河北省農(nóng)業(yè)灌溉水資源價(jià)值分析

摘要：

為提升河北省農(nóng)業(yè)灌溉水資源利用效率，緩解其地下水超采問(wèn)題，以冬小麥—夏玉米為研究對(duì)象，基于C—D生產(chǎn)函數(shù)計(jì)算河北省農(nóng)業(yè)灌溉用水產(chǎn)出彈性，進(jìn)一步求解各地市農(nóng)業(yè)灌溉水資源價(jià)值，并探析河北省農(nóng)業(yè)灌溉水資源價(jià)值的時(shí)空變異特征及驅(qū)動(dòng)力機(jī)制。結(jié)果表明：研究區(qū)冬小麥和夏玉米灌溉用水產(chǎn)出彈性均大于0，表明灌溉水資源對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)起積極作用；研究期間，各市冬小麥灌溉水資源價(jià)值時(shí)間上呈波動(dòng)上升態(tài)勢(shì)，空間呈“中部gt;南部gt;北部”特征；夏玉米灌溉水資源價(jià)值時(shí)間上呈“先快速上升，后緩慢下降，再逐漸上升”態(tài)勢(shì)，空間特征表現(xiàn)為“南部gt;北部gt;中部”，夏玉米灌溉水資源價(jià)值整體高于冬小麥。通過(guò)優(yōu)化生產(chǎn)要素配置、推廣節(jié)水技術(shù)等措施可提高河北省農(nóng)業(yè)用水效率，進(jìn)一步促進(jìn)河北省農(nóng)業(yè)水資源可持續(xù)利用。

關(guān)鍵詞：河北??；農(nóng)業(yè)灌溉用水；水資源價(jià)值；冬小麥—夏玉米；C—D生產(chǎn)函數(shù)；時(shí)空變異

中圖分類號(hào)：S274

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-5553 （2025） 03-0277-08

收稿日期：2023年11月2日" 修回日期：2024年1月25日*

基金項(xiàng)目：河北省社會(huì)科學(xué)發(fā)展研究課題（20200203114）；河北省教育廳人文社會(huì)科學(xué)研究項(xiàng)目（SQ2021164）

第一作者：周淑梅，女，1984年，河北保定人，博士，副教授；研究方向?yàn)樯鷳B(tài)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)水文。E-mail： shumei1984@163.com

Analysis on the value of agricultural irrigation water resources in Hebei Province：

A case study of winter wheat and summer maize

Zhou Shumei1，" 2， Lu Na1，" 2， Li Jingjing1，" 2

（1. School of Economic and Management， Hebei University of Science and Technology， Shijiazhuang， 050018， China；

2. Center for Ecological Economy and Sustainable Development of Hebei Province， Shijiazhuang， 050018， China）

Abstract：

To improve the utilization efficiency of agricultural irrigation water resources and alleviate the over-extraction of groundwater in Hebei Province， winter wheat and summer maize are taken as the research subjects. Using the C—D production function， the output elasticity of agricultural irrigation water was calculated， followed by an assessment of the value of irrigation water resources in each city in Hebei Province. Furthermore， the temporal and spatial variability of agricultural irrigation water resource value and its driving mechanisms are analyzed. The results show that the output elasticity of irrigation water for winter wheat and summer maize is higher than 0， indicating the positive role of irrigation water in agricultural production. During the research period， the value of winter wheat irrigation water resources in each city showed a fluctuating upward trend over time， with a spatial pattern of “central region gt; southern region gt; northern region”. For summer maize， the temporal trend exhibited a “rapid increase， followed by a slow decline， and then gradual rise”， with a spatial distribution of “southern region gt; northern region gt; central region”. The overall value of irrigation water for summer maize exceeds that of winter wheat. Measures such as optimizing the allocation of production factors and promoting water-saving technologies can enhance the efficiency of agricultural water use and further support the sustainable utilization of agricultural water resources in Hebei Province.

Keywords：

Hebei Province; agricultural irrigation water; water resource value; winter wheat and summer maize; C—D production function; spatiotemporal variation

0 引言

水資源是人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展不可或缺的重要因素，隨著人口和經(jīng)濟(jì)的不斷增長(zhǎng)，各部門(mén)用水需求不斷攀升，人水矛盾日趨嚴(yán)峻［1］。河北省作為我國(guó)重要糧食生產(chǎn)基地，加之地表水資源有限，開(kāi)采地下水用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)灌溉極為普遍，導(dǎo)致地下水水位持續(xù)下降，成為我國(guó)面積最大的地下水“漏斗區(qū)”。目前，河北省農(nóng)業(yè)灌溉設(shè)施尚不完善，節(jié)水技術(shù)水平普遍落后，用水管理方式粗放，水資源浪費(fèi)十分嚴(yán)重，進(jìn)一步加劇了地下水超采問(wèn)題。2023年中央一號(hào)文件《中共中央 國(guó)務(wù)院關(guān)于全面推進(jìn)鄉(xiāng)村振興加快農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化的意見(jiàn)》明確指出應(yīng)加強(qiáng)水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，深入推進(jìn)農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革［2］；《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》特別指出，加快華北平原重點(diǎn)區(qū)域地下水超采綜合治理［3］?，F(xiàn)有研究表明，農(nóng)民節(jié)水意識(shí)可通過(guò)水價(jià)改革、灌溉節(jié)水技術(shù)的實(shí)施等措施進(jìn)行增強(qiáng)，從而提高灌溉水資源利用效率［4］。因此，構(gòu)建合理的農(nóng)業(yè)灌溉水資源價(jià)值評(píng)估模型并研究灌溉水資源價(jià)值時(shí)空變異特征對(duì)豐富水資源價(jià)值相關(guān)理論，合理制定水價(jià)，進(jìn)一步促進(jìn)地下水資源可持續(xù)利用具有重要科學(xué)意義。

常見(jiàn)的測(cè)算灌溉水資源價(jià)值的方法有影子價(jià)格法［5］、剩余價(jià)值法［6］、條件估值法［7］和能值理論［8］等。唐瑜等［9］應(yīng)用線性規(guī)劃求解南水北調(diào)受水區(qū)的影子價(jià)格；Chebil等［10］應(yīng)用隨機(jī)前沿生產(chǎn)函數(shù)法（SFA）測(cè)算突尼斯42個(gè)柑橘農(nóng)場(chǎng)的灌溉水資源影子價(jià)格。Rodrigues等［11］利用殘值法對(duì)葡萄牙阿倫特霍地區(qū)6個(gè)灌溉區(qū)代表性作物的農(nóng)民支付灌溉用水的意愿進(jìn)行評(píng)估，權(quán)衡了作物成本與灌溉水價(jià)格的合理性。韓剛［12］利用條件價(jià)值法分析蘭西縣長(zhǎng)崗灌區(qū)農(nóng)戶對(duì)水價(jià)的最大支付意愿，并利用ELES模型定量分析農(nóng)民實(shí)際經(jīng)濟(jì)承受能力。魯博文［13］根據(jù)稻田灌溉普遍性理論和能值理論，定量分析我國(guó)南方農(nóng)業(yè)用水的成本價(jià)格，提出完善農(nóng)業(yè)水價(jià)體制相關(guān)建議。相比其他方法，影子價(jià)格以其能夠校正非市場(chǎng)化對(duì)水資源價(jià)值扭曲的優(yōu)勢(shì)，在利用經(jīng)濟(jì)杠桿調(diào)節(jié)水資源供需矛盾研究方面應(yīng)用廣泛［14］。然而，影子價(jià)格法在以下層面仍存在缺失或不足：（1）求解方法：影子價(jià)格測(cè)算方法很多，當(dāng)前大部分研究采用線性規(guī)劃模型求解影子價(jià)格，然而線性規(guī)劃涉及的資源種類繁多，水資源與其他資源的數(shù)量經(jīng)濟(jì)關(guān)系難以確定［15，" 16］；（2）影響因素：對(duì)水資源影子價(jià)格影響因素研究還不夠全面，不同影響因素作用機(jī)制尚不明晰［17， 18］；（3）時(shí)間維度：目前已有研究大多測(cè)算某一時(shí)間點(diǎn)的靜態(tài)影子價(jià)格［19］，隨水資源量及外部環(huán)境變化，而對(duì)影子價(jià)格的動(dòng)態(tài)變化描述較為少見(jiàn)。

基于此，本文以河北省冬小麥和夏玉米為研究對(duì)象，應(yīng)用Eviews軟件多元回歸法篩選農(nóng)業(yè)投入變量，構(gòu)建研究區(qū)柯布道格拉斯生產(chǎn)模型；以灌溉水費(fèi)為變量對(duì)生產(chǎn)模型進(jìn)行微分求導(dǎo)運(yùn)算得到農(nóng)業(yè)灌溉用水產(chǎn)出彈性，進(jìn)一步求解不同地市農(nóng)作物灌溉水資源價(jià)值，結(jié)合時(shí)序折線圖和ArcGIS空間分布圖分析農(nóng)業(yè)水資源價(jià)值時(shí)空變異特征，為河北省節(jié)約農(nóng)業(yè)灌溉用水，提高用水效率，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)灌溉用水價(jià)格預(yù)測(cè)和水資源優(yōu)化配置提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)域概況

河北省地處華北平原北部，地跨北緯36′03′～42′40′，東經(jīng)113′27′～119′50′，現(xiàn)轄11個(gè)地級(jí)行政市，地勢(shì)西北高，東南低，如圖1所示。地處溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均降水量484.5mm，降水量分布特點(diǎn)為東南多西北少；1月平均氣溫在3℃以下，7月平均氣溫為18℃～27℃，四季分明。地處沿海開(kāi)放地區(qū)、中國(guó)經(jīng)濟(jì)由東向西梯次推進(jìn)發(fā)展的東部地帶，是典型的水資源匱乏地區(qū)。隨著全球氣候變暖，河北省生態(tài)環(huán)境發(fā)生顯著變化，氣候條件不穩(wěn)定，干旱形勢(shì)愈加明顯，降水量時(shí)空分配不均，地區(qū)間水資源總量存在差異，水資源供需矛盾明顯，導(dǎo)致河北省經(jīng)濟(jì)發(fā)展受到制約。其中，河北省農(nóng)業(yè)部門(mén)用水量最多，占全省總用水量一半以上。農(nóng)業(yè)用水問(wèn)題主要體現(xiàn)在地下水超采嚴(yán)重、水資源污染和浪費(fèi)以及農(nóng)業(yè)水價(jià)體系不完善等方面，河北省農(nóng)業(yè)用水現(xiàn)狀尚需進(jìn)一步改善和解決。

河北省小麥和玉米總年產(chǎn)量約占全省糧食總產(chǎn)量的92%（表1），而這兩種作物的地下水消耗量占比接近全省的70%［20］，說(shuō)明小麥和玉米灌溉用水是河北省地下水過(guò)度消耗的主要根源。因此，本文以冬小麥—夏玉米為代表作物，對(duì)河北省農(nóng)業(yè)灌溉水資源價(jià)值進(jìn)行研究，為緩解地下水超采，實(shí)現(xiàn)地下水資源可持續(xù)利用提供支持。結(jié)合實(shí)際情況，承德和張家口兩市冬小麥播種面積可以忽略不計(jì)，因此，僅對(duì)承德和張家口的夏玉米作物進(jìn)行灌溉水資源價(jià)值估算研究。此外，由于時(shí)間滯后性，秦皇島和廊坊兩市冬小麥和夏玉米作物部分投入成本數(shù)據(jù)難以獲取，因此不被納入本次研究地區(qū)。最終的冬小麥研究代表地區(qū)有石家莊、唐山、保定、滄州、衡水、邢臺(tái)和邯鄲7個(gè)地級(jí)市，夏玉米研究代表地區(qū)包括石家莊、承德、張家口、唐山、保定、滄州、衡水、邢臺(tái)和邯鄲9個(gè)地級(jí)市，這些地區(qū)能夠較大程度地反映河北省農(nóng)業(yè)整體用水情況。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文研究時(shí)間為2007—2021年，河北省各地市農(nóng)作物產(chǎn)量、播種面積、農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力、農(nóng)藥使用量、化肥使用量、種子使用量等農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)均來(lái)自各年份的《河北農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》《河北經(jīng)濟(jì)年鑒》及各市《統(tǒng)計(jì)年鑒》等統(tǒng)計(jì)資料。小麥和玉米歷年價(jià)格數(shù)據(jù)參考河北省糧油市場(chǎng)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)；農(nóng)藥、化肥、種子、機(jī)械、人工、土地成本和灌溉水費(fèi)等投入要素單位成本數(shù)據(jù)來(lái)源于歷年《全國(guó)農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》；各市灌溉用水量和年降水量數(shù)據(jù)源于歷年《河北省水資源公報(bào)》和各市《水資源公報(bào)》，根據(jù)研究區(qū)實(shí)際用水情況，小麥灌溉用水量按照各地農(nóng)田灌溉用水總量的55%～70%估算，玉米灌溉用水比例為30%～40%。

為科學(xué)精準(zhǔn)分析河北省各地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水的空間差異特征，于2021年6—9月對(duì)河北省部分地區(qū)冬小麥和夏玉米種植戶的作物種植與地下水壓采情況進(jìn)行調(diào)研，獲取微觀數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充。對(duì)田間灌溉用水和農(nóng)作物投入產(chǎn)出一手資料的有效樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和歸類，剔除異常值，對(duì)不連續(xù)和遺漏數(shù)據(jù)使用缺失值插補(bǔ)法（前后年份平均值）插值，獲得各地市農(nóng)業(yè)投入產(chǎn)出及地理等方面較為完整的長(zhǎng)時(shí)間序列數(shù)據(jù)，為后續(xù)農(nóng)業(yè)灌溉水資源價(jià)值研究提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2 研究方法

2.1 農(nóng)業(yè)灌溉用水生產(chǎn)函數(shù)模型

基于經(jīng)濟(jì)學(xué)中的柯布—道格拉斯（Cobb—Dauglas）生產(chǎn)函數(shù)理論，結(jié)合河北省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際情況，構(gòu)建農(nóng)業(yè)灌溉用水生產(chǎn)函數(shù)模型，求解水資源邊際生產(chǎn)價(jià)值（影子價(jià)格）。目前相關(guān)研究對(duì)投入產(chǎn)出指標(biāo)的選取一般以農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值作為總產(chǎn)出，農(nóng)業(yè)用水量、勞動(dòng)力、灌溉面積、化肥、農(nóng)藥、種子、土地和機(jī)械等因素作為投入因素［21，" 22］。Piao等［23］提出自然要素，如降水、氣溫、光照、云、霧和自然災(zāi)害等能夠較大程度地影響農(nóng)業(yè)用水效率。為更準(zhǔn)確分析灌溉水資源價(jià)值，投入成本除考慮勞動(dòng)力、資本和水資源等基本要素外，還加入自然資源要素—降水量，這是為了剔除降雨對(duì)農(nóng)業(yè)灌溉用水的影響，將降雨量視作為一個(gè)獨(dú)立變量。

運(yùn)用Eviews軟件進(jìn)行多元回歸，以農(nóng)產(chǎn)品總產(chǎn)出為因變量，以降雨量、化肥、農(nóng)藥、種子、人力、機(jī)械、灌溉水和土地共8項(xiàng)農(nóng)業(yè)投入為自變量，采用逐步回歸法擬合C—D生產(chǎn)函數(shù)模型，測(cè)算各模型參數(shù)，揭示模型參數(shù)潛在的經(jīng)濟(jì)學(xué)涵義。為控制產(chǎn)出及各投入要素質(zhì)量差異的影響，除降水量數(shù)據(jù)外，其他要素按照貨幣價(jià)值量代入模型。所構(gòu)建的農(nóng)業(yè)灌溉用水生產(chǎn)函數(shù)模型形式如式（1）所示。

lnY=

β0+β1lnX1+β2lnX2+β3lnX3+β4lnX4+β5lnX5+β6lnX6+β7lnX7+β8lnX8

（1）

式中： Y——農(nóng)產(chǎn)品總產(chǎn)出，億元；

β0——常數(shù)項(xiàng)；

β——要素的產(chǎn)出彈性；

X1——降雨量，108m3；

X2——化肥投入，億元；

X3——農(nóng)藥投入，億元；

X4——種子投入，億元；

X5——?jiǎng)趧?dòng)力投入，億元；

X6——機(jī)械投入，億元；

X7——灌溉水費(fèi)，億元；

X8——土地成本，億元。

根據(jù)邊際均衡理論，要素的邊際產(chǎn)出等于其產(chǎn)出彈性乘以單位要素對(duì)應(yīng)的總產(chǎn)出。因此，在農(nóng)業(yè)灌溉用水生產(chǎn)函數(shù)模型基礎(chǔ)上，以灌溉用水量為變量對(duì)生產(chǎn)函數(shù)模型進(jìn)行微分求導(dǎo)得到灌溉用水產(chǎn)出彈性，進(jìn)一步求解各地市不同農(nóng)作物灌溉用水邊際生產(chǎn)價(jià)值，即為估算的農(nóng)業(yè)灌溉水資源價(jià)值，計(jì)算如式（2）、式（3）所示。

2.2 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

為消除原始數(shù)據(jù)的量綱影響，先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱處理來(lái)消除數(shù)據(jù)間數(shù)量差異?？紤]模型變量為非負(fù)數(shù)，因此，采用極差標(biāo)準(zhǔn)化法進(jìn)行數(shù)據(jù)歸一化，計(jì)算如式（4）所示。

X′=X-XminXmax-Xmin

（4）

式中： X——變量原始值；

X′——X標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)值；

Xmax——變量最大值；

Xmin——變量最小值。

3 結(jié)果與分析

3.1 河北省農(nóng)業(yè)灌溉水資源價(jià)值估算

3.1.1 冬小麥灌溉用水產(chǎn)出彈性

參照式（1），利用Eviews軟件對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)進(jìn)行逐步多元回歸分析，消除變量間多重共線性的影響，減小參數(shù)估計(jì)量方差，從而提高農(nóng)業(yè)灌溉用水生產(chǎn)函數(shù)模型擬合優(yōu)度，各生產(chǎn)要素對(duì)河北省相關(guān)市冬小麥總產(chǎn)出的產(chǎn)出彈性見(jiàn)表2。

由表2可知，各地市生產(chǎn)要素對(duì)冬小麥總產(chǎn)出的影響效應(yīng)存在顯著差異，與地區(qū)灌溉用水、糧食收購(gòu)與補(bǔ)貼政策、地理氣候及農(nóng)業(yè)市場(chǎng)環(huán)境等因素有主要關(guān)系。生產(chǎn)要素產(chǎn)出彈性為正值時(shí)，該生產(chǎn)要素對(duì)農(nóng)作物總產(chǎn)出發(fā)揮正向效應(yīng)，因此，增加該要素投入將有效提升糧食總產(chǎn)出；反之，發(fā)揮負(fù)向效應(yīng)，要素投入的增加不能有效提升糧食總產(chǎn)出。本節(jié)主要對(duì)灌溉水資源價(jià)值進(jìn)行估算，因此，只分析灌溉用水對(duì)冬小麥的產(chǎn)出彈性，對(duì)其他要素產(chǎn)出彈性不再進(jìn)行分析。

灌溉水資源是小麥生產(chǎn)過(guò)程中一項(xiàng)必不可少的投入要素。由表2可知，石家莊、唐山、保定、滄州、衡水、邢臺(tái)和邯鄲的冬小麥灌溉用水產(chǎn)出彈性依次為0.437、0.276、0.113、0.277、0.045、0.096和0.195，產(chǎn)出彈性范圍為［0.045， 0.437］，且彈性值均大于0，表明灌溉水對(duì)冬小麥生產(chǎn)起正向促進(jìn)作用，增加灌溉用水量將提高小麥總產(chǎn)出。此外，各地冬小麥灌溉用水產(chǎn)出彈性系數(shù)大小不同，即農(nóng)業(yè)灌溉水資源投入對(duì)冬小麥總產(chǎn)出的影響存在空間差異，其中，灌溉用水對(duì)石家莊冬小麥總產(chǎn)出的影響最顯著，對(duì)衡水冬小麥總產(chǎn)出的影響最小。

3.1.2 夏玉米灌溉用水產(chǎn)出彈性

參照小麥灌溉用水生產(chǎn)函數(shù)擬合過(guò)程，對(duì)玉米生產(chǎn)數(shù)據(jù)做相似處理，得到各生產(chǎn)要素對(duì)河北省相關(guān)市夏玉米總產(chǎn)出的產(chǎn)出彈性系數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3可知，石家莊、承德、張家口、唐山、保定、滄州、衡水、邢臺(tái)和邯鄲夏玉米灌溉用水的產(chǎn)出彈性分別為0.195、0.349、0.325、0.092、0.089、0.175、0.147、0.559、0.576，產(chǎn)出彈性范圍為［0.089， 0.576］，彈性值均大于0，表明農(nóng)業(yè)灌溉水資源要素對(duì)河北省夏玉米總產(chǎn)出有積極作用，增加灌溉用水量在一定程度上能夠促進(jìn)夏玉米總產(chǎn)出的增長(zhǎng)。其中，灌溉水資源要素投入對(duì)邯鄲夏玉米總產(chǎn)出的影響最大，對(duì)保定玉米總產(chǎn)出的影響最小。

3.1.3 冬小麥和夏玉米的灌溉水資源價(jià)值

將上述各地區(qū)小麥和玉米灌溉用水的產(chǎn)出彈性、作物總產(chǎn)出和灌溉用水量數(shù)據(jù)分別代入式（3），測(cè)算2007—2021年河北省各地市冬小麥和夏玉米灌溉水資源價(jià)值，結(jié)果見(jiàn)表4和表5。

灌溉水資源價(jià)值的高低反映了單位水資源產(chǎn)生的效益大小，為水價(jià)的合理制定提供參考依據(jù)。觀察表4和表5可知，2007—2021年各地冬小麥灌溉水資源價(jià)值平均值范圍為0.216～2.308元/m3，滄州冬小麥灌溉水資源價(jià)值平均值最大，為2.308元/m3，衡水最小，為0.216元/m3；夏玉米灌溉水資源價(jià)值平均值范圍為0.574～4.898元/m3，其中邯鄲夏玉米灌溉水資源價(jià)值平均值最大，為4.898元/m3，唐山最小，為0.532元/m3?？v向來(lái)看，同一地區(qū)作物灌溉水資源價(jià)值隨時(shí)間序列而變化；橫向來(lái)看，同一時(shí)期不同地區(qū)的作物灌溉水資源價(jià)值存在差異?？傮w來(lái)看，冬小麥和夏玉米的灌溉水資源價(jià)值存在顯著的時(shí)空差異。此外，同一時(shí)期同一地區(qū)冬小麥和夏玉米的灌溉水資源價(jià)值也明顯不同，即不同作物之間的灌溉水資源價(jià)值也有區(qū)別。

3.2 河北省農(nóng)業(yè)灌溉水資源價(jià)值時(shí)空變異特征

基于3.1節(jié)各市冬小麥和夏玉米灌溉水資源價(jià)值估算結(jié)果，一方面繪制時(shí)間序列折線圖，縱向觀察同地市不同時(shí)期冬小麥和夏玉米灌溉水資源價(jià)值的時(shí)間變化規(guī)律。另一方面，借助ArcGIS軟件，繪制河北省冬小麥和夏玉米作物灌溉水資源價(jià)值的空間分布圖，橫向?qū)Ρ炔煌厥泄喔人Y源價(jià)值差異。

3.2.1 冬小麥灌溉水資源價(jià)值時(shí)空變異特征

1） 時(shí)間演變特征。時(shí)間序列折線圖反映了各地區(qū)灌溉水資源價(jià)值隨時(shí)間的變化特征，且年與年之間的波動(dòng)相當(dāng)大，這與氣候、灌溉用水量和作物市場(chǎng)價(jià)格的逐年變化有關(guān)。時(shí)間序列清楚地顯示了整體灌溉水資源價(jià)值的積極趨勢(shì)，而原始數(shù)據(jù)顯示降水量和灌溉水費(fèi)隨時(shí)間變化的特征并不明顯，進(jìn)一步依據(jù)生產(chǎn)函數(shù)模型，可知灌溉水資源價(jià)值的積極趨勢(shì)主要是作物價(jià)格上漲的原因。

由圖2可知，2007—2021年各市冬小麥灌溉水資源價(jià)值整體呈波動(dòng)上升態(tài)勢(shì)，單位用水所產(chǎn)生的邊際效益逐漸增加，間接反映隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，各市農(nóng)業(yè)灌溉用水經(jīng)濟(jì)效率不斷提升，河北省小麥用水狀況逐漸好轉(zhuǎn)。具體來(lái)看，2007—2014年上升趨勢(shì)明顯，這可能與國(guó)家大力興建節(jié)水工程、推廣節(jié)水技術(shù)有關(guān)。2014—2015年出現(xiàn)短暫回落，這可能與勞動(dòng)力等生產(chǎn)要素投入成本提高有較大關(guān)聯(lián)。2015—2021年，各地區(qū)冬小麥灌溉水資源價(jià)值波動(dòng)變化，該時(shí)期農(nóng)業(yè)水價(jià)進(jìn)行綜合改革，節(jié)水政策生效的時(shí)間節(jié)點(diǎn)與長(zhǎng)度存在波動(dòng)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適應(yīng)政策變化并維持穩(wěn)定增長(zhǎng)狀態(tài)仍面臨諸多阻礙，導(dǎo)致灌溉水資源價(jià)值變化不穩(wěn)定。

區(qū)域?qū)用嫔?，滄州和石家莊上升幅度和波動(dòng)趨勢(shì)較大，灌溉水資源價(jià)值較高且受影響顯著；其次是保定，灌溉水資源價(jià)值由2007年的0.284元/m3增加到2021年的0.996元/m3，用水效率明顯提升；邯鄲、邢臺(tái)、唐山和衡水變化趨勢(shì)相似，但遠(yuǎn)小于滄州和石家莊灌溉水資源價(jià)值。對(duì)2007—2021年各市冬小麥灌溉水資源價(jià)值的平均值從大到小進(jìn)行排序：滄州gt;石家莊gt;邯鄲gt;邢臺(tái)gt;保定gt;唐山gt;衡水，這與各市冬小麥灌溉耗水量、水費(fèi)成本、種植面積及小麥總收益密切相關(guān)。此外，近幾年為緩解華北地區(qū)地下水嚴(yán)重超采問(wèn)題，中央及地方出臺(tái)了一系列地下水超采綜合治理和農(nóng)業(yè)水價(jià)改革等政策，政策實(shí)施后，河北省部分地區(qū)冬小麥灌溉水資源價(jià)值逐步提高，粗放式用水方式、水資源浪費(fèi)及污染等問(wèn)題得到改善。

2） 空間變化特征。由時(shí)間序列折線圖變化可知灌溉水資源價(jià)值在不同區(qū)域間也存在顯著差異，為進(jìn)一步探討河北省冬小麥灌溉水資源價(jià)值的空間特征，選取2021年研究數(shù)據(jù)和測(cè)算結(jié)果，借助ArcGIS軟件繪制河北省不同地市的冬小麥灌溉水資源價(jià)值的空間分布圖。為更直觀觀察河北省灌溉水資源價(jià)值空間變化特征，對(duì)未研究的地區(qū)取相鄰地市灌溉水資源價(jià)值的平均值。

由表4和圖3可知，2021年河北省冬小麥灌溉水資源價(jià)值在空間上呈現(xiàn)“中部gt;南部gt;北部”的特點(diǎn)，即空間分布不均。從各地冬小麥灌溉水資源價(jià)值來(lái)看，石家莊最高，為3.351元/m3，這意味著每單位灌溉用水為小麥生產(chǎn)帶來(lái)3.351元的經(jīng)濟(jì)效益；其次是滄州，為2.834元/m3；邯鄲、保定和邢臺(tái)分別為1.015元/m3、0.996元/m3和0.953元/m3；唐山和衡水相對(duì)偏低，分別為0.341元/m3和0.330元/m3。各地冬小麥種植的農(nóng)資投入、播種面積、灌溉用水量和冬小麥價(jià)格的顯著不同是灌溉水資源價(jià)值差異的主要原因。依據(jù)投入產(chǎn)出情況，石家莊和滄州冬小麥農(nóng)資投入和平均灌溉用水量均較低，石家莊冬小麥單產(chǎn)高于滄州，因此，石家莊冬小麥灌溉水資源價(jià)值較高。邯鄲、邢臺(tái)位于河北省南部地區(qū)，小麥種植面積較多，總產(chǎn)值高，平均灌溉用水量適中，單位用水產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益要高于小麥種植規(guī)模較小的北部城市。唐山處于沿海地區(qū)，小麥種植面積和總產(chǎn)量較少，而平均生產(chǎn)投入成本過(guò)高，導(dǎo)致灌溉用水經(jīng)濟(jì)效益較低。衡水小麥農(nóng)資投入、灌溉水費(fèi)和平均灌溉用水量普遍高于其他幾個(gè)地區(qū)，高成本投入與低用水效率使得其小麥灌溉水資源價(jià)值最低。相關(guān)地區(qū)應(yīng)科學(xué)優(yōu)化生產(chǎn)資料投入，加強(qiáng)灌溉用水節(jié)約管理，促進(jìn)用水效率提升，從而縮小與灌溉水資源價(jià)值較高地區(qū)間的差距。

3.2.2 夏玉米灌溉水資源價(jià)值時(shí)空特征

1） 時(shí)間演變特征。由圖4可知，2007—2021年各地市夏玉米灌溉水資源價(jià)值變化趨勢(shì)相似，整體呈波動(dòng)上升態(tài)勢(shì)，灌溉用水經(jīng)濟(jì)效率整體提高。2007—2011年，多數(shù)地市夏玉米灌溉水資源價(jià)值處于上升階段；2011—2016年，夏玉米灌溉水資源價(jià)值呈現(xiàn)陸續(xù)下降趨勢(shì)；2016—2021年，大部分研究區(qū)灌溉水資源價(jià)值大幅度增加，開(kāi)始第二次上升，主要由于2016年國(guó)家發(fā)布的水價(jià)改革政策在河北省相關(guān)試點(diǎn)的實(shí)施影響了農(nóng)戶灌溉用水決策行為，使農(nóng)業(yè)灌溉用水效率在一定程度得到提升，加快了河北省農(nóng)業(yè)水資源的可持續(xù)利用和發(fā)展。同時(shí)，玉米灌溉水資源價(jià)值的顯著提高，說(shuō)明河北省對(duì)玉米生產(chǎn)的有效管理和節(jié)水灌溉措施的推進(jìn)均取得階段性成效。

研究期間，夏玉米灌溉水資源價(jià)值波動(dòng)在空間上存在差異，各地級(jí)市大致可分為3個(gè)梯隊(duì)：邯鄲、邢臺(tái)波動(dòng)幅度和數(shù)值均較大；滄州、承德和張家口變化態(tài)勢(shì)相似且幅度相近，灌溉水資源價(jià)值處于中間行列；衡水、石家莊、保定和唐山呈緩慢上升趨勢(shì)，同一時(shí)期下灌溉水資源價(jià)值相近，位于較低水平。對(duì)2007—2021年各市夏玉米灌溉水資源價(jià)值的平均值從大到小排序：邯鄲gt;邢臺(tái)gt;承德gt;滄州gt;張家口gt;衡水gt;石家莊gt;保定gt;唐山，該結(jié)果主要受到各市灌溉用水量、水費(fèi)、種植規(guī)模以及玉米市場(chǎng)價(jià)格等因素影響。

2） 空間變化特征。利用ArcGIS繪制2021年河北省各地區(qū)夏玉米灌溉水資源價(jià)值的空間分布圖，橫向?qū)Ρ炔煌厥邢挠衩坠喔人Y源價(jià)值的空間差異，見(jiàn)圖5。

由表5和圖5可知，2021年河北省夏玉米灌溉水資源價(jià)值在空間分布上具有非均衡性，邢臺(tái)灌溉水資源價(jià)值最高，為8.653元/m3；唐山最低，為0.905元/m3。與冬小麥灌溉水資源價(jià)值空間特征表現(xiàn)不同，夏玉米灌溉水資源價(jià)值呈現(xiàn)“南部gt;北部gt;中部”的空間特征，這與作物播種面積和總產(chǎn)量、降水量、生長(zhǎng)季節(jié)有一定關(guān)系。結(jié)合原始投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，與邢臺(tái)相比，邯鄲玉米單產(chǎn)雖高，但過(guò)多的平均灌溉用水量投入使得其灌溉水資源價(jià)值低于邢臺(tái)。唐山玉米播種面積和農(nóng)資投入成本大于張家口和承德，灌溉用水量最多，用水過(guò)量與生產(chǎn)成本投入較高導(dǎo)致其水資源產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益最低。有關(guān)政府部門(mén)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)唐山玉米灌溉用水的科學(xué)管理，優(yōu)化生產(chǎn)資料配置，提高夏玉米灌溉用水邊際效益，促進(jìn)地下水資源高效利用。

3.2.3 冬小麥和夏玉米的灌溉水資源價(jià)值異同分析

河北省冬小麥和夏玉米灌溉水資源價(jià)值在時(shí)間上均呈現(xiàn)波動(dòng)上升態(tài)勢(shì)，說(shuō)明研究期間河北省農(nóng)業(yè)用水狀況不斷改善，農(nóng)業(yè)水資源利用經(jīng)濟(jì)效率整體提高，這離不開(kāi)中央及地方出臺(tái)的一系列地下水超采綜合治理和農(nóng)業(yè)水價(jià)改革等政策的推動(dòng)，激勵(lì)并規(guī)范農(nóng)戶參與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)節(jié)約用水實(shí)踐，有效緩解粗放式用水、水資源浪費(fèi)及污染等局面。

研究發(fā)現(xiàn)，同一地區(qū)夏玉米灌溉水資源價(jià)值普遍高于冬小麥灌溉水資源價(jià)值。一方面，作物投入成本、種植規(guī)模和作物價(jià)格水平的不同導(dǎo)致兩種作物水資源價(jià)值存在差異。另一方面，兩種作物生長(zhǎng)季節(jié)和灌溉次數(shù)不同，也造成價(jià)值差異的存在。玉米生長(zhǎng)季節(jié)在夏季，灌溉1次即可，而小麥生長(zhǎng)季節(jié)在秋冬春季，需灌溉2～4次［15］。由于夏季雨熱同期，玉米灌溉需水量較少，所需灌溉次數(shù)較少。灌溉成本的降低，使得單位灌溉水資源產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益增加，灌溉水資源價(jià)值提高。在此基礎(chǔ)上，由于地理位置和氣候條件限制，越往南部地區(qū)降雨量越多，河北省南部玉米灌溉水資源價(jià)值總體高于中部和北部。因此，冬小麥和夏玉米灌溉水資源價(jià)值的空間演變特征存在一定差異。

4 討論

突破以往研究的時(shí)間和空間局限，從微觀角度對(duì)河北省農(nóng)業(yè)灌溉水資源價(jià)值的時(shí)空演變特征進(jìn)行研究與分析，并在生產(chǎn)投入要素中考慮自然環(huán)境因素——降水量的影響，從而提高精確灌溉水資源價(jià)值測(cè)算的合理性。除了降水量，未來(lái)研究可以考慮更多的自然環(huán)境因素，如溫度、蒸發(fā)量等。

由于數(shù)據(jù)獲取限制，部分農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、投入要素成本及作物價(jià)格數(shù)據(jù)存在缺失，通過(guò)插值法和查閱文獻(xiàn)資料獲取二手?jǐn)?shù)據(jù)，加之研究數(shù)據(jù)獲取層面不同，可能對(duì)測(cè)算結(jié)果有一定影響?，F(xiàn)有文獻(xiàn)主要針對(duì)某一縣的部分村莊進(jìn)行調(diào)研，數(shù)據(jù)樣本量較?。槐疚闹黧w數(shù)據(jù)來(lái)自宏觀角度的各地市面板數(shù)據(jù)，結(jié)合微觀調(diào)研進(jìn)行數(shù)據(jù)補(bǔ)充。宏微觀結(jié)合的數(shù)據(jù)獲取方式一定程度上彌補(bǔ)了數(shù)據(jù)缺失的影響。但微觀數(shù)據(jù)的獲取方式需要更加嚴(yán)格與科學(xué)，從而增強(qiáng)數(shù)據(jù)的可靠性。

5 結(jié)論

以冬小麥—夏玉米為代表作物，基于河北省各地級(jí)市作物投入產(chǎn)出、農(nóng)業(yè)用水及地理等面板數(shù)據(jù)，利用改進(jìn)的C—D生產(chǎn)函數(shù)測(cè)算河北省農(nóng)業(yè)灌溉用水產(chǎn)出彈性和水資源價(jià)值，結(jié)合時(shí)序折線圖和ArcGIS空間圖探析其時(shí)空變異特征，從價(jià)值角度分析河北省農(nóng)業(yè)水資源利用效率。

1） 冬小麥和夏玉米灌溉用水產(chǎn)出彈性范圍為0.045～0.576。灌溉用水對(duì)石家莊冬小麥總產(chǎn)出的影響最大，對(duì)衡水冬小麥總產(chǎn)出的影響最??；灌溉水資源要素投入對(duì)邯鄲夏玉米總產(chǎn)出的影響最大，對(duì)保定夏玉米總產(chǎn)出的影響最小。

2） 研究期間，各市冬小麥灌溉水資源價(jià)值整體呈波動(dòng)上升態(tài)勢(shì)；空間上呈“中部gt;南部gt;北部”的特征。夏玉米灌溉水資源價(jià)值在時(shí)間上處于“先快速上升，后緩慢下降，再逐漸上升”的態(tài)勢(shì)，空間特征表現(xiàn)為“南部gt;北部gt;中部”。

整體來(lái)看，灌溉水資源要素投入對(duì)河北省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)揮積極促進(jìn)作用，這種積極影響程度在空間上存在差異。河北省冬小麥和夏玉米灌溉水資源價(jià)值在時(shí)間上均呈現(xiàn)波動(dòng)上升態(tài)勢(shì)，但夏玉米灌溉水資源價(jià)值整體高于冬小麥，且存在明顯時(shí)空特征差異，除與作物投入成本、種植規(guī)模和作物價(jià)格水平有關(guān)外，與作物生長(zhǎng)季節(jié)、地理位置和氣候條件也有關(guān)。盡管河北省農(nóng)業(yè)水資源利用效率整體提高，水資源利用狀況得到改善，但仍存在提升空間?？梢酝ㄟ^(guò)優(yōu)化生產(chǎn)要素配置、推廣節(jié)水灌溉技術(shù)以及完善用水管理機(jī)制等措施提高農(nóng)業(yè)用水效率，從而緩解和改善地下水超采等問(wèn)題，促進(jìn)地下水資源的可持續(xù)利用。

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