糧食安全視域下農業水價改革空間研究

王釔霏，許 朗

（南京農業大學經濟管理學院，南京210000）

0 引言

中國是一個農業大國，農業水資源消耗在全國用水總量中占據主導地位，《2019年中國水資源公報》顯示全國農業用水總量為3 675 億m3，占全國用水總量的61%。同時，我國農業用水還面臨用水效率低下、灌區管理制度不健全等現實問題，當前我國高效節水灌溉率僅為25%左右，農業灌溉用水效率遠低于國際先進水平，農業用水窘境亟待緩解。已有大量研究表明，水價是調節水資源供需的杠桿。適當提高農業水價，可以促進農戶節水意識提升，加快實現農業節水目標[1]。但當前各地區農業水價仍處于較低水平，價格杠桿無法起到經濟上的顯著作用，水價不會引起生產者對灌溉用水量需求的顯著降低[2]。因此，進一步完善農業水價定價策略，探討水價影響因素有助于激發農業水價的經濟杠桿作用，促進農業節水目標實現。

根據農業水價制定影響因素相關研究結論，農業水價影響因素主要集中在成本分擔機制、農民承受能力、糧食安全保障3 個方面[3-6]。通過梳理相關文獻，以成本分擔機制和農民承受能力為核心的農業水價改革相關研究已較為深入，相關研究主要集中于農業水價測算以及農業水價支付意愿研究兩個方面。其一，在農業水價測算方面，以供水成本和利益相關者成本分擔為核心的水價定價機制研究已較為深入。何錦峰[7]等從不同層次分析了水資源動態完全成本定價模型對水資源可持續利用的積極意義，并得出水價升高對節約用水，清潔生產具有益處的結論；孔強[5]等和劉剛[8]等從多利益相關者視角，對政府、企業、農戶、水管單位之間成本與獲益進行量化推導，深入探討了農業水價與多利益相關者的關系。其二，在農業水價支付意愿方面，從水價變動引起的農戶用水行為改變和農戶對水價的承受能力兩個方面對水價調整上限進行測算[9-12]。王斌[13]等人考慮農田灌溉用水的商品屬性，將農業生產資料價格指數引入到灌區農業水價改革問題研究中，結果表明以農業生產資料價格指數變化率為依據動態調整水價，總體上不會增加農民負擔；付桃秀[14]等以江西省贛撫平原灌區為研究對象，采用完全成本定價法測算水價的同時，綜合考慮了灌區農業用水戶對測算水價的經濟承受能力和心理承受能力，建議灌區施行兩部制終端水價。此外，已有研究證明水價提高使作物種植灌溉用水量接近和低于作物正常生長需水量進而對糧食生產造成負面影響，引發糧食安全問題[15]。因此，糧食安全保障常被作為重要因素在農業水價制定與實施的研究結論中提及，李丹迪[16]等研究表明農業水價的高低直接影響農民種糧的積極性，從而影響到國家的糧食安全。

綜上所述，有關農業水價定價的研究已較為完備，相關研究在農業水價成本分擔以及農民承受能力方面已較為深入。但已有研究在糧食安全保障方面多集中于理論層面，缺乏對相關數據的實證分析，對量化農業水價提升對糧食生產的具體影響仍有待深入。糧食安全是國家經濟、社會穩定與發展的基礎[17]，水資源是保證糧食生產的基本條件。本文在綜合考慮糧食生產安全的前提下，以河北省小麥典型產區農戶調研數據為依據，定量分析滿足作物生長基本需水量的農業水價變化空間，在避免水價上漲負面影響的前提下最大限度發揮農業水價杠桿作用，以促進糧食生產穩定和農業水資源節約雙重目標的實現。

1 模型構建及研究方法

1.1 標準彭曼公式

采用聯合國糧農組織（FAO）推薦的標準彭曼公式，計算主要糧食作物正常生長單位面積需水量（CWU）。

式中：ET0為參考作物蒸散發量，mm/d；Rn為作物表面的凈輻射量，MJ/(m2?d)；G為土壤熱通量，MJ/(m2?d)；U2為2 m高的風速，m/s；T為平均氣溫，℃；es為飽和水氣壓，kPa；ea為實際水氣壓，kPa；γ為溫度計常數，kPa/℃；?為溫度－飽和水氣壓曲線的斜率，kPa/℃。

作物系數Kc反映了作物的生物特性（如葉面積、蠟質層、產量水平、土壤、栽培條件）對需水量的影響。

那么，小麥正常生長單位面積需水量為：

式中：d為作物生育期天數；為作物全生育期的蒸散量 ；CWU為 作 物 單 位 面 積 需 水 量 ，m3/hm2；lgp(length of growing period)為一定地區作物生長期長度。

1.2 農業灌溉用水需求函數模型

常用的需求函數模型主要有3種：線性需求函數模型、半對數需求函數模型和對數線性需求函數模型。通過對現有數據的分析和應用各種不同曲線類型對數據進行擬合，參考王文浩[18]等、Okadera[19]等的研究方法，本文采用了對數線性需求函數模型，它的特點是參數具有明確的經濟意義，表現為價格彈性，在經濟預測中得到了廣泛的使用。本文構建農業灌溉用水需求函數進行農業灌溉用水價格彈性分析的前提假設是邊際效應不變，具體模型設定如下：

式中：Q表示河北省農戶小麥種植單位面積灌溉用水量；Pw為當前農業水價；Y為單位面積小麥產量；Py為小麥價格；C為控制變量（非農收入占比，單位面積農藥、化肥和人工成本等種植成本，單位面積節水灌溉技術應用成本等）；β0，β1，β2，β3，β4為常數項和各變量的系數；ε均為隨機擾動項。

參考裴源生[20]等研究中對需求價格彈性的解釋，需求價格彈性是需求量變化的百分比與商品自身價格變化百分比的比值，則需求價格彈性的基本公式為：

式中：?Q為單位面積小麥種植實際灌溉用水量與滿足單位面積小麥生長需求灌水量的差值，即單位面積小麥節水空間，m3/hm2；?P為當前水價與上限水價的差值，其中上限水價則為需計算的恰好滿足小麥正常生長的農業水價，元/m3；Q表示單位面積小麥種植灌溉用水量，m3/hm2；P表示當前農業水價，元/m3。

2 研究區域概況與數據來源

2.1 研究區概況

河北省水資源稟賦不足，人均水資源占有量僅為全國平均水平的1/7，單位面積水資源量僅為全國平均水平的1/9，屬于資源型缺水省份。與此同時，河北省農業發展也面臨水資源稀缺的窘境，根據河北省水利廳統計資料顯示，該省單位面積灌溉用水量僅為3 643.178 m3/hm2；河北省作為華北地區農產品主產區之一，農業用水需求量較大，《2019年河北省水資源公報》顯示農業灌溉用水量占河北省用水總量的56.45%，水資源稀缺阻礙了當地農業可持續發展，實施農業節水是確保農業可持續發展的必由之路。為此，河北省積極實施水價改革政策，努力實現農業節水目標，當地主要實行以電計量的方式收取水費，灌溉用水價格主要由電費、管理費和維修費構成，農業灌溉水價介于0.20～0.60 元/ m3之間，平均水價為0.407 元/ m3。河北省作為中國小麥主產區之一，小麥生產對國家糧食安全具有十分重要的意義，因此本文選取小麥作為主要農作物，根據《2020年河北省統計年鑒》數據，選取部分小麥種植面積大于33.333 萬hm2且產量高于200萬t 的地區作為典型產區進行研究，具體為石家莊市、保定市、滄州市和邢臺市。

2.2 數據來源

本文所用數據分為宏觀數據和微觀數據兩部分。其中，宏觀數據來自于中國氣象數據網相關統計數據，具體包括2020年河北省小麥主產區內平均最高氣溫、平均最低氣溫、平均日照時間、平均風速等月值氣象數據，主要用于測算河北省小麥生長需水量。微觀數據來自2020年對河北省小麥典型產區符合條件的自然村的問卷調研，具體包括農業灌溉用水量、農業生產情況等相關變量，主要用于研究農業灌溉需水量與農業水價的定量關系。本次調研共發放350份問卷，收回有效問卷337份，其中石家莊市105份，保定市85份，滄州市65份，邢臺市82份。

2.3 變量選取與描述性統計

通過對2020年河北省小麥典型產區石家莊市、保定市、滄州市和邢臺市相關氣象數據描述分析可得，小麥主產區多屬于干旱半干旱地區，平均年降水量為537.65mm，低于2019年全國平均年降水量651.30 mm，降水集中在7月和8月，其中8月降水量達到全年月均降水量峰值，為207.68 mm，全年平均相對濕度為57.61%，與2019年全國平均相對濕度65.12%相比略低；河北省小麥主要種植區域內四季分明，氣溫隨季節變化明顯，月均最低氣溫與最高氣溫間溫差較為穩定，全年內各月溫差穩定在10.5 ℃左右；各月平均風速為2.39 m/s，月均日照時數為6.87 h，均與2019年全國平均氣象水平基本持平，見表1。

表1 2020年石家莊市、保定市、滄州市和邢臺市部分氣象數據統計描述

參考孫建光[15]，裴源生[20]等的研究，農業灌溉用水需求取決于農業灌溉用水價格、資金投入以及農業產出水平，同時考慮到農業生產經營規模差異對灌溉用水總量的影響，本文選取單位面積小麥灌溉用水量作為因變量，從農業水價改革情況、主要農作物投入產出情況和節水技術應用情況3個方面選取適宜指標作為自變量和控制變量，具體變量名稱及描述如表2所示。

表2 農業灌溉用水需求函數模型變量及統計描述

根據337份有效問卷調研數據描述統計結果，研究區域內農業灌溉用水水平和糧食生產情況基本維持穩定，當前農業水價具有一定的節水成效。根據2020年對河北省小麥典型產區部分自然村調研結果，2020年河北省調研區域單位面積小麥灌溉用水量為3 065.967 m3/hm2，小麥種植灌溉用水水平較低，與2019年河北省單位面積小麥灌水量3 819.985 m3/hm2相比有所減少；2020年研究區域內農業水價介于0.2～0.6 元/m3之間，農業灌溉用水均價為0.407 元/m3，通過對2010-2019年河北省農業灌溉用水量統計發現，水價改革實施期間河北省農業灌溉用水量逐步減少，說明水價改革對農業節水起到了一定的促進作用；從調研區域單位面積小麥種植成本上看，平均每公頃小麥種植成本與河北省平均水平基本持平，為1.261萬元；從2020年小麥價格調研結果上看，小麥平均價格為2.338 元/kg，且最低價格與最高價格差異較小，研究區域糧食作物產出品價格穩定；研究區域單位面積小麥產量為6 072.964 kg/ hm2，較2019年河北省小麥平均產量5 850.967 kg/hm2無較大差異，與河北省歷年統計數據相比基本維持穩定，表明水價改革并未對糧食生產造成負面影響，當前水價仍具有一定的節水潛力。從受訪農戶特征上，種植小麥的農戶呈現多種經營規模并存的現狀，小麥種植面積從0.033～2.012 hm2不等，平均種植面積為0.295 hm2，小麥種植仍以中小型農戶為主；受訪農戶年齡多集中于40 歲以上，平均年齡為47.688 歲，從事小麥生產的農戶呈現“老齡化”趨勢；農戶家庭勞動力人數為3.276 人，非農收入占年總收入比例平均值為60.107%，農業收入占比的逐漸減小加速了從事農業生產勞動力的流失；小麥種植節水灌溉技術應用情況在不同農戶間差異較大，通過對小麥種植農戶節水技術應用情況進行統計，不采用節水灌溉技術的農民為107人，占總有效樣本數的31.75%，農戶平均受教育年限為8.760 a，絕大部分農戶文化程度集中在初中水平，受教育程度偏低也是導致節水技術采用率較低的原因[21,22]，節水技術采納情況差異導致不同農戶技術應用成本也呈現較大差異，小麥種植戶單位面積節水技術應用成本為0.235 萬元/hm2。

3 實證結果分析

3.1 河北省小麥生長需水量測算

利用河北省小麥典型產區石家莊市、保定市、滄州市和邢臺市最低氣溫、最高氣溫、平均相對濕度、平均風速、日照時數月值氣象數據，通過cropwat 8.0軟件測算出各市小麥作物正常生長需水量。根據測算結果可知，小麥正常生長需水量存在地區差異，其主要原因是各地區所處地理位置、土壤類型、氣候條件等自然資源稟賦不同，作物生長環境條件差異造成農作物正常生長灌溉需水量差異。調研地區小麥生長灌溉需水量如表3所示，其中，邢臺市單位面積小麥灌溉需水量最少，為2 561.169 m3/hm2，石家莊市單位面積小麥灌溉需水量最大，為3 470.765 m3/hm2，這可能是由于2020年邢臺市年降水量為658.6 mm，石家莊市僅為536.4 mm，從水資源稟賦角度，邢臺市較其他三市情況良好，因此小麥生長所需灌溉用水量相對較少。如表3所示，通過與河北省小麥典型產區各市單位面積小麥實際灌溉用水量比較，在滿足小麥正常生長需水量的前提下，當前灌溉用水量平均單位面積節水空間為634.618 m3/ hm2，最大節水空間約為914.768 m3/ hm2，最小約為104.948 m3/hm2，當前單位面積小麥灌溉用水量與單位面積小麥正常生長需水量間變化幅度較小，但仍具有一定的節水潛力。

表3 石津灌區各地區小麥作物正常生長需水量 m3/hm2

3.2 小麥生產灌溉用水需求價格彈性分析

由于不同變量間存在單位、數量級或趨勢性差異，需要對變量進行無量綱化處理，使數據能夠代入模型進行計算[23,24]。因此，本文在進行實證分析前，參考姚增福[25]等的研究方法采用均值化法對變量數值進行了無量綱化處理，具體方法如下。

式中：i代表有效樣本編號；xij為j變量第i個有效樣本數值；為所有有效樣本中j變量的平均值；Yij為均值化處理后j變量第i個有效樣本數值；m為有效樣本總量。

進而根據小麥種植農業用水需求函數模型，具體分析單位面積小麥灌溉需水量價格彈性，運用stata 15.0 進行回歸分析，結果如表4所示。

表4 小麥農業用水需求函數模型估計結果分析

由實證結果可知，農業水價彈性系數為-0.385，即當其他投入保持不變的情況下，農業水價每增加1%，將減少0.385%的灌溉用水量；小麥種植面積彈性系數為-0.960，即小麥種植面積每增加1%，將減少0.960%的灌溉用水量；單位面積小麥種植成本、單位面積節水技術應用成本系數分別為0.649 和0.330，即單位面積小麥種植成本、單位面積節水技術應用成本每增加1%，將分別增加0.649%和0.330%的灌溉用水量，單位面積小麥種植成本和單位面積節水技術應用成本變化對灌溉用水量變化的影響較其他因素更為顯著，說明小麥生產相關成本是影響水價改革發揮節水效應的關鍵因素，考慮農民收益的水價定價策略是十分必要的。

根據回歸結果分析，農業水價與單位面積小麥灌溉用水量在5%的水平上呈顯著負相關關系，說明農業水價的上漲可以帶來灌溉用水量的減少，該結果與已有相關研究結論保持一致，證實了本研究所構建模型的可靠性。同時，單位面積小麥種植成本在1%的顯著性水平上與單位面積農業灌溉用水量正相關，從農業生產活動成本收益角度，隨著其他種植成本的增加農戶種植收入減少，同時水價提高將使種植收入持續下降，為了保障糧食產量和維持收入水平，農戶可能會采取措施減少水費支出從而帶來灌溉用水量減少[26]，該結果也表明農業水價的制定不僅要考慮糧食安全問題，同時還要兼顧農民收益情況[27]。小麥種植面積與單位面積小麥灌溉用水量為顯著負相關，根據規模效應理論，小麥種植面積擴大至一定水平后，投入的各生產要素間產生了“附加”效應，使得單位面積小麥灌溉用水量呈現下降趨勢，同時，小麥種植面積越大，越有利于節水設備的鋪設和使用，可有效降低技術采納成本[28]，因此節水技術在大規模種植戶中采納率較高，灌溉用水總量節約成效更顯著，單位面積小麥灌溉用水量相應減少。單位面積節水灌溉技術應用成本與單位面積小麥灌溉用水量在1%的水平上呈顯著正相關關系，資金約束是影響農戶應用節水技術的關鍵因素[29]，節水技術應用成本越高，農戶采用節水技術的意愿越小，節水成本高于用水成本導致農戶對水資源稀缺認知下降[30]，造成灌溉用水“不減反增”的結果，該結論也表明水價提升的同時，對農業節水技術應用進行適當補貼，將有效推動農業節水技術的普及，促進農業水資源節約。

3.3 河北省農業水價調整空間分析

根據表3中對不同地區小麥生長需水量測算結果，結合模型（4）中農業灌溉用水需求價格彈性系數，利用公式（5）測算恰好滿足小麥正常生長需水量對應的灌溉用水上限價格，并將此價格作為農業水價調整上限，通過與河北省小麥典型產區平均農業水價比較確定針對小麥生產的水價調整空間，具體測算結果如表5所示。

表5 針對小麥生產的農業水價調整空間 元/m3

測算結果表明，保障小麥正常生長的前提下，當前河北省農業水價仍具有一定的調整空間，但上漲幅度有限，農業水價可能的上漲空間介于0.030～0.278 元/m3之間，上限水價平均值為0.546 元/m3。本文結論與已有研究的農業水價測算結果相比具有一致性：胡繼連[8]等基于“節水成本定價”假說測算糧食作物農業水價為0.433 元/m3；劉維哲等[31]采用剩余價值法計算得到小麥灌溉水經濟價值為0.660 元/m3；賀天明等[32]研究測算石河子灌區農民承受力水價為0.439 元/m3。河北省農業水價上漲空間有限說明當前農業水價指導農業節水成效顯著，同時當地水資源稀缺使農作物種植灌溉用水初始水平較低，農業節水空間的有限性也是造成水價上漲幅度小的原因。

4 結論

本文基于農業水價與灌溉用水量的定量關系，通過測算河北省小麥正常生長需水量，計算確保小麥正常生長的農業水價調整空間，得出以下主要結論：

（1）通過定量分析農業水價和灌溉用水量關系，證實了農業水價是影響農業灌溉用水量的主要因素，肯定了本文對農業水價調整空間研究的意義。在保障小麥正常生長的前提下，當前農業水價可逐步提升至0.546元/m3左右，水價提升空間較小，說明水價過高對小麥等糧食作物的生產會產生負面影響，僅依靠農業水價的提升不能達到保障糧食生產和實現節水目標的雙重效果。

（2）不同地區由于資源環境條件差異導致作物生長需水量存在差異，進而造成水價提升的空間不同。通過對河北省小麥典型產區農業水價調整空間測算，石家莊市農業水價調整上限最低，為0.437 元/m3，邢臺市水價調整上限最高，0.685 元/m3，水價調整最低上限與最高上限間存在一定差距，說明施行統一水價在不同地區產生的節水效果不同。因此，在持續推進農業水價改革進程中，應當充分考慮地區環境差異、作物種類差異、資源稟賦差異等，“因地制宜”制定水價改革實施方案，避免一刀切策略。

（3）單位面積小麥種植成本與農業灌溉用水量間存在顯著的正相關關系，說明種植成本是影響灌溉用水量的關鍵因素。這一結論表明，農業水價適度提升增加了水費支出，有助于減少灌溉用水量，水價改革調整空間的研究對節水目標實現具有積極意義；同時，從農戶視角，水價提升使種植收益減少，可能會造成農戶過度減少灌溉用水引起節水損失效應。因此，在實際制定農業水價過程中，不僅要考慮作物生長需水量，同時還要考慮農戶對水價的承受能力及支付意愿。實現農業水資源節約、糧食生產安全與農戶種植收益協同目標，應在確定合理的水價上漲空間的同時，制定符合農業生產需求的節水獎補措施，優化完善“一提一補”農業水價改革策略。