灌溉水经济价值与粮棉作物种植布局

盖燕如，汪 林，徐 凯

（中国水利水电科学研究院 水资源研究所，北京 100038）

1 研究背景

1994 年美国学者莱斯特·布郎的报告《谁来养活中国》震动了世界。许多年过去了，我国以仅占世界9%的耕地面积，解决了约占世界20%人口的农产品基本需求。目前，我国谷物产量居世界第1位［1］，且稳定在较高水平上，实现了供求基本平衡、丰年有余的历史性跨越。但是，应当清醒地看到，我国与世界上其他国家一样，仍面临着粮食的供需问题。一是我国年均人口增长约1 159万人（1980—2009年），随着生活水平的提高，需要花费更多的谷物来生产肉蛋奶；二是随着城镇化建设和工业的发展，耕地面积持续减少，因大豆进口量大增，粮食自给率（将大豆算作粮食）已从20世纪90年代的95%下降到目前的90%；三是我国的水、土资源分布不均，多年平均81%的水资源量集中分布在长江及其以南地区，人口占全国的54%，但耕地面积仅占40%；长江以北广大地区水资源仅占全国的19%，人口占46%，耕地面积占60%。这种水土资源配置的错位使南北两大区域农业用水形势差别很大。南方稻作区节水潜力较大，而北方资源性缺水突出。因此，按照降水和作物需水的地域特点发展适应性种植、依据水经济价值特征合理安排粮食作物种植布局至为重要。

粮食安全问题涉及社会、经济、环境、土地资源和水资源等一系列环节，非单项研究所能解决。本研究力图通过水经济价值的计算与分析，揭示主要作物分布的地域特征和规律性，为维护国家粮食安全，发掘粮棉生产潜力，优化和整合粮棉生产布局提供依据。

2 灌溉需求指数地区特征

气候环境的地域特征和作物生长的生理需水特性决定了不同地区、不同作物的灌溉需水量差异较大；由于各年降雨量及其过程不同，即使同种作物需补充灌溉的水量也因年而异。采用1980—2003年气候资料，分析主要作物多年平均灌溉需求指数（灌溉需水量占总需水量的比重），以水资源三级区为基本单元选择代表站点，按年降雨量排频，选用年降雨量接近的3—4年，按旬分析计算水资源三级区参照腾发量ET0、作物需水量ETc和作物净灌溉需水量IR，计算得出1980—2003年不同地域主要作物多年平均需水量ETc、灌溉需水量IR和灌溉需求指数（IR/ETc）。考虑到统计数据的匹配性和应用上的方便，采用《中国可持续发展水资源战略研究》不打破省界的十大分区展示计算结果（表1）。

表1 十大区主要作物多年平均灌溉需求指数（1980—2003年）

在十大区中，东北区、长江区、华南区、四川区和云贵区，主要作物的灌溉需求指数通常小于0.5，其中水稻灌溉指数在0.25～0.5，适宜发展各类作物种植。华北区、蒙宁区和晋陕甘区，灌溉需求指数变化于0.35～0.7，农作物对灌溉的要求极不稳定，其中旱作物生育期需水的30%～50%需要灌溉补充，水稻对灌溉的需求约占生育期需水量的55%～80%。西北区主要作物灌溉需求指数均在70%以上，灌溉是种植业发展的必要条件。青藏区受地形的影响，灌溉需求指数由东南向西北递增，差异很大。

3 灌溉水经济价值分区特征

由上述可见，我国的粮食生产对灌溉存在很大程度的依赖性，因受水资源总量有限和农业比较效益低的影响，灌溉用水量面临着严重挑战。从1980—2007年，我国灌溉用水量（含林牧渔用水）占总用水量的比例已由84%下降到62%，见表2。灌溉用水与工业和居民生活用水争水现象愈演愈烈，并随着工业化和城镇化进程而加剧。在水资源日益紧缺的现实条件下，根据地区水资源实际情况，调整和发展适应性农牧业和种植业品种结构，充分利用降水，推行节水灌溉技术，实现农业水资源的合理配置与高效利用，是保障粮食生产的必然选择。

表2 灌溉用水量 （单位：亿m3）

3.1 灌溉水经济价值计算灌溉水经济价值是衡量单方灌溉水效益的重要指标，也是衡量适应性种植的指标，水经济价值越高，表明作物的比较效益高，具有种植优势。目前国际上常见的计算水经济价值方法是残值法，主要用于对非市场化产品或中间产品的价值进行评估［2］。即

式中：VMPw为水的边际价值；Y为商品的总价值；pi为第i种非水要素的影子价格，qi为第i种非水要素的投入数量，pi×qi为非水投入的机会成本；qw为生产取水量；i=1，2，…，n，n为非水要素个数。

残值法是一种理想化算法，主要问题是非水投入的机会成本（或影子价格）很难获得，使其应用受到极大限制。当残值法中的非水投入机会成本以市场购买成本代替时，式（1）中的分子变为总产值减非水投入，其差值可近似认为是水对生产产品的经济贡献（简称水经济贡献），此方法被形象地谓之扣除非水成本法。种植业水经济价值通常以灌溉水对种植业生产的贡献表征，据用水量含义不同分为净灌溉水经济价值和毛灌溉水经济价值，经在海河流域研究表明，扣除非水成本法适用于近似计算种植业水经济价值［3-4］。本文以净灌溉水经济价值为例，计算公式如下：

式中：上标1代表扣除非水成本法，下标Ir代表灌溉种植业；为净灌溉水经济价值（元/m3），为种植业的水经济贡献（元/hm2），qIr，N为净灌溉需水定额（m3/hm2），Y为总产值（元/hm2），FNW为非水总投入（元/hm2），ET为作物生长周期内的蒸腾蒸发量（m3/hm2或mm），P0为有效雨量（m3/hm2或mm）。

采用扣除非水成本法，分别计算全国十大区2000—2005年4种主要作物平均净灌溉水经济价值，其中水经济贡献根据2001—2006年全国农产品成本收益资料汇编［5-10］整理获得，净灌溉需水量采用1980—2003年平均值，水经济价值计算结果列于表2。2000—2005年主要作物平均灌溉水经济价值的排序是，棉花净灌溉水经济价值约1.71元/m3，高于谷物水经济价值；在谷物中，水稻净灌溉水经济价值最高，约1.10元/m3，其次为玉米0.61元/m3，小麦最低仅0.13元/m3。

3.2 灌溉水经济价值的地域特征图1直观展示了4种作物灌溉水经济价值的地域特征，概括如下：

施工环节是工程建设的重要环节。施工人员的技术水平与工作态度会影响到工程完成情况，从而影响工程质量。在我国小型水利工程建设过程中，各项施工材料都需要经过专业人员与专业机构的检验。对施工的每一个环节、每一个具体施工步骤，都应由专门人员进行记录，以便出现问题时能够快速寻找原因所在。现场施工人员必须经过专业单位审核确认，无关人员不应进入施工现场。

（1）水稻（指中季稻）净灌溉水经济价值以东北区最高，1.45元/m3，其后依次为长江区、川渝区、华南区，尽管4个区的水经济贡献在十大区中不算高，但灌溉需水量少，提升了水经济价值，反映了地域性气候具有种植水稻的优势。华北区、蒙宁区和晋陕甘区水稻的水经济贡献很高，但灌溉需水量很大，水经济价值反而排在末三位，表现为明显的种植水稻的地域性气候劣势。由此可见东北区、长江区、川渝区和华南区具有水稻种植优势。

（2）与水稻相比，小麦的水经济贡献都明显偏低，但灌溉水量减幅不大，表明种植效益不如水稻。在小麦主产区中，水经济价值从高到低依次是西北区0.34元/m3、华北区0.31元/m3和长江区0.21元/m3，其中西北区灌溉水量最高，约为华北区1.7倍、长江区的3.7倍；故华北区具有种植小麦的优势，次为长江区。蒙宁区与晋陕甘区小麦水经济价值很低，灌溉需水量较高；川渝区小麦产量低、质量较差、用工成本较高，导致生产成本高于产值，未能反映真实的水经济贡献。由此可见华北区、长江区具有小麦种植优势。

表3 各分区主要作物2000—2005年平均净灌溉水经济价值

（3）玉米的水经济贡献高于小麦、低于水稻，但净灌溉需水量显著低于水稻和小麦，水经济价值主要受产值和非水成本的影响，造成各区之间差异较大。其中华北区和长江区的灌溉水经济价值较高，分别为1.52元/m3和1.49元/m3，次为川渝区，为1.13元/m3；与上述3区相比东北区灌溉需水量不高，但水经济贡献较低，水经济价值位居第4，需要提高产值、降低生产成本；西北区和蒙宁区玉米的水经济贡献虽很高，但灌溉需水量约为其他地区的2～3倍，致使水经济价值低；华南区和云贵区由于玉米产量低、生产费用和用工成本较高，成本超过了产值，未能反映真实的水经济贡献和价值。由此可见华北区、长江区、川渝区和东北区具有玉米种植优势。

（4）棉花的水经济贡献和水经济价值均显著高于谷物。在4个主产区中，长江区和华北区的水经济贡献不高，但棉花灌溉需水量较少，仅为西北区的1/4和1/2，导致水经济价值较高，分别达到西北区的2.5倍和2.0倍。晋陕甘区和西北区的水经济贡献虽高，但灌溉需水量也高，净灌溉水经济价值较低。由此可见长江区和华北区具有棉花种植优势。

从各大区区内灌溉水经济价值看，东北区水稻＞春玉米；华北区夏玉米＞水稻＞冬小麦；长江区水稻＞夏玉米＞冬小麦；华南区水稻＞春玉米；蒙宁区水稻＞春玉米＞春小麦；晋陕甘区水稻＞夏玉米＞春小麦；川渝区水稻＞夏玉米＞冬小麦；云贵区水稻＞春玉米；西北区冬小麦＞春玉米。

3.3 分区主要作物种植优势及方向根据以上区间、区内4种作物水经济价值的地域特征分析，结合作物单方耗水产量（产量/ET）和单方净灌溉水产量（产量/IR），分区种植优势及方向如下：

（1）东北区。水稻的净灌溉水经济价值高于春玉米，且为各区最高，表明该区具有种植水稻的优势，应给予重点开发，提高水稻种植比例，抓好优质高产稻的生产；玉米的水经济价值虽不如水稻，但与其他区相比也具有优势，由于灌溉需水量小，单方净灌溉水产量较高，应继续稳定玉米生产，可考虑向畜牧业饲料作物转变，提高玉米的产出效益和水分生产效率。

（2）华北区。棉花净灌溉水经济价值在4种作物中最高，且产量在各区中最高，水分生产率较高，可适当扩大棉花种植面积，以提高种植业综合生产效益；冬小麦水经济价值虽低于水稻，但与其他区相比具有显著优势，考虑华北区突出的水资源供需矛盾，且冬小麦与夏玉米复种可极大地提高土地利用率，应压缩耗水量较大的水稻种植面积，发挥冬小麦夏玉米连种的传统优势，继续提高冬小麦、夏玉米全国领先的种植水平。

（3）长江区。棉花净灌溉水经济价值为最高，且在各区中最高，但棉花单方净灌溉水产量较低，说明只是水量条件良好，在产出上不具优势，需努力提高产量和品质。水稻、冬小麦、玉米的水经济价值低于棉花，但与其他区相比具有明显的降水资源优势，应进一步扩大水稻种植面积，发挥水量丰沛优势，提高产出水平，同时稳定小麦、玉米的种植面积，挖掘高产潜力，确保粮食稳定增产。

（4）华南区、川渝区、云贵区。净灌溉水经济价值最高的作物是水稻，且单方耗水产量均较高，应继续保持较大比例的水稻种植面积；玉米净灌溉水经济价值偏低，但单方净灌溉水产量较高，需采取有效措施改变低产高投入的状况，提高成本利润率。

（5）蒙宁区、晋陕甘区。因对灌溉依赖程度高，无论是水稻还是冬小麦、夏玉米与其他区相比均无种植优势。从区内看，水经济价值水稻＞玉米＞小麦，单方耗水产量和单方净灌溉水产量均以玉米最高，小麦各项指标均较低，应发展玉米种植，注重玉米生长关键期的灌溉；根据水资源条件发展水稻和小麦种植，重点加强旱地雨水高效利用技术的研发与应用。

（6）西北区。作物生长完全依赖灌溉，在小麦、玉米、棉花3种作物中，棉花净灌溉水经济价值最高，是我国主要的产棉区，需大力推进节水高效的棉花生产基地建设；小麦净灌溉水经济价值低于棉花，但为各区最高，可稳定小麦、玉米种植面积，建立适水种植的节水模式和配套技术。

4 主要粮棉作物种植布局

目前农业节水侧重于结构性调整，往往将调整重点放在减少粮食作物、增加经济作物种植面积上，从1980—2006年，我国粮食作物播种面积（包括谷类、豆类和薯类）已由1.17亿hm2下降到1.05亿hm2，约减少了10%，由此将影响到粮食安全。笔者认为种植结构调整与布局要以国家粮食安全为前提，要遵循作物水经济价值地域规律，国家应给予必要的政策扶持和倾斜，稳定和加强优势作物生产区的粮食种植面积和基本灌溉用水量。针对目前种植变化状况建议如下：

（1）关于稻谷。加强长江区、稳定川渝区、恢复华南区的水稻种植；重点开发水土资源匹配较好的东北区水稻生产，充分利用有限的耕地资源，注重节水，建设绿色粳米基地，抓好优质高产稻的生产，满足日益增加的稻谷粮食需求。

（2）关于小麦。继续稳定华北区小麦种植规模，发挥粮食主产区的重要作用；发展长江区小麦生产，推广麦稻复种；关注晋陕甘区和川渝区的小麦生产，提高耕作技能，降低生产成本。

（3）关于玉米。稳定建设华北区夏玉米生产，重点建设东北春玉米主产区；鉴于相对其他粮食作物，玉米生产灌溉需水量较少，各区生产潜力均很大，都应积极发展。

（4）关于棉花。继续巩固冀鲁豫新、长江中下游区三大优势产棉区，强化华北和新疆棉区的建设，实现棉花产区的集中化、规模化。

最后特别指出，华北区在我国粮、棉生产中具有突出的地位，耕地面积占全国的18%，粮食产量占全国的25%，其中冬小麦占全国的57%，夏玉米占全国的31%；尤其是冬小麦无论产量与质量在全国都占绝对优势，国内没有可以替代的地区。然而华北区缺水严重，而粮食作物水经济价值较低，灌溉用水易被挤占，粮食作物的比较效益也低，种植面积在逐步萎缩。例如，土地面积约占华北区23%的河北省，粮食作物播种面积已由1980年的0.075亿hm2下降到2006年的0.062亿hm2，减少近17%，因此，需从国家粮食安全大局定位华北区粮食生产，在提倡农业节水的同时，像保护基本农田那样，稳定粮食种植面积并保证基本用水。

［1］中华人民共和国国家统计局.国际统计年鉴-2008［M］.北京：中国统计出版社，2008.

［2］Robert A Young.Determining the economic value of water：concept and methods［M］.Washington DC：Resourc⁃es For the Future，2005：99-102.

［3］甘泓，汪林，倪红珍，等.水经济价值计算方法评价研究［J］.水利学报，2008，39（8）：1160-1166.

［4］李良县，甘泓，汪林，等.水资源经济价值计算与分析［J］.自然资源学报，2008（5）：494-499.

［5］国家发展计划委员会，等.全国农产品成本收益资料汇编-2001［Z］.2001.

［6］国家发展计划委员会，等.全国农产品成本收益资料汇编-2002［Z］.2002.

［7］国家发展改革委价格司.全国农产品成本收益资料汇编-2003［M］.北京：中国物价出版社，2003.

［8］国家发展改革委价格司.全国农产品成本收益资料汇编-2004［M］.北京：中国物价出版社，2004.

［9］国家发展改革委员会价格司.全国农产品成本收益资料汇编-2005［M］.北京：中国统计出版社，2005.

［10］国家发展改革委员会价格司.全国农产品成本收益资料汇编-2006［M］.北京：中国统计出版社，2006.