基于非期望产出的河南省农业用水效率测度及影响因素分析

刘明珠

摘要：水是农业生产不可或缺的物质基础，提高农业生产用水效率对于农业可持续发展和国家粮食安全具有重大意义。以农业灰水足迹作为非期望产出指标，采用超效率SBM模型和Malmquist指数，对2005—2020年河南省18个地市农业生产用水效率进行静态和动态科学测度，并采用Tobit模型分析农业用水效率的影响因素。结果表明：① 2005—2020年河南省农业用水效率整体呈现增加的态势，但相对于全省平均水平，仍然有一半地区未达到全省平均用水效率。此外，豫西、豫中、豫南、豫东、豫北地区农业生产用水效率呈现逐级降低的分布格局。② 农业全要素生产率的变化主要依赖于技术效率变化指数，其变化趋势与技术效率变化指数变化趋势基本一致。③ 农业用水比重、第二产业占GDP比重对农业生产用水效率具有显著的抑制作用，而人均GDP、第一产业占GDP比重、农业种植结构对农业生产用水效率具有显著的促进作用。因此，要大力发展农业节水技术，减少农业用水；注重提高农户节水意识；重视农业生产用水效率的区域差异，因地制宜的加快制定符合区域发展的农业用水政策。

关键词：非期望产出；农业用水效率；超效率SBM；Malmquist指数；Tobit模型

中图分类号：F323 文献标志码：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20240111

基金项目：河南省哲学社会科学规划项目（2022BJJ019）；中国工程院战略研究与咨询项目（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

伴随着经济社会的快速发展，我国水资源短缺、空间用水供需矛盾问题日趋严峻。作为中国主要粮食主产区的北方拥有全国64%的耕地，但水资源总量不到全国总量的20%，而南方地区耕地资源较少，但水资源丰富，粮食生产与水资源空间分布严重不平衡。《中国水资源公报2021》显示，2021年，中国农业用水为用水总量的61.5%，但农田灌溉水有效利用系数较低，仅为0.568，离国际先进水平仍有较大的差距。提高农业用水效率是目前亟待解决的关键问题。2019年，国家发展和改革委员会发布了《国家节水行动方案》，方案中明确了农业发展节水增效的目标，要切实提高水资源利用效率和水安全保障能力。因此，提高农业用水效率对于解决水资源短缺问题至关重要。

充分了解各地区的农业用水效率并探究其影响因素是提升农业用水效率的基础。关于农业用水效率的研究主要集中在3个方面：一是在农业用水效率的测度上。目前，关于水资源利用效率的研究最常用的方法主要有随机前沿法（SFA）[1-2]和数据包络法（DEA）[3-4]。学界运用SFA和DEA研究用水效率已经十分普遍。二是探究农业用水效率的区域差异。根据覃梦香等[5]所进行的基于静态Super-SBM模型的研究，中国农业用水效率在不同地区的排序为东部>西部>中部。高甜等[6]研究发现，我国各省市用水效率存在较大的区域差异，华北地区及西北地区用水效率值高，华东及华中部分地区用水效率值低。卢玮楠等[7]的研究结果显示，在研究期间，黄河流域农业用水效率呈现稳定上升的趋势，表现出“下游领先、中游追赶和上游落后”的分布态势。根据李青松等[8]的研究，得到长江经济带农业用水绿色效率均值由高到低排序为下游地区>中游地区>上游地区。罗静怡等[9]基于非期望产出对宁夏及18个县区粮食生产用水绿色效率进行测算，发现不同区域效率值存在差异。三是对农业用水效率的影响因素进行了较多的分析，大多数学者从投入角度出发，考虑了农业机械总动力、化肥施用量，农作物播种面积等对农业用水效率的影响，在此基础上，徐依婷等[10]考虑了水土资源匹配程度以及水资源开发程度、财政支农等因素对用水效率的影响。佟金萍等[11]认为年降水量、地下水供水占比对农业用水效率的提高有正向影响，而人均水资源量与灌溉费则会抑制农业用水效率的提高。不同地区的农业用水效率存在差异，针对不同地区的农业用水效率差异，不同省份需要采取不同的策略来提高用水效率。例如，新疆可以通过调整用水结构和种植结构来实现效率的提升；黑龙江重点在于开发和应用节水技术等措施来找到突破口[12]。自水足迹理论提出以来，该理论成为测度水资源效率的重要指标，其中灰水足迹指地下水稀释污染物使其达标排放所需的淡水[13]。当前，绿色发展已经成为一个重要趋势，所以要特别注重考虑非期望产出所带来的影响，绿色水资源利用效率为考虑非期望产出的水资源利用效率，忽略环境污染代价计算出的经济效率是不准确的[14]。因此，本文在效率测度指标构建中引入农业灰水足迹。

现有文献对农业用水效率展开了丰富的测度，国内对于超效率SBM模型以及Malmquist指数分析方法的研究颇为成熟，然而现有研究多聚焦于全国范围内的省际比较，以省为单独研究对象的研究尚待完善。大多数研究仅以期望产出的效率值来衡量一个地区的农业用水效率，往往忽略农业生产中的非期望产出，因此测算的效率估计值可能存在偏误。基于此本研究采用广受学者认可的超效率SBM模型以及Malmquist指数对2005—2020年河南省农业用水效率进行测算，并对农业生产用水效率的影响因素进行面板Tobit回归分析。考虑到指标选取及数据可得性，以河南省18个地市为研究区域，以期为探究农业用水效率作出边际贡献[15]。

1 研究方法

1.1 超效率SBM模型

Tone[16]创建了非期望产出的SBM模型，解决了松弛变量的问题。相对于传统的DEA模型，评价结果更加准确。超效率SBM模型可使DMU的测算结果大于1，对完全DEA有效的决策单元可排序分析，因此采用非期望产出的超效率SBM模型测度河南省农业生产用水效率值，其公式如下：

1.4 指标构建

1.4.1 投入指标

在投入指标选择上，借鉴已有文献和考虑数据的可得性，以第一产业从业人员、农用化肥施用量、农作物总播种面积、农业用水量作为投入要素。

1.4.2 产出指标

在产出指标选择上农业期望产出指标以第一产业生产总产值表征。非期望产出指标以农业灰水足迹表征。

式中：GWFgrey为农业灰水足迹，本文仅指狭义的种植业灰水足迹；α为氮肥淋溶率，氮肥淋失率依照惯例选取全国平均氮肥淋失率7%；AR为农用氮肥的施用量，kg；Cmax为氮肥在水环境下最大容许浓度，以自然资源部《地下水质量标准》中最大容许浓度不高于 0.02 kg/m3 为准；Cnat为氮肥在水环境下自然容许浓度，自然容许浓度一般取最小值零[19]。

1.4.3 影响因素指标

将各市农业用水效率值作为因变量，将农业用水比重、人均GDP、第一产业占GDP比重、第二产业占GDP比重、农业机械总动力和农业种植结构作为自变量进行相关分析，指标体系见表1。

1.5 数据来源

本文数据主要来源于《河南统计年鉴》（2006—2021年）、《河南省水资源公报》（2005—2020年）。

2 河南省农业用水效率评价

2.1 超效率SBM模型测算结果

本文利用2005—2020年河南省各地市面板数据，以第一产业生产总值为期望产出、农业灰水足迹为非期望产出，利用iDEA4.0软件，选用规模报酬不变、投入导向的超效率SBM模型，计算河南省各市农业生产用水效率，参考其他学者的研究[20]，本文将农业用水效率分为5个等级：0～0.2为效率差；0.2～0.4为效率较差；0.4～0.6为效率中等；0.6～0.8为效率较高；0.8以上为效率高。由于篇幅限制，表格选取2005、2007、2010、2012、2015、2017、2020年的效率值，见表2。可以看出效率均值存在地区差异，信阳市、驻马店市、商丘市效率一直在提高，并且提高速度较快；安阳市、新乡市、郑州市用水效率均值虽然一直在增加，但增速较缓。2005—2020年河南省用水效率平均值为0.600 1，达到效率较高水平，其中三门峡市是河南省农业用水效率均值最高的地区，相对于全省平均水平，仍然有一半地区未达到全省平均用水效率。

研究期间河南省农业用水效率呈现先升后降再升的特征，区域间农业生产用水效率呈现豫西（洛阳市、三门峡市）、豫中（郑州市、许昌市、平顶山市、漯河市）、豫南（南阳市、驻马店市、信阳市）、豫东（开封市、商丘市、周口市）、豫北（安阳市、新乡市、焦作市、濮阳市、鹤壁市、济源市）逐级降低的分布格局，但豫西、豫中农业用水效率整体上高于河南省农业用水效率。从时期变化来看，2005—2017年全省农业生产用水效率持续上涨，2017—2018年突然下跌，随后用水效率快速回升。从地区比较来看，豫西、豫中农业生产用水效率高于全省平均水平且是河南省农业生产用水效率较高的地区；豫东、豫南、豫北地区农业生产用水效率虽然一直在提高但仍低于全省平均用水效率，是导致全省农业生产用水效率提升缓慢的主要原因，见图1。

2.2 Malmquist指数分析结果

为了深入分析河南省18个地市在2005—2020年农业用水效率的动态变化，使用Malmquist指数模型对全要素生产率变动影响因素进行分析，从而判断造成其变化的因素是技术效率的变化还是技术进步的变化。① 从整体看，河南省18个地市农业全要素生产率变化指数平均值为1.113。全要素生产率指数大于1，说明河南省农业生产用水效率处于不断提高的状态，且呈现上升态势。焦作市、濮阳市、三门峡市、信阳市、驻马店市、济源市的全要素生产率较高，全要素生产率均超过平均值。② 河南省11个地市农业生产用水技术进步指数变动大于1，其余7个均小于1，说明技术进步存在地区差异。③ 郑州市、鹤壁市、洛阳市、漯河市、许昌市农业生产用水纯技术效率指数均值小于1，说明这4个地方应继续加大水资源利用技术的投入。④ 济源市全要素生产率变化指数增长速度最快，漯河市全要素生产率变化指数增长速度最慢，开封市、焦作市、三门峡市、驻马店市4个地市的技术效率变化指数、技术进步变化指数、纯技术效率指数、纯规模效率指数均大于1，表明这4个地市的水资源利用效率得到了较快的提升，实现了最佳的投入要素配置，并且具有相对合理的农业产业结构。此外，技术进步是推动全要素生产率上升的主要因素，见表3。

2005—2020年河南省全要素生产率变化与技术效率变化的趋势基本一致，表明全要素生产率的变化主要依赖于技术效率变化，全要素生产率受技术效率变化的限制影响。2018年之前，全要素生产率变化指数及其分解指标呈波动趋势变动，且2018年全要素生产率变化指数达到最小值0.91。2018年以后，水资源利用效率逐步提升，且三指数均呈现上升趋势，见图2。

从时序变化特征来看，2019—2020年河南省农业生产用水全要素生产率除三门峡外均高于2005—2006年的河南省农业生产用水全要素生产率，表明河南省农业生产用水效率总体处于上升阶段。从技术效率变化指数来看，与2005—2006年相比，2019—2020年技术效率变化指数除三门峡市呈现负增长，其余地方都呈现正增长。从技术进步指数看，与2005—2006年相比，2019—2020年洛阳市、许昌市、驻马店市呈现技术退步现象，其余地方存在技术进步，见表4。

3 河南省农业用水效率影响因素分析

运用Stata MP17软件将测算出来的农业生产用水效率作为被解释变量，将农业用水比重、人均GDP、第一产业占GDP比重、第二产业占GDP比重、农业机械总动力、农业种植结构作为解释变量对河南省农业生产用水效率的影响因素进行面板Tobit回归分析，得到农业用水比重、人均GDP、第一产业占GDP比重、第二产业占GDP比重、农业种植结构均通过了显著性检验，见表5。

农业用水比重对农业用水效率具有显著的负向作用。农业用水量越多，农户越没有节约用水的意识，反而会造成水资源利用效率降低。农业作为最消耗水的产业，目前粗放的农业生产方式会限制效率的提高。人均GDP对农业用水效率呈显著的正相关关系，人均GDP越高代表农户收入水平越高，地区经济相对发达，对农业技术投入和管理技术水平更加重视，单位面积农业产出较高，从而提高农业生产用水效率。第一产业占GDP比重对农业用水效率具有显著的正向作用。相同投入下，第一产业产值越高，越能调动农户的积极性，农业用水效率越高。第二产业占GDP比重对农业生产用水效率具有显著抑制作用，第二产业占GDP比重越高，水资源的使用会向第二产业倾斜，农业用水总量便会受到限制，农业产出将会减少，农业生产用水效率就会降低。

4 结 论

（1）河南省18个地市农业用水效率整体上呈现出稳定的上升态势，但相对于全省平均水平，仍然有一半地区未达到全省平均用水效率。2005—2020年河南省农业用水平均效率值得到了较大的提升，由2005年的0.214提高到2020年的0.878，增长了310.28%。但效率值存在地区差异，豫西、豫中、豫南、豫东、豫北农业生产用水效率呈现逐级降低的分布格局，但豫西、豫中农业用水效率整体上高于河南省农业用水效率。

（2）河南省各地市的农业生产用水效率总体处于上升阶段，且农业全要素生产率整体呈现上升态势，但波动幅度较大，由2005—2006年的1.044上升至2019—2020年的1.565，增长了49.9%。全要素生产率变化指数与技术效率变化指数变化趋势基本一致，全要素生产率的变化主要依赖于技术效率变化。Malmquist指数分解结果显示，河南省18个地市中有6个市技术效率低于1，表明现有的技术水平和技术进步还存在较大的提升空间。

（3）农业用水比重、第二产业占GDP比重对农业生产用水效率具有显著的抑制作用，而人均 GDP、第一产业占GDP比重、农业种植结构、对农业生产用水效率具有显著的促进作用。

5 启 示

（1）发展农业节水技术，减少农业用水。技术效率是制约农业用水效率提高的主要原因，因此农业用水效率较低的地区应在现有的水利政策和节水农业政策基础上，要紧抓农业节水技术在提升农业用水效率中的关键作用。加强节水灌溉的应用，大力发展滴灌、微灌等农业节水灌溉技术[21]，改变粗放式农业水资源利用方式，完善节水设施建设，提高农业用水效率。

（2）提高农户节水意识。农业的粗放经营对农业生产用水效率产生了很大的负面影响。粗放的农业用水方式造成了水资源的严重浪费，进一步加剧了水资源的紧缺程度。所以，要对农户进行科学的农业用水宣传引导，让农户充分意识到水资源的紧缺现状。

（3）重视农业生产用水效率的区域差异，因地制宜地加快制定符合区域发展的农业用水政策。鼓励农业用水低效率地区积极向高效率地区学习，促进河南省各区域的要素流动和技术扩散，优化资源配置，加快低效率地区向高效率地区的追赶速度，推进农业用水效率的协同提升。

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