節水灌溉技術對農業灌溉效率的影響

查建平， 蔡威熙， 王金輝

(1.山東農業大學 經濟管理學院， 山東 泰安 271018； 2.山東農業大學 馬克思主義學院， 山東 泰安 271018；3.聊城市農業農村局， 山東 聊城 252000)

水資源是農業生產必不可少的投入要素[1]，對于保障國家糧食安全和農業可持續發展具有關鍵作用。然而，水資源短缺現狀明顯已成為中國農業發展和糧食安全的重要制約因素之一[2]。在整個農業用水中，90%的水資源用于農田灌溉[3]，因此提高農業灌溉效率是解決水資源短缺的重要舉措。推廣節水灌溉技術是提高農業灌溉效率的重要途徑。《國務院關于實行最嚴格水資源管理制度的意見》明確提出加大農業節水力度，大力發展高效節水灌溉。當前，中國農業灌溉效率如何？節水灌溉技術的采用能否提高農業灌溉效率？解決上述問題，對于保障國家糧食安全、促進農業可持續發展具有深遠意義。

節水灌溉技術是以節約水資源為主要特征的資本和技術密集型現代農業生產要素[4]。節水灌溉技術通過改善生態環境、優化家庭勞動配置和增進生計能力實現減貧效應[5]；從生態效益來看，節水灌溉技術能改善社會生態環境[6]，具有顯著的生態環境效應；此外，節水灌溉技術具有經濟和技術效應，能夠使得玉米增產10 kg/畝[7]，胡蘿卜增產21%[8]，促進農戶增產增收。盡管農業節水技術的使用可產生正的經濟社會效益[9]，但采納節水農業技術的影響因素多元復雜[10]，包括農業水貧困指數[11]、農產品電商行為[12]、水權制度[13]、節水激勵制度[14]、補貼政策[15]、風險認知[16]以及農戶的個體和耕地特征[17-18]。此外，農戶還可以通過社會網絡緩解資金約束，進而促使農戶采納相關技術[19]。

對于農業灌溉效率的測度及如何提高農業灌溉效率，中國學者進行了深入的分析。從宏觀視角來看，2012年全國平均農業水資源效率分別為0.671[20]，農業用水效率提升空間較大[21]，且隨著時間推移呈上升趨勢[22]。從微觀視角看來，不同地區和不同農作物的灌溉效率具有差異性，關中地區小麥灌溉效率均值為0.31[23]，河北省成安縣玉米平均灌溉效率為68.36%[24]，西南地區水稻灌溉效率均值為0.137 8[25]。從提升路徑來看，農戶兼業程度[26]、村莊特征[27]、氣候變化[28]顯著影響農業灌溉效率，技術培訓[29]、提高水價[30]、新型節水灌溉技術的示范推廣[31]均有助于提高農業灌溉效率，此外，戶主年齡、學歷等個體特征[32]和土地規模[33]、耕地質量[34]等經營特征也能影響農業灌溉效率。

現有研究對本文具有一定的借鑒意義。然而，不同農作物的灌溉效率有何差異？節水灌溉技術能否顯著提高農業灌溉效率？回答上述問題，對于進一步推廣節水灌溉技術，提高農業灌溉效率具有現實意義。本文以山東省為例，測度糧食作物和經濟作物灌溉效率的差異，分析農業灌溉效率的影響因素，實證檢驗節水灌溉技術對農業灌溉效率提升作用，旨在提高農戶對節水灌溉技術的認知程度，促進節水灌溉技術的進一步推廣。

1 研究設計

1.1 研究方法

1.1.1 超效率SBM模型與指標選取

農業灌溉效率是指在農業產出和其他要素投入不變的情況下，最優灌溉用水量與實際灌溉用水量的比值。通常測度農業灌溉效率的方法包括隨機前言分析方法(SFA)和數據包絡分析方法(DEA)。與SFA相比，DEA方法無須假設具體的函數形式，避免了模型設定帶來的主觀偏誤。因此，本文在傳統DEA方法的基礎上，運用超效率SBM模型對農業灌溉效率進行測度。超效率SBM模型在目標函數中加入松弛變量，解決了傳統DEA模型中多個決策單元(DMU)同時有效的問題。

假設每個農戶為1個決策單元，假設有n個決策單元、m個投入指標和q個產出指標，則超效率SBM模型形式為

(1)

農業灌溉效率的計算公式為

(2)

投入指標是農業生產所必需的投入要素，本文選取土地、資本、勞動和水資源作為投入指標。土地是農業生產的基礎，也是最基本的自然資源，用農戶實際種植面積表示。資本投入是指在農業生產中的資金投入，選擇種子、農藥、農膜等投入成本表示資本投入。隨著農業機械化推廣，農用機械逐漸替代了勞動力，但勞動力依然是農業生產中的重要投入要素，以雇工費用表示勞動力投入。水資源也是重要的自然資源，對農作物生長具有重要作用，由于農業用水量難以測量，選擇每年的灌溉費用表示水資源的指標。

產出指標是農業生產帶來的產出，由于不同的農作物其畝均產量不同，無法進行比較，因此選取農業產值作為產值指標。

1.1.2 Tobit模型與變量選擇

運用超效率SBM測度農業灌溉效率后，再分析農業灌溉效率的影響因素。由于農業灌溉效率是介于0～1的數值，屬于受限因變量，若使用傳統的普通最小二乘法(OLS)回歸則會帶來有偏估計。因此，本文選擇Tobit模型分析農業灌溉效率的影響因素，模型具體形式為

(3)

式中：E表示農業灌溉用水效率；X表示核心變量，即農戶是否采用節水灌溉技術；Z為控制變量；β1和γj分別代表核心變量和控制變量的回歸系數；β0為常數項；μi為誤差項。將影響因素分為4類，具體變量見表1。

表1 變量選取及定義

1)核心變量。選取節水灌溉節水作為核心變量，節水灌溉技術能夠減少農業灌溉用水浪費，促進農業水資源的合理配置，進一步提高農業灌溉效率。

2)個體特征。農業生產經驗對于提高農業灌溉效率具有重要影響，一般而言，農戶的年齡越大，種植經驗越豐富，更能合理利用水資源，提高灌溉效率。提高農業灌溉效率也是一項技術型生產活動，農戶的文化程度越高，越能掌握先進的生產技術和管理技術，進一步提高農業生產要素的配置效率，提高農業灌溉效率。因此選擇農戶的年齡和文化程度代表個體特征。

3)經營特征。平原地區土地較為平整，水資源易于被土地吸收，提高了農業灌溉效率；而在山地地區，灌溉用水容易流失，在一定程度上造成了水資源浪費。因此選擇地形代表經營特征。

4)外部因素。農業灌溉效率除了受個體特征等因素以及經營特征等客觀因素的影響，還受到外部因素影響。如果村莊建有機井、泵站等灌溉設施，農戶可以避免漫無目的的大水漫灌，同時也避免了農戶在農業用水運輸過程中的浪費。參加過節水技術培訓的農戶，一方面能夠提高節水意識，另一方面更容易掌握農業灌溉技術，提高灌溉效率。水資源的資源稟賦可以影響農戶對水資源緊缺性的認知，進而影響農戶的灌溉效率，如果當地水資源較為緊缺，農戶則會更加珍惜水資源，減少水資源浪費。因此選擇灌溉設施、技術培訓和資源稟賦作為外部因素的變量。

1.2 數據來源

數據來源于本課題組于2021年3—5月在山東省進行的實地調研，調研采用一對一訪談的形式對糧食種植戶和蔬菜種植戶進行調查。調查樣本選擇了隨機抽樣的方法，在山東省每個地級市中隨機選擇4個縣區，每個縣區隨機選取20個樣本，最終發放問卷1 280份，有效問卷為1 048份，問卷有效率為81.8%，其中糧食種植戶898份，蔬菜種植戶150份。

2 結果與分析

2.1 農業灌溉效率結果分析

農業灌溉效率結果見表2。糧食灌溉效率平均值為22.93%，蔬菜灌溉效率為45.80%，這表明山東省農業灌溉效率相對較低，還具有較大的提升空間。而蔬菜灌溉效率遠高于糧食灌溉效率，說明蔬菜作為經濟作物，其利潤相對較高，農戶更愿意加強生產管理，因此其灌溉效率更高。

表2 糧食種植戶和蔬菜種植戶灌溉效率對比分析 %

從糧食種植戶灌溉效率的區間分布來看，33.52%的農戶灌溉效率分布在20%～50%，超過一半的農戶灌溉效率小于20%，灌溉效率達到有效狀態的農戶僅占1.89%。

從蔬菜種植戶灌溉效率的區間分布來看，32.67%的農戶灌溉效率分布在20%～50%，21.33%的農戶灌溉效率分布在10%～20%，18.67%的農戶灌溉效率達到最優狀態。與糧食種植戶相比，蔬菜種植戶灌溉效率較高，灌溉效率大于50%比例遠遠高于糧食種植戶。

2.2 節水灌溉技術對農業灌溉效率的影響因素分析

模型回歸結果見表3。表3中的模型1表示節水灌溉技術對糧食灌溉效率的影響，模型2表示節水灌溉技術對蔬菜灌溉效率的影響。從LR檢驗來看，所有的模型均通過了1%的顯著性檢驗，模型擬合程度較好。

表3 節水灌溉技術對農業灌溉效率影響的回歸結果

從節水灌溉技術對農業灌溉效率的影響來看，節水灌溉技術對農業灌溉效率具有正向影響，且通過了1%的顯著性檢驗，表明采用節水灌溉技術可以有效提高農業灌溉效率。從回歸系數來看，模型2的回歸系數大于模型1，表明蔬菜種植戶采用節水灌溉技術對灌溉效率的提升作用大于糧食種植戶，蔬菜作為經濟作物，蔬菜種植戶的專業化程度高于糧食種植戶，其對節水灌溉技術的掌握更加成熟，因此可以更加有效地提高農業灌溉效率。

從控制變量對農業灌溉效率的影響來看，年齡對農業灌溉效率具有正向影響，模型1和模型2分別通過了1%和10%的顯著性檢驗，而文化程度對農業灌溉效率沒有顯著影響，表明提高農業灌溉效率是一項經驗性生產，農戶的年齡越大，其種植經驗更加豐富，且對農業用水更加珍惜，能夠更大程度地避免灌溉用水浪費，提高灌溉效率。地形對農業灌溉效率具有顯著的正向影響，表明平原地區的農業灌溉效率更高，與研究假設一致。灌溉設施在10%的顯著性水平上對蔬菜灌溉效率正向影響，表明村里建有機井、泵站等灌溉設施的蔬菜灌溉效率更高。節水技術培訓對農業灌溉效率沒有顯著影響，可能是因為節水技術培訓流于形式或培訓內容難以理解，農戶學習積極性不高，農戶不能通過技術培訓掌握節水技術。資源稟賦對農業灌溉效率影響不顯著，表明水資源豐富與否不能顯著影響農業灌溉效率。

3 討論

中國農業用水量大、農業灌溉效率低、農業水資源短缺進一步威脅了中國糧食安全和農業可持續發展。因此，進一步提升農業灌溉效率、減少水資源浪費對于經濟社會可持續發展具有重要的現實意義。作為一種節約農業水資源的現代農業生產技術，節水灌溉技術能否顯著提升農業灌溉效率，還有待進一步實證檢驗。本文在前人研究的基礎上，實證檢驗了節水灌溉技術對農業灌溉效率的提升作用，研究表明節水灌溉技術能夠顯著提高糧食灌溉效率和蔬菜灌溉效率。

盡管節水灌溉技術具有灌溉效率提升效應，但當前節水灌溉技術的投入成本較大，且后期維護和管理等成本較高，短期投資回報率較低，農戶采用節水灌溉技術的積極性較低。此外，農戶對節水灌溉技術的采用效果認識不足，農戶不能意識到采用節水灌溉技術帶來的經濟效益。因此要進一步加大研發力度，降低農戶節水灌溉技術的投入成本，同時加強節水灌溉技術的維護等后期保障。

4 結論與建議

運用超期望SBM模型分別測度糧食灌溉效率和蔬菜灌溉效率，并進一步運用Tobit模型實證分析節水灌溉技術對農業灌溉效率的提升作用，研究結果表明：

1)糧食灌溉效率平均值為22.93%，蔬菜灌溉效率為45.80%，蔬菜灌溉效率遠遠高于糧食灌溉效率。

2)節水灌溉技術對農業灌溉效率具有正向影響，采用節水灌溉技術對農業灌溉效率具有顯著的提升作用，節水灌溉技術對蔬菜灌溉效率的提升作用大于糧食灌溉效率。

3)年齡和地形對農業灌溉效率具有正向影響。灌溉設施對蔬菜灌溉效率正向影響。

根據研究結論，本文提出以下建議：

1)加強農業生產指導，提高農業灌溉效率。當前，山東省農業灌溉效率較低，具有很大的提升空間，因此技術部門應加強對農戶尤其是糧食種植戶的技術指導，提高其農業要素的配置能力和水平，進一步提升農業灌溉效率。

2)加強節水灌溉技術的宣傳和推廣。研究表明，采用節水灌溉技術可以有效提升農業灌溉效率，因此當地政府和技術部門應進一步宣傳和推廣節水灌溉技術，并指導農戶合理有效的使用節水灌溉技術，最大程度發揮節水灌溉技術的節水作用。

3)加強節水技術培訓，采用靈活多變、農戶易于接受的培訓形式。當前，農戶對節水技術培訓的學習積極性不高，不能通過培訓掌握節水技術，提高灌溉效率，因此，要采用現場教學、實地參觀等形式，提高農戶技術培訓的積極性。