粮食安全视域下农业水价改革空间研究

王钇霏，许 朗

（南京农业大学经济管理学院，南京210000）

0 引言

中国是一个农业大国，农业水资源消耗在全国用水总量中占据主导地位，《2019年中国水资源公报》显示全国农业用水总量为3 675 亿m3，占全国用水总量的61%。同时，我国农业用水还面临用水效率低下、灌区管理制度不健全等现实问题，当前我国高效节水灌溉率仅为25%左右，农业灌溉用水效率远低于国际先进水平，农业用水窘境亟待缓解。已有大量研究表明，水价是调节水资源供需的杠杆。适当提高农业水价，可以促进农户节水意识提升，加快实现农业节水目标[1]。但当前各地区农业水价仍处于较低水平，价格杠杆无法起到经济上的显著作用，水价不会引起生产者对灌溉用水量需求的显著降低[2]。因此，进一步完善农业水价定价策略，探讨水价影响因素有助于激发农业水价的经济杠杆作用，促进农业节水目标实现。

根据农业水价制定影响因素相关研究结论，农业水价影响因素主要集中在成本分担机制、农民承受能力、粮食安全保障3 个方面[3-6]。通过梳理相关文献，以成本分担机制和农民承受能力为核心的农业水价改革相关研究已较为深入，相关研究主要集中于农业水价测算以及农业水价支付意愿研究两个方面。其一，在农业水价测算方面，以供水成本和利益相关者成本分担为核心的水价定价机制研究已较为深入。何锦峰[7]等从不同层次分析了水资源动态完全成本定价模型对水资源可持续利用的积极意义，并得出水价升高对节约用水，清洁生产具有益处的结论；孔强[5]等和刘刚[8]等从多利益相关者视角，对政府、企业、农户、水管单位之间成本与获益进行量化推导，深入探讨了农业水价与多利益相关者的关系。其二，在农业水价支付意愿方面，从水价变动引起的农户用水行为改变和农户对水价的承受能力两个方面对水价调整上限进行测算[9-12]。王斌[13]等人考虑农田灌溉用水的商品属性，将农业生产资料价格指数引入到灌区农业水价改革问题研究中，结果表明以农业生产资料价格指数变化率为依据动态调整水价，总体上不会增加农民负担；付桃秀[14]等以江西省赣抚平原灌区为研究对象，采用完全成本定价法测算水价的同时，综合考虑了灌区农业用水户对测算水价的经济承受能力和心理承受能力，建议灌区施行两部制终端水价。此外，已有研究证明水价提高使作物种植灌溉用水量接近和低于作物正常生长需水量进而对粮食生产造成负面影响，引发粮食安全问题[15]。因此，粮食安全保障常被作为重要因素在农业水价制定与实施的研究结论中提及，李丹迪[16]等研究表明农业水价的高低直接影响农民种粮的积极性，从而影响到国家的粮食安全。

综上所述，有关农业水价定价的研究已较为完备，相关研究在农业水价成本分担以及农民承受能力方面已较为深入。但已有研究在粮食安全保障方面多集中于理论层面，缺乏对相关数据的实证分析，对量化农业水价提升对粮食生产的具体影响仍有待深入。粮食安全是国家经济、社会稳定与发展的基础[17]，水资源是保证粮食生产的基本条件。本文在综合考虑粮食生产安全的前提下，以河北省小麦典型产区农户调研数据为依据，定量分析满足作物生长基本需水量的农业水价变化空间，在避免水价上涨负面影响的前提下最大限度发挥农业水价杠杆作用，以促进粮食生产稳定和农业水资源节约双重目标的实现。

1 模型构建及研究方法

1.1 标准彭曼公式

采用联合国粮农组织（FAO）推荐的标准彭曼公式，计算主要粮食作物正常生长单位面积需水量（CWU）。

式中：ET0为参考作物蒸散发量，mm/d；Rn为作物表面的净辐射量，MJ/(m2⋅d)；G为土壤热通量，MJ/(m2⋅d)；U2为2 m高的风速，m/s；T为平均气温，℃；es为饱和水气压，kPa；ea为实际水气压，kPa；γ为温度计常数，kPa/℃；∆为温度－饱和水气压曲线的斜率，kPa/℃。

作物系数Kc反映了作物的生物特性（如叶面积、蜡质层、产量水平、土壤、栽培条件）对需水量的影响。

那么，小麦正常生长单位面积需水量为：

式中：d为作物生育期天数；为作物全生育期的蒸散量 ；CWU为 作 物 单 位 面 积 需 水 量 ，m3/hm2；lgp(length of growing period)为一定地区作物生长期长度。

1.2 农业灌溉用水需求函数模型

常用的需求函数模型主要有3种：线性需求函数模型、半对数需求函数模型和对数线性需求函数模型。通过对现有数据的分析和应用各种不同曲线类型对数据进行拟合，参考王文浩[18]等、Okadera[19]等的研究方法，本文采用了对数线性需求函数模型，它的特点是参数具有明确的经济意义，表现为价格弹性，在经济预测中得到了广泛的使用。本文构建农业灌溉用水需求函数进行农业灌溉用水价格弹性分析的前提假设是边际效应不变，具体模型设定如下：

式中：Q表示河北省农户小麦种植单位面积灌溉用水量；Pw为当前农业水价；Y为单位面积小麦产量；Py为小麦价格；C为控制变量（非农收入占比，单位面积农药、化肥和人工成本等种植成本，单位面积节水灌溉技术应用成本等）；β0，β1，β2，β3，β4为常数项和各变量的系数；ε均为随机扰动项。

参考裴源生[20]等研究中对需求价格弹性的解释，需求价格弹性是需求量变化的百分比与商品自身价格变化百分比的比值，则需求价格弹性的基本公式为：

式中：∆Q为单位面积小麦种植实际灌溉用水量与满足单位面积小麦生长需求灌水量的差值，即单位面积小麦节水空间，m3/hm2；∆P为当前水价与上限水价的差值，其中上限水价则为需计算的恰好满足小麦正常生长的农业水价，元/m3；Q表示单位面积小麦种植灌溉用水量，m3/hm2；P表示当前农业水价，元/m3。

2 研究区域概况与数据来源

2.1 研究区概况

河北省水资源禀赋不足，人均水资源占有量仅为全国平均水平的1/7，单位面积水资源量仅为全国平均水平的1/9，属于资源型缺水省份。与此同时，河北省农业发展也面临水资源稀缺的窘境，根据河北省水利厅统计资料显示，该省单位面积灌溉用水量仅为3 643.178 m3/hm2；河北省作为华北地区农产品主产区之一，农业用水需求量较大，《2019年河北省水资源公报》显示农业灌溉用水量占河北省用水总量的56.45%，水资源稀缺阻碍了当地农业可持续发展，实施农业节水是确保农业可持续发展的必由之路。为此，河北省积极实施水价改革政策，努力实现农业节水目标，当地主要实行以电计量的方式收取水费，灌溉用水价格主要由电费、管理费和维修费构成，农业灌溉水价介于0.20～0.60 元/ m3之间，平均水价为0.407 元/ m3。河北省作为中国小麦主产区之一，小麦生产对国家粮食安全具有十分重要的意义，因此本文选取小麦作为主要农作物，根据《2020年河北省统计年鉴》数据，选取部分小麦种植面积大于33.333 万hm2且产量高于200万t 的地区作为典型产区进行研究，具体为石家庄市、保定市、沧州市和邢台市。

2.2 数据来源

本文所用数据分为宏观数据和微观数据两部分。其中，宏观数据来自于中国气象数据网相关统计数据，具体包括2020年河北省小麦主产区内平均最高气温、平均最低气温、平均日照时间、平均风速等月值气象数据，主要用于测算河北省小麦生长需水量。微观数据来自2020年对河北省小麦典型产区符合条件的自然村的问卷调研，具体包括农业灌溉用水量、农业生产情况等相关变量，主要用于研究农业灌溉需水量与农业水价的定量关系。本次调研共发放350份问卷，收回有效问卷337份，其中石家庄市105份，保定市85份，沧州市65份，邢台市82份。

2.3 变量选取与描述性统计

通过对2020年河北省小麦典型产区石家庄市、保定市、沧州市和邢台市相关气象数据描述分析可得，小麦主产区多属于干旱半干旱地区，平均年降水量为537.65mm，低于2019年全国平均年降水量651.30 mm，降水集中在7月和8月，其中8月降水量达到全年月均降水量峰值，为207.68 mm，全年平均相对湿度为57.61%，与2019年全国平均相对湿度65.12%相比略低；河北省小麦主要种植区域内四季分明，气温随季节变化明显，月均最低气温与最高气温间温差较为稳定，全年内各月温差稳定在10.5 ℃左右；各月平均风速为2.39 m/s，月均日照时数为6.87 h，均与2019年全国平均气象水平基本持平，见表1。

表1 2020年石家庄市、保定市、沧州市和邢台市部分气象数据统计描述

参考孙建光[15]，裴源生[20]等的研究，农业灌溉用水需求取决于农业灌溉用水价格、资金投入以及农业产出水平，同时考虑到农业生产经营规模差异对灌溉用水总量的影响，本文选取单位面积小麦灌溉用水量作为因变量，从农业水价改革情况、主要农作物投入产出情况和节水技术应用情况3个方面选取适宜指标作为自变量和控制变量，具体变量名称及描述如表2所示。

表2 农业灌溉用水需求函数模型变量及统计描述

根据337份有效问卷调研数据描述统计结果，研究区域内农业灌溉用水水平和粮食生产情况基本维持稳定，当前农业水价具有一定的节水成效。根据2020年对河北省小麦典型产区部分自然村调研结果，2020年河北省调研区域单位面积小麦灌溉用水量为3 065.967 m3/hm2，小麦种植灌溉用水水平较低，与2019年河北省单位面积小麦灌水量3 819.985 m3/hm2相比有所减少；2020年研究区域内农业水价介于0.2～0.6 元/m3之间，农业灌溉用水均价为0.407 元/m3，通过对2010-2019年河北省农业灌溉用水量统计发现，水价改革实施期间河北省农业灌溉用水量逐步减少，说明水价改革对农业节水起到了一定的促进作用；从调研区域单位面积小麦种植成本上看，平均每公顷小麦种植成本与河北省平均水平基本持平，为1.261万元；从2020年小麦价格调研结果上看，小麦平均价格为2.338 元/kg，且最低价格与最高价格差异较小，研究区域粮食作物产出品价格稳定；研究区域单位面积小麦产量为6 072.964 kg/ hm2，较2019年河北省小麦平均产量5 850.967 kg/hm2无较大差异，与河北省历年统计数据相比基本维持稳定，表明水价改革并未对粮食生产造成负面影响，当前水价仍具有一定的节水潜力。从受访农户特征上，种植小麦的农户呈现多种经营规模并存的现状，小麦种植面积从0.033～2.012 hm2不等，平均种植面积为0.295 hm2，小麦种植仍以中小型农户为主；受访农户年龄多集中于40 岁以上，平均年龄为47.688 岁，从事小麦生产的农户呈现“老龄化”趋势；农户家庭劳动力人数为3.276 人，非农收入占年总收入比例平均值为60.107%，农业收入占比的逐渐减小加速了从事农业生产劳动力的流失；小麦种植节水灌溉技术应用情况在不同农户间差异较大，通过对小麦种植农户节水技术应用情况进行统计，不采用节水灌溉技术的农民为107人，占总有效样本数的31.75%，农户平均受教育年限为8.760 a，绝大部分农户文化程度集中在初中水平，受教育程度偏低也是导致节水技术采用率较低的原因[21,22]，节水技术采纳情况差异导致不同农户技术应用成本也呈现较大差异，小麦种植户单位面积节水技术应用成本为0.235 万元/hm2。

3 实证结果分析

3.1 河北省小麦生长需水量测算

利用河北省小麦典型产区石家庄市、保定市、沧州市和邢台市最低气温、最高气温、平均相对湿度、平均风速、日照时数月值气象数据，通过cropwat 8.0软件测算出各市小麦作物正常生长需水量。根据测算结果可知，小麦正常生长需水量存在地区差异，其主要原因是各地区所处地理位置、土壤类型、气候条件等自然资源禀赋不同，作物生长环境条件差异造成农作物正常生长灌溉需水量差异。调研地区小麦生长灌溉需水量如表3所示，其中，邢台市单位面积小麦灌溉需水量最少，为2 561.169 m3/hm2，石家庄市单位面积小麦灌溉需水量最大，为3 470.765 m3/hm2，这可能是由于2020年邢台市年降水量为658.6 mm，石家庄市仅为536.4 mm，从水资源禀赋角度，邢台市较其他三市情况良好，因此小麦生长所需灌溉用水量相对较少。如表3所示，通过与河北省小麦典型产区各市单位面积小麦实际灌溉用水量比较，在满足小麦正常生长需水量的前提下，当前灌溉用水量平均单位面积节水空间为634.618 m3/ hm2，最大节水空间约为914.768 m3/ hm2，最小约为104.948 m3/hm2，当前单位面积小麦灌溉用水量与单位面积小麦正常生长需水量间变化幅度较小，但仍具有一定的节水潜力。

表3 石津灌区各地区小麦作物正常生长需水量 m3/hm2

3.2 小麦生产灌溉用水需求价格弹性分析

由于不同变量间存在单位、数量级或趋势性差异，需要对变量进行无量纲化处理，使数据能够代入模型进行计算[23,24]。因此，本文在进行实证分析前，参考姚增福[25]等的研究方法采用均值化法对变量数值进行了无量纲化处理，具体方法如下。

式中：i代表有效样本编号；xij为j变量第i个有效样本数值；为所有有效样本中j变量的平均值；Yij为均值化处理后j变量第i个有效样本数值；m为有效样本总量。

进而根据小麦种植农业用水需求函数模型，具体分析单位面积小麦灌溉需水量价格弹性，运用stata 15.0 进行回归分析，结果如表4所示。

表4 小麦农业用水需求函数模型估计结果分析

由实证结果可知，农业水价弹性系数为-0.385，即当其他投入保持不变的情况下，农业水价每增加1%，将减少0.385%的灌溉用水量；小麦种植面积弹性系数为-0.960，即小麦种植面积每增加1%，将减少0.960%的灌溉用水量；单位面积小麦种植成本、单位面积节水技术应用成本系数分别为0.649 和0.330，即单位面积小麦种植成本、单位面积节水技术应用成本每增加1%，将分别增加0.649%和0.330%的灌溉用水量，单位面积小麦种植成本和单位面积节水技术应用成本变化对灌溉用水量变化的影响较其他因素更为显著，说明小麦生产相关成本是影响水价改革发挥节水效应的关键因素，考虑农民收益的水价定价策略是十分必要的。

根据回归结果分析，农业水价与单位面积小麦灌溉用水量在5%的水平上呈显著负相关关系，说明农业水价的上涨可以带来灌溉用水量的减少，该结果与已有相关研究结论保持一致，证实了本研究所构建模型的可靠性。同时，单位面积小麦种植成本在1%的显著性水平上与单位面积农业灌溉用水量正相关，从农业生产活动成本收益角度，随着其他种植成本的增加农户种植收入减少，同时水价提高将使种植收入持续下降，为了保障粮食产量和维持收入水平，农户可能会采取措施减少水费支出从而带来灌溉用水量减少[26]，该结果也表明农业水价的制定不仅要考虑粮食安全问题，同时还要兼顾农民收益情况[27]。小麦种植面积与单位面积小麦灌溉用水量为显著负相关，根据规模效应理论，小麦种植面积扩大至一定水平后，投入的各生产要素间产生了“附加”效应，使得单位面积小麦灌溉用水量呈现下降趋势，同时，小麦种植面积越大，越有利于节水设备的铺设和使用，可有效降低技术采纳成本[28]，因此节水技术在大规模种植户中采纳率较高，灌溉用水总量节约成效更显著，单位面积小麦灌溉用水量相应减少。单位面积节水灌溉技术应用成本与单位面积小麦灌溉用水量在1%的水平上呈显著正相关关系，资金约束是影响农户应用节水技术的关键因素[29]，节水技术应用成本越高，农户采用节水技术的意愿越小，节水成本高于用水成本导致农户对水资源稀缺认知下降[30]，造成灌溉用水“不减反增”的结果，该结论也表明水价提升的同时，对农业节水技术应用进行适当补贴，将有效推动农业节水技术的普及，促进农业水资源节约。

3.3 河北省农业水价调整空间分析

根据表3中对不同地区小麦生长需水量测算结果，结合模型（4）中农业灌溉用水需求价格弹性系数，利用公式（5）测算恰好满足小麦正常生长需水量对应的灌溉用水上限价格，并将此价格作为农业水价调整上限，通过与河北省小麦典型产区平均农业水价比较确定针对小麦生产的水价调整空间，具体测算结果如表5所示。

表5 针对小麦生产的农业水价调整空间 元/m³

测算结果表明，保障小麦正常生长的前提下，当前河北省农业水价仍具有一定的调整空间，但上涨幅度有限，农业水价可能的上涨空间介于0.030～0.278 元/m³之间，上限水价平均值为0.546 元/m³。本文结论与已有研究的农业水价测算结果相比具有一致性：胡继连[8]等基于“节水成本定价”假说测算粮食作物农业水价为0.433 元/m³；刘维哲等[31]采用剩余价值法计算得到小麦灌溉水经济价值为0.660 元/m³；贺天明等[32]研究测算石河子灌区农民承受力水价为0.439 元/m³。河北省农业水价上涨空间有限说明当前农业水价指导农业节水成效显著，同时当地水资源稀缺使农作物种植灌溉用水初始水平较低，农业节水空间的有限性也是造成水价上涨幅度小的原因。

4 结论

本文基于农业水价与灌溉用水量的定量关系，通过测算河北省小麦正常生长需水量，计算确保小麦正常生长的农业水价调整空间，得出以下主要结论：

（1）通过定量分析农业水价和灌溉用水量关系，证实了农业水价是影响农业灌溉用水量的主要因素，肯定了本文对农业水价调整空间研究的意义。在保障小麦正常生长的前提下，当前农业水价可逐步提升至0.546元/m³左右，水价提升空间较小，说明水价过高对小麦等粮食作物的生产会产生负面影响，仅依靠农业水价的提升不能达到保障粮食生产和实现节水目标的双重效果。

（2）不同地区由于资源环境条件差异导致作物生长需水量存在差异，进而造成水价提升的空间不同。通过对河北省小麦典型产区农业水价调整空间测算，石家庄市农业水价调整上限最低，为0.437 元/m³，邢台市水价调整上限最高，0.685 元/m³，水价调整最低上限与最高上限间存在一定差距，说明施行统一水价在不同地区产生的节水效果不同。因此，在持续推进农业水价改革进程中，应当充分考虑地区环境差异、作物种类差异、资源禀赋差异等，“因地制宜”制定水价改革实施方案，避免一刀切策略。

（3）单位面积小麦种植成本与农业灌溉用水量间存在显著的正相关关系，说明种植成本是影响灌溉用水量的关键因素。这一结论表明，农业水价适度提升增加了水费支出，有助于减少灌溉用水量，水价改革调整空间的研究对节水目标实现具有积极意义；同时，从农户视角，水价提升使种植收益减少，可能会造成农户过度减少灌溉用水引起节水损失效应。因此，在实际制定农业水价过程中，不仅要考虑作物生长需水量，同时还要考虑农户对水价的承受能力及支付意愿。实现农业水资源节约、粮食生产安全与农户种植收益协同目标，应在确定合理的水价上涨空间的同时，制定符合农业生产需求的节水奖补措施，优化完善“一提一补”农业水价改革策略。