黄河流域农业用水效率测度及其节水潜力分析

黄河流域农业用水效率测度及其节水潜力分析

崔永正1，刘 涛2

（1. 河南理工大学应急管理学院，河南 焦作 454003；2. 河南理工大学财经学院，河南 焦作 454003）

摘 要：评估黄河流域农业用水效率和节水潜力，有助于推进黄河流域农业水资源集约化利用。基于超效率SBM 模型，在全国视角下测度分析2008-2018 年黄河流域9 省的农业用水效率及其分解，在此基础上深入分析流域各省的农业节水潜力。结果表明：黄河流域农业用水效率较低，与长江经济带和全国平均水平有较大差距。黄河流 域农业用水规模效率接近最优水平，纯技术效率低是黄河流域农业用水效率较低的主要动因。黄河流域农业用水效 率的省际差异显著，农业用水效率较高的省份受纯技术效率影响较大，而农业用水效率较低的省份受规模效率影响 较大。宁夏、甘肃、内蒙古和山西4 省的农业可节水比例都超过了40%，节水潜力巨大。黄河流域及其各省需从全流域的层面健全农业水资源利用的监测、协调和优化机制，同时从节水技术、节水意识和水价机制等角度因地制宜 地调整节水措施，提高流域各省农业节水潜力。

关键词：农业用水效率；黄河流域；超效率SBM 模型；节水潜力

中图分类号：S271 文献标识码：A

崔永正，刘 涛. 黄河流域农业用水效率测度及其节水潜力分析［J］. 节水灌溉，2021（1）：100-103.

CUI Y Z，LIU T. Measurement of agricultural water use efficiency and its water saving potential in the Yellow River Basin［J］. Water Saving Irrigation，2021（1）：100-103.

Measurement of Agricultural Water Use Efficiency and Its Water Saving Potential in the Yellow River Basin

CUI Yong-zheng1，LIU Tao2

（1.School of Emergency Management，Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454003，Henan Province，China； 2.School of Finance and Economics，Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454003，Henan Province，China）

Abstract：The assessment of agricultural water use efficiency and water saving potential in the Yellow River Basin is helpful to promote the intensive utilization of agricultural water resources in the Yellow River Basin. Based on the super efficiency SBM model, the agricultural water use efficiency and its decomposition of 9 provinces in the Yellow River Basin from 2008 to 2018 were analyzed from the national perspective. The results show that the efficiency of agricultural water use in the Yellow River Basin is low, and there is a big gap with the Yangtze River economic belt and the national average level; The scale efficiency of agricultural water use in the Yellow River Basin is close to the optimal level, and the low pure technical efficiency is the main cause of low agricultural water use efficiency; The agricultural water use efficiency of the Yellow River Basin varies significantly among provinces; The provinces with higher agricultural water use efficiency are more affected by pure technical efficiency, while the provinces with lower agricultural water use efficiency are more affected by scale efficiency; The 4 provinces of Ningxia, Gansu, Inner Mongolia and Shanxi, all have great potential for water saving of more than 40% of agricultural

water. The Yellow River Basin and its provinces need to improve the monitoring, coordination and optimization mechanism of agricultural water resources utilization from the whole basin level, and adjust water-saving measures according to local conditions from the perspectives of water-saving technology, water-saving awareness and water price mechanism, so as to improve the agricultural water-saving potential of all

收稿日期：2020-08-25

基金项目：国家社会科学基金青年项目“乡村振兴背景下中国农村闲置资源协同激活问题研究”（18CJY030）。作者简介：崔永正（1996-），男，硕士研究生，主要从事农业经济研究。E-mail：211816010011@home.hpu.edu.cn。通讯作者：刘 涛（1983-），男，博士，副教授，主要从事农业农村经济研究。E-mail：liutao2511001@126.com

黄河流域农业用水效率测度及其节水潜力分析 崔永正 刘 涛

provinces in the Yellow River Basin.

Key words：Agricultural water use efficiency；Yellow River basin；super efficiency SBM model；water saving potential

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0 引 言

农业部门一直是黄河流域的第一用水大户，2016 年全流

p∗ = min

1 n s-i n i = 1 xt

1 q s+r

域农业用水量为837.4 亿m3，占全部用水量的65.7%，农业用

1 - q ∑yt

水需求量大；然而黄河流域农业用水效益较低，2016 年其农田灌溉水有效利用系数仅为0.542，与世界先进水平0.7~0.8 存

 ∑ xij λj - si ≤ xik

r = 1 rk

（1）

 m

化的迅速推进又严重挤占黄河流域农业用水，进一步加剧农 业用水短缺。2019 年黄河流域生态保护和高质量发展上升为





j = 1,j ≠ k

 - +

重大国家战略，黄河流域水资源节约集约利用是其重要一环。 在这一现实背景下，提升黄河流域农业用水效率，评估各省的农业节水潜力，推进黄河流域农业用水节约集约化发展， 具有重要意义。

当前学界关于农业用水效率的研究成果众多。从研究方法来看，农业用水效率评价可分为单要素用水效率和全要素

λ,si ,si ≥ 0

i = 1,2,⋯,n ; r = 1,2,⋯,q ; j = 1,2,⋯,m ( j ≠ k )

式中：p* 为农业用水效率值；m 为决策单元的个数；n 和 q 分别为投入、产出的变量数；xik 为决策单元 k 的第 i 项投入，yrk 为决策单元k 的第r 项产出；s-i 、s+i 分别为投入、产出变量的松弛量；λ为权重。

用水效率，全要素农业用水效率考虑了除水资源外的其他相

关要素投入，更加符合实际生产过程。由于数据包络分析方

若在上述公式中引入约束条件 m λ

j = 1

= 1，式 （1） 可以转

法 （DEA） 不必提前设置好函数形式和估计参数，能够规避主观影响，因此大量文献运用DEA 方法测算农业用水效率。其中，SBM 模型由于能够有效解决变量松弛问题，在农业用水效率测度中应用的最为普遍[1-2]；从研究对象来看，相关文献主要基于全国层面研究农业用水效率[3-4]，此外，有学者从区域、流域层面考察地区农业用水效率[5-7]。从研究视角来看，已有文献主要围绕农业用水效率的分布特征、影响因素、空间交互影响等进行研究[8-10]。

目前大量文献基于全国和长江经济带、京津冀地区等区域层面对农业用水效率展开研究，黄河流域农业用水效率尚未涉及。黄河流域的农业用水效率处于什么水平、主要受何种因素影响、各省农业节水潜力如何？都有待解答。因此， 本文采用超效率SBM 模型，在全国视角下测算和对比了2008- 2018 年黄河流域的农业用水效率，并对其进行了分解和节水潜力分析，以期为黄河流域高效利用农业水资源、提升农业用水效率提供参考。

1 研究方法与数据来源

1.1 超效率SBM 模型

农业用水效率是指在农业多要素生产框架下，综合评估农业水资源利用所带来的经济、社会等效益。SBM 模型是测度农业用水效率的常用方法，其测算出的效率结果包含非径 向的松弛变量，可以观察农业用水量需要缩减的比例，有效 摆脱了投入要素都以相同比例缩减的不足。然而，SBM 模型不能对有效单元作进一步区别，因此Tone 提出了超效率SBM 模型[11]，该模型能够有效区分位于生产前沿面的决策单元，弥 补了这一不足。本文在规模报酬不变的假设下，运用超效率SBM 模型测度黄河流域农业用水效率。模型规划式如下：

变为规模报酬可变假设下的模型，农业用水效率值 p* 就可以分解为纯技术效率PTE 和规模效率SE，关系式为p*=PTE SE。农业用水纯技术效率和规模效率分别反映了在农业用水生产过程中，农业灌溉技术的应用状况和农业用水生产的资源配置状况。

1.2 评价指标及数据来源

参考已有的农业用水效率相关文献[12，13]，构建如下黄河流域农业用水效率的评估指标体系。其中，从水资源、劳动力、 土地、农业机械、化肥五方面选择投入变量，分别选用农业用水量 （亿m3）、 第一产业就业人数 （万人）、农作物播种面积 （103hm2）、农业机械总动力 （万kW）、农业化肥使用量

（万t） 这5 个变量表征；产出方面，以农业总产值 （亿元） 反映农业用水生产的产出状况，并以2008 年的价格为基期作了不变价格处理。

本文的评价对象为黄河流域 9 省，包括青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙古、山西、陕西、河南、山东。上述数据来源于《中国统计年鉴》（2009-2019 年）、《中国农村统计年鉴》

（2009-2019 年） 以及各省市统计年鉴（2009-2019 年）。

2 结果与分析

2.1 全国视角下黄河流域农业用水效率

为了解黄河流域农业用水效率在全国处于何种水平，本文利用全国31 个省份（不包括港澳台） 的投入产出数据构建生产可能性集，在全国视野下分析黄河流域农业用水效率的空间格局。此外，黄河流域与长江经济带都是重大国家战略发展区域，都强调水资源高效节约利用，具有较强的相似性， 本文也对比了黄河流域和长江经济带的农业用水效率。长江经济带包括11 省市，分别为重庆、四川、贵州、云南、江西、

102

湖北、湖南、上海、江苏、浙江、安徽。借助MaxDEA Urtra 8

软件，测算出黄河流域9 省的农业用水效率。

图1 显示了2008-2018 年全国、长江经济带和黄河流域的农业用水效率的变化趋势。在变化趋势上，都呈现波动式下

黄河流域农业用水效率测度及其节水潜力分析 崔永正 刘 涛

降。其中，研究期内全国农业用水效率由0.648 下降到0.558， 年均下降1.49%；长江经济带由0.694 下降至0.647，年均下降0.7%；黄河流域由0.562 下降到0.481，年均下降1.54%。由此可见，黄河流域农业用水效率的年均下降速度高于长江经济带和全国平均水平。在效率水平上，研究期内农业用水效率由高到低排列为长江经济带、全国、黄河流域，长江经济带效率水平始终最高、黄河流域始终最低。可以看出，黄河流域农业用水效率非常低，甚至没有达到全国平均水平，与同为重大国家战略发展区域的长江经济带相比差距更大，农业水资源高效节约利用仍有很大进步空间。

图1 2008-2018 年黄河流域与全国、长江经济带的农业用水效率比较Fig. 1 Comparison of agricultural water use efficiency in the Yellow River Basin，the Changjiang River economic belt and the Whole Country，2008-2018

2.2 黄河流域农业用水效率的分解

上文分析的黄河流域农业用水效率，可以分解成农业用水纯技术效率和农业用水规模效率。对黄河流域农业用水效 率进行分解，分析其纯技术效率和规模效率，有助于观察黄 河流域农业用水效率主要受何种因素影响。

图2 显示了2008-2018 年黄河流域农业用水效率及其分解的变化趋势。在变化趋势上，3 者都呈现波动式下降；农业用 水效率、 纯技术效率、 规模效率年均下降幅度分别为1.54%、 0.87% 和 0.67%，纯技术效率的下降幅度略微高于规模效率。在效率水平上，研究期内黄河流域农业用水的规模 效率始终高于纯技术效率，规模效率处于 0.827~0.930，纯技术效率处于 0.567~0.646， 2 者效率偏差区间为 0.227~0.306。可以看出黄河流域农业用水规模效率远高于纯技术效率，流 域整体的农业用水规模已经接近最优水平，但农业节水灌溉 技术的推广和应用还有较大的提升空间，所以黄河流域农业 用水效率较低的主要原因在于其较低的农业用水纯技术 效率。

此外，本文测算并分解了黄河流域9 省的农业用水效率均值，以揭示各省的农业用水效率水平，以及主要受何种因素 的影响，如图 3 所示。黄河流域各省的农业用水效率差异显著， 农业用水效率均值最高的青海 （0.972） 比最低的宁夏

（0.254） 高3.8 倍；农业用水效率高于0.6 的有青海、山东、四

图2 2008-2018 年黄河流域的农业用水效率及其分解

Fig. 2 Agricultural water use efficiency and its decomposition in the Yellow River Basin，2008-2018

川、河南 4 省、其余 5 省份都低于 0.6。分解来看，不同省份农业用水效率主要受何种因素影响也存在明显差异。农业用水效率高于 0.6 的 4 省，其纯技术效率和规模效率也高于 0.6， 并且前者都高于后者；农业用水效率低于0.6 的5 省，其规模效率都高于0.8，但纯技术效率普遍低于0.6。由此可见，黄河流域各省中，农业用水效率较高的 4 省主要受纯技术效率影响，而农业用水效率较低的5 省主要受规模效率的影响。

图3 2008-2018 年黄河流域9 省的农业用水效率及其分解

Fig. 3 Agricultural water use efficiency and its decomposition in 9 Provinces of the Yellow River Basin，2008-2018

2.3 黄河流域各省的农业节水潜力评估

水资源总量在一定时间内维持不变，而黄河流域城市化、工业化的不断推进势必会持续挤占其农业水资源，进而加剧农业用水短缺状况，因此有必要在测算农业用水效率的基础上进一步分析各省的农业节水潜力。利用SBM 模型计算农业用水效率时，模型会计算出各省份农业用水量的松弛量和目标量。目标量是指某省份农业用水可达到的最优农业用水量， 松弛量（即可节约农业用水量） 是指实际用水量减去目标量

（最优农业用水量），反映了某省份农业用水为达到最优需要 缩减的投入数量，在此基础上可进一步得出某省份的农业可 节水比例；计算公式为：农业可节水比例=可节约农业用水量/ 实际农业用水量。表1 显示了2018 年黄河流域9 省的农业节水潜力评估结果。

由表 1 可知，黄河流域 9 省中河南、青海、山东、陕西 4 省的农业可节水比例为0%，表明这些省份的农业水资源在现 有技术条件下达到充分利用，在保持现有农业用水产出的前

黄河流域农业用水效率测度及其节水潜力分析 崔永正 刘 涛

提下没有继续节水的潜力。如果要继续节省农业用水，需要 优化水资源与其它投入的比例来实现。宁夏、甘肃、内蒙古、 山西、四川 5 省的农业可节水比例分别为 83.91%、66.33%、59.25%、44.24%、7.86%，宁夏的可节水比例最高，内蒙古可节约农业用水量最高 （83.132 亿m3）， 四川的可节水比例最低。总体来看，宁夏、甘肃、内蒙古、山西4 省的农业可节水比例都超过了40%，节水潜力巨大。

表 1 2018 年黄河流域9 省的农业节水潜力评估

Tab. 1 Assessment of agricultural water saving potential in 9 Provinces of the Yellow River Basin in 2018

103

跨区域协调机制。转变低效农业用水方式，加大宣传力度， 增强农户的节水意识，重点关注农业节水技术的学习和应用。 各省要注重持续学习节水技术，切实宣传、推广和应用，加大对开发先进节水灌溉技术的资金、人才、政策扶持；保持农业水资源利用的合理规模，持续推广“滴灌、喷灌”等高效用水方式。

（2） 对黄河流域各省而言，因地制宜地从农业节水技术和水资源利用规模2 方面采取措施，提升农业用水效率，发挥农业节水潜力。农业用水效率较高的4 省中，青海、山东和四

川要努力实现农业水资源的最优规模，而河南需要侧重推广、

省份

宁夏甘肃 内蒙古山西四川河南青海山东

实际农业用水量/亿m3

56.7

89.2

140.3

43.3

156.6

119.9

19.3

133.5

最优农业用水量/亿m3

9.122

30.031

57.168

24.142

144.293

119.900

19.300

133.500

可节约农业用水量/亿m3

-47.578

-59.169

-83.132

-19.158

-12.307

0

0

0

农业可节水比例/% 83.91

66.33

59.25

44.24

7.86

0

0

0

应用先进节水灌溉技术。农业用水效率较低的5 省中，陕西应重点学习节水灌溉成效显著地区的经验，开展跨区域合作互助，积极承接、推广和应用其节水浇灌技术；内蒙古、山西、甘肃、宁夏 4 省都属于“节水大户”，一方面要学习、推广、应用节水灌溉技术，减少水资源浪费，另一方面可以制定合理的水价机制，对超额农业用水现象进行加价收费，同时扩大高效灌溉方式的覆盖范围。

参考文献：

[ 1 ] 刘双双，韩凤鸣，蔡安宁，等. 区域差异下农业用水效率对农业用

陕西 57.1 57.100 0 0

3 结 论

本文利用超效率SBM 模型，在全国视角下测算和对比了2008-2018 年黄河流域的农业用水效率，并对其进行了分解和节水潜力评估。结果发现：

（1） 黄河流域和全国、长江经济带的农业用水效率变化趋势基本一致，都为波动式下降；黄河流域农业用水效率的 年均下降速度 （1.54%） 高于全国平均水平 （1.49%） 和长江经济带水平 （0.7%）；黄河流域农业用水效率不仅远低于长江经济带，也低于全国平均水平。

（2） 黄河流域农业用水的纯技术效率、规模效率都呈现

水量的影响[J]. 长江流域资源与环境，2017，26(12) ：2 099-2 110.

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波动式下降。纯技术效率的年均下降幅度 （0.87%） 略微高于规模效率 （0.67%）；研究期内规模效率始终高于纯技术效率，

[ 8 ]

603-608.

张玲玲，丁雪丽，沈 莹，等

. 中国农业用水效率空间异质性及其

黄河流域农业用水效率较低主要源于其较低的纯技术效率。

（3） 黄河流域农业用水效率的省际差异显著；农业用水效率较高的4 省主要受纯技术效率影响，而农业用水效率较低的5 省主要受规模效率的影响。

（4） 河南、青海、山东、陕西 4 省的农业可节水比例为0%，这些省份的农业水资源在现有技术条件下达到充分利用。 宁夏、甘肃、内蒙古、山西 4 省的农业可节水比例都超过了40%，节水潜力巨大；四川的可节水比例较低，仅为7.86%。

基于上述结论，提出以下建议：

（1） 对黄河流域整体而言，需要加强对全流域农业用水的监测，建立健全流域的农业节水机制，优化农业水资源的

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