發布時間：2021-10-13所屬分類：農業論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要為厘清中國農業水資源的研究現狀和方向，探究農業水資源生產率概念區別、評價方法和提高路徑，采用文獻綜述的研究方法，對已有研究進行系統性總結和梳理。結果表明：第一，農業水資源生產率的經濟學含義為，在相同的技術水平和產出下，投入單位農業水資
摘要為厘清中國農業水資源的研究現狀和方向，探究農業水資源生產率概念區別、評價方法和提高路徑，采用文獻綜述的研究方法，對已有研究進行系統性總結和梳理。結果表明：第一，農業水資源生產率的經濟學含義為，在相同的技術水平和產出下，投入單位農業水資源量的經濟產出，故需要控制相關變量的影響下，才能在不同個體間直接比較;第二，經濟學評價方法包括全要素生產率指數法、前沿面模型法和演繹類方法等，前沿面模型法中，全要素農業水資源生產效率可以更加全面的評價農業水資源生產率;演繹類方法中，水文模型與可計算一般均衡模型結合的復合模型可以綜合多學科的研究優勢;第三，農業水資源生產率的直接路徑包括農業水資源開發、灌溉節水技術擴散，間接路徑包括市場化政策、農戶節水激勵和農業水資源管理組織，明確多種路徑間的相互作用是制定綜合管理模式的關鍵。因此，農業水資源生產率的經濟學研究需要在綜合框架下開展，包括明確研究目標、加強學科間合作、制定區域差異化提升策略等。
關鍵詞農業水資源管理;農業水資源生產率;評價方法;提高路徑
農業水資源生產率是平衡糧食安全和農業水資源可持續利用的重要工具。在世界范圍內，農業是主要的水資源消耗部門，農業用水占全球總用水量的70%，一些不發達國家達到85%以上。當前農業水資源供需矛盾愈加突出，快速減少的灌溉用水量將對糧食生產能力產生嚴重影響。然而，中國單方灌溉水的糧食產量為1.1kg，遠低于先進國家的2.5～3.0kg[1]，大幅提高農業水資源生產率成為中國農業發展的長期任務。鑒于農業生產和水資源可持續利用的重要意義，農業水資源生產率得到了廣泛關注，已取得了豐富的研究結果。盡管自然學科領域的許多文獻對農業水資源利用評價指標進行了綜述，但缺乏經濟學視角下對農業水資源生產率的評價方法和提高路徑的總結。因此，本研究首先梳理經濟學視角下農業水資源生產率概念，然后從評價方法和提高路徑2個方面綜述農業水資源生產率的經濟學研究，以期為農業生產、水資源管理、可持續發展等研究提供參考。
1農業水資源生產率的定義
1.1農業水資源
狹義上，水資源指可被人類開發利用的淡水資源，包括可更新的地表水和地下水資源，農業水資源指以灌溉形式被利用的地表水、地下水和其他水資源。經濟學研究中常用狹義農業水資源概念，即種植業中以灌溉形式被利用的地表水、地下水和其他水資源。
為更好評價農業水資源利用，需要明確研究尺度。農業水資源利用時間尺度可用時、天、月、年等衡量，空間尺度常用田間、灌區或流域等。明確研究尺度的原因主要是：第一，在農業水資源量核算方面，存在回歸水的重復利用現象[2]，不同尺度水資源量核算有差異;第二，在農業產出測算方面，不同尺度的農業產出內涵差異較大;第三，灌溉系統各要素的時空異質性導致不同尺度的非線性特征，大尺度與同等倍數的小尺度研究結果不具有可比性[3];第四，不同尺度涉及的利益相關主體存在差異。Molden等[4]提出了水平衡框架，從水循環系統的角度較為詳細地描述了水資源在某一區域轉化和消耗過程。
在經濟學中，研究尺度主要指微觀和宏觀，前者主要研究消費者、農戶、廠商等單個經濟單位的行為及資源配置，后者主要研究社會范圍內的經濟運作方式以實現社會福利最大化。結合自然學科和經濟學的尺度概念，可歸納出研究農業水資源的4個尺度：農田、農戶、流域和社會尺度，已有經濟學研究更關注農戶和社會尺度，聚焦于年度變化。
1.2農業水資源生產率的非經濟學概念發展
工程學和農學等學科在農業水資源利用領域的文獻較多，有必要進行辨別以避免概念混淆。由于學科間研究目標不同，自然學科對農業水資源生產率沒有統一的定義，包括灌溉效率、有效灌溉效率、水分利用效率和水分生產率等多種指標。
在工程學領域，灌溉效率指農作物蒸騰消耗水與抽取灌溉水的比值，前者減去有效降雨量得到農作物灌溉耗水量，后者減去輸水過程中的損失量得到可用灌溉水。有效灌溉效率指農作物灌溉耗水量與田間凈灌溉水量的比值，其中田間凈灌溉水量指實際灌入田間的有效水量和末級固定渠道放出的凈水量的差值。在農學和植物生理學領域，水分利用效率和水分生產率更多關注農作物產量形成的水生理生化過程，前者指產量或生物量與蒸散量的比值，后者指農業產量或產值與水資源利用量的比值，其中水資源利用量可包括抽取灌溉水、降雨量、實際灌溉水量或蒸騰用水量等。水分生產率概念較為豐富，優勢在于水資源類型區分非常精細，農業產出的概念也不斷擴大，適合于不同尺度間比較和轉換。
自然學科對農業水資源利用的評價指標均在單一要素框架下定義，含義明確且易于理解，但存在以下問題：第一，不同尺度間不同指標轉換非常困難;第二，單要素農業水資源生產率提高本身不是農戶目標，即使作為目標也無法明確為減少水資源投入還是提高產出;第三，灌溉效率、水分生產率的高低并不反應與水資源有關變化，很有可能需要更多的勞動力，更好的田間管理以及其他額外的投入，無法衡量相關的成本收益變化。因此，2018年國際水資源管理所研究報告提出，從尺度、數據、目標等角度，對水分生產率進行重新思考展[5]，以理解農業水資源有效利用水平提高的真實驅動因素。
1.3農業水資源生產率的經濟學概念發展
經濟學文獻中，生產率含義為產出與投入比，包括單要素生產率、全要素生產率及其各類基于非期望產出等修正類型，生產率越高表示農業生產管理水平越高。效率的含義為投入或產出的觀測值與最優值的比值，屬于無單位量綱，與一個基準比較才能評價某個體生產率是否有提高潛力。傳統要素主要包括土地、勞動和資本，20世紀之前水資源并不存在廣泛的稀缺性，一般簡單計算為資本的一部分。
進入20世紀30年代后，農業水資源利用與管理的成本收益研究在美國興起，常見的評價指標是成本收益率、內部收益率和凈現值等，目的是提高經濟效率、區域經濟援助評估和收入再分配，本質上沒有關注農業水資源的價值[6]。隨著適合于農業生產的土地不斷被開發，農業開發項目需要更全面分析灌溉的成本收益。隨后，Young等[6]提出殘值法計算灌溉水邊際經濟價值，每單位商品水量給用水者帶來的利益增值，將預估的總產出價值減去除灌溉水外的其他所有估算的生產成本，近似得到凈租金或給出不可定價的生產要素的生產價值。
20世紀70年代初，戰后繁榮和中產階級的財富導致戶外娛樂需求的增加，經濟學研究者和公眾對生態環境的非經濟價值認識逐漸清晰。1968年羅馬俱樂部成立，并在1970年《人類環境宣言》和1980年《世界自然保護大綱》的基礎上，形成1987年“布倫特蘭報告”，其中正式提出了可持續發展框架，自然資本概念隨之形成。20世紀80年代后，農業水資源生產率的經濟學研究開始大量涌現�；诖罅课墨I的討論，經濟學研究一般將農業水資源生產率定義為“一定的經濟環境與技術條件下，投入單位農業水資源量的經濟產出”，可根據研究目標確定農業水資源和農業產出的具體含義。實際上，農業水資源生產率與水分生產率的計算形式是相同的，均是單位農業水資源的農業產出，重要區別在于3點：
1)農學意義下的水分生產率在一定的作物品種和耕作栽培條件下，可用來直接比較。經濟學意義下農業水資源生產率基本是不可直接比較的，需要利用效率指數才能對比，例如2個農戶的農業水資源生產率均是1kg/m3，但并不能認為二者的農業水資源利用水平相等，需要二者在相同技術水平、相同經濟環境和相同種植模式下才能比較。
2)在大多數經濟學研究中，農業水資源生產率多關注農戶尺度和社會尺度，農業水資源投入指農業灌溉水的引水量，較少考慮回歸水或輸水滲漏，屬于多要素投入生產過程的單一要素生產率。產出范圍選擇具有一定的主觀性，通常為產量或產值，還可以包括非農業產值、生態環境非市場價值、非期望產出、社會福利等。
3)與水分生產率相比，農業水資源生產率對農業水資源投入量的界定相對粗糙，大多關注農戶尺度和社會尺度，缺少流域尺度，也較少考慮不同灌溉主體間的相互聯系。
2農業水資源生產率的經濟學評價方法
對農業水資源生產率的經濟學評價起源于大規模灌溉工程的成本收益分析，經過多年發展，農業水資源生產率的評價方法大致分為3類：全要素生產指數法、前沿面模型法和演繹類方法[7]，具有各自的優缺點(表1)。全要素生產指數法側重于分析農業水資源對農業增長的影響，Frank等[8]認為作為稀缺要素的水資源的機會成本并不比勞動、資本等要素的價值低，進而提出全資源生產率概念，將農業水資源納入到全要素生產率指數中，以更好地分析農業增長。但是，無法專門針對農業水資源開展研究，已逐漸與前沿面方法相融合，所以本研究主要總結前沿面模型法和演繹類方法。
2.1前沿面模型法
前沿面模型法屬于多投入和多產出模型，投入可以包括勞動力、資本、自然資源等，產出可以包括產值、副產品、非期望產出、正外部性價值等，一般依據研究問題從多維度進行選擇。1957年Farrell[9]提出前沿面模型測算技術效率，1979—2005年基于前沿面模型的文章為167篇，其中29篇涉及到了水資源[10]，主要基于數據包絡分析模型(DEA)和隨機前沿生產函數模型(SFA)及其擴展模型，將水資源作為投入要素之一，側重分析總體技術效率變化。例如，Fraser等[11]利用DEA方法，將農業水資源作為投入要素之一分析技術效率，結論是在現有技術水平下，達到最優的效率水平農業水資源投入可以減少六分之一。關于中國的研究結論較為一致，利用省級面板數據測算糧食水資源生產率[12-13]得到的結論有2個共同點：全國糧食水資源生產率在時間維度上不斷提高，但依舊處于較低水平;糧食水資源生產率的區域差異較大，且有隨著時間分化的趨勢。
利用農戶調研數據測算糧食水資源生產率得到的結論：一方面是農業水資源生產率平均水平較低，具有較大的提升空間;另一方面是不同類型農戶的農業水資源生產率存在較大差異。在農戶個體差異化方面，對規模化[14]、產業化[15]、收斂化[16]等不同水平的農戶灌溉效率均有研究。
不過，在前沿面模型中，將農業水資源作為生產要素之一時，總體技術效率并不完全等于農業水資源生產率變化。Karagiannis等[17]利用SFA評價農業水資源生產率時，強調不同于工程學的灌溉效率，文中指標是基于農業水資源的技術效率，即“在現有技術水平和投入產出水平下理論可行的農業水資源最小值與實際使用的農業水資源的比值”。在此基礎上，Hu等[18]基于投入導向型DEA模型明確提出了全要素水資源效率，用于針對性地評價農業水資源生產率。相關研究進一步利用SFA-Malmquist或DEA-Malmquist方法證明了技術進步對于農業水資源生產率的積極影響[19]。具體地，馬海良等[20]發現全國技術進步和技術效率增長會改善水資源利用效率;張雄化等[21]發現全國糧食水資源生產率穩步提高，全要素水資源效率下經濟效率明顯高于生態效率和環境效率。
2.2演繹類方法
演繹類方法在農業和灌溉經濟學文獻中被廣泛應用，與前沿面模型和全要素測算框架法的歸納法不同，研究思路是從一般到特殊。從已有文獻看，演繹法具體包括扣除非水成本法、數學規劃法、水文與經濟模型和一般可計算均衡模型[7]，支持從田間到社會全尺度的研究，適合于政策評估和項目規劃。
扣除非水成本法也被稱為作物核算法，本質是已知生產函數、所有的要素投入量和除水資源以外的要素價格，根據克拉克-威客斯蒂德產量耗盡定理，計算生產總價值中水資源的貢獻，相當于得到水資源的經濟價值[22]。該方法存在數據限制、成本核算、風險識別、價格定量等限制，但為其他演繹法提供了基礎。
數學規劃法可細分為線性規劃法、一般數學規劃法、動態規劃法，其中一般數學規劃法的核心是利用實證數學規劃，可保證模型基期最優值與實際觀察值相一致，使模型應用不受基期標定條件的約束，能包含更多制度、農戶行為等細節;動態規劃法主要考慮凈收入和風險損失的平衡問題，適合于不確性條件下農業水資源生產率研究。
水文與經濟模型考慮水文結構和利益相關主體[23]，在水資源投入量計算和復雜的水資源物理轉化過程識別方面更加精確，融合了多學科的研究優勢，適合于分析資本密集型的農田灌溉技術下灌溉效率提高效果。水文與經濟學模型屬于經濟學意義上的局部均衡，可進一步將其擴展為水文模型與一般可計算均衡模型組成的復合模型，融合水文循環、農業水資源供給和消費等，以形成從農戶尺度到社會尺度的反饋系統，可進行灌溉水管理[24]、地下和地上水聯合分析[25]、農業水資源政策模擬[26]等研究。
3經濟學視角下農業水資源生產率的提高路徑
提高農業水資源生產率的思路包含供給管理和需求管理，世界各國政府從實際出發，傾向于將二者結合制度政策工具更豐富的綜合管理模式[27]。從供給管理出發，政府主要任務是開發水資源滿足農作物灌溉需求，期望利用穩定灌溉條件提高農作物產出，屬于農業水資源生產率提高的基礎條件;從需求管理出發，政府根據可供水量確定社會經濟的發展規模，社會經濟的用水量不能超過可供水量，其中可供水量確定以追求水資源的代際均衡和永續利用為控制原則。實際上，供給管理和需求管理共同的主要政策目標之一為提高農業水資源生產率[28]。由于2種管理模式具有較多的交叉內容，本研究從農業水資源生產率定義出發進行文獻梳理，將能直接影響農業產出和農業水資源量投入的方式為直接路徑，否則為間接路徑(表2)。
3.1直接路徑
1)農業水資源開發。農業水資源開發提高農業水資源生產率的作用路徑較為直接，主要是擴大農業灌溉水來源和減少輸水損失，需要進行項目評估以確定可行性。建設農田水利工程通過引水渠道的硬化防止運輸過程中的滲漏，總體上社區型節水技術的推廣和應用主要依賴政府部門或農民用水協會[29]。在擴大農業水資源來源方面，跨區域調水對農業灌溉和生態環境具有明顯的改善效果，但造價過于高昂，屬于應對極端農業生態退化的方案[30]。雨水資源化、微咸水以及海水淡化和廢水再利用是可能的農業水資源增加方向，可緩解地表徑流和水資源壓力[31]，但仍要以技術成本降低為基礎。
2)灌溉節水技術擴散。節水技術進步是提高農業水資源生產率的根本途徑，農業灌溉節水技術主要包括：農藝節水技術和工程節水技術。農藝節水技術指通過種植結構調整、耕作制度、抗旱育種等途徑的實現增產和節水的效果，還需要提高農作物關鍵生產期灌溉管理水平和增加其他水資源以外的其他要素投入[32]。工程節水技術可以在有灌溉條件的地區，通過改善灌溉設施并結合相關管理策略提升農業水資源生產率[33]。
灌溉節水技術擴散是灌溉節水技術進步的微觀基礎，包括技術認知、技術采用、技術推薦、技術退出等，但已有研究大多關注農業灌溉節水技術采用的影響。其中，糧食生產補貼、收購價格、水資源短缺度、城鎮化、氣候變化等是農藝節水技術的主要影響因素[34]，農戶特征、農業種植結構、兼業程度、水價對采用工程灌溉節水技術具有重要影響[35]。最新研究開始關注與信貸約束、社會網絡等因素，主要結果為信貸約束對節水技術采用具有抑制作用[36]，而社會網絡具有積極促進作用[37]。
目前，節水技術擴散的前沿研究集中在2方面：第一，在不確定性方面，Cai等[38]利用基于情景分析的二階段隨機程序模型分析降雨的不確定性;Schoengold等[39]發現在灌溉水價不確定性越小，農戶更傾向于接受節水灌溉技術，但是受到作物類型和土地質量影響。第二，在節水技術相互影響方面，Moreno等[40]運用了嵌套logit模型對種植結構變化和節水灌溉技術采用相互關聯的過程。此外，有研究從不同節水技術管理出發對農藝節水技術和工程節水技術采用進行統一論述[41]，但還需要深入討論技術間替代關系。
3.2間接路徑
1)市場化政策。農業水資源流動性、規模性明顯，還有吸收各種廢棄物和污染物的涵容性、上下游序貫利用的特點，顯然只依靠市場機制無法合理配置水資源[42]。因此，政府政策對農業水資源的管理可以彌補市場力量的不足，最初基于命令與管制方法進行調控，然而監管成本極高，經濟學家提倡市場化的管理措施，即限額交易制度和庇古稅。
限額交易體系是基于科斯定理提出的政策工具，核心為產權制度，通過直接分配或者發放固定數量的取水許可證，然后允許買賣水權。由于理論限額交易體系可以針對每一個農業用水者形成最低保留價，屬于最優經濟效率的政策手段。世界各國水權交易的重要內容就是農業水權轉移，即把農業水資源在生產者之間交易從農業有償轉移到非農業部門，在此情況下農民將有動力節水以提高收入[43]。當前國內已有文獻已經深入測算農業水資源價值和水權交易的標準[44]，但發現中國農戶間缺乏水權交易條件，即水權明確、農業用水計量化[45]。
征收庇古稅的核心為推動征收農業水資源稅反映水資源的真實價格，從而減少種植戶的不合理灌溉行為。不過，理論上農業水價改革只有做到完全價格歧視才能實現與數量控制相同的效果，否則會出現一定的福利損失，成為經濟效率意義上的“次優”策略[46]，但具有實施成本較低、可操作性強等優點，更符合中國保障糧食安全的目標[47]。2017年出臺的《擴大水資源稅改革試點實施辦法》中規定，水資源稅實行從量計征，對超過規定限額的農業生產取用水按年征收水資源稅，本質上屬于農業水資源的“兩部制定價”價格。值得注意的是，農業水價改革實際操作中會存在明顯的“閾值現象”，即過低水價不僅無法影響農民用水行為，而且會增加成本從而降低收入。因此，農業水價改革需要在充分考慮農民收入和節水目標，否則會遭到小農戶的抵制[48]。
2)農戶節水激勵。農戶節水激勵是利用休耕項目參與、節水意識培養、節水技術采用等方式鼓勵農戶減少生產用水，或者被國外研究稱為“志愿形式”的政策調控[49]。農戶節水激勵的理論基礎是生態環境資本，主要包括自然資源總量、環境質量與自凈能力、生態系統的使用價值以及能為未來產出使用價值的潛力等內容。
對采用節水技術或調整糧食種植結構的農戶進行生態補償，可以刺激其經濟動機。在節水技術補償方面，劉軍弟等[50]提出符合帕累托改進的補貼標準應不小于農戶采納節水灌溉技術的成本支出。馮穎等[51]提出由消費者剩余變化及生產者剩余變化分別占社會總福利變化的比重，制定消費者及生產者對農業節水項目的投資付費標準以及補償標準。在種植模式補償方面，政府進行生態補償的模式可以分為2類，對指定作物播種面積進行補貼，如小麥在華北地下水[52]，或者對休耕行為進行補貼[53]。總體上，先測算農業水資源生態價值，再討論利用生態收入替代部分農業收入。
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3)農業水資源管理組織。村民參與式農業水資源管理組織在國外發達國家和發展中國家經過廣泛的實踐，主要作用是協調用水矛盾、組織水利工程建設、征收灌溉水費等。大量實證分析認為用水協會調動農戶參與管理的積極性，有利于渠系設施的維護、維修和改造，也有利于保障設施效用的發揮[54]。不過，農民用水協會的運行依然困難，存在科層化、缺乏激勵和名義性改革的問題[55]，且不同農戶參與協會的意愿和滿意度都不相同。為提高農民用水協會的運行效率，政府需要引導社會資金進入、充分動員用水戶直接參與排灌工程管理、建立利益補償機制等[56]。
4結論與展望
4.1結論
1)工程學和農學下的灌溉效率和水分生產率，屬于單要素指標，同尺度便于直接比較;經濟學下的農業水資源生產率等，本質屬于全要素框架指標，需要進一步計算效率才可以評價。經濟學評價方法方面，主要包括全要素生產率指數法、前沿面模型法和演繹類方法。前沿面模型法中，全要素農業水資源生產效率可以更加全面的評價農業水資源生產率;演繹類方法中，水文模型與可計算一般均衡模型結合的復合模型具有綜合多學科的研究優勢。
2)農業水資源生產率的提高路徑主要包括農業水資源開發、灌溉節水技術擴散、市場化政策、農戶節水激勵和農業水資源管理組織等。當前，推廣節水灌溉技術和市場化管理具有明顯效果，政府圍繞2種途徑開展了一系列改革。不過，沒有任何單一的提高路徑是萬能的，都存在不同的長處和短處。因此，明確不同路徑間的相互作用是制定綜合管理模式的關鍵，結合政策、市場和社會多種力量推動農業水資源生產率提高。
4.2展望
從經濟學視角出發，為應對更加嚴峻的糧食安全和水資源可持續利用形勢，農業水資源生產率的研究需要在綜合框架(圖1)下逐步深化，不僅是為推進農業可持續發展和鄉村振興，更是要形成農業水資源管理的中國模式。
1)關于農業水資源生產率研究應先明確具體目標。由于傳統經濟學研究目標有效用最大化、利潤最大化和社會福利最大化，農業水資源生產率提高的目的包括提高農業產量、減少農業用水量、提高農業種植戶收入、緩解農村貧困和不平等等，明確目標是建立區域農業水資源管理機制的重要基礎。此外，在農業領域，從長尺度和大空間上評價農業水資源生產率時，始終要從多維度展開，才能得出更符合實際和可持續發展的結論。
2)未來以經濟學為主體的研究，應結合農學、植物生理學等多學科優勢。在綜合研究框架和不同尺度下，發展大型復合模型，對農業水資源生產率進行測算、評價和研究。通過提高對農業水資源測算的精確性、對農業水資源自然循環的認知程度，針對不同區域發展情況形成合理的農業水資源生產率提升政策體系。
3)對農業水資源生產率的研究模式應調整為“自下而上”，即根據我國農村現實條件形成合理的水資源可持續利用理論，還要側重于農業節水技術擴散機制分析。一方面，明確農戶約束條件下分析生產用水、技術應用、社會化服務組織服務采用等行為，進而對現有農業水資源管理體系和農業節水技術推廣模式進行調整。另一方面，分析不同地區節水技術推廣主體應是市場還是政府，推動二者之間的協調和反饋，避免節水技術農戶擴散機制完善后反而缺少高質量的工程和農業技術供給。——論文作者：楊鑫穆月英*
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