李鴻雁，付俊怡，張興華

（寧夏大學(xué)，a.經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院；b.農(nóng)學(xué)院，銀川 750021）

黃河流域作為中國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)地帶和生態(tài)屏障，在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和生態(tài)安全方面具有舉足輕重的地位。黨的十八大以來(lái)，黃河流域在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境治理方面取得了巨大成就［1］。然而，黃河流域流經(jīng)地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，水資源利用粗放，使得黃河流域水資源十分短缺，對(duì)流域內(nèi)以灌溉為主體的農(nóng)業(yè)活動(dòng)形成了巨大挑戰(zhàn)。黃河流域9 ?。▍^(qū)）農(nóng)業(yè)用水總量從2009年的829.07 億m3下降至2018年的815.9 億m3，同期耕地向北方集中，流域內(nèi)農(nóng)作物總播種面積由2009年的54 381.9 千hm2增長(zhǎng)至2018年的57 441.1 千hm2，加之近年來(lái)全球氣候變暖，進(jìn)一步加劇農(nóng)業(yè)干旱缺水態(tài)勢(shì)，農(nóng)業(yè)用水得不到保障，特別是枯水年和用水緊張時(shí)期，農(nóng)業(yè)用水被擠占，造成作物減產(chǎn)，糧食安全受到威脅，農(nóng)民利益受到影響［2］。此外，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水過(guò)程中所產(chǎn)生的農(nóng)業(yè)污染也日漸嚴(yán)重，2017年，小麥、玉米和水稻3 種農(nóng)作物農(nóng)藥利用率僅為38.8%，化肥利用率僅為37.8%，與2015年相比雖有所上升，但總體上利用率較低，導(dǎo)致土壤中殘留大量農(nóng)藥和化肥，造成水體富營(yíng)養(yǎng)化、農(nóng)業(yè)面源污染等環(huán)境問(wèn)題，同時(shí)削弱莊稼的生產(chǎn)能力和造成資源浪費(fèi)。

面對(duì)黃河流域嚴(yán)峻的發(fā)展形勢(shì)，2019年9月18日，習(xí)近平總書(shū)記在黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展座談會(huì)上強(qiáng)調(diào)指出，“黃河流域是我國(guó)重要的生態(tài)屏障和經(jīng)濟(jì)地帶，要堅(jiān)持綠水青山就是金山銀山的理念，堅(jiān)持生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展，以水而定、量水而行”［3］。這意味著要以環(huán)境約束為前提，嚴(yán)格管控化肥和農(nóng)藥使用，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展；同時(shí)以水資源為剛性約束，合理管控農(nóng)業(yè)用水，最終以節(jié)約用水推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式和居民生活方式由粗放向節(jié)約集約轉(zhuǎn)變，促進(jìn)水資源集約利用與可持續(xù)發(fā)展。在此背景下，科學(xué)評(píng)價(jià)黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率并探究農(nóng)業(yè)用水優(yōu)化路徑，有利于緩解黃河流域農(nóng)業(yè)缺水態(tài)勢(shì)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，對(duì)推動(dòng)黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展至關(guān)重要。

作為最大的剛性約束，水資源是任何一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展都離不開(kāi)的自然資源，時(shí)刻牽動(dòng)著一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展態(tài)勢(shì)，但在總用水量上，農(nóng)業(yè)用水始終占據(jù)較大比重。隨著黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展上升為國(guó)家戰(zhàn)略，以及近年來(lái)農(nóng)業(yè)水資源矛盾日益突出，學(xué)者們圍繞黃河流域和農(nóng)業(yè)水資源的相關(guān)研究日漸增多。

在黃河流域水資源問(wèn)題研究上，現(xiàn)有文獻(xiàn)從三個(gè)方面展開(kāi)。一是關(guān)于水資源的承載力方面，近年來(lái)黃河流域水資源承載力有所提高但整體還處于較弱水平，其中寧夏和甘肅水資源承載力多年處于超載狀態(tài)［4-6］。二是在水資源配置方面，黃河流域水資源分配方式仍存在諸多問(wèn)題，傳統(tǒng)的調(diào)配方式不適應(yīng)資源與社會(huì)的協(xié)調(diào)發(fā)展，需建立黃河干流河段多目標(biāo)的優(yōu)化配置以滿足經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的需要［7］。三是在水資源利用效率方面，黃河流域用水效率存在明顯的地區(qū)差異性，應(yīng)結(jié)合各地區(qū)實(shí)際情況制定有針對(duì)性的用水策略，避免出現(xiàn)“一刀切”現(xiàn)象［1，8］。

關(guān)于農(nóng)業(yè)水資源利用效率方面的研究，學(xué)者們主要從評(píng)價(jià)方式和測(cè)度方法上展開(kāi)。用水效率評(píng)價(jià)方式主要分為單要素評(píng)價(jià)和全要素評(píng)價(jià)。Hu 等［9］率先使用全要素用水效率評(píng)價(jià)方式，以“最優(yōu)用水量與實(shí)際用水量之比”進(jìn)行效率衡量。相較于單要素評(píng)價(jià)方式，全要素用水效率評(píng)價(jià)在考慮到水資源投入的基礎(chǔ)上，同時(shí)考慮了其他要素投入，符合實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水過(guò)程，更為廣泛地運(yùn)用于研究中。農(nóng)業(yè)用水效率測(cè)度方法主要為參數(shù)法和非參數(shù)法，參數(shù)法的典例是隨機(jī)前沿分析法（SFA），該方法以一定的函數(shù)形式為前提，在分離統(tǒng)計(jì)誤差等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。Battese 等［10］最先采用SFA 方法測(cè)度農(nóng)業(yè)用水效率，在這之后越來(lái)越多學(xué)者也開(kāi)始采用SFA 方法進(jìn)行農(nóng)業(yè)用水效率測(cè)度，如Wang 等［11］基于SFA 方法，測(cè)度了中國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)效率與灌溉用水效率，發(fā)現(xiàn)技術(shù)效率遠(yuǎn)高于農(nóng)業(yè)用水效率，農(nóng)業(yè)用水效率地區(qū)間差異更大。數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法（DEA）為非參數(shù)法的代表，該方法不需要預(yù)設(shè)具體的函數(shù)形式［12］，適用于多投入多產(chǎn)出的多目標(biāo)決策系統(tǒng)。Geng 等［13］和李靜等［14］使用DEA 模型，以中國(guó)為研究對(duì)象評(píng)估了農(nóng)業(yè)用水效率。而另一些學(xué)者將某個(gè)區(qū)域或某些農(nóng)作物作為研究對(duì)象，如Wang 等［15］、佟金萍等［16］和常明等［17］運(yùn)用DEA 和Tobit 模型，分別以黑河流域、長(zhǎng)江流域的小麥、玉米、稻谷3 種作物為研究對(duì)象，探究了農(nóng)業(yè)用水效率及影響因素。陳洪斌［18］則在考慮到外部環(huán)境因素會(huì)影響效率情況下，基于三階段DEA 模型測(cè)評(píng)了全國(guó)農(nóng)業(yè)用水效率和空間溢出效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)用水效率具有明顯的空間溢出性。在黃河流域水資源問(wèn)題研究上，現(xiàn)有研究主要集中在黃河流域水資源承載力、配置以及水資源利用效率等方面，較少考慮對(duì)農(nóng)業(yè)用水效率問(wèn)題的研究；而關(guān)于農(nóng)業(yè)用水效率研究，又主要集中在對(duì)全國(guó)或區(qū)域?qū)用?，或者某些農(nóng)作物的農(nóng)業(yè)用水效率，以黃河流域作為研究對(duì)象相對(duì)較少。在研究?jī)?nèi)容上，基于期望產(chǎn)出的研究較多，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水過(guò)程中所產(chǎn)生的污染問(wèn)題考慮較少［19］。因此，本研究基于全要素評(píng)價(jià)方式，以化肥污染量和農(nóng)藥污染量作為非期望產(chǎn)出，采用SBM-Undesirable 模型測(cè)度了2009—2017年黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率及其變動(dòng)趨勢(shì)，并根據(jù)農(nóng)業(yè)用水效率值以及化肥、農(nóng)藥污染量，對(duì)黃河流域9 省區(qū)進(jìn)行效率-污染類型聚類分析，針對(duì)不同類型地區(qū)提出不同的農(nóng)業(yè)用水優(yōu)化路徑，為各地區(qū)因地制宜地制定農(nóng)業(yè)用水政策提供理論依據(jù)。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 SBM-Undesirable 模型

DEA 模型一般分為投入導(dǎo)向型和產(chǎn)出導(dǎo)向型，規(guī)模報(bào)酬不變（CRS）條件下的與規(guī)模報(bào)酬可變（VRS）條件下的DEA 模型。傳統(tǒng)的徑向DEA 模型，從等比例角度測(cè)量無(wú)效率程度，忽略了投入產(chǎn)出的松弛性問(wèn)題和實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的非期望產(chǎn)出，從而導(dǎo)致決策單元效率值偏高?；谶@樣的考慮，Tone［20］在傳統(tǒng)DEA 模型基礎(chǔ)上，提出了非角度和非徑向的SBM-Undesirable 模型［9，21］，該模型一方面規(guī)避了徑向、角度選擇所造成的偏差，克服了投入產(chǎn)出的松弛性問(wèn)題，另一方面解決了非期望產(chǎn)出問(wèn)題。本研究測(cè)算的農(nóng)業(yè)用水效率，是在給定其他投入要素和產(chǎn)出條件下，最優(yōu)農(nóng)業(yè)用水投入量與實(shí)際農(nóng)業(yè)用水投入量之比，且黃河流域各省區(qū)投入和產(chǎn)出規(guī)模報(bào)酬并非保持不變，因此選擇VRS 條件下投入導(dǎo)向型的SBM-Undesirable 模型。具體線性規(guī)劃公式如下。

其中，某一時(shí)間內(nèi)決策單元d的農(nóng)業(yè)用水效率為ρ，當(dāng)，表示決策單元相對(duì)效率最優(yōu)。投入、期望產(chǎn)出和非期望產(chǎn)出值分別為xkd、ynd、umd；因素個(gè)數(shù)分別為K、N、M，松弛量分別為，權(quán)重用λ代表，j決策單元第k種投入要素用xkj代表，j決策單元第n種期望產(chǎn)出用ynj代表，j決策單元第m種非期望產(chǎn)出用umj代表。

1.2 農(nóng)業(yè)用水效率與節(jié)水潛力

借鑒Hu 等［9］基于全要素生產(chǎn)率的用水效率測(cè)度思路，并參考李靜等［14］、佟金萍等［16］、馬劍鋒等［22］文獻(xiàn)中的定義，農(nóng)業(yè)用水效率可以定義為最優(yōu)農(nóng)業(yè)用水投入量與實(shí)際農(nóng)業(yè)用水投入量之比，具體公式如下。

式中，TFWEj,t表示第t年第j省農(nóng)業(yè)用水效率，當(dāng)TFWEj,t等于1 時(shí)，表明該決策單元相對(duì)效率最優(yōu)，當(dāng)TFWEj,t小于1 時(shí)，表明該決策單元不在有效前沿面上，可通過(guò)減少投入或增加期望產(chǎn)出、減少非期望產(chǎn)出以達(dá)到有效前沿面；TWEj,t表示最優(yōu)農(nóng)業(yè)用水投入量；WEj,t表示農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)際農(nóng)業(yè)用水投入量；LWEj,t表示農(nóng)業(yè)用水投入冗余量，冗余量的大小反映農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力的大小。因此，將農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力定義為農(nóng)業(yè)用水投入冗余量與實(shí)際農(nóng)業(yè)用水投入量之比，第t年第j省的農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力可以表示為APWEj,t，公式如下。

由式（2）、式（3）可知，TFWEj,t+APWEj,t= 1。其中，LWEj,t越大，APWEj,t越大，TFWEj,t越小，即農(nóng)業(yè)用水投入冗余量越大，農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力越大，農(nóng)業(yè)用水效率越低。

1.3 指標(biāo)選取與數(shù)據(jù)來(lái)源

采用SBM-Undesirable 模型測(cè)算2009—2017年黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率，基于數(shù)據(jù)的可獲取行性和可操作性原則，并參考李靜等［14］、佟金萍等［16］、方琳等［19］學(xué)者觀點(diǎn)，選取農(nóng)業(yè)就業(yè)人數(shù)、農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力、農(nóng)業(yè)用水量、農(nóng)作物總播種面積、化肥施用量和農(nóng)藥使用量作為投入要素，以農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值作為期望產(chǎn)出，以化肥污染量和農(nóng)藥污染量作為非期望產(chǎn)出。農(nóng)業(yè)就業(yè)人數(shù)、化肥污染量和農(nóng)藥污染量數(shù)據(jù)并未公布，因此以第一產(chǎn)業(yè)就業(yè)人數(shù)代表農(nóng)業(yè)就業(yè)人數(shù)，并借鑒王寶義等［23］計(jì)算方法，用農(nóng)藥無(wú)效使用量、化肥氮磷流失量表征農(nóng)藥污染量和化肥污染量，其中農(nóng)藥污染量=農(nóng)藥使用量× 50%［24］，化肥污染量=化肥施用量×（1-化肥利用率）=化肥施用量×65%［25］。

本研究所用原始數(shù)據(jù)均來(lái)源于2010—2018年的《中國(guó)水資源公報(bào)》《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》和《中國(guó)農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》，所有經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均以2008年為基期進(jìn)行調(diào)整。數(shù)據(jù)選擇如表1 所示。

表1 投入產(chǎn)出指標(biāo)及選取依據(jù)

2 實(shí)證結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)業(yè)用水基本情況分析

DEA 模型在計(jì)算效率時(shí)需要一定數(shù)量的DMU，即DMU 數(shù)量應(yīng)大于投入產(chǎn)出指標(biāo)之積以及投入產(chǎn)出指標(biāo)之和的3 倍，如果單獨(dú)對(duì)黃河流域?。▍^(qū)）進(jìn)行研究，將無(wú)法滿足DMU 最低測(cè)算單元的需要，DEA 方法將失效。為了準(zhǔn)確測(cè)算出黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率并與其他地區(qū)相比較，選取2009—2017年全國(guó)31 個(gè)?。ㄊ?、自治區(qū)）（不包含港、澳、臺(tái)地區(qū)）數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，選擇萬(wàn)元農(nóng)業(yè)產(chǎn)值用水量指標(biāo)描述黃河流域農(nóng)業(yè)用水情況。當(dāng)萬(wàn)元農(nóng)業(yè)產(chǎn)值用水量減小時(shí)，即產(chǎn)生萬(wàn)元農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值所消耗的農(nóng)業(yè)用水量減少，表明農(nóng)業(yè)用水情況得到改善。由圖1 可知，2009—2017年黃河流域、長(zhǎng)江流域和全國(guó)的萬(wàn)元農(nóng)業(yè)產(chǎn)值用水量整體變化趨勢(shì)基本一致，均呈下降趨勢(shì)，農(nóng)業(yè)用水情況均得到改善。其中，黃河流域萬(wàn)元農(nóng)業(yè)產(chǎn)值用水量從2009年的2 312.60 m3/萬(wàn)元減少到2017年的1 819.17 m3/萬(wàn)元，下降幅度明顯，2009年萬(wàn)元農(nóng)業(yè)產(chǎn)值用水量約為2017年的1.3倍；長(zhǎng)江流域萬(wàn)元農(nóng)業(yè)產(chǎn)值用水量從2009年的2 393.34 m3/萬(wàn)元減少到2017年的2 101.74 m3/萬(wàn)元，為2017年的1.1倍；全國(guó)萬(wàn)元農(nóng)業(yè)產(chǎn)值用水量從2009年的2 258.71 m3/萬(wàn)元減少到2017年的1 894.76 m3/萬(wàn)元，為2017年的1.2 倍。可見(jiàn)，一方面在黃河流域水資源保障形勢(shì)愈發(fā)嚴(yán)峻的背景下，地方政府對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水問(wèn)題重視程度增加；另一方面隨著農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)和政策的推廣，農(nóng)戶節(jié)水意識(shí)不斷增強(qiáng)，改善了傳統(tǒng)的粗放型灌溉方式，促使黃河流域農(nóng)業(yè)用水情況改善更為明顯。目前黃河流域流經(jīng)的大部分省區(qū)處在缺水或少水狀態(tài)，2018年黃河總耗水量為415.93 億m3，其中農(nóng)田灌溉耗水量分別占黃河地表水耗水量和地下水耗水量的66.8%和49.4%，農(nóng)業(yè)是用水大戶，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)水資源的依賴性較強(qiáng)。因此，農(nóng)業(yè)用水情況雖有所改善，但在水資源短缺的黃河流域地區(qū)農(nóng)業(yè)缺水態(tài)勢(shì)依然嚴(yán)峻，農(nóng)業(yè)用水效率亟待提高。

圖1 萬(wàn)元農(nóng)業(yè)產(chǎn)值用水量

2.2 黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率分析

2.2.1 全國(guó)范圍內(nèi)農(nóng)業(yè)用水效率比較 為更好地把握黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率在全國(guó)的定位和水平，從全國(guó)范圍內(nèi)比較了黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率。由圖2可知，從波動(dòng)趨勢(shì)上看，黃河流域與全國(guó)的農(nóng)業(yè)用水效率變化趨勢(shì)大體一致，均呈先下降再上升趨勢(shì)，但黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率高于全國(guó)平均水平。由于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和總?cè)丝谠黾釉斐赊r(nóng)業(yè)用水供給減少，加之部分地區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)推廣緩慢、管理制度落后，導(dǎo)致2009—2015年黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率呈波動(dòng)下降態(tài)勢(shì)；2015年，黨的十八屆五中全會(huì)將“加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)，建設(shè)美麗中國(guó)”首度寫(xiě)入五年規(guī)劃，隨著國(guó)家越來(lái)越關(guān)注生態(tài)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展，各地區(qū)開(kāi)始重視農(nóng)業(yè)節(jié)水問(wèn)題，制定相關(guān)節(jié)水政策，以及各地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平提高，農(nóng)業(yè)水資源資金投入加大，農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)加強(qiáng)和管理制度完善，促使2015—2017年黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率呈上升態(tài)勢(shì)。在效率水平上，2009—2017年黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率從0.89 下降至2017年的0.83，全國(guó)農(nóng)業(yè)用水效率從0.83 下降至2017年的0.81，黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率雖高于全國(guó)水平，但其下降幅度更大。經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)是農(nóng)業(yè)水資源可持續(xù)利用的重要保障，近年來(lái)黃河流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平普遍低于全國(guó)平均水平，農(nóng)業(yè)水資源資金投入不足，造成黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率下降更為顯著。

圖2 黃河流域與全國(guó)農(nóng)業(yè)用水效率演變趨勢(shì)

2.2.2 黃河流域各區(qū)段農(nóng)業(yè)用水效率比較 由于黃河流域不同區(qū)段的生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等因素均有不同，導(dǎo)致流域各區(qū)段農(nóng)業(yè)用水效率存在較大差異。將黃河流域劃分為中上游地區(qū)（青海、四川、甘肅、內(nèi)蒙古、寧夏）和中下游地區(qū)（山西、陜西、河南、山東）。由圖3 可知，從演變趨勢(shì)上看，黃河流域中上游和中下游地區(qū)農(nóng)業(yè)用水效率演變趨勢(shì)基本一致，均表現(xiàn)為先下降再基本穩(wěn)定后上升態(tài)勢(shì)，其中，2009—2011年呈下降狀態(tài)，2011—2015年農(nóng)業(yè)用水效率基本穩(wěn)定，2015—2017年呈上升狀態(tài)。在效率水平上，黃河流域整體效率均值為0.781，中下游和中上游地區(qū)效率均值分別為0.855、0.722，中下游地區(qū)農(nóng)業(yè)用水效率均值高于整體效率均值，而中上游地區(qū)效率均值低于整體效率均值，中下游地區(qū)用水效率高于中上游地區(qū)。此外，2009—2017年黃河流域中上游和中下游地區(qū)農(nóng)業(yè)用水效率均有不同程度的下降，其中，雖然近年來(lái)中下游地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平高，農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)和管理制度比較先進(jìn)，但農(nóng)田種植結(jié)構(gòu)不合理，農(nóng)戶節(jié)水意識(shí)不高，導(dǎo)致中下游地區(qū)農(nóng)業(yè)用水效率從2009年的0.930 下降至2017年的0.881；而中上游地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較低，農(nóng)田水利設(shè)施投入不足，農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)和管理制度相對(duì)落后，造成農(nóng)業(yè)用水效率從2009年的0.852 下降至2017年的0.785，黃河流域中上游地區(qū)農(nóng)業(yè)用水效率下降更為明顯。從空間分布上看，黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率存在明顯的空間非均衡性，表現(xiàn)為“東高西低”分布特征，高效率地區(qū)主要集中在中下游，黃河流域中上游地區(qū)農(nóng)業(yè)用水效率亟待提高。

圖3 黃河流域各區(qū)段農(nóng)業(yè)用水效率演變趨勢(shì)

2.2.3 黃河流域各省區(qū)農(nóng)業(yè)用水效率分析 作為中國(guó)重要農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)的黃河流域地區(qū)，水資源總量?jī)H占全國(guó)水資源總量的2.6%，水資源與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不匹配，加劇了黃河流域農(nóng)業(yè)缺水態(tài)勢(shì)。探究黃河流域各省區(qū)農(nóng)業(yè)用水效率及農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力，是提高黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率和緩解農(nóng)業(yè)缺水態(tài)勢(shì)的科學(xué)前提。

由圖4 可知，2009—2017年青海、山東、陜西和四川的農(nóng)業(yè)用水效率始終最優(yōu)，其他省區(qū)農(nóng)業(yè)用水效率存在較大差異。2009—2017年河南農(nóng)業(yè)用水效率提高了0.024，效率均值為0.628，但其農(nóng)業(yè)用水效率上下波動(dòng)很大，效率水平不穩(wěn)定；甘肅和寧夏農(nóng)業(yè)用水效率呈小幅度下降態(tài)勢(shì)，分別下降0.039 和0.083，效率均值分別為0.577 和0.656；而山西和內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)用水效率下降幅度明顯，分別下降0.218 和0.210，效率均值分別為0.795 和0.379。從波動(dòng)趨勢(shì)上看，2009—2017年青海、山東、陜西、四川、河南、寧夏和甘肅農(nóng)業(yè)用水效率基本保持不變或略微上下波動(dòng)，波動(dòng)幅度不超過(guò)0.1，而山西和內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)用水效率下降幅度在0.2 以上，下降幅度明顯；從效率均值上看，內(nèi)蒙古和甘肅農(nóng)業(yè)用水效率相對(duì)較低。

圖4 黃河流域各省區(qū)農(nóng)業(yè)用水效率演變趨勢(shì)

在農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力方面，由表2 可知，2009—2017年黃河流域農(nóng)業(yè)用水冗余量呈上升態(tài)勢(shì)，冗余總量達(dá)2 098.41 億m3，即在相同農(nóng)業(yè)產(chǎn)出的情況下，農(nóng)業(yè)用水多投入了2 098.41 億m3，具有較大的節(jié)水潛力。青海、山東、陜西和四川始終處在有效前沿面上，而流域內(nèi)其他省區(qū)均存在不同程度的農(nóng)業(yè)用水投入冗余。農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力最大為內(nèi)蒙古，農(nóng)業(yè)用水冗余總量達(dá)764.72 億m3，與2009年相比，農(nóng)業(yè)用水冗余量增加28.78 億m3，節(jié)水潛力增大；農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力排第2、3、4 位的省（區(qū)）分別為甘肅、河南和寧夏，農(nóng)業(yè)用水冗余總量均在300 億m3以上，節(jié)水潛力較大，其中甘肅和寧夏的農(nóng)業(yè)用水冗余量演變趨勢(shì)大體一致，均呈現(xiàn)逐年增加狀態(tài)，河南農(nóng)業(yè)用水冗余量上下波動(dòng)幅度較大，冗余量最大為69.92 億m3，最小為23.99億m3，節(jié)水潛力變化不穩(wěn)定；農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力排名第5位是山西，農(nóng)業(yè)用水冗余總量為80.72 億m3，與其他存在投入冗余的?。▍^(qū)）相比，山西農(nóng)業(yè)用水投入冗余較少，農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力相對(duì)較小，農(nóng)業(yè)用水效率相對(duì)較高，但農(nóng)業(yè)用水冗余量呈小幅度逐年增加態(tài)勢(shì)，表明節(jié)水潛力逐漸增大，用水效率呈下降趨勢(shì)。

表2 黃河流域各省區(qū)農(nóng)業(yè)用水節(jié)水潛力 （單位：億m3）

對(duì)于內(nèi)蒙古、寧夏和甘肅地區(qū)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較低，農(nóng)田水利設(shè)施投入不足，加之以農(nóng)牧為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，農(nóng)業(yè)用水多采用漫灌、串灌等粗放方式，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)水資源自然損耗較多，農(nóng)業(yè)用水冗余量較大，用水效率偏低，節(jié)水潛力較大。河南是中國(guó)重要的產(chǎn)糧大省，高耗水作物占比較高，造成農(nóng)業(yè)用水占比較大，農(nóng)業(yè)用水占比較大意味著農(nóng)業(yè)水資源冗余投入較多，節(jié)水潛力較大，用水效率有待提高。而山西省農(nóng)業(yè)用水冗余量較少，節(jié)水潛力較小，但近年來(lái)隨著山西省煤礦產(chǎn)業(yè)下行，經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)緩慢，農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)和管理制度相對(duì)落后，導(dǎo)致山西省農(nóng)業(yè)用水冗余量增加，節(jié)水潛力增大，用水效率呈下降趨勢(shì)。因此，在推動(dòng)黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展過(guò)程中，需著重提高內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)用水效率，同時(shí)重視山西農(nóng)業(yè)用水效率潛在的下降風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 黃河流域效率-污染類型分析

由于黃河流域各地區(qū)水資源豐裕程度、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平以及農(nóng)戶環(huán)保意識(shí)等方面的差異，黃河流域各省區(qū)農(nóng)業(yè)用水效率及污染程度會(huì)呈現(xiàn)出不同的特征?？茖W(xué)評(píng)價(jià)環(huán)境約束下黃河流域各省區(qū)的農(nóng)業(yè)用水效率和污染程度，探討有差異、有重點(diǎn)的農(nóng)業(yè)用水優(yōu)化路徑對(duì)推動(dòng)黃河流域生態(tài)保護(hù)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。根據(jù)2009—2017年黃河流域9 ?。▍^(qū)）的農(nóng)業(yè)用水效率值以及化肥污染量和農(nóng)藥污染量進(jìn)行聚類分析，將黃河流域9 個(gè)?。▍^(qū)）劃分為低效率-低污染（DD）、低效率-高污染（DG）、高效率-低污染（GD）和高效率-高污染（GG）4 種類型，聚類結(jié)果如圖5 所示。

圖5 黃河流域各省區(qū)效率-污染類型

低效率-低污染類型包括甘肅、內(nèi)蒙古和寧夏，該類型地區(qū)化肥污染量和農(nóng)藥污染量較低，對(duì)環(huán)境造成的污染較小，但生態(tài)環(huán)境脆弱，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平低，節(jié)水技術(shù)相對(duì)落后，節(jié)水灌溉設(shè)施不足，農(nóng)業(yè)用水效率低。對(duì)于DD 類型地區(qū)，在保持當(dāng)前農(nóng)業(yè)污染防治力度的基礎(chǔ)上，應(yīng)著重提高黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率，促進(jìn)農(nóng)業(yè)用水集約利用。

低效率-高污染類型包括河南。河南在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水過(guò)程中污染較嚴(yán)重，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成較大威脅，農(nóng)業(yè)污染防治任務(wù)艱巨；同時(shí)，河南降水量相對(duì)缺乏，高耗水作物占比較高，水資源管理制度不完善，農(nóng)業(yè)用水效率較低。對(duì)于DG 類型地區(qū)，主要任務(wù)是調(diào)整農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)，鼓勵(lì)農(nóng)戶選擇低耗水農(nóng)產(chǎn)品，推廣農(nóng)業(yè)節(jié)水補(bǔ)貼政策，改進(jìn)農(nóng)業(yè)水資源管理制度，加強(qiáng)農(nóng)業(yè)污染防控，提高農(nóng)戶環(huán)保意識(shí)，從根本上減少環(huán)境破壞。

高效率-低污染類型包括青海、山西、陜西和四川。該類型地區(qū)農(nóng)業(yè)用水效率較高，化肥和農(nóng)藥污染量較低，農(nóng)業(yè)污染防控壓力較小。對(duì)于GD 類型地區(qū)，應(yīng)在保持當(dāng)前農(nóng)業(yè)污染治理水平的前提下，合理管控農(nóng)業(yè)用水，進(jìn)一步優(yōu)化農(nóng)業(yè)水資源配置。

高效率-高污染類型包括山東。山東在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中，過(guò)度使用化肥和農(nóng)藥，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)污染比較嚴(yán)重；同時(shí)山東經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高，農(nóng)業(yè)水資源資金投入大，農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)與管理制度相對(duì)發(fā)達(dá)，農(nóng)業(yè)用水效率也較高。對(duì)于GG 類型地區(qū)，在保持高效率農(nóng)業(yè)用水的同時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格管控農(nóng)業(yè)面源污染，降低化肥和農(nóng)藥使用，鼓勵(lì)和推廣有機(jī)肥，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)宣傳工作。

3 結(jié)論與啟示

3.1 結(jié)論

探究黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率動(dòng)態(tài)變化及農(nóng)業(yè)用水優(yōu)化路徑對(duì)提高農(nóng)業(yè)用水效率、緩解農(nóng)業(yè)缺水態(tài)勢(shì)及促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義，也是推動(dòng)黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展的科學(xué)前提。本研究基于非期望產(chǎn)出的SBM 模型，測(cè)度了2009—2017年黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率，從全國(guó)、流域各區(qū)段以及流域內(nèi)部各省區(qū)角度探究了黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率動(dòng)態(tài)變化，并根據(jù)農(nóng)業(yè)用水效率及污染程度進(jìn)行聚類分析，針對(duì)不同類型地區(qū)提出不同的農(nóng)業(yè)用水優(yōu)化路徑。相關(guān)研究結(jié)論如下。

1）黃河流域與全國(guó)的農(nóng)業(yè)用水效率變化趨勢(shì)大體一致，均呈先下降再上升趨勢(shì)，黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率高于全國(guó)平均水平。與2009年相比，黃河流域和全國(guó)的農(nóng)業(yè)用水效率均有所下降，但黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率下降幅度更大。

2）黃河流域中上游和中下游地區(qū)農(nóng)業(yè)用水效率演變趨勢(shì)基本一致，均呈先波動(dòng)下降再基本穩(wěn)定后波動(dòng)上升態(tài)勢(shì)，但中下游地區(qū)農(nóng)業(yè)用水效率均值高于整體效率均值，中上游地區(qū)效率均值低于整體效率均值。與2009年相比，中上游和中下游地區(qū)的農(nóng)業(yè)用水效率均有所下降，中上游地區(qū)農(nóng)業(yè)用水效率下降更為顯著，農(nóng)業(yè)用水效率亟待提高。

3）青海、山東、陜西和四川農(nóng)業(yè)用水效率始終最優(yōu)，農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力最小，其他省區(qū)農(nóng)業(yè)用水效率及節(jié)水潛力存在較大差異。山西農(nóng)業(yè)用水效率較高，效率均值為0.795，節(jié)水潛力較小，但與2009年相比農(nóng)業(yè)用水效率下降明顯，節(jié)水潛力有所增加；河南、甘肅和寧夏農(nóng)業(yè)用水效率較低，效率均值分別為0.628、0.656 和0.577，節(jié)水潛力較大，其中，甘肅和寧夏農(nóng)業(yè)用水效率有所下降，節(jié)水潛力呈逐年增加趨勢(shì)，而河南農(nóng)業(yè)用水效率有所提升，但效率水平不穩(wěn)定，節(jié)水潛力波動(dòng)較大；內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)用水效率最低，效率均值為0.379，節(jié)水潛力最大，與2009年相比用水效率下降幅度較大，節(jié)水潛力明顯增加。

4）根據(jù)聚類結(jié)果，甘肅、寧夏和內(nèi)蒙古屬于低效率-低污染類型（DD），河南屬于低效率-高污染類型（DG），青海、山西、陜西和四川屬于高效率-低污染類型（GD），山東屬于高效率-高污染類型（GG），結(jié)合各地區(qū)實(shí)際情況，不同類型地區(qū)采取有針對(duì)性的農(nóng)業(yè)用水優(yōu)化路徑。

3.2 政策建議

針對(duì)上述分析，提高黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率，降低化肥和農(nóng)藥污染，促進(jìn)黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展，提出以下建議。

1）著重提高黃河流域中上游地區(qū)農(nóng)業(yè)用水效率，在中上游地區(qū)中應(yīng)著重提高內(nèi)蒙古、寧夏、甘肅的農(nóng)業(yè)用水效率。一方面加強(qiáng)農(nóng)業(yè)節(jié)水工程建設(shè)，提升農(nóng)業(yè)機(jī)械化灌溉程度，因地制宜引進(jìn)先進(jìn)的節(jié)水技術(shù)和管理制度，提高耕種水平；另一方面中上游地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，水土流失嚴(yán)重，可通過(guò)大力建設(shè)淤地壩、修筑梯田等措施提高水土保持能力，系統(tǒng)治理，協(xié)同發(fā)展。

2）黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率潛在的下降風(fēng)險(xiǎn)。在提高黃河流域低效率地區(qū)用水效率的基礎(chǔ)上，需要重視高效率地區(qū)農(nóng)業(yè)用水的合理管控，保持農(nóng)業(yè)用水的高效率水平，防止高效率地區(qū)農(nóng)業(yè)用水效率出現(xiàn)滑坡現(xiàn)象，從而推動(dòng)黃河流域農(nóng)業(yè)用水效率穩(wěn)中向好發(fā)展。

3）根據(jù)效率-污染類型，因地制宜地采取農(nóng)業(yè)用水優(yōu)化政策。對(duì)于低效率-低污染類型地區(qū)，引入先進(jìn)的農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)與管理制度，健全農(nóng)業(yè)用水價(jià)格機(jī)制，劃定農(nóng)業(yè)水資源效率控制紅線，加強(qiáng)農(nóng)田水利設(shè)施建設(shè)，同時(shí)開(kāi)展建壩、修旱作梯田等水土保持工程，減少水土流失，協(xié)同推進(jìn)農(nóng)業(yè)用水效率的提高。對(duì)于低效率-高污染類型地區(qū)，加大農(nóng)業(yè)節(jié)水補(bǔ)貼力度，優(yōu)化農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)，鼓勵(lì)農(nóng)戶適當(dāng)?shù)秃乃魑锓N植以促進(jìn)水資源充分利用，對(duì)農(nóng)戶開(kāi)展培訓(xùn)、宣講會(huì)等活動(dòng)增強(qiáng)農(nóng)戶環(huán)境保護(hù)意識(shí)，從源頭上降低化肥和農(nóng)藥污染，同時(shí)加強(qiáng)政府部門(mén)監(jiān)督力度，降低當(dāng)?shù)鼐用窦捌髽I(yè)的生產(chǎn)生活對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的破壞。對(duì)于高效率-低污染地區(qū)，在保持當(dāng)前效率水平和污染治理水平的前提下，關(guān)注農(nóng)業(yè)用水效率潛在的下降風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)一步優(yōu)化水資源配置，促進(jìn)科學(xué)用水、合理用水。對(duì)于高效率-高污染類型地區(qū)，在保持或進(jìn)一步提高當(dāng)前效率水平的基礎(chǔ)上，加大農(nóng)業(yè)污染治理的資金投入，完善農(nóng)業(yè)污染的相關(guān)政策法規(guī)，加強(qiáng)監(jiān)管和懲戒力度，針對(duì)農(nóng)戶開(kāi)展化肥、農(nóng)藥專業(yè)知識(shí)培訓(xùn)，提高化肥和農(nóng)藥利用率，通過(guò)橫幅、廣播等形式加大環(huán)保宣傳力度，增強(qiáng)農(nóng)戶環(huán)保意識(shí)，從根本上解決“高化肥、高農(nóng)藥”問(wèn)題。