基于SE-SBM 模型的新疆农业水资源利用效率测算及影响因素研究

周文文，卢泉，2

（1.塔里木大学 经济与管理学院，新疆 阿拉尔 843300；2.华中农业大学 经济管理学院，湖北 武汉 430077）

一、引言

农业水资源使用效率的高低决定了农业用水安全和生态安全［1］。受产业结构影响，新疆农业用水量常年占据经济社会用水总量的90%以上，高居全国之首。而单方水GDP 产出量仅为全国的1/7（水利部发展研究中心，2018），农业灌溉水利用系数仅为 0.542［2］，用水效率和效益偏低。作为集干旱区、生态脆弱区、脱贫攻坚重点巩固区的特殊区域，如何提高新疆农业水资源利用效率不仅对新疆农业的可持续发展有重大影响，而且关乎新疆乃至我国的生态安全，对于巩固脱贫攻坚，衔接乡村振兴也具有重要的理论和现实意义。

近年来，国内外许多学者对水资源效率进行相关测算研究。在研究内容上，主要集中于工业水资源效率测算［3，4］、工业水资源效率影响因素［5，6，7］、城市水资源效率分析［8，9］、综合用水效率测度［10，11］等方面。目前，关于新疆农业水资源利用效率的研究较少，在内容上仍需拓宽。在研究方法上，多用比值法［12］、传统数据包络分析方法（DEA）［13］等，这些方法都存在一定缺陷，如比值法受计量单位的约束，传统数据包络分析方法忽略松弛变量对效率测度的影响等。杨骞等将农业增加值作为期望产出、农业废水中的污染物排放量作为非期望产出指标对我国农业水资源效率进行测算［14］。这类模型不仅考虑投入指标及期望产出指标，还考虑到非期望产出指标，所测结果更能反映实际情况。基于此，本文将2008～2019 年新疆14 个地州市农业相关数据为样本，采用含有非期望产出的超效率SBM 模型，即SE-SBM 模型测算新疆14 个地州市农业水资源利用效率，研究其时空差异，并运用Tobit 模型分析其影响因素，以期为农业的可持续发展政策提供现实依据。

二、研究方法与数据

（一）研究方法

Tone 和Sahoo 提出了考虑非期望产出的效率测度模型——超效率SBM 模型，其不仅消除了因径向、角度选择差异带来的偏差和影响，还包含污染等非期望产出，且可以对多个最优效率决策单元进行排序［15］。因此本文选取超效率SBM 模型对新疆14个地州市（DMU：Decision Making Unit）农业水资源利用效率进行测度，数学表达式为：

式中：θ 为目标效率值，即农业水资源利用效率；N 为投入指标；M 为期望产出指标；I 为非期望产出指标；x、y、b 分别为N、M、I 的向量分别为N、M、I 的松弛量表示生产单元在时期的投入产出值；为决策单元的权重系数。当θ ≥1 时，表示投入与产出达到理想水平，即能够以较少的投入获得较大的期望产出和较少的非期望产出，此时该DMU 有效且θ 越大，效率越高；当θ＜1 时，说明投入与产出未达到理想状态，存在一定的效率损失，需要进行调整，此时该DMU 相对无效。

（二）指标体系与数据来源

在农业生产中，土地、劳动力、资本等投入是必不可少的，在这过程中无法避免的会带来非期望产出，而水资源利用效率可理解为水资源投入与其带来的经济、社会与生态方面产出的比率［2］。借鉴相关文献［16］中的指标体系，根据指标的可获取性、合理性和科学性，选择农业就业人员数量（万人）、农作物播种面积（千公顷）、农业机械总动力（千瓦）、农业生产用水总量（亿立方米）、化肥施用量（吨）（折纯）作为投入指标，农业总产值（万元）为期望产出指标，计算出农业碳排放量（万吨）为非期望产出，构建了新疆农业水资源利用效率测算指标体系（见表1）。

三、新疆农业水资源利用效率测算及分析

（一）新疆农业水资源利用效率时序演变特征

依据上述模型及方法，利用 MaxDEA 8，采用含有非期望产出的SE-SBM 模型对新疆及14 个地州市农业水资源利用效率进行测度，并依据测度结果做出新疆及各地州市农业水资源利用效率时序变化曲线（见图1 和图2）。

由图1 可知，研究期内新疆地区总农业水资源利用效率整体呈先下降再缓慢上升的趋势，由0.85下降至0.686，下降19.29%，后由0.686 上升至0.73，上升6.41%。由图2 可知，新疆各地州市农业水资源利用效率时序变化曲线呈现多种态势，差异明显。根据其总体变化趋势可以分为持续增长型、稳定型和不稳定型三类。水资源利用效率变化呈持续增长型的地区为克拉玛依市和吐鲁番地区，均属于效率最优水平。乌鲁木齐、巴州、昌吉、哈密、阿勒泰、克州和阿克苏呈现稳定型变化趋势，其中研究期内巴州属于效率最优水平，而其他六个地州市平均效率均小于0.6，其中克州的平均效率值最低。博州、伊犁州、塔城地区、喀什地区、和田地区呈不稳定型，其中博州、伊犁州和塔城地区属于效率偏高水平，喀什地区及和田地区属于效率偏低水平。不同时间段期变化趋势不同，整体效率值在2008～2010 年急剧下数据来源于2009-2020 年《新疆统计年鉴》，其中非期望产出指标碳排放量计算及化肥生产的碳排放系数、农业机械使用的碳排放系数、农业灌溉的碳排放系数均来自相关文献［17］。降，2010 年至2019 呈缓慢上升趋势，其中未有年份效率值达到1，可见新疆地区水资源利用效率水平较低，存在较大提升空间。

图1 2008-2019 年新疆地区水资源利用效率时序变化曲线

图2 2008-2019 年新疆各地州市水资源利用效率时序变化曲线

（二）新疆农业水资源利用效率空间演变特征

选取2008 年、2013 年、2019 年新疆各地州市农业水资源利用效率值并将测算结果依据相关研究［18］把水资源利用效率水平划分为6 个区间段并运用ArcGIS 制作了新疆地区农业水资源利用效率空间演变图（见图3）。

图3 新疆农业水资源利用效率空间演变图

由图3 可知，新疆14 个地州市在三个时期内的农业水资源利用效率水平存在较大差异。整体来看农业水资源利用效率空间变化呈现由南高北低到北高南低。2008 年效率值呈现出南高北低态势，南疆效率高的地区明显多于北疆，其中处于较高效率水平且农业水资源利用效率大于1 的地区有克拉玛依市、吐鲁番市、巴州、塔城、和田及喀什六个地区，昌吉州、伊犁州及博州农业水资源利用效率在0.7～0.8之间，其他五个地区农业水资源利用效率均小于0.7。2013 年效率值呈现出南低北高态势，北疆效率高的地区多于南疆，其中克拉玛依市、吐鲁番市、巴州及伊犁州处于较高的农业水资源利用效率水平，其次为博州，其效率值介于0.7～0.8 之间，其他九个地区效率均小于0.6，处于效率较低水平。2019 年效率值呈现出南低北高态势，北疆效率高的地区明显多于南疆，其中克拉玛依市、吐鲁番市、巴州、博州及塔城五个地区处于较高的农业水资源利用效率水平，其他九个地区效率值均小于0.7，效率水平较低。

自2011 年《中共中央国务院关于加快水利改革发展的决定》发布，2013 年国务院推出《实行最严格水资源管理制度考核办法》之后，新疆农业水资源效率持续上升。克拉玛依市人均GDP 在新疆地区排名第一，经济发展水平较高，更多的资金可以用于提高农业水资源效率；吐鲁番市作为新疆率先开展水权交易的改革地区［19］，不仅实现了该地区水资源的高效利用，还为其经济发展提供了水资源保障；巴州自2002 年起就开始实行用水总量控制制度，对各县市、兵团、州直农场等用水单位用水总量进行宏观控制［20］；博州人均水资源占有量是新疆人均水资源占有量的1.4 倍，较好的资源禀赋使得博州水资源利用效率保持在较高水平；喀什地区水资源效率降低原因可能是喀什地区在2009 年实行了金融支持林果业等，推动了地区林果业发展相关政策［21］，侧重于林果业的经济效益方面，忽视了其水资源利用效率方面的投入；水利厅于2012 年对伊犁州编制高效节水标准化方案，从技术、资金和管理上大力扶持该地区节水工作［22］，从图3 也可看出伊犁州在2013 年水资源效率保持较高水平，但在2019 年急剧下降，是由于该年种植结构不合理、种植生产成本高造成农户生产效益低，进而使得水资源利用效率变低；其他地区效率较低，一方面是自然条件，温带大陆性干旱气候、蒸发量强导致这些地区农业用水效率较低；另一方面是经济条件，和田、阿克苏等地区的经济水平相对落后，二三总产值较低，农业在国民经济中占据绝对主导地位，需水量大而增加值低，抑制了农业水资源利用效率水平的提高。

四、新疆农业水资源利用效率影响因素分析

（一）模型与变量选择

超效率SBM 计算出水资源利用效率是最小值为0 的受限因变量，若使用普通最小二乘法（OLS）回归会使参数估计出现偏差，因此本文选择Tobit 模型分析新疆农业水资源利用效率的影响因素，模型构建如下：

在新疆农业发展及相关研究的基础上［2］，本文选取以下影响因素，并做出相应假设：H1：经济发展水平与农业水资源利用效率呈现正相关。以人均GDP 来衡量地区经济发展水平（X1），经济状况较好的地区能够分配一定的资金来进行水资源效率提升等举措，而经济状况较差的地区可能存在以高耗水为代价换取经济增长情况；H2：节水灌溉水平与农业水资源利用效率呈现正相关。节水灌溉水平（X2）计算方法为节水灌溉面积占农作物总播种面积的比值。在农作物播种面积不变的情况下，节水灌溉面积越高，则水资源利用效率越高；H3：农作物种植结构与农业水资源利用效率呈现负相关。用粮食作物播种面积占农作物总播种面积的比值表示农作物种植结构（X3），由于农作物生长耗水量存在差异，所以农业种植结构的差异会影响农业产值，进而影响农业水资源利用效率；H4：资源禀赋与农业水资源利用效率呈现负相关。以人均水资源量来衡量资源禀赋（X4），水资源越充足的地区，节水意识越弱，水资源利用效率越低；H5：固定资产投资力度与农业水资源利用效率呈现正相关。以第一产业固定资产投资总额占第一产业总产值的比值表示固定资产投资力度（X5），充足的资产投入可以提供农业发展所需的设施、设备，可以在增产、节水的同时提高水资源利用效率；H6：产业结构与农业水资源利用效率呈现正相关。以第一产业生产总值占GDP 的比值表示产业结构（X6），产业结构越高的地区，第一产业产值越高，那么该地区会对第一产业资源投入越多，有利于提高农业水资源利用效率。数据来源于《新疆统计年鉴》，具体指标描述见表2。

表2 相关变量指标描述统计

（二）影响因素分析

以效率值为因变量，上述X1～X6 的6 个影响因素为自变量构建模型，运用DPS 软件进行Tobit 回归分析。

由表3 可知：（1）经济发展水平在1%的显著水平条件下对农业水资源利用效率产生正向影响，与假设H1 相符。在其他要素不变的情况下，经济发展水平每增长1 个单位，农业水资源利用效率提高0.15 个单位。这表明较高的经济发展水平对提高农业水资源利用效率有促进作用。（2）节水灌溉水平对农业水资源利用效率在1%的水平上显著正相关，表明节水灌溉面积越大，水资源利用效率越高，这与假设H2 相符。系数为0.93 表示在其他条件不变得情况下，节水灌溉水平每增长1 个单位，农业水资源利用效率就提高0.93 个单位。（3）农作物种植结构在1%的显著水平条件下对农业水资源利用效率产生负向影响，粮食作物经济效益低且耗水量高［23］，粮食种植比重越高，耗水量越高，经济效益越低，农业水资源利用效率就越低，这与假设H3 相符。系数为-1.01 表示在其他条件不变得情况下，农作物种植结构每增长1 个单位，农业水资源利用效率就降低1.01 个单位。（4）资源禀赋对农业水资源利用效率在1%的水平上显著负相关，与假设H5 相符。在其他要素不变的情况下，资源禀赋每增长1 个单位，农业水资源利用效率下降2.8 个单位。这与赵敏等［24］研究结果一致。（5）固定资产投资力度在10%的显著水平条件下对农业水资源利用效率产生负向影响，这与假设不符，通常来说，较大的固定资产投资力度对提高水资源利用效率产生正向影响，任志安等［20］认为未产生正向影响的原因是固定资产投资效果不佳，投入资金小于产出效益，就造成水资源利用效率不高的情况。（6）产业结构对农业水资源利用效率在1%的水平上显著正相关，与假设H6 相符。系数为0.03 表示在其他要素不变的情况下，产业结构每增长1 个单位，农业水资源利用效率就提高0.03 个单位。

表3 新疆农业水资源利用效率影响因素分析结果

五、结论与建议

（一）结论

本文运用超效率 SBM 模型和Tobit 模型对2008年～2019 年新疆农业水资源利用效率及其影响因素进行了测算及分析。研究结果表明：

第一，整体来看，新疆农业水资源利用效率呈先下降再缓慢上升的变化趋势；农业水资源利用效率空间变化呈现由南高北低演变成北高南低；按平均农业水资源利用效率的地区排序为：克拉玛依市＞吐鲁番市＞巴州＞塔城地区＞博州＞伊犁州＞昌吉州＞哈密市＞喀什地区＞乌鲁木齐市＞和田地区＞阿克苏地区＞阿勒泰地区＞克州。

第二，在影响新疆农业水资源利用效率的因素中，经济发展水平、节水灌溉水平及产业结构与水资源利用效率呈正相关，影响程度排序为：节水灌溉水平＞经济发展水平＞产业结构；农作物种植结构、资源禀赋及固定资产投资力度与水资源利用效率呈负相关，影响程度排序：资源禀赋＞农作物种植结构＞固定资产投资力度。

（二）建议

根据上述结论提出以下几点建议：

第一，改变现阶段新疆农业水资源利用效率北高南低的情况，重点提高克州、阿勒泰、阿克苏、和田等地区水资源利用效率，抓住对口援疆、向南发展的机会，调整经济结构，提高二、三产业比例，促进三产融合，进而提高水资源产出效益；

第二，优化种植结构，促进农业水资源优化配置。优化种植结构的目的在于使用最小灌溉水量得到最大种植收益，使农业水资源配置状态达到最优水平。同时，农作物生长耗水量存在差异，在不影响粮食安全的前提下，用耗水量低、经济效益高的农作物替代耗水量高、经济效益低的农作物，在降低耗水量的同时提高收益；

第三，加大农业节水宣传教育，增强农户节水意识。各地区政府应开展农业节水宣传教育活动，如定期开展农业节水讲座、农业节水技术培训班等，可使农户了解到水资源紧缺现状，提高农户的节水和水资源保护意识，降低资源禀赋对农户水资源利用的负向影响，进而提高农业水资源利用效率。

第四，提高第一产业固定资产投资的精确度，避免乱投资、泛投资，在投资前要进行合理的评估测算，判断投入是否能够达到预期效果，若达不到，如何提升其使用效果，避免投入过大、效果不佳的情况，造成资源浪费。