王西琴 ,姜智強(qiáng) ,張馨月,2**

(1. 中國(guó)人民大學(xué)農(nóng)業(yè)與農(nóng)村發(fā)展學(xué)院 北京 100872;2. 中國(guó)水利水電科學(xué)研究院水利研究所 北京 100038)

隨著人口增加與經(jīng)濟(jì)發(fā)展,以及全球氣候變暖與干旱化,各部門(mén)之間的用水競(jìng)爭(zhēng)愈加激烈[1],我國(guó)農(nóng)業(yè)用水一直是大宗用戶,2018 年農(nóng)業(yè)用水占總用水量約61%,而高效節(jié)水灌溉率僅為25%[2],農(nóng)業(yè)仍有節(jié)水空間。2011 年我國(guó)開(kāi)始實(shí)施最嚴(yán)格水資源管理制度,其中農(nóng)業(yè)用水包括定額管理與水價(jià)政策,2014 年頒布《關(guān)于印發(fā)深化農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革試點(diǎn)方案的通知》(發(fā)改價(jià)格〔2014〕2271 號(hào))》,選取27 個(gè)省80 個(gè)試點(diǎn)縣(市、區(qū))進(jìn)行農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革。2020 年頒布的《關(guān)于持續(xù)推進(jìn)農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革工作的通知》,再次強(qiáng)調(diào)農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革不僅是農(nóng)業(yè)節(jié)水的“牛鼻子”,而且是保障國(guó)家水安全的重要舉措。河北省是水資源極為短缺的省份,也是地下水利用程度最高的地區(qū),75%以上的地下水用于糧食生產(chǎn),灌溉用水效率低[3],水糧矛盾十分突出。近年在實(shí)踐中不斷探索適合本地區(qū)的水價(jià)綜合改革模式,如“一提一補(bǔ)”“終端水價(jià)”“超用加價(jià)”等改革模式。然而,由于農(nóng)業(yè)水價(jià)改革對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)影響的復(fù)雜性[4],以及農(nóng)戶對(duì)于水費(fèi)承受能力較低的現(xiàn)實(shí)[5],使得水價(jià)綜合改革面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。因此,研究和制定合理的水價(jià)調(diào)整方案,為未來(lái)農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革提供決策依據(jù),具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

當(dāng)前農(nóng)業(yè)水價(jià)的研究主要圍繞2 個(gè)方面展開(kāi):1)農(nóng)業(yè)水價(jià)定價(jià)問(wèn)題,早期研究多從供水成本角度出發(fā),采用成本方法確定水價(jià),沒(méi)有考慮農(nóng)業(yè)用水的特殊性,計(jì)算結(jié)果往往偏大[6],該方法一般適用于地表水灌區(qū)?；谵r(nóng)戶視角的水費(fèi)承受指數(shù)方法,依據(jù)農(nóng)業(yè)水費(fèi)支出占農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本、農(nóng)戶收入等指標(biāo)的比例確定水價(jià),計(jì)算結(jié)果偏小,難以起到水價(jià)的節(jié)水效益,如對(duì)河北典型地區(qū)的研究[5]。從水經(jīng)濟(jì)價(jià)值角度確定水價(jià)主要包括生產(chǎn)函數(shù)法、多目標(biāo)規(guī)劃、剩余價(jià)值法等。生產(chǎn)函數(shù)法以邊際價(jià)值理論為基礎(chǔ),估計(jì)在其他農(nóng)業(yè)要素投入不變的情況下水資源量的邊際價(jià)值,該方法應(yīng)用于農(nóng)業(yè)水價(jià)受到一些學(xué)者的質(zhì)疑[7]。多目標(biāo)規(guī)劃方法設(shè)定目標(biāo)及約束條件,可以得到不同情景下的最優(yōu)水價(jià)[8]。剩余價(jià)值法是當(dāng)除水以外的所有投入要素都獲得合理價(jià)格時(shí),總產(chǎn)出價(jià)值的剩余部分歸于水資源投入,該方法近年來(lái)國(guó)際上應(yīng)用較多[9]。2)水價(jià)與灌溉用水量關(guān)系及其節(jié)水潛力研究,大多采用對(duì)數(shù)函數(shù)模型建立兩者之間的函數(shù)關(guān)系,獲得彈性系數(shù),認(rèn)為彈性系數(shù)的大小可以表征節(jié)水潛力,近年有學(xué)者開(kāi)始關(guān)注農(nóng)業(yè)水價(jià)的節(jié)水減排效益,認(rèn)為農(nóng)業(yè)水價(jià)提高的正面影響主要表現(xiàn)在節(jié)水、減少化肥施用量[10],當(dāng)農(nóng)戶使用低耗水作物時(shí)化肥的使用量也隨之減少[11],隨著河北地下水灌區(qū)農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革的推進(jìn),水價(jià)定量研究以及水價(jià)與灌溉用水量之間的定量關(guān)系研究逐漸得到學(xué)者的重視,如以電折水計(jì)算現(xiàn)狀灌溉用水量與現(xiàn)狀水價(jià)[5],采用雙對(duì)數(shù)模型建立水價(jià)與價(jià)格彈性函數(shù)[12],基于農(nóng)戶視角采用水費(fèi)承受指數(shù)計(jì)算水價(jià)[5],采用剩余價(jià)值方法計(jì)算理論水價(jià)[12]等,上述研究為本文研究提供參考。河北地區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力的研究成果較多[2,13-14],大多基于灌溉用水效率視角對(duì)農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力進(jìn)行預(yù)測(cè)[2],基于水價(jià)提高的農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力的文獻(xiàn)較為鮮見(jiàn),尚未有將水價(jià)與節(jié)水及其營(yíng)養(yǎng)物減排相結(jié)合的研究成果。本文以河北省南皮縣農(nóng)戶調(diào)研數(shù)據(jù)為依據(jù),采用以電折水方法計(jì)算現(xiàn)狀水價(jià),采用雙對(duì)數(shù)模型建立水價(jià)與灌溉用水量函數(shù),在此基礎(chǔ)上分別計(jì)算理論水價(jià)與理想水價(jià),依據(jù)上述結(jié)果提出農(nóng)業(yè)水價(jià)改革方案,并計(jì)算不同水價(jià)方案下水價(jià)提升的節(jié)水潛力與營(yíng)養(yǎng)物減排量,為農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革提供依據(jù)。

1 研究思路與方法

1.1 研究思路

河北省作為農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革與地下水超采綜合治理地區(qū),近年來(lái)在少數(shù)示范地區(qū)安裝了“水電一卡通”計(jì)量設(shè)施,可以直接獲得農(nóng)戶灌溉用水量,但是大部分地區(qū)包括本文研究區(qū)南皮縣,仍然是以繳納電費(fèi)代替水費(fèi)。因此,首先需要計(jì)算現(xiàn)狀灌溉用水量、現(xiàn)狀水價(jià),在此基礎(chǔ)上建立灌溉用水價(jià)格函數(shù)。其次根據(jù)剩余價(jià)值方法計(jì)算水價(jià),本文稱之為理想水價(jià);根據(jù)建立的灌溉用水價(jià)格函數(shù),計(jì)算灌溉定額對(duì)應(yīng)的水價(jià),本文稱之為理論水價(jià);以理論水價(jià)與理想水價(jià)作為水價(jià)改革方案,分別采用灌溉用水價(jià)格函數(shù)與農(nóng)田營(yíng)養(yǎng)物流失方法估算2 個(gè)方案下的節(jié)水潛力與營(yíng)養(yǎng)物減排量,并以水費(fèi)占成本比例15%作為衡量標(biāo)準(zhǔn)(《農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革試點(diǎn)培訓(xùn)講義》2014 年),對(duì)方案的可行性與合理性進(jìn)行分析,給出水價(jià)改革推薦方案,具體思路見(jiàn)圖1。

圖1 地下水灌區(qū)水價(jià)確定及其節(jié)水減排估算研究思路Fig.1 Research ideas on determination of water price and estimation of water conservation and pollutant emission reduction in groundwater irrigation areas

1.2 計(jì)算方法

本文計(jì)算方法包括現(xiàn)狀水價(jià)估算方法、理想水價(jià)計(jì)算方法、灌溉用水價(jià)格函數(shù)建立方法、節(jié)水減排方法等。

1.2.1 現(xiàn)狀水價(jià)估算方法

地下水灌區(qū)水費(fèi)由電費(fèi)、管理費(fèi)和維護(hù)費(fèi)等構(gòu)成。在缺乏計(jì)量設(shè)施的地下水灌溉地區(qū),一般需采用“以電折水”方法計(jì)算現(xiàn)狀水價(jià)[15],其中關(guān)鍵參數(shù)是水電轉(zhuǎn)換系數(shù),該系數(shù)可以借鑒經(jīng)驗(yàn)值,也可以通過(guò)問(wèn)卷獲得井深、揚(yáng)程、水泵功率等相關(guān)參數(shù)計(jì)算獲得,“以電折水”計(jì)算方法見(jiàn)公式(1)[15],首先計(jì)算現(xiàn)狀灌溉用水量[公式(1)],在此基礎(chǔ)上計(jì)算現(xiàn)狀水價(jià)公式(2)。

式中:Qw為現(xiàn)狀灌溉用水量(m3·hm-2);Tc為水電轉(zhuǎn)換系數(shù)(m3·kWh-1),本文根據(jù)問(wèn)卷調(diào)研獲取的相關(guān)參數(shù)并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)值[15]確定;AE為用電量(kWh·hm-2);P0為現(xiàn)狀水價(jià)(￥·m-3);E為水費(fèi),即地下水灌區(qū)問(wèn)卷中獲得的電費(fèi)(￥·hm-2)。

1.2.2 理想水價(jià)計(jì)算方法

采用剩余價(jià)值法[16](residual value method,RVM)計(jì)算水價(jià),一般認(rèn)為該種方法計(jì)算得到的水價(jià)是水創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,可以作為水價(jià)調(diào)整的上限,本文稱其為理想水價(jià)。

基本原理是假定在競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)條件下,當(dāng)除水以外的所有投入要素都獲得了合理價(jià)格時(shí),總產(chǎn)出價(jià)值的剩余部分歸于水資源投入,水的價(jià)值被設(shè)定為余值。剩余價(jià)值法優(yōu)點(diǎn)在于可以用于評(píng)估無(wú)法從市場(chǎng)獲得合理定價(jià)的要素價(jià)值,局限是當(dāng)本應(yīng)分配給其他投入的回報(bào)被分配到水時(shí)會(huì)出現(xiàn)水價(jià)被高估的情況。剩余價(jià)值法具有較強(qiáng)的可操作性,適用于水資源為關(guān)鍵生產(chǎn)要素的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域研究[16]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入產(chǎn)出函數(shù)的一般表達(dá)式為公式(3),水的經(jīng)濟(jì)價(jià)值表達(dá)式為公式(4)-(5)。

式中:Y為種植業(yè)總產(chǎn)出(kg·hm-2);M為生產(chǎn)投入要素,如種子投入量(kg·hm-2)、化肥投入量(kg·hm-2)、農(nóng)藥投入量(kg·hm-2)、機(jī)械投入量(h·hm-2)、勞動(dòng)投入量(工日·hm-2)、土地投入量(標(biāo)準(zhǔn)化為￥·hm-2);i表示生產(chǎn)投入類(lèi)型;Y×Py表示單位面積作物總產(chǎn)值,Py為作物單位產(chǎn)量市場(chǎng)價(jià)格(￥·kg-1);RVw為灌溉水的經(jīng)濟(jì)價(jià)值(￥·m-3);Mw為單位面積灌溉用水量(m3·hm-2);P為投入要素成本價(jià)格(￥·hm-2)。

1.2.3 灌溉用水價(jià)格函數(shù)建立方法

灌溉用水價(jià)格函數(shù)根據(jù)用水量與水價(jià)建立兩者之間函數(shù)關(guān)系,從而得到彈性系數(shù),彈性系數(shù)表征節(jié)水潛力的大小[17]。方法包括線性需求函數(shù)模型、半對(duì)數(shù)需求函數(shù)模型、對(duì)數(shù)線性需求函數(shù)模型等。目前大多采用雙對(duì)數(shù)模型建立用水與價(jià)格之間的函數(shù)關(guān)系[公式(6)],其優(yōu)點(diǎn)是將非線性關(guān)系轉(zhuǎn)換為線性關(guān)系進(jìn)行研究,克服直接使用線性模型的缺點(diǎn)[18]。表達(dá)式為:

式中:Q為現(xiàn)狀用水量(m3·hm-2);β0為常數(shù)項(xiàng);P為現(xiàn)狀水價(jià)(￥·m-3);β1的估計(jì)值為彈性系數(shù);μ為隨機(jī)擾動(dòng)項(xiàng),β0、β1和μ由計(jì)量軟件回歸得到其估計(jì)值。彈性系數(shù)絕對(duì)值(|β1|)=0,完全無(wú)彈性;0＜|β1|＜1,弱彈性;|β1|=1,單位彈性,即需求量和價(jià)格變動(dòng)率相等;|β1|＞1,強(qiáng)彈性。

1.2.4 節(jié)水減排計(jì)算方法

本文節(jié)水潛力指水價(jià)提高后對(duì)應(yīng)的灌溉用水量與現(xiàn)狀灌溉用水量的差值(公式7)。

式中:ΔW表示節(jié)水潛力(m3·hm-2);W0現(xiàn)狀灌溉用水量(m3·hm-2);Wn表示水價(jià)提高后的灌溉用水量(m3·hm-2);n代表不同水價(jià)改革方案對(duì)應(yīng)的水價(jià),n=1,2,3,···,n。

營(yíng)養(yǎng)物減排量根據(jù)農(nóng)田營(yíng)養(yǎng)物流失模型計(jì)算(《排放源統(tǒng)計(jì)調(diào)查產(chǎn)排污核算方法和系數(shù)手冊(cè)》生態(tài)環(huán)境部,2021 年),營(yíng)養(yǎng)物選擇氨氮、總氮和總磷。農(nóng)田營(yíng)養(yǎng)物流失量與農(nóng)田徑流量及其營(yíng)養(yǎng)物濃度有關(guān),農(nóng)田徑流量同時(shí)受灌溉用水量與降水量的影響。灌溉用水量的減少必然帶來(lái)營(yíng)養(yǎng)物流失量的減少,節(jié)水帶來(lái)的營(yíng)養(yǎng)物削減量就是節(jié)水量部分的農(nóng)田徑流營(yíng)養(yǎng)物量,本文稱其為節(jié)水減排量。參照 《排放源統(tǒng)計(jì)調(diào)查產(chǎn)排污核算方法和系數(shù)手冊(cè)》(生態(tài)環(huán)境部,2021 年)營(yíng)養(yǎng)物流失量的計(jì)算方法[公式(8)],建立節(jié)水減排計(jì)算公式(9)。

式中:CR 為農(nóng)田營(yíng)養(yǎng)物流失量(t),BA 為播種面積(hm2),PC 為營(yíng)養(yǎng)物流失系數(shù)(kg·hm-2);WRL 為節(jié)水帶來(lái)的營(yíng)養(yǎng)物減排量(kg·hm-2),RW 為節(jié)水量(億m3),IW 為作物灌溉用水量(億m3),PW 為作物生長(zhǎng)期降水量(mm)。

2 案例分析

2.1 研究區(qū)概況和數(shù)據(jù)來(lái)源

以河北省南皮縣為例進(jìn)行實(shí)證研究。南皮縣位于河北省滄州市南部,屬于黑龍港低平原區(qū),面積790 km2,全縣轄9 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),糧食作物播種面積約占90%以上,以小麥(Triticum aestivumL.)和玉米(Zea maysL.)為主。本文調(diào)研地區(qū)為南皮縣的9 個(gè)鄉(xiāng)(鎮(zhèn)),采用分層隨機(jī)抽樣方法每個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)抽取3～6 個(gè)村,每村調(diào)研10～15 位農(nóng)戶,共涉及34 個(gè)村。時(shí)間為2019 年4-9 月,同農(nóng)戶進(jìn)行一對(duì)一深入訪談,問(wèn)卷內(nèi)容主要包括個(gè)人及家庭特征、生產(chǎn)要素投入與產(chǎn)出、灌溉水源與方式、種植結(jié)構(gòu)、節(jié)水技術(shù)、土地經(jīng)營(yíng)規(guī)模與灌溉機(jī)井等。剔除無(wú)效問(wèn)卷后,共收集有效農(nóng)戶問(wèn)卷222 份,農(nóng)戶均以地下水作為主要灌溉水來(lái)源。

水價(jià)計(jì)算、灌溉用水價(jià)格彈性函數(shù)模型參數(shù)的數(shù)據(jù)來(lái)源于問(wèn)卷,包括灌溉電費(fèi)、電價(jià)、單位面積平均用電量、灌溉次數(shù)、機(jī)井深度、水泵功率等,灌溉水經(jīng)濟(jì)價(jià)值計(jì)算參數(shù)為生產(chǎn)要素的投入與產(chǎn)出以及市場(chǎng)價(jià)格等(表1)。水電轉(zhuǎn)化系數(shù)根據(jù)問(wèn)卷獲得的井深,并參考經(jīng)驗(yàn)值[15]確定,已有研究測(cè)算的河北典型地下水灌區(qū)的水電轉(zhuǎn)換系數(shù)介于1.38～3.00 m3·kWh-1[15]和1.8～2.6 m3·kWh-1[12],其中文獻(xiàn)[12]的研究地區(qū)涉及河北省成安縣、元氏縣、獻(xiàn)縣和南皮縣,其中南皮縣平均井深大于前3 個(gè)縣,為137.28 m,且大于150 m 的深井占比最高,為54.9%,根據(jù)上述分析,本文確定南皮縣水電轉(zhuǎn)換系數(shù)為2.6 m3·kWh-1。

表1 南皮縣小麥、玉米生產(chǎn)投入產(chǎn)出參數(shù)值Table 1 Input-output parameter values of wheat and corn production in Nanpi County ￥·m-3

營(yíng)養(yǎng)物減排量參數(shù)值數(shù)據(jù)來(lái)源于經(jīng)驗(yàn)值與統(tǒng)計(jì)年鑒,其中營(yíng)養(yǎng)物流失系數(shù)來(lái)源于《排放源統(tǒng)計(jì)調(diào)查產(chǎn)排污核算方法和系數(shù)手冊(cè)》(農(nóng)業(yè)污染源產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)) (生態(tài)環(huán)境部,2021 年)。采用河北省營(yíng)養(yǎng)物流失系數(shù):氨氮0.076 kg·hm-2、總氮0.775 kg·hm-2、總磷0.067 kg·hm-2。其他參數(shù)值,如小麥、玉米播種面積以及耕地面積數(shù)據(jù)等,均來(lái)源于統(tǒng)計(jì)年鑒,南皮縣耕地面積52 864 hm2,小麥、玉米播種面積分別為25 746 hm2、27 305 hm2。年平均降水量為550 mm,種植結(jié)構(gòu)以冬小麥和夏玉米為主,其中冬小麥生長(zhǎng)期10 月-次年6 月,夏玉米生長(zhǎng)期6-10 月,根據(jù)上述作物生長(zhǎng)期分配全年降水量,其中冬小麥生長(zhǎng)期的降水量約為330 mm,夏玉米生長(zhǎng)期的降水量約為220 mm。

2.2 現(xiàn)狀水價(jià)計(jì)算結(jié)果

根據(jù)公式(1)和表1 數(shù)據(jù),計(jì)算獲得的小麥和玉米現(xiàn)狀實(shí)際灌溉用水量分別為3235.05 m3·hm-2和2377.80 m3·hm-2,南皮縣小麥和玉米75%水文年灌溉定額分別為3000 m3·hm-2和1695 m3·hm-2[河北省灌溉定額(DB13 T5449.1-2021)],計(jì)算結(jié)果分別高于定額235.05 m3·hm-2和682.80 m3·hm-2。已有文獻(xiàn)研究顯示,河北省衡水市桃城區(qū)小麥灌溉用水量為2669.85～3770.10 m3·hm-2,河北省南部平原區(qū)小麥灌溉用水量為2531.25～3370.05 m3·hm-2[18],河北平原小麥灌溉用水量約為3216.30 m3·hm-2[12],河北地下水典型地區(qū)小麥灌溉用水量約為2828.25～3631.80 m3·hm-2[19]。本文結(jié)果與上述研究具有一致性。

根據(jù)水價(jià)計(jì)算公式(2),計(jì)算獲得的小麥和玉米現(xiàn)狀水價(jià)分別為0.44 ￥·m-3和0.48 ￥·m-3(表2)。采用剩余價(jià)值方法[公式(5)]以及表1 數(shù)據(jù),計(jì)算獲得的小麥和玉米灌溉用水經(jīng)濟(jì)價(jià)值分別為0.84 ￥·m-3和1.01 ￥·m-3,本文稱之為理想水價(jià),列入表2。

表2 南皮縣灌溉用水量與水價(jià)計(jì)算結(jié)果Table 2 Calculation results of irrigation water consumption and water price in Nanpi County

2.3 灌溉用水價(jià)格彈性函數(shù)

根據(jù)“以電折水”方法計(jì)算得到南皮縣灌溉用水量、現(xiàn)狀灌溉水價(jià),采用雙對(duì)數(shù)函數(shù)[公式(6)],對(duì)上述樣本灌溉用水量和現(xiàn)狀灌溉水價(jià)分別取對(duì)數(shù),得到回歸方程及系數(shù)估計(jì)值。對(duì)回歸結(jié)果做異方差檢驗(yàn)分析,F統(tǒng)計(jì)量、R2均通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。由此得到小麥、玉米的灌溉用水價(jià)格函數(shù)(表3),小麥彈性系數(shù)為-0.47、玉米彈性系數(shù)為-0.71,其絕對(duì)值均小于1,說(shuō)明灌溉用水量與水價(jià)表現(xiàn)為弱彈性,研究區(qū)水價(jià)對(duì)于灌溉用水量具有較弱的抑制作用,玉米彈性系數(shù)絕對(duì)值大于小麥,說(shuō)明玉米對(duì)于水價(jià)提高的敏感程度較高。

表3 南皮縣灌溉用水價(jià)格彈性函數(shù)Table 3 Price (P) elasticity function of irrigation water demand (Q) in Nanpi County

已有研究灌溉用水價(jià)格彈性系數(shù)絕對(duì)值范圍為0.25～0.70[20-22],本文研究結(jié)果彈性系數(shù)的絕對(duì)值為0.47～0.71,在上述范圍之內(nèi)。彈性系數(shù)表現(xiàn)出隨著研究年代的向后推移下限值逐漸提高的趨勢(shì),如華北缺水地區(qū)2000 年的彈性系數(shù)的下限值為-0.25[20],黃河流域2005 年彈性系數(shù)為-0.57[21],河北地下水典型地區(qū)2021 年彈性系數(shù)為-0.50[22],揭示水價(jià)對(duì)節(jié)水的抑制作用隨時(shí)間變化呈現(xiàn)逐漸增強(qiáng)的趨勢(shì)。

依據(jù)本次建立的灌溉用水價(jià)格函數(shù),計(jì)算灌溉定額對(duì)應(yīng)水價(jià)、理想水價(jià)對(duì)應(yīng)灌溉用水量,前者稱之為理論水價(jià),小麥、玉米理論水價(jià)分別為0.52￥·m-3、0.77 ￥·m-3,小麥、玉米理想水價(jià)對(duì)應(yīng)用水量分別為2392.2 m3·hm-2、1395.45 m3·hm-2。以現(xiàn)狀水價(jià)為下限、以理想水價(jià)為上限,給定不同的水價(jià),根據(jù)用水價(jià)函數(shù)計(jì)算給定水價(jià)下對(duì)應(yīng)的用水量,并繪制小麥和玉米的灌溉用水價(jià)格曲線(圖2)?？梢钥闯?灌溉用水量隨著水價(jià)的提高逐漸減少,其中小麥用水量隨水價(jià)提高減少的幅度低于玉米,意味著當(dāng)水價(jià)提高幅度相同的情況下,種植玉米的節(jié)水潛力大于種植小麥的節(jié)水潛力,這一認(rèn)識(shí)可作為研究區(qū)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整依據(jù)。

圖2 南皮縣小麥(a)和玉米(b)灌溉用水價(jià)格和灌溉用水量曲線Fig.2 Irrigation water demand price and irrigation water demand curves of wheat (a) and corn (b) in Nanpi County

2.4 水價(jià)改革方案

本文將理論水價(jià)與理想水價(jià)作為水價(jià)改革方案,并估算水價(jià)提高后的節(jié)水潛力和營(yíng)養(yǎng)物減排量。結(jié)果(表4)顯示,2 種水價(jià)改革方案下,小麥水價(jià)上漲空間分別為0.08 ￥·m-3和0.40 ￥·m-3,玉米水價(jià)上漲空間分別為0.29 ￥·m-3和0.53 ￥·m-3。已有研究[22]認(rèn)為河北典型地區(qū)小麥水價(jià)可上漲至0.55 ￥·m-3,上漲空間0.20 ￥·m-3。2 種方案下,小麥和玉米水價(jià)提高后節(jié)水潛力分別為235.05～682.80 m3·hm-2和842.85～982.35 m3·hm-2,已有對(duì)河北省研究的結(jié)果認(rèn)為水價(jià)的節(jié)水潛力范圍為185.10～466.35 m3·hm-2[22],本文計(jì)算結(jié)果略高于上述結(jié)果。從節(jié)水與營(yíng)養(yǎng)物減排量衡量,理想水價(jià)改革方案優(yōu)于理論水價(jià)改革方案。

表4 不同水價(jià)改革情景方案下南皮縣農(nóng)業(yè)水價(jià)提升空間及其節(jié)水減排估算結(jié)果Table 4 Increasing range of agricultural water price,estimated results of water conservation and pollutant emission reduction under different water price reform schemes in Nanpi County

水費(fèi)作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要投入成本,其占總成本的比例不宜超過(guò)一定值,否則會(huì)因?yàn)樗M(fèi)太高引起農(nóng)戶收益降低或者放棄種植,一般按照水費(fèi)占成本比例不高于15%作為標(biāo)準(zhǔn)。由于理想水價(jià)方案下小麥和玉米水費(fèi)占成本的比例分別為17.54%和17.01%,高于上述標(biāo)準(zhǔn),故本文推薦理論水價(jià)作為推薦方案,該方案下小麥、玉米水費(fèi)占成本的比例分別為13.62%,14.05%,小麥水價(jià)提升到0.52 ￥·m-3,節(jié)水潛力235.05 m3·hm-2,氨氮、總氮和總磷等營(yíng)養(yǎng)物減排量分別為5.2 g·hm-2、52.7 g·hm-2和4.6 g·hm-2;玉米水價(jià)提升到0.77 元·m-3,節(jié)水潛力682.80 m3·hm-2,氨氮、總氮和總磷等營(yíng)養(yǎng)物減排量分別為18.5 g·hm-2、189.1 g·hm-2和16.3 g·hm-2。

3 結(jié)論與政策建議

本文依據(jù)問(wèn)卷調(diào)研數(shù)據(jù),估算了現(xiàn)狀灌溉用水量與現(xiàn)狀水價(jià),建立了灌溉用水價(jià)格彈性函數(shù),估算了理論水價(jià)、理想水價(jià)2 種情景方案下水價(jià)提升空間,以及水價(jià)提高后的節(jié)水潛力、營(yíng)養(yǎng)物減排量,依據(jù)水費(fèi)占成本比例標(biāo)準(zhǔn),推薦理論水價(jià)為水價(jià)改革方案。得到以下主要結(jié)論,并提出相關(guān)政策建議。

3.1 主要結(jié)論

1)本文提出了地下水灌區(qū)水價(jià)確定及其節(jié)水減排的估算方法,南皮縣農(nóng)業(yè)水價(jià)對(duì)灌溉用水量的抑制作用開(kāi)始顯現(xiàn),彈性系數(shù)的絕對(duì)值小于1,處于弱彈性階段。在理論水價(jià)改革方案下,小麥、玉米水價(jià)可提升至0.52 ￥·m-3和0.77 ￥·m-3,水費(fèi)占生產(chǎn)成本比例低于15%標(biāo)準(zhǔn),前提條件是灌溉用水量必須低于灌溉定額。揭示合適的水價(jià)調(diào)控政策可以達(dá)到節(jié)水與減排雙重正向效益。結(jié)果可為研究區(qū)水價(jià)綜合改革提供決策依據(jù),也為同類(lèi)研究提供可借鑒的方法。

2)水價(jià)與灌溉用水量是一對(duì)相互影響、相互制約,既對(duì)立又統(tǒng)一的矛盾體,水費(fèi)由水價(jià)與灌溉用水量共同決定,水資源是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最重要的投入要素,在灌溉用水量較高的情況下,使得水價(jià)的提高變得十分敏感,即使較小幅度的提高也會(huì)引起水費(fèi)較大幅度的增加,從而降低農(nóng)戶對(duì)水費(fèi)的承受能力。本文理想水價(jià)雖然有較大的節(jié)水潛力與減排效益,但是水費(fèi)占總成本比例高于15%標(biāo)準(zhǔn)。因此,推廣節(jié)水技術(shù),提高灌溉用水效率,是當(dāng)前農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革首先要解決的問(wèn)題。

3) 不同區(qū)域、不同機(jī)井所在位置和不同季節(jié)對(duì)水電轉(zhuǎn)換系數(shù)均有不同程度的影響,本文根據(jù)機(jī)井深度并參考經(jīng)驗(yàn)值確定水電轉(zhuǎn)換系數(shù),僅是宏觀層面的估算,因此,現(xiàn)狀水價(jià)計(jì)算結(jié)果的精確性還有待完善。本文對(duì)水價(jià)提高后節(jié)水帶來(lái)的營(yíng)養(yǎng)物減排效益做了一些探索性的研究,提出了定量的計(jì)算方法,突破了當(dāng)前對(duì)于水價(jià)政策效益評(píng)估僅限于節(jié)水潛力研究的局限。然而,由于缺乏縣級(jí)尺度的營(yíng)養(yǎng)物流失系數(shù),本文采用了河北省級(jí)的經(jīng)驗(yàn)值代替,因此,對(duì)于本文研究區(qū)節(jié)水帶來(lái)的營(yíng)養(yǎng)物減排計(jì)算結(jié)果,也僅是宏觀層面的估算。上述不足希望在今后的研究中不斷完善和細(xì)化。

3.2 政策建議

1)農(nóng)業(yè)水價(jià)改革是一項(xiàng)綜合改革,需要相關(guān)的配套政策,當(dāng)前研究區(qū)節(jié)水技術(shù)采納率較低,所以造成現(xiàn)狀灌溉用水量高于灌溉定額,未來(lái)水價(jià)改革必須首先從節(jié)水技術(shù)入手,在政策上給予傾斜或獎(jiǎng)勵(lì),推進(jìn)節(jié)水技術(shù)推廣的進(jìn)程。農(nóng)戶對(duì)節(jié)水技術(shù)采納補(bǔ)貼意愿問(wèn)卷顯示,采用噴灌技術(shù)的補(bǔ)償意愿約為8925 ￥·hm-2,采用滴灌技術(shù)的補(bǔ)貼意愿為5100 ￥·hm-2。

2)土地細(xì)碎化是節(jié)水技術(shù)推廣的主要限制因素,土地細(xì)碎化影響農(nóng)戶節(jié)水設(shè)施投入決策。南皮縣土地細(xì)碎化程度高,問(wèn)卷結(jié)果顯示,土地塊數(shù)小于3 塊的比例為55.9%,4～6 塊的為36.9%,大于6 塊的為7.2%。當(dāng)前農(nóng)戶土地流轉(zhuǎn)比例低,土地流轉(zhuǎn)的農(nóng)戶占總樣本不到10%,且流轉(zhuǎn)土地面積較小,轉(zhuǎn)入戶流轉(zhuǎn)土地面積在0.67 hm2以下比例64%,且土地流轉(zhuǎn)租金較低,平均為4500 ￥·hm-2。建議加快土地流轉(zhuǎn)和規(guī)模化經(jīng)營(yíng)的進(jìn)程,對(duì)土地轉(zhuǎn)入戶給予適當(dāng)?shù)难a(bǔ)貼,以鼓勵(lì)更多的農(nóng)戶轉(zhuǎn)入土地。

3)種植結(jié)構(gòu)與灌溉用水量密切相關(guān),目前研究區(qū)95%的農(nóng)戶采用傳統(tǒng)的“冬小麥-夏玉米”種植模式,僅有極少數(shù)農(nóng)戶(約3.26%)采用“春玉米-夏玉米”雙季玉米種植模式。根據(jù)調(diào)研問(wèn)卷,雙季玉米種植模式相比傳統(tǒng)的小麥、玉米輪作,節(jié)水可達(dá)20%～30%,種植一季玉米可節(jié)水60%,種植一季棉花(Gossypiumspp.)節(jié)水40%。本文研究結(jié)果表明研究區(qū)玉米對(duì)于水價(jià)的提高更為敏感,水價(jià)提升幅度相同的情況下,玉米的節(jié)水潛力大于小麥。建議加強(qiáng)適水種植結(jié)構(gòu)研究,以保障農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合改革政策的實(shí)施。

4)本文研究結(jié)果表明,現(xiàn)狀灌溉用水量遠(yuǎn)超出灌溉定額。同時(shí)由于計(jì)量設(shè)施的缺乏,無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量實(shí)際灌溉用水量。建議加強(qiáng)水利基礎(chǔ)設(shè)施的投資和建設(shè),提高“水電一卡通”計(jì)量設(shè)施安裝普及率,精確確定不同灌溉技術(shù)條件下、不同水平年下的灌溉定額,并嚴(yán)格執(zhí)行灌溉定額管理制度。