常 明,陳思博,馬冰然,劉 瑩

(1.中國(guó)人民大學(xué)農(nóng)業(yè)與農(nóng)村發(fā)展學(xué)院,北京 100872；2.中國(guó)人民大學(xué)公共管理學(xué)院,北京 100872；3.北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院,北京 100875；4.濰坊學(xué)院化學(xué)化工與環(huán)境工程學(xué)院,山東 濰坊 261061)

水資源不僅直接影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，更關(guān)系到糧食安全乃至國(guó)家安全[1]。近年來(lái)，中國(guó)糧食生產(chǎn)的重心逐漸轉(zhuǎn)向水資源并不富裕的北方，這不僅使得北方水資源緊缺的形勢(shì)更加嚴(yán)峻，而且使水資源對(duì)糧食生產(chǎn)的制約作用更加顯著[2-3]。目前我國(guó)農(nóng)業(yè)水資源利用效率約為0.5，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家的農(nóng)業(yè)水資源利用效率(0.7～0.8)[4]，提高用水效率已是保障糧食安全的戰(zhàn)略需要[5-6]。科學(xué)地評(píng)測(cè)中國(guó)不同地區(qū)糧食生產(chǎn)過(guò)程中的水資源利用效率，分析糧食水資源利用效率的影響因素，對(duì)于當(dāng)前“北糧南運(yùn)”形式下有效水資源管理舉措的探索具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前對(duì)水資源利用效率的測(cè)算研究多基于全要素生產(chǎn)率框架，國(guó)外學(xué)者多使用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(data envelopment analysis，DEA)，如BYRNES等[7]通過(guò)DEA模型分析澳大利亞?wèn)|南部城市的水資源利用效率；LILIENFELD等[8]則運(yùn)用DEA模型探究了1992—1999年美國(guó)堪薩斯州農(nóng)場(chǎng)的灌溉水資源利用效率。對(duì)于中國(guó)水資源利用效率的研究，國(guó)內(nèi)學(xué)者則多采用DEA方法和隨機(jī)前沿分析方法(stochastic frontier approach，SFA)，并主要對(duì)工業(yè)、農(nóng)業(yè)和綜合用水效率開(kāi)展研究。如丁緒輝等[9]運(yùn)用改良的DEA模型估算了2003—2015年各省市水資源利用效率，認(rèn)為水資源利用效率呈“U”型發(fā)展趨勢(shì)，京津滬效率最高，西北省份效率最低；俞雅乖等[10]通過(guò)超效率DEA測(cè)算2004—2014年30個(gè)省份的水資源利用效率，認(rèn)為我國(guó)水資源效率相對(duì)較低，且東部地區(qū)高于中西部地區(qū)；張振龍等[11]基于非期望產(chǎn)出DEA模型探究了2004—2015年中國(guó)西北干旱區(qū)水資源利用效率，認(rèn)為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和城鎮(zhèn)化水平對(duì)西北地區(qū)水資源利用效率有顯著正向影響；買亞宗等[12]運(yùn)用DEA模型分析發(fā)現(xiàn)，2000—2012年中國(guó)30個(gè)省份工業(yè)水資源利用效率存在區(qū)域差異，南方地區(qū)具有更高的工業(yè)節(jié)水潛能；劉渝等[13]通過(guò)DEA模型對(duì)湖北省各市農(nóng)業(yè)水資源利用效率進(jìn)行了測(cè)算和排序，認(rèn)為生態(tài)效益是影響區(qū)域水資源利用效率的重要因素；王學(xué)淵等[14]運(yùn)用SFA方法分析發(fā)現(xiàn)1997—2006年中國(guó)農(nóng)業(yè)水資源利用效率遠(yuǎn)低于生產(chǎn)技術(shù)效率，調(diào)整作物種植結(jié)構(gòu)和新建水利設(shè)施等措施可有效提高農(nóng)業(yè)水資源利用效率；王昕等[15]基于投入導(dǎo)向型DEA分析發(fā)現(xiàn)2003—2010年中國(guó)農(nóng)業(yè)水資源利用效率較高，且呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì)；李明璗[16]通過(guò)DEA模型同樣得出中國(guó)農(nóng)業(yè)水資源利用效率逐年升高的結(jié)論，并認(rèn)為東部地區(qū)高于西部地區(qū)，且經(jīng)濟(jì)和農(nóng)業(yè)發(fā)展水平是重要影響因素。綜上可知，由于DEA方法不需要假設(shè)函數(shù)類型，可以避免主觀偏誤的影響，因而成為了國(guó)內(nèi)外學(xué)者測(cè)算水資源利用效率的主要方法，但學(xué)者多采用傳統(tǒng)DEA模型。此外，目前對(duì)中國(guó)水資源利用效率的研究主要集中在工業(yè)和農(nóng)業(yè)等整個(gè)產(chǎn)業(yè)，未能細(xì)化到對(duì)具體行業(yè)(如農(nóng)業(yè)中的糧食生產(chǎn))的研究。

超效率松馳變量(slacks-based measure，SBM)模型在傳統(tǒng)DEA基礎(chǔ)上將松弛變量放入目標(biāo)函數(shù)中, 并在評(píng)價(jià)決策單元時(shí)不考慮其本身，從而解決了從徑向和角度計(jì)算不準(zhǔn)確以及決策單元多個(gè)有效(效率值等于1)故無(wú)法進(jìn)一步比較的缺陷[17]?；诖?，筆者選取中國(guó)糧食水資源利用效率為研究對(duì)象，運(yùn)用超效率SBM模型探究其時(shí)間變化和空間分布特征，并在此基礎(chǔ)上運(yùn)用Tobit模型進(jìn)一步分析糧食水資源利用效率的影響因素。

1 模型設(shè)定、指標(biāo)變量選取和數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 超效率SBM模型設(shè)定及指標(biāo)選取

1.1.1超效率SBM模型參數(shù)設(shè)定

研究通過(guò)超效率SBM模型對(duì)糧食生產(chǎn)技術(shù)效率進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，從而得出水資源要素的最優(yōu)投入量。以各個(gè)省份分別作為決策單元(DMU)，假設(shè)有n個(gè)DMU、m種投入指標(biāo)和q種產(chǎn)出指標(biāo)，建立超效率SBM模型如下：

(1)

(2)

借鑒HU等[18]的思路，糧食水資源利用效率界定為糧食用水的最優(yōu)投入量與實(shí)際值的比值，公式為

(3)

1.1.2SBM指標(biāo)體系選取

通過(guò)超效率SBM模型測(cè)算糧食水資源利用效率時(shí)，考慮的投入要素除水資源投入量外，還包括土地投入量、用工數(shù)量、機(jī)械畜力費(fèi)用、種子用量和化肥用量，產(chǎn)出要素為糧食產(chǎn)值，即稻谷、小麥、玉米和大豆4種作物產(chǎn)值的總和，其中機(jī)械畜力費(fèi)用和糧食產(chǎn)值按2008年基準(zhǔn)價(jià)格進(jìn)行平減。指標(biāo)體系詳見(jiàn)表1，由于糧食水資源投入量無(wú)法直接從統(tǒng)計(jì)年鑒中獲取，因此通過(guò)權(quán)重系數(shù)法[21-22]從農(nóng)業(yè)水資源投入量中分離得到，計(jì)算方式為

(4)

式(4)中，GIWR，i，t為i省份t年糧食作物水資源投入量，m3；RIAW，i，t為i省份t年農(nóng)業(yè)水資源投入量，m3；CSAG，i，t為i省份t年4種糧食作物總播種面積，hm2；CSA，i，t為i省份t年農(nóng)作物總播種面積,hm2。

1.2 Tobit回歸模型設(shè)定及變量選取

在評(píng)估水資源利用效率后，從自然環(huán)境(降水量、水資源充裕程度、受災(zāi)程度和耕地類型)和生產(chǎn)灌溉措施(有效灌溉比例、農(nóng)村水源建設(shè)和育種技術(shù)發(fā)展)2個(gè)方面考察其對(duì)糧食水資源利用效率的驅(qū)動(dòng)程度。由于超效率SBM模型計(jì)算的水資源利用效率最小值為0，屬于受限因變量，使用普通最小二乘法(OLS)回歸會(huì)導(dǎo)致參數(shù)估計(jì)有偏差，因此選擇基于最大似然法回歸的Tobit模型分析水資源利用效率的影響因素，具體模型構(gòu)建如下：

GWRU，i,t=β0+β1RP，i,t+β2EW，i,t+β3DE，i,t+β4CP，i,t+β5TI，i,t+β6FWC，i,t+

β7TAF，i,t+εi,t，

(5)

(6)

式(5)～(6)中，GWRU，i,t為i省份t年的糧食水資源利用效率，分別為綜合效率、純技術(shù)效率和規(guī)模效率；RP，i,t為i省份t年的降水量，mm，通過(guò)省會(huì)城市年均降水量來(lái)表示；EW，i,t為i省份t年的水資源充裕程度，通過(guò)水資源總量與糧食種植面積的比值來(lái)表示；DE，i,t為i省份t年的受災(zāi)程度，通過(guò)干旱、洪澇等受災(zāi)面積占糧食種植面積的比值來(lái)表示；CP，i,t為i省份t年的耕地類型，通過(guò)旱地作物(小麥、玉米和大豆)種植面積占總種植面積的比值來(lái)表示；TI，i,t為i省份t年的有效灌溉比例，通過(guò)有效灌溉面積占糧食種植面積的比值來(lái)表示；FWC，i,t為i省份t年的農(nóng)村水源建設(shè)程度，通過(guò)農(nóng)村水庫(kù)庫(kù)容占全國(guó)農(nóng)村水庫(kù)總庫(kù)容的比值來(lái)表示；TAF，i,t為i省份t年的育種技術(shù)發(fā)展程度，通過(guò)糧食作物種子的投入量與其產(chǎn)量的比值來(lái)表示；β0為回歸式的常數(shù)項(xiàng)；β1～β7為各自變量的回歸系數(shù)；εi,t為誤差項(xiàng)。

表1 SBM評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.3 數(shù)據(jù)來(lái)源

采用2008—2017年除北京市、天津市、上海市、青海省、臺(tái)灣省、西藏自治區(qū)、香港特別行政區(qū)、澳門特別行政區(qū)以外的中國(guó)26個(gè)主要產(chǎn)糧省(自治區(qū)、直轄市)的面板數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來(lái)源于《全國(guó)農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》《中國(guó)農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》和國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的分省年度數(shù)據(jù)庫(kù)(http:∥data.stats.gov.cn/)。

2 實(shí)證分析

2.1 糧食水資源利用效率時(shí)間序列變化

2008—2017年，中國(guó)糧食水資源利用綜合效率、純技術(shù)效率和規(guī)模效率分別為0.638、0.742和0.866。如圖1所示，綜合效率呈現(xiàn)先穩(wěn)步上升后震蕩下降的倒“U”型趨勢(shì)，純技術(shù)效率變化趨勢(shì)則與綜合效率基本一致，而規(guī)模效率則呈現(xiàn)先上升后穩(wěn)定的趨勢(shì)。這說(shuō)明目前中國(guó)糧食水資源利用效率仍有很大的提升空間，2011年后綜合效率波動(dòng)下滑，這主要是由于純技術(shù)效率下降引起的，即雖然2011年后水資源與其他要素的配置已總體達(dá)到穩(wěn)定有效的狀態(tài)，但是糧食種植或灌溉活動(dòng)中采用的技術(shù)或管理方式低效，依然導(dǎo)致水資源利用效率下降。

圖1 2008—2017年中國(guó)糧食水資源利用效率

2.2 糧食水資源利用效率空間差異

圖2顯示，不同地區(qū)糧食水資源利用綜合效率未有明顯空間分布特征，其中重慶、海南、浙江、福建和寧夏糧食水資源利用綜合效率超過(guò)其他地區(qū)，這與楊騫等[23]對(duì)1998—2013年中國(guó)農(nóng)業(yè)用水效率的研究結(jié)果基本一致，說(shuō)明重慶、海南、浙江和福建糧食及農(nóng)業(yè)用水效率常年排在前列；而寧夏自“十一五”以來(lái)大力發(fā)展高效節(jié)水技術(shù)，同時(shí)實(shí)行黃河水權(quán)分配等水資源管理制度[24]，使其成為西北干旱地區(qū)糧食水資源利用高效省份。

圖3顯示，糧食水資源利用純技術(shù)效率呈現(xiàn)出東北至黃河中游(吉林、遼寧、內(nèi)蒙古、寧夏、山西和河南)、東部沿海(江蘇、浙江、福建)和西南(重慶和貴州)3處高值區(qū)域，表明上述高值區(qū)域?qū)Ω咝使喔然蚍N植技術(shù)、管理制度的采納程度更高。這是由于氣候和水土資源條件不同導(dǎo)致糧食作物的種植品種以及灌溉方式具有較大的區(qū)域差異，而糧食種植或灌溉技術(shù)往往在地理位置相連且作物種植品種及灌溉方式一致的區(qū)域內(nèi)傳播，因而形成了多處純技術(shù)效率高效區(qū)域。

圖4顯示，全國(guó)不同地區(qū)糧食水資源利用規(guī)模效率呈現(xiàn)出東部及南部沿海地區(qū)高于內(nèi)陸地區(qū)的趨勢(shì)，說(shuō)明沿海發(fā)達(dá)地區(qū)糧食種植生產(chǎn)過(guò)程中水資源和其他生產(chǎn)資料的配置比例更為合理。

審圖號(hào)： GS(2019)4996號(hào)

審圖號(hào)： GS(2019)4996號(hào)

表2顯示，在中國(guó)的13個(gè)糧食主產(chǎn)區(qū)省份中，除遼寧、吉林、江蘇和江西外，其余糧食主產(chǎn)區(qū)省份水資源利用綜合效率均低于全國(guó)平均水平。通過(guò)對(duì)比分析純技術(shù)效率和規(guī)模效率可知，北部沿海(山東和河北)、東北(黑龍江)和長(zhǎng)江中游(湖南、湖北和安徽)糧食主產(chǎn)區(qū)水資源利用綜合效率較低主要是由于純技術(shù)效率較低所致，即該主產(chǎn)區(qū)糧食灌溉的技術(shù)水平較低或管理制度不合理；而黃河中游(內(nèi)蒙古和河南)和西南(四川)糧食主產(chǎn)地區(qū)綜合效率較低主要是由于規(guī)模效率較低所致，說(shuō)明以上主產(chǎn)區(qū)糧食種植生產(chǎn)過(guò)程中投入的水資源等生產(chǎn)資料配置存在較大改進(jìn)空間。

審圖號(hào)： GS(2019)4996號(hào)

2.3 糧食水資源利用效率影響因素分析

Tobit模型需要檢驗(yàn)數(shù)據(jù)是否存在個(gè)體異質(zhì)性，從而決定選擇混合回歸或隨機(jī)效應(yīng)回歸。對(duì)數(shù)似然比(LR)檢驗(yàn)結(jié)果顯示糧食作物水資源利用綜合效率(LR值為185.03，P<0.01)、純技術(shù)效率(LR值為90.30，P<0.01)和規(guī)模效率(LR值為69.43，P<0.01)的回歸數(shù)據(jù)均存在個(gè)體異質(zhì)性，因而均選擇隨機(jī)效應(yīng)Tobit回歸，回歸結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 中國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)糧食水資源利用效率

表3 中國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)水資源利用效率影響因素

由表3可知，從自然環(huán)境變量對(duì)糧食作物水資源利用效率的影響來(lái)看，除災(zāi)害程度存在顯著負(fù)向影響外，其余自然環(huán)境變量對(duì)糧食作物水資源利用效率的影響較小。降水量和水資源占有量對(duì)糧食作物水資源利用綜合效率、純技術(shù)效率和規(guī)模效率的影響均未達(dá)顯著水平。這說(shuō)明降水量和水資源充裕程度對(duì)4種糧食作物的整體水資源利用效率影響不明顯。這可能是由于降水量較多的地區(qū)雖然對(duì)灌溉水量的需求較少，同時(shí)對(duì)節(jié)水灌溉的需求也較低，其灌溉方式更為粗放，因而降水量對(duì)水資源利用效率的影響不顯著。而通過(guò)人均水資源占有量表征的水資源豐裕程度與種植戶的實(shí)際可用水量不一定匹配，部分水資源在現(xiàn)有條件下無(wú)法供應(yīng)灌溉，從而對(duì)糧食作物水資源利用效率沒(méi)有產(chǎn)生顯著性影響[25]。災(zāi)害程度與水資源利用綜合效率、純技術(shù)效率和規(guī)模效率均為負(fù)相關(guān)，且與綜合效率和規(guī)模效率分別通過(guò)了1%和10%水平的顯著性檢驗(yàn)。災(zāi)害程度與綜合效率顯著負(fù)相關(guān)說(shuō)明自然災(zāi)害頻發(fā)會(huì)造成糧食水資源利用效率低下；而與規(guī)模效率顯著負(fù)相關(guān)是由于自然災(zāi)害的發(fā)生首先會(huì)影響糧食產(chǎn)量，并且遭受旱澇等災(zāi)害的農(nóng)戶水資源的投入會(huì)比正常年更多或更少，進(jìn)而導(dǎo)致水資源利用效率低下。耕地類型對(duì)綜合效率和純技術(shù)效率的影響均未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，但對(duì)規(guī)模效率具有顯著負(fù)向影響。這說(shuō)明雖然水田比例越高的地區(qū)其灌溉水資源與其他生產(chǎn)要素的搭配更高效，但其對(duì)水資源利用效率的影響并不顯著。

由表3還可知，生產(chǎn)灌溉措施變量對(duì)糧食作物水資源利用效率均有較大影響。有效灌溉比例對(duì)糧食作物水資源利用效率、純技術(shù)效率和規(guī)模效率均有顯著正向影響。這說(shuō)明中國(guó)有效灌溉設(shè)施的持續(xù)建設(shè)以及對(duì)節(jié)水技術(shù)的大力推廣使水資源和其他生產(chǎn)要素的糧食生產(chǎn)效率更高，雖然南方水稻節(jié)水灌溉技術(shù)發(fā)展較慢[26]，但以低壓管道輸水工程為代表的高效節(jié)水工程已在我國(guó)北方普及[27]，這推動(dòng)了糧食水資源利用效率的整體提升。

農(nóng)村水源建設(shè)程度對(duì)糧食作物水資源利用綜合效率、純技術(shù)效率、規(guī)模效率均有負(fù)向影響，且均通過(guò)1%水平的顯著性檢驗(yàn)。農(nóng)村水源建設(shè)程度與綜合效率呈顯著負(fù)相關(guān)，說(shuō)明農(nóng)村水庫(kù)等水源建設(shè)降低了糧食水資源利用效率；而其與純技術(shù)效率和規(guī)模效率呈顯著負(fù)相關(guān)，進(jìn)一步說(shuō)明就現(xiàn)階段糧食節(jié)水技術(shù)、管理水平以及節(jié)水設(shè)施的普及程度而言，并不能完全容納新增的可投入水資源量，并且可投入水資源量增多會(huì)降低種植戶對(duì)水資源高效利用的重視程度，從而造成水資源的粗放投入和浪費(fèi)。

育種技術(shù)發(fā)展與水資源利用綜合效率、純技術(shù)效率和規(guī)模效率均為正相關(guān)關(guān)系，且均通過(guò)1%水平的顯著性檢驗(yàn)。其與綜合效率顯著正相關(guān)說(shuō)明糧食作物新品種的培育和推廣能顯著提升水資源利用效率；而與純技術(shù)效率和規(guī)模效率顯著正相關(guān)進(jìn)一步說(shuō)明節(jié)水抗旱等優(yōu)良品種作物的推廣可以節(jié)約灌溉水量，提升用水效率，另一方面如糧食作物的雜交矮化和抗病害品種等培育推廣可有效提高其產(chǎn)量，使水資源和其他生產(chǎn)要素的投入更有效率。

3 結(jié)論與政策建議

2008—2017年間，中國(guó)糧食水資源利用綜合效率(平均值0.638)和純技術(shù)效率(平均值0.742)均呈現(xiàn)倒“U”型變化趨勢(shì)，而規(guī)模效率(平均值0.866)則呈先上升后穩(wěn)定的變化趨勢(shì)。不同地區(qū)糧食水資源利用純技術(shù)效率呈現(xiàn)東北至黃河中游、東部沿海和西南3處高值集聚區(qū)，規(guī)模效率呈現(xiàn)沿海地區(qū)高于內(nèi)陸地區(qū)的趨勢(shì)，而綜合效率未有明顯空間分布特征。在中國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)中，北部沿海、東北和長(zhǎng)江中游主產(chǎn)區(qū)水資源利用綜合效率較低主要是由于純技術(shù)效率較低導(dǎo)所致，而黃河中游和西南主產(chǎn)區(qū)綜合效率較低主要是由于規(guī)模效率較低所致。

自然環(huán)境的變化對(duì)糧食水資源利用效率影響較小，而生產(chǎn)灌溉措施變量則有較大影響。其中，綜合效率、純技術(shù)效率和規(guī)模效率的顯著正向影響因素均為有效灌溉比例和育種技術(shù)發(fā)展；而綜合效率的顯著負(fù)向影響因素為災(zāi)害程度和農(nóng)村水源建設(shè)；純技術(shù)效率的顯著負(fù)向影響因素僅有農(nóng)村水源建設(shè)；規(guī)模效率的顯著負(fù)向影響因素為災(zāi)害程度、耕地類型和農(nóng)村水源建設(shè)。

基于以上結(jié)論，筆者認(rèn)為目前中國(guó)整體糧食水資源利用效率尚有較大的提升空間，應(yīng)在繼續(xù)建設(shè)有效灌溉設(shè)施的基礎(chǔ)上，加大節(jié)水措施和技術(shù)的普及推廣力度，推進(jìn)優(yōu)良品種的培育推廣。而各地政府應(yīng)根據(jù)不同地區(qū)的效率差異制定相應(yīng)政策，尤其在規(guī)模效率低效區(qū)還應(yīng)注意災(zāi)害和耕地類型差異下生產(chǎn)要素配置的優(yōu)化問(wèn)題。