中国蔬菜产业灌溉用水效率分析——以山东省肥城县为例

□方 兰 池营营

一、引言

(一)研究背景

自上世纪90年代起，山东省大力推广蔬菜种植，经过十几年发展探索，蔬菜产业已成为山东省经济发展的支柱产业，成为中国第一蔬菜大省。蔬菜产业的高收益受到农户青睐，并已成为农户增收的主要源泉。但是蔬菜种植过程中的资本、劳动密集型投入是实现高产出的主要原因，而且蔬菜种植过程中需要反复灌溉，耗水量较大。虽然山东省位于中国东部沿海地区，地理位置优越、资源丰富，但同时又是中国严重缺水的省份之一。山东省人均水资源占有量仅334m3，不到全国平均水平的六分之一，居全国倒数第4位。同时，黄河上中游各省农业、工业耗水量迅速增加，导致下游水量急剧减少，黄河断流次数、持续时间越来越长，这也是山东省水资源短缺的主要原因。先进的节水灌溉技术在山东省已有了很大程度的应用，但并未得到广泛普及，农村地区土渠占很大比例，灌溉过程中渗透严重，浪费了大量水资源。不仅如此，山东省蔬菜大部分用于外销，无形中又导致了虚拟水的流失，这加剧了山东省水资源危机。面对蔬菜种植过程中水资源的高消耗状况，如何在有限的水资源制约下，提高蔬菜产业水资源利用效率，实现水资源短缺地区农业的高效用水是本文研究的主要目标。

(二)文献综述

国外学者对灌溉水利用效率的研究时间较早，理论及技术应用都比较成熟。Karagiannis，G.，Tzouvelekas，V［2］等在 1998 － 1999 年希腊克里特地区50个农户数据的基础上，运用SFA超对数模型衡量灌溉用水效率，并分析了影响灌溉效率的影响因素。Dhehibi，Lachaal［3］等运用BC—1995随机前沿分析模型，以尼泊尔和突尼斯144个柑橘农户数据为基础，测算农户的技术和灌溉用水效率。Speelman et al［4］基于2005年南非西北省Zeerust市60个调查农户的截面数据，采用数据包络分析方法分别对规模收益不变和可变情况下的灌溉用水效率进行估计，结果表明耕地面积、土地所有权、灌溉方式、灌溉项目类型及种植结构将会显著影响灌溉用水效率。Abeer MunlaHasan［5］详细研究了叙利亚的灌溉用水效率，叙利亚灌溉用水效率仍旧很低，政府部门需要增加资金投入、推广先进灌溉技术，改善灌溉用水效率。

在农作物和灌溉用水效率方面，王会肖、刘昌明［6］详细分析了水分利用效率的内涵，分别就叶片水平上的水分利用效率、群体水平上的水分利用效率、产量水平上水分利用效率给出了明确计算公式。在政府政策制定及农户行为方面，王金霞等［7］从农户行为角度研究中国北方地区农户对日益短缺的水资源的反映。张仁田等［8］从水价制定角度建立了不同水价制定方法与水资源效率及公平性的数学关系模型，但是定价方法仅由土地面积影响水资源公平性。还有学者采用指标体系评价法、数理模型、计量模型研究农户灌溉效率，崔远来、熊佳［9］通过回顾灌溉水利用效率评价指标的发展历史，详细分析了效率评价指标的不足，研究发现，目前情况下还不存在一套任何条件下都适用的灌溉水利用效率评价指标。王晓娟、李周［10］以河北省石津灌区为例，采用超越对数随机前沿生产函数和农户调查资料，对灌区农业用水效率及影响因素进行了实证研究。赵连阁、王学渊［11］根据2007年甘肃省玉内蒙古自治区包头市典型灌区的农户调查数据，运用数据包络分析方法计算并评价了农户灌溉用水效率。

综上所述，国内外学者普遍关注灌溉效率问题，对水资源利用效率的研究已比较成熟，但是以精细作物蔬菜为研究对象来分析农户行为及灌溉用水效率的文章尚少。本研究在国内外学者研究的基础上，运用效率评价工具随机前沿分析模型实证研究山东省肥城县蔬菜产业农户灌溉用水效率。肥城县作为山东省蔬菜产业的一个代表性生产基地，其研究结果亦适用于整个黄河下游水资源短缺地区。

二、数据及模型方法

(一)实地调研情况

本研究应用的数据来自对山东省肥城县王庄镇的实地调查。肥城县地属温带季风气候，气候温暖、四季分明，光照条件较好，农业基础比较好，是全国的粮食大县，也是山东省颇具规模的蔬菜产业基地。调研地区王庄镇位于肥城县西南部，总面积91.44×106m2，经过十几年蔬菜种植的探索，目前80%的农户种植马铃薯、白菜，同时套种玉米，这种种植方式科学合理，收益高，已被广大农户所接受。王庄镇马铃薯种植面积超过66.7×106m2，已经形成相当的规模经济效益。王庄镇的灌溉水源以地下水为主，采用明渠输水，其中以土渠为主。由于先进的灌溉技术在该地区还没有得到广泛普及，因此王庄镇渠道的输水状况不容乐观，渠道渗漏严重，水资源在运输过程中产生大量浪费。

本研究采用随机抽样调查方式，在王庄镇下属村庄前于村、白屯村随机抽取了112个农户进行调查，其中前于村55户，白屯村57户。表1为此次调研的基本情况。

表1 马铃薯投入产出变量的统计描述

调研结果显示，王庄镇马铃薯平均产量为2790kg/667m2，而我国马铃薯平均产量为2000kg/667m2左右，王庄镇马铃薯产量明显高于全国平均水平。这主要是因为当地农户在马铃薯种植过程中，不仅注重优良品种的选择，而且采用先进的地膜覆盖种植技术及科学的灌溉方式。

除此之外，化肥、农药的大量投入也是实现马铃薯高产的主要原因。值得注意的是灌溉成本很高，由于王庄镇主要通过抽取地下水的方式进行灌溉，农民用于灌溉的支出几乎已经占到了总成本投入的20%，水资源的稀缺性已经凸显。表1还显示，由于青年劳动力转向城市，王庄镇主要的劳动力是中老年人，每户一般有2个劳动力，3个劳动力的农户仅占少数。可见农业发达的山东蔬菜基地同样存在农村青壮年劳力流失的问题。由于本研究的重点在于水资源的利用，我们以每667m2土地灌溉用水的资本投入为变量衡量水资源利用效率。

(二)模型方法

1.随机前沿分析模型

研究农户灌溉用水效率，可以通过设立相应评价指标分析灌溉水利用效率，但是指标评价法在实际操作中可能面临不易操作或者指标之间存在相互交叉的现象，而且数据不易获取，这必然会影响研究结果。通过随机前沿分析方法(Stochastic Frontier Analysis，简称 SFA)建立随机前沿模型能够把类似于气候、地理等随机游走因素与技术效率对产出影响的部分分离出来，可以避免误差影响，测定效率值比较直观。自SFA理论被提出后，众多学者对其进行了深入研究，产生了很多模型和估计处理方法，但是最常用的模型是巴特斯与科里(Battese、Coeili，1992)［12］于 1992年发展的模型(简称 BC－1992模型)和两人于1995年发展的模型，简称BC － 1995 模型(Battese、Coeili，1995)［13］。简要而言，BC－1992模型函数设定如下所示:

公式(1)中，N为样本个数，yi为样本中第i个个体的产出，xi为该个体的投入量，β为待估参数向量。Vi代表随机误差项，通常被假定服从IID(独立一致分布)，且服从正态分布N(0ui为管理误差项，被用来解释技术非效率影响，ui也属于 IID，且服从正态分布 N(0)。Vi与 ui共同构成了误差项，并且两者之间相互独立。除此之外，为了方便实践应用，设定了一个参数BC－1992模型规定，当γ=0时，同时意味着=0，此时，样本中便不存在非效率状态，也就是说，在既定的投入下实现了产出最大化或者达到目前的产出水平时实现了投入最小化，应用OLS方法即可进行相关分析。反之，当样本中存在技术非有效率，意味着既定投入没有实现产出最大化或者达到目前的产出水平没有实现投入最小化，此时使用SFA就非常必要了。SFA方法的优势在于不仅能够告诉样本中每个个体的效率值，而且还能就个体间效率差异进行定量分析［14］。

2.方法及变量设计

本研究选用SFA方法，采用BC－1992模型对农户灌溉用水效率进行分析。选取单位面积灌溉用水成本、化肥、农药的资金投入、劳动力人数作为影响产出的投入变量，马铃薯每667m2土地的产量作为产出变量，利用 Frontier4.1软件分别对C－D生产函数和超对数生产函数进行估计，SFA模型结果表明，C－D生产函数拟合度更好。因此，本研究采用C－D随机前沿生产函数测定农业生产技术效率。C－D生产函数，可以表示为如下方式:

(2)式中i和t分别表示农户的序号和年份，这里t=2010，表示年份是2010年;Y表示单位面积马铃薯的产量;X表示单位面积马铃薯的资本投入，包括化肥、农药的投入成本;L表示单位面积的劳动力投入;W表示单位面积马铃薯灌溉用水的资本投入;Vit表示农户不可控的影响因素，服从正态分布;Uit表示技术效率损失，服从半正态分布，Vit与Uit是相互独立的;β0、β1、β2、β3为估计参数。通过公式(2)，农业生产技术效率的估计公式为:

农业生产技术效率衡量的是实际产出与生产可能性边界产出的比值，所谓农户灌溉用水效率就是指产出和其他投入已确定情况下，可能达到的最小灌溉水量与实际灌溉用水量之比。

参照其他学者的科研成果及公式(3)，进一步建立如下灌溉用水效率模型:

三、研究结果分析

基于所调查的112户农户马铃薯投入产出面板数据，应用软件Frontier4.1对模型(2)进行估计，模型结果见表2。

表2 模型(2)的估计结果

表2中给出了生产函数的估计参数值，资本投入、劳动力投入及灌溉用水投入的参数都是正值，与预期结果一致，资本、劳动力投入对农业生产有正影响。γ的值为0.7457，在1%的显著水平下不为0，说明农业生产过程中的低效率主要来自于技术无效，而且技术无效对农业产出有显著影响，其余部分为农户不可控因素造成的，且影响较小。可见采用SFA方法计算农业生产技术效率是非常有必要的。

根据公式(3)与(4)，基于112个农户数据，运用Frontier4.1软件对其生产技术效率与灌溉用水效率进行测算，结果如表3、表4所示。

表3 农户生产技术效率与灌溉用水效率频度分布表

表3显示，与农户生产技术效率相比，灌溉用水效率值远低于生产技术效率值。所有的农户灌溉用水效率值都小于1，表明该地区农业用水处于低效率状态，都存在一定的提高空间。而且，农户的灌溉水利用效率最大值为91.54%，最小值仅为31.80%，而农户之间生产技术效率相差不大，灌溉用水效率与生产技术效率相比有更大的提高空间。通过表3我们也注意到，王庄镇马铃薯灌溉过程中，8.04%的农户灌溉用水效率低于50%，也就是说这些农户在灌溉过程中浪费了50%以上的水资源。更有3.57%的农户灌溉用水效率低于40%，这与王庄镇主要采用土渠灌溉有很大关系。

由表4可以看出，调研地区农业生产技术效率平均值为94.61%，这与化肥农药的大量投入及山东大力推进农业机械化程度有很大关系。科学种植同样起到了很大作用，马铃薯种植过程中普遍与其他粮食作物进行田间套种，并且山东省95%的马铃薯采用地膜覆盖种植，地膜的使用在抗寒、抗病等方面有积极作用，不仅提高了马铃薯的产量，还使马铃薯生长期提前，抢先占领市场，增加了农户经济收益。所有这些技术因素导致了山东省农户生产技术效率普遍较高。本研究中的王庄镇农业生产平均技术效率已经达到了94.61%，成果显著。反观农户灌溉用水效率，我们发现，所调研的112户农户的灌溉用水效率平均值为70.08%，说明就目前技术条件下，在其他投入保持不变的情况下，达到当前马铃薯产量可以减少29.92%灌溉用水投入，即该地区灌溉用水具有显著节约潜力。

表4 农户生产技术效率与灌溉用水效率分布表

通过对王庄镇马铃薯灌溉水利用现状的模型分析，我们认为山东省蔬菜种植过程中存在的主要问题是:(1)与生产技术效率相比，王庄镇灌溉用水效率还有相当的提升空间;(2)土渠的普遍使用导致输水过程中的大量水资源浪费，这是灌溉水利用效率低下的原因之一;农户田间灌溉主要使用畦灌方式，先进的节水灌溉技术使用较少，诸多原因可能导致灌溉水利用效率低下;(3)农户的节水意识薄弱、资金投入不足也影响了灌溉水利用效率。

四、政策建议

基于以上模型结果分析，结合山东省马铃薯灌溉水利用现状，本研究认为可以从以下几方面提高蔬菜灌溉用水效率，缓解水资源短缺压力，在有限的水资源总量情况下，实现水资源的最优配置和有效利用。

1.发展精准农业技术，建设科技农业示范田

山东省蔬菜产业规模巨大且日趋成熟，推广以3S(全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)、遥感系统(RS))技术为基础的精准农业成为提升蔬菜产业竞争力的有效途径。根据目前蔬菜产业发展现状，建立以精准技术为基础的农业示范田，运用信息技术及先进的管理模式充分挖掘农田的生产潜力、提升农业的科技水平;通过推广精准农业技术，大幅提高蔬菜产量和质量。同时组织动员农户到示范田参观学习，引导农户学习掌握先进的3S技术及高效的种田方法，加快新技术的应用速度，深化新品种的普及程度。通过推广科学生产，带动普通农户科技兴农的意识和积极性，实现蔬菜产业的高效生产。

2.明确水权，通过适度提高水价达到促使农户节水的目的

通过明确的法律文件规定水权使用，防止水资源滥用及过度开采，加强水权、水法的宣传力度，培养农民合理、正确利用水资源的意识。在宣传法律法规同时，适当提高水价，把水资源作为经济物品，按灌溉用水量进行收费，以价格机制促使农民意识到水资源的稀缺性，达到节水目的。同时，鼓励农户成立水资源利用协会，加强水资源利用的监督，防止过度开采、浪费水资源及水资源的不公平分配，提高灌溉用水效率。

3.实现灌溉效率提高的同时注重公平分配

在水资源短缺及利用效率低下的现状下，可把农户灌溉效率评价指标与经济发展指标(GDP)同时纳入村干部考核机制，可以更好地促使村干部加强水资源的合理配置，促使政策制定者在追求经济发展的同时也重视提高灌溉用水效率，实现水资源有效利用。结合各地区实际情况制定灌溉效率目标，将此目标作为奖励村干部政绩的一部分，可有效促进农村水资源利用效率。同时，在农田灌溉过程中，应该加强监督、制定透明机制，公布灌溉明细，通过公众监督实现水资源的公平分配。建立农村用水协会，对灌溉水量进行分配、监督，确保公平、合理、有效利用水资源。

［1］Lester R.Brown，Brian Halweil.China’s Water Shortage Could Shake World Grain Markets［R］ .World watch Institute，Washington.C.，1998.

［2］Karagiannis，G.;Tzouvelekas，V.Xepapadeas，A.:Measuring Irrigation Water Efficiency with a Stochastic Production Frontier［J］.Environmental and Resource Economics，2003，26:57－72.

［3］Dhehibi B，Lachaal L，Elloumi M，etal.Measuring irrigation water use efficiency using stochastic production frontier:An application on citrus producing farms in Tunisia［J］.African Journal of Agricultural and Resource E-conomics，2007，1(2):1 －15.

［4］Stijn Speelman，Marijke D＇Haese，Jeroen Buysse，etal.A measure for the efficiency of water use and its determinants，a case study of small－ scale irrigation schemes in North－ West Province，South Africa［J］.Agricultural Systems，2008:31 －39.

［5］Abeer MunlaHasan .Water Use Efficiency in Syrian Agriculture［J］.NAPC，2001.1:1 －11.

［6］王会肖，刘昌明.作物水分利用效率内涵及研究进展［J］.水科学进展，2000，11(1):99 －104.

［7］王金霞，黄季焜，张丽娟等.北方地区农民对水资源短缺的反应［J］.水利经济，2008，26(5):1 －5.

［8］张仁田，童立忠，陆小伟等.水定价方法对农业用水效率及公平性的影响分析［J］.水利科技与经济，2005，11(5).257 －261.

［9］崔远来，熊佳.灌溉水利用效率指标研究进展［J］.水科学进展，2009，20(4):590 －598.

［10］王晓娟，李周.灌溉用水效率及影响因素分析［J］.中国农村经济，2005，7:11 －18.

［11］赵连阁，王学渊.农户灌溉用水的效率差异——基于甘肃、内蒙古两个典型灌区实地调查的比较分析［J］.农业经济问题，2010，3:71 －78.

［12］Battese and Coelli battese，G.E.and T.J.Coelli.Frontier Production Functions，Technical Efficiency and Panel Data.:With Application to Paddy Farmers in India［J］.Journal of Productivity Analysis，June 1992，3，153－169.

［13］Battese and Coelli battese，G.E.and T.J.Coelli.A model for Technical Inefficiency Effects in a Stochastic Frontier for Panel Data.［J］ Empirical Economics，1995，Vol.20，325 －332.

［14］水资源经济学［M］.北京:中国环境科学出版社，2008:110－111.