井灌区玉米灌溉用水效率及其影响因素

许朗+胡莉红

摘要：当前，我国井灌区面临着地下水位下降、灌溉用水效率低下的困境。通过对河南省滑县、山东省巨野县农户进行调研，对获得的调研数据进行分析，使用超越对数随机前沿生产函数测算玉米农业技术效率，使用偏要素生产率模型测算农户的玉米灌溉用水效率，使用Tobit回归模型分析不同农户玉米灌溉用水效率差异的影响因素。结果表明：井灌区农户的玉米灌溉用水效率均值为0.543，其中畦田的宽度、畦田的土地平整度、是否使用地埋管道等节水设施、农户对水资源稀缺的认知程度等对灌溉用水效率有显著影响。针对提高井灌区灌溉用水效率，提出了对应的政策建议。

关键词：井灌区；灌溉用水效率；节水灌溉；河南省滑县；山东省巨野县

中图分类号： S274；F407.9文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2017）10-0296-04

华北平原是我国重要的粮食生产基地，黄淮海3条流域浇灌着全国超过1/3的耕地，但是人均水资源量仅占全国人均水资源量的1/6。由于地下水超采、地表水分布不均，华北平原面临水资源短缺的困境。有研究表明，华北平原超过 1/2 的面积处于深层漏斗或浅层漏斗区。2016年中央一号文件《中共中央国务院关于落实发展新理念加快农业现代化实现全面小康目标的若干意见》提出，到2020年农田有效灌溉面积达到6 667万hm2以上，农田灌溉水有效利用系数提高到0.55以上，加快重大水利工程建设，并且对农业用水效率等方面提出了更高的要求。为帮助华北平原走出农业用水效率低下、农业用水短缺的困境，本研究拟通过对河南省滑县、山东省巨野县玉米的灌溉用水效率的影响因素进行分析，运用超越对数随机前沿生产函数测算出玉米的农业技术效率，再使用偏要素生产率模型测算出玉米的灌溉用水效率，通过Tobit模型分析影响农户效率差异的因素，从科学的角度为提高农户灌溉用水效率提出对策建议，以期为井灌区玉米的科学灌溉提供参考。

在井灌区农业用水方面，已有一些国内外学者作了相关研究。井灌区地下水位在农业开采量1.01亿m3的基础上分别增加-14%、-29%、29%的情况下，地下水埋深分别上升0.33、0.64、-0.45 m，表明減少农业用水量是遏制地下水水位持续下降的有效措施[1]。王昕等通过对华北平原纯井灌区山东省桓台县农户进行调研，发现通过制定节水高产灌溉制度，确定科学的灌水量，推广节水技术，可以使山东省桓台县每年减少灌溉用水量5 m3/hm2，减少无效水分蒸发量 120 m3/hm2，达到节水的目的[2]。赵勇等对320户井灌区的农户灌水定额进行统计，发现农户之间灌水定额差异很大[3]。李国正等通过C-D随机前沿生产函数测算，得出井灌区农田灌溉系数为0.7左右，较国内发达地区和国外低20%～30%，粮食作物的水分生产率为1.3 kg/m3，世界中等发达国家作物水分生产率为1.5 kg/m3[4]。曹建民等运用258个村的数据研究表明，近10年井灌区农村地下水水位呈现下降趋势，其中黄河、海河流域最为严重，井灌区农业灌溉、深水机井比例的增加会加速水位的下降，农村工业用水需求的增加也加速了地下水位的下降[5]。王晓磊等通过对石家庄井灌区农户进行调研，从农户灌溉行为分析了农户的节水潜力，得出农户在正常年下，单位面积可以节约灌溉量 204.1 mm，井灌区具有巨大的节水潜力[6]。冯保清等对2007—2012年全国纯井灌区5种灌溉类型建立了灌溉水有效利用系数模型，结果表明，微灌、喷灌灌溉面积占比对灌溉水有效利用系数的影响程度最大[7]。在农业用水效率方面，国内外一些学者已经作过一些研究。Omezzine等从投入角度利用基于C-D生产函数形式的随机前沿分析方法考察了节水技术措施对灌溉用水效率的积极作用[8]；Karagiannis等通过对50个农户的截面数据，利用超越对数随机前沿生产函数方法分析了具体因素对灌溉用水效率的影响[9]。在国内相关研究方面，王晓娟等利用超越对数生产函数、C-D生产函数形式对水资源的利用效率进行实证分析[10-11]。目前，在井灌区农户节水潜力、农户用水量差异方面已经有一些学者作了研究与探索，但对井灌区农户灌溉用水效率的影响因素的研究还比较缺乏，华北平原井灌区为人均水资源量极度匮乏的地区，且农业用水占总用水量的2/3，对华北平原农户灌溉用水效率进行测算及影响因素分析是极其必要的。

1研究区概况和数据来源

1.1研究区概况

研究数据来自笔者所在课题组2016年7月对黄河流经的华北平原的农户进行的实地调研。本研究采用河南省滑县和山东省巨野县的数据进行研究。

滑县位于豫北平原，地理位置为114°23′～114°59′E、35°12′～35°47′N，东临河南省濮阳市，北临河南省鹤壁市浚县、河南省安阳市内黄县，西与河南省新乡市延津县相连，南与河南省新乡市长垣县、封丘县接壤，滑县辖10镇，全县面积 1 814 km2，耕地面积11.4万hm2。滑县全县节水灌溉面积占40.1%，水浇地占99%以上；有1 019个行政村，农业人口占总人口的92%；农民人均耕地面积0.113 hm2。滑县是传统的农业大县，农业灌溉完全依靠地下水，井深50～70 m。气候湿润，降水量较充沛，平均气温13.7 ℃，平均降水量 634.3 mm，适宜种植小麦、玉米、大豆、花生、棉花等农作物。

巨野县位于中国山东菏泽，北临郓县，西南与定陶县、成武县接壤，东临济宁。巨野县水资源总量3.76亿m3，可利用地表水1.3亿m3，可利用地下水2.47亿m3，巨野县人均水资源储量413.1 m3。巨野县的农田水利设施建设受益于小型农田水利建设重点县项目，大部分设施是近几年新建的，农业灌溉情况良好。巨野县现有约9.73万hm2耕地，主要种植玉米、小麦，还有部分种植大蒜、辣椒、棉花等。巨野县境内流域众多，水资源充沛，井深30 m左右，是全国平原绿化达标示范县之一。endprint

1.2研究区水费构成分析

调研区域灌溉费用的收取标准由各个村集体自行制定，根据各村集体的特点可以自行进行调整。根据对滑县、巨野县的调研发现，灌溉费用的收取主要有2种形式：（1）在滑县主要是收取灌溉提水费，全县以收取电费为主，提水消耗的电量与地下水埋深、水泵的功率、提水量有直接的关系；（2）巨野县灌溉费用的收取主要分为2种形式，在实行世行三期和小农水建设的地区，大多数村集体收取的灌溉费用包括提水费、管水员的务工费用；巨野县主要采取“地下水保收，河水补源”的做法。巨野县收取10元/（人·年）的黄河水资源费用（即使灌溉水源不是黄河水的村镇也要收取黄河水资源费，因为黄河水起到补给地下水的作用，使用地下水的同时间接使用了黄河水），灌溉费用中电费占1/3以上。

1.3数据来源和调查方法

具体调研地点位于华北平原的河南省滑县、山东省巨野县。之所以选择这2个地点，是因为滑县是纯井灌区，巨野县则采取“井灌保收，河水补源”的做法。选取这2个地点研究井灌区的农业用水灌溉情况具有代表性。滑县选择道口镇、白道口镇、留固镇、王庄镇、万古镇、牛屯镇、枣村乡、赵营乡、半坡店乡等9个乡（镇），巨野县选取大义镇、章缝镇、柳林镇3个镇，采取分层抽样、随机抽样的方法在每个镇（乡）选取 2～3个村进行入户调研，同时对村干部进行访谈，共抽取28个行政村，发放300份问卷，收回有效问卷289份，其中滑县199份，巨野县90份，有效问卷率达96%。

1.4样本农户的基本特征

由表1可以看出，样本农户具有2个基本特征。（1）调研数据中农业收入占家庭总收入的50%以下的仅有 40.83%，远远低于许朗等研究中的数值，是因为本调研数据中含有129户大户，大户经营粮食作物面积较大，农业收入是家庭的主要收入来源[12]；去除129户大户，对160户农户进行统计可以得出，54.4%农户农业收入占家庭总收入的比例低于30%，72.5%的农户农业收入占比低于50.00%，该数值仍低于许朗等的研究[12]，可能是因为滑县、巨野是传统的农业大县。尽管如此，仍可以看出，对于普通农户，农业收入不是家庭收入的主要来源。（2）调研结果显示，50岁以上的农户占50.86%，这个结论低于其他学者的结果[3]，可能与滑县是农业大县有关。调研的农户受教育年限在9年以下的占73.36%，该结果略低于其他学者的研究结果，可能与调研数据中包含129户大户有关。因为大户的文化水平普遍较高，这与滑县农业技术推广中心在筛选新型农民的过程中将文化教育作为参考标准也有一定关系。

2模型设定和变量选择

2.1模型设定和方法的选取

2.1.1技术效率模型技术效率的模型如下：

lnyi=β0+β1lnwi+β2ln（x1）i+β3ln（x2）i+1/2β4（lnwi）2+β5ln（x1）ilnwi+β6ln（x2）ilnwi+1/2β7[ln（x1）i]2+β8ln（x1）iln（x2）i+1/2β9[ln（x2）i]2+υi+ui。[JY]（1）

式中：i为农户的序号；y为单位面积农产品的产量，kg/hm2；w为单位面积的灌溉用水量，m3/hm2；x1为单位面积的资本投入，包括种子、化肥、农药、雇工的费用和机械费用，元/hm2；x2为单位面积的劳动力投入情况，工/hm2；vi为随机误差项，表示农户控制不了的因素；ui为非负随机误差项，代表生产中的技术无效，即样本单元的产出与生产可能性边界的距离。

2.1.2偏要素生产率模型偏要素生产率模型：

[JZ（]IEi=exp[（-ξi±[KF（]ξ2-2β4[KF）]ui]/β4。[JZ）][JY]（2）

式中：i为农户的序号；IE为灌溉用水效率；ξi的表达式：

[JZ（]ξi=[SX（]lnyilnwi[SX）]=β1+β5ln（x1）i+β6ln（x2）i+β4lnwi。[JZ）][JY]（3）

2.1.3效率差异解释模型（Tobit模型）效率差异解释模型：

[JZ（]lnIEi=δ0+∑[DD（]nk=1[DD）]δkzk+ei。[JZ）][JY]（4）

式中：zk为灌溉用水效率的解释变量，共有9个解释变量：户主年龄（岁），户主受教育程度（年），家庭的土地资源禀赋（hm2），土地平整度（無，1=平整，2=有些不平整，3=非常不平整），土地畦宽（m），是否使用节水设施（无，1=使用，0=不使用），农户对水资源稀缺程度的认知（无），水价（元/m3），非农就业占总人口的比例（%）。δk为待估参数。

水价为每个农户上交给管水员的费用。农户上交的水价不仅包括提水费用（表现为农业电费），还包括管水员的工资、维修机井等灌溉设施的费用。由于机井等维修费用和管水员的工资标准不同，各行政村缴纳的单位水价的标准不同。

本研究用非农收入占家庭总收入的比例表示非农就业对农户灌溉用水效率的影响。农户对水资源稀缺程度的认知用数字1～5表示，1表示认为水资源非常稀缺，5表示认为水资源不短缺，从1～5的程度越来越弱。农户的土地资源禀赋用农户的有效灌溉面积来表示，因为旱地不能获得灌溉，靠天吃饭，只有水浇地会影响农户的灌溉用水效率。农户的管水能力用户主的年龄、受教育年限来表示。

2.2变量选取

2.2.1技术效率测算变量的选取玉米生产的各投入要素分为3个部分：（1）资本投入，包括种子成本、化肥、农药、机械成本；（2）劳动投入，包括自家工投入、雇佣劳动的投入；（3）灌溉用水的使用。

2.2.2效率差异变量的选取根据已有学者的研究和实地调研可知，井灌区农户灌溉用水效率是多种因素综合作用的结果，农户的灌溉用水效率往往与农户自身的特征、外界环境有关，主要有以下几点。（1）户主的年龄、受教育程度；（2）家庭的土地资源禀赋、非农劳动占家庭人口总数的比重、水价；（3）土地的平整程度、畦宽程度；（4）心理认知特征，即对水资源是否紧缺的认知程度。endprint

根据以上分析，可以得到lnIE=（户主年龄，户主受教育程度，家庭的土地资源禀赋，非农就业占家庭总人口的比重，水价，土地平整度，土地畦宽，是否使用节水设施，农户对水资源稀缺程度的认知）。农户灌溉用水效率的影响因素如图1所示。

3结果与分析

3.1技术效率和灌溉用水效率测算结果

本研究采用Frontior 4.1对模型进行最大似然值估计，表2是超越对数随机生产前沿函数的参数估计结果，模型通过似然比检验，说明模型是可行的、适宜的。由表2还可以看出[CM（25]，灌溉用水、资本的投入、劳动力的投入所得到的系数都是

正的，这与预估的情況相符。在一定限度下，投入的资本、劳动力、灌溉用水越多，得到的产出越大。γ=0.88，在1%的水平上是显著的，说明边界生产函数的误差主要来自生产技术的无效率u，占88%，剩下的部分都是由农户不可控制的因素造成的，占12%。

由表3可知：（1）农户农业生产技术效率的均值是 0.876，这说明在目前技术状态和投入情况不变的状态下，消除技术损失，产量可以提高12.5%，灌溉用水效率的均值为0.543；（2）井灌区农户灌溉用水效率明显低于农业生产技术效率，农户灌溉用水效率集中分布在31%～40%。

3.2农户灌溉用水效率差异影响因素结果

表4给出了影响农户灌溉用水效率的因素分析结果。根据对农户灌溉用水效率的影响因素的回归结果可以得出以下结论。（1）土地的平整度对农户灌溉用水效率的影响为正。这是符合农田灌溉的实际情况的，对农田进行精细耕作，土地平整度越高，农户灌溉时，需要花费的时间越短，农户的灌溉用水效率越高。（2）田地的畦宽对农户的灌溉用水效率的影响为负。事实证明，适合的畦田规格是提高灌水质量、减少深层渗漏损失、节水增产的关键，也是田间节水系统建设的重要内容之一。有些农户为了减少劳作时间，使得畦田的宽度大于最合适的宽度。这个符合地面灌水理论及水量平衡原理。

适宜的入畦宽度可以使得水量均匀地流入田内，减少地面的淤积或冲刷。（3）是否使用地埋管道等节水设施对农户灌溉用水效率影响十分显著。配套水泵、机井、地埋管道、射频卡等减少了从机井到田间地头的水资源的渗漏，地埋管道的水利用系数为0.9以上，极大地减少了水资源不必要的浪费。节水设施的使用大大减少了人工劳动力的投入。（4）对水资源稀缺的认知程度对农户的灌溉用水效率影响为正。（5）家庭特征对农户灌溉用水效率影响不显著。农户对作物进行灌溉通常按照自己的种植经验，与农户的年龄、家庭的非农就业没有显著的关系。（6）市场特征对农户灌溉用水效率影响不显著。因为就水价而言，调研地区内部没有差异，农户认为水价是正常的，所以不会因为水价的高低而增加或减少用水量。调研地区中滑县只收取提水费用，巨野县收取提水费、管水员的工资、灌溉设备的维修费用。

4结论与政策建议

4.1结论

家庭联产承包责任制使得农户可以根据自己的意愿安排农业生产活动，选择灌溉用水量。对农户灌溉用水效率进行测算，可以分析农户的节水潜力；对农户灌溉用水效率的影响因素进行分析，可以寻找提高农户用水效率的方法。根据本研究的测算结果得出以下结论：（1）井灌区农户灌溉用水效率高于全国农户灌溉用水效率水平，但仍然低于世界发达国家的平均水平，农户的灌溉用水效率普遍低于农业技术效率；（2）通过对灌溉影响因素的分析发现，畦田的宽度、畦田的平整度、是否使用节水技术、农户对水资源短缺的认知程度等对农户的灌溉用水效率有显著影响。

4.2政策建议

（1）建议农户进行科学种田[3]，畦田的宽度对灌溉用水效率有显著影响。根据水泵型号、出水量确定畦田的宽度，可以明显节约灌溉用水量。根据水利局提供的合理的畦田宽度可知，最适宜的畦田长度为40～50 m，不同井泵、土壤质地对应的适宜的畦田宽度、入畦流量不同。例如：井泵出水量为 30 m3/h，土壤土质为轻壤、中壤土时，适宜畦宽为1 m，入畦适宜单宽流量为5.4～6.7 L/（s·m）；土壤土质为重壤、黏土时，适宜畦宽为2 m，入畦适宜单宽流量为4.3～5.4 L/（s·m）。井泵出水量为40 m3/h，土壤土质为轻壤、中壤土时，适宜畦宽为1～2 m，入畦适宜单宽流量为5.4～6.7 L/（s·m）；土壤土质为重壤、黏土时，适宜畦宽为2～3 m，入畦适宜单宽流量为4.3～5.4 L/（s·m）。井泵出水量为50 m3/h，土壤土质为轻壤、中壤土时，适宜畦宽为2 m，入畦适宜单宽流量为5.4～6.7 L/（s·m）；土壤质地为重壤、黏土时，适宜畦宽为2～3 m，入畦适宜单宽流量为4.3～5.4 L/（s·m）。井泵出水量为60 m3/h，土壤土质为轻壤、中壤土时，适宜畦宽为2～3 m，入畦适宜单宽流量为5.4～6.7 L/（s·m）；土壤质地为重壤、黏土时，适宜畦宽为2 m，入畦适宜单宽流量为4.3～5.4 L/（s·m）。

（2）提倡进行精细耕作。根据土地的平整度、玉米生长周期的需水量进行灌溉可以节约灌溉用水量。

（3）推广节水灌溉技术。在井灌区使用最多的节水技术是地埋管道和配套的刷卡射频设备。使用节水技术的农户大大节省了劳动力人工费用，地埋管道的使用使得机井到田地里这段距离的用水系数高达0.9以上。由于地埋管道等输水设备的使用，使得田地与机井的距离对灌溉用水效率的影响不显著。因此，在井灌区大力提倡使用节水灌溉设备。目前，在滑县节水灌溉面积达到40.1%，井灌区节水灌溉设施的投入应该以政府主导。

（4）对水资源的稀缺性进行宣讲教育。一直以来我们注重城市用水的紧缺性教育，忽视了对农村农户进行节约水资源教育的重要性。农业用水占总用水量的70%左右，对农户进行节约用水的教育是极其有现实意义的。

（5）推广耐旱品种的种植，合理优化种植结构。目前玉米品种已推出耐旱节水的品种，干旱一般可使玉米减产 20%～30%，是影响玉米生产的重要限制性因素。随着干旱化的加剧，耐旱玉米品种的推广具有广阔的空间。endprint

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