中國農業生產中的節水灌溉：區域差異與方式選擇

黃秀路,武宵旭,葛鵬飛,3,王小騰,3

(1.西安交通大學金禾經濟研究中心，陜西　西安　710049；2.西北大學經濟管理學院，陜西　西安　710127；3.西北大學中國西部經濟發展研究中心，陜西　西安　710127)

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中國農業生產中的節水灌溉：區域差異與方式選擇

黃秀路1,武宵旭2,葛鵬飛2,3,王小騰2,3

(1.西安交通大學金禾經濟研究中心，陜西西安710049；2.西北大學經濟管理學院，陜西西安710127；3.西北大學中國西部經濟發展研究中心，陜西西安710127)

本文考慮到農作物的經濟效益和地區經濟發展狀況的差異，使用2003—2013年農業省級面板數據，研究了三大農業區域的最優節水灌溉方式的選擇問題。結果指出，北方農業區應發展以噴灌、微灌和低壓管灌為主的節水灌溉；南方農業區應實施噴灌；隨著北方和南方地區經濟的發展，對傳統土渠進行改良的渠道防滲已不再促進農業生產；西部農業區應優先發展渠道防滲和微灌，對于基礎設施相對落后的西部農業區，利用渠道防滲改良傳統土渠，可以有效促進當地農業的發展。

農業生產；節水灌溉；農業區劃

1　引言

近年來，以升溫為主要特征的全球氣候變化，引起了水資源在時間和空間上的重新分配，增加了洪澇、干旱等極端災害發生的頻率和強度[1]，這在一定程度上放大了水資源對農業生產的制約性。隨著經濟的發展，人民生活水平穩步提高，民眾對食物消費的多樣化加快升級[2]，國家對糧食的進口數量也屢創新高。為此，實現高效的現代化農業迫在眉睫。發展節水農業可以有效解決水資源約束，進而促進農業生產，推廣節水灌溉農業是實現農業現代化的重要途徑[3]。

現有以經濟學視角研究農業節水灌溉的文獻，主要探討影響農戶是否采用節水灌溉的因素，分為以農戶自身稟賦、認知、所擁有的農田資源等內部因素和以水價、節水灌溉設備成本、社會網絡以及政府政策為主的外在因素[4-6]。然而，這些研究僅關注農戶選擇行為，并未分析選擇的節水灌溉方式是否合適。中國作為一個農業生產大國，雖然人多地廣，但是優良耕地面積少，而且氣候復雜。農業靠天吃飯的局面沒有得到根本性的解決，破解農業的水資源約束，需要依靠發展節水灌溉農業。因此，各地區適合何種節水灌溉方式的議題擺在我們面前。

當前農業節水灌溉方式選擇的文獻，仍舊停留在微觀層面研究農戶的行為選擇。在以農業作物經濟效益為基礎的研究中，也只得出應根據不同的地理條件，均衡發展微灌和渠道防滲技術的結論[7]，并未給出不同地區的具體節水灌溉方式的最優選擇。中國地域遼闊，氣候環境各異，農作物種植種類呈現多樣化；地區經濟發展水平有著明顯差異，農業發展也參差不齊。因此，本文研究的核心問題為，從農作物的經濟效益和地區經濟發展程度出發，找到符合地區農業資源稟賦的節水灌溉方式。

2　節水灌溉：技術分類與作用機制

節水灌溉技術是農業生產現代化的直觀體現，其以最低限度的用水量獲得最大限度的農業產量或收益；不同的節水灌溉方式作用原理不同，對氣候和地理環境的適用性也各異。

2.1節水灌溉技術分類及適用條件

采用傳統土渠對農田進行輸水灌溉，會使灌溉用水在渠道輸配過程中，經由渠道底部、邊坡等土壤孔隙造成部分滲漏，以及輸水過程中會有部分蒸發，造成水量損失。該損失一般占到輸水總量的50%～60%，土質較差的地區會高達70%。采用節水灌溉可以有效地降低灌溉用水的損失，提高水資源的利用效率。目前，中國農業采用的節水灌溉技術主要包括微灌、噴灌、低壓管灌和渠道防滲。

從灌溉效率、實施操作的難易程度、每畝初始投資及后期維護費用等方面對4種節水灌溉方式進行對比。灌溉效率依次為：微灌、噴灌、低壓管灌、渠道防滲；實施及操作的難易程度依次為：渠道防滲、低壓管灌、噴灌、微灌；每畝工程投資，微灌成本最高，噴灌次之，低壓管灌和渠道防滲費用較少。

2.2節水灌溉對農業生產的作用機制

農業生產通常包括播種、施肥、澆灌、殺蟲等環節，要素在農業生產過程中的某一環節產生作用，最終轉化為農業生產的產出。投入要素的利用效率決定著產出的多寡，提高投入要素的效率可以直接影響整個農業產出效率的提升。

一方面，節水灌溉技術可以直接作用于投入要素，通過提高要素的利用效率，促進農業生產。①2013年，農田有效灌溉面積9.37億畝，僅占耕地面積的51.5%，仍有9億畝左右耕地沒有灌溉條件。實施節水灌溉將擴大農田有效灌溉面積，提高農業產出。②當前，農村勞動力外出務工所帶來的農業勞動力老齡化和女性化，均對農業生產有負面影響[8]。實施節水灌溉，可以減少農業生產過程中的勞動力配置，提高勞動力的單位產出，抵消農村勞動力轉移帶來的不利影響。③肥料、殺蟲農藥和植物生長調節劑等投入要素，可以通過節水灌溉隨水流入，有效提高投入要素的作用程度。④節水灌溉可以有效減少中耕、施肥、噴藥、鋤草等環節的作業次數，在提高肥料農藥作用效率的同時，減少人力投入，節省機械動力等物力資源，最終促進農業生產。⑤節水灌溉會促進農業的規模化經營，而農業規模化經營會促進節水農業的發展[9]。因此，節水灌溉的實施，可顯著提高地區農業抵抗旱澇災害和病蟲害的能力，彌補因勞動力轉移對農業帶來的負面影響，促進農業規模化經營等。

另一方面，節水灌溉間接影響農業的發展。實施節水灌溉提高了投入要素的效率，減少化肥、農藥以及植物生長調節劑的使用量，降低農業機械的使用次數，進而促進低碳農業的發展。農業系統CO2、CH4與N2O排放量占全球人為溫室氣體排放量的21%～25%、50%和60%，由此可見節水灌溉對發展低碳農業有重要作用。節水灌溉帶來的節水、節電、節能、節約土地以及低碳化等方面，提升了整個社會的福利，對減緩氣候變化，實現經濟社會的可持續發展有顯著的促進作用，經濟社會的發展反過來也會促進農業的發展。

節水灌溉的直接和間接影響，都將達到提高農業產出、促進農業發展的目的，對發展低碳農業和地區經濟也有積極作用。圖1為節水灌溉對農業生產的直接和間接促進作用機制。

圖1　節水灌溉對農業生產的作用機制

3　模型構建、變量與數據

3.1計量模型的選擇和設定

本文使用隨機前沿分析方法(SFA)研究農業節水灌溉技術的最優選擇。SFA方法在構建前沿生產面時，已經利用了隱性的價格信息因素[10]，得出的計量結果充分考慮了不同節水灌溉技術在實施過程中的成本。使用SFA方法分析時，如果某種節水灌溉方式對農業生產的效率有著正向影響，就認為此種節水灌溉方式促進了農業生產；反之，則認為未促進農業生產。根據農業生產系統的特點，引入形如CD生產函數的隨機前沿模型：

lnYit=β0+β1lnMit+β2lnSit+β3lnFit+β4lnLit+β5lnWit+(vit-uit)

其中，lnYit表示農業實際產出，Lit、Sit、Fit、Mit和Wit分別表示農業生產中的勞動力、土地、農用化肥、農業機械動力和灌溉用水。

農業生產的技術效率不僅受到農業生產過程中投入要素的影響，也會受到各種環境因素的影響，其中農業節水灌溉方式是影響農業生產的主要環境因素。在控制了可觀測的非隨機變量和不可觀測的諸如生產風險等隨機變量之后，引入節水灌溉方式到效率解釋函數中，以考查在農業生產決策中，節水灌溉的選擇問題。本文從當前中國農業節水灌溉發展的實際情況出發，將節水灌溉具體分為噴灌、微灌、低壓管灌、渠道防滲。效率解釋函數具體表示為：

mit=δ0+δ1SIit+δ2MIit+δ3LIit+δ4CIit+δ5URBit+δ6EDUit+δ7SIit+δ8TIit+δ9MAit+δ10PRit+wit

其中，SI、MI、LI、CI、URB、EDU、SI、TI、MA、PR分別表示噴灌、微灌、低壓管灌、渠道防滲、城市化水平、教育水平、工業化水平、服務業水平、是否為主產糧區、降水量水平。

3.2變量解釋及來源

本文以種植業作為研究對象，選取2003—2013年作為研究時段，來分析農業節水灌溉技術的選擇問題。

(1)投入產出變量。使用種植業的總產值來度量產出，投入要素為勞動力、土地、農用化肥、農業機械動力和農業灌溉用水。

(2)核心解釋變量。噴灌、微灌、低壓管灌及渠道防滲等節水灌溉方式為核心解釋變量，用節水灌溉面積表示。

(3)控制變量。在生產過程中，生產決策者把投入轉化成產出的能力，經常會受到外生變量的影響，外生變量刻畫生產過程在何種環境下進行的。控制環境因素對得到無偏的估計結果是有利的。本文選取控制經濟社會發展的一些非隨機變量和控制農業生產風險的天氣變量作為控制變量，其中經濟社會發展因素包含城鎮化、高等教育、經濟結構以及是否為主產糧區，農業生產風險用地區降水量來標識。

所有原始數據均來源于各年《中國農村統計年鑒》《中國統計年鑒》《中國林業統計年鑒》《中國畜牧業年鑒》《中國農業統計資料》以及《中國環境統計年鑒》。

4　實證研究結果及解釋

4.1節水灌溉方式的基本選擇

本文采取從簡單到復雜的回歸策略，估計結果見表1。模型1的效率解釋函數中只包括噴灌、微灌、低壓管灌、渠道防滲等節水方式變量；隨后，模型2加入了城鎮化、高等教育、工業化、服務業、主產糧區等影響農業生產的控制變量；在模型2的基礎上，模型3加入影響農業生產的風險因素。在加入控制變量后，節水灌溉方式變量的系數符號未改變，回歸結果較為穩健。

模型1的結果顯示，噴灌和低壓管灌對農業的生產效率有著促進作用，微灌與農業的生產效率負相關。渠道防滲在模型1和模型2的回歸結果中，對農業生產效率均有負向作用(不顯著)，在控制氣候風險(降水量)以后，渠道防滲對農業生產效率呈顯著負相關。

因此，中國農業在節水灌溉方式的選取上，應該以噴灌和低壓管灌為主,盡量少推廣微灌和渠道防滲。得出這樣的結論，可能的合理解釋為，單從灌溉效率上來講，微灌技術對水資源的利用效率最高，可以顯著提高作物的產量，節省勞動力投入。結合社會發展的實際，中國雖然是農業大國，但農民的收入普遍偏低，實施微灌，如果沒有政府的補貼會增加農民的負擔，這樣農業產值不僅不會提高，相反還會降低。模型1和模型2回歸結果顯示渠道防滲變量的系數為正且不顯著，說明渠道防滲對農業生產效率不存在提升作用；當加入氣候風險因素后，回歸結果顯示渠道防滲對農業生產效率存在顯著的負向作用。我們認為，雖然渠道防滲與傳統的土渠等農業灌溉方式相比，提高了農業利用水資源的效率，但是相比農業的科技進步，渠道防滲已經不能滿足當前農業現代化的發展要求。

表1　全國節水灌溉效率解釋函數的估計結果

4.2中國農業的區域劃分

上文的最優節水灌溉方式是針對全國范圍內平均而言的，但中國地域遼闊，氣候各異，土地類型和農作物種植種類呈現多樣化，節水技術在各地區表現出顯著的差異性。找出不同農業區域的最優節水方式是本文研究的重點。學者們對其它經濟問題進行區域比較分析時，往往把中國劃分為東中西部，這樣劃分可以考慮到各區域的經濟發展水平。但就節水灌溉方式的選擇來說，東中西部的劃分顯然是不科學的，以東部地區的山東省和廣東省為例，二者在地理氣候、農作物種類和土壤結構等表現出巨大的差異性，對最優節水灌溉的選擇自然也會不同。

中國農業的地區差異性主要表現在東部和西部的差異(以400毫米年降水量為界)、南方和北方的差異(降水和熱量的差異)。為進一步研究農業節水灌溉技術在不同農業區域上的適用情況，根據地理學的知識，考慮氣候類型和降水量等方面因素，對31個行政區進行區域劃分，以期達到在樣本滿足實證研究的基礎上，盡可能詳細地得出分區域間節水灌溉技術的最優選擇情況。我們把中國分成北方、南方、西部三大農業區域，在同一農業區內，氣候條件、干濕情況較為相似。劃分結果如表2所示，雖然部分省份同屬多個區域，但考慮到統計年鑒中數據均是分省數據，故同一省只能歸屬一個農業區。

表2　農業區域劃分

4.3節水灌溉方式的區域選擇

依據上文劃分的農業三大區域，本節進行區域分析。考慮到樣本量較小，進行區域計量回歸時未加入控制變量，這并不影響不同節水灌溉方式的區域最優選擇，而且從殘差結果來看，回歸結果良好。表3給出了詳細的參數估計結果。根據結果，我們對農業分區域的節水灌溉選擇進行解釋。

回歸結果顯示，噴灌、微灌、低壓管灌等節水灌溉技術對北方農業生產效率均有顯著的提升作用，而渠道防滲對北方農業區的生產效率則有顯著的抑制作用。北方農區以旱田為主，水資源的短缺嚴重影響了北方農業的發展。隨著北方地區經濟水平的提高，對傳統土渠改良的渠道防滲節水灌溉技術已經不能滿足北方農業的發展需求，所以需要更加高效的噴灌、微灌和低壓管灌技術的實施。對比變量系數發現，噴灌對北方農業的促進作用最大，微灌次之，低壓管灌促進作用最小。從現實來看，北方地區耕地多，水資源少，耕地以平原為主，而且在農作物灌溉期風力相對較小，適合進行大田噴灌。在水資源約束條件下，北方發展以噴灌為主的節水灌溉農業，可以較好的服務糧食作物。另外，成本相對較高的微灌技術可適用于北方農區的經濟作物的種植。

南方地區的回歸結果顯示，噴灌對南方農業區的生產效率有著顯著的促進作用，微灌和低壓管灌的影響不顯著，和北方農業區類似，渠道防滲對南方農業區的發展也存在顯著地負向影響。結合南方地區的實際，噴灌的促進作用不僅僅在于水資源的有效利用，還在于噴灌對地形的適合性，以及半機械化的噴灌作業帶來的勞動力節約。微灌對南方農區的不確定性源自于：①南方地區相對較豐富而且分布較均衡的水資源；②冬季的南方不需要像北方那樣，以農用大棚的形式種植蔬菜等經濟作物。在水資源約束和氣候約束相對較小的南方，雖然微灌可以有效提高農業的經濟效益，但提高的收入相對成本并不顯著。低壓管灌對南方農業的影響不顯著主要因為，南方地區地形增大了低壓管灌的實施難受。與北方農區類似，渠道防滲對南方農區有顯著的負作用。

西部農區的回歸結果顯示，微灌和渠道防滲技術對西部農業的發展有積極的作用，噴灌和低壓管灌對西部農區的發展有著抑制作用。西部農業區適合水資源利用率最高的微灌技術，以及水資源利用率較高但造價最便宜的渠道防滲技術。水資源利用率和成本處于中間的噴灌和低壓管灌，對西部農業的生產效率無促進作用。究其原因，我們認為，這是由于西部地區特殊的氣候和地質環境造成的。本文設定的西部地區包括內蒙古、寧夏、甘肅、新疆、青海和西藏，這些省份屬于干旱和半干旱地區，蒸發量大，降水量小。噴灌實施時，會把灌溉用水(包括肥料和農藥等)以霧狀的形態噴到作物根部或作物上方，在多風和蒸發量較大的西部地區氣候條件下，霧狀的灌溉方式會使得水或肥料等的蒸發損失較大，而不能作用于作物本身，故噴灌對西部地區的農業并無促進作用，甚至有著顯著的負向影響。西部地區地廣人稀，地勢起伏，可耕種的土地不像平原那樣廣袤，這些都影響著低壓管灌技術的實施，在管道的鋪設存在較大難度的情況下，使得低壓管灌技術對西部地區的農業存在顯著地抑制作用。微灌技術會把水或肥料直接運送到作物根部，不會造成損失，尤其把微灌應用于價值較高的經濟作物，會產生良好的經濟效益。所以，雖然微灌技術造價較高，卻依然促進西部農業的發展。例如，新疆生產建設兵團較早的把微灌應用于棉花等經濟作物的種植[11]。

表3　分地區節水灌溉效率解釋函數的估計結果

西部地區的經濟落后于北方和南方，相比而言，節水灌溉農業的普及率低下，傳統的土渠灌溉仍占很大的比重，對土渠進行渠道防滲的改良也可以顯著的提高西部農業的生產效率。總而言之，西部地區發展節水灌溉農業要以微灌和渠道防滲為主：使用微灌技術發展價值較高的經濟型作物；使用渠道防滲技術對傳統土渠進行改良，可以有效提高糧食作物的灌溉效率。

5　結論與啟示

全國范圍內，中國農業應以噴灌和低壓管灌為主，盡量少推廣微灌和渠道防滲技術。分農業區來說，北方農區發展噴灌、微灌、低壓管灌等節水方式均會顯著提升農業生產效率，而渠道防滲對北方農業的生產效率有顯著的抑制作用。北方農區以旱田為主，水資源的短缺嚴重影響了北方農業的發展，隨著北方地區經濟的發展，對傳統土渠改良的渠道防滲技術已經不能滿足北方農區的發展需求，所以需要實施更加高效的噴灌、微灌和低壓管灌技術。南方地區發展噴灌可以顯著促進農業生產，渠道防滲對南方農業的發展存在負向的影響。西部農區應發展微灌和渠道防滲，噴灌和低壓管灌對西部農業的發展有著抑制作用。西部地區特殊的氣候、地質環境以及較落后的經濟發展水平，造成了西部農區適合發展水資源利用效率最高的微灌技術，以及造價最便宜水資源利用率較高的渠道防滲技術。

本文研究結論對當前各地發展節水灌溉農業的啟示為，各地區對農業基礎設施的建設要因地適宜，找到符合本地區實際的最佳節水灌溉方式。不能盲目地推行最新技術和最新設備，要充分考慮作物的經濟效益和地區的經濟發展水平。

[1]李峰平,章光新,董李勤.氣候變化對水循環與水資源的影響研究綜述[J].地理科學,2013(4):457-464.

[2]楊軍,程申,楊博瓊,王曉兵.日韓糧食消費結構變化特征及對我國未來農產品需求的啟示[J].中國軟科學,2013(1):24-31.

[3]馬曉河,方松海.中國的水資源狀況與農業生產[J].中國農村經濟,2006(10):4-11.

[4]李俊利,張俊飚.農戶采用節水灌溉技術的影響因素分析——來自河南省的實證調查[J].中國科技論壇,2011(8):141-145.

[5]許朗,劉金金.農戶節水灌溉技術選擇行為的影響因素分析——基于山東省蒙陰縣的調查數據[J].中國農村觀察,2013(6):45-51.

[6]王格玲,陸遷.社會網絡影響農戶技術采用倒U型關系的檢驗——以甘肅省民勤縣節水灌溉技術采用為例[J].農業技術經濟,2015(10):92-106.

[7]ZOU X X，LI Y E，CREMADES R，GAO Q Z，WAN Y F，QIN X B.Cost-effectiveness analysis of water-saving irrigation technologies based on climate change response:A case study of China[J].Agricultural water management,2013(7):9-20.

[8]蓋慶恩,朱喜,史清華.勞動力轉移對中國農業生產的影響[J].經濟學(季刊),2014(3):1147-1170.

[9]王哲,趙幫宏.農業高效節水模式研究[J].農業經濟問題,2014(10):41-45.

[10]COELLI T，RAO D S P，DONNEL C J，BATTESE G E.效率與生產率分析引論[M].王忠玉,譯.北京:中國人民大學出版社,2008.

[11]逄煥成.我國節水灌溉技術現狀與發展趨勢分析[J].中國土壤與肥料,2006(5):1-6.

(責任編輯沈蓉)

China’s Water Saving Irrigation for Agricultural Production：Regional Differences and Methods Choice

Huang Xiulu1，Wu Xiaoxu2，Ge Pengfei2,3,Wang Xiaoteng2,3

(1.Jinhe Center for Economic Research，Xi’an Jiaotong University，Xi’an 710049，China;2.School of Economics and Management，Northwest University，Xi’an 710127，China;3.Center for Studies of China Western Economic Development，Northwest University，Xi’an 710127，China)

Given differences in economic benefits of crops and regional economic development，this paper applies provincially agricultural panel data from 2003 to 2013 to explore optimal water-saving irrigation methods for the three agriculture region.Results show that northern agriculture region should develop sprinkler irrigation，micro-irrigation and low pressure pipe irrigation and southern region should implement sprinkler irrigation.With the economic development，the northern and southern agriculture region no longer suits canal seepage control which is an improvement for traditional earth canal.The western agriculture district should give priority to canal seepage control and micro-irrigation.Contrast to the northern and southern，canal seepage control can efficiently enhance agriculture development for the relatively backward western agriculture region.

Agricultural production；Water-saving irrigation；Agricultural regionalization

西北大學“十二五”“211工程”研究生自主創新項目(YZZ15053)。

2015-11-06

黃秀路(1987-)，女，湖南桂陽人，西安交通大學金禾經濟研究中心博士研究生；研究方向：資源經濟、風險管理。

F320.1

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