农业高质量发展与农业水足迹的脱钩关系研究——基于黄河流域9省的实证分析

薛选登，冯誉萱

（河南科技大学商学院，河南 洛阳 471000）

0 引 言

高质量发展是全面建设社会主义现代化国家的首要任务，农业高质量发展是高质量发展的基础和关键，水是农业的命脉，水资源的高效利用是农业高质量发展的重要环节。黄河流域是我国重要的农业生产基地和生态保护区，推进黄河流域农业高质量发展和生态保护，事关我国经济社会发展和生态安全。数据显示，2020年，黄河流域水资源总量为6 493.67 亿m3，农业用水占比高达68.8%，高于全国平均水平2.8 个百分点。巨大的农业水资源消耗已成为黄河流域突出的生态问题，因此，如何实现农业高质量发展与农业用水相匹配已成为新时代背景下迫切需要解决的问题。

农业水足迹能够对农业生产过程中的真实耗水量进行量化，是衡量农作物消耗水资源总量的重要指标[1]，农业水足迹不仅改变了农业水资源消耗采用农田灌溉用水量衡量的传统模式，还拓宽农业水资源管理的范畴。农业水足迹在研究范围上，主要集中在全国[2]、河流[3]及省际[4]范围；在测度方法上大致分为2类：一是测量生产与消费过程中农业对水资源消耗和影响的物理指标，包括农业蓝水足迹、农业绿水足迹和农业灰水足迹；二是运用“自上而下”法和“自下而上”法进行测度，“自上而下”法在虚拟水贸易中广泛运用[5]，“自下而上”法计算结果体现了消费结构对水足迹的影响，广泛运用于计算农产品虚拟水含量中[6]。

脱钩反映经济发展与资源消耗的反向变动关系，用来阐述经济发展与资源及能源消耗之间的依赖关系[7-9]。通过梳理相关文献可知，多数学者采用脱钩理论对经济高质量发展与水资源两者的关系展开研究[10]；而又有部分学者在水资源范围上进行了进一步的探索，从水资源短缺和污水严重的双重视角，对农业灰水足迹与农业经济增长的脱钩关系进行研究[11]。但是学术界关于农业高质量与农业水足迹脱钩关系的研究较为稀缺。首先，现有研究从全国、省际及流域等角度进行研究，对黄河流域的研究相对较少；其次，现有研究多集中于经济高质量发展与水资源利用两者的关系，针对农业高质量发展与农业水足迹两者关系的研究较少；第三，农业水足迹为研究农业用水状况提供了新视角，其与脱钩理论的有机结合也为保护环境和资源节约等方面做出有利贡献，但已有研究多局限于对环境与经济脱钩状态的客观性阐述，涉及脱钩状态背后影响因素作用大小与趋势的研究较少。

农业高质量发展与农业水足迹的脱钩能够在最大限度内降低黄河流域农业高质量发展对农业水足迹的依赖程度，不仅满足资源节约的需要，同时也符合环境保护的需求，进而在一定程度上推动农业高质量发展进程[12]。基于此，本文以黄河流域9 省作为研究对象，基于熵权TOPSIS 法构建农业高质量发展评价体系，评价黄河流域农业高质量发展水平，再运用Tapio 脱钩模型得出农业高质量发展与农业水足迹的脱钩系数，并运用LMDI 模型将脱钩驱动因素进行分解，探究其内在驱动因子作用大小与趋势，为实现黄河流域农业高质量发展与农业水足迹的协调发展提供科学的依据。

1 研究方法与数据来源

1.1 研究方法

1.1.1 熵权TOPSIS法

第一步，归一化。对优选指标原始数值xij作归一化处理得到x′ij。

第二步，确定熵值。

其中：k= 1/lnm（当fij=0时，fijlnfij= 0）。

第三步，确定熵权。

第四步，确定最优、最劣方案与距离。

式中：Ki+=(K1+,K2+,…,Kn+)为最优方案；Ki-= (K1-,K2-,…,)为最劣方案；d+i为最优方案的距离；d-i为最劣方案的距离；D为相对距离；GDI为农业高质量发展水平。

1.1.2 Tapio弹性脱钩模型

Tapio 弹性脱钩模型建立农业高质量发展水平与农业水足迹脱钩状态的公式，构建的脱钩模型公式为：

式中：e为脱钩系数；ΔWF为农业水足迹变化率；ΔGDI为黄河流域各省农业高质量发展水平；WFt为第t期末的水足迹总量；WF0为基期水足迹的总量；GDIt为第t期末各省农业高质量发展水平；GDI0为基期各省农业高质量发展水平。

基于既往有关脱钩指数划分的参考文献[13]，将脱钩指数分为8种情况，如表1所示。

表1 基于Tapio模型的脱钩状态分类表Tab.1 Decoupling state classification table based on Tapio model

8种脱钩状态中，定义强脱钩为“最理想脱钩”状态，该状态下农业高质量发展与农业水足迹呈反比例的关系。定义弱脱钩、扩张性连接、扩张性负脱钩3种状态为“中间状态”，这3种状态通常出现在农业发展的初期和中期，是粗放型农业向可持续发展农业转型的过渡状态，该阶段会消耗大量的水资源，但仍能为农业发展带来收益。定义弱脱钩为“相对理想”状态，该状态也是同弱脱钩、扩张性连接、扩张性负脱钩3种状态比较得出的理想状态。定义强负脱钩状态为“最不理想”状态，该状态下农业高质量发展不能随着资源的消耗而上升。定义弱负脱钩、衰退性连接和衰退性脱钩3种状态为“比较不理想”状态，虽然他们都能反映农业高质量发展与农业水足迹的双重减弱关系，但衰退性脱钩远不及弱负脱钩状态。

1.1.3 LMDI脱钩模型

本文参考已有研究[14,15]，采用指数分解法中的对数平均迪氏分解法(LMDI)从技术效应、规模经济、常住人口3 个方面，进一步深化对黄河流域农业高质量发展水平与农业水足迹脱钩驱动因素的分化与分析。对上述Tapio 弹性脱钩模型进一步推导得到：

式中：WFi为农业水足迹总量；GDI为农业高质量发展水平；P为某地区常住人口。

对上式进行改写：

式中：T=WFi/GDI为技术效应；L=GDI/P为规模经济效应；P为人口规模效应。

“脱钩”反应过程的趋向性，同时更强调“脱钩”行为是一个调整的过程，需要一定周期和成本[16]。既往的研究中常将一年设置为一个周期，但技术发展、经济规模等效应需要一定的时间才可以发挥相应的作用，因此该文将研究周期设置为两年。农业水足迹变化量为ΔWF=WFt-WF0，可以进一步分解为以下3个变量：

式中：ΔWFT为技术效应变化对水足迹的影响的贡献值；ΔWFL为规模经济效应变化对水足迹的影响的贡献值；ΔWFP为人口规模效应变化对水足迹的影响的贡献值，若贡献度为正，则为增量效应，反之则为减量效应。

结合上述式子，可以推导出农业高质量发展与农业水足迹脱钩驱动效应分解模型：

式中：eT代表技术效应引起的脱钩因子的变化；eL代表规模经济引起的脱钩因子的变化；eP代表人口规模引起的脱钩因子变化。

1.2 指标体系与数据来源

1.2.1 农业高质量发展指标体系

农业高质量发展指标构建借鉴相关学者研究成果[17]，变量指标及说明如表2所示。

表2 黄河流域农业高质量发展评价指标体系Tab.2 Evaluation index system of agricultural high-quality development in the Yellow River Basin

在农业经济发展的数量方面，主要体现在“创新”中的农业机械化水平、农业财政投入占比和农业科技人员情况，“协调”中的农业产业结构调整指数促进作用；在农业发展质量方面，主要体现在“共享”中的农民收入水平、公共卫生水平、城镇化率和城乡居民人均消费之比用以衡量民生的改善，“绿色”中的节水灌溉比重、万元农业增加值电力消耗和化肥使用强度以衡量环境友好程度；在农业发展效益方面，黄河流域对外开放不断深化、民生福利提高，经济结构包括产业结构和城乡二元结构两个方面。“协调”中的城乡二元结构用二元对比系数进行表征，“开放”中的利用农产品外贸依存度能够反映黄河流域农业国际贸易结构由农产品外贸依存度表征。

1.2.2 数据来源

该文选取黄河流域9 省份作为研究对象，汇总并计算2010-2020年各类研究数据。

农业高质量发展指数各指标所使用的数据来源于《中国统计年鉴》《中国农村统计年鉴》及各省份统计年鉴，对于某一年份数据有缺失的采取插值法补齐。

农业用水量采用“自下而上”的方法，通过每单位农产品的虚拟水含量乘以农业产品产量计算[[18,19]。由于该文对水量足迹的计算是一个大致估算，因此研究期内每年单位农产品虚拟水含量均用相同的值表示。粮食作物、油料作物、棉花、水果等主要农作物单位产品虚拟水含量借鉴孙才志[[20,21]研究成果，具体数值见表3。

表3 黄河流域九省主要农产品单位质量虚拟水含量m3/kgTab.3 Virtual water content per unit mass of main agricultural products in nine provinces of the Yellow River Basin

2 实证分析

2.1 农业高质量发展水平测度

黄河流域9 省农业高质量发展水平结果见表4。对于2010-2020年，将2011-2012年定义为T1 时期，将2013-2014年定义为T2 时期，将2015-2016年定义为T3 时期，将2017-2018年定义为T4时期，将2019-2020年定义为T5时期。

表4 黄河流域9省农业高质量发展水平Tab.4 High quality development level of agriculture in nine provinces of the Yellow River Basin

根据图1 和表4，整体来看，9 省区的农业高质量发展水平处于偏低水平，各省份在波动中缓慢上升，农业高质量发展水平呈现中西南低、东部高的空间格局。其中甘肃省、山东省和河南省农业高质量发展水平处于前三位置，甘肃省均值达到0.27，在9 省的农业高质量发展中处于第一位的水平，近年来甘肃省不断转变农业发展方式，积极转化农业生产动力，落实乡村振兴战略、统筹推进农业农村现代化发展[22]，为全省农业高质量发展打下了坚实的基础。山东省和河南省在五个时期内农业高质量发展处于较平均水平，农业高质量发展稳中有升，这说明两省整体发展趋势较好，上升速度较快，有较大的未来发展空间。内蒙古区、陕西省和青海省这三省区农业高质量发展水平在黄河流域处于中等水平。山西省、宁夏区和四川省靠后，这3个省区农业高质量发展水平均值低于全流域均值0.256，这3 个省份的部分区域迫切需要农业转型等一系列措施来实现农业高质量发展。

图1 黄河流域 9省区农业高质量发展水平Fig.1 High quality development level of agriculture in 9 provinces and regions of the Yellow River Basin

2.2 黄河流域9省农业水足迹的变化

黄河流域农业水足迹构成如表5 所示，在这5 个时期中农业总水足迹处于持续上升趋势，其中，棉花水足迹总量在五个时期内呈现出持续下降趋势，油料作物、粮食作物与水果水足迹则均呈现上升趋势，粮食作物总水足迹占比达到93.94%，在农业总水足迹中占比最大，水果总水足迹次之，占比为3.4%。

表5 黄河流域9省农业水足迹构成Tab.5 Composition of agricultural water footprint in nine provinces of the Yellow River Basin

黄河流域9 省人均水足迹均值为405.35 m3，最高值为T4时期。农业水足迹匮乏指数总体呈现先增加后下降趋势，在T3 时期达到峰值，也就是说T3 时期黄河流域9 省区的水资源最为匮乏，在T1时期水资源压力最轻。原因是T1时期处于农业发展初期，尽管在这个时期会消耗大量的水资源，但是农业发展规模有限，所以水资源消耗不会有很大的压力，但随着经济的发展进入到T3 时期，水资源消耗不能伴随着农业规模的扩大而匹配，因而达到水资源压力最大状态，2016年以后随着黄河流域高质量发展概念的提出，各省份采取提高节水技术等相应的措施，以达到高质量发展，此时水资源的消耗会相应减少。在这5 个时期，虽然自T3 时期后农业水资源的压力得以缓解，但该指标数值使依然非常大，这说明目前农业用水总量远远不能为当前的生产提供符合现实的需求。水资源利用效率一直保持1%的水平，这代表当前农业用水效率仍然不高且承受非常大的压力。

2.3 农业高质量发展与农业水足迹的脱钩关系

利用ArcGIS10.2 软件将黄河流域九省5 个时间段的脱钩状态进行可视化分析，展示黄河流域九省脱钩状态的空间差异（图2）。再由表6 结合图2 可知，黄河流域9 省区农业高质量发展与水资源消耗之间的脱钩变化，具体如图2 所示。

图2 黄河流域农业高质量发展与农业水足迹的脱钩状态空间格局Fig.2 Spatial pattern of decoupling state between agricultural high-quality development and agricultural water footprint in the Yellow River Basin

表6 5个时期黄河流域各省份总体脱钩状态分析Tab.6 Analysis of the decoupling status of provinces in the Yellow River Basin during the five periods

2.3.1 时间维度较为平稳

整体上看，5个时期内有3个省区达到强脱钩的“最理想”状态，保持相对稳定状态，除T1 和T5 时期没有达到“最理想”状态，在T2、T3 和T4 时期均达到“最理想”状态。自《黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要》成为黄河流域生态保护和高质量发展工作的执行原则以来，在质量和效率这两个方面上极大地推动了黄河流域农业高质量发展与农业水足迹相匹配。然而强负脱钩的“最不理想”状态也贯穿了五个时期，部分地区农业发展形势变革不完全，农业高质量发展与农业水足迹的关系难以匹配，难以有效推动黄河流域农业高质量发展进程。

2.3.2 地区空间差异明显

黄河流域9省脱钩呈现出不同的态势，脱钩状态大致呈现“中西南低，东部高”，不同省区表现出的脱钩状态存在明显差异。山东省5个时期均保持弱脱钩的“相对理想”状态；甘肃省、宁夏区、内蒙古区、山西省和河南省一半以上的时期达到弱脱钩的“相对理想”状态；四川省将近一半的时期处于强负脱钩的“最不理想”状态，但是该省最终达到弱脱钩的“相对理想”状态；宁夏区在弱脱钩和强负脱钩中波动，最终处于强负脱钩的“最不理想”状态。

山东省在这5 个时期一直处于弱脱钩的“相对理想”状态，相对于其余8个省份农业高质量发展与农业水足迹的链接耦合趋势较弱，这与一开始该省份依靠农业发展有一定的联系。河南省由强负脱钩进入弱脱钩，这表明在T1 时期河南省农业发展处于衰退时期，随着农业的发展，农业水足迹消耗也随之增多，进入到“相对理想”状态。内蒙古区除T2 时期为强负脱钩状态的“最不理想”状态，其余4个时期均达到弱脱钩的“较为理想”状态。陕西省和山西省这两个省份农业脱钩状态在5个时期内由扩张性负脱钩的“中间状态”逐步进入到弱脱钩的“相对理想”状态，并且分别在T2、T3和T4时期达到强脱钩的“最理想”状态。宁夏区在这5个时期内从弱脱钩逐步向强负脱钩过渡，即：“最不理想”状态。甘肃省在这5个时期由“弱脱钩—强负脱钩—弱脱钩”状态，这表明在T3 和T4 时期，随着农业的进一步发展，甘肃省不能满足当地对于水资源的需求。四川省在T1、T2、T3 和T4 这4 个时期处于强负脱钩状态，在T5 时期达到弱脱钩状态，因为2008年农业农村部加快建立生态补偿制度，2011年四川省部分县区明确执行该政策，但是由于补偿不公平、标准偏低和管理体系不健全，出现了环境治理效果不明显和后续农业高质量发展进程较慢等问题，导致了四川省农业高质量发展水平处于持续的“最不理想”状态，2019年，四川省实施《黄河流域干支流“一河（湖）一策”方案》，确保黄河流域四川段农业水资源利用达到理想状态，因此T5 时期达到了“较为理想阶段”。

2.4 脱钩驱动因素分析

本文运用LMDI 模型对脱钩进行驱动因素分解，3 个因素在5个时期内的作用结果见图3。

图3 5个时期脱钩驱动因子变化Fig.3 Changes of decoupling driving factors in the five periods

2.4.1 技术效应脱钩因子

技术效应脱钩因子除个别时期外，其余时期均为负向驱动因子。5个时期内，驱动效应绝对值逐年段上升，但增长幅度不大。这表明在该因子的作用下农业高质量发展水平增长速度低于农业水足迹的增长速度。与中部和东部沿海地区相比，青海、宁夏和甘肃等地区受地理位置等因素的制约，农业水足迹总量较少，进而技术改进脱钩因素影响并不明显。在农业高质量发展与农业水足迹的脱钩关系中，由于黄河流域9省区生产技术水平差异，技术效应脱钩驱动因子发挥的驱动作用不尽相同。黄河流域是我国主要的农业生产区，作为耗水大户，应大力推广先进节水技术，更好地实现节水技术现代化。

2.4.2 规模经济脱钩因子

规模经济脱钩因子除青海省和四川省外，其余7 省在5 个时期内均为正向驱动因子。且5个时期规模经济脱钩因子的绝对值较小，也说明该因子对农业高质量发展与农业水足迹产生一定的抑制作用。规模经济增加时，农业水足迹增长速度放缓，规模经济减小时，农业水足迹增长速度回升。多年来黄河流域采取粗放式农业，资源承载能力达到极大值，该种经济模式与新常态要求无法匹配，因此农业高质量发展要满足人民更高层次的需要。

2.4.3 人口规模脱钩因子

人口规模脱钩因子除个别时期外，其余时期均为正向驱动因子。但是由于5个时期内因子绝对值较小，也说明人口数量脱钩驱动因子对整体脱钩关系的影响较为微弱，人口数量的变动一直处于相对稳定的状态。其中甘肃省和山西省在这5个时期中eP一直为负，这表明人口规模的扩大为农业水足迹作出的贡献小于为农业高质量发展作出的贡献，进而加速了农业高质量发展与农业水足迹的脱钩。而其他7省在节水政策的调整下，对于农业用水的把控具有严格性，从而人口规模驱动效应变化因子对于脱钩整体影响并不显著。黄河流域从各省视角观察，可以看到黄河流域整体农业用水与农业高质量发展的脱钩状态整体偏弱，但正逐步向好发展。

3 结论与政策建议

3.1 结 论

该文通过测度黄河流域农业高质量发展水平与农业水足迹的脱钩关系，采用LMDI 模型对脱钩进行驱动因素分解，主要结论如下：

（1）从农业水足迹总量来看，黄河流域农业水足迹总量在2010-2020年间持续上升，但农业用水效率并没有达到预期的效果，水资源匮乏指数一直大于1，说明目前农业用水总量尚未满足当前的生产需求。农业水足迹不断提高，并且综合各个水足迹相关指标表明，黄河流域农业用水效率不断提高，但农业用水仍承受一定的压力。

（2）从农业高质量发展水平来看，黄河流域农业高质量发展水平由于各自的资源禀赋、地理位置及农业发展水平的不同，9省区的农业高质量发展水平处于偏低水平，各省份在波动中缓慢上升，农业高质量发展水平呈现“中西南低、东部高”的空间格局。甘肃省、河南省和山东省发展趋势良好，内蒙古区、陕西省和青海省处于中等水平，山西省、宁夏区和四川省水平仍需提升。

（3）从农业高质量发展与农业水足迹的脱钩关系来看，黄河流域9省农业脱钩呈现不同趋势。从时间维度看，脱钩变化较为平稳，整体上有变强的趋势；从空间维度看，地区空间差异明显，脱钩状态大致呈现“中西南低，东部高”，不同省区表现出的脱钩状态存在明显差异。山东省5个时期均保持弱脱钩的“相对理想”状态；甘肃省、宁夏区、内蒙古区、山西省和河南省一半以上的时期达到弱脱钩的“相对理想”状态；四川省将近一半的时期处于强负脱钩的“最不理想”状态，但是该省最终达到弱脱钩的“相对理想”状态；宁夏区在弱脱钩和强负脱钩中波动，最终处于强负脱钩的“最不理想”状态。

（4）从分解的脱钩因子来看，技术效应脱钩因子属于负向脱钩因子，规模经济脱钩因子属于正向驱动因子，人口规模驱动因子属于正向驱动因子。5个时期内，技术效应驱动因子绝对值逐年段上升，但增长幅度不大；规模经济脱钩因子绝对值较小，也说明该因子对农业高质量发展与农业水足迹产生一定的抑制作用，规模经济增加时，农业水足迹增长速度放缓，规模经济减小时，农业水足迹增长速度回升；人口数量脱钩驱动因子对整体脱钩关系的影响较为微弱，但正逐步向好发展。

3.2 政策建议

基于上述结论，本文提出以下政策建议：

（1）明确发展定位，推广节水技术。避免粗放式大开发有针对性地推进各省份农业高质量发展，持续推进灌区现代化改造，规模化推进管道灌溉技术，将提高农业灌溉效率与效益落到实处。加大力度推进节水技术的创新，使节水产业不断壮大，应用先进技术，实现技术性节水，使黄河流域农业水资源的集约利用能力不断提升，从而提高流域水资源的承载能力。

（2）调整农业用水布局，界定最优农业规模。对农业发展区作出资源环境承载能力判断，助力黄河流域农业高质量发展，进而形成绿色农业。具体来说，陕西省在提升农业质量和效益方面要注意绿色发展，因地制宜，加快发展旱作节水和生态循环农业，弥补黄河流域农业高质量发展的不足之处。四川省政府应统筹兼顾，优化资源配置，在保障农业高质量发展的同时，将资源适度向农业低质区倾斜，以高带低，充分发挥其辐射作用，缩小地区间农业发展差距，进而实现四川省农业高质量发展水平。要形成绿色、循环、低碳的生产方式，将绿色发展理念和绿色生活方式与生活习惯成为人民的自觉行动。

（3）发挥辐射作用，划分功能区域。缩小各省区之间农业发展差距，对于农业发展转变不完全的省份采取不同的措施。具体地说，对于上游地区，如：宁夏区依托其资源富集的区位优势，引黄灌溉便利，并且以新概念现代节水农业试点为基础，继续加强“三园两中心”建设，提升现代化农业园区和中心建设水平，引领农业高质量发展，积极寻找一二三产相融合的新发展模式，推动特色产业布局区域化和经营规模化。对于中游地区，如：陕西省发挥农业适度规模经营和具有品牌效应的示范作用，进一步推动农业发展的规模化与品牌化。创建黄河流域9省的合作交流平台，建立跨省协作机制，优化农业资源配置，共同推进沿黄城市的生态保护。对于下游地区，要保持农业高质量发展，要重视农业污染和农业产业转型升级等政策的出台，加大对下游两城市农业发展的支持力度。