我国粮食安全的水资源支撑问题研究

徐刘芬

（聊城大学商学院，山东 聊城252059）

我国粮食安全的水资源支撑问题研究

徐刘芬

（聊城大学商学院，山东 聊城252059）

我国粮食总产量和有效灌溉面积之间存在显著相关性，粮食产量的提高主要来自于有效灌溉面积的迅速扩张。全国粮食产量生产函数的回归模型结果表明：有效灌溉面积每增加1%，粮食产量将增加1.13%。由于粮食生产中心北上和西进，华北平原和西北地区已经成为我国重要的粮食生产基地。在华北平原，大量农田过度灌溉导致地下水位超采现象严重。在西北地区，水资源的过度开发已经导致了严重的生态环境恶化问题，水资源利用的不可持续性已经威胁到我国粮食安全。因此，我国迫切需要推行节水农业，与此同时逐步推进水资源配置的市场化。

水资源；粮食安全；有效灌溉面积；节水农业

一、引言

我国粮食总产量在2013年已经超过了6亿吨。农业技术进步和大量农业化肥的使用对维持国家粮食增长做出了重要贡献，更重要的是，农业政策的调整，如家庭联产承包责任制的实行、政府对粮食生产的补贴，农业税的退出等是自20世纪80年代起我国粮食产量持续增加的主要驱动力。然而，除了上述因素以外，我国粮食产量的提升还来自于灌溉面积的迅速增加，我国农业有效灌溉面积已经从1980年的44.88x106hm2增加到2014年的65.72x106hm2［1］。

我国虽然是一个大国，但水资源稀缺。从1998年到2009年，平均每年的淡水资源是2.72x1012m3，而人均水资源仅仅是2.22x103m3，只相当于世界平均水平的四分之一［2］。并且水资源的分布无论从区域还是时间上来看都是极其不均衡。例如，东南沿海地区每年的降水量超过1500mm，而西北内陆地区耕地面积占全国三分之一，每年的降水量却小于200mm。北方地区，生活着40%的全国人口，粮食土地占全国的51%，而水资源只占全国20%［3］。北方地区水资源的人均可获得性大约为271m3，是世界平均水平的二十五分之一［4］。根据国家水利部数据，按照目前全国正常用水需求，每年农业生产缺少260亿m3，农田受旱面积年均200x105hm2以上［3］。可见，水资源短缺问题已经成为制约我国粮食安全的突出问题。

为确保我国的粮食安全，我们必须在水资源总量短缺、时空不均等不利因素叠加的情况下，千方百计寻找有效途径维持我国粮食生产的增加。本文首先对全国粮食生产有效灌溉面积和粮食产量相关性进行了实证研究。其次，对两大粮食重要生产基地华北平原和西北地区的水资源状况进行了分析，最后提出了确保我国粮食安全水资源支撑问题的有效途径。

二、我国粮食生产的水资源支撑问题实证分析

（一）粮食产量和有效灌溉面积的相关性分析

关于我国粮食生产的水消费方面，尤其值得关注的是粮食生产的增加来自于灌溉面积的广泛增加。在我国粮食总产量和有效灌溉面积之间存在显著线性相关性（见图1）。然而，这种相关性并不意味着我国未来粮食生产的进一步增加能够通过灌溉面积的扩张实现。因为在许多地方，我们已经达到了水资源利用的极限。可以说我国农业生产关注的焦点面临不可避免的改变，就是从强调农业产出本身转向更多的强调农业的水生产率，即粮食产出和水消费之比。

图1　我国粮食产量和有效灌溉面积之间的相关性

注：其中gp表示粮食产出，单位106t，ia表示灌溉面积，单位106hm2。

（二）粮食产量和灌溉面积的多元线性回归分析

1.变量和数据处理

本文建立全国粮食产量的柯布-道格拉斯生产函数，根据粮食生产的各影响因素的生产弹性来分析粮食生产的水资源支撑问题。一般而言，对粮食产量有影响的因素包括粮食播种面积、生产用水总量、化肥使用量、农用机械总动力和各种自然灾害等。

基于数据的可获得性，本文采用1980-2012年粮食总产量（106t）、粮食播种面积（103hm2）、有效灌溉面积（103hm2）、成灾面积（103hm2）、农用化肥使用量（106t）、农用机械总动力（108w）的时间序列数据进行分析。数据主要来源于2013年《中国农村统计年鉴》和《中国统计年鉴》。

首先，将六组时间序列数据取对数，得到新的时间序列数据，其中：

LNCL：全国粮食总产量的对数

LNGGM：全国有效灌溉面积的对数

LNLZM：全国粮食播种面积的对数

LNHFL：全国化肥使用量的对数

LNDL：全国农用机械总动力的对数

LNDESM：全国粮食成灾面积的对数

分析各组时间序列数据发现，1980-2012年，粮食播种面积总体呈现下降的趋势，而粮食总产量却呈现波动向上的趋势，同时有效灌溉面积也呈现出波动向上的趋势，这说明我国粮食产量的增长并不单纯依赖播种面积的增长，而是更多的依赖水土资源和其他因素。因此，在下面的分析中将剔除粮食播种面积时间序列数据。另外，考虑到技术进步因素常常物化在种子、化肥、机械动力的使用方面，因此，模型没有引入技术变量。由于家庭联产承包责任制属于既定的基本制度而长期保持，因此模型也没有引入体制变革因素的变量。

其次，我们分别对全国粮食生产中的各影响变量进行平稳性检验，发现各时间序列数据均为一阶单整的，因此，对各时间序列数据取一阶差分变为平稳序列，对应的分别记为：DLNCL；DLNGGM；DLNHFL；DLNDL和DLNDESM。

2.模型分析

在进行多次试验后，根据显著性等指标确定使用如下模型：

D（LNCL）=c+β1D（LNGGM）+β2D（LNHFL）+ β3D（LNDL）+β4D（LNDESM）+ε

其中，ε为残差，β1、β2、β3和β4为参数，分别表示有效灌溉面积、化肥使用量、农用机械总动力和成灾面积增长率对粮食产量增长率的弹性系数。

运用Eviews7.2进行回归，模型结果如下（见表1）

表1　全国粮食产量生产函数模型的估计结果

模型估计结果如下：

D（LNCL）=-0.0657+1.1386DLNGGM+0.7744DLNHFL+ 0.5425DLNDL-0.0968DLNDESM

从全国粮食产量的回归模型结果说明：有效灌溉面积每增加1%，粮食产量将增加1.13%；化肥使用量每增加1%，粮食产量将增加0.77%；农用机械总动力使用每增加1%，粮食产量将增加0.54%；自然灾害（粮食播种土地成灾面积）每年多发生1%，粮食产量将减产接近0.1%。

上述实证分析表明，我国粮食生产高度依赖灌溉。2013年全国有效灌溉面积约占耕地面积的56.5%，灌溉面积上的粮食产量约占粮食总产量的80%［1］。由此可见，灌溉为我国粮食产量的提升提供了有效支撑。因此，积极扩大有效灌溉面积是促进粮食产量进一步提升，保障粮食安全的重中之重。然而，经过近半个世纪的开发，我国水土资源较好的耕地绝大部分已经得到开发，今后大幅度成片开发灌溉面积的可能性较小，灌溉的发展潜力主要体现在提高灌溉水利用效率。我国的地表水灌溉系统大多建于20世纪50-70年代，由于缺少投资、年久失修以及管理低效等原因，据估计当前我国灌溉水利用率只有25%-40%左右，远低于国外发达国家70-80%的利用率。按现有水资源消费结构计算，如果农业部门用水效率提高10%，每年全国水资源节约总量就是368.9亿m3［5］，可见农业水资源利用效率的提高对我国水资源的节约利用起着关键作用。

三、我国粮食主要生产基地华北平原和西北地区水资源状况分析

（一）我国粮食生产中心布局的转移

我国传统的粮食生产中心主要位于中东部的平原地区，因为那里有相对充足的水资源。然而，随着工业化、城市化的逐步推进，粮食生产的区域布局却发生了明显变动，东部沿海经济发达地区的粮食播种面积不断减少，粮食产量不断下降，粮食生产中心呈现逐渐北上和西进的趋势。例如，2012年，我国中部地区的粮食产量占到全国总产量的45.53%，而西部和东部地区分别是 28.19%和26.28%［1］。与2010年相比，中部地区的粮食产量占全国总产量的比例从51.5%下降到45.53%，而西部地区粮食产量比例则从19.9%上升到26.28%［1］。这说明我国粮食生产中心不仅已经从东部转向中西部，而且有进一步向西部地区转移的趋势。2012年，北方地区粮食产量是327045.2千t，占到全国总产量的55.5%，而南方地区粮食产量是262039.4千t，只占到全国的44.5%［1］。这说明我国粮食生产中心不仅转向经济欠发达的中西部地区，而且转向水资源短缺的北方地区。

（二）华北平原和西北地区水资源状况分析

近几十年来，我国北方地区大力发展灌溉农业已经改变了水循环、粮食作物水使用和生态系统之间的转换关系，尤其是在华北和西北等干旱和半干旱地区，水资源非常有限而农业严重依赖灌溉。沙漠面积在不断扩大，而河流、湖泊、林地和草地面积在萎缩。因此，农业和生态系统之间对于有限的水资源的竞争已经成为一个严重的问题。在华北平原，由于缺乏地表水，地下水已经成为灌溉水的主要来源。地下水迅速和广泛的开采确实有助于小麦和棉花产量的迅速增加，例如，河北省的数据表明，与1980年相比，河北省的小麦和棉花产量增加了几乎6倍，与此同时，河北省的农业灌溉面积也扩张了3倍，然而，这种农业灌溉面积扩张的结果是地下水位的迅速下降。据位于华北平原的中国科学院栾城农业生态系统试验站监测结果，从1972年至2009年，该监测站的地下水埋深已经从11.06m下降至36.12m，每年平均下降0.81m［6］。由此可见，华北平原的地下水超采严重，当地农业从水消费方面而言具有不可持续性。

西北地区占到国家土地面积的29%，大部分属于干旱或半干旱气候。每年的降雨量小于200mm，该地区的水资源只占到全国总量的3.8%，农业实际上是在一个非常脆弱的生态环境下进行的，几乎完全依赖于灌溉。结果，当地农业用水占到全部用水的90%以上，而且由于干旱导致的农作物成灾面积占农作物播种面积比重一直高于全国平均水平。

在过去30年内，西北地区由于水资源的过度开发，导致生态系统受损和荒漠植被退化。例如，黑河尾闾湖泊东、西居延海相继干涸，荒漠化过程加剧，成为沙尘暴的策源地之一；石羊河地区地下水位大幅度下降，生态环境加剧恶化；塔里木河下游321 km河道长期断流。河道断流引起下游绿洲萎缩乃至消失，取而代之的是盐碱地、沙尘暴和生态难民［7］。

随着我国粮食生产中心的北上和西进，华北平原和西北地区已经成为全国重要的粮食生产基地，然而，由于粮食生产是高耗水性生产活动，当地水资源短缺又非常严重，简单的水利工程已经不能够解决水资源短缺问题，从水资源可持续性使用角度而言，节水农业是以上两个地区最合适的选择。

四、结论和政策建议

可以预见，水资源短缺将是未来世界粮食生产面临的制约因素之一。我们需要开展“蓝色革命”提高单位用水的农业生产率，正如著名的农业科学家布劳格博士（Norman E.Borlaug，2000）呼吁的：“如何在可能利用的有限的水资源条件下，生产更多的粮食来满足日益增长的人口的需要，毋庸置疑的结论是，人类需要在21世纪开展‘蓝色革命-让每一滴水生产出更多粮食’，以继续完成20世纪‘绿色革命’的使命”［8］。

我国人口众多又面临有限的农业资源，这使得蓝色革命比任何时候都更加迫切。具体而言，我们应该识别不同地区水资源短缺的独特问题，设定分地区的节水和用水的具体目标。为了水资源的可持续利用，我国华北平原和西北地区，灌溉农业的范围应控制在合理范围内，并且水资源的配置必须包括生态水需求。在不久的将来，我国华北平原和西部地区灌溉水的使用量应该减少50%。节水农业是实现该目标的唯一途径。成本较高的节水技术例如滴灌和低压管道输水灌溉技术应该被发展以进一步促进华北平原和西北地区农业用水效率的提高。

另外，另一个需要迫切解决的问题是逐步推进水资源配置的市场化。为了体现水资源的短缺性，逐步改善水资源管理体系的有效性是非常重要的。水资源的市场化配置通过反映短缺水资源的价值从而有利于平衡水资源的需求与供给，应该逐渐提高水价以产生节约水资源的激励。中国现行水价是采取自上而下的行政方式制定的，水价太低而没有充分考虑水资源的短缺性。现行的阶梯水价不仅仅适用于居民用水，也可以推广到农业用水，尤其是大量虚拟水净输出地区如新疆、黑龙江和内蒙古，以反映水资源的短缺。

［1］中华人民共和国统计局网站：http：//www.stats.gov.cn/.

［2］Jiang，Y.2009.China’s water scarcity.J.Environ.Manage. 90：3185-3196.

［3］中华人民共和国水利部，2014年全国水资源公报：http：//www.mwr.gov.cn/.

［4］Taisheng Du，Shaozhong Kang，Xiying Zhang&Jianhua Zhang.China’sfoodsecurityisthreatenedbythe unsustainable use of water resources in North and Northwest China.Food and Energy Security published by John Wiley &Sons Ltd.and the Association of Applied Biologists.

［5］王金霞等著.灌溉管理改革及其效应：黄河流域灌区的实证分析［M］.中国水利水电出版社，2005年版.

［6］刘昌明.中国农业水问题：若干研究重点与讨论［J］.中国生态农业学报，2014年第8期：875-879.

［7］陈亚宁，杨青，罗毅，等.西北干旱区水资源问题研究思考［J］.干旱区地理，2012年第1期：1-9.

［8］Norman E Borlaug，Christoper Dowswell.Global food security：Hardness science in the 21st century，Gene Technology Forum，Kasetsart University，Thailand，March 7，2000［EB/OL］Http：//bangkok.usembassy.gov/services/irc/ gmo29.htm.

［9］杨丽芝，曲万龙，刘春华.华北平原地下水资源功能衰退与恢复途径研究［J］.干旱区资源与环境，2013年07期：8-16.

编辑：崔月华

Research on Water Resource Supporting China's Food Security

XU Liufen
（School of Business，Liaocheng University，Liaocheng，Shandong 252059）

The food production increase has resulted from an extensive increase in irrigated areas in China. There is a linear correlation between the total grain production and the effective irrigated area.The result of model analysis show that the effective irrigated area increases one percent，as a result，the total food production will increase more.In North China Plain，over irrigation has led to fast drop of underground water table.In Northwest China，over exploitation has resulted in some serious ecological problems.China's food security is threatened by its unsustainable use of water resources.It is more urgent to carry out watersaving agriculture and gradually promote the marketability of water resource.

water resources；food security；the effective irrigated area；water-saving agriculture

F32

A

2095-7327（2016）-01-0008-04

徐刘芬（1977-），女，聊城大学商学院讲师，南京农业大学博士研究生，研究方向：农业资源与环境。

国家社会科学基金重点项目：水权界定、水价体系与我国水市场监管模式研究，编号（13AJL013）。