前景理論視角下水權改革后農戶的適應性行為研究

萬福兵,孫伯明,代小平

(1.華北水利水電大學水利學院,河南 鄭州 450046;2.江蘇省水利工程科技咨詢股份有限公司,江蘇 南京 210029;3.河海大學農業科學與工程學院,江蘇 南京 210098)

農業水權改革涉及農業水權初始分配和農業水權交易制度建設等方面。在水權總量約束和水權交易制度下,農戶的種植和灌溉行為將如何變化?回答該問題是評估農業水權改革效果,完善農業水權制度的基礎。近年來,國內外學者對農戶灌溉行為的研究集中在灌溉方式選擇[1-2]、節水技術選擇[3-4,24]、種植結構調整[5-7]和灌溉面積管理[8-10]等方面。已有研究通常把農戶的灌溉行為看作追求絕對收益最大化的完全理性行為,如Foster等[11]以農戶利潤最大化為目標,研究農戶在種植過程中灌溉行為與地下水供應變化的響應關系。劉一明等[12]構建以經濟效益最大化為目標的灌溉用水行為模型,分析水價政策對農戶用水行為產生的影響。上述研究將農戶模擬為同質的決策個體,但實際農戶灌溉過程具備異質性[13]。研究表明,農戶的灌溉行為受風險感知能力、個人經驗、社交能力等的影響[14]。為了能更好地刻畫農戶特征,相關學者基于多智能體模型(Multi-agent model)視角對農戶灌溉行為展開研究。如Yuan等[15]開發一個ABM(Agent-Based Modeling)模型,描述未來作物價格不確定性感知,種植成本和降水的耐受性等特征下,政策對農戶耕種作物選擇和用水方式等行為的影響。Du等[16]探索灌溉用水分配的公平性和農民行為對水權市場運行效果的影響。Nouri等[17]使用模糊推理系統(FIS)模擬農業智能體的行為,研究了智能體之間的相互學習以及從自己的行為反饋中自我學習的能力。ABM模型在一定程度上能夠刻畫農戶的有限理性特性,但該研究方法對數據要求高,在建模時無法避免人為設定規則的掣肘。在樣本數較小的情況下,如何準確地描述農戶適應性行為和有限理性特性還有待研究。

相關學者對農戶的灌溉行為的研究從收益視角出發,將農戶視為追求絕對收益最大化群體,但農戶在面臨收益和損失時的風險傾向不同,將農戶視為完全理性個體對其行為展開研究不能真實刻畫其行為機制。前景理論構建了有限理性行為人的行為機制分析框架,考慮了行為人的心理特質和行為特征等有限理性心理因素,結合行為人的情景因素,能夠較為準確地反映行為人面對收益和損失時的心理狀態。本文基于前景理論開展水權制度改革后的農戶的適應性行為研究,對農戶灌溉過程中的心理因素做有限理性分析,以期從新的視角解釋不確定條件下農戶對水權改革的應對行為。

1 前景理論視角下農戶的決策過程

前景理論是由Kahneman等[18]提出的描述性范式的決策模型,它用價值函數和權重函數共同度量每一決策方案的總體價值。該理論關于人的決策行為的描述主要遵循5個基本原理:一是參照依賴原理,即人會設定一個決策參照點,據此判斷所作決策的得失;二是損失效應原理,相比于收益,在決策過程中人們對損失的感知更加強烈;三是確定效應原理,人們在面臨收益時傾向于規避風險而選擇確定的收益;四是迷戀小概率事件原理,在決策時人們傾向于關注極端但發生概率很低的事件而忽略發生概率較高的事件[19];五是條件反射原理,即人們面臨損失時是風險追求者。

依據前景理論,農戶在水權制度改革后的行為決策過程包括編輯階段和評價階段。編輯階段是指決策個體依據個體特質及風險偏好進行信息采集和處理;評價階段指決策個體結合價值函數和權重函數對信息予以判斷,最終做出行為決策。本文中編輯階段是指農戶基于家庭耕地信息和風險偏好,對不同適應性行為產生的結果及其發生概率進行采集處理;評價階段是指農戶依據價值函數和權重函數對適應性行為進行分析,進而做出最有利決策。編輯階段分為以下3個步驟:一是選擇水權改革前的種植收益為參照點;二是在水權改革后,感知不同決策相對于參照點的種植收益變化;三是根據價值函數和權重函數確定決策行為的價值及決策結果發生的概率。在評價階段,農戶綜合價值函數和決策權重評估不同決策的前景值,選擇具有最高前景值的決策。

1.1 農戶決策收益計算

在前景理論中,農戶對比參照點來衡量決策的收益或損失。假設在水權改革前,農戶為充分灌溉,本文構建全生育期水分生產函數,以作物按灌溉定額進行灌溉時農戶的種植收益為參照點分析農戶的決策收益。則農戶某一決策的收益可表示為:

d=(Y(x′)-Y(x))·pc

(1)

式中d——農戶決策后主觀估計耕種的收益或損失,元/hm2;Y(x)、Y(x′)——決策前后的耕種產出,kg/hm2;x,x′——決策前后作物的灌溉用水量,元/m3;pc——作物出售價格,元/kg,不同農戶的出售價格不同,則價格區間為(Pcmin,Pcmax)代入式(1)計算可得到(d-,d+)。

1.2 農戶決策價值函數確定

價值函數描述農戶對所做決策的價值估計和風險態度。根據Kahneman等[18]提出的價值函數表達式,農戶在決策階段的價值函數V(d)可定義如下:

(2)

式中θ——風險態度系數,0<θ1<1,0<θ2<1,θ1、θ2越大表示農戶越愿意冒險,當θ1=θ2=1 時為風險中立者;λ——農戶對損失的規避系數,若λ>1,則農戶將對損失更加敏感。

根據Kahneman等[18]的標定,當θ1=θ2=0.88,λ=2.25時與經驗數據一致。

1.3 決策權重函數的確定

前景理論認為決策權重反映人們對客觀概率的主觀感知[20]。決策權重非客觀概率,但受客觀概率影響,客觀概率的影響程度反映決策權重的大小,決策權重與概率非線性相關。根據前景理論,決策權重計算見式(3)、(4):

(3)

(4)

式中p——決策產生收益時的概率;w+(p)、w-(p)——產生收益和損失時的決策權重;ρ、δ——風險收益和損失態度系數,根據Kahneman等的研究結果,取ρ=0.61,δ=0.69。

農戶根據預期收益值及其產生收益的概率大小做出最有利決策。在農業水權改革后,農戶的灌溉用水受到限制。學術界對農戶灌溉用水總量削減后的適應性行為展開大量研究,認為農戶灌溉適應性行為包括改變灌溉方式[1-2]、采用節水技術[3-4,24]、調整種植結構[5-7]和管理耕種面積[8-10]。年齡、性別、戶主的受教育程度、家庭人口、種植規模、收入水平、信貸約束、技術認知、水價等因素是影響灌溉行為決策的關鍵變量[9,21-25]。本文重點分析4種種植和灌溉策略:①減少高耗水低收益作物的灌溉面積(簡稱為“減少灌溉面積”);②減少高耗水糧食作物的種植面積,以保障高收益作物的用水需求(簡稱為“調整種植結構”);③保持現有種植結構和灌溉面積不變,購買水權(簡稱為“進行水權交易”);④減少高耗水糧食作物的種植面積并購買水權以保障高收益作物的用水需求(簡稱為“調整+購水”)。

石羊河流域是中國較早建立水權交易制度的地區,本研究以石羊河流域武威市的西營灌區和清源灌區為研究區域。根據甘肅省統計年鑒顯示,武威市農戶主要種植作物有玉米、小麥等。因此,本文以玉米、小麥為研究對象,對種植玉米和小麥農戶的適應性行為發生概率進行分析,不同適應性行為發生概率的計算方法如下。

1.3.1減少灌溉面積的發生概率

減少灌溉面積導致作物減產,進而產生耕種效益損失。為追求種植收益最大化,在水權限制下,假設農戶保持蔬菜灌溉面積不變,通過減少小麥和玉米的灌溉面積以滿足蔬菜的灌溉用水需求。小麥和玉米的種植比例越大,被減少灌溉的概率也就越大,因此根據小麥和玉米的合計多年平均種植比例計算減少灌溉面積的概率,計算公式見式(5):

(5)

式中Pa——減少灌溉面積獲得收益的概率;ajt——作物j第t年的種植面積比例(j=1,2,3分別表示小麥、玉米、蔬菜)。

1.3.2調整種植結構的收益概率

調整種植結構的收益風險來自預期調整的作物的種植難度、產量、產品價格等。其中,農產品價格風險是主要風險。因此,根據農產品的市場價格高于預期價格的概率估算調整種植結構的收益概率。預期價格取農業保險中的保單約定價。根據武威市2003—2017年作物價格,以作物實際價格高于保單約定價(指考慮前3 a各年作物價格漲幅和當年度作物綜合成本指數后,投保前3 a實際價格的平均值)的概率來分析調整種植結構的收益概率[26]。保單約定價的計算見式(6):

105%

(6)

式中Pi(i=1,2,3)——當前年份之前第i年作物市場價格;ri——當前年份之前第i年作物價格漲幅。

1.3.3進行水權交易的概率

水權交易的概率受到可交易水權量的制約。可交易水權量受灌區水資源影響,因此本文根據水資源的保證率和歷史水權交易數據分析水權交易的概率。對于渠灌區,根據灌區來水量的歷史數據,采用皮爾遜Ⅲ型曲線分析不同保證率下來水量,對比不同年份的來水頻率及灌區水權交易數據,以可開展水權交易的最大來水頻率作為水權交易發生概率。

(7)

式中Pw——大于等于xp的累計頻率值;Γ(α)——α的伽馬函數;α、β、a0——皮爾遜Ⅲ型分布的形狀、尺度和位置的3個參數[27];xp——頻率p對應的隨機變量值,文中x為灌區來水量。

1.3.4調整種植結構并購買水權的概率

在水權量不足時,農戶購買水權以種植高耗水高效益作物。根據事件發生條件,兩項事件同時發生,即該決策發生的概率為調整種植結構和進行水權交易的概率之積。

Pt=Ps×Pw

(8)

式中Pt——調整種植結構并購買水權的概率。

1.4 前景值計算及決策

根據前景理論農戶決策價值函數和決策權重函數,前景值見式(9):

V(k)=V(d-)×w-(p)+V(d+)×w+(p)

(9)

式中V(k)——農戶k采用不同決策的前景值。

依據前景理論,某一決策的前景值的大小反映了農戶采用該決策的可能性,農戶通過比較所有備選方案前景值的大小,選擇前景值最大的方案作為最優方案。

2 案例分析

2.1 研究區域及數據

石羊河流域位于中國河西走廊東段、巴丹吉林沙漠和騰格里沙漠之間,流域面積為4.16×106hm2。石羊河流域西營河灌區和清源灌區是較早開展水權制度改革的灌區。西營河灌區為大型自流灌區,有效灌溉面積1.8萬hm2;清源灌區為純井灌區,有效灌溉面積1.4萬hm2。灌區主要種植作物有玉米、小麥等。

2019年8月,對西營河灌區和清源灌區的灌溉用水戶進行分層隨機抽樣調查,根據灌區水源情況、種植結構、水權交易等因素從2個灌區選擇了17個村,在每個村隨機選擇5戶農戶,針對農戶的種植結構、種植投入產出、灌溉用水、農產品價格信息等進行問卷調查,獲得種植小麥及玉米的158份問卷數據。根據問卷數據,擬合作物全生育期水分生產函數,計算農戶耕種產出。

根據2009—2020年《甘肅省統計年鑒》《全國農產品成本收益資料匯編2019》,分析武威市種植結構、耕種成本等。根據中國農業信息網(http://www.agri.cn/),全國重點農產品市場信息平臺(http://ncpscxx.moa.gov.cn/#/indexPage),全國農產品商務信息公共服務平臺(http://nc.mofcom.gov.cn/)和灌區水量統計信息計算農戶采用不同決策時的決策概率。根據《全國農產品成本收益資料匯編2019》得到農戶生產成本信息,包含直接費用和間接費用、人工成本信息、土地成本信息。

2.2 結果分析

2.2.1水分生產函數擬合

根據灌區問卷調查數據對灌區小麥和玉米在2018年的灌溉用水量及產量進行分析,運用Origin對其全生育期水分生產函數進行擬合,結果見圖1。

a)小麥

由圖1可知,小麥及玉米水分生產函數曲線擬合后的判定系數分別為0.988、0.993,調整后的判定系數分別為0.987、0.993,可知2種作物的生產函數擬合效果良好,擬合出的生產函數見式(10)、(11):

小麥:Y=-4.532×10-4x2+4.8113x-3711.21

(10)

玉米:Y=-1.291×10-4x2+1.8256x+3797.25

(11)

式中Y——耕種產出,kg;x——灌溉用水量。

2.2.2參照點計算

根據按灌溉定額進行灌溉時的用水量作為參照點,由小麥和玉米的生產函數,計算出理論產量。根據《全國農產品成本收益資料匯編2019》得出作物的生產成本、人工成本及土地成本信息,同時得到蔬菜的理論產量。根據問卷調查數據得出作物價格區間,由區間上下限計算得到種植收益最大值和最小值,則種植不同作物的成本收益狀況見表1。

表1 作物生產成本參照點

2.2.3主觀價值與決策權重分析

根據武威市2009—2020年的種植結構,以小麥、玉米為研究對象,分別計算在灌溉用水總量削減5%、15%、25%時農戶不同策略的主觀價值和決策權重,結果見表2、3。表2、3中采取“減少灌溉面積”決策時會出現收益為正的情況,可能原因在于用水總量削減導致糧食產量下降后,若以可觀的價格出售糧食,則能使收益表現為正。“調整種植結構”和“調整種植結構并購買水權”決策收益全為正,可能原因為由種植糧食作物調整為種植經濟作物時,種植蔬菜獲取的利潤遠高于糧食作物,故能決策收益表現為正。

表2 小麥種植戶行為策略的主觀價值與決策權重

表3 玉米種植戶行為策略的主觀價值與決策權重

2.2.4前景值計算

根據主觀價值與決策權重計算結果,計算得決策前景值見表4。

表4 不同水權量削減條件下的前景值計算

從表4可見,在灌溉用水總量削減不同程度時,農戶在種植小麥時的最優決策均為“調整+購水”,用水總量削減5%時“調整+購水”的前景值最大,為7 890.19;種植玉米的最優決策為“調整+購水”,用水總量削減5%時“調整+購水”的前景值最大,為8 379.67。在不同的用水總量削減程度下,種植小麥和玉米的最劣決策均為減少灌溉面積;當水權削減25%時,前景值最劣,種植小麥和種植玉米的最劣前景值分別為-3 133.25、-3 249.81。

不同用水總量削減程度下的決策前景值見圖2。從圖2可見,在種植小麥和種植玉米時,前景值隨灌溉用水總量削減比例變化而單調變化,即灌溉用水總量削減比例越大,不同決策的前景值越小;基于前景理論視角,不同程度的用水總量削減對“進行水權交易”和“調整+購水”的前景值影響不顯著,對“減少灌溉面積”和“調整種植結構”的前景值影響較為顯著;整體來看,種植小麥的前景值小于種植玉米的前景值。

a)種植小麥

在種植不同作物時,農戶的決策具有差異。

a)種植小麥和玉米對應的最大前景值的決策行為均為“調整+購水”,但對于種植玉米而言,灌溉用水總量削減5%時,“調整種植結構”的前景值遠大于種植小麥的前景值,且此決策下種植玉米的前景值與“調整+購水”決策的前景值相接近。可能原因在于,玉米的生長周期內耗水量大,其灌溉用水量較小麥而言偏大,因此調整玉米的種植結構能節約灌溉用水,可減少水權交易量。

b)種植玉米時,“減少灌溉面積”的前景值較種植小麥的前景值小,可能原因在于:玉米的生長周期內耗水量大,同比例的用水總量削減對玉米的生長影響對比小麥更為顯著;“調整種植結構”的前景值較種植小麥的前景值大,受灌溉定額不同的限制,由種植玉米調整為種植蔬菜時,可種蔬菜的面積對比小麥而言更大,前景值更大。不同決策行為的前景值受用水總量削減的影響程度不同。“進行水權交易”和“調整+購水”決策行為在不同用水總量削減比例下的前景值變化不大,變化區間在100以內;“減少灌溉面積”和“調整種植結構”決策行為在不同用水總量削減比例下的前景值變化較為顯著,變化區間在2 100以內。可能原因在于:水權交易能解決不同程度用水削減導致的灌溉用水不足問題,“進行水權交易”和“調整+購水”決策行為的水權交易成本低,導致用水總量削減對前景值的影響不大;“減少灌溉面積”和“調整種植結構”決策行為無法解決用水削減帶來的灌溉用水不足問題,不同程度的用水總量削減對作物產量影響較大,進而產生前景值變化較為顯著的現象。

3 主要結論與政策建議

本文基于前景理論構建水權制度改革后農戶的適應性行為決策模型,以石羊河流域2個灌區為研究對象,分析3種水權削減量和4種行為策略下的農戶適應性行為。主要結論如下。

a)種植小麥和種植玉米時的最優決策為“調整+購水”,最大前景值分別為7 890.19、8 379.67;“減少灌溉面積”決策行為前景值最小,最小前景值分別為-3 133.25、-3 249.81。

b)決策的前景值隨灌溉用水總量削減比例的增加而單調減少。灌溉用水總量削減后,“減少灌溉面積”和“進行水權交易”的前景值表現為負,“調整種植結構”和“調整+購水”的前景值表現為正。

c)不同決策行為受水權削減的影響程度不同,“調整種植結構”策略受灌溉用水總量削減的影響最大,“調整+購水”受灌溉用水總量削減的影響最小;種植玉米時受灌溉用水總量削減的影響大于種植小麥。

基于上述研究結論,提出以下政策建議:第一,提高農戶水權交易信息共享水平。建議建立水權交易信息公開平臺,公開水權交易信息,減少水權交易成本,促進水權交易;第二,加大對調整種植結構的引導和支持,以減少農戶調整種植結構的風險,促進農業節水,提高農戶的種植收入。