劉明珠
摘要：水是農業生產不可或缺的物質基礎，提高農業生產用水效率對于農業可持續發展和國家糧食安全具有重大意義。以農業灰水足跡作為非期望產出指標，采用超效率SBM模型和Malmquist指數，對2005—2020年河南省18個地市農業生產用水效率進行靜態和動態科學測度，并采用Tobit模型分析農業用水效率的影響因素。結果表明：① 2005—2020年河南省農業用水效率整體呈現增加的態勢，但相對于全省平均水平，仍然有一半地區未達到全省平均用水效率。此外，豫西、豫中、豫南、豫東、豫北地區農業生產用水效率呈現逐級降低的分布格局。② 農業全要素生產率的變化主要依賴于技術效率變化指數，其變化趨勢與技術效率變化指數變化趨勢基本一致。③ 農業用水比重、第二產業占GDP比重對農業生產用水效率具有顯著的抑制作用，而人均GDP、第一產業占GDP比重、農業種植結構對農業生產用水效率具有顯著的促進作用。因此，要大力發展農業節水技術，減少農業用水；
注重提高農戶節水意識；
重視農業生產用水效率的區域差異，因地制宜的加快制定符合區域發展的農業用水政策。
關鍵詞：非期望產出；
農業用水效率；
超效率SBM；
Malmquist指數；
Tobit模型
中圖分類號：F323 文獻標志碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20240111
基金項目：河南省哲學社會科學規劃項目（2022BJJ019）；
中國工程院戰略研究與咨詢項目（2023-XY-31）。
Measurement of agricultural water use efficiency in Henan Province based on unexpected output and analysis of its influencing factors
Liu Mingzhu
（School of Agricultural and Rural Development， Henan University of Economics and Law， Zhengzhou， Henan 450046）
Abstract：
Water is an indispensable material basis for agricultural production， and improving the efficiency of water use in agricultural production is of great significance to the sustainable development of agriculture and national food security. Agricultural grey water footprint is utilized as an undesirable output indicator to measure the water use efficiency in agricultural production across 18 cities in Henan Province from 2005 to 2020， using the superSBM model and Malmquist index for static and dynamic analysis. Additionally， the Tobit model is utilized to analyze the factors that influence agricultural water use efficiency. The results indicated that：
① From 2005 to 2020， the overall agricultural water use efficiency in Henan Province showed an increasing trend， but compared with the provincial average level， half of the areas still failed to reach the provincial average water use efficiency. In addition， the water use efficiency of agricultural production in western Henan， central Henan， southern Henan， eastern Henan and northern Henan decreased step by step. ② The change of Malmquist index mainly relies on the change index of technical efficiency， and its change trend is basically consistent with the change index of technical efficiency. ③ The proportion of agricultural water use and the proportion of secondary industry in GDP have a significant inhibitory effect on agricultural water use efficiency. Conversely， per capita GDP， the share of the primary industry in GDP， agricultural planting structure， significantly promote agricultural water use efficiency. Therefore， it is necessary to vigorously develop agricultural water-saving technologies and reduce agricultural water use. It is important to en-hance water-saving awareness among farmers and pay attention to regional differences in agricultural water use efficiency. Pay attention to the regional differences of water use efficiency in agricultural production， and accelerate the formulation of agricultural water use policies in line with regional development according to local conditions.
Key words：
unexpected output；
agricultural water use efficiency；
super-SBM model；
malmquist index；
tobit model
伴隨著經濟社會的快速發展，我國水資源短缺、空間用水供需矛盾問題日趨嚴峻。作為中國主要糧食主產區的北方擁有全國64%的耕地，但水資源總量不到全國總量的20%，而南方地區耕地資源較少，但水資源豐富，糧食生產與水資源空間分布嚴重不平衡。《中國水資源公報2021》顯示，2021年，中國農業用水為用水總量的61.5%，但農田灌溉水有效利用系數較低，僅為0.568，離國際先進水平仍有較大的差距。提高農業用水效率是目前亟待解決的關鍵問題。2019年，國家發展和改革委員會發布了《國家節水行動方案》，方案中明確了農業發展節水增效的目標，要切實提高水資源利用效率和水安全保障能力。因此，提高農業用水效率對于解決水資源短缺問題至關重要。
充分了解各地區的農業用水效率并探究其影響因素是提升農業用水效率的基礎。關于農業用水效率的研究主要集中在3個方面：一是在農業用水效率的測度上。目前，關于水資源利用效率的研究最常用的方法主要有隨機前沿法（SFA）[1-2]和數據包絡法（DEA）[3-4]。學界運用SFA和DEA研究用水效率已經十分普遍。二是探究農業用水效率的區域差異。根據覃夢香等[5]所進行的基于靜態Super-SBM模型的研究，中國農業用水效率在不同地區的排序為東部>西部>中部。高甜等[6]研究發現，我國各省市用水效率存在較大的區域差異，華北地區及西北地區用水效率值高，華東及華中部分地區用水效率值低。盧瑋楠等[7]的研究結果顯示，在研究期間，黃河流域農業用水效率呈現穩定上升的趨勢，表現出“下游領先、中游追趕和上游落后”的分布態勢。根據李青松等[8]的研究，得到長江經濟帶農業用水綠色效率均值由高到低排序為下游地區>中游地區>上游地區。羅靜怡等[9]基于非期望產出對寧夏及18個縣區糧食生產用水綠色效率進行測算，發現不同區域效率值存在差異。三是對農業用水效率的影響因素進行了較多的分析，大多數學者從投入角度出發，考慮了農業機械總動力、化肥施用量，農作物播種面積等對農業用水效率的影響，在此基礎上，徐依婷等[10]考慮了水土資源匹配程度以及水資源開發程度、財政支農等因素對用水效率的影響。佟金萍等[11]認為年降水量、地下水供水占比對農業用水效率的提高有正向影響，而人均水資源量與灌溉費則會抑制農業用水效率的提高。不同地區的農業用水效率存在差異，針對不同地區的農業用水效率差異，不同省份需要采取不同的策略來提高用水效率。例如，**可以通過調整用水結構和種植結構來實現效率的提升；
黑龍江重點在于開發和應用節水技術等措施來找到突破口[12]。自水足跡理論提出以來，該理論成為測度水資源效率的重要指標，其中灰水足跡指地下水稀釋污染物使其達標排放所需的淡水[13]。當前，綠色發展已經成為一個重要趨勢，所以要特別注重考慮非期望產出所帶來的影響，綠色水資源利用效率為考慮非期望產出的水資源利用效率，忽略環境污染代價計算出的經濟效率是不準確的[14]。因此，本文在效率測度指標構建中引入農業灰水足跡。
現有文獻對農業用水效率展開了豐富的測度，國內對于超效率SBM模型以及Malmquist指數分析方法的研究頗為成熟，然而現有研究多聚焦于全國范圍內的省際比較，以省為單獨研究對象的研究尚待完善。大多數研究僅以期望產出的效率值來衡量一個地區的農業用水效率，往往忽略農業生產中的非期望產出，因此測算的效率估計值可能存在偏誤。基于此本研究采用廣受學者認可的超效率SBM模型以及Malmquist指數對2005—2020年河南省農業用水效率進行測算，并對農業生產用水效率的影響因素進行面板Tobit回歸分析。考慮到指標選取及數據可得性，以河南省18個地市為研究區域，以期為探究農業用水效率作出邊際貢獻[15]。
1 研究方法
1.1 超效率SBM模型
Tone[16]創建了非期望產出的SBM模型，解決了松弛變量的問題。相對于傳統的DEA模型，評價結果更加準確。超效率SBM模型可使DMU的測算結果大于1，對完全DEA有效的決策單元可排序分析，因此采用非期望產出的超效率SBM模型測度河南省農業生產用水效率值，其公式如下：
1.4 指標構建
1.4.1 投入指標
在投入指標選擇上，借鑒已有文獻和考慮數據的可得性，以第一產業從業人員、農用化肥施用量、農作物總播種面積、農業用水量作為投入要素。
1.4.2 產出指標
在產出指標選擇上農業期望產出指標以第一產業生產總產值表征。非期望產出指標以農業灰水足跡表征。
式中：GWFgrey為農業灰水足跡，本文僅指狹義的種植業灰水足跡；
α為氮肥淋溶率，氮肥淋失率依照慣例選取全國平均氮肥淋失率7%；
AR為農用氮肥的施用量，kg；
Cmax為氮肥在水環境下最大容許濃度，以自然資源部《地下水質量標準》中最大容許濃度不高于 0.02 kg/m3 為準；
Cnat為氮肥在水環境下自然容許濃度，自然容許濃度一般取最小值零[19]。
1.4.3 影響因素指標
將各市農業用水效率值作為因變量，將農業用水比重、人均GDP、第一產業占GDP比重、第二產業占GDP比重、農業機械總動力和農業種植結構作為自變量進行相關分析，指標體系見表1。
1.5 數據來源
本文數據主要來源于《河南統計年鑒》（2006—2021年）、《河南省水資源公報》（2005—2020年）。
2 河南省農業用水效率評價
2.1 超效率SBM模型測算結果
本文利用2005—2020年河南省各地市面板數據，以第一產業生產總值為期望產出、農業灰水足跡為非期望產出，利用iDEA4.0軟件，選用規模報酬不變、投入導向的超效率SBM模型，計算河南省各市農業生產用水效率，參考其他學者的研究[20]，本文將農業用水效率分為5個等級：0～0.2為效率差；
0.2～0.4為效率較差；
0.4～0.6為效率中等；
0.6～0.8為效率較高；
0.8以上為效率高。由于篇幅限制，表格選取2005、2007、2010、2012、2015、2017、2020年的效率值，見表2。可以看出效率均值存在地區差異，信陽市、駐馬店市、商丘市效率一直在提高，并且提高速度較快；
安陽市、新鄉市、鄭州市用水效率均值雖然一直在增加，但增速較緩。2005—2020年河南省用水效率平均值為0.600 1，達到效率較高水平，其中三門峽市是河南省農業用水效率均值最高的地區，相對于全省平均水平，仍然有一半地區未達到全省平均用水效率。
研究期間河南省農業用水效率呈現先升后降再升的特征，區域間農業生產用水效率呈現豫西（洛陽市、三門峽市）、豫中（鄭州市、許昌市、平頂山市、漯河市）、豫南（南陽市、駐馬店市、信陽市）、豫東（開封市、商丘市、周口市）、豫北（安陽市、新鄉市、焦作市、濮陽市、鶴壁市、濟源市）逐級降低的分布格局，但豫西、豫中農業用水效率整體上高于河南省農業用水效率。從時期變化來看，2005—2017年全省農業生產用水效率持續上漲，2017—2018年突然下跌，隨后用水效率快速回升。從地區比較來看，豫西、豫中農業生產用水效率高于全省平均水平且是河南省農業生產用水效率較高的地區；
豫東、豫南、豫北地區農業生產用水效率雖然一直在提高但仍低于全省平均用水效率，是導致全省農業生產用水效率提升緩慢的主要原因，見圖1。
2.2 Malmquist指數分析結果
為了深入分析河南省18個地市在2005—2020年農業用水效率的動態變化，使用Malmquist指數模型對全要素生產率變動影響因素進行分析，從而判斷造成其變化的因素是技術效率的變化還是技術進步的變化。① 從整體看，河南省18個地市農業全要素生產率變化指數平均值為1.113。全要素生產率指數大于1，說明河南省農業生產用水效率處于不斷提高的狀態，且呈現上升態勢。焦作市、濮陽市、三門峽市、信陽市、駐馬店市、濟源市的全要素生產率較高，全要素生產率均超過平均值。② 河南省11個地市農業生產用水技術進步指數變動大于1，其余7個均小于1，說明技術進步存在地區差異。③ 鄭州市、鶴壁市、洛陽市、漯河市、許昌市農業生產用水純技術效率指數均值小于1，說明這4個地方應繼續加大水資源利用技術的投入。④ 濟源市全要素生產率變化指數增長速度最快，漯河市全要素生產率變化指數增長速度最慢，開封市、焦作市、三門峽市、駐馬店市4個地市的技術效率變化指數、技術進步變化指數、純技術效率指數、純規模效率指數均大于1，表明這4個地市的水資源利用效率得到了較快的提升，實現了最佳的投入要素配置，并且具有相對合理的農業產業結構。此外，技術進步是推動全要素生產率上升的主要因素，見表3。
2005—2020年河南省全要素生產率變化與技術效率變化的趨勢基本一致，表明全要素生產率的變化主要依賴于技術效率變化，全要素生產率受技術效率變化的限制影響。2018年之前，全要素生產率變化指數及其分解指標呈波動趨勢變動，且2018年全要素生產率變化指數達到最小值0.91。2018年以后，水資源利用效率逐步提升，且三指數均呈現上升趨勢，見圖2。
從時序變化特征來看，2019—2020年河南省農業生產用水全要素生產率除三門峽外均高于2005—2006年的河南省農業生產用水全要素生產率，表明河南省農業生產用水效率總體處于上升階段。從技術效率變化指數來看，與2005—2006年相比，2019—2020年技術效率變化指數除三門峽市呈現負增長，其余地方都呈現正增長。從技術進步指數看，與2005—2006年相比，2019—2020年洛陽市、許昌市、駐馬店市呈現技術退步現象，其余地方存在技術進步，見表4。
3 河南省農業用水效率影響因素分析
運用Stata MP17軟件將測算出來的農業生產用水效率作為被解釋變量，將農業用水比重、人均GDP、第一產業占GDP比重、第二產業占GDP比重、農業機械總動力、農業種植結構作為解釋變量對河南省農業生產用水效率的影響因素進行面板Tobit回歸分析，得到農業用水比重、人均GDP、第一產業占GDP比重、第二產業占GDP比重、農業種植結構均通過了顯著性檢驗，見表5。
農業用水比重對農業用水效率具有顯著的負向作用。農業用水量越多，農戶越沒有節約用水的意識，反而會造成水資源利用效率降低。農業作為最消耗水的產業，目前粗放的農業生產方式會限制效率的提高。人均GDP對農業用水效率呈顯著的正相關關系，人均GDP越高代表農戶收入水平越高，地區經濟相對發達，對農業技術投入和管理技術水平更加重視，單位面積農業產出較高，從而提高農業生產用水效率。第一產業占GDP比重對農業用水效率具有顯著的正向作用。相同投入下，第一產業產值越高，越能調動農戶的積極性，農業用水效率越高。第二產業占GDP比重對農業生產用水效率具有顯著抑制作用，第二產業占GDP比重越高，水資源的使用會向第二產業傾斜，農業用水總量便會受到限制，農業產出將會減少，農業生產用水效率就會降低。
4 結 論
（1）河南省18個地市農業用水效率整體上呈現出穩定的上升態勢，但相對于全省平均水平，仍然有一半地區未達到全省平均用水效率。2005—2020年河南省農業用水平均效率值得到了較大的提升，由2005年的0.214提高到2020年的0.878，增長了310.28%。但效率值存在地區差異，豫西、豫中、豫南、豫東、豫北農業生產用水效率呈現逐級降低的分布格局，但豫西、豫中農業用水效率整體上高于河南省農業用水效率。
（2）河南省各地市的農業生產用水效率總體處于上升階段，且農業全要素生產率整體呈現上升態勢，但波動幅度較大，由2005—2006年的1.044上升至2019—2020年的1.565，增長了49.9%。全要素生產率變化指數與技術效率變化指數變化趨勢基本一致，全要素生產率的變化主要依賴于技術效率變化。Malmquist指數分解結果顯示，河南省18個地市中有6個市技術效率低于1，表明現有的技術水平和技術進步還存在較大的提升空間。
（3）農業用水比重、第二產業占GDP比重對農業生產用水效率具有顯著的抑制作用，而人均 GDP、第一產業占GDP比重、農業種植結構、對農業生產用水效率具有顯著的促進作用。
5 啟 示
（1）發展農業節水技術，減少農業用水。技術效率是制約農業用水效率提高的主要原因，因此農業用水效率較低的地區應在現有的水利政策和節水農業政策基礎上，要緊抓農業節水技術在提升農業用水效率中的關鍵作用。加強節水灌溉的應用，大力發展滴灌、微灌等農業節水灌溉技術[21]，改變粗放式農業水資源利用方式，完善節水設施建設，提高農業用水效率。
（2）提高農戶節水意識。農業的粗放經營對農業生產用水效率產生了很大的負面影響。粗放的農業用水方式造成了水資源的嚴重浪費，進一步加劇了水資源的緊缺程度。所以，要對農戶進行科學的農業用水宣傳引導，讓農戶充分意識到水資源的緊缺現狀。
（3）重視農業生產用水效率的區域差異，因地制宜地加快制定符合區域發展的農業用水政策。鼓勵農業用水低效率地區積極向高效率地區學習，促進河南省各區域的要素流動和技術擴散，優化資源配置，加快低效率地區向高效率地區的追趕速度，推進農業用水效率的協同提升。
參 考 文 獻
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