势。在变化趋势上，3者都呈现波动式下降；农业用水效率、纯技术效率、规模效率年均下降幅度分别为1.54%、 0.87%和0.67%，纯技术效率的下降幅度略微高于规模效率。在效率水平上，研究期内黄河流域农业用水的规模效率始终高于纯技术效率，规模效率处于0.827～0.930，纯技术效率处于0.567～0.646，2 者效率偏差区间为0.227～0.306。可以看出黄河流域农业用水规模效率远高于纯技术效率，流域整体的农业用水规模已经接近最优水平，但农业节水灌溉技术的推广和应用还有较大的提升空间，所以黄河流域农业用水效率较低的主要原因在于其较低的农业用水纯技术效率。

此外，本文测算并分解了黄河流域9省的农业用水效率均值，以揭示各省的农业用水效率水平，以及主要受何种因素的影响，如图3 所示。黄河流域各省的农业用水效率差异显著，农业用水效率均值最高的青海（0.972）比最低的宁夏（0.254）高3.8倍；农业用水效率高于0.6的有青海、山东、四川、河南4 省、其余5 省份都低于0.6。分解来看，不同省份农业用水效率主要受何种因素影响也存在明显差异。农业用水效率高于0.6 的4 省，其纯技术效率和规模效率也高于0.6，并且前者都高于后者；农业用水效率低于0.6 的5 省，其规模效率都高于0.8，但纯技术效率普遍低于0.6。由此可见，黄河流域各省中，农业用水效率较高的4 省主要受纯技术效率影响，而农业用水效率较低的5省主要受规模效率的影响。

2.3 黄河流域各省的农业节水潜力评估

水资源总量在一定时间内维持不变，而黄河流域城市化、工业化的不断推进势必会持续挤占其农业水资源，进而加剧农业用水短缺状况，因此有必要在测算农业用水效率的基础上进一步分析各省的农业节水潜力。利用SBM 模型计算农业用水效率时，模型会计算出各省份农业用水量的松弛量和目标量。目标量是指某省份农业用水可达到的最优农业用水量，松弛量（即可节约农业用水量）是指实际用水量减去目标量（最优农业用水量），反映了某省份农业用水为达到最优需要缩减的投入数量，在此基础上可进一步得出某省份的农业可节水比例；计算公式为：农业可节水比例=可节约农业用水量/实际农业用水量。表1显示了2018年黄河流域9省的农业节水潜力评估结果。

由表1 可知，黄河流域9 省中河南、青海、山东、陕西4省的农业可节水比例为0%，表明这些省份的农业水资源在现有技术条件下达到充分利用，在保持现有农业用水产出的前提下没有继续节水的潜力。如果要继续节省农业用水，需要优化水资源与其它投入的比例来实现。宁夏、甘肃、内蒙古、山西、四川5 省的农业可节水比例分别为83.91%、66.33%、59.25%、44.24%、7.86%，宁夏的可节水比例最高，内蒙古可节约农业用水量最高（83.132 亿m3），四川的可节水比例最低。总体来看，宁夏、甘肃、内蒙古、山西4省的农业可节水比例都超过了40%，节水潜力巨大。

表1 2018年黄河流域9省的农业节水潜力评估Tab.1 Assessment of agricultural water saving potential in 9 Provinces of the Yellow River Basin in 2018

3 结 论

本文利用超效率SBM 模型，在全国视角下测算和对比了2008-2018年黄河流域的农业用水效率，并对其进行了分解和节水潜力评估。结果发现：

（1）黄河流域和全国、长江经济带的农业用水效率变化趋势基本一致，都为波动式下降；黄河流域农业用水效率的年均下降速度（1.54%）高于全国平均水平（1.49%）和长江经济带水平（0.7%）；黄河流域农业用水效率不仅远低于长江经济带，也低于全国平均水平。

（2）黄河流域农业用水的纯技术效率、规模效率都呈现波动式下降。纯技术效率的年均下降幅度（0.87%）略微高于规模效率（0.67%）；研究期内规模效率始终高于纯技术效率，黄河流域农业用水效率较低主要源于其较低的纯技术效率。

（3）黄河流域农业用水效率的省际差异显著；农业用水效率较高的4省主要受纯技术效率影响，而农业用水效率较低的5省主要受规模效率的影响。

（4）河南、青海、山东、陕西4 省的农业可节水比例为0%，这些省份的农业水资源在现有技术条件下达到充分利用。宁夏、甘肃、内蒙古、山西4 省的农业可节水比例都超过了40%，节水潜力巨大；四川的可节水比例较低，仅为7.86%。

基于上述结论，提出以下建议：

（1）对黄河流域整体而言，需要加强对全流域农业用水的监测，建立健全流域的农业节水机制，优化农业水资源的跨区域协调机制。转变低效农业用水方式，加大宣传力度，增强农户的节水意识，重点关注农业节水技术的学习和应用。各省要注重持续学习节水技术，切实宣传、推广和应用，加大对开发先进节水灌溉技术的资金、人才、政策扶持；保持农业水资源利用的合理规模，持续推广“滴灌、喷灌”等高效用水方式。

（2）对黄河流域各省而言，因地制宜地从农业节水技术和水资源利用规模2方面采取措施，提升农业用水效率，发挥农业节水潜力。农业用水效率较高的4省中，青海、山东和四川要努力实现农业水资源的最优规模，而河南需要侧重推广、应用先进节水灌溉技术。农业用水效率较低的5省中，陕西应重点学习节水灌溉成效显著地区的经验，开展跨区域合作互助，积极承接、推广和应用其节水浇灌技术；内蒙古、山西、甘肃、宁夏4 省都属于“节水大户”，一方面要学习、推广、应用节水灌溉技术，减少水资源浪费，另一方面可以制定合理的水价机制，对超额农业用水现象进行加价收费，同时扩大高效灌溉方式的覆盖范围。