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收稿日期：2013-06-03
作者简介：吴兆丹，博士生，主要研究方向为水资源管理。
基金项目：高校基本科
摘要粮食安全和水安全已成为当前全球最紧迫的问题之一。农作物生产水利用效率(CWUE)较低的国家如何提高其CWUE，减小区域CWUE差异，也成为实现区域协调发展中亟待解决的重要问题。本文结合87个国家1990-2007年的相关数据，基于随机前沿生产函数构建并估计了CWUE模型；在洲间、洲内和全球各国间三维度对CWUE差异进行方差分解，并分析差异及其因素值的变化情况、差异因素的贡献份额及其变化情况；列出各区域内部CWUE较低的国家现时改善CWUE、减小区域CWUE差异时应关注的重要因素，包括该区域（各洲或全球范围）内CWUE差异的最主要贡献因素、波幅较大或波幅不断变大的因素、以及贡献份额波动幅度较大或波幅不断变大的因素；通过情景分析验证了改善最主要贡献因素对减小CWUE差异的效果，展示了在改善最主要贡献因素后各区域为进一步减小CWUE差异应重点关注的因素；最后，本文对提高CWUE的具体措施提出了相关政策建议，包括改善全要素生产率、要素结构相对不合理的国家优化生产要素投入等。
关键词全球范围；随机前沿分析；农作物生产水利用效率; 政策建议
A文章编号1002-2104（2013）07-0055-08doi:10.3969/j.issn.1002-2104.201
1概念界定
在热力学意义上，农作物生产的效率可定义为能量输出与能量输入的比率。农作物生产水利用效率一般被定义为农作物产量与农作物生产中的水资源使用量的比率［2］，或农作物产量/与农作物生产中的灌溉用水需求［3］。Bierhuizen与Slatyer［4］指出，不同时间维度下的水利用效率将不同。基于此，本文中农作物生产水利用效率将以年份为维度并被定义成：
CWUE=YW（1）
其中，CWUE为农作物生产水利用效率；Y为农作物年产量；W为农作物年水资源投入规模。
值得注意的是，本文所探讨的CWUE与“内在水分利用效率”（“Intrinsic Wateruse Efficiency”）不同。后者指的是CO2同化的瞬时速率与气孔蒸腾的比率，而本研究中的CWUE则涉及以下两部分：作物栽种前土地准备的需水量；作物生长期间蒸散和补偿渗流渗透的需水量。
目前关于CWUE的比较主要针对同一地区在不同条件下的情况［2］，或只针对某些具体农作物。有的研究则综合分析所有资源的利用效率，而非聚焦在水资源上。很少有分别在洲间、洲内及全球各国间多维度，把农作物看成一个整体比较其生产中水利用效率的研究。而这种研究不仅可以相对全面地展现全球CWUE的情况，还有利于CWUE较低的国家有效改善现状，减小区域CWUE差异，促进区域可持续发展。本研究将试图弥补该空缺，建立CWUE模型并分解其差异，选出差异重要因素并对提高落后国家CWUE、减小区域CWUE差异提出建议。
2研究方法及数据来源
吴兆丹等：全球农作物生产水利用效率地区差异分析及建议中国人口·资源与环境2013年第7期在生产效率分析中，参数随机前沿分析（Parametric Stochastic Frontier Analysis, A）和非参数数据包络分析（Nonparametric Data Envelopment Analysis, DEA）被广泛采用并扩展至农业经济领域中［8］。Feng lian Du采用A估计内蒙古经济增长的技术效率［9］。Yanbing Jia采用DEA超效率模型分析了中国牧区农业生产效率［10］； A最主要优点在于其会产生明确的生产函数，体现各变量对技术效率的影响。基于适用性，本文采用A对 CWUE模型进行估计。差异分解在各领域均有多种方法，如基于Shapley值分解、Sullivan法，Theil指数两阶段分解法、Olley and Pakes提出的配置效率衡量方法［11］等。 Sobols 分解被用于界定多种投入因素的重要来源［12］，另外也可将不同方法相结合进行分解［13］。总的来说，这些方法主要基于回归或方差分析，回归分析结合各投入因素对产出进行回归，方差分析则将产出方差分解成各投入因素贡献之和。考虑对相对明确结果的需要，本文采用方差分解法分析各维度CWUE差异。
2.
Yit=Ait Kβ1it Lβ2it Wβ3it（2）
其中，Yit为农作物产量，Ait为全要素生产率，Kit为农作物生产中的资本投入，Lit为农作物生产中的劳动力投入，Wit为农作物生产中的水资源投入规模，β1，β2，β3分别为农作物生产中资本、劳动力和水资源投入规模要素的产出弹性。所有这些指标值均可对应到具体的区域i和年份t ，如Yit指在年份t，区域i的农作物产量。
上式两边同除以Wij（水资源投入规模），得：
YitWit=Ait(KitWit)β1 (LitWit)β2Wit((∑3j=1βj)-1)（3）
其中，YitWit为水利用效率（CWUE）；KitWit和LitWit分别为资本—水资源效率和劳动—水资源效率，表示单位用水量所对应的资本和劳动要素的投入量。该式表明，区域的水利用效率由地区全要素生产率、资源配置情况决定。
根据式（3），t时间地区i与地区j之间的CWUE差异可以表示为：
YitWit/YjtWjt=(Ait/Ajt) (KitWit/KjtWjt)β1(LitWit/LjtWjt)β2
(Wit/Wjt)((∑3j=1βj)-1)（4）
该式中，CWUE差异是全要素生产率差异、资本—水资源效率差异、劳动—水资源效率差异和地区水资源投入规模差异四部分的加权乘积，权重分别为对应的产出弹性。
对式（3）两边取对数并对各区域水利用效率（对数）的方差进行分解，可得：
作者简介：吴兆丹，博士生，主要研究方向为水资源管理。
基金项目：高校基本科
源于：毕业生论文网www.udooo.com
研业务费项目“水利资源综合开发经营管理范式研究”（编号：2012B10514）。摘要粮食安全和水安全已成为当前全球最紧迫的问题之一。农作物生产水利用效率(CWUE)较低的国家如何提高其CWUE，减小区域CWUE差异，也成为实现区域协调发展中亟待解决的重要问题。本文结合87个国家1990-2007年的相关数据，基于随机前沿生产函数构建并估计了CWUE模型；在洲间、洲内和全球各国间三维度对CWUE差异进行方差分解，并分析差异及其因素值的变化情况、差异因素的贡献份额及其变化情况；列出各区域内部CWUE较低的国家现时改善CWUE、减小区域CWUE差异时应关注的重要因素，包括该区域（各洲或全球范围）内CWUE差异的最主要贡献因素、波幅较大或波幅不断变大的因素、以及贡献份额波动幅度较大或波幅不断变大的因素；通过情景分析验证了改善最主要贡献因素对减小CWUE差异的效果，展示了在改善最主要贡献因素后各区域为进一步减小CWUE差异应重点关注的因素；最后，本文对提高CWUE的具体措施提出了相关政策建议，包括改善全要素生产率、要素结构相对不合理的国家优化生产要素投入等。
关键词全球范围；随机前沿分析；农作物生产水利用效率; 政策建议
A文章编号1002-2104（2013）07-0055-08doi:10.3969/j.issn.1002-2104.201
3.07.009
目前发展中国家大约有70%甚至更多的人口生活在农村并以农业为生。而水供给是制约农作物生产最主要的气候因子之一，全球约65%的农作物潜在产量减少源于水资源紧张，且在多数发展中国家该比例高达80%。水资源稀缺已成为可持续农作物生产的重要影响因素。因此，农作物生产水资源的利用对食品安全意义重大。同时，农业用水量占世界水消费量的70%，区域水安全同样受农作物生产水资源利用的影响。Borlaug N E提出“让每一滴水生产出更多的粮食”，以实现在有限水资源条件下，扩大粮食生产来养活为日益增长的世界人口［1］。全球节水活动对各国农作物生产水利用效率（CWUE）提出了更高要求。基于此，本文关于提高CWUE的研究对食品安全和水安全具有切实意义。1概念界定
在热力学意义上，农作物生产的效率可定义为能量输出与能量输入的比率。农作物生产水利用效率一般被定义为农作物产量与农作物生产中的水资源使用量的比率［2］，或农作物产量/与农作物生产中的灌溉用水需求［3］。Bierhuizen与Slatyer［4］指出，不同时间维度下的水利用效率将不同。基于此，本文中农作物生产水利用效率将以年份为维度并被定义成：
CWUE=YW（1）
其中，CWUE为农作物生产水利用效率；Y为农作物年产量；W为农作物年水资源投入规模。
值得注意的是，本文所探讨的CWUE与“内在水分利用效率”（“Intrinsic Wateruse Efficiency”）不同。后者指的是CO2同化的瞬时速率与气孔蒸腾的比率，而本研究中的CWUE则涉及以下两部分：作物栽种前土地准备的需水量；作物生长期间蒸散和补偿渗流渗透的需水量。
目前关于CWUE的比较主要针对同一地区在不同条件下的情况［2］，或只针对某些具体农作物。有的研究则综合分析所有资源的利用效率，而非聚焦在水资源上。很少有分别在洲间、洲内及全球各国间多维度，把农作物看成一个整体比较其生产中水利用效率的研究。而这种研究不仅可以相对全面地展现全球CWUE的情况，还有利于CWUE较低的国家有效改善现状，减小区域CWUE差异，促进区域可持续发展。本研究将试图弥补该空缺，建立CWUE模型并分解其差异，选出差异重要因素并对提高落后国家CWUE、减小区域CWUE差异提出建议。
2研究方法及数据来源
2.1研究方法
2.1.1方法概述
水资源消耗是生产要素之一，而农作物生产水利用效率与农作物生产过程密切相关，所以可基于生产函数建立CWUE模型。目前，柯布-道格拉斯生产函数被广泛用于投入和产出的关系界定中，如农业全要素生产率研究［5］、鹰嘴豆生产系统中的能量投入产出研究［6］、农场技术效率评价［7］、水稻作物资源利用效率评价等。本文也将使用该模型分析农作物生产。吴兆丹等：全球农作物生产水利用效率地区差异分析及建议中国人口·资源与环境2013年第7期在生产效率分析中，参数随机前沿分析（Parametric Stochastic Frontier Analysis, A）和非参数数据包络分析（Nonparametric Data Envelopment Analysis, DEA）被广泛采用并扩展至农业经济领域中［8］。Feng lian Du采用A估计内蒙古经济增长的技术效率［9］。Yanbing Jia采用DEA超效率模型分析了中国牧区农业生产效率［10］； A最主要优点在于其会产生明确的生产函数，体现各变量对技术效率的影响。基于适用性，本文采用A对 CWUE模型进行估计。差异分解在各领域均有多种方法，如基于Shapley值分解、Sullivan法，Theil指数两阶段分解法、Olley and Pakes提出的配置效率衡量方法［11］等。 Sobols 分解被用于界定多种投入因素的重要来源［12］，另外也可将不同方法相结合进行分解［13］。总的来说，这些方法主要基于回归或方差分析，回归分析结合各投入因素对产出进行回归，方差分析则将产出方差分解成各投入因素贡献之和。考虑对相对明确结果的需要，本文采用方差分解法分析各维度CWUE差异。
2.
1.2模型构建
（1）总体模型。基于上述因素分析，建立CWUE模型如下：Yit=Ait Kβ1it Lβ2it Wβ3it（2）
其中，Yit为农作物产量，Ait为全要素生产率，Kit为农作物生产中的资本投入，Lit为农作物生产中的劳动力投入，Wit为农作物生产中的水资源投入规模，β1，β2，β3分别为农作物生产中资本、劳动力和水资源投入规模要素的产出弹性。所有这些指标值均可对应到具体的区域i和年份t ，如Yit指在年份t，区域i的农作物产量。
上式两边同除以Wij（水资源投入规模），得：
YitWit=Ait(KitWit)β1 (LitWit)β2Wit((∑3j=1βj)-1)（3）
其中，YitWit为水利用效率（CWUE）；KitWit和LitWit分别为资本—水资源效率和劳动—水资源效率，表示单位用水量所对应的资本和劳动要素的投入量。该式表明，区域的水利用效率由地区全要素生产率、资源配置情况决定。
根据式（3），t时间地区i与地区j之间的CWUE差异可以表示为：
YitWit/YjtWjt=(Ait/Ajt) (KitWit/KjtWjt)β1(LitWit/LjtWjt)β2
(Wit/Wjt)((∑3j=1βj)-1)（4）
该式中，CWUE差异是全要素生产率差异、资本—水资源效率差异、劳动—水资源效率差异和地区水资源投入规模差异四部分的加权乘积，权重分别为对应的产出弹性。
对式（3）两边取对数并对各区域水利用效率（对数）的方差进行分解，可得：