荒漠绿洲化进程中农业生态效率评价——以玛纳斯河流域为例

祝宏辉 杜美玲

全球气候变暖是人类生存和可持续发展的难题之一，全世界各国先后出台了各种指示性方案并通过积极落实来扭转这一局势。近四十年来，我国通过生物捕集等碳中和路径对土地系统进行了大规模的干预活动，荒漠化治理和绿洲化成效显著。但随着机械化、土地流转、规模化、节水技术等农业生产模式的不断改变，耕地网格化、细碎化程度在不断消失，农田防护林网逐渐废弃并消失，连片土地规模不断加大，大面积的条田趋势增加，抵抗局部灾害气候、灾害天气的能力在不断下降。近年来，西北暖湿化趋势日益明显，高强度、大范围的沙尘天气频现，土地盐碱化多发等一系列生态环境问题增加了农业生产的风险，表明绿洲农业生态系统可持续发展理论与实践仍需进一步研究和完善。“十四五”时期，习近平总书记提出要牢固树立和践行“两山”理念。党的十九届五中全会再次强调了“两山”理念，为保证经济发展与生态建设双收益，发布了一系列行动方案。党的十九届六中全会高度概括了生态文明建设思想，并指出坚持人与自然和谐发展是对“两山”理念的践行。此外，党的十九大报告明确指出，要对生态脆弱区给予高度关注，并加快其治理进程。在荒漠绿洲化进程中，干旱脆弱区的绿洲农业生态发展如何、是否可持续，这是我们重点关注的现实问题。因此，在当前“两山”理论和“两化”治理背景下，对绿洲农业生态的研究具有重要意义。

一、文献综述

罗格平(2004)、王涛(2009)等认为，绿洲化与荒漠化是两种截然相反的生态环境演变过程，二者互为消长，在一定条件下相互转化，共同影响干旱荒漠地区的景观格局；侯建楠(2007)、谢霞(2013)、于强(2016)等认为，在“自然因素”与“人类行为活动”二者驱动下，绿洲和荒漠处于动态转化中。近年来，在荒漠绿洲化进程中，针对绿洲生态—经济系统的健康发展，已经开展了大量理论研究并得到了科学家的重视，目前关于绿洲化生态效应的研究较常见，李芳(2019)、Xue et al.(2019)等认为，绿洲化可以提高土壤生产力、丰富植被覆盖、改善人类的生存空间、恢复和复原退化土地以及防治荒漠化；但Song et al.(2015)、Zhang et al.(2015)等认为，绿洲化本身也可能是干旱区生态平衡的一个障碍，不适当的绿洲扩张和水资源利用将会降低绿洲的稳定性，甚至导致一系列生态环境问题的发生，并最终导致荒漠化。在关注绿洲化对环境与生态带来的有利影响与不利影响之外，一些学者致力于挖掘生态效应背后的运转机理，重视过度绿洲化对绿洲生态—经济系统带来的社会经济问题。李万明(2003)认为，过度绿洲化容易走“环境恶化—生活贫困—掠夺环境—经济拮据”这样的恶性循环，提出绿洲生态—经济系统可持续发展的构想，是以生态环境恢复与改善为前提，以经济持续高效为目的。李万伟(2021)认为，绿洲化快速发展会带来怎样的影响关键在于人类追求经济利益的同时是否破坏了荒漠—绿洲水生态平衡。王涛(2013)、刘树林(2013)认为，对水资源的过度开发与不合理利用，短期来看会使粮食增产，但长期来看除了会出现水系变迁、湖泊萎缩干涸、土地旱化、沙漠化和盐渍化等生态问题，还会因大面积弃耕撂荒而引致农业生产衰退、农民收入下降等社会经济问题；Song et al.(2015)认为，农业绿洲就是典型代表，良好的生态系统可以促使农民增收、经济增长，达到“双增”效应。

聂弯(2017)、于法稳(2017)、侯孟阳(2019)、姚顺波(2019)等认为，农业生态效率是在平衡经济发展和生态保护二者关系下体现农业生态发展水平的综合绩效指标。必须承认的是，目前学界有关农业生态效率评价的研究较为丰富，主要集中在评价指标与评价方法两方面。李谷成(2013)、王宝义(2018)、张卫国(2018)等认为，就评价指标而言，现有研究大多关注了投入指标、期望产出和非期望产出指标；程翠云(2014)、刘应元(2014)、李谷成(2013)等认为，通常而言，采用农业生产过程中包含的土地、劳动和资本等要素作为投入指标的选择范围；田伟(2014)、王宝义(2018)、张卫国(2018)等认为，农业总产值作为期望产出，农业面源污染或碳排放作为非期望产出的代理变量。就评价方法而言，潘丹(2013)、应瑞瑶(2013)认为，基于前沿效率理论的SFA和DEA方法成为主流，多采用含非期望产出的DEA模型，田伟等(2014)基于松弛测度的SBM模型，邓敏慧(2017)、杨传喜(2017)基于效率区分度更高的超效率模型，王海飞(2020)基于超效率与Malmquist指数结合的模型对农业生态效率进行测度评价。

鉴于此，在加快推进经济绿色高质量发展的关键时期，单纯依靠高投入、高产出、高污染的发展模式已不再适用，而以技术创新为手段、技术进步为结果的方式解决环境问题，是解开“经济—环境”怪圈的有效应对策略。本文基于诱致性技术变迁理论构建分析框架，以“新疆最大的荒漠绿洲农耕区和全国第四大灌溉农业”闻名的玛纳斯河流域为研究区域，以狭义农业为研究对象，选取1996～2019年玛纳斯河流域绿洲农业的面板数据，利用SSBM—Malmquist模型，从静态和动态两个视角测度绿洲农业生态效率。通过动静结合辨析制约荒漠绿洲化进程中绿洲农业经济与生态环境之间的对立统一关系与驱动因素，这对于荒漠绿洲化以及绿洲农业生态的可持续发展具有重要的理论与实践指导意义。

二、研究区荒漠绿洲化进程

新疆是我国西部干旱区的重要组成部分，有着独特的干旱区自然地理、人文和历史背景，使得分布在新疆的绿洲最为集中和典型。玛纳斯河流域①处于新疆天山北坡经济带核心区，具有典型的干旱区“山地—荒漠—绿洲”系统，该流域是新疆北部地区最大的农业灌溉区，水资源开发力度大，经济发展水平较高，荒漠绿洲化态势明显。尤其是20世纪90年代以来，大力推广节水技术，有效地推动了玛纳斯河流域的绿洲化进程，全面改善了北疆的生态环境，但由于开发加剧，人工绿洲面积扩张，使得冰川萎缩、水源涵养功能减弱等一系列生态问题随之凸显，对绿洲化可持续发展产生了不利影响。因此，本文选择新疆玛纳斯河流域作为研究情境，以农业生态效率来衡量绿洲农业发展中资源利用、经济发展与环境保护的综合绩效。

新疆玛纳斯河流域“荒漠—绿洲”景观动态演变可以划分为四个历史阶段：1955～1975 年，荒漠绿洲化初期，以天然绿洲为主，农业水土开发开始，畜牧业为主向农业发展的过渡时期；1976～1995 年，荒漠绿洲化加速期，以流域内新疆生产建设兵团农八师为主的大规模农垦活动，人工绿洲面积逐渐扩大；1996～2010 年，荒漠绿洲化进一步发展时期，节水农业技术、退耕还林政策的实施，水土资源利用方式得到显著改善，天然绿洲和人工绿洲面积有所增长；2011～2020 年，荒漠绿洲化稳定发展时期，流域内农业以结构调整为主，“退地减水”等环境保护政策严格实施，“荒漠—绿洲”协调发展提上日程。本文基于数据的可获得性及研究目标的定位，在准确前提下尽可能选取更长的时间维度，选择1996～2019年为研究区间。

三、研究方法与指标选取

(一)研究方法

1.非期望SSBM模型

DEA在测度技术效率时依据参考集不同可分为两类：标准效率模型使用包含所有DMU(决策单元)的参考集构建生产前沿，有效DMU均在前沿上，效率值均为1；超效率模型将有效DMU从参考集中剔除，再利用包含剩余DMU的参考集构建前沿，有效DMU的效率值一般会大于1，从而可以对有效DMU进行区分。此外，DEA依据距离函数也可分为两类：一是无效DMU到达前沿的改进方式是所有投入(产出)等比例缩减(增加)，即径向距离函数；二是无效DMU到达前沿上(强有效目标值)的距离包含等比例改进量和松弛改进量，主要代表有SBM、MinDS、MinDW等。为提高计算精确性、增加结果区分度，本文采用考虑投入产出的非零松弛问题且包含非期望产出的Super—SBM模型，即非期望SSBM。

假设有n个决策单元，N、M、I分别代表N类投入指标，M类期望产出指标和I类非期望产出指标，利用向量表示为：

X= [x1…xn]∈SN×n

运用Microsoft Excel 2007对数据进行整理与计算；运用Canoco 4.5软件绘制物种-样地的PCA二维排序图和环境-植物性状的RDA二维排序图；运用SPSS 19.0软件中的单因素方差分析（One-way ANOVA）对不同演替阶段优势叶片各指标进行差异显著性分析；运用Origin 9.0软件作图。

(其中，x∈SN，ya∈SM，yb∈SI；x，ya和yb是矩阵。)

假定超效率SBM中的决策单元都是有效的，文章定义Super—SBM中的决策单元是有效的，则构建的Super—SBM模型表达式如下：

2.Malmquist指数

技术效率反映的是一定时期内各决策单元生产效率的静态水平，而Malmquist(1953)提出的Malmquist指数计算出来的全要素生产率可反映该时期内各决策单元生产效率的动态变化情况。

(二)指标选取

本文所研究农业为狭义种植业。如图1理论模型所示，农业生态效率主要由资源投入、经济增长、生态影响三大节点构成，文章据此通过对农业生态效率投入产出指标的系统梳理，并依据新疆农业发展的现实情况及数据可得性，选取如表1所示的农业生态效率投入产出指标及变量。

图1 农业生态效率理论模型与运行机理图

表1的基础数据来源于1996～2019年的《新疆统计年鉴》《新疆生产建设兵团统计年鉴》和各县市统计年鉴，个别缺失数据根据时序数据趋势推测补充。其中，农业总产值是经过调整后的实际总产值，农业固碳量参考曹俊文和曾康、李克让的做法得出，碳排放量参考李波等、王宝义和张卫国的研究成果计算，农业面源污染参照赖斯芸的做法并使用《第一次全国污染源普查：农业污染源肥料流失系数手册》得出。为尽可能消除变量单位对模型结果的影响，使用归一化对投入指标进行无量纲处理，后用熵值法将无量纲投入指标降维，非期望产出量纲一致，故只用熵值法进行降维。

表1 评价绿洲农业生态—经济效率的投入产出指标统计表

四、实证结果与分析

以MaxDEA 7.8.0软件为基础，采用非期望SSBM-Malmquist模型从静态和动态两个视角测度玛纳斯河流域1996～2019年的绿洲农业生态效率。

(一)绿洲农业生态效率的静态测度结果及其分析

为科学观测玛纳斯河流域绿洲农业生态效率，一方面，从纵向宏观入手，以时间线为主线，纵向测量玛纳斯河流域“一市两县”近24年的DEA效率值。首先，了解各年份平均值并整理出玛纳斯河流域绿洲农业生态效率分解图(见图2)；其次，纵观三地区绿洲农业生态效率的时间变化(见图3)。另一方面，从横向微观出发，比较各县市1996～2019年的综合技术效率值(TE)、纯技术效率值(PE)、规模效率值(SE)及区域平均值(见图4)。

从纵向分析层面观察图2可知，玛纳斯河流域绿洲农业生态效率总体呈平缓波动上升趋势。整体来看，玛纳斯河流域绿洲农业生态水平处于发展期，从效率分解情况看，纯技术效率值(PE)普遍偏高，只有2000年和2011～2013年合计四个年度的效率值低于1，规模效率相对偏低，但提升空间也更大。因此，想要提高玛纳斯河流域绿洲农业的综合效率，可适当从提高规模效率的角度入手提高整体效率。

图2 基于静态分析的1996～2019年玛纳斯河流域绿洲农业生态效率时间趋势

由图3纵观玛纳斯河流域“一市两县”绿洲农业生态效率的时间变化，可清晰地看出石河子市的综合技术效率值相对于玛纳斯县和沙湾县较为稳定，尽管在1996～2001年间综合效率值有一定的波动趋势，但也基本处于1以上；相较于石河子市和玛纳斯县，沙湾县的综合效率值居中，除2000～2007年间的综合效率值比较平稳，其他年份生态效率值变化幅度较大；玛纳斯县的效率值普遍偏低，研究区间综合效率值都在0.5以下。综合图3和图4的结果发现，之所以玛纳斯河流域绿洲农业生态效率值较高，最主要是石河子市在其中起到至关重要的作用，相对而言，沙湾县和玛纳斯县因所处地理位置导致经济发展相比石河子市较为缓慢，因而一定程度上对玛纳斯河流域绿洲农业发展的推动作用相对较小。

图3 基于静态分析的1996～2019年玛纳斯河流域“一市两县”绿洲农业生态效率

在横向分析层面，观察图4可知，石河子市的综合效率值大于1，表明当地农业产业发展对生态有较好的促进作用，但沙湾县和玛纳斯县综合效率均值低于1，玛纳斯县甚至低于0.5，农业产业与生态之间的协调性较差；石河子市和沙湾县达到了纯技术效率有效，并超过了玛纳斯河流域纯技术效率均值，但玛纳斯县的技术效率仍低于平均，说明该地区的农业技术水平相对较弱；玛纳斯河流域“一市两县”的规模效率均低于1，说明农业未来的发展一定程度上可依赖规模扩张，但在当前农地规模化、细碎化的大环境下，单靠规模扩张不利于农业产业和生态的提升，应在保持规模效益的同时加大对农业投入要素技术水平的不断提升。

图4 基于静态分析的1996～2019年玛纳斯河流域绿洲农业生态效率地区差异

(二)绿洲农业生态效率的动态测度结果及其分析

根据 Malmquist指数模型测算玛纳斯河流域“一市两县”1996～2019年绿洲农业生态效率指数(MI)。从时间序列来看，1997～2019年玛纳斯河流域绿洲农业生态效率波动较为平稳且整体呈小幅增长趋势(多数年份MI大于等于1)，但这一期间有多个上升或下降阶段(谷峰或谷底拐点)，技术变动指标(TC)与农业生态效率变化趋势较为一致，且技术变动指标(TC)和效率变动指标(EC)呈反向关系(见图5)。因此，总体来看，技术进步是推动绿洲农业生态效率提升的核心动力，而效率下降又在较大程度上抵消了技术进步对绿洲农业生态效率的贡献。此外，绿洲农业生态效率表现出较明显的阶段性特征，该过程可分为两个时期：第一时期为1997～2008年，该时期绿洲农业生态效率变化幅度较大，其中每个上升或下降阶段跨度约为3年，值得注意的是，受节水农业技术的大面积推广使用，1999～2000年绿洲农业生产技术前沿得以快速扩张(技术变动指标是实现大幅上涨)，而技术前沿的快速外移使得技术“追赶”效应难以实现(效率变动指标出现大幅下跌)；第二时期为2009～2019年，该时期绿洲农业生态效率变化幅度较小，且技术变动和效率变动的贡献均较小，其中，2009～2013年每个上升或下降阶段跨度约为2年，而2014～2019年每个上升或下降阶段跨度为1年，尽管2018年与2000年技术变动与效率变动呈现相同的趋势，但却对绿洲农业生态效率产生截然相反的作用，这是因为该时期尽管农业生产技术水平在不断提高，但生产要素投入结构未得到有效调整，资源配置效率较低，效率变动成为阻碍绿洲农业生态效率的关键。

图5 基于动态分析的1997～2019年玛纳斯河流域绿洲农业生态效率时间趋势

从地区差异来看，1997～2019年玛纳斯河流域平均以及“一市两县”绿洲农业生态效率未达到有效(MI均小于1)，其上升动力均来源于技术进步提升(TC均大于1)，效率退化成为抑制因素(EC均小于1)，可见创新技术进步的推动成为加速玛纳斯河流域绿洲农业与生态协调健康发展的关键因素(见图6)。具体而言，石河子市三种效率指标均高于平均水平；沙湾县技术变动高于平均水平，但效率变动低于平均水平较为明显，导致绿洲农业生态效率也远低于平均水平；玛纳斯县技术变动略低于平均水平，效率变动略高于平均水平，绿洲农业生态效率与平均水平有微弱差距。

图6 基于动态分析的1997～2019年玛纳斯河流域绿洲农业生态效率地区差异

综上所述，玛纳斯河流域绿洲农业生态效率时序上呈波动上升但仍需提高，不同时期主导因素不同，技术进步和效率变动频率加快并且此消彼长，导致农业生态发展水平变动周期收窄、幅度缩小。空间上各地农业生态发展水平表现出异质性，但共同点是技术进步是实现绿洲农业生态效率的核心动力，技术效率的下降在很大程度上制约了绿洲农业发展水平的提升，因此，要想使玛纳斯河流域绿洲农业生态与经济实现协调发展，需要保证技术进步与技术效率协同推进。

五、结论与建议

本文以玛纳斯河流域“一市两县”为样本单元，采用Super—SBM模型和Malmquist指数对绿洲农业生态效率展开实证分析，得出如下主要结论：一是在静态分析层面，从纵向视角看，玛纳斯河流域绿洲农业生产缺乏规模效用，生产技术遇发展瓶颈；从横向视角看，“一市两县”农业生产缺乏区域平衡，发展水平遇失衡瓶颈。二是在动态分析层面，无论从纵向视角还是横向视角看，都是技术进步指数推动绿洲农业生态效率增长，技术效率指数制约各县市绿洲农业生态效率增长。

针对研究结论，在西北暖湿化趋势和生态环境可能带来绿洲农业生产风险增大的背景下，为促进荒漠绿洲化进程中绿洲农业生产与生态协调发展，提出以下三点建议：一是实施全面性的农业生产现代化战略。在干旱区荒漠绿洲化进程中，政府应积极转换思路，在提高农业生产能力的同时，也要不断推进全面性的农业基础设施建设、农业生产适度规模建设和农业现代化建设，还要因地制宜地考虑资源的投入产出情况，达到资源的合理分配与高效利用，实现兼顾绿洲农业经济快速发展与生态环境保护的目标。二是实施差异性的农业生产区域化策略。为实现绿洲农业生态效率的整体提升，不仅需要捕捉到各区域的优劣势，据此发挥区域优势、弥补区域劣势，而且需要区域间取长补短、协同发展，如各区域发展特色产业，延长产业链，共同推动荒漠绿洲化进程中农业生态的可持续发展。三是实施统筹性的农业生产高效化策略。在农业生产技术水平为实现持续稳定正增长时，提高农业科技水平对于绿洲农业发展取得突破性进展至关重要，运用农业现代信息技术、重视农业技术人才的培养、普及农业科技知识有助于推进农业高质量发展。

注 释：

①玛纳斯河流域，按行政区划包括玛纳斯县、沙湾县、石河子市、新疆生产建设兵团第八师的14个农牧团场、第六师的新湖总场以及克拉玛依的小拐乡，其中石河子市和八师的14个农牧团场为便于标记，文中统一使用石河子代替，在统计中使用玛纳斯县、沙湾县和石河子市三个县市名称，简称“一市两县”。