前景理论视角下水权改革后农户的适应性行为研究

2023-09-01万福兵孙伯明代小平

人民珠江 2023年8期

万福兵,孙伯明,代小平

(1.华北水利水电大学水利学院,河南郑州 450046;2.江苏省水利工程科技咨询股份有限公司,江苏南京 210029;3.河海大学农业科学与工程学院,江苏南京 210098)

农业水权改革涉及农业水权初始分配和农业水权交易制度建设等方面。在水权总量约束和水权交易制度下,农户的种植和灌溉行为将如何变化?回答该问题是评估农业水权改革效果,完善农业水权制度的基础。近年来,国内外学者对农户灌溉行为的研究集中在灌溉方式选择[1-2]、节水技术选择[3-4,24]、种植结构调整[5-7]和灌溉面积管理[8-10]等方面。已有研究通常把农户的灌溉行为看作追求绝对收益最大化的完全理性行为,如Foster等[11]以农户利润最大化为目标,研究农户在种植过程中灌溉行为与地下水供应变化的响应关系。刘一明等[12]构建以经济效益最大化为目标的灌溉用水行为模型,分析水价政策对农户用水行为产生的影响。上述研究将农户模拟为同质的决策个体,但实际农户灌溉过程具备异质性[13]。研究表明,农户的灌溉行为受风险感知能力、个人经验、社交能力等的影响[14]。为了能更好地刻画农户特征,相关学者基于多智能体模型(Multi-agent model)视角对农户灌溉行为展开研究。如Yuan等[15]开发一个ABM(Agent-Based Modeling)模型,描述未来作物价格不确定性感知,种植成本和降水的耐受性等特征下,政策对农户耕种作物选择和用水方式等行为的影响。Du等[16]探索灌溉用水分配的公平性和农民行为对水权市场运行效果的影响。Nouri等[17]使用模糊推理系统(FIS)模拟农业智能体的行为,研究了智能体之间的相互学习以及从自己的行为反馈中自我学习的能力。ABM模型在一定程度上能够刻画农户的有限理性特性,但该研究方法对数据要求高,在建模时无法避免人为设定规则的掣肘。在样本数较小的情况下,如何准确地描述农户适应性行为和有限理性特性还有待研究。

相关学者对农户的灌溉行为的研究从收益视角出发,将农户视为追求绝对收益最大化群体,但农户在面临收益和损失时的风险倾向不同,将农户视为完全理性个体对其行为展开研究不能真实刻画其行为机制。前景理论构建了有限理性行为人的行为机制分析框架,考虑了行为人的心理特质和行为特征等有限理性心理因素,结合行为人的情景因素,能够较为准确地反映行为人面对收益和损失时的心理状态。本文基于前景理论开展水权制度改革后的农户的适应性行为研究,对农户灌溉过程中的心理因素做有限理性分析,以期从新的视角解释不确定条件下农户对水权改革的应对行为。

1 前景理论视角下农户的决策过程

前景理论是由Kahneman等[18]提出的描述性范式的决策模型,它用价值函数和权重函数共同度量每一决策方案的总体价值。该理论关于人的决策行为的描述主要遵循5个基本原理:一是参照依赖原理,即人会设定一个决策参照点,据此判断所作决策的得失;二是损失效应原理,相比于收益,在决策过程中人们对损失的感知更加强烈;三是确定效应原理,人们在面临收益时倾向于规避风险而选择确定的收益;四是迷恋小概率事件原理,在决策时人们倾向于关注极端但发生概率很低的事件而忽略发生概率较高的事件[19];五是条件反射原理,即人们面临损失时是风险追求者。

依据前景理论,农户在水权制度改革后的行为决策过程包括编辑阶段和评价阶段。编辑阶段是指决策个体依据个体特质及风险偏好进行信息采集和处理;评价阶段指决策个体结合价值函数和权重函数对信息予以判断,最终做出行为决策。本文中编辑阶段是指农户基于家庭耕地信息和风险偏好,对不同适应性行为产生的结果及其发生概率进行采集处理;评价阶段是指农户依据价值函数和权重函数对适应性行为进行分析,进而做出最有利决策。编辑阶段分为以下3个步骤:一是选择水权改革前的种植收益为参照点;二是在水权改革后,感知不同决策相对于参照点的种植收益变化;三是根据价值函数和权重函数确定决策行为的价值及决策结果发生的概率。在评价阶段,农户综合价值函数和决策权重评估不同决策的前景值,选择具有最高前景值的决策。

1.1 农户决策收益计算

在前景理论中,农户对比参照点来衡量决策的收益或损失。假设在水权改革前,农户为充分灌溉,本文构建全生育期水分生产函数,以作物按灌溉定额进行灌溉时农户的种植收益为参照点分析农户的决策收益。则农户某一决策的收益可表示为:

d=(Y(x′)-Y(x))·pc

(1)

式中d——农户决策后主观估计耕种的收益或损失,元/hm2;Y(x)、Y(x′)——决策前后的耕种产出,kg/hm2;x,x′——决策前后作物的灌溉用水量,元/m3;pc——作物出售价格,元/kg,不同农户的出售价格不同,则价格区间为(Pcmin,Pcmax)代入式(1)计算可得到(d-,d+)。

1.2 农户决策价值函数确定

价值函数描述农户对所做决策的价值估计和风险态度。根据Kahneman等[18]提出的价值函数表达式,农户在决策阶段的价值函数V(d)可定义如下:

(2)

式中θ——风险态度系数,0<θ1<1,0<θ2<1,θ1、θ2越大表示农户越愿意冒险,当θ1=θ2=1 时为风险中立者;λ——农户对损失的规避系数,若λ>1,则农户将对损失更加敏感。

根据Kahneman等[18]的标定,当θ1=θ2=0.88,λ=2.25时与经验数据一致。

1.3 决策权重函数的确定

前景理论认为决策权重反映人们对客观概率的主观感知[20]。决策权重非客观概率,但受客观概率影响,客观概率的影响程度反映决策权重的大小,决策权重与概率非线性相关。根据前景理论,决策权重计算见式(3)、(4):

(3)

(4)

式中p——决策产生收益时的概率;w+(p)、w-(p)——产生收益和损失时的决策权重;ρ、δ——风险收益和损失态度系数,根据Kahneman等的研究结果,取ρ=0.61,δ=0.69。

农户根据预期收益值及其产生收益的概率大小做出最有利决策。在农业水权改革后,农户的灌溉用水受到限制。学术界对农户灌溉用水总量削减后的适应性行为展开大量研究,认为农户灌溉适应性行为包括改变灌溉方式[1-2]、采用节水技术[3-4,24]、调整种植结构[5-7]和管理耕种面积[8-10]。年龄、性别、户主的受教育程度、家庭人口、种植规模、收入水平、信贷约束、技术认知、水价等因素是影响灌溉行为决策的关键变量[9,21-25]。本文重点分析4种种植和灌溉策略:①减少高耗水低收益作物的灌溉面积(简称为“减少灌溉面积”);②减少高耗水粮食作物的种植面积,以保障高收益作物的用水需求(简称为“调整种植结构”);③保持现有种植结构和灌溉面积不变,购买水权(简称为“进行水权交易”);④减少高耗水粮食作物的种植面积并购买水权以保障高收益作物的用水需求(简称为“调整+购水”)。

石羊河流域是中国较早建立水权交易制度的地区,本研究以石羊河流域武威市的西营灌区和清源灌区为研究区域。根据甘肃省统计年鉴显示,武威市农户主要种植作物有玉米、小麦等。因此,本文以玉米、小麦为研究对象,对种植玉米和小麦农户的适应性行为发生概率进行分析,不同适应性行为发生概率的计算方法如下。

1.3.1减少灌溉面积的发生概率

减少灌溉面积导致作物减产,进而产生耕种效益损失。为追求种植收益最大化,在水权限制下,假设农户保持蔬菜灌溉面积不变,通过减少小麦和玉米的灌溉面积以满足蔬菜的灌溉用水需求。小麦和玉米的种植比例越大,被减少灌溉的概率也就越大,因此根据小麦和玉米的合计多年平均种植比例计算减少灌溉面积的概率,计算公式见式(5):

(5)

式中Pa——减少灌溉面积获得收益的概率;ajt——作物j第t年的种植面积比例(j=1,2,3分别表示小麦、玉米、蔬菜)。

1.3.2调整种植结构的收益概率

调整种植结构的收益风险来自预期调整的作物的种植难度、产量、产品价格等。其中,农产品价格风险是主要风险。因此,根据农产品的市场价格高于预期价格的概率估算调整种植结构的收益概率。预期价格取农业保险中的保单约定价。根据武威市2003—2017年作物价格,以作物实际价格高于保单约定价(指考虑前3 a各年作物价格涨幅和当年度作物综合成本指数后,投保前3 a实际价格的平均值)的概率来分析调整种植结构的收益概率[26]。保单约定价的计算见式(6):

105%

(6)

式中Pi(i=1,2,3)——当前年份之前第i年作物市场价格;ri——当前年份之前第i年作物价格涨幅。

1.3.3进行水权交易的概率

水权交易的概率受到可交易水权量的制约。可交易水权量受灌区水资源影响,因此本文根据水资源的保证率和历史水权交易数据分析水权交易的概率。对于渠灌区,根据灌区来水量的历史数据,采用皮尔逊Ⅲ型曲线分析不同保证率下来水量,对比不同年份的来水频率及灌区水权交易数据,以可开展水权交易的最大来水频率作为水权交易发生概率。

(7)

式中Pw——大于等于xp的累计频率值;Γ(α)——α的伽马函数;α、β、a0——皮尔逊Ⅲ型分布的形状、尺度和位置的3个参数[27];xp——频率p对应的随机变量值,文中x为灌区来水量。

1.3.4调整种植结构并购买水权的概率

在水权量不足时,农户购买水权以种植高耗水高效益作物。根据事件发生条件,两项事件同时发生,即该决策发生的概率为调整种植结构和进行水权交易的概率之积。

Pt=Ps×Pw

(8)

式中Pt——调整种植结构并购买水权的概率。

1.4 前景值计算及决策

根据前景理论农户决策价值函数和决策权重函数,前景值见式(9):

V(k)=V(d-)×w-(p)+V(d+)×w+(p)

(9)

式中V(k)——农户k采用不同决策的前景值。

依据前景理论,某一决策的前景值的大小反映了农户采用该决策的可能性,农户通过比较所有备选方案前景值的大小,选择前景值最大的方案作为最优方案。

2 案例分析

2.1 研究区域及数据

石羊河流域位于中国河西走廊东段、巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠之间,流域面积为4.16×106hm2。石羊河流域西营河灌区和清源灌区是较早开展水权制度改革的灌区。西营河灌区为大型自流灌区,有效灌溉面积1.8万hm2;清源灌区为纯井灌区,有效灌溉面积1.4万hm2。灌区主要种植作物有玉米、小麦等。

2019年8月,对西营河灌区和清源灌区的灌溉用水户进行分层随机抽样调查,根据灌区水源情况、种植结构、水权交易等因素从2个灌区选择了17个村,在每个村随机选择5户农户,针对农户的种植结构、种植投入产出、灌溉用水、农产品价格信息等进行问卷调查,获得种植小麦及玉米的158份问卷数据。根据问卷数据,拟合作物全生育期水分生产函数,计算农户耕种产出。

根据2009—2020年《甘肃省统计年鉴》《全国农产品成本收益资料汇编2019》,分析武威市种植结构、耕种成本等。根据中国农业信息网(http://www.agri.cn/),全国重点农产品市场信息平台(http://ncpscxx.moa.gov.cn/#/indexPage),全国农产品商务信息公共服务平台(http://nc.mofcom.gov.cn/)和灌区水量统计信息计算农户采用不同决策时的决策概率。根据《全国农产品成本收益资料汇编2019》得到农户生产成本信息,包含直接费用和间接费用、人工成本信息、土地成本信息。

2.2 结果分析

2.2.1水分生产函数拟合

根据灌区问卷调查数据对灌区小麦和玉米在2018年的灌溉用水量及产量进行分析,运用Origin对其全生育期水分生产函数进行拟合,结果见图1。

a)小麦

由图1可知,小麦及玉米水分生产函数曲线拟合后的判定系数分别为0.988、0.993,调整后的判定系数分别为0.987、0.993,可知2种作物的生产函数拟合效果良好,拟合出的生产函数见式(10)、(11):

小麦: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——耕种产出,kg;x——灌溉用水量。

2.2.2参照点计算

根据按灌溉定额进行灌溉时的用水量作为参照点,由小麦和玉米的生产函数,计算出理论产量。根据《全国农产品成本收益资料汇编2019》得出作物的生产成本、人工成本及土地成本信息,同时得到蔬菜的理论产量。根据问卷调查数据得出作物价格区间,由区间上下限计算得到种植收益最大值和最小值,则种植不同作物的成本收益状况见表1。

表1 作物生产成本参照点

2.2.3主观价值与决策权重分析

根据武威市2009—2020年的种植结构,以小麦、玉米为研究对象,分别计算在灌溉用水总量削减5%、15%、25%时农户不同策略的主观价值和决策权重,结果见表2、3。表2、3中采取“减少灌溉面积”决策时会出现收益为正的情况,可能原因在于用水总量削减导致粮食产量下降后,若以可观的价格出售粮食,则能使收益表现为正。“调整种植结构”和“调整种植结构并购买水权”决策收益全为正,可能原因为由种植粮食作物调整为种植经济作物时,种植蔬菜获取的利润远高于粮食作物,故能决策收益表现为正。

表2 小麦种植户行为策略的主观价值与决策权重

表3 玉米种植户行为策略的主观价值与决策权重

2.2.4前景值计算

根据主观价值与决策权重计算结果,计算得决策前景值见表4。

表4 不同水权量削减条件下的前景值计算

从表4可见,在灌溉用水总量削减不同程度时,农户在种植小麦时的最优决策均为“调整+购水”,用水总量削减5%时“调整+购水”的前景值最大,为7 890.19;种植玉米的最优决策为“调整+购水”,用水总量削减5%时“调整+购水”的前景值最大,为8 379.67。在不同的用水总量削减程度下,种植小麦和玉米的最劣决策均为减少灌溉面积;当水权削减25%时,前景值最劣,种植小麦和种植玉米的最劣前景值分别为-3 133.25、-3 249.81。

不同用水总量削减程度下的决策前景值见图2。从图2可见,在种植小麦和种植玉米时,前景值随灌溉用水总量削减比例变化而单调变化,即灌溉用水总量削减比例越大,不同决策的前景值越小;基于前景理论视角,不同程度的用水总量削减对“进行水权交易”和“调整+购水”的前景值影响不显著,对“减少灌溉面积”和“调整种植结构”的前景值影响较为显著;整体来看,种植小麦的前景值小于种植玉米的前景值。

a)种植小麦

在种植不同作物时,农户的决策具有差异。

a)种植小麦和玉米对应的最大前景值的决策行为均为“调整+购水”,但对于种植玉米而言,灌溉用水总量削减5%时,“调整种植结构”的前景值远大于种植小麦的前景值,且此决策下种植玉米的前景值与“调整+购水”决策的前景值相接近。可能原因在于,玉米的生长周期内耗水量大,其灌溉用水量较小麦而言偏大,因此调整玉米的种植结构能节约灌溉用水,可减少水权交易量。

b)种植玉米时,“减少灌溉面积”的前景值较种植小麦的前景值小,可能原因在于:玉米的生长周期内耗水量大,同比例的用水总量削减对玉米的生长影响对比小麦更为显著;“调整种植结构”的前景值较种植小麦的前景值大,受灌溉定额不同的限制,由种植玉米调整为种植蔬菜时,可种蔬菜的面积对比小麦而言更大,前景值更大。不同决策行为的前景值受用水总量削减的影响程度不同。“进行水权交易”和“调整+购水”决策行为在不同用水总量削减比例下的前景值变化不大,变化区间在100以内;“减少灌溉面积”和“调整种植结构”决策行为在不同用水总量削减比例下的前景值变化较为显著,变化区间在2 100以内。可能原因在于:水权交易能解决不同程度用水削减导致的灌溉用水不足问题,“进行水权交易”和“调整+购水”决策行为的水权交易成本低,导致用水总量削减对前景值的影响不大;“减少灌溉面积”和“调整种植结构”决策行为无法解决用水削减带来的灌溉用水不足问题,不同程度的用水总量削减对作物产量影响较大,进而产生前景值变化较为显著的现象。