第二节 农业用水与农业发展的协调性
水资源是制约中国农业可持续发展的主要瓶颈，严重的水资源赤字和不断恶化的水质逐渐使农户意识到，水资源不仅仅是农业生产中不可或缺的自然资源，也是一种非常宝贵的经济资源。一直以来，农业是第一用水大户（中国农业用水占总用水量的比例超过了60%），有限的水资源使农业生产面临极大的危机。此外，农业污染是继工业后的又一大污染源，农业水资源的数量与质量已成为限制农业生产至关重要的因素。由于农业用水效率的高低直接关系到水资源的利用，为此，国务院规定了农业用水效率的最低期望值——2020 年农田灌溉水有效利用系数应提高到0.55以上，以保障农业生产增长的持续性（金千瑜等，2003）。因而，更合理地利用水资源，实现农业健康稳定地发展已成为学者专家共同研究和亟待解决的问题。农业用水与农业发展的协调关系对于实现经济的持续稳定发展具有十分重要的意义。
国外学者对农业用水和农业发展两者的关系进行了有益的探索。Dhehibi等（2007）的研究结果表明，灌溉用水量对农业灌溉用水效率影响最大。Hassanli 等（2009）和 Couto 等（2013）认为，使用滴灌时农业用水效率最高。Du等（2010）认为，调亏灌溉和根区局部灌溉这两种灌溉方法可以在不显著减少产量的情况下提高用水效率。Fang 等（2010）认为，在华北平原干旱季节灌溉用水效率较高，而丰水季节灌溉效果不明显。Zhang等（2010）认为，华北平原粮食产量与用水效率之间有正向关系，使用收益率较高的品种更有利于提高用水效率、节水潜力更大。Li等（2013）认为，正常水资源状况下与干旱状况下相比较，二氧化碳（CO2）浓度提高时可以有效地改善用水效率。
国内学者对两者关系的研究也在逐渐增多。赵振国等（2007）提出，用BP神经网络方法预测农业用水量，只考虑产量、降水、非耕地耗水和土地利用系统等影响因素，将农业用水量定义为农业需水量与其影响因素之间的函数关系。刘渝等（2008）提出，中国农业用水与经济增长的库兹涅茨（Kuznets）假说，发现目前中国正处于库兹涅茨曲线右半段，但农业用水量下降的速度较为缓慢，表明在促进经济增长的同时，要注重管理和技术等手段来发展节水农业。王学渊和赵连阁（2008）认为，减少水密集型作物的种植，将有利于降低用水量和提高农业用水效率。李保国和黄峰（2010）构建了基于“绿水”“蓝水”的中国农业用水的新综合分析框架，根据广义农业水资源量的分析计算，认为主要粮食作物（水稻、小麦、玉米和大豆）用水安全红线应该划定在每年7800亿立方米左右。牛坤玉和吴健（2010）指出，随着水价的提高，农户减少灌溉用水的意识逐渐增强，节水量也不断提高。李绍飞（2011）利用改进模糊物元模型测算天津市里自沽灌区农业用水效率，认为其逐年提高。邵东国等（2012）认为，湖北省农业用水效率 2001 年显著偏低，随后十年则呈现不平稳上升趋势，具有较大提升空间，但进程相对缓慢。田贵良和吴茜（2014）对畜产品产量、谷物产量和农业用水量三者之间的关系进行了研究，结果表明，畜产品产量增加带动谷物产量增加，从而使区域农业用水大量增长。李静和孙有珍（2015）利用Tobit模型对粮食生产用水效率的影响因素进行分析，发现农业机械化程度、技术因素、人均粮食产量以及农民人均纯收入对粮食生产有显著影响；灌溉费的影响不显著，机械化程度逆向显著。李静和马潇璨（2015）运用DEA方法考察2003—2012 年产粮区粮食作物用水效率，指出粮食作物生产用水效率随着时间的推移有所提高。
一 农业发展与用水的协调性关系：基于脱钩理论的研究
为了对农业用水和农业发展之间的协调关系有更深的认识，本书选用脱钩理论来进行研究。经济合作与发展组织（OECD）环境领域专家把阻断经济增长与环境污染之间的联系称为脱钩。Tapio（2005）将经济学上的弹性概念用于研究欧洲交通领域碳排放脱钩问题，提出了脱钩弹性分析法[式（1.1）至式（1.3）]，并将脱钩状态分为八种类型（见图1-15），即包括扩张负脱钩、扩张连接、弱脱钩、强脱钩、衰退脱钩、衰退连接、弱负脱钩和强负脱钩。
图1-15 Tapio脱钩状态的划分
其中，%ΔVOL表示交通运输量变化率，%ΔGDP表示交通运输产值变化率，e（VOL，GDP）表示交通运输量对交通运输产值的弹性。
其中，%ΔCO2表示交通运输中碳排放量变化率，
表示交通业所产生的碳排放对交通运输量的弹性。
将e（VOL，GDP）和
两式相乘得到交通运输产值和碳排放之间的脱钩指标：
其中，
表示交通运输产值与碳排放之间的脱钩指标。
借鉴Tapio脱钩模型，本书在研究农业用水与农业发展之间脱钩关系时，对其进行恒等式因果链的分解，根据经济学意义通过引入中间变量可将其分解为四个弹性指标的乘积（李静和万伦来，2014）。即农业用水量与总用水量的弹性（农业节水弹性）、总用水量对总人口的弹性（人口用水弹性）、经济发展对总人口的弹性（经济发展弹性）和农业发展对经济发展的弹性（农业结构弹性）。各个弹性指标的意义：农业节水弹性反映不同地区农业用水消费结构关系，人口用水弹性反映不同地区总用水量与总人口之间的关系，经济发展弹性反映不同地区人均经济发展水平的高低，农业结构弹性反映不同地区农业增加值占经济发展比重的大小。农业节水弹性、人口用水弹性、经济发展弹性以及农业结构弹性分别用式（1.4）至式（1.7）表示。
其中，AW为农业用水量（亿立方米），TW为总用水量（亿立方米），TP为总人口（万人），GDP为地区国内生产总值（亿元），AAV为地区农业增加值（亿元）。e（AW，AAV），e（TW，AW），e（TW，TP），e（GDP，TP）以及e（GDP，AAV）分别为农业用水的脱钩弹性、农业节水弹性、人口用水弹性、经济发展弹性和农业结构弹性。其中，所涉及的变量包括农业用水量、农业增加值、地区生产总值、总人口和总用水量等指标，对应数据来自《中国环境统计年鉴》（2000—2017年）、中国及各省份统计年鉴（2000—2017年）和中华人民共和国国家统计局等，农业增加值和地区生产总值根据对应农业增加值指数和地区生产总值指数均平减为1999年不变价。
首先，将本书考察期1999—2016年分为三个研究子期间（1999—2004年为第一研究阶段，2005—2010年为第二研究阶段，2011—2016年为第三研究阶段），分别计算这三个阶段根据Tapio因果链分解出的四个弹性指标（农业节水弹性、人口用水弹性、经济发展弹性和农业结构弹性）的大小，并进一步得出农业用水与农业发展之间的脱钩弹性，从而判断出三个研究子期间的脱钩状态。
表1-1 中国农业用水与农业发展的脱钩分析
从表1-1来看，1999—2016年农业用水与农业发展之间的脱钩状态显现为弱脱钩—强脱钩—弱脱钩的发展特征。第一研究阶段和第三研究阶段均表现为弱脱钩状态，说明农业用水量与农业发展同步增长，但农业节水量的增幅小于农业发展的增幅，表明节约农业用水工作取得初步成效。第二研究阶段表现出强脱钩状态，表示农业发展的同时伴随着农业用水量的下降，这是最理想化的状态。就中间变量弹性而言，由于第一研究阶段和第三研究阶段农业节水弹性、人口用水弹性、经济发展弹性和农业结构弹性四个弹性指标为正，则脱钩弹性指标也为正，且脱钩弹性指标值处于0—0.8，从而表现为弱脱钩状态。第二研究阶段农业节水弹性为负，其余三个弹性指标均为正，因而农业用水与农业发展之间的关系表现出强脱钩状态。
前述的农业是指广义上的范围，包括种植业、林业、畜牧业、渔业、副业五种产业形式，狭义上的农业是指种植业，本书进一步研究种植业用水与种植业发展之间的脱钩弹性。
由表1-2可知，中国种植业用水与种植业发展之间的脱钩状态在三个研究阶段均呈现弱脱钩，表示种植业用水量与种植业发展同步增长，但种植业用水量的增幅小于种植业发展的增幅，也进一步说明节约种植业用水方面有了初步成效。从中间变量弹性来看，1999—2016年由于种植业用水弹性、人口用水弹性、经济发展弹性和种植业比重弹性四个弹性指标为正，则脱钩弹性指标也为正，同时脱钩弹性指标值处于0—0.8，从而种植业用水与种植业发展之间的关系表现出弱脱钩状态。
表1-2 中国种植业用水与种植业发展的脱钩分析
二 区域农业发展与用水的协调性
本书采用Tapio脱钩模型研究了中国1999—2016年区域农业发展和农业用水之间的协调性（见表1-3）。
表1-3 中国东部、中部、西部地区农业用水与农业发展的脱钩分析
续表
由表1-3可以看出，东部地区三个研究期间分别为强脱钩、强脱钩和弱脱钩；中部地区第一研究阶段和第三研究阶段为强脱钩，第二研究阶段为弱脱钩；西部地区第二研究阶段为强脱钩，其余两个研究阶段均为弱脱钩。从中间变量弹性来看，东部地区经济发展弹性和农业结构弹性均为正，而农业节水弹性与人口用水弹性指标数值在不同研究阶段并不完全相同。由于中部地区人口用水弹性、经济发展弹性和农业结构弹性三个弹性指标为正，则脱钩弹性与农业节水弹性的符号相同，农业节水弹性为负时，脱钩弹性指标也为负，从而表现为强脱钩状态，农业节水弹性为正时脱钩弹性指标也为正，且脱钩弹性指标值在0—0.8时表现为弱脱钩。对于西部地区，农业节水弹性、经济发展弹性以及农业结构弹性均为正，因而脱钩弹性取决于人口用水弹性的符号。当人口用水弹性为正，且脱钩弹性指标值处在0—0.8，则农业用水与农业发展之间的脱钩类型为弱脱钩；当人口用水弹性为负时，则农业用水与农业发展之间的脱钩类型表现为强脱钩。
考虑农业分区，根据全国六大分区种植模式一览表，将全国各地区分为北方高原地区、东北半湿润平原区、黄淮海半湿润平原区、南方山地丘陵区、南方湿润平原区和西北干旱半干旱地区。通过资料查询将中国30个省份按地理位置分别对应到六大区域中，若某些省份位于两个或两个以上区域中，则将其归为面积分布最大的那个区域中，所以30个省份对应的六大分区为：北方高原地区（山西、陕西、宁夏）、东北半湿润平原区（黑龙江、吉林、辽宁）、黄淮海半湿润平原区（河北、河南、山东、北京、天津）、南方山地丘陵区（江西、四川、湖南、浙江、福建、广东、广西、云南、贵州、重庆、海南）、南方湿润平原区（湖北、安徽、江苏、上海）和西北干旱半干旱地区（内蒙古、青海、新疆、甘肃）（李静和孙有珍，2015）。
表1-4给出了六大分区农业用水与农业发展之间的脱钩状态。
表1-4 基于农业分区的中国农业用水与农业发展的脱钩分析
续表
由表1-4可知，北方高原地区在三个研究阶段表现为扩张连接—弱脱钩—弱脱钩的发展特征；东北半湿润平原区在第一研究阶段和第二研究阶段均为弱脱钩，第三研究阶段表现为强脱钩；黄淮海半湿润平原区第一研究阶段为强脱钩，其余两个研究阶段表现为弱脱钩；南方山地丘陵区在三个研究阶段均表现为弱脱钩；南方湿润平原区在第一研究阶段和第二研究阶段均为强脱钩，第三研究阶段为弱脱钩；西北干旱半干旱地区第一研究阶段和第三研究阶段为弱脱钩，第二研究阶段为强脱钩。就中间变量弹性而言，北方高原地区农业节水弹性、人口用水弹性、经济发展弹性以及农业比重弹性四个弹性指标为正，则脱钩弹性指标也为正，且脱钩弹性指标值处于0—0.8时为弱脱钩，处于0.8—1.2时为扩张连接。东北半湿润平原区人口用水弹性、经济发展弹性以及农业结构弹性三个弹性指标为正，因而脱钩弹性取决于农业节水弹性的符号，农业节水弹性为负时，脱钩弹性指标也为负，因而为强脱钩，农业节水弹性为正时，脱钩弹性指标也为正，且脱钩弹性指标值处于0—0.8时表现为弱脱钩。黄淮海半湿润平原区经济发展弹性和农业结构弹性均为正，但农业节水弹性与人口用水弹性指标数值在三个研究阶段存在明显差异。南方山地丘陵区的中间变量弹性指标仅在第三研究阶段农业节水弹性与人口用水弹性为负，其余指标均为正，且脱钩弹性指标值均在0—0.8，因而均呈现弱脱钩。南方湿润平原区农业节水弹性、人口用水弹性、经济发展弹性以及农业结构弹性四个弹性指标在不同研究阶段并不完全相同。西北干旱半干旱地区人口用水弹性、经济发展弹性以及农业结构弹性三个弹性指标为正，则脱钩弹性与农业节水弹性的符号一致，其为负时，脱钩弹性指标也为负，因而为强脱钩状态，其为正时脱钩弹性指标也为正，且脱钩弹性指标值处于0—0.8时呈现弱脱钩状态。
就水资源分区而言，按照各省份年平均降水量的大小可分为四类地区：湿润区（上海、江苏、浙江、安徽、福建、江西、湖北、湖南、广东、广西、海南、重庆、四川、贵州、云南）、半湿润区（北京、天津、河北、山西、辽宁、吉林、黑龙江、山东、河南、陕西）、半干旱区（内蒙古、甘肃、青海、宁夏）和干旱区（新疆）。表1-5呈现出四大分区中国农业用水与农业发展之间的脱钩状态。
表1-5 基于水资源分区的中国农业用水与农业发展的脱钩分析
续表
从表1-5来看，1999—2016年湿润区三个研究阶段均为弱脱钩；半湿润区三个研究阶段均为强脱钩；半干旱区第一研究阶段和第二研究阶段为强脱钩，第三研究阶段为弱脱钩；干旱区前两个研究阶段为弱脱钩，第三研究阶段为强脱钩。就中间变量弹性而言，湿润区第三研究阶段农业节水弹性与人口用水弹性指标为负，而其余研究阶段的弹性指标均为正，因而脱钩弹性指标也为正，在0—0.8，表现为弱脱钩。半湿润区人口用水弹性、经济发展弹性和农业结构弹性三个弹性指标为正，而农业节水弹性指标为负，因而脱钩弹性指标为负，从而表现为强脱钩状态。半干旱区农业结构弹性指标为正，其余弹性指标在三个研究阶段并不完全相同。干旱区人口用水弹性、经济发展弹性和农业结构弹性三个弹性指标为正，则脱钩弹性取决于农业节水弹性，农业节水弹性为负时，脱钩弹性指标也为负，则为强脱钩，农业节水弹性为正时脱钩弹性指标也为正，且脱钩弹性指标值在0—0.8时为弱脱钩。