水資源短缺狀況及其對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響的實證研究

李玉敏, 王金霞

(中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所農(nóng)業(yè)政策研究中心,北京 100101)

水資源短缺正在威脅著我國的資源基礎(chǔ)以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[1-2]。我國水資源總量豐富,但是人均水平偏低。2011年全國水資源總量為2.3萬億m3,位居世界第6位,但是人均擁有的水資源量僅為1 698 m3,不足世界人均水平的1/4[3],而海河流域的人均水資源量僅為335 m3,其中北京地區(qū)的人均水資源量只有114 m3[4-5]。研究表明,過去的20多年,海河、黃河、淮河和遼河的地表徑流分別減少了41%、15%、15%和9%[6-7]。隨著地表水供給的減少,部門間用水的競爭程度也在日益加劇。1949年新中國成立初期,我國農(nóng)業(yè)部門的用水比例高達97%,而到了2011年,農(nóng)業(yè)用水的比例僅為61%,非農(nóng)部門的用水比例已經(jīng)達到39%,農(nóng)業(yè)部門用水面臨的壓力越來越大,這將成為威脅中國糧食安全的最主要因素[3,8-10]。

國內(nèi)外有關(guān)水資源短缺的研究大多數(shù)是從資源使用量與資源存量之間關(guān)系的角度進行的,大部分集中在對水資源短缺的定性分析方面[11-14],很少有研究基于大規(guī)模實地調(diào)研定量分析水資源短缺狀況對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成的影響。那么,水資源究竟會對我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成什么影響?哪些作物的單產(chǎn)會受到影響?影響有多大?水資源對作物種植結(jié)構(gòu)的影響如何?為了回答這些問題,本文將根據(jù)大規(guī)模實地調(diào)查的數(shù)據(jù),在對我國水資源短缺狀況了解的基礎(chǔ)上,通過建立計量經(jīng)濟學(xué)模型來定量分析水資源短缺狀況對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)(主要是作物單產(chǎn)和作物種植結(jié)構(gòu))的影響。

1 數(shù)據(jù)來源

分析所用的數(shù)據(jù)來自三次大規(guī)模的實地調(diào)查。第一次是于2004年底在北方6個省份開展的北方水資源用水狀況調(diào)查,這6個省份分別為河南、河北、陜西、山西、內(nèi)蒙古和遼寧。在這6個省份中,共隨機選取了50個縣中的401個村。在這次調(diào)查中，調(diào)查人員將每個省的所有縣按照灌溉面積的比例高低分為嚴重缺水、部分缺水和不缺水3種類型,然后在每類縣內(nèi)再隨機選取樣本村。第二次是在2005年底開展的對寧夏、河南和河北三省的農(nóng)村水管理制度的調(diào)查。這次調(diào)查在寧夏共選擇了位于青銅峽灌區(qū)和衛(wèi)寧灌區(qū)的5個縣,并在這5個縣中隨機選取了32個村。河南按照上、中、下游的水系選擇了6個縣中的21個村。按照水資源的稀缺程度,選擇了河北3個縣的24個村。最后一次調(diào)查是2006年初開展的對甘肅、湖北和湖南省的用水者協(xié)會調(diào)查。在這3個省份中,根據(jù)灌區(qū)的上、中、下游隨機選取了7個縣的60個村。這三次調(diào)查共收集了538個村1995年和2004年的調(diào)查資料。

這三次調(diào)查采用的方式主要是面對面的訪談形式,問卷的調(diào)查對象為村領(lǐng)導(dǎo),主要是訪問那些對樣本村的自然資源利用和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)非常了解的村長、書記或村會計。調(diào)查不僅收集了不同時期水資源短缺狀況,而且還收集了不同時期村里不同作物的種植面積、單產(chǎn)及相關(guān)的社會經(jīng)濟狀況(如耕地面積、人口、非農(nóng)就業(yè)、教育水平及交通條件等)和自然條件(如土壤類型)等特征。每次調(diào)查都收集了兩個時期的數(shù)據(jù),第一個時期為1995年,第二個時期為2004年(如第一次調(diào)查)和2005年(第二和第三次調(diào)查)。分析中,將2004年和2005年作為一個時期分析,也就是分析中統(tǒng)稱為1995—2005年。在水資源短缺對小麥和玉米單產(chǎn)影響的分析中,選擇了兩年都種植小麥或玉米的樣本村構(gòu)成面板數(shù)據(jù)。這樣,使用兩年都種植小麥的樣本村的數(shù)量為680個,每年為340個；對于玉米,兩年的樣本村數(shù)量為908個,每年為454個。

2 水資源短缺的總體狀況及區(qū)域間的差異

調(diào)查表明,我國的水資源短缺狀況不容樂觀,尤其在北方流域表現(xiàn)尤為突出。總體來看,2005年有70%的村反映他們在用水方面存在短缺問題,而且水資源短缺已經(jīng)影響到他們的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)(圖1)。也就是說不存在水資源短缺的村僅占全部樣本的30%。從區(qū)域來看,北方流域(如海河、黃河和松遼流域)的水資源短缺狀況顯著高于南方流域(如長江流域)。2005年,北方流域中存在水資源短缺的村比例高于70%,甚至接近80%(如海河流域);而南方流域大約一半的村存在水資源短缺問題。

圖1 2005年水資源短缺的村所占比例

3 水資源短缺狀況對作物單產(chǎn)的影響

3.1 描述性統(tǒng)計分析

調(diào)研結(jié)果表明,水資源短缺與作物單產(chǎn)表現(xiàn)出負相關(guān)關(guān)系。根據(jù)水資源的短缺狀況,筆者在分析中將樣本村分為水資源短缺和不短缺兩類。如果比較在兩類不同村中的作物單產(chǎn),不難發(fā)現(xiàn),相對于水資源較豐富、不存在水資源短缺狀況的那些村的作物單產(chǎn)較高,在水資源短缺村的作物單產(chǎn)都普遍較低。例如,水資源短缺村的玉米單產(chǎn)為5 355 kg/hm2,比不存在水資源短缺村的玉米單產(chǎn)低9%(表1)。同樣,兩類村之間小麥單產(chǎn)的差別為11%。

表1 水資源短缺對作物單產(chǎn)的影響 kg/hm2

注：數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院農(nóng)業(yè)政策研究中心調(diào)查資料。

3.2 計量經(jīng)濟學(xué)模型設(shè)定

因為影響作物單產(chǎn)的因素很多,為了控制這些因素的影響,并深入分析水資源短缺狀況對作物單產(chǎn)的影響,根據(jù)相關(guān)的經(jīng)濟學(xué)理論,筆者運用1995年和2005年的調(diào)查數(shù)據(jù)建立了如下的計量經(jīng)濟學(xué)模型:

Ykit=α+βWit+δZit+ηNit+γTit+φDit+εkit

(1)

式中:Ykit為t時期i村k作物的單位面積產(chǎn)量,主要包括小麥和玉米兩種作物；i為某個村；k為作物類型；t為時期(1995年和2004年)；Wit為t時期i村的水資源短缺狀況，是解釋變量；Zit為t時期i村的社會經(jīng)濟特征；Nit為t時期i村的自然條件特征，主要包括坡度和土壤類型；Tit為時間虛變量，用1995年和2005年代表；Dit為地區(qū)虛變量；α,β，δ，η，γ,φ均為待估參數(shù)；εkit為隨機擾動項。

模型中，Zit為t時期i村的社會經(jīng)濟特征，筆者選擇農(nóng)戶規(guī)模、人均耕地面積、非農(nóng)就業(yè)勞動力比例以及教育水平、市場發(fā)育狀況等作為反映社會經(jīng)濟狀況的主要指標。農(nóng)戶規(guī)模是指戶均人口，由全村總?cè)丝跀?shù)除以總戶數(shù)所得。人均耕地面積由村耕地面積除以總?cè)丝谒谩７寝r(nóng)就業(yè)勞動力比例是由非農(nóng)就業(yè)人口數(shù)除以總勞動力數(shù)，其中的非農(nóng)就業(yè)勞動力包括到外地打工、在本村打工以及到外村打工的總?cè)藬?shù)。教育水平由小學(xué)及以上文化程度勞動力占勞動力總數(shù)的比例代表，該比例越高，表明該村的教育水平越高。用村委會到縣政府的距離(公里)來代表市場發(fā)育狀況，村委會到縣政府距離越近，代表該村的市場條件越好。Nit為t時期i村的自然條件特征，主要包括坡度和土壤類型。因為所涉及的樣本村中，沙土的比例全為0，所以，筆者以黏土為參照，使用壤土比例表示土壤類型。

在以上的單產(chǎn)模型中，其中的小麥是選擇兩年都種植小麥的村(340個村、共計680個觀察值)為樣本村，構(gòu)成規(guī)范的面板數(shù)據(jù)，在模型中，加入了時間虛變量和地區(qū)虛變量來控制技術(shù)進步和地區(qū)間差異對作物單產(chǎn)的影響。與小麥類似，選擇2年都種植玉米的村(454個村、共計908個觀察值)為樣本村，構(gòu)成規(guī)范的面板數(shù)據(jù)，同樣的，在模型中也加入了時間虛變量和地區(qū)虛變量。

3.3 計量估計結(jié)果

利用所建立的計量經(jīng)濟學(xué)模型，分析水資源短缺狀況對作物單產(chǎn)的影響計量估計,結(jié)果見表2。由表2可知，小麥、玉米回歸結(jié)果的R2值分別為0.16和0.24,對于面板數(shù)據(jù)來說,模型具有較好的擬合度。很多控制變量估計結(jié)果統(tǒng)計檢驗顯著,系數(shù)的符號也符合預(yù)期。例如,在小麥和玉米單產(chǎn)模型中,非農(nóng)就業(yè)勞動比例對小麥、玉米單產(chǎn)的影響都達到顯著且符號為負,說明非農(nóng)勞動力比例越高,小麥和玉米的單產(chǎn)就會越低。坡度對小麥和玉米的影響都顯著為負,說明越是坡度大的地區(qū),小麥和玉米的單產(chǎn)就會越低,這符合研究的預(yù)期。另外，還可以看到,時間虛變量對兩種作物單產(chǎn)的影響都顯著,并且符號全為正,說明隨著時間的推移,由于技術(shù)進步、投入的變化等其他因素,小麥和玉米的單產(chǎn)都在提高。

表2 水資源短缺狀況對作物單產(chǎn)影響的計量估計結(jié)果

注: 1.“*”,“ **”和“ ***”分別代表10%,5%和1%的顯著性水平;2.括號內(nèi)的數(shù)值是t統(tǒng)計的絕對值。

與描述性統(tǒng)計分析的結(jié)果一致,小麥和玉米的計量估計結(jié)果表明,水資源短缺對小麥和玉米的單產(chǎn)有顯著的負影響。從表2可以看出,水資源短缺狀況對小麥和玉米單產(chǎn)都有顯著的影響,且符號為負,說明水資源短缺對這兩種作物單產(chǎn)有顯著的負影響。模型估計結(jié)果表明,如果水資源變得短缺,小麥的單產(chǎn)會減少274.9 kg/hm2,而玉米的單產(chǎn)則會減少263.4 kg/hm2。

4 水資源短缺對作物種植結(jié)構(gòu)的影響

4.1 描述性統(tǒng)計分析

水資源短缺狀況也可能影響到作物的種植結(jié)構(gòu)?？傮w來看,如果水資源供給狀況良好,不存在短缺狀況,那么農(nóng)民就更傾向于種植需水量較多的作物,尤其是會顯著擴大水稻的種植面積。例如,如果水資源不短缺,水稻占作物播種面積的比例高達13%,而在水資源短缺村,水稻的種植面積比例僅為8%,比不短缺村的種植面積比例低5個百分點(表3)。除了水稻外,如果水資源供給不足,棉花的種植面積比例也會稍低一些(低1個百分點)。相對于水稻和棉花,玉米反而在水資源短缺村種植面積比例更大一些(高3個百分點),這說明玉米是對灌溉供水依賴性較弱的作物。另外,無論是在水資源短缺狀況還是在不短缺狀況下,小麥的種植面積比例都為27%,這說明從描述性統(tǒng)計分析看,小麥的種植可能不會顯著受到水資源短缺狀況的影響。

表3 水資源短缺對作物種植結(jié)構(gòu)的影響

注：數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院農(nóng)業(yè)政策研究中心調(diào)查資料。

4.2 模型設(shè)定

為了分析水資源短缺狀況對作物種植結(jié)構(gòu)的影響,根據(jù)相關(guān)的經(jīng)濟學(xué)理論,建立如下的計量經(jīng)濟學(xué)模型:

Ckit=α+βWit+δZit++ηNit+φDit+εkit

(2)

式中：i為某個村；k為作物類型；t為時期(1995年和2005年)；Ckit為作物種植結(jié)構(gòu),是指t時期i村的作物k的播種面積占總播種面積的比例,主要包括小麥、玉米、水稻和棉花；Wit為t時期i村的水資源短缺狀況，是筆者最關(guān)心的解釋變量；α,β,δ,η,φ為待估參數(shù)；εkit為隨機擾動項。控制變量基本與模型(1)中相同。

在模型(2)中,共有538個村、1076個觀察值構(gòu)成規(guī)范的面板數(shù)據(jù)(Panel data),除了模型中水稻、小麥、玉米和棉花這4種作物以外，其他作物的播種面積以占總播種面積的比例為參照,使用似不相關(guān)回歸方法(Seemingly unrelated regression,可以控制對多個被解釋變量都有影響的因素對回歸結(jié)果影響)進行回歸。

4.3 計量估計結(jié)果

水資源短缺狀況對作物種植結(jié)構(gòu)影響的計量估計結(jié)果見表4。根據(jù)回歸結(jié)果可知模型具有較好的擬合度,R2均在0.65以上。很多控制變量估計結(jié)果統(tǒng)計檢驗顯著,系數(shù)的符號也符合預(yù)期。例如,在小麥種植面積比例的模型中,壤土比例對小麥種植面積比例的影響達到顯著且符號為正,說明壤土比例越高,小麥的種植面積比例就會越高。在玉米種植面積比例的模型中,人均耕地面積對玉米播種面積比例的影響顯著,符號均為負,說明人均耕地面積越小,玉米的播種面積比例越高。在水稻種植面積比例的模型中,教育水平對水稻種植面積比例的影響達到顯著且符號為正,說明農(nóng)民接受的教育水平越高,水稻種植面積比例可能就會越高。

表4 水資源短缺狀況對作物種植結(jié)構(gòu)影響的計量估計結(jié)果

注: 1.“*”,“ **”和“ ***”分別代表10%,5%和1%的顯著性水平;2.括號內(nèi)的數(shù)值是z統(tǒng)計的絕對值。

與描述性統(tǒng)計分析的結(jié)果一致,水資源短缺狀況對不同作物播種面積比例的影響不同。在水稻播種面積比例的模型中,水資源短缺對水稻播種面積比例的影響顯著且符號為負;而小麥、玉米和棉花的播種面積比例模型中,水資源短缺狀況對這3種作物的播種面積比例影響不顯著,這也基本符合描述性統(tǒng)計分析的結(jié)果。根據(jù)模型估計結(jié)果,如果水資源變得短缺,水稻的播種面積比例會減少1.2%,而小麥、玉米和棉花等作物的播種面積比例不會有顯著的變化。

5 結(jié) 語

筆者主要是運用計量分析的方法對水資源短缺狀況及其對我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響做了較詳細的實證分析。結(jié)果顯示,我國水資源形勢不容樂觀,水資源短缺狀況在北方地區(qū)尤為突出。日益嚴重的水資源短缺已經(jīng)嚴重影響了我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，顯著影響了小麥、玉米的單產(chǎn)和水稻的播種。

基于以上研究結(jié)論,筆者提出以下政策建議。針對日趨嚴重的水資源短缺狀況,應(yīng)該提高水資源利用效率,同時,重視農(nóng)民用水者對水資源短缺可能做出的一些反應(yīng),從而合理有效地解決目前面臨的水資源短缺問題。農(nóng)民會對水資源短缺做出反應(yīng),例如會通過調(diào)整作物種植結(jié)構(gòu)來緩解水資源的短缺。水資源越短缺,農(nóng)民就越可能傾向于種植對灌溉依賴程度低、需水量小的作物。因而,國家在制定政策措施時,應(yīng)該考慮到農(nóng)民的反應(yīng),通過趨利避害來合理有效地緩解目前面臨的水資源短缺狀況。

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