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1、生态经济第32卷第5期(2016年5月) Ecological Economy，V0132，No5(May 20 1 6)基于DEA和Malmquist指数的我国农业灌溉用水效率评价杨扬t，蒋书彬：(1上海政法学院经济管理学院，上海201701；2龙江银行博士后工作站，黑龙江哈尔滨150010)摘要：选取19982012年面板数据，基于DEA和Malmquist指数对我国农业灌溉用水效率进行分析评价，采用各地区农业劳动投入、农业灌溉用水、土地耕种面积、农业灌溉设施投入、农业中间投入作为投入指标，各地区农业总产出作为产出指标。通过DEAJ改率和Malmquist；指数评价分析，我国农业灌溉用水效
2、率总体水平较低，并且各地区用水效率差异较大，其中西南地区农业灌溉用水效率最高，西北地区农业灌溉用水效率最低。关键词：DEA；Malmquist-指数；农业灌溉用水效率中图分类号：F3232：F0622 文献标识码：A 文章编号：16714407(2016)05147-05Irrigation Water Efficiency Evaluation of Agricultural Irrigation Water Efficiency based on DEAand Malmquist IndexYANG Yan91，JIANG Shubin2(1College of Economics and
3、 Management，Shanghai University Of Political Science and Law,Shanghai 20 1 70 1，China；2Postdoctoral workstation of Longjiang bank，Harbin Heilongjiang 1 500 1 0，China)Abstract：This article evaluates and analyzes on the effectiveness of the agricultural irrigation in China by using DEA andMalmquist In
4、dex based on 19982012S panel dataIn the modelwe use the input indicators such as the aea of agricutturallabor input，agricultural irrigation water，land farming area，agricultural irrigation facilities investment and agricultureintermediate inputsand OUtput indicator as the total output of agricultural
5、 regionsBy the analysis of DEA evaluationwedraw the conclusion that the overall level of ChinaS agriculturalirrigation water emciency iS lOWand the efficiency ofusing water is significantly regionally different，of which southwest regionS agricultural irrigation water efficiency is thehighestwhile no
6、rthwest agricultural irrigation water efficiency iS the lowestKey words：DEA：Malmquist index；agricultural irrigation water efficiency我国水资源总量不丰富，分布不均衡，特别是人均水资源占有量不及世界水平的四分之一。2012年，全国总用水量61312108m3，农业用水占636，农业灌溉用水占5724，占农业用水总量的90。随着城市化发展和工业用水量的增加，农业灌溉用水紧张与农业用水效率低下的矛盾日益突出。为了保障农业灌溉用水安全，在用水总量不能增加的情况下，提高用水
7、效率，普及节水灌溉技术，这是我国发展农业生产，提高粮食产量的重点工作和关键关节。如何提高农业灌溉用水的利用效率，这已经成为我国农业健康发展、粮食保产增收重要制约因素。不仅如此，与农业灌溉用水效率较低同时存在的是我国水资源分布的不均衡。北方拥有全国64的耕地，而水资源仅占全国的19，相比南方而言，北方地区在面临干旱威胁情况下，提高用水效率的制度需求更为迫切。为此，本文在从理论上测度我国各地区农业灌溉用水效率的基础上进一步分析各地农业灌溉用水效率的差异特征，为我国制定科学的农业节水政策提供更具有指向性的政策建议。1研究方法与数据说明11农业灌溉用水效率概念界定传统的农业用水效率一般是指农业用水的投
8、入和产出关系，也就是单要素投入指标，这种用水效率界定没有体现出农业用水效率与其他生产要素的相互影响。农业灌溉用水作为农业生产的基本要素投入，必须和其他生产要素相配合，并带来农业经济效益产出。通常情况下，农业灌溉用水效率是指，每消耗一单位水资源所生产的粮食产品，基金项目；国家教育部人文社会科学研究项目(12YJC630093)；上海政法学院2014年度青年科研基金项目作者简介：杨扬(1978)，女，黑龙江哈尔滨人，博士，副教授，研究方向为资源利用效率研究；蒋书彬(1979)，男，黑龙江宝清人，博士龙江银行博士后工作站在站博士后。研究方向为资源效率评价。147万方数据生态经济第32卷第5期(201
9、6年5月) Ecological Economy，V0132，No5(May 2016)具体到水资源作为投入要素的角度看，农业灌溉用水效率就是达到最优产出下的最少农业灌溉用水投入量与实际用水量的比值，用水包括灌溉用水和天然水1】。理论上，农业生产需水离不开灌溉用水和天然水，但是作为天然水具有明显的非人为性，无法将其作为投入要素考察，为了更准确反映农业用水的人为控制因素，本文将农业用水效率限定为农业灌溉用水效率，并基于此，提出经济上的可行建议。12农业灌溉用水效率研究方法测度水资源使用效率的常用方法有计量经济学为基础的参数投入方法和线性规划为基础的非参数方法。由于非参数方法是依据一定的生产前沿面
10、，考察被评估区域与生产前沿面的相对差距，评价被评估区域某要素的相对效率。这种方法不必给定函数的形式，且不必人为设定指标的权重口】，本文采用非参数方法的数据包络分析方法(DEA)。假设样本决策单元是删，产1，2，k，在本文中指各个省份农业灌溉用水效率，假设要评价K个省份农业灌溉用水效率，在评价指标中，有工种投入指标变量，M种产出指标变量。假设勘表示第个省份的第f种要素的投入量，y加表示第个省份的第m种要素的产出量。对于第n(n=l，2，硒个省份农业灌溉用水效率，在规模报酬不变的前提下，有如下DEA模型：min巳女s匹xi!九i+si=9l1,2。，Lj=lty加乃一J：=y，m=1，2，Mj=l
11、五，0 5i0 s_=：0J0其中，眈代表DEA模型的效率值，一般情况下，综合效率指数眈越接近1，说明该省份的用水效率越高，如果o，-1则说明该省份的综合效率达到最佳状态。规模效率与纯技术效率有如下关系，规模效率SE=靠。利用这个模型可以将综合效率分解为技术效率和规模效率，技术效率和规模效率的值与综合效率值均介于0和l之间，越接近l，说明效率越高。为了分析不同时期农业灌溉用水效率演化特点，本文在DEA方法的基础上，利用Malmquist指数法对我国农业灌溉用水效率演化的路径和趋势进行分析。Malmquist指数法最早由瑞典经济学家Malmquist在1953年提出，其初衷是为了研究消费者在不同
12、时期的变化吲。此后，Caves&Fare改进了Malmquist指数法，将生产率的变化分析引入到决策单元DMU中，从而测算生产力的变动情况【4】。Malmquist生产率指数法相对于其他方法而言，其优势是可以忽略投入和产出要素的价格信息，并通过生产率和技术效率的变动反映要素的投入和产出效率，另外，Malmquist生产率指数法相当于做了一阶差分，因此可以最大限度的弱化数据质量对估计结果的影响，消除了各决策单元同方向变化问题。Malmquist生产率指数属于非参数方法，无需对生产函数进行限制，可以避免主观因素对实证分析的影响，同时，Malmquist生产率指数法可以进行效率分解，对影响效率的因素
13、进行再分解，使分析结果更科学。设(x，Y，)和(xY。1)分别表示t和什1期生产关系，生产关系从(x。，弘)向(xY，。)变化就是生产效率的变化，基于产出的Malmquist生产率指数可以表示为：以hm，2瓮删 Q)+l(凡J)划其中，D和D分别表示以t时期和f+1时期技术水平为参照，t和什1时期的距离函数。例如，D(x，Y，)代表以t期技术为参照的t期技术效率水平，+1(工，儿)代表以件1技术为参照的t期技术效率水平。为避免时期选择的随意性导致分析的差异，根据理想指数思想，定义式(2)和式(3)的几何平均为综合生产率指数：M(xY x川，Y|+1)=M“1)_=(甓删甓剖j计算出距离函数的值
14、，就可以得到Malmquist生产率指数，也就是1尸的增长率。TFP1，说明t时期到升1生产效率是增长的，反之，说明生产效率是下降的。在规模报酬不变的假设下，可以进一步将Malmquist生产率指数分解为技术效率变化(Effch)和技术变化(Techch)。技术效率变化又可以分解为纯技术效率变化(Pech)和规模效率变化(Sech)：崛。以J=瓮斟(蒜鹅蹴高-=EffchTechch：PechSechxTechch (5)技术效率变化是指t时期到件1时期生产前沿面变动引起的生产效率变化，技术变化是指技术进步指数，指t时期到f+1时期技术边界的移动情况。具体到本文中，农业用水效率指数TFP大于1
15、时，说明用水效率提高，小于1时，说明用水效率降低，等于1时，说明用水效率不变。构成TFP指数的某一因素大于1时，说明该因素对总体用水效率提高影响较大，小于l则说明对总体用水效率负面影响较大。13农业灌溉用水效率指标选取与数据说明由于我国自1997年开始公布中国水资源公报，重148万方数据生态经济第32卷第5期(2016年5月) Ecological Economy，V0132，No5(May 20 1 6)庆和四川独立省份数据自1998年可获得，因此本文构建19982012年我国农业灌溉用水面板数据。根据DEA模型特点和农业灌溉用水效率的影响因素，选取农业劳动投入、土地耕种面积、农业灌溉设施投
16、入、农业灌溉用水、农业中间投入作为投入要素，以各省农业总产出作为产出变量(表1)。投入变量中，农业劳动投入以各省农林牧渔就业人口代替，农业灌溉用水以各省农业用水投入量代替，农业中间投入一般指物质消耗和生产性服务支出，物质消耗包括用种量、肥料、燃料、农药、农膜、用电量；生产性服务支出包括灌溉服务、农产品初加工服务。由于数据收集原因和考虑我国农业生产特点，本文农业中间投入是指农药、化肥和农膜投入【5】。表l农业灌溉用水效率评价指标指标类别 指标名称农业劳动投入(人)农业灌溉用水(亿立方米)投入指标 土地耕种面积(万亩)农业灌溉设施投入(万元)农业中间投入(万元)产出指标 农业总产出(万元)考虑气候
17、差异以及各地农业发展程度不同，本文将全国31个省份划分为6个区域，划分角度与以往地域行政划分略有不同，考虑了水域分布因素。6个区域分别是东北地区，西南地区，西北地区，黄河流域，长江流域，南部地区。本文所需数据均来自于中国统计年鉴(19992013)中国水资源公报(19982012)中国农村统计年鉴(19992013)以及新中国60年农业统计资料。2实证分析21 DEA模型结果分析运用DEAP21软件对我国各个省份统计数据进行分析(由于数据量较大，本文列出19982012年部分年份数据计算结果)，全国各省份19982012年农业灌溉用水效率均低于l(表2)，这说明各地区均存在农业灌溉用水低效率或
18、无效率问题，也说明各地农业甩水效率都有改进空间。从全国范围来看，农业灌溉用水效率最高的省份是贵州，效率最低的是宁夏，其他地区总体用水效率维持在O8左右。贵州省农业灌溉用水效率较高，这与该地区长期干旱，农业用水紧张有关，一般情况下，越是用水紧张的地区，其灌溉节水技术相对发达，农民对水资源的重视程度更高。从时间跨度上看，1998年以来，全国各地总体农业灌溉用水效率小幅提高，但变化不明显，扣除季节气候因素，各地农业灌溉用水效率受节水技术影响不明显，这说明十几年以来，我国农业在水资源的利用与管理上，没有明显改善。表2我国各省市农业灌溉用水效率(19982012年)省份 1998 2000 2002 2
19、004 2006 2008 2010 2012 平均北京 0845 0854 0736 0887 0764 0889 0907 0903 0848天津 0847 0866 0774 0878 O821 0877 0896 0887 0856河北 0812 0800 0688 0789 O811 0798 087 0899 0808山西 0774 0779 O601 O72l 0785 O712 0801 0787 0745内蒙古 0514 0513 047l 0488 0，566 0614 0。577 0655 O55辽宁 0899 0897 0887 O90l 0908 0921 0915
20、095l O91吉林 0887 O881 0866 0893 O901 093l 0901 0912 0897黑龙江 0899 0901 0899 0903 O911 O92l 0923 0944 O913上海 0812 0814 0788 079l O814 0887 0900 0889 0837江苏 0833 0801 0699 0701 0771 0754 0799 O80l 077浙江 0789 0788 0691 0798 0781 O812 0782 0892 0792安徽 0782 077l 062l O712 0768 O801 0792 0884 0766福建 089l 08
21、99 O801 0899 0845 0，902 092l 0936 0887江西 0871 O82l 0687 0874 O，821 0782 0824 0833 O814山东 0822 0866 070l 0842 0742 0844 0895 0888 0825河南 O80l O821 0705 0798 0785 084 0801 0854 080l湖北 082l 0824 O721 0784 O718 0811 0799 0845 079湖南 0832 0829 0782 O714 0782 0821 075l 0865 0797广东 0，887 0898 0787 0812 0854
22、 0，859 0，898 092l 0865广西 0892 0852 0801 0854 0865 0854 0901 0924 0868海南 090l 0912 O82l 0889 0892 0899 092l 0929 0896重庆 0898 0801 0799 0854 0862 O90l 0932 094l 0874四J|I O921 O951 0892 0899 O921 0924 0964 0982 0932贵州 0965 0924 0896 0901 0924 0935 0954 0978 0935石南 0887 0897 0824 0899 0901 O，91l 0899 09
23、12 O891西藏 0897 0887 0865 0845 0823 0842 0901 0902 O87陕西 0787 O72l 0621 0745 0，789 O80l 0798 0824 0761甘肃 0801 082l 0842 0847 0，889 0892 090l 0954 0868青海 0742 0758 062l 0656 O712 0799 0824 0832 0743宁夏 O50l 051l 0403 0499 052l 0569 0612 0636 0532新疆 052l 0577 042l O424 0577 O51l O68l 0678 0549从分区域上看(表3、
24、图1)。全国六大区域农业灌溉用水效率总体不高，其中西南地区用水效率最高，平均用水效率0908，这与该地区长年干旱有一定关系。西北地区农业灌溉用水效率最低，仅为0685，这可能与该地区经济发展程度与农民对水资源重视程度不高有关。仅次于西南地区用水效率的是东北地区，为0906。从农业灌溉用水效率的趋势上看，西北地区低于全国其他地区，用水效率较低，农业用水效率的改进空间最大。从1998年以来，六大区域农业灌溉用水效率变动不明显，除西北地区外，其他地区用水效率相对稳定和集中。其中，2002年各地农业灌溉用水效率均出现较大幅度下降。整体上看，各大区域农业灌溉用水效率先下降，后上升，但总体稳定的趋势。表3
25、全国六大区域农业灌溉用水效率(19982012年)平均区域 19982000 2002 2004 2006 2008 2010 2012TE东北地区 0895 0893 0884 0899 0907 0924 O913 0936 0906黄河流域 O813 O815 0689 0809 0785 0823 0853 0863 0806长江流域 0820 0807 O713 0768 0779 0810 0807 0858 0795西北地区 0663 0678 0604 0627 0681 0，705 0749 0776 0685西南地区 0918 0893 0853 0888 0902 O91
26、8 0937 0953 0908南方地区 0893 0890 0803 O8“ 08“ 0879 0910 0928 0879从对六大区域农业灌溉用水效率的分解情况看(表4)，无论是从技术效率还是规模效率，各个区域均未达到DEA有效，这说明这些地区各个资源组合没有达到最优，农业灌溉用水的效率有待进一步提高。在技术效率(PTE)角度，149万方数据生态经济第32卷第5期f2016年5月) Ecological Economy，V0132，No5(May 2016)宝二3二，!：=。一、一 +东北地R+黄河2j|c域长i：I=流域+西北地区J。州H !11I !【 。J J1 二J1 ：111I
27、Jlll 4I】I，图l全国六大区域农业灌溉用水效率图东北地区农业灌溉用水的技术效率最高，相对其他地区，资源之间组合相对有效。西北地区农业灌溉用水的技术效率最低，应当进一步完善要素的投入结构。在规模效率(舾)角度，各个区域规模效率均没有达到最优。尤其是西北地区，更有必要扩大再生产，增加投入进而拉动产出的增加。表4六大区域农业灌溉用水效率平均值省域 厄 PTE sE东北地区 0906 333 0935 618 09687黄河流域 0806 232 0853 065 O9451长江流域 0795 179 0853 287 O9319西北地区 0685 271 O800176 O85“西南地区 09
28、07 78l 0907 963 09998南方地区 0878 656 09093 0966322基于Malmquist指数法的农业灌溉用水效率分析运用DEAP21软件对我国19982012年各地区序列数据进行Malmquist指数分析，得到我国分省份和分区域生产力指数及其分解的计算结果(表5、表6)。从分省份豫P指数计算结果可知，19982012年期间，我国各地农业灌溉用水效率总体情况不容乐观，仅有吉林、福建、广东、海南、重庆、四川、贵州、西藏八个省份平均TFP指数实现增长，其余地区均为衰退。这说明我国绝大部分地区农业灌溉用水效率较低。从分区域角度看，全国六大区域中，仅有南方地区和西南地区平均
29、TFP指数实现增长，其余地区均为衰退，其中黄河流域衰退最为严重。从Malmquist指数分解情况看，技术效率变化(Effch)和技术进步(Techch)都对各地农业灌溉用水效率产生影响。技术效率变化(Effch)和大于1的省份有：吉林、福建、广东、海南、重庆、四川I、贵州、西藏、湖南。这说明，技术效率变化是生产率TFP增加的主要原因。对技术效率进一步分解表明，技术效率增长的主要原因在于纯技术效率(Pech)的变动，而各地区规模效率(Sech)普遍偏低，即便是增长，对整体技术效率的贡献也不明显。这说明，我国农业灌溉用水效率的提升依赖于部分地区的技术进步和农业灌溉节水技术的普及，而在农业灌溉用水的
30、管理力度上，各地需要改进的空间仍然较大。从分区域的TFP指数分解情况看，南方地区和西南地区在技术效率变动和技术变化均有小幅增幅，这两个区域技术效率变动和技术变化表5我国农业灌溉用水分省TFP指数均值分解(19982012年)省域 Effch Techch Pech Sech 卿北京 0941 598 0924 0954 0987 0870 037天津 0909 948 O9ll 0921 0988 0828 963河北 O813 028 0898 0926 0878 0730 099山西 0749 753 0807 O911 0823 0605 05l内蒙古 0885 72 0998 O915
31、 0968 0883 949辽宁 0970 209 l 0981 0989 0970 209吉林 1ool 90l 1 1011 0991 100l 901黑龙江 0998 35 l 1025 0974 0998 35上海 0945 414 0996 0954 099l 0941 632江苏 0890 525 l 0895 0995 0890 525浙江 0929 61 0932 0939 099 0866 397安徽 0873 325 0885 0905 0965 0772 893福建 1049 896 l 1052 0998 1049 896江西 0891 808 l 0992 0899
32、O89l 808山东 0859 959 0985 0963 0893 084706河南 0956 0899 0956 1 0859 444湖北 0985 985 0957 1001 0985 0，943 588湖南 103819 0954 0985 1054 0990 433广东 1020 978 0985 0999 1022 1005 663广西 0925 605 1021 0921 1_005 O945 043海南 1017 96 1028 0998 102 1046 463重庆 1034 168 1002 1028 1006 1036 236四川I 1056055 1054 1OOl 1
33、055 1113 082贵州 119911 1003 121 O991 1202 707云南 0999 975 0998 1005 0995 0997 975西藏 1090 56 1112 1024 1065 1212 703陕西 0839 666 O87 0899 0934 0730 509甘肃 0969 234 0877 0987 0982 0850 018青海 0801 975 092l 0867 0925 0738 619宁夏 0830 676 0903 0924 0899 07501新疆 0985 l 0985 l 0985注：这里计算的TFP指数值为各年平均值对整体TFP的贡献比较
34、接近，说明这两个区域不论在技术革新和农业水资源管理上，均好于其他区域。表6我国六大区域农业灌溉用水嗍数分解(19982012年)省域 Effch Techch Pech Sech TFP东北地区 O990 153 l 1005 667 O984667 O990 153黄河流域 0867 136 0899 143 0932 857 0929 O781 595长江流域 0936 408 O96 0571 0953 0982 714 0899 611南方地区 1003 6l 10085 09925 1011 25 1011 766西南地区 1072 327 101425 106l 1011 75 1
35、0875西北地区 0927 194 09685 0950 333 0973 167 0903 3983结论与建议本文基于DEA模型与Malmquist指数法对我国农业灌溉用水效率进行评价，通过对19982012年面板数据进行分析，结合我国各地农业灌溉用水实际情况，得出结论如下：我国农业灌溉用水效率整体水平较低，全国各省农业灌溉用水效率均未达到最优，并且各地用水效率差异较大，用水效率最高区域为西南地区，用水效率最低区域为西北地区，东北地区和南方地区用水效率高于黄河流域和长江流域。制约农业灌溉用水效率提高的主要因素是节水灌溉技术的推广和农业节水制度的普及。西北地区作为全国农业灌溉用水效率最低的区域
36、，其提高农业灌溉用水效率的潜力最大，这一区域应当进一步加大节水设施的引进与推150 万方数据生态经济第32卷第5期(2016年5月) Ecological Economy，V0132，No5(May 2016)广，并提高节水制度的宣传，采取更多有利于节水效率提高的措施。黄河地区和长江流域也应当在提高节水效率上做出更多努力，相比较其他地区而言，这两个区域经济更发达，在节水技术的引进与推广上，经济约束更小。从Malmquist指数法及其分解可知，我国大部分地区农业灌溉用水效率在1998年以来的14年中，没有明显提高，其中仅有吉林等八个省份用水效率缓慢提升，这说明我国农业灌溉用水效率整体水平提升缓慢
37、。在影响农业灌溉用水效率因素分解中，技术效率变化是农业灌溉用水效率提升的主要因素。这说明，短期内提高农业用水效率应当更注重灌溉节水的应用，长期来看，应加强节水制度设计和农业节水意识的宣传。为了有效提高我国农业灌溉用水效率，降低单位粮食作物的用水量，缓解农业用水资源日趋紧张问题，结合本文研究结论，提出如下建议：(1)引入价格因素。长期以来，农民对水资源的价格反应不明显，农民节水意识淡薄。将农业用水引入价格因素，适度提高农业灌溉用水价格，发挥水价在水资源配置和缓解农业用水紧张状况的市场作用。制定科学的农业灌溉用水价格，广泛宣传农业用水的商品属性，使农户逐步接受水资源也是一种商品，使用这种商品需要支
38、付一定的费用。科学的用水价格应当考虑罐区基础设施的维护费用、电费、和管理费用，当然也好考虑农户的接受程度，实现农业灌溉用水在政府调控下，最大限度的按照市场交易的原则确定水价j。(2)加大农业基础设施投资，推广灌溉节水技术。各地实践证明，不同的灌溉技术对农业用水效率影响较大，差异明显。一般来说，渠水灌溉技术的用水效率要高于井水灌溉的用水效率，而喷灌和滴灌等灌溉技术的用水效率要高于渠水灌溉。效率越高的灌溉技术，前期的技术投资一般较大，这就需要政府要不断加强在农业灌溉设施上的投入，具体表现在，一是要明确农业灌溉投入的政府责任与目标，要有针对性的对不同地区的农业灌溉设施制定不同的财政扶持政策，尤其是针
39、对南北方不同的农业灌溉特点，要因地制宜的制定财政投入政策：二是要明确中央与地方的农业灌溉财政投入主体地位，这不仅是明确政府在农业灌溉投入中的主导地位，还包括要明确中央与地方在农业灌溉投入中各自职责【”，确保我国农业灌溉投入持续稳定增长。(3)引入制度因素，推广成立农民用水协会等组织。农业用水协会是参与式灌溉节水管理中最主要的一种管理模式，这种模式的设计初衷是为了解决在农业用水效率低下的背景下，解决罐区基础设施维护不利，水费收缴不畅，农民参与节水意识不强等问题，通过一些地区试点的效果来看，农民用水协会作为农民自治组织，在各地农业灌溉节水中作用明显嗍。这种组织形式提高了农民的自我管理意识和能力，改
40、变以往农业基础设施维护不利，农民主人翁意识不强的现状，发挥农民自治组织在提高农业灌溉用水效率中的作用。同参考文献：1】王学渊，赵连阁中国农业用水效率及影响因素基于19972006年省区面板数据的SFA分析I J农业经济问题，2008(3)：1020【2】黄森慰，张春霞基于DEATOBIT水环境管理效率研究【J】统计与决策，2013(3)：5155【3Malmquist SIndex number and indifference surfaces【J】Trabajosde Estandistica，1 953(4)：209232【4Fire R，Grosskopf S，Lindgren B，e
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