农业种植结构等因素对河北省地下水超采的影响

连煜阳，刘 静，张天才

(1 中国农业科学院农业经济与发展研究所，北京 100081；2河北省农业区划办公室，石家庄 050051)

农业种植结构等因素对河北省地下水超采的影响

连煜阳1，刘 静1，张天才2

(1中国农业科学院农业经济与发展研究所，北京 100081；2河北省农业区划办公室，石家庄 050051)

以2001—2014年河北省地下水水位、农业种植结构等数据为基础，采用计量经济学方法，对河北省浅层地下水水位和深层地下水水位的影响因素进行了分析。研究结果表明：河北省农业种植结构、人口、有效灌溉面积、机井数量、经济发展水平等因素对地下水超采均有不同程度的影响，并提出政策建议：为缓解地下水超采状况，要因地制宜，适当调整农业种植结构；大力发展节水农业，提高水资源的利用率；控制机井数量的同时，适当控制机井深度；大力发展经济，提高经济发展水平。

河北省；地下水超采；地下水水位；农业种植结构

我国人均水资源占有量为2 240m3，仅为世界平均水平的28%，目前，全国有24个省(自治区、直辖市)存在不同程度的地下水超采问题，其中，河北省平原区形成7大地下水漏斗区，暗藏着6.7万km2的地下水超采区，华北平原已经成为世界上最大的“漏斗区”，地下水水位大幅度下降引发了一系列环境和地质问题。

近年来，国内外关于地下水超采的研究取得了大量成果。从研究内容看，聚焦地下水超采的原因，有以下几个方面：(1)水资源供需矛盾突出[1-5]；(2)地下水水质好，开发成本低[6-7]；(3)水资源利用率低[8]；(4)水资源污染严重[4，9]；(5)政策性因素导致超采严重[4]；(6)地下水管理工作松懈[4，10-11]；(7)水权归属不明晰[12]；(8)地下水保护法律缺失[13-14]。从研究方法看，国外已有研究多以典型区域的案例为主，分析区域地下水超采的原因；国内已有研究多数是定性分析，部分定量分析主要是运用统计数据进行对比和描述性分析，很少运用多年面板数据进行计量经济分析。因此，为了解决河北省地下水超采问题，迫切需要理清河北省地下水超采的原因，运用实证方法分析地下水超采的影响因素，从而进一步制定有效政策措施。

农业用水特别是小麦对地下水灌溉依赖程度高是造成地下水超采的主要因素[1，4，15-17]。但是，实际中，随着水资源短缺状况的加剧和小麦种植成本的上升，农民对小麦种植意愿在不断降低，河北省小麦播种面积已呈下降趋势(图1)，农业用水量在逐渐减少(图2)[18-19]，尽管如此，地下水超采状况并未得到缓解，因此，农业是否是河北省地下水超采的罪魁祸首？农业种植结构的改变对河北省地下水超采的影响程度如何？地下水超采的影响因素还有哪些？这一系列问题有待于进一步研究。

图1 1980—2014年河北省小麦、玉米及蔬菜播种面积趋势数据来源：《河北农村统计年鉴1992—2015》

图2 1991—2014年河北省分行业用水量变化趋势数据来源：历年《中国水利统计年鉴》、《河北水利统计年鉴》

1 数据来源及模型设定

1.1 数据来源

历年《中国水利统计年鉴》、《河北水利统计年鉴》、《河北经济年鉴》、《河北农村统计年鉴》、《衡水统计年鉴》、《邢台统计年鉴》、《沧州统计年鉴》、国家统计局数据库，部分数据经整理计算得到。

1.2 变量选取

本文使用河北省地下水水位(m)作为被解释变量，以影响因素作为解释变量。根据已有研究和观察，考虑可能影响地下水超采的经济、社会和自然环境等因素，选取人口、有效灌溉面积、机井数量、经济发展水平、种植结构、降水情况等影响因素，其中，以河北省和各地区的GDP(亿元)来反映经济发展水平，为剔除价格因素的影响，所采用的国民生产总值以2001年为基期，利用CPI对样本数据进行了指数平减；以小麦播种面积占农作物总播种面积的比例(以下称小麦播种比例，单位为%)、蔬菜播种面积占农作物总播种面积的比例(简称蔬菜播种比例，%)和玉米播种面积占农作物总播种面积的比例(简称玉米播种比例，%)来反映河北省的种植结构。

1.3 模型设定

根据现有数据，本文建立了两组计量经济模型。以2001—2014年河北省浅层地下水水位为被解释变量的时间序列计量模型和以2001—2014年衡水、沧州、邢台中东部平原深层地下水水位为被解释变量的面板数据计量模型。考虑到河北省冬小麦与夏玉米的轮作制度，冬小麦生育期约8个月，期间降水量少，冬小麦实际需水量的60%依靠地下水进行灌溉；河北省夏玉米种植正值雨热同期，对地下水依赖程度低[1]。为具体分析不同农作物对地下水水位的影响程度，把小麦播种比例与玉米播种比例分放在两个模型中，又考虑到玉米的生长期与降雨期相吻合，所以把玉米播种面积与年降水量同放在一个模型中。

时间序列计量模型中，采用线性回归分析模型对数据进行计量分析，建立线性回归模型：

yt=β0+β1x1+β2x2+β3x3+β4x4

+β5x5+β6x6+μ1

(1)

yt=γ0+γ1yt-1+γ2x1+γ3x2+γ4x3+γ5x4

+γ6x5+γ7x6+μ2

(2)

yt=α0+α1x1+α2x2+α3x3+α4x4+α5x7

+α6x8+ε1

(3)

yt=φ0+φ1yt-1+φ2x1+φ3x2+φ4x3

+φ5x4+φ6x7+φ7x8+ε2

(4)

式(1)～(4)中，yt表示2001—2014年河北省浅层地下水水位；yt-1表示滞后一期的河北省浅层地下水水位；x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7、x8分别表示人口、有效灌溉面积、年末实有机井数量、GDP、小麦播种比例、蔬菜播种比例、玉米播种比例、年降水量；β0、γ0、α0、φ0、表示常数项；β1～β6、γ1～γ7、α1～α6、φ1～φ7表示各解释变量的估计系数；μi、εi是随机扰动项，假设与模型中的其他解释变量不相关。式(1)与式(3)表示利用基础数据建立的线性回归模型；由于水资源的周期性和循环性，考虑到当前地下水存量会受到过去地下水存量的影响，所以式(2)、(4)中加入了滞后一期的被解释变量。

面板数据计量模型中，n=3，而T=14，n小T大，故这是一个长面板。在长面板中，由于n相对于T较小，对于可能存在的固定效应，需要加入个体虚拟变量，对于时间效应，可以通过生成时间趋势变量t，又考虑可能存在的组间异方差与组间同期相关，故使用面板校正标准误进行估计[20]。为此，使用以下模型：

yij=θ0+θ1x1ij+θ2x2ij+θ3x3ij+θ4x4ij+θ5x5ij

+θ6x6ij+θ7c2+θ8c3+θ8t+eij

(5)

yij=λ0+λ1x1ij+λ2x2ij+λ3x3ij+λ4x4ij+λ5x7ij

+λ6x8ij+λ7c2+λ8c3+λ9t+ωij

(6)

2 结果与分析

2.1 描述性统计分析

河北省浅层、深层地下水水位及各解释变量描述性统计分析如表1、如表2 所示。

2.2 模型检验及回归结果分析

2.2.1 模型检验 (1)河北省浅层地下水水位模型检验：运行计量经济模型中，对式(2)、(4)进行了异方差性检验、自相关检验。通过检验发现，利用OLS对方程进行估计后的模型存在异方差性和自相关性，于是使用“OLS+稳健标准误”的方法进行回归，以使异方差性和自相关性得到有效地处理。(2)河北省深层地下水水位模型检验：鉴于河北省深层地下水水位模型为长面板数据模型，在运行计量经济模型中，对式(5)、(6)分别进行了组间异方差检验、组内自相关检验和组间同期相关检验。考虑模型同时存在组间异方差、组内自相关及组间同期相关的情形，使用更为全面的FGLS对模型进行估计。

表1 河北省浅层地下水水位及各解释变量描述性统计

数据来源：通过计算整理得出，结果保留2位小数。

表2 河北省深层地下水水位及各解释变量描述性统计

数据来源：通过计算整理得出，结果保留2位小数。

2.2.2 回归结果及分析

(1)从表3中可以看出，仅利用基础数据建立的式(1)、(3)的回归效果较差，在此基础上，加入滞后一期的被解释变量后，式(2)、(4)的回归效果明显优于式(1)、(3)，拟合优度R2分别达到0.998和0.986，许多控制变量的系数符号与预期结果也是相一致的。式(2)中，人口变量的估计系数为正且在1%统计水平上显著，表明人口对浅层地下水水位有正向影响；有效灌溉面积的估计系数为正且在1%统计水平上显著，表明有效灌溉面积对浅层地下水水位有正向影响；年末实有机井数量的估计系数为负且在1%统计水平上显著，表明机井数量对浅层地下水水位有负向影响；GDP变量的估计系数为负且在5%统计水平上显著；小麦播种比例的估计系数为正且在1%统计水平上显著，表明小麦播种比例对浅层地下水水位有正向影响；蔬菜播种比例的估计系数为负且在1%统计水平上显著；滞后一期被解释变量的估计系数为正且在1%统计水平上显著，表明过去一年的浅层地下水水位对现在的浅层地下水水位有正向影响。式(4)中，人口变量的估计系数为正且在10%统计水平上显著，表明人口对浅层地下水水位有正向影响；有效灌溉面积的估计系数为正且在5%统计水平上显著，表明有效灌溉面积对浅层地下水水位有正向影响；年末实有机井数量的估计系数为负且在10%统计水平上显著，表明机井数量对浅层地下水水位有负向影响。其余变量均未通过统计检验。

表3 河北省浅层地下水水位模型回归结果

注：括号中为标准误差；*在10%统计水平上显著、**在5%统计水平上显著、***在1%统计水平上显著，结果保留四位小数。

(2)如表4所示，式(5)中，GDP变量的估计系数为负且在1%统计水平上显著；小麦播种比例的估计系数为正且在1%统计水平上显著，表明小麦播种比例同样对深层地下水水位有正向影响；虚拟变量中，邢台中东部平原深层地下水水位的估计系数为负且在1%统计水平上显著，表明以沧州深层地下水水位作为对照地区，邢台中东部平原深层地下水水位更深，下降更快；时间趋势变量的估计系数为正且在1%统计水平上显著，表明随着时间的推移，深层地下水水位在不断地下降，每年下降1～2m。其余变量均未通过统计检验。式(6)中，有效灌溉面积的估计系数为正且在10%统计水平上显著，表明有效灌溉面积对深层地下水水位有正向影响；GDP的估计系数为负且在5%统计水平上显著；虚拟变量中，衡水深层地下水水位的估计系数为负且在5%统计水平上显著，邢台中东部平原深层地下水水位的估计系数为负且在1%统计水平上显著；时间趋势变量的估计系数为正且在1%统计水平上显著；玉米播种比例的估计系数为负且在10%统计水平上显著；年降水量的估计系数为负且在1%统计水平上显著。人口、年末实有机井数量均未通过统计检验。

表4 河北省深层地下水水位回归结果

注：括号中为标准误差；*在10%统计水平上显著、**在5%统计水平上显著、***在1%统计水平上显著；结果保留四位小数。

(3)河北省浅层地下水与深层地下水水位影响因素对比分析：把以上2个模型的估计结果进行对比，得出结论。相较而言，人口、有效灌溉面积、机井数量对浅层地下水水位的影响程度更大，估计结果更为显著；玉米播种比例、年降水量对深层地下水水位的影响程度更大，估计结果更为显著；GDP对两者的影响同为负向，小麦播种比例对两者的影响同为正向；深层地下水存量受过去地下水存量的影响较小。

3 结论及政策建议

3.1 结论

根据河北省浅层地下水水位和深层地下水水位的回归结果及分析，得出结论：(1)有效灌溉面积是地下水超采的重要影响因素。有效灌溉面积越大，地下水水位下降越快。(2)机井数量是地下水超采的重要影响因素。机井数量的预期估计系数为正，但是模型中实际估计系数为负，这可能是由于机井数量虽有所减少，而机井深度却在不断加深造成的。(3)经济发展水平是地下水超采的重要影响因素。GDP变量在模型中的估计系数为负，这可能是因为相比第二产业、第三产业的迅速发展，第一产业发展较缓慢，而第一产业用水量比重偏大。(4)小麦播种比例是地下水超采的重要影响因素。通过实证分析得出，小麦播种比例对地下水水位有正向影响，小麦播种比例越大，地下水水位下降越快。(5)蔬菜播种比例是地下水超采的影响因素。高耗水的蔬菜会使地下水超采状况愈演愈烈(6)玉米播种比例是地下水超采的影响因素。玉米播种比例越大在一定程度上会缓解地下水超采状况。

3.2 政策建议

(1)因地制宜，适当调整农业种植结构。在深层地下水严重超采地区，适当控制冬小麦种植面积的同时，要避免农户为了追求自身利益，盲目地增加蔬菜种植面积，有效利用水价等经济手段，控制地下水开采量。(2)大力发展节水农业，提高水资源的利用率。节水技术方面，加强节水技术的培训和节水工具的推广，严格避免大水漫灌现象；节水意识方面，加强宣传教育力度，使农民切实认识到地下水超采的现状和严重性，倡导节约水资源的生活方式。(3)控制机井数量的同时，严格控制机井深度。抑制深井发展灌溉农业，尽量使用外调水、循环水等水源来替代地下水，避免一味地凿井，单纯地开采地下水。(4)大力发展经济，提高经济发展水平。努力发展二三产业，并加强二三产业与农业的结合，促进一二三产业融合发展，转变农业高成本、高资源消耗的发展方式为产出高效、产品安全、资源节约、环境友好的可持续发展方式。◇

[1]王慧军，李科江，马俊永，等.河北省粮食生产与水资源供需研究[J]. 农业经济与管理，2013(3)：5-11.

[2]李鹏，陈苗苗，张旭.河北省沧州市农村水资源现状研究[J]. 安徽农业科学，2015(17)：265-266.

[3]蔺文静，张薇，王滨，等.农业节水措施对河北省平原中部地下水的调控作用[J]. 水资源保护，2012(2)：46-49.

[4]李香云.深层地下水严重超采问题与对策建议——以河北省为例[J]. 水利发展研究，2010(6)：46-49.

[5]王政友.山西省地下水超采问题及其治理对策[J]. 中国水利，2011(11)：28-30.

[6]周尽忠，周世忠，梁风欣.邯郸平原深层地下水可持续利用研究[J]. 河南水利与南水北调，2011(2)：7-9.

[7]罗斌，柳泽军，郭新磊.加强水资源管理 促进县域经济发展——馆陶县水资源现状调查与分析[J]. 价值工程，2014(33)：85-86.

[8]地下水超采治理的“邯郸样本”[N]. 邯郸日报，2015-07-22(004).

[9]李艺欣，李树旗，刘朝华.河北省农村地下水污染的主要成因与防治研究[J]. 农村经济与科技，2013(10)：17-18.

[10]张俊杰，白洁，赵惠英.地下水超采综合治理措施探讨[J]. 地下水，2015(3)：59-60.

[11]秦天玲，严登华，宋新山，等.我国水资源管理及其关键问题初探[J]. 中国水利，2011(3)：11-15.

[12]郭中磊，张振林.河北省水权确权改革初探[J]. 河北水利，2015(7)：20.

[13]龚鹏程，王斌.我国农村地下水资源法律保护问题研究[J]. 中国农村水利水电，2015(10)：66-68.

[14]张丽晶.浅论河北省地下水资源的立法保护[J]. 河北水利，2015(7)：21、47.

[15]柴文佳.基于灰色模型的华北六省(市)区农业水资源需求量预测研究[D]. 石家庄：河北经贸大学硕士论文.

[16]陈志国，刘婷婷，户艳领.环首都地区农业用水利用现状及增效研究——基于河北省的调研分析[J]. 首都经济贸易大学学报，2015，4(17)：27-31.

[17]乔梁.邢台市农业用水结构变化特征分析[J]. 水利科技与经济，2015，21(4)：86-89.

[18]王红彦.用水结构变化特征与社会经济发展关系分析[J]. 水利科技与经济，2014，20(11)：91-95.

[19]武猛，程伍群，吴现兵.河北省用水结构变化规律及其影响因素研究[J]. 河北农业大学学报，2015，38(4)：121-124，129.

[20]陈强.高级计量经济学及Stata应用(第二版)[M]. 北京：高等教育出版社，2014：272-283.

(责任编辑 李婷婷)

Effects of Agriculture Planting Structure and Other Factors on Groundwater Overdraft in Hebei Province

LIAN Yu-yang1，LIU Jing1，ZHANG Tian-cai2

(1Institute of Agricultural Economics and Development of CAAS，Beijing 100081，China；2The Agriculture Regional Planning Office of Hebei Province，Shijiazhuang 050051，China)

This paper analyzed the influencing factors of the shallow groundwater level and the deep groundwater level of Hebei province separately with econometric method，which was based on the related data about groundwater level and agriculture planting structure of Hebei province in 2001—2014.The results showsed that agricultural planting structure，population，effective irrigation area，the number of shaft and economic development level all had different degree of influences on the over-exploited groundwater in Hebei province.According to the article，in order to control the over-exploited groundwater，we should adjust the agriculture planting structure appropriately to local conditions.In addition，we should develop water-saving agriculture vigorously to improve the utilization rate of water resources.Thirdly，we should control the number of wells，and control the depth of wells properly.Finally，we can develop the economy vigorously and improve the level of economic development.

Hebei province；groundwater overdraft；groundwater level；agriculture planting structure

中国农业科学院科技创新工程(项目编号：ASTIP-IAED-2015-07)。

连煜阳(1993— )，女，在读硕士研究生，研究方向：资源环境与可持续发展。

刘 静(1974— )，女，博士，研究员，博士生导师，研究方向：农业资源与环境、农村发展、水资源利用等。