劉 渝，宋 陽

(武漢工程大學(xué) 管理學(xué)院，湖北 武漢 430205)

水資源短缺和水污染排放問題是中國農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨的難題。目前中國農(nóng)業(yè)用水量超過總用水量的60%，是最主要的水資源消耗產(chǎn)業(yè)部門，但受地域和氣候差異的影響，農(nóng)業(yè)水資源稟賦分布均勻，水資源短缺嚴(yán)重影響缺水地區(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展。與此同時(shí)，豐水地區(qū)的狀況也不容樂觀，農(nóng)業(yè)已成為水污染的重要源頭，2015年中國農(nóng)業(yè)化學(xué)需氧量排放量(COD)和氨氮排放量達(dá)1068.6、72.6萬t，分別占COD排放總量和氨氮排放總量的48%、32%。根據(jù)國務(wù)院“水污染防治行動(dòng)計(jì)劃(水十條)”的節(jié)水要求，一方面要控制全國用水總量以緩解用水緊張，另一方面要大力發(fā)展農(nóng)業(yè)節(jié)水，擴(kuò)大節(jié)水灌溉面積，提高灌溉效率；與此同時(shí)，十九大報(bào)告中明確提出要加快水污染防治。為此，在環(huán)境約束條件下準(zhǔn)確評價(jià)農(nóng)業(yè)水資源效率及其影響因素，可為水污染防治和水量控制找到精準(zhǔn)著力點(diǎn)。

前期研究評價(jià)產(chǎn)業(yè)用水效率的方法主要包括隨機(jī)前沿分析法(SFA)和數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法(DEA)，兩種方法都屬于全要素生產(chǎn)率模型。陳關(guān)聚等[1]、雷玉桃等[2]運(yùn)用SFA測度了中國省區(qū)工業(yè)用水效率，發(fā)現(xiàn)其效率值呈逐年增長趨勢，并表現(xiàn)為由東向西遞減的空間分布特征。買亞宗等[3]、姜蓓蕾等[4]、沈滿洪等[5]均采用DEA模型測算了中國工業(yè)用水效率，李靜等[6]發(fā)現(xiàn)東、中、西部地區(qū)工業(yè)用水效率在群組前沿下差異不明顯，但東部地區(qū)工業(yè)用水效率在共同前沿下高于中、西部地區(qū)。SFA和DEA方法在農(nóng)業(yè)用水效率領(lǐng)域內(nèi)均有應(yīng)用，耿獻(xiàn)輝等[7]、許朗等[8]采用SFA方法測算了農(nóng)業(yè)灌溉用水效率，發(fā)現(xiàn)灌溉用水效率和技術(shù)效率均未達(dá)到技術(shù)有效水平。然而，應(yīng)用DEA方法的研究結(jié)果表明區(qū)域間的效率存在顯著差異，楊騫等[9]采用DEA發(fā)現(xiàn)全國過半省區(qū)農(nóng)業(yè)水資源效率未達(dá)到前沿水平，地區(qū)分布上，北部沿海地區(qū)的農(nóng)業(yè)水資源效率最高，西北地區(qū)最低；佟金萍等[10]采用超效率DEA模型發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)全要素用水效率呈東、中、西部依次遞減格局。

隨著環(huán)境污染問題的突出，國內(nèi)外學(xué)者對產(chǎn)業(yè)與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展問題日益關(guān)注，因此將環(huán)境因素納入到效率測算中是非常必要的。Nanere et al.[11]、陳詩一[12]指出不考慮環(huán)境因素會(huì)給生產(chǎn)率度量帶來有偏的結(jié)果。較SFA方法而言，DEA方法不需要設(shè)定生產(chǎn)函數(shù)形式，更適用于包含非期望產(chǎn)出的多投入、多產(chǎn)出模型[13]。在非期望產(chǎn)出指標(biāo)的設(shè)置上，李靜等[14]考慮農(nóng)業(yè)水污染的情況，運(yùn)用DEA方法計(jì)算了玉米、水稻、小麥的用水效率，將作物生產(chǎn)過程中帶來的水污染中氮、磷排放量作為非期望產(chǎn)出。楊騫等[9]將農(nóng)業(yè)廢水中的COD排放量和氨氮排放量視為非期望產(chǎn)出納入非徑向方向性距離函數(shù)模型中，測算了污染排放約束下的農(nóng)業(yè)水資源效率。岳立等[15]提出非期望產(chǎn)出中的環(huán)境污染物包括COD、氮、磷和碳排放量。李靜等[16]等用農(nóng)業(yè)COD、總氮和總磷的排放總量表示非期望產(chǎn)出，并估算了各污染物的減排效率和潛力。

基于上述研究得出，SFA和DEA模型測算的農(nóng)業(yè)水資源效率結(jié)果差異較大；不考慮非期望產(chǎn)出與考慮非期望產(chǎn)出的效率水平的對比研究較少。在上述背景下，鑒于環(huán)境約束條件的重要性，以及效率值的可比性，將采用測算效果穩(wěn)定度、精細(xì)度更高的超效率SBM模型，并將農(nóng)業(yè)主要污染排放物(COD排放量和氨氮排放量)作為超效率SBM模型中的非期望產(chǎn)出，試圖評價(jià)環(huán)境約束下中國各省區(qū)的農(nóng)業(yè)水資源效率，在分析其區(qū)域差異的基礎(chǔ)上，構(gòu)建面板Tobit回歸模型，實(shí)證分析環(huán)境約束條件下農(nóng)業(yè)水資源效率的影響因素，最終為提升中國農(nóng)業(yè)水資源效率、解決農(nóng)業(yè)對水環(huán)境的污染問題提供理論支持和決策參考。

1 研究方法與模型構(gòu)建

1.1 模型構(gòu)建

超效率SBM(Super-efficiency Slacks-based Measure)模型由Tone于2002年提出[17]，該模型結(jié)合了超效率DEA模型和SBM模型的優(yōu)點(diǎn)，一方面能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)DEA模型不能區(qū)分多個(gè)有效決策單元DMU的缺陷，另一方面能解決非期望產(chǎn)出問題[18-20]。

(1)

1.2 指選取與數(shù)據(jù)說明

基于數(shù)據(jù)的可獲取性，農(nóng)業(yè)廢水污染排放數(shù)據(jù)只能追溯到2011年，所以本研究的時(shí)間跨度是2011-2015年。關(guān)于投入和產(chǎn)出要素的選擇，遵循可獲取和可操作原則，選取農(nóng)業(yè)用水量、農(nóng)業(yè)從業(yè)人數(shù)、農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力、農(nóng)作物播種面積、化肥施用量作為投入要素，以農(nóng)林牧漁總產(chǎn)值(折算為2011年不變價(jià)格)作為期望產(chǎn)出，以農(nóng)業(yè)的氨氮排放量和農(nóng)業(yè)COD排放量為非期望產(chǎn)出。需要說明的是，因國家統(tǒng)計(jì)部門未專門統(tǒng)計(jì)農(nóng)業(yè)從業(yè)人數(shù)，所以選取農(nóng)林牧漁從業(yè)人數(shù)替代農(nóng)業(yè)從業(yè)人數(shù)。

農(nóng)業(yè)從業(yè)人數(shù)、農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力、農(nóng)作物播種面積、化肥施用量、農(nóng)業(yè)產(chǎn)出值數(shù)據(jù)來源于《中國統(tǒng)計(jì)年鑒(2012-2016)》，農(nóng)業(yè)用水?dāng)?shù)據(jù)來源于《中國水資源公報(bào)(2012-2016)》，農(nóng)業(yè)廢水中的COD和氨氮物排放數(shù)據(jù)來源于《中國環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒(2012-2016)》。運(yùn)用DEA模型評估DMU的效率時(shí)， DMU的數(shù)量不能低于投入產(chǎn)出指標(biāo)項(xiàng)數(shù)總和的兩倍，否則會(huì)導(dǎo)致所有DMU的效率值偏向于有效值1[21]，以中國31個(gè)省區(qū)作為DMU，樣本數(shù)據(jù)符合模型的數(shù)理特性。投入與產(chǎn)出指標(biāo)的描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

表1 投入產(chǎn)出指標(biāo)的描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果Tab.1 Descriptive statistics of input and output indicators

注：樣本容量為155。

2 農(nóng)業(yè)水資源環(huán)境效率測算結(jié)果

運(yùn)用MaxDEA軟件，并根據(jù)公式(1)運(yùn)用超效率SBM模型，測算得到2011-2015年中國31個(gè)省區(qū)不考慮和考慮非期望產(chǎn)出的農(nóng)業(yè)水資源效率值，具體結(jié)果見表2。

表2 2011-2015年各省區(qū)農(nóng)業(yè)水資源效率的評價(jià)結(jié)果Tab.2 Evaluation of the agricultural water resources efficiency for provinces from 2011 to 2015

2.1 分省測算結(jié)果

在全國均值層面，由表2可得，2011-2015年，農(nóng)業(yè)水資源效率的全國均值在兩種情況下都表現(xiàn)為非DEA有效，但全國均值的時(shí)間序列呈遞增趨勢，不考慮非期望產(chǎn)出的農(nóng)業(yè)水資源效率值總體上高于考慮非期望產(chǎn)出的效率值。佟金萍等[10]等采用未考慮環(huán)境污染的超效率DEA模型測算得到的農(nóng)業(yè)水資源效率值高于本文測算的效率值，與本文研究結(jié)果一致，即在不考慮環(huán)境污染條件下的農(nóng)業(yè)水資源效率值會(huì)高于考慮環(huán)境污染下的效率值，說明傳統(tǒng)的效率測算方法的會(huì)高估中國農(nóng)業(yè)水資源效率水平。2011-2015年，兩種情況下全國均值的發(fā)展趨勢呈收斂效應(yīng)，2015年有近半數(shù)省區(qū)考慮非期望產(chǎn)出下的效率值甚至高于不考慮非期望產(chǎn)出下的效率值，說明2015年許多省區(qū)的農(nóng)業(yè)水環(huán)境污染問題有所緩解。

2.2 八大區(qū)域測算結(jié)果

綜合考慮水資源的流域?qū)傩裕瑥牧饔蚪嵌确治鲂手档牟町?，本文采用國?wù)院發(fā)展研究中心的八大區(qū)域劃分法(八大區(qū)域包括北部沿海地區(qū)(北京、天津、河北、山東)、東部沿海地區(qū)(上海、江蘇、浙江)、南部沿海地區(qū)(福建、廣東、海南)、東北地區(qū)(黑龍江、吉林、遼寧)、長江中游地區(qū)(江西、安徽、湖北、湖南)、黃河中游地區(qū)(山西、內(nèi)蒙古、河南、陜西)、西南地區(qū)(廣西、重慶、四川、貴州、云南)、西北地區(qū)(西藏、甘肅、青海、寧夏、新疆)。)，綜合比較八大區(qū)域的地區(qū)差異(表3)。2011-2015年間，非期望產(chǎn)出下的效率均值，東部沿海(0.876)和南部沿海(0.751)效率值最高，其次是西南地區(qū)(0.723)、北部沿海(0.648)、西北地區(qū)(0.585)、東北地區(qū)(0.549)、黃河中游(0.533)，長江中游(0.476)效率值最低。東部沿海和南部沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)用水技術(shù)和管理技術(shù)較為先進(jìn)，西南地區(qū)降水充足可以滿足糧食灌溉需求，因此效率水平高于其他地區(qū)。黃河中游地區(qū)降水量少、農(nóng)業(yè)用水技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)落后，導(dǎo)致其水資源效率水平偏低。長江中游地區(qū)水資源稟賦充足，但其農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)和管理制度落后，水資源效率長期低于全國均值水平。

表3 八大區(qū)域考慮非期望產(chǎn)出的農(nóng)業(yè)水資源環(huán)境效率值Tab.3 The agricultural water resources efficiency including undesirable outputs for the eight regions

八大區(qū)域的時(shí)序變化，總體上呈遞增趨勢且地區(qū)間差異明顯。長江中游地區(qū)2015年增幅最大，主要原因是長江中游地區(qū)部分省份(湖北、湖南)在2014年頒布了嚴(yán)格的水資源政策，水資源環(huán)境效率在短期內(nèi)得到有效提升。西北地區(qū)效率增幅最小，由于西北地區(qū)常年干旱少雨、蒸發(fā)量大，水資源短缺問題難以解決，且用水技術(shù)和管理技術(shù)發(fā)展長期滯后，導(dǎo)致其水資源環(huán)境效率提升難以找到突破口。

3 農(nóng)業(yè)水資源環(huán)境效率影響因素分析

3.1 變量選擇與數(shù)據(jù)來源

由于考慮非期望產(chǎn)出測算得到的農(nóng)業(yè)水資源環(huán)境效率更符合實(shí)際水平，因此在超效率SBM模型基礎(chǔ)上將農(nóng)業(yè)水資源環(huán)境效率作為被解釋變量，進(jìn)一步分析效率的影響因素，以期把握效率提升的方向。借鑒前期研究，對變量選取和數(shù)據(jù)處理作了改進(jìn)，將變量區(qū)分為核心解釋變量和控制變量，其中核心解釋變量包括水資源稟賦和農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)。控制變量分為節(jié)水技術(shù)類(供水結(jié)構(gòu)、節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展水平、機(jī)械化程度)和外部環(huán)境類(對外開放程度、環(huán)境規(guī)制)兩類。變量說明及數(shù)據(jù)來源見表4，變量具體解釋如下：

(1)水資源稟賦。大量學(xué)者研究認(rèn)為水資源稟賦對水資源效率存在顯著影響，張力小等[22]、楊騫等[9]發(fā)現(xiàn)水資源稟賦對水資源效率有負(fù)向影響。基于數(shù)據(jù)的可獲取性，選取人均水資源量和人均供水量來表示水資源豐裕程度。

(2)農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)。佟金萍等[23]發(fā)現(xiàn)農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)對水資源效率有正向影響，但并不顯著。以農(nóng)業(yè)種植赫芬達(dá)爾指數(shù)來表示農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)，不同農(nóng)作物的耐旱程度和需水量差異較大，種植赫芬達(dá)爾指數(shù)能反映種植的多樣性，而種植的多樣性有助于農(nóng)戶在有限時(shí)間內(nèi)擇選合適的農(nóng)產(chǎn)品種植品種，提高農(nóng)作物的水分利用率。

(3)節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展水平。節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用與普及有助于提高農(nóng)業(yè)用水效率，目前學(xué)界對農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)指標(biāo)的選取尚未達(dá)成共識(shí)，因此以節(jié)水灌溉面積與播種面積的比值來反映節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展水平，比值越大，表示節(jié)水灌溉技術(shù)應(yīng)用程度越高。

(4)機(jī)械化程度。機(jī)械化播種和灌溉技術(shù)能有效減少水資源損耗，提高農(nóng)業(yè)灌溉用水效率，因此采用農(nóng)用柴油使用量來反映農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度[24]。

(5)供水結(jié)構(gòu)。許朗等[8]和王學(xué)淵等[25]發(fā)現(xiàn)地下灌溉供水對水資源效率有正向影響。本文以地下供水占供水總量的比例表示供水結(jié)構(gòu)，地下供水主要用于灌溉，地下供水渠道有利于減少灌溉損失和時(shí)間，提高用水效率。

(6)對外開放程度。佟金萍等[10]發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)開放性對水資源效率有顯著正向影響。對外開放對農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的影響機(jī)理主要體現(xiàn)在先進(jìn)技術(shù)和國際標(biāo)準(zhǔn)兩個(gè)方面，節(jié)水灌溉、種植及管理技術(shù)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和用水效率有正向促進(jìn)作用；農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易的國際標(biāo)準(zhǔn)對生產(chǎn)者形成產(chǎn)品安全和環(huán)境污染約束。本文以農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)出口總額指標(biāo)表示農(nóng)業(yè)對外開放程度。

(7)環(huán)境規(guī)制。楊騫等[9]認(rèn)為環(huán)境規(guī)制有利于提升水資源效率。由于缺乏直接的農(nóng)業(yè)污染排放量的數(shù)據(jù)，相關(guān)研究多采用農(nóng)業(yè)COD排放量和氨氮排放量之和間接表示農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成的污染程度。將農(nóng)業(yè)化學(xué)需氧量和氨氮排放量的總和除以農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值，以該比值作為環(huán)境規(guī)制的逆指標(biāo)，比值越小表征環(huán)境規(guī)制力度越大。

表4 農(nóng)業(yè)水資源環(huán)境效率影響因素的變量說明Tab.4 Variable description of influencing factors of the agricultural water resources efficiency

3.2 模型設(shè)定

由于超效率SBM模型測度的效率是大于0的受限變量，因此本文選取面板Tobit回歸模型分析農(nóng)業(yè)水資源環(huán)境效率的影響因素。其中，efficiencyi,t表示i省份和t時(shí)間的效率水平，模型1中Xi,t表示核心解釋變量的集合，包括人均水資源量、人均供水量和農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)。在模型1的基礎(chǔ)上加入控制變量得到模型2，Yi,t表示節(jié)水技術(shù)類控制變量集合，即節(jié)水農(nóng)業(yè)水平、機(jī)械化程度和供水結(jié)構(gòu)，Zi,t表示外部環(huán)境類控制變量集合，包括對外開放程度和環(huán)境規(guī)制。

模型1：efficiencyi,t=C+αXi,t+εi,t

模型2：efficiencyi,t=C+αXi,t+βYi,t+θZi,t+εi,t

3.3 實(shí)證結(jié)果

模型估計(jì)結(jié)果如表5所示。

表5 農(nóng)業(yè)水資源環(huán)境效率影響因素的估計(jì)結(jié)果Tab.5 Estimation of influencing factors of the agricultural water resources efficiency

注：***、**和*分別表示在1%、5%和10%水平上顯著。

(1)核心解釋變量的結(jié)果，人均水資源量的回歸系數(shù)顯著為正，而人均供水量的回歸系數(shù)為-0.455?？赡艿脑蚴?，一方面水資源豐富的地區(qū)農(nóng)作物用水需求容易得到滿足；另一方面水資源豐富的地區(qū)節(jié)水意識(shí)相對較差，存在水資源浪費(fèi)的現(xiàn)象。農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)的回歸系數(shù)為-0.33，表明農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)降低了效率。此外，在考慮控制變量后，核心解釋變量對水環(huán)境效率的影響程度在下降。

(2)節(jié)水技術(shù)類控制變量中，節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展水平和供水結(jié)構(gòu)未通過顯著性檢驗(yàn)，與楊騫等[9]的研究結(jié)果一致，可能的原因是國內(nèi)農(nóng)業(yè)用水灌溉技術(shù)和渠系系統(tǒng)比較落后，節(jié)水技術(shù)的正向效應(yīng)并未有效發(fā)揮。機(jī)械化程度的系數(shù)值為-0.224，表明機(jī)械化對效率的作用未增反減。

(3)外部環(huán)境類控制變量中，對外開放程度的回歸系數(shù)正，對效率表現(xiàn)為顯著正向影響。對外開放程度越大，灌溉技術(shù)和種植技術(shù)引進(jìn)步伐越快；同時(shí)，國內(nèi)農(nóng)產(chǎn)品參與國際競爭，提高用水效率以增強(qiáng)國際競爭力。環(huán)境規(guī)制在1%顯著性水平下回歸系數(shù)為-0.615，污染排放量作為環(huán)境規(guī)制的逆指標(biāo)，所以污染排放量越大，環(huán)境規(guī)制力度則越小，說明環(huán)境規(guī)制對效率呈正向影響。農(nóng)業(yè)污染環(huán)境規(guī)制強(qiáng)度越大，對效率的改善作用越明顯。環(huán)境規(guī)制對效率的影響效應(yīng)顯著，未來可繼續(xù)加強(qiáng)環(huán)境規(guī)制力度。

4 結(jié)論與政策建議

運(yùn)用超效率SBM模型評價(jià)了2011-2015年間中國各省區(qū)和八大地區(qū)的農(nóng)業(yè)水資源環(huán)境效率，并利用面板Tobit模型分析了各省區(qū)農(nóng)業(yè)水資源環(huán)境效率影響因素，得出以下結(jié)論：

(1)研究期間內(nèi)，不考慮非期望產(chǎn)出和考慮非期望產(chǎn)出下的農(nóng)業(yè)水資源效率均呈現(xiàn)增長趨勢，但不考慮環(huán)境因素會(huì)高估真實(shí)的效率水平。環(huán)境污染對農(nóng)業(yè)水資源效率的負(fù)向影響有所緩解，兩種情況下的農(nóng)業(yè)水資源效率值差距逐年縮小，效率存在環(huán)境收斂效應(yīng)。

(2)水資源效率的區(qū)域差異顯著，東部沿海地區(qū)效率值明顯高于其他地區(qū)，長江中游地區(qū)均值水平最低，農(nóng)業(yè)水資源環(huán)境效率提升的重點(diǎn)區(qū)域在黃河中游地區(qū)和長江中游地區(qū)。農(nóng)業(yè)主產(chǎn)區(qū)屬于效率值落后區(qū)域，提升該區(qū)域效率對于促進(jìn)糧食增產(chǎn)和保障糧食安全具有重要意義。

(3)從農(nóng)業(yè)水資源環(huán)境效率影響因素測算結(jié)果來看，對外開放程度增進(jìn)了效率水平，當(dāng)前的作物種植結(jié)構(gòu)降低了效率，節(jié)水技術(shù)類因素并未發(fā)揮作用，環(huán)境規(guī)制對效率提升呈現(xiàn)顯著正向影響。

基于以上結(jié)論，提出3點(diǎn)政策建議：①種植結(jié)構(gòu)對農(nóng)業(yè)水資源環(huán)境效率有顯著負(fù)向影響，因此應(yīng)重點(diǎn)調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)和規(guī)模，特別是黃河中游和長江中游地區(qū)是重要的糧食主產(chǎn)區(qū)，水資源負(fù)荷較大，技術(shù)效率較低，適當(dāng)減少高耗水農(nóng)作物種植面積，突破作物需水剛性約束；②現(xiàn)有節(jié)水技術(shù)并未發(fā)揮效率提升作用，各地區(qū)應(yīng)該進(jìn)一步大力推廣和普及節(jié)水技術(shù)，因地制宜地引進(jìn)節(jié)水技術(shù)，提高機(jī)械化灌溉和耕種水平，完善地下供水體系；③環(huán)境規(guī)制對農(nóng)業(yè)水資源環(huán)境效率發(fā)揮了顯著的正向作用，繼續(xù)推動(dòng)水資源管理制度政策的制定與實(shí)施，加強(qiáng)生態(tài)脆弱地區(qū)和嚴(yán)重缺水地區(qū)的節(jié)水工程建設(shè)，同時(shí)劃定水資源效率控制紅線，控制農(nóng)業(yè)面污染源，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)和治理工作。