黄河流域生态脆弱区农业水资源利用效率实证研究.pdf

第45卷第1期2024年3月西北民族大学学报（自然科学版）Journal of Northwest Minzu University(Natural Science Edition)Vol.45 No.1March 2024黄河流域生态脆弱区农业水资源利用效率实证研究杨庚霞（兰州资源环境职业技术大学，甘肃兰州7 30 12 3）摘要农业水资源的高效利用关系到黄河流域生态脆弱区水资源的安全.利用Malmquist生产率指数模型和数据包络分析模型（BCC模型），建立了黄河流域生态脆弱区全要素生产率和农业水资源利用效率的计算模型，把研究区域2 0 13一2 0 2 1年的面板数据代入计算模型中，分析农业水资源利用效率和农业用水全要素生产率，研究得出黄河流域生态脆弱区农业水资源利用效率呈波动下降趋势，青海、内蒙古、陕西三省（自治区)农业水资源利用率达到有效水平，四川与青海两省的农业水资源利用率出现下滑现象，宁夏回族自治区则实现了农业水资源利用效率的提升.农业水资源利用全要素生产率指数与技术进步指数的变化趋势接近.所得结果为黄河流域生态脆弱区农业水资源高效利用政策的制定提供参考依据。【关键词农业水资源利用效率；Malmquist生产率指数法；黄河流域；生态脆弱区中图分类号 TU444文献标识码 A文章编号10 0 9-2 10 2(2 0 2 4)0 1-0 0 54-0 70引言水是人类及所有生物生存的基础，水资源孕育了人类、促进了人类的发展，是社会经济发展的重要物质基础，水资源关系到生态的可持续发展.黄河流域是水资源严重短缺地区，黄河水资源的开发利用现已接近极限，同时流域内还存在节水意识不强、用水粗放等现象，水资源短缺已成为黄河流域经济社会可持续发展的最大制约因素之一.黄河流域对我国生态环境安全起到屏障作用，然而，流域对外部抗干扰能力弱、环境异质性高、植被稀疏,是典型的生态脆弱区 2 .黄河河川径流相对集中，并且以农业灌溉为主，近些年灌溉面积的急剧增加，导致流域水资源短缺现状的进一步加剧.因此，农业水资源利用效率研究对促进黄河流域生态脆弱区建设节水型农业有重要意义.随着经济的快速发展，水资源的需求越来越多，作为用水大户的农业水资源高效利用开始得到了广泛关注 3-5.基于Tobit模型开展了农业水资源利用效率影响因素的研究,得出了农业水资源利用效率的水平及发展趋势 6-7 .基于Malmquist指数模型，顾世祥等 8 对滇中农业灌溉区农业水资源利用效收稿日期 2 0 2 3-8-2 3【基金项目】2 0 2 3年甘肃省科技计划资助项目“甘肃省文化产业与旅游产业融合发展研究”（2 3JRZA330)；2023年甘肃省教育厅高校教师创新基金项目“黄河流域甘肃段农业水资源利用效率研究”（2 0 2 3A-230）;2 0 2 3年兰州资源环境职业技术大学科研能力提升项目“甘肃省红色文化遗产保护与开发研究”（X2023A-23）作者简介】杨庚霞,女，副教授，硕士，主要从事区域经济学方面的研究。一54一min N.=0-82si+2杨庚霞：黄河流域生态脆弱区农业水资源利用效率实证研究率的趋势进行研究.王昕等 9 利用DEA模型对我国省级范围农业水资源利用效率的趋同性进行分析.白芳芳等 10 基于熵权模型对黄河流域农业水资源利用现状进行探讨,得出了影响农业水资源利用效率的主要障碍因子.虽然有学者对黄河流域农业水资源利用现状展开研究，但尚未对黄河流域生态脆弱区农业水资源利用效率进行探讨.黄河流域生态脆弱区涉及青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、山西7 个省（自治区），从地理区位看，不仅跨度大，而且区域内农业水资源差异也较大，因此，运用DEA-Malmquist指数法研究黄河流域生态脆弱区农业水资源的利用效率,分析水资源利用效率差异化原因，测量区域节水潜力，为该区域农业水资源高效利用政策的制定提供参考依据.1农业水资源利用效率实证研究1.1研究方法1.1.11BCC模型DEA法包括CCR模型和BCC模型!,CCR模型用在决策单元效率不变的研究中，数据包络分析模型(BCC模型)由CCR模型进一步演绎而得 12 ,多运用在决策单元效率可变的研究中,BCC模型的计算如式(1）、(2)所示。(1)T=1,s j1j12入,=1j=1,si,st0式中N,为测算决策单元的相对有效值;0 表示效率评价指数;8 为非阿基米德无穷小量;sst表示松弛变量；n为决策单元数量；x表示决策单元j的第i种投入量；入表示组合权重;y,表示决策单元j的第r种产出数量.当N=1代表决策单元DEA有效，若N1表示决策单元DEA无效j=1,2,n;i=1,2,.,n;r=1,2,n.1.1.2Malmquist指数模型瑞典经济学家Malmquist在19 世纪6 0 年代提出了Malmquist指数模型 13,Fare等 14 在Malmquist指数模型的基础上从非单一性投入产出角度提出Malmquist生产率指数模型,该计算模型的具体计算过程如式(3)所示。(3)d(x,y.)由t+1时期的技术条件,Malmquist生产率指数模型的表达式为：do*(x+1,yi+1)M6*1=(x+1,y:+1,x,y.)=do(xt,y.)式中M为一性投人产出的Malmquist生产率指数；（x,+1,yi+1)和,y,依次表示t和t+1期的投入产(2)d(x,+1,yi+1)Mg=(xt+1,yi+1,x,y.)=(4)一55一西北民族大学学报（自然科学版）出量;d和d+1依次表示以t时期的技术条件为参考,t和t+1时期的距离函数 15从t时期到t+1时期生产率变化的Malmquist生产率指数如式(5)所示，当该值大于1时，表示t时期到t+1时期全要素生产率处于提高状态,反之相反。M=(x1+1,y+1,x,y.)=在规模报酬不变的条件下,上述Malmquist生产率指数模型可分解为技术效率变化指数(Ech)和技术进步指数(Tch),具体分解结果如式(6)所示.M。=(x;+1,y+1,x,y.)=Xdo(x,y.)do(yi,x.)当规模报酬可变时,技术效率变化指数(Ech)可进一步分解为纯技术效率指数(Pech)和规模效率指数(Sech).1.2变量选取与数据来源选择土地、水资源、机械、劳动力、化肥作为投入变量，农业用水量、第一产业就业人数、农作物播种面积、农业机械总动力、农业化肥施用量作为数据来源；产出方面选择农林牧渔业总产值表示农业用水的产出情况 15.各省（自治区)的农业用水量数据来源于水资源公报（2 0 13一2 0 2 1），其余数据来自统计年鉴（2 0 132 0 2 1)和中国农村统计年鉴（2 0 132 0 2 1).1.3实证结果与分析1.3.1农业水资源利用效率的静态分析将黄河流域生态脆弱区各省（自治区)2 0 13一2 0 2 1年的数据代入到式（1)（5）,对农业水资源静态效率开展计算，得到研究区域各省（自治区)农业水资源生产率指数，见表1.表1研究区域各省（自治区）农业水资源的生产率指数地区2013青海1.000四川1.000甘肃0.754宁夏0.420内蒙古1.000陕西1.000山西0.935均值0.873农业水资源生产率指数为1表示水资源利用达到最优效率前沿面，即处在用水有效状态，小于1则表示水资源利用未达有效.由表1可知，研究区域7 省（自治区）农业水资源生产率指数均值为0.865,未达效率最优前沿面，且整体呈现波动下降趋势，由2 0 13年的0.8 7 3下降为2 0 2 1年的0.8 43,降幅达到3.43%，说明研究区域平均农业水资源利用效率存在小幅度下滑，距离用水有效状态还有差）2 0 2 4年第1期do(yi+1,i+1),do(yi,x.)d(yt+1,xi+1),do(y+1,xi+1)dt(y+1,x+l)时间201420151.0001.0001.0001.0000.7220.7050.4200.4231.0001.0001.0001.0001.0001.0000.8770.875do*(yi+1,x+1)do*(yr,x)d*(y,x.)201620171.0001.0000.9430.9380.6730.6850.4390.4451.0001.0001.0001.0000.9800.9280.8620.8571/21/2=Ech Tch201820191.0001.0000.8950.8820.7930.7950.4530.4611.0001.0001.0001.0000.9010.9490.8630.870(5)(6)202020211.0001.0000.8750.8420.7800.7540.4650.4581.0001.0001.0001.0000.9290.8440.8640.843均值1.0000.9310.7400.4431.0001.0000.9410.865一56 一杨庚霞：黄河流域生态脆弱区农业水资源利用效率实证研究距.统计时间段实现农业水资源利用有效的省份仅有青海、内蒙古、陕西三地，其余四省区中山西省与四川省农业水资源生产率指数较高，年均值最高为0.94 1 和0.93 1.甘肃省次之，年均值为0.7 4 0；宁夏回族自治区最低，年均值仅有0.4 4 3，远远落后于区域内其他地区.另外，从农业水资源生产率指数的变化趋势来看，在效率均值未达前沿面的省份中，仅有宁夏回族自治区在2 0 1 3 一2 0 2 1 年的统计时间实现了水资源利用效率的提升，上涨幅度为9.0 5%，甘肃省维持原状，四川和山西两省则分别下降了15.8%和9.7 3%.值得注意的是，四川省在2 0 1 3 年农业水资源生产率指数达到有效，处在区域领先地位，但在2 0 2 1 年已跌到研究区域的平均值以下，农业水资源的有效使用能力下降明显.对未达到农业水资源利用有效省份的四川、甘肃、宁夏、山西四省（自治区），依据BCC模型,将面板数据代人式（6）,通过效率分解分析不同地区农业用水效率差异的原因，详细结果如图1 所示技术效率纯技术效率规模效率1.3技术效率（研究区域均值）纯技术效率（研究区域均值）1.2一规模效率（研究区域均值）1.11.00.90.80.70.60.50.42013201420152016201720182019 20202021时间（年）(a)四川省一技术效率1.3一纯技术效率规模效率1.2技术效率（研究区域均值）1.1纯技术效率（研究区域均值）1.0规模效率（研究区域均值）授0.920.80.70.60.50.4201320142015201620172018时间（年）(c)山西省图1 研究区域部分省（自治区）农业水资源利用效率值分解由图1 可知，四川、甘肃、宁夏、山西四省（自治区)的农业水资源利用效率未达效率前沿面，但不同省（自治区）未达到前沿面的原因存在较大差异.四川省在统计时段纯技术效率一直保持有效，但规模效率自2 0 1 7 年开始出现逐年下降趋势，2 0 2 1 年已跌至0.8 3 1,且表现为递减状态，说明近年来四川省在农业生产方面存在生产规模过剩问题，该地区应提升农业水资源的利用效率，适当降低生产规模.甘肃省在统计时间段纯技术效率与规模效率均处在效率前沿面以下,纯技术效率常年高于规模效率，且在2 0 1 92 0 2 1 年的纯技术效率已高于四地平均水平，说明甘肃省规模效率不足是肘农业水资源利用效率提升的主要因素.另外，甘肃省的规模收益一直处在递减状态，即在农业生产时也未能形成有效规模.宁夏回族自治区与甘肃省的情况类似,不同之处是宁夏回族自治区的纯技术效率水平更低且规模效益处于递增状态，说明通过扩大生产规模可以提升农业水资源的利用效率.宁夏的规模一技术效率一纯技术效率一规模效率1.3一技术效率（研究区域均值）1.2纯技术效率（研究区域均值）1.1规模效率（研究区域均值）1.00.9数0.80.70.60.50.4201320142015201620172018201920202021时间（年）(b）宁夏回族自治区技术效率纯技术效率1.3规模效率1.2一技术效率（研究区域均值）1.1纯技术效率（研究区域均值）规模效率（研究区域均值）1.0德0.90.80.70.60.50.4201920202021201320142015201620172018时间（年）(d)甘肃省201920202021一5 7 一西北民族大学学报（自然科学版）2 0 2 4 年第1 期效率一直强于纯技术效率，规模收益在2 0 1 5 年表现为递增，2 0 1 6 一2 0 2 0 年则表现为递减状态，说明该地区的规模化生产一直处在较高水平的波动状态，但纯技术效率在2 0 2 1 年已低于其他四省区平均水平，说明宁夏回族自治区函需提升农业水资源利用技术水平和水资源管理水平.纯技术效率的不足同时意味着投入穴余问题，对纯技术效率未达有效的省份开展投人穴余分析有利于了解各地的节水潜力.以2 0 2 1 年为例，对存在纯技术效率未达有效的甘肃、宁夏、山西三省（自治区)进行投入余分析，选用最优农业用水量和农业用水可节约率评估各地的节水潜力，结果见表2.表2 2 0 2 1 年甘肃、宁夏、山西三省区的节水潜力评估地区实际农业用水量/1 0 m甘肃86.50宁夏59.60山西43.83由表2 可知，甘肃、山西、宁夏三省区均存在农业水资源投人穴余问题，说明以上三省区有着较大的节水潜力.其中，宁夏回族自治区农业水资源投人可节约率高达6 8.2 9%，说明宁夏回族自治区的节水潜力最大；甘肃与山西两省的农业水资源投人可节约率分别为2 7.8 2%和2 0.5 1%，都有着较高的节水潜力。1.3.2农业水资源全要素生产率分析为了研究影响农业水资源利用效率的主要因素，把2 0 1 3 一2 0 2 1 年黄河流域生态脆弱区的面板数据代入到Malmquist指数模型中，开展TFP及其分解的动态效率分析，所得结果见表3.表3 研究区域2 0 1 3 一2 0 2 1 年农业水资源的Malmquist生产率指数及其分解结果时间技术效率指数20131.00220140.99820150.99120160.99420171.01220181.00920190.99520200.97320210.965均值0.993由表3 可知，研究区域内各时段农业水资源增长率2.8 8%，全要素生产率指数大于1,说明研究区域农业水资源利用效率持续上升.技术效率指数有3 个年份大于1,2 0 1 5 年降到最小值，说明技术效率指数的下滑制约着农业水资源利用效率提升.研究时段技术进步指数全部大于1,增长幅度达5.4 8%，通过对比发现技术进步指数与全要素生产率指数的变化趋势相似，说明研究区域农业水资源利用效最优农业用水量/1 0 m362.4418.9034.84技术进步指数纯技术效率指数1.0410.9991.0341.0011.0551.0001.0320.9971.0921.0161.0411.0131.0400.9941.0970.9841.0980.9791.0590.998农业用水穴余量/1 0 m324.0640.78.99规模效率指数1.0020.9960.9910.9970.9960.9961.0010.9890.9560.992农业用水可节约率/%27.8268.2920.51全要素生产率指数1.0431.0321.0461.0261.1051.0511.0351.0671.0731.053一5 8 一杨庚霞：黄河流域生态脆弱区农业水资源利用效率实证研究率提升主要受到技术进步效应的支撑.综上可知，研究区域采取农业设备更新改造、生产技术迭代是促进农业水资源利用效率提高的主要手段，研究区域农业水资源利用效率有较大提升空间.利用DEAP软件对研究区域不同省（自治区）开展农业用水全要素生产率指数（TFP)及其分解的动态效率分析，所得结果见表4.表4 2 0 1 3 一2 0 2 1 年不同省区农业用水Malmquist生产率指数及其分解技术效率指数技术进步指数地区(EC)青海1.000四川0.977甘肃1.000宁夏1.011内蒙古1.000陕西1.000山西0.987均值0.996由表4 知，各省（自治区）的农业水资源利用全要素生产率指数都大于临界值1,各省（自治区）的农业水资源利用效率皆为上涨态势.各省区的技术进步指数大于1,说明在统计时段内研究区域都有技术进步.青海、甘肃、内蒙古三省区的技术效率指数维持原状，宁夏回族自治区的技术效率指数略有提升，说明宁夏回族自治区也成为研究区域内惟一由技术进步指数和技术效率指数共同驱动农业水资源利用率提升的省份；四川与山西两省的技术效率指数表现为下降态势,说明两省的技术效率指数是制约全要素生产率提升的重要原因.甘肃和宁夏两省区分别实现了纯技术效率指数的增长，山西省则出现下跌,其余各省（自治区)维持原状；规模效率指数中，宁夏回族自治区实现了增长,四川与甘肃两省则出现下降态势，青海、内蒙古、陕西、山西四省区维持不变.2结论及建议2.1结论1)基于数据包络分析模型（BCC模型）,得出黄河流域生态脆弱区整体范围内农业水资源利用效率呈波动下降趋势；各省（自治区)中只有青海、内蒙古、陕西的农业水资源利用效率达到有效水平，四川与青海两省的农业水资源利用效率出现下滑，宁夏回族自治区则实现了农业水资源利用效率的提升.2)对2 0 2 1 年各省（自治区）农业水资源利用效率的分解分析，得出四川省主要受规模效率的影响,其余各省（自治区)的农业水资源利用效率均未达效率前沿面.3)基于Malmquist指数模型,研究得出研究区域农业水资源利用全要素生产率指数与技术进步指数的变化趋势接近,且都常年大于1，说明农业用水全要素生产率指数的上升得益于技术进步，也受制于技术效率指数的下滑。纯技术效率指数(TP)(PC)1.0861.0001.0501.0001.0641.0121.0491.0061.0301.0001.0531.0001.0470.9871.0541.001规模效率指数全要素生产率指数(SC)(TFP)1.0001.0860.9771.0260.9881.0641.0061.0601.0001.0301.0001.0531.0001.0340.9961.050一5 9 一西北民族大学学报（自然科学版）2 0 2 4 年第1 期2.2建议1)以科技为核心，推动农业水资源利用效率的提升.增加投资加大节水技术研发，全面推进新型节水灌溉技术.2)优化农业资源配置，调整农作物种植结构.因地制宜调整黄河流域生态脆弱区农作物种植结构,结合各省（自治区)的地形和气候特征探索节水种植模式，建立不同农作物生长与季节、地形等相吻合的农业种植结构。3)激发内生动力，建立农业节水激励机制.黄河流域生态脆弱区各省（自治区)应紧密结合当地的省情、水情，研究节水宣传教育实施方案和教育内容，开展农业节水宣传活动，提高节水意识，探索农业节水奖励激励机制，以经济奖补激发农业用水的节水动力：参考文献：1李汝资，白肤，周云南，等.黄河流域水资源利用与经济增长脱钩及影响因素分解 J.地理科学,2 0 2 3,4 3（1）：110-118.2吴艳霞，杨帅帅，陈步宇.黄河流域创新生态系统协同演化机制及障碍因子研究 J.人民黄河,2 0 2 3,4 5 6:1-6.3杨谦.中国水资源公报 M.北京：中国水利水电出版社,2 0 2 1.【4 潘忠文，徐承红.我国水资源利用与经济增长脱钩分析 J.华南农业大学学报（社会科学版），2 0 1 9，1 8（2）：97-108.5赵莺燕，于法稳.黄河流域水资源可持续利用：核心、路径及对策 J.中国特色社会主义研究，2 0 2 0（1）：5 2-6 2.6陆泉志,陆桂军,范稚莲，等.广西农业水资源利用效率及其影响因素研究一一基于Clobal超效率DEA与Tobit模型 J.节水灌溉，2 0 1 8（8)：5 4-5 8,6 5.7杜书，梁彦庆，张梦，等.河北省农业水资源利用效率时空分异特征及影响因素研究 J.节水灌溉，2 0 2 1（6)：74-80.8顾世祥,朱赞，李亚龙.基于DEA和Malmquist指数的农业水资源利用效率分析一一以滇中受水区为例 J.中国农村水利水电，2 0 2 1（8）：98-1 0 2.9王昕,陆迁.中国农业水资源利用效率区域差异及趋同性检验实证分析 J.软科学,2 0 1 4,2 8（1 1)：1 3 3-1 3 7.10白芳芳，齐学斌，乔冬梅，等.黄河流域九省区农业水资源利用效率评价和障碍因子分析 J.水土保持学报，2022,36(3):146-152.11 CHARNES A,COOPER W W,Rhodes E.Measuring the efficiency of decision making units JJ.European Journalof Operational Research,1978(2):429-444.12 BANKER R D,CHARNES A,COOPER W W.Some models for estimating technical and scale inefficiencies in dataenvelopment analysisJJ.Management Science,1984,30(9):1078-1092.13MALMQUIST S.Index numbers and indifference surfaceJJ.Trabajos de Estadistica y de Investigacion Operativa,1953,4(2):209-242.14 FARE R,GROSSKOPS S,NORRIS M,et al.Productivity growth,technical progress and efficiency changes in in-dustrialized countriesJJ.American Economic Review,1994(87):1033-1039.15赵玉田，王玉业.基于DEA-Malmquist指数法的甘肃省沿黄地区农业水资源利用效率实证分析 J.兰州交通大学学报,2 0 2 2,4 1(1):1 0 5-1 1 1.(下转第6 9 页)一 6 0 一李新林,卢振华：一种具有植物生长活性调节功能的双羧酸甲基咪唑配合物synthesized by hydrothermal synthesis using a ligand of 2-methylimidazole-4,5-dicarboxylic acid.The ligandstructure was characterized by elemental analysis and IR,the thermal stability of the crystal was characterized byTG,and the crystal structure of the complex was determined by single crystal X-ray diffraction.Results showed thatthis complex was orthogonal crystal system,Pbca space group,a=6.838(2)A,b=13.897(5)A,c=16.690(6)A,=90,V=1586.0(9)A,Z=4,F(000)=888.The complex was self-assembled into a two-dimensional networkstructure through interacting both intermolecular hydrogen bond and coordination bond.The results of plant growthregulation activity showed thatthe complex strongly promoted root growth of rapeseed seedlings at lowconcentrations,which effects were superior to the commercially available root-initiating agent 2,4-D.Key words Dicarboxylic acid functionalized complex;Hydrothermal synthesis;Crystal structure;Plant growthregulation activity(责任编校朱兴红(上接第6 0 页）Study on Water Resource Utilization Situationof Ecological Vulnerable Areas in Yellow River BasinYANG Gengxia(College of Finance and Business,Lanzhou Resources and Environment Voc-tech University,Lanzhou 730123,China)Abstract The efficient utilization of agricultural water resources bears on the water resources security in theecological fragile areas of Yellow river basin.In this investigation,the calculation model correlating the total factorproductivity to the utilization efficiency of agricultural water resources in the ecological fragile areas of Yellow riverbasin was established by using the Malmquist productivity index model and data enveloping analysis model(BCCmodel).Based on the proposed model,the utilization efficiency of agricultural water resources in the studied areasand every province(autonomous regions)was analyzed by substituting the 2013-2021-year panel data of thestudied areas into the calculation model.The results indicated that the utilization efficiency of agricultural waterresources in the ecological fragile area of Yellow river basin presented a fluctuant downward trend,and only Qinghaiprovince,Inner Mongolia autonomous region and Shaanxi province reached the effective utilization level,while theutilization rate in Sichuan and Qinghai provinces showed a slipping phenomenon,and the utilization efficiency ofagricultural water resources in Ningxia achieved the improvement.The changing trend of total factor productivityindex of agricultural water resources utilization was close to that of the technological progress index.The resultsprovided a reference for the policymaking of the efficient utilization of agricultural water resources in theecologically fragile areas of the Yellow river basin.Key words Utilization efficiency of agricultural water resources;Malmquist productivity index approach;YellowRiver basin;Ecological vulnerable area(责任编校高慧芳）69