西北五省水资源消耗对经济增长的影响

华 坚，张瑶瑶，王 丹，邓 丽

(1.河海大学商学院，江苏 南京 211100； 2.江苏省“世界水谷”与水生态文明协同创新中心，江苏 南京 211100)

我国西北地区作为“一带一路”的核心地带,未来是国内外投资的热点核心区域。然而西北五省(陕西省、青海省、甘肃省、宁夏回族自治区和新疆维吾尔自治区)地处干旱区，生态环境系统脆弱，资源环境约束趋紧，水资源问题愈加严峻。水资源作为基础性自然资源和战略性经济资源，是人类经济社会发展不可替代、不可或缺的生产力核心要素[1-3]。水资源短缺会制约经济发展，水资源在不同产业之间的分配也会影响经济协调发展[4-6]。因此，在水资源约束情况下如何实现西北五省经济增长的协调性以及水资源消耗的合理性，是十分重要的现实问题，量化水资源消耗对经济增长的影响将变得尤为重要。

在意识到水资源和经济增长的关系后，国内外学者开始关注水资源和经济增长的关系，发现水资源和经济增长存在长期均衡关系。但水资源是有限的，依据用水库兹涅茨曲线[7]、新环境库兹涅茨曲线[8-9]等研究发现，水资源利用存在增长拐点，在到达拐点之后，产业水资源利用呈下降趋势。水资源约束导致产业发展转型速度相较于没有水资源限制的情况下有所降低，这种现象就是所谓的增长阻尼或增长尾效[10-11]。随着水资源紧缺、水污染严重等问题日益加剧，学者们对水资源增长阻尼的研究越来越多，发现某一特定产业[12-13]、不同地区[14]、不同产业之间[15]均存在水资源增长阻尼，但地区和行业之间存在差异性，水资源对第三产业经济增长的阻力最大，第二产业次之，第一产业最小[15]。不仅仅是水资源量对经济增长的约束作用，水资源在产业之间的分配也会影响到产业结构调整，进而影响地区经济增长。在意识到水资源与产业结构的关系后，国内外学者开始关注水资源利用与产业结构之间的关系，利用CGE模型[16]、因果分析法[17]、回归分析法[18-19]等不同方法，发现地区的水资源与地区产业结构存在密切关联，但这种关联关系并没有明确水资源消耗结构与产业结构之间的因果关系。南芳等[20]首次提出“用水偏差系数”概念，对唐山市产业结构和用水结构的内在变化规律进行量化分析；刘轶芳等[5]构建了“结构偏差系数”这一指标，用来分析北京市水资源在不同产业间的分配，发现产业结构的变动会带来用水结构的变动。两位学者都定量测算了产业结构和水资源消耗结构的关联程度，明确了产业结构调整对用水结构调整的作用明显。

从现有研究来看，目前针对水资源约束的研究相对较少，样本大都为全国范围内，均是以水资源消耗量或消耗结构单方面视角来研究水资源约束作用，且大都研究仅停留在对整体经济或者某一产业的研究上。水资源消耗量对于我国特别是西北缺水省份的经济增长至关重要，水资源消耗结构与三次产业结构的配置是否协调，将对西北地区产业结构优化调整进而对经济增长产生重要影响。笔者从水资源消耗量和消耗结构角度，采用改进的C-D生产函数计算增长阻尼，量化水资源约束对经济增长的影响大小；并运用结构偏差系数，分析西北五省水资源消耗结构和产业结构的关联关系；深入探讨水资源量对经济增长不同的约束作用，以期为西北五省经济增长和产业结构调整提供相关依据和政策建议。

1 西北五省水资源消耗量对经济增长的影响分析

1.1 模型设置

研究水资源对经济的增长阻尼，根据Romer[11]构建的包括自然资源和土地的柯布-道格拉斯生产函数，在改进的C-D生产函数中加入水资源要素，建立增长阻尼模型：

Y(t)=K(t)αW(t)β[A(t)L(t)]1-α-β

(1)

式中：α，β分别为资本、水资源产出弹性,为第t年的产出；K(t)为第t年的资本投入；W(t)为第t年的水资源投入；A(t)为第t年的技术进步率；L(t)为第t年的劳动投入。

对式(1)两边取对数，可得：

lnY(t)=αlnK(t)+βlnW(t)+(1-α-β)[lnA(t)+lnL(t)]

(2)

根据变量的对数对时间t的导数即为该变量的增长率。对式(2)两边求t的导数，可得：

gY(t)=αgK(t)+βgW(t)+(1-α-β)[gA(t)+gL(t)]

(3)

式中：gY(t)、gK(t)、gW(t)、gL(t)分别为Y(t)、K(t)、W(t)、L(t)的增长率。根据Romer的结论，当经济处于平衡增长路径上时，产出增长率和资本增长率相等，即gY(t)=gK(t)。因此式(3)可以改写为

(4)

(5)

式(5)表示水资源受到约束情况下单位劳动力产出增长率。在不存在水资源约束下，水资源消耗随着劳动力的增长而增加。因此式(5)可以表示为

(6)

(7)

(8)

式中：n为劳动生产率；w为水资源实际增长率。

1.2 水资源增长阻尼系数测算

1.2.1 数据来源及指标说明

产出Y按照西北五省的总产出和三次产业的产出分别用国内生产总值(GDP)和三次产业增加值表示，数据按照1980年为基期进行调整，增加值以及指数均来源于1998—2014年《中国统计年鉴》。

对资本投入K的估计采用永续盘存法，利用Wu[22]1998—2014年的固定资本存量的研究结果，计算出以1998年为基期的2015年固定资本存量。

水资源投入W用总用水量以及三次产业用水量表示。数据来源于1998—2014年西北五省的统计年鉴以及水资源公报。

劳动投入L用全社会以及三次产业的就业人口数表示。数据来源于1998—2014年《中国统计年鉴》以及西北五省的统计年鉴。

1.2.2 水资源对经济增长阻尼的系数测算

本文采用普通最小二乘法(OLS)对变量进行参数估计，计算变量之间交互作用项的方差膨胀因子，发现多省份自变量间存在多重共线性，用最小二乘法对模型参数进行估计并不合适，因此笔者采用岭回归分析法。

a. 第一产业水资源增长阻尼系数测算。第一产业的产出增加值中，资本和技术的弹性普遍大于劳动和水资源的弹性，且部分省份的水资源和劳动弹性为负值。这主要是因为随着农田灌溉、播种、收割技术的发展，减少了第一产业对劳动力的需求，就业人口不断下降，人均劳动增长率出现负向增长；增加了对资本和技术的需求。随着技术水平的提高，农田灌溉中采用了更多新的节水方法及技术，使西北地区第一产业对用水量的需求有所下降。其中，增长阻尼最大的省份是甘肃，最小值是宁夏。从增长阻尼模型中可以看出，增长阻尼为负的原因有 2个：①水资源产出弹性为负；②就业人数增长率与用水量变化率之差为负。增长阻尼为负值的4省(自治区)中，水资源产出弹性为负值的为1个，剩下3省(自治区)均是因为用水量的变化率大于就业人数增长率。当用水量的变化率为0时，水资源对第一产业的增长阻尼作用均有所减小(表1)。

表1 第一产业的水资源增长阻尼测算值

注：Z*表示水资源变化率为0时的增长阻尼，W(t)=0，下同。

表2 第二产业的水资源增长阻尼测算值

表3 第三产业的水资源增长阻尼测算值

b. 第二产业水资源增长阻尼系数测算。第二产业资本和技术的弹性大于水资源和劳动的弹性，表明第二产业对资本和技术的依赖程度较高，宁夏回族自治区资本弹性最大，而甘肃省的水资源和劳动弹性均为负值，相较第一产业省(自治区)数量有所减少。因为随着西北地区工业经济的不断发展，第一产业的劳动力逐渐转移到第二产业，使得第二产业的劳动产出弹性大部分省(自治区)为正，仅有甘肃省为负，是因为该地区的经济较为落后，在西北五省中人均生产总值最低，大量劳动力转移到经济发达地区，导致第二产业劳动力不足所致。该地区水资源产出弹性为负，是因为随着工业废水再利用技术和污水处理技术的进步，提高了工业用水重复利用率，2010—2015年工业用水量呈现下降的趋势。在增长阻尼为正的所有省(自治区)中，第二产业用水变化率均小于就业人数增长率，并且用水量的产出弹性都为正值，这说明西北地区第二产业的产出普遍对水资源具有较强的依赖性，在用水量的变化率为0时，水资源约束的省(自治区)变多(表2)。

c. 第三产业水资源增长阻尼系数测算。第三产业资本以及技术弹性仍然普遍大于水资源和劳动弹性，第三产业同样是属于资本和技术密集型产业，特别是金融业、房地产业以及技术服务产业。从三次产业的水资源和劳动产出弹性比较来看，第三产业要大于第一产业和第二产业，主要因为产业结构的优化升级，使得服务业迅速发展，对水资源的需求明显上升，大量劳动力从第一、第二产业逐渐流入第三产业。对比来看，第三产业水资源增长阻尼差异化较小。陕西省和甘肃省的增长阻尼为负数，其余省(自治区)增长阻尼值均为正数，是因为第三产业就业人数增长率小于用水量变化率，因为这些地区第三产业发展速度较慢，对人才的吸引力不足，使得第三产业的就业人数增长缓慢。在假定第三产业用水量受到水资源约束时的变化率为0的情况下，西北五省均存在增长阻尼，第三产业受水资源约束的影响明显增加(表3)。

2 西北五省水资源消耗结构对经济增长的影响分析

从西北五省水资源消耗量对经济增长阻尼测算的实证分析结果看到，西北五省的水资源消耗对经济增长存在着制约作用，第二产业约束作用最大，第三产业次之，第一产业受约束影响最小，水资源严重制约着西北五省的经济增长。因此，使水资源消耗得到有效控制变得尤为重要，而产业结构调整是节约水资源的重要手段。此外，区域产业结构反映了区域经济增长的基本态势，也是区域经济增长的基本途径，水资源消耗结构与产业结构关系密切，各产业水资源分配不均就不可避免地影响产业结构的调整，产业结构的变化也会影响水资源消耗结构的变化。因此，在考虑水资源消耗量对经济增长影响的同时，必须考虑水资源消耗结构和产业结构的动态变化关系。笔者运用结构偏差系数来量化测算水资源消耗结构与产业结构的关系，为西北五省产业结构调整、用水结构调整以及经济发展提供政策建议。

2.1 结构偏差系数指标

水资源消耗结构与产业结构密切关联，笔者引入产业水资源消耗结构偏差系数说明近年来水资源消耗结构与产业结构的变动趋势情况。水资源消耗结构偏差系数是指产业用水比重差和同一时间段内的产业产值比重差之间的比值。如果水资源消耗结构偏差系数递减，表明产业结构的调整会带来产业水资源消耗结构的变动，且影响程度正逐步加强，产业用水合理化。结构偏差系数计算公式如下：

(9)

2.2 结构偏差系数的测算

2.2.1 第一与第二产业水资源消耗结构偏差系数

图1为西北五省第一产业与第二产业水资源消耗结构偏差系数。由图1可知，西北五省第一产业与第二产业水资源消耗结构偏差系数特征为总体数值较高、波动较为平稳。从数值来看，西北五省第一产业与第二产业之间水资源消耗结构偏差系数均大于1.0且数值较大，说明水资源在第一和第二产业之间远未达到最优分配；从变化趋势上看，宁夏、新疆、陕西的结构偏差系数较为平稳，其中陕西省正趋向于1.0，说明工业在西北五省各省的经济地位突出，产业结构变动带来水资源消耗结构变动，水资源消耗结构趋向合理化；而甘肃和青海近几年呈逐年上升趋势，表明甘肃和青海省的水资源消耗结构变化幅度大、速度快，产业结构变化滞后于水资源消耗结构的变化。总体来说，西北五省的水资源在第一产业与第二产业之间的分配虽在改善中，但始终没有达到最优分配。这是因为对于第二产业部门来说，增加的用水量一方面源自于农业用水量的下降，主要是由于西北五省农业在整个产业中比重下降，大量耗水农业种植面积有所减少，同时随着西北地区大范围传播农业种植技术和节水灌溉技术，农业单位产值耗水下降；另一方面源自于工业固有水资源开发利用，提升污水处理技术，有效促进水资源循环使用，因此西北五省用水比例变化趋向合理。但西北五省因受传统产业结构转型升级缓慢、企业对市场和政策反应不灵敏、资源环境约束趋紧等因素影响，产业结构变化依然不能匹配水资源消耗结构的变化。

图1 2005—2015年第一产业与第二产业水资源消耗结构偏差系数

2.2.2 第一与第三产业水资源消耗结构偏差系数

图2为西北五省第一产业与第三产业水资源消耗结构偏差系数。由图2可知，西北五省第一产业与第三产业水资源消耗结构偏差系数特征为总体数值偏高、除个别年份外平稳波动。从数值来看，除个别年份外，西北五省的第一产业与第三产业水资源消耗结构偏差系数较为平稳且大于1.0，说明水资源在第一产业和第三产业间离达到最优分配尚有较大发展空间；从变化趋势上看，尽管结构偏差系数大于1.0，但整体呈下降趋势，表明第一产业与第三产业的水资源消耗结构变动速度较慢，而产业结构变动较快，产业结构变动并不能带来水资源消耗结构的同步变化，水资源消耗结构变动具有滞后性。总体来说，西北五省水资源在第一产业和第三产业之间也未能达到最优分配。主要是由于第三产业逐步在地区经济中占据主导地位，第三产业的发展带动了水资源消耗结构的调整，水资源消耗结构趋向合理化。这就需要西北五省在第二产业部门达到一定规模时，对产业结构的调整要转向水资源使用效益更高的第三产业部门，提高第三产业用水的比重，带动水资源消耗结构变动。

图2 2005—2015年第一产业与第三产业水资源消耗结构偏差系数

2.2.3 第二与第三产业水资源消耗结构偏差系数

图3为西北五省第二产业与第三产业水资源消耗结构偏差系数。由图3可知，西北五省第二产业与第三产业水资源消耗结构偏差系数特征为围绕1.0上下剧烈波动。从数值来看，除个别年份外，第二产业与第三产业水资源消耗结构偏差系数的取值围绕1.0上下波动，这说明西北五省的水资源正逐步实现由工业向服务业的合理转移分配；从变化趋势上看，西北五省的第二产业与第三产业水资源消耗结构偏差系数波动性较大，说明水资源虽然从工业到服务业的分配转移将使消耗更有效率，但是这种转移程度不大。总体来说，西北五省的水资源在第二产业与第三产业之间的配置基本达到最优效率的状态。21世纪以来，西北五省工业逐步由传统的资源依赖性重工业向技术密集型工业过渡，产值上升的同时用水量下降。第三产业对水资源的消耗较少，而且其中的科学研究、技术服务、卫生、社会保障和社会福利业等产业对水资源的消耗有助于水资源的保护和可持续使用。对比可知，西北五省的第二产业与第三产业的水资源消耗结构偏差系数小于第一产业与第二产业、第一产业与第三产业的水资源消耗结构偏差系数，这说明西北五省水资源消耗结构与产业结构不协调现象严重，并处于不断加剧的状态，这也为西北五省水资源消耗结构转型与产业结构转型优化提出了要求。

图3 2005—2015年第二产业与第三产业水资源消耗结构偏差系数

3 结论与建议

通过改进C-D生产函数，结合Romer阻尼模型，测算了西北五省地区经济增长的水资源增长阻尼；进一步依据结构偏差系数，测算西北五省水资源消耗结构和产业结构的关系和变化趋势，研究发现：

a. 从水资源量对经济增长的影响看，第二产业存在水资源增长阻尼的地区较第一、第三产业要多，这说明虽然西北五省的经济增长不断优化，但第二产业仍是地区发展的主导产业，仍十分依赖于水资源的投入。此外，较少地区存在水资源对第一产业的增长阻尼，这与西北地区农业水资源投入充足有关；资本和技术的产出弹性均大于劳动和水资源的产出弹性，说明西北五省经济增长正在从劳动密集型转为资本密集型和技术密集型，通过加大对资本和技术的投入，可以有效地加快地区经济增长。

b. 从水资源结构对经济增长的影响看，西北五省第一产业与第二产业、第一产业与第三产业之间的水资源消耗结构偏差系数均大于1.0，即产业结构变化率大于水资源消耗结构变化率，且两者之间差距显著。说明西北五省产业结构变化较快，水资源消耗结构变化慢于产业结构变化，西北五省在进行产业转型升级过程中需要加大水资源消耗结构调整，使第一、第二产业和第一、第三产业之间相互协调；西北五省第二产业与第三产业水资源消耗偏差系数趋向于1.0，表明西北五省的水资源正逐步实现由第二产业向第三产业合理转移分配，水资源分配基本达到最优效率的状态。西北五省在工业发展达到既定规模后，需要继续提高第三产业用水比重，尤其是公共保障部门的投入，提高用水效率。

随着西北五省经济的高速发展，水资源紧缺现状将日益严重，为缓和目前水资源需求大于供给的现状，提出以下建议：

a. 坚持节约集约用水，降低水资源约束。①发展高效节水灌溉，促进现代农业建设。甘肃地区作为西北五省唯一受到农业水资源约束的省份，目前工作重点应当是加快完善农田灌排体系，着力加强水利基础设施网络建设，全面实施区域规模化高效节水灌溉行动，大力推广喷灌、微灌、管道输水等先进节水灌溉技术，增加高效节水灌溉面积，降低高耗水农作物的种植面积，夯实农业发展基础，巩固提升粮食产能。②建立健全水资源管理制度，严格治理工业水污染，提高工业用水效率。除甘肃省外，均应以实行最严格的水资源管理制度为抓手和切入点，对工业生产区设置限制纳污三条红线，积极推行河长制，明确区域考核目标，从源头上扭转水环境恶化趋势；同时增加第二产业用水的重复利用率，减少工业水资源消耗。③提高第三产业的用水比重，不断提升水利公共服务能力。青海、宁夏和新疆均存在第三产业水资源增长阻尼，水资源约束严重限制着第三产业的发展，这就要求提高第三产业用水量以满足产业发展需要。同时西北五省都应加大对科学研究和社会福利保障等公共部门的水资源投入，积极推进“互联网+”现代水利和智慧水利建设，以水利信息化带动水利现代化，不断提升水利公共服务能力，提高社会福利，实现对水资源的有效保护，以保障三次产业的水资源可持续使用。④建立明确的水资源产权制度，将水资源的所有权与使用权隔离，以实现水资源的有偿使用及转让，促进水资源的最优化配置。此外，还可以加快南水北调等调配水资源工程的建设步伐，将水资源丰富地区的水资源调往水资源紧缺的地区，使富余水资源得到充分利用。

b. 优化用水结构，实现水资源消耗结构和产业结构协调发展。①依托产业结构合理配置水资源。虽然农业是西北五省的基础性产业，但近年来农业比重有所下降，第二、第三产业比重不断上升。因此，应积极将水资源调配到第二、第三产业，紧跟西北五省第二、第三产业发展步伐，以实现西北地区产业结构优化和经济发展，做到精准扶贫、精准脱贫。②“以水定产”，量水而行。围绕深化供给侧结构性改革，深化水价综合改革，激励用水主体，通过提高资本、技术和劳动投入，加快水资源消耗结构调整，利用水资源约束，倒逼产业结构调整和经济增长，推进形成人水和谐的发展方式和生活方式。