节水灌溉技术对农业灌溉效率的影响_查建平

节水灌溉技术对农业灌溉效率的影响

查建平１，蔡威熙２，王金辉３

（１．山东农业大学 经济管理学院，山东 泰安 ２７１０１８；２．山东农业大学 马克思主义学院，山东 泰安 ２７１０１８；

３．聊城市农业农村局，山东 聊城 ２５２０００）

摘要：采用节水灌溉技术提高农业灌溉效率对于保障国家粮食安全和促进农业可持续发展具有现实意义。运用超期望ＳＢＭ 模型分别测度粮食灌溉效率和蔬菜灌溉效率，并进一步运用 Ｔｏｂｉｔ模型实证分析节水灌溉技术对农业灌溉效率的提升作用。结果表明：粮食灌溉效率平均值为２２．９３％ ，蔬菜灌溉效率为４５．８０％ ；节水灌溉技术对农业灌溉效率具有显著的提升作用；年龄和地形对农业灌溉效率具有正向影响，灌溉设施对蔬菜灌溉效率正向影响。因 此，提出加强农业生产指导，加强节水灌溉技术的宣传和推广，采用灵活多变、农户易于接受的培训形式等建议。

关键词：农业灌溉技术；农业灌溉效率；超期望ＳＢＭ 模型；Ｔｏｂｉｔ模型

中图分类号：Ｆ３２３．３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７１－１８０７（２０２１）１１－０１５９－０５

水资源是农业生产必不可少的投入要素［１］，对于保障国家粮食安全和农业可持续发展具有关键作用。然而，水资源短缺现状明显已成为中国农业发展和粮食安全的重要制约因素之一［２］。在整个农业用水中， ９０％的水资源用于农田灌溉［３］，因此提高农业灌溉效率是解决水资源短缺的重要举措。推广节水灌溉技 术是提高农业灌溉效率的重要途径。《国务院关于实 行最严格水资源管理制度的意见》明确提出加大农业 节水力度，大力发展高效节水灌溉。当前，中国农业 灌溉效率如何？节水灌溉技术的采用能否提高农业 灌溉效率？解决上述问题，对于保障国家粮食安全、促进农业可持续发展具有深远意义。

节水灌溉技术是以节约水资源为主要特征的资本和技术密集型现代农业生产要素［４］。节水灌溉技术通过改善生态环境、优化家庭劳动配置和增进生计能力实现减贫效应［５］；从生态效益来看，节水灌溉技术能改善社会生态环境［６］，具有显著的生态环境效应；此外，节水灌溉技术具有经济和技术效应， 能 够 使 得 玉 米 增 产 １０ ｋｇ／亩［７］，胡 萝 卜 增 产

２１％［８］，促进农户增产增收。尽管农业节水技术的

使用可产生正的经济社会效益［９］，但采纳节水农业技术的影响因素多元复杂［１０］，包括农业水贫困指数［１１］、农产品电商行为［１２］、水权制度［１３］、节水激励制度［１４］、补贴政策［１５］、风险认知［１６］以及农户的个体

和耕地特征［１７－１８］。此外，农户还可以通过社会网络

缓解资金约束，进而促使农户采纳相关技术［１９］。

对于农业灌溉效率的测度及如何提高农业灌溉效率，中国学者进行了深 入的分析。从宏观视角来看，２０１２ 年全国平均农业水资源效率分别为 ０．６７１［２０］，农业用水效率提升空间较大［２１］，且随着时间推移呈上升趋势［２２］。从微观视角看来，不同地区和不同农作物的灌溉效率具有差异性，关 中地区小麦灌溉效率均值为０．３１［２３］，河北省成安县玉米平均灌溉效率为６８．３６％［２４］，西南地区水稻灌溉效率均值为０．１３７８［２５］。从提升路径来看，农户兼业程度［２６］、村庄特征［２７］、气候变化［２８］显著影响农业灌溉效率，技术培训［２９］、提高水价［３０］、新型节水灌溉技术的示范推广［３１］均有助于提高农业灌溉效率，此外，户主年龄、学历等个体特征［３２］和土地规模［３３］、耕地质量［３４］等经营特征也能影响农业灌溉效率。

现有研究对本文具有一定的借鉴意义。然而， 不同农作物的灌溉效率有何差异？ 节水灌溉技术能否显著提高农业灌溉效率？ 回答上述问题，对于进一步推广节水灌溉技术，提高农业灌溉效率具有 现实意义。本文以山东省为例，测度粮食作物和经 济作物灌溉效率的差异，分析农业灌溉效率的影响 因素，实证检验节水灌溉技术对农业灌溉效率提升

收稿日期：２０２１－０７－０７

基金项目：教育部人文社会科学研究项目（１６ＹＪＡ７９００７１）；山东省重点研发计划（软科学项目）（２０１９ＲＫＢ０１５８３）；山东农业大学专职思想政治理论课教师专项。

作者简介：查建平（１９９７—），男，山东临沂人，山东农业大学经济管理学院，硕士研究生，研究方向为农业资源与环境管

理；通信作者蔡威熙（１９８９—），女，山东泰安人，山东农业大学马克思主义学院，副教授，研究方向为农业资源与环境。

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作用，旨在提高农户对节水灌溉技术的认知程度，

促进节水灌溉技术的进一步推广。

标和产出指标的松弛变量；λｊ 表示权重。

农业灌溉效率的计算公式为

１ 研究设计

１．１ 研究方法

Ｅ ＝ ＡＩＩｊ －Ｘｗ

ＡＩＩｊ

（２）

１．１．１ 超效率ＳＢＭ 模型与指标选取

农业灌溉效率是指在农业产出和其他要素投入不变的情况下，最优灌溉用水量与实际灌溉用水量的比值。通常测度农业灌溉效率的方法包括随机前 言 分 析 方 法 （ＳＦＡ）和 数 据 包 络 分 析 方 法

（ＤＥＡ）。与ＳＦＡ 相比，ＤＥＡ 方法无须假设具体的

函数形式，避 免了模型设定带来的主观偏误。因此，本文在传统 ＤＥＡ 方法的基础上，运 用超效率ＳＢＭ 模型对农业灌溉效率进行测度。超效率 ＳＢＭ 模型在目标函数中加入松弛变量，解决了传统 ＤＥＡ 模型中多个决策单元（ＤＭＵ）同时有效的问题。

假设每个农户为１ 个决策单元，假设有ｎ 个决策单元、ｍ 个投入指标和ｑ 个产出指标，则超效率ＳＢＭ 模型形式为

烄 １ ∑ Ｘ

式中：Ｅｊ 表示第ｊ 个农户的农业灌溉效率；ＡＩＩｊ 表

示第ｊ 个农户的实际用水量；Ｘｗ 表示第ｊ 个农户的

灌溉用水的松弛变量值。

投入指标是农业生产所必需的投入要素，本文选取土地、资本、劳动和水资源作为投入指标。土地是农业生产的基础，也是最基本的自然资源，用农户实际种植面积表示。资本投入是指在农业生产中的资金投入，选择种子、农药、农膜等投入成本表示资本投入。随着农业机械化推广，农用机械逐渐替代了劳动力，但劳动力依然是农业生产中的重要投入要素，以雇工费用表示劳动力投入。水资源也是重要的自然资源，对农作物生长具有重要作用，由于农业用水量难以测量，选择每年的灌溉费用表示水资源的指标。产出指标是农业生产带来的产出，由于不同的

农作物其亩均产量不同，无法进行比较，因此选取

农业产值作为产值指标。

ｐ ＝ ｍｉｎｍ ｉ＝１ Ｘｉｋ

ｓ．ｔ．

１ Ｙ

ｑ ∑ Ｘｓｋ

１．１．２ Ｔｏｂｉｔ模型与变量选择

运用超效率 ＳＢＭ 测度农业灌溉效率后，再分

析农业灌溉效率的影响因素。由于农业灌溉效率

ｎ

Ｘｉｊλｊ ≤ Ｘ

ｊ＝１

ｎ

Ｙｓｊλｊ ≥Ｙ

ｊ＝１

（１）

是介于０～１的数值，属于受限因变量，若使用传统 的普通最小二乘法（ＯＬＳ）回归则会带来有偏估计。因此，本文选择 Ｔｏｂｉｔ模型分析农业灌溉效率的影响因素，模型具体形式为

Ｘ ≥ Ｘｋ；Ｙ

≤Ｙｋ

ｎ

Ｅ ＝ ＋ Ｘ ＋ ∑γＺ ＋

（３）

λｊ ≥０

β０ β１

ｊ ｉ μｉ

ｉ＝１

ｉ＝１，２，…，ｍ；ｊ ＝１，２，…，ｎ（ｊ ≠ｋ）

烆ｓ＝１，２，…，ｑ

式中：ｐ 表示第ｋ 个决策单元的生产效率；Ｘｉｊ 代表第ｊ个决策单元的第ｉ项投入指标；Ｙｓｊ 代表第ｊ个决策单元的第ｓ项期望产出；Ｘ 和Ｙ 分别表示各投入指

式中：Ｅ 表示农业灌溉用水效率；Ｘ 表示核心变量，

即农户是否采用节水灌溉技术；Ｚ 为控制变量；β１ 和 γｊ 分别代表核心变量和控制变量的回归系数；β０ 为常数项；μｉ 为误差项。将影响因素分为４类，具体变量见表１。

表１ 变量选取及定义

１６０

１）核心变量。选取节水灌溉节水作为核心变量， 节水灌溉技术能够减少农业灌溉用水浪费，促进农业 水资源的合理配置，进一步提高农业灌溉效率。

２）个体特征。农业生产经验对于提高农业灌溉效率具有重要影响，一般而言，农户的年龄越大， 种植经验越丰富，更能合理利用水资源，提高灌溉效率。提高农业灌溉效率也是一项技术型生产活动，农户的文化程度越高，越能掌握先进的生产技 术和管理技术，进一步提高农业生产要素的配置效 率，提高农业灌溉效率。因此选择农户的年龄和文 化程度代表个体特征。

３）经营特征。平原地区土地较为平整，水资源易于被土地吸收，提高了农业灌溉效率；而在山地地区，灌溉用水容易流失，在一定程度上造成了水资源浪费。因此选择地形代表经营特征。

４）外部因素。农业灌溉效率除了受个体特征等因素以及经营特征等客观因素的影响，还受到外 部因素影响。如果村庄建有机井、泵 站等灌溉设施，农户可以避免漫无目的的大水漫灌，同时也避免了农户在农业用水运输过程中的浪费。参加过节水技术培训的农户，一方面能够提高节水意识， 另一方面更容易掌握农业灌溉技术，提 高灌溉效率。水资源的资源禀赋可以影响农户对水资源紧缺性的认知，进而影响农户的灌溉效率，如果当地 水资源较为紧缺，农户则会更加珍惜水资源，减少 水资源浪费。因此选择灌溉设施、技术培训和资源 禀赋作为外部因素的变量。

１．２ 数据来源

数据来源于本课题组于２０２１年３—５月在山东省进行的实地调研，调研采用一对一访谈的形式对粮食种植户和蔬菜种植户进行调查。调查样本选择了随机抽样的方法，在山东省每个地级市中随机选择４个县区，每个县区随机选取２０ 个样本，最终发放问卷１２８０份，有效问卷为１０４８ 份，问卷有效率为８１．８％，其中粮食种植户８９８ 份，蔬菜种植户 １５０份。

２ 结果与分析

２．１ 农业灌溉效率结果分析

农业灌溉效率结果见表２。粮食灌溉效率平均值为２２．９３％，蔬菜灌溉效率为４５．８０％，这表明山东省农业灌溉效率相对较低，还具有较大的提升空间。而蔬菜灌溉效率远高于粮食灌溉效率，说明蔬菜作为经济作物，其利润相对较高，农户更愿意加强生产管理，因此其灌溉效率更高。

从粮 食 种 植 户 灌 溉 效 率 的 区 间 分 布 来 看， ３３．５２％的农户灌溉效率分布在２０％ ～５０％，超过一半的农户灌溉效率小于２０％，灌溉效率达到有效状态的农户仅占１．８９％。

从蔬 菜 种 植 户 灌 溉 效 率 的 区 间 分 布 来 看，

３２．６７％ 的 农 户 灌 溉 效 率 分 布 在 ２０％ ～ ５０％，

２１．３３％ 的 农 户 灌 溉 效 率 分 布 在 １０％ ～ ２０％，

１８．６７％的农户灌溉效率达到最优状态。与粮食种植户相比，蔬菜种植户灌溉效率较高，灌溉效率大于５０％比例远远高于粮食种植户。

表２ 粮食种植户和蔬菜种植户灌溉效率对比分析 ％

２．２ 节水灌溉技术对农业灌溉效率的影响因素分析

表３ 节水灌溉技术对农业灌溉效率影响的回归结果

模型回归结果见表３。表３ 中的模型１ 表示节水灌溉技术对粮食灌溉效率的影响，模型２ 表示节水灌溉技术对蔬菜灌溉效率的影响。从 ＬＲ 检验来看，所有的模型均通过了１％ 的显著性检验，模型拟合程度较好。

从节水灌溉技术对农业灌溉效率的影响来看， 节水灌溉技术对农业灌溉效率具有正向影响，且通过了１％的显著性检验，表明采用节水灌溉技术可以有效提高农业灌溉效率。从回归系数来看，模型２ 的回归系数大于模型１，表明蔬菜种植户采用节水

注：＊＊＊ 、＊＊ 、＊ 分别表示在１％ 、５％ 、１０％ 统计水平上显著。

１６１

灌溉技术对灌溉效率的提升作用大于粮食种植户， 蔬菜作为经济作物，蔬菜种植户的专业化程度高于粮食种植户，其对节水灌溉技术的掌握更加成熟， 因此可以更加有效地提高农业灌溉效率。

从控制变量对农业灌溉效率的影响来看，年龄对农业灌溉效率具有正向影响，模型１ 和模型２ 分别通过了１％和１０％ 的显著性检验，而文化程度对农业灌溉效率没有显著影响，表明提高农业灌溉效率是一项经验性生产，农户的年龄越大，其种植经验更加丰富，且对农业用水更加珍惜，能够更大程度地避免灌溉用水浪费，提高灌溉效率。地形对农业灌溉效率具有显著的正向影响，表明平原地区的农业灌溉效率更高，与研究假设一致。灌溉设施在１０％的显著性水平上对蔬菜灌溉效率正向影响，表明村里建有机井、泵站等灌溉设施的蔬菜灌溉效率更高。节水技术培训对农业灌溉效率没有显著影响，可能是因为节水技术培训流于形式或培训内容难以理解，农户学习积极性不高，农户不能通过技术培训掌握节水技术。资源禀赋对农业灌溉效率影响不显著，表明水资源丰富与否不能显著影响农业灌溉效率。

３ 讨 论

中国农业用水量大、农业灌溉效率低、农业水资源短缺进一步威胁了中国粮食安全和农业可持续发展。因此，进一步提升农业灌溉效率、减少水资源浪费对于经济社会可持续发展具有重要的现实意义。作为一种节约农业水资源的现代农业生产技术，节水灌溉技术能否 显著提升农业灌溉效率，还有待进一步实证检验。本文在前人研究的基础上，实证检验了节水灌溉技术对农业灌溉效率的提升作用，研究表明节水灌溉技术能够显著提高粮食灌溉效率和蔬菜灌溉效率。

尽管节水灌溉技术具有灌溉效率提升效应，但当前节水灌溉技术的投入成本较大，且后期维护和管理等成本较高，短期投资回报率较低，农户采用节水灌溉技术的积极性较低。此外，农户对节水灌溉技术的采用效果认识不足，农户不能意识到采用节水灌溉技术带来的经济效益。因此要进一步加大研发力度，降低农户节水灌溉技术的投入成本， 同时加强节水灌溉技术的维护等后期保障。

４ 结论与建议

运用超期望ＳＢＭ 模型分别测度粮食灌溉效率和蔬菜灌溉效率，并进一步运用 Ｔｏｂｉｔ模型实证分析节水灌溉技术对农业灌溉效率的提升作用，研究

１６２

结果表明：

１）粮食灌溉效率平均值为２２．９３％，蔬菜灌溉效

率为４５．８０％，蔬菜灌溉效率远远高于粮食灌溉效率。

２）节水灌溉技术对农业灌溉效率具有正向影响，采用节水灌溉技术对农业灌溉效率具有显著的提升作用，节水灌溉技术对蔬菜灌溉效率的提升作用大于粮食灌溉效率。

３）年龄和地形对农业灌溉效率具有正向影响。

灌溉设施对蔬菜灌溉效率正向影响。

根据研究结论，本文提出以下建议：

１）加强农业生产指导，提高农业灌溉效率。当 前，山东省农业灌溉效率较低，具有很大的提升空 间，因此技术部门应加强对农户尤其是粮食种植户 的技术指导，提高其农业要素的配置能力和水平， 进一步提升农业灌溉效率。

２）加强节水灌溉技术的宣传和推广。研究表明，采用节水灌溉技术可以 有效提升农业灌溉效率，因此当地政府和技术部门应进一步宣传和推广节水灌溉技术，并指导农户合理有效的使用节水灌溉技术，最大程度发挥节水灌溉技术的节水作用。

３）加强节水技术培训，采用灵活多变、农户易于接受的培训形式。当前，农户对节水技术培训的学习积极性不高，不能通过培训掌握节水技术，提高灌溉效率，因此，要采用现场教学、实地参观等形式，提高农户技术培训的积极性。

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ＺＨＡＪｉａｎ－ｐｉｎｇ１，ＣＡＩＷｅｉ－ｘｉ２，ＷＡＮＧＪｉｎ－ｈｕｉ３

（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｃｏｎｏｍｉｃｓａｎｄ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，ＳｈａｎｄｏｎｇＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔａｉ’ａｎＳｈａｎｄｏｎｇ２７１０１８，Ｃｈｉｎａ； ２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｒｘｉｓｍ，ＳｈａｎｄｏｎｇＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔａｉ’ａｎＳｈａｎｄｏｎｇ２７１０１８，Ｃｈｉｎａ； ３．ＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌａｎｄＲｕｒａｌＢｕｒｅａｕｏｆＬｉａｏｃｈｅｎｇＣｉｔｙ，ＬｉａｏｃｈｅｎｇＳｈａｎｄｏｎｇ２５２０００，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｕｓｅｏｆｗａｔｅｒ－ｓａｖｉｎｇｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｏｉｍｐｒｏｖｅａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｓｏｆｐｒａｃｔｉｃａｌｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｆｏｒｅｎｓｕｒｉｎｇｎａ－ ｔｉｏｎａｌｆｏｏｄｓｅｃｕｒｉｔｙａｎｄｐｒｏｍｏｔｉｎｇｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．Ｔｈｅｓｕｐｅｒ－ｅｆｆｉｃｉｅｎｔＳＢＭ ｍｏｄｅｌｗａｓｕｓｅｄｔｏ ｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆ ｇｒａｉｎｉｒｒｉｇａｔｉｏｎａｎｄｖｅｇｅｔａｂｌｅｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ａｎｄｔｈｅＴｏｂｉｔｍｏｄｅｌｗａｓｆｕｒｔｈｅｒｕｓｅｄｔｏｅｍｐｉｒｉｃａｌｌｙａｎａｌｙｚｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｗａｔｅｒ－ｓａｖｉｎｇｉｒｒｉ－ ｇａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｎａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅａｖｅｒａｇｅｇｒａｉｎｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｓ２２．９３％ ，ａｎｄｔｈｅｖｅｇｅｔａｂｌｅ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｓ４５．８０％ ；ｗａｔｅｒ－ｓａｖｉｎｇｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｈａｓａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｅｆｆｅｃｔｏｎａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ；ａｇｅａｎｄｔｅｒｒａｉｎ ｈａｖｅａｐｏｓｉｔｉｖｅｅｆｆｅｃｔｏｎａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ａｎｄｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｆａｃｉｌｉｔｉｅｓｈａｖｅａｐｏｓｉｔｉｖｅｅｆｆｅｃｔｏｎｖｅｇｅｔａｂｌｅｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｔｈｅｒｅ－ ｆｏｒｅ，ｉｔｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｔｈｅｇｕｉｄａｎｃｅｏｆａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｔｈｅｐｕｂｌｉｃｉｔｙａｎｄｐｒｏｍｏｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒ－ｓａｖｉｎｇｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｔｅｃｈ－ ｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄａｄｏｐｔｆｌｅｘｉｂｌｅａｎｄｃｈａｎｇｅａｂｌｅｔｒａｉｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓｔｈａｔａｒｅｅａｓｙｆｏｒｆａｒｍｅｒｓｔｏａｃｃｅｐｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗａｔｅｒ－ｓａｖｉｎｇｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｉｒｒｉｇａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ；ｓｕｐｅｒ－ｅｆｆｉｃｉｅｎｔＳＢＭ；Ｔｏｂｉｔｍｏｄｅｌ

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