農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)等因素對河北省地下水超采的影響

連煜陽，劉 靜，張?zhí)觳?/p>

(1 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)經(jīng)濟與發(fā)展研究所，北京 100081；2河北省農(nóng)業(yè)區(qū)劃辦公室，石家莊 050051)

農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)等因素對河北省地下水超采的影響

連煜陽1，劉 靜1，張?zhí)觳?

(1中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)經(jīng)濟與發(fā)展研究所，北京 100081；2河北省農(nóng)業(yè)區(qū)劃辦公室，石家莊 050051)

以2001—2014年河北省地下水水位、農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用計量經(jīng)濟學(xué)方法，對河北省淺層地下水水位和深層地下水水位的影響因素進行了分析。研究結(jié)果表明：河北省農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)、人口、有效灌溉面積、機井?dāng)?shù)量、經(jīng)濟發(fā)展水平等因素對地下水超采均有不同程度的影響，并提出政策建議：為緩解地下水超采狀況，要因地制宜，適當(dāng)調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)；大力發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)，提高水資源的利用率；控制機井?dāng)?shù)量的同時，適當(dāng)控制機井深度；大力發(fā)展經(jīng)濟，提高經(jīng)濟發(fā)展水平。

河北??；地下水超采；地下水水位；農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)

我國人均水資源占有量為2 240m3，僅為世界平均水平的28%，目前，全國有24個省(自治區(qū)、直轄市)存在不同程度的地下水超采問題，其中，河北省平原區(qū)形成7大地下水漏斗區(qū)，暗藏著6.7萬km2的地下水超采區(qū)，華北平原已經(jīng)成為世界上最大的“漏斗區(qū)”，地下水水位大幅度下降引發(fā)了一系列環(huán)境和地質(zhì)問題。

近年來，國內(nèi)外關(guān)于地下水超采的研究取得了大量成果。從研究內(nèi)容看，聚焦地下水超采的原因，有以下幾個方面：(1)水資源供需矛盾突出[1-5]；(2)地下水水質(zhì)好，開發(fā)成本低[6-7]；(3)水資源利用率低[8]；(4)水資源污染嚴(yán)重[4，9]；(5)政策性因素導(dǎo)致超采嚴(yán)重[4]；(6)地下水管理工作松懈[4，10-11]；(7)水權(quán)歸屬不明晰[12]；(8)地下水保護法律缺失[13-14]。從研究方法看，國外已有研究多以典型區(qū)域的案例為主，分析區(qū)域地下水超采的原因；國內(nèi)已有研究多數(shù)是定性分析，部分定量分析主要是運用統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行對比和描述性分析，很少運用多年面板數(shù)據(jù)進行計量經(jīng)濟分析。因此，為了解決河北省地下水超采問題，迫切需要理清河北省地下水超采的原因，運用實證方法分析地下水超采的影響因素，從而進一步制定有效政策措施。

農(nóng)業(yè)用水特別是小麥對地下水灌溉依賴程度高是造成地下水超采的主要因素[1，4，15-17]。但是，實際中，隨著水資源短缺狀況的加劇和小麥種植成本的上升，農(nóng)民對小麥種植意愿在不斷降低，河北省小麥播種面積已呈下降趨勢(圖1)，農(nóng)業(yè)用水量在逐漸減少(圖2)[18-19]，盡管如此，地下水超采狀況并未得到緩解，因此，農(nóng)業(yè)是否是河北省地下水超采的罪魁禍?zhǔn)祝哭r(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)的改變對河北省地下水超采的影響程度如何？地下水超采的影響因素還有哪些？這一系列問題有待于進一步研究。

圖1 1980—2014年河北省小麥、玉米及蔬菜播種面積趨勢數(shù)據(jù)來源：《河北農(nóng)村統(tǒng)計年鑒1992—2015》

圖2 1991—2014年河北省分行業(yè)用水量變化趨勢數(shù)據(jù)來源：歷年《中國水利統(tǒng)計年鑒》、《河北水利統(tǒng)計年鑒》

1 數(shù)據(jù)來源及模型設(shè)定

1.1 數(shù)據(jù)來源

歷年《中國水利統(tǒng)計年鑒》、《河北水利統(tǒng)計年鑒》、《河北經(jīng)濟年鑒》、《河北農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》、《衡水統(tǒng)計年鑒》、《邢臺統(tǒng)計年鑒》、《滄州統(tǒng)計年鑒》、國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)庫，部分?jǐn)?shù)據(jù)經(jīng)整理計算得到。

1.2 變量選取

本文使用河北省地下水水位(m)作為被解釋變量，以影響因素作為解釋變量。根據(jù)已有研究和觀察，考慮可能影響地下水超采的經(jīng)濟、社會和自然環(huán)境等因素，選取人口、有效灌溉面積、機井?dāng)?shù)量、經(jīng)濟發(fā)展水平、種植結(jié)構(gòu)、降水情況等影響因素，其中，以河北省和各地區(qū)的GDP(億元)來反映經(jīng)濟發(fā)展水平，為剔除價格因素的影響，所采用的國民生產(chǎn)總值以2001年為基期，利用CPI對樣本數(shù)據(jù)進行了指數(shù)平減；以小麥播種面積占農(nóng)作物總播種面積的比例(以下稱小麥播種比例，單位為%)、蔬菜播種面積占農(nóng)作物總播種面積的比例(簡稱蔬菜播種比例，%)和玉米播種面積占農(nóng)作物總播種面積的比例(簡稱玉米播種比例，%)來反映河北省的種植結(jié)構(gòu)。

1.3 模型設(shè)定

根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)，本文建立了兩組計量經(jīng)濟模型。以2001—2014年河北省淺層地下水水位為被解釋變量的時間序列計量模型和以2001—2014年衡水、滄州、邢臺中東部平原深層地下水水位為被解釋變量的面板數(shù)據(jù)計量模型?？紤]到河北省冬小麥與夏玉米的輪作制度，冬小麥生育期約8個月，期間降水量少，冬小麥實際需水量的60%依靠地下水進行灌溉；河北省夏玉米種植正值雨熱同期，對地下水依賴程度低[1]。為具體分析不同農(nóng)作物對地下水水位的影響程度，把小麥播種比例與玉米播種比例分放在兩個模型中，又考慮到玉米的生長期與降雨期相吻合，所以把玉米播種面積與年降水量同放在一個模型中。

時間序列計量模型中，采用線性回歸分析模型對數(shù)據(jù)進行計量分析，建立線性回歸模型：

yt=β0+β1x1+β2x2+β3x3+β4x4

+β5x5+β6x6+μ1

(1)

yt=γ0+γ1yt-1+γ2x1+γ3x2+γ4x3+γ5x4

+γ6x5+γ7x6+μ2

(2)

yt=α0+α1x1+α2x2+α3x3+α4x4+α5x7

+α6x8+ε1

(3)

yt=φ0+φ1yt-1+φ2x1+φ3x2+φ4x3

+φ5x4+φ6x7+φ7x8+ε2

(4)

式(1)～(4)中，yt表示2001—2014年河北省淺層地下水水位；yt-1表示滯后一期的河北省淺層地下水水位；x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7、x8分別表示人口、有效灌溉面積、年末實有機井?dāng)?shù)量、GDP、小麥播種比例、蔬菜播種比例、玉米播種比例、年降水量；β0、γ0、α0、φ0、表示常數(shù)項；β1～β6、γ1～γ7、α1～α6、φ1～φ7表示各解釋變量的估計系數(shù)；μi、εi是隨機擾動項，假設(shè)與模型中的其他解釋變量不相關(guān)。式(1)與式(3)表示利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建立的線性回歸模型；由于水資源的周期性和循環(huán)性，考慮到當(dāng)前地下水存量會受到過去地下水存量的影響，所以式(2)、(4)中加入了滯后一期的被解釋變量。

面板數(shù)據(jù)計量模型中，n=3，而T=14，n小T大，故這是一個長面板。在長面板中，由于n相對于T較小，對于可能存在的固定效應(yīng)，需要加入個體虛擬變量，對于時間效應(yīng)，可以通過生成時間趨勢變量t，又考慮可能存在的組間異方差與組間同期相關(guān)，故使用面板校正標(biāo)準(zhǔn)誤進行估計[20]。為此，使用以下模型：

yij=θ0+θ1x1ij+θ2x2ij+θ3x3ij+θ4x4ij+θ5x5ij

+θ6x6ij+θ7c2+θ8c3+θ8t+eij

(5)

yij=λ0+λ1x1ij+λ2x2ij+λ3x3ij+λ4x4ij+λ5x7ij

+λ6x8ij+λ7c2+λ8c3+λ9t+ωij

(6)

2 結(jié)果與分析

2.1 描述性統(tǒng)計分析

河北省淺層、深層地下水水位及各解釋變量描述性統(tǒng)計分析如表1、如表2 所示。

2.2 模型檢驗及回歸結(jié)果分析

2.2.1 模型檢驗 (1)河北省淺層地下水水位模型檢驗：運行計量經(jīng)濟模型中，對式(2)、(4)進行了異方差性檢驗、自相關(guān)檢驗。通過檢驗發(fā)現(xiàn)，利用OLS對方程進行估計后的模型存在異方差性和自相關(guān)性，于是使用“OLS+穩(wěn)健標(biāo)準(zhǔn)誤”的方法進行回歸，以使異方差性和自相關(guān)性得到有效地處理。(2)河北省深層地下水水位模型檢驗：鑒于河北省深層地下水水位模型為長面板數(shù)據(jù)模型，在運行計量經(jīng)濟模型中，對式(5)、(6)分別進行了組間異方差檢驗、組內(nèi)自相關(guān)檢驗和組間同期相關(guān)檢驗?？紤]模型同時存在組間異方差、組內(nèi)自相關(guān)及組間同期相關(guān)的情形，使用更為全面的FGLS對模型進行估計。

表1 河北省淺層地下水水位及各解釋變量描述性統(tǒng)計

數(shù)據(jù)來源：通過計算整理得出，結(jié)果保留2位小數(shù)。

表2 河北省深層地下水水位及各解釋變量描述性統(tǒng)計

數(shù)據(jù)來源：通過計算整理得出，結(jié)果保留2位小數(shù)。

2.2.2 回歸結(jié)果及分析

(1)從表3中可以看出，僅利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建立的式(1)、(3)的回歸效果較差，在此基礎(chǔ)上，加入滯后一期的被解釋變量后，式(2)、(4)的回歸效果明顯優(yōu)于式(1)、(3)，擬合優(yōu)度R2分別達到0.998和0.986，許多控制變量的系數(shù)符號與預(yù)期結(jié)果也是相一致的。式(2)中，人口變量的估計系數(shù)為正且在1%統(tǒng)計水平上顯著，表明人口對淺層地下水水位有正向影響；有效灌溉面積的估計系數(shù)為正且在1%統(tǒng)計水平上顯著，表明有效灌溉面積對淺層地下水水位有正向影響；年末實有機井?dāng)?shù)量的估計系數(shù)為負且在1%統(tǒng)計水平上顯著，表明機井?dāng)?shù)量對淺層地下水水位有負向影響；GDP變量的估計系數(shù)為負且在5%統(tǒng)計水平上顯著；小麥播種比例的估計系數(shù)為正且在1%統(tǒng)計水平上顯著，表明小麥播種比例對淺層地下水水位有正向影響；蔬菜播種比例的估計系數(shù)為負且在1%統(tǒng)計水平上顯著；滯后一期被解釋變量的估計系數(shù)為正且在1%統(tǒng)計水平上顯著，表明過去一年的淺層地下水水位對現(xiàn)在的淺層地下水水位有正向影響。式(4)中，人口變量的估計系數(shù)為正且在10%統(tǒng)計水平上顯著，表明人口對淺層地下水水位有正向影響；有效灌溉面積的估計系數(shù)為正且在5%統(tǒng)計水平上顯著，表明有效灌溉面積對淺層地下水水位有正向影響；年末實有機井?dāng)?shù)量的估計系數(shù)為負且在10%統(tǒng)計水平上顯著，表明機井?dāng)?shù)量對淺層地下水水位有負向影響。其余變量均未通過統(tǒng)計檢驗。

表3 河北省淺層地下水水位模型回歸結(jié)果

注：括號中為標(biāo)準(zhǔn)誤差；*在10%統(tǒng)計水平上顯著、**在5%統(tǒng)計水平上顯著、***在1%統(tǒng)計水平上顯著，結(jié)果保留四位小數(shù)。

(2)如表4所示，式(5)中，GDP變量的估計系數(shù)為負且在1%統(tǒng)計水平上顯著；小麥播種比例的估計系數(shù)為正且在1%統(tǒng)計水平上顯著，表明小麥播種比例同樣對深層地下水水位有正向影響；虛擬變量中，邢臺中東部平原深層地下水水位的估計系數(shù)為負且在1%統(tǒng)計水平上顯著，表明以滄州深層地下水水位作為對照地區(qū)，邢臺中東部平原深層地下水水位更深，下降更快；時間趨勢變量的估計系數(shù)為正且在1%統(tǒng)計水平上顯著，表明隨著時間的推移，深層地下水水位在不斷地下降，每年下降1～2m。其余變量均未通過統(tǒng)計檢驗。式(6)中，有效灌溉面積的估計系數(shù)為正且在10%統(tǒng)計水平上顯著，表明有效灌溉面積對深層地下水水位有正向影響；GDP的估計系數(shù)為負且在5%統(tǒng)計水平上顯著；虛擬變量中，衡水深層地下水水位的估計系數(shù)為負且在5%統(tǒng)計水平上顯著，邢臺中東部平原深層地下水水位的估計系數(shù)為負且在1%統(tǒng)計水平上顯著；時間趨勢變量的估計系數(shù)為正且在1%統(tǒng)計水平上顯著；玉米播種比例的估計系數(shù)為負且在10%統(tǒng)計水平上顯著；年降水量的估計系數(shù)為負且在1%統(tǒng)計水平上顯著。人口、年末實有機井?dāng)?shù)量均未通過統(tǒng)計檢驗。

表4 河北省深層地下水水位回歸結(jié)果

注：括號中為標(biāo)準(zhǔn)誤差；*在10%統(tǒng)計水平上顯著、**在5%統(tǒng)計水平上顯著、***在1%統(tǒng)計水平上顯著；結(jié)果保留四位小數(shù)。

(3)河北省淺層地下水與深層地下水水位影響因素對比分析：把以上2個模型的估計結(jié)果進行對比，得出結(jié)論。相較而言，人口、有效灌溉面積、機井?dāng)?shù)量對淺層地下水水位的影響程度更大，估計結(jié)果更為顯著；玉米播種比例、年降水量對深層地下水水位的影響程度更大，估計結(jié)果更為顯著；GDP對兩者的影響同為負向，小麥播種比例對兩者的影響同為正向；深層地下水存量受過去地下水存量的影響較小。

3 結(jié)論及政策建議

3.1 結(jié)論

根據(jù)河北省淺層地下水水位和深層地下水水位的回歸結(jié)果及分析，得出結(jié)論：(1)有效灌溉面積是地下水超采的重要影響因素。有效灌溉面積越大，地下水水位下降越快。(2)機井?dāng)?shù)量是地下水超采的重要影響因素。機井?dāng)?shù)量的預(yù)期估計系數(shù)為正，但是模型中實際估計系數(shù)為負，這可能是由于機井?dāng)?shù)量雖有所減少，而機井深度卻在不斷加深造成的。(3)經(jīng)濟發(fā)展水平是地下水超采的重要影響因素。GDP變量在模型中的估計系數(shù)為負，這可能是因為相比第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，第一產(chǎn)業(yè)發(fā)展較緩慢，而第一產(chǎn)業(yè)用水量比重偏大。(4)小麥播種比例是地下水超采的重要影響因素。通過實證分析得出，小麥播種比例對地下水水位有正向影響，小麥播種比例越大，地下水水位下降越快。(5)蔬菜播種比例是地下水超采的影響因素。高耗水的蔬菜會使地下水超采狀況愈演愈烈(6)玉米播種比例是地下水超采的影響因素。玉米播種比例越大在一定程度上會緩解地下水超采狀況。

3.2 政策建議

(1)因地制宜，適當(dāng)調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)。在深層地下水嚴(yán)重超采地區(qū)，適當(dāng)控制冬小麥種植面積的同時，要避免農(nóng)戶為了追求自身利益，盲目地增加蔬菜種植面積，有效利用水價等經(jīng)濟手段，控制地下水開采量。(2)大力發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)，提高水資源的利用率。節(jié)水技術(shù)方面，加強節(jié)水技術(shù)的培訓(xùn)和節(jié)水工具的推廣，嚴(yán)格避免大水漫灌現(xiàn)象；節(jié)水意識方面，加強宣傳教育力度，使農(nóng)民切實認識到地下水超采的現(xiàn)狀和嚴(yán)重性，倡導(dǎo)節(jié)約水資源的生活方式。(3)控制機井?dāng)?shù)量的同時，嚴(yán)格控制機井深度。抑制深井發(fā)展灌溉農(nóng)業(yè)，盡量使用外調(diào)水、循環(huán)水等水源來替代地下水，避免一味地鑿井，單純地開采地下水。(4)大力發(fā)展經(jīng)濟，提高經(jīng)濟發(fā)展水平。努力發(fā)展二三產(chǎn)業(yè)，并加強二三產(chǎn)業(yè)與農(nóng)業(yè)的結(jié)合，促進一二三產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)高成本、高資源消耗的發(fā)展方式為產(chǎn)出高效、產(chǎn)品安全、資源節(jié)約、環(huán)境友好的可持續(xù)發(fā)展方式?！?/p>

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(責(zé)任編輯 李婷婷)

Effects of Agriculture Planting Structure and Other Factors on Groundwater Overdraft in Hebei Province

LIAN Yu-yang1，LIU Jing1，ZHANG Tian-cai2

(1Institute of Agricultural Economics and Development of CAAS，Beijing 100081，China；2The Agriculture Regional Planning Office of Hebei Province，Shijiazhuang 050051，China)

This paper analyzed the influencing factors of the shallow groundwater level and the deep groundwater level of Hebei province separately with econometric method，which was based on the related data about groundwater level and agriculture planting structure of Hebei province in 2001—2014.The results showsed that agricultural planting structure，population，effective irrigation area，the number of shaft and economic development level all had different degree of influences on the over-exploited groundwater in Hebei province.According to the article，in order to control the over-exploited groundwater，we should adjust the agriculture planting structure appropriately to local conditions.In addition，we should develop water-saving agriculture vigorously to improve the utilization rate of water resources.Thirdly，we should control the number of wells，and control the depth of wells properly.Finally，we can develop the economy vigorously and improve the level of economic development.

Hebei province；groundwater overdraft；groundwater level；agriculture planting structure

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程(項目編號：ASTIP-IAED-2015-07)。

連煜陽(1993— )，女，在讀碩士研究生，研究方向：資源環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展。

劉 靜(1974— )，女，博士，研究員，博士生導(dǎo)師，研究方向：農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境、農(nóng)村發(fā)展、水資源利用等。