华北地下水超采区灌溉用水经济价值研究

王西琴　刘维哲　孙爱昕

摘要：农业是华北地下水超采区的用水大户，农业节水对于压采具有举足轻重的作用。该文基于石家庄市、沧州市、邯郸市农户调研数据，采用剩余价值法计算了小麦和玉米单位灌溉用水经济价值，并对3个典型地区灌溉用水经济价值差异进行了比较。结果表明：小麦和玉米灌溉用水经济价值分别为1.32元/m3，2.04元/m3。石家庄市、沧州市、邯郸市小麦灌溉用水经济价值分别为1.04元/m3，1.52元/m3，0.95元/m3，玉米灌溉水经济价值分别为2.30元/m3，2.14元/m3，1.93元/m3。灌溉水经济价值除与生产成本投入有关外，与灌溉用水量有密切关系。因此，推进节水灌溉技术、降低单位面积灌溉用水量是提高灌溉水经济价值的重要途经。

关键词：华北;地下水;灌溉;经济价值

中图分类号：X37

DOI：10.16152/j.cnki.xdxbzr.2020－02－006

Study on economic value of irrigation water in groundwaterover－exploited areas of North China Plain

WANG Xiqin， LIU Weizhe， SUN Aixin

（School of Agricultural Economics and Rural Development， China Renmin University， Beijing 100872， China）

Abstract： Agriculture is the main water user in the over mining area of groundwater in North China， and agricultural water saving plays an important role in pressure mining. Based on the investigation data of farmers in Shijiazhuang City， Cangzhou City and Handan City， the economic value of unit irrigation water for wheat and corn was calculated byresidual value method， and the difference of economic value of irrigation water for three typical areas was compared. The results showed that the economic value of irrigation water for wheat and maize was 1.32 yuan／m3 and 2.04 yuan／m3 respectively. The economic value of irrigation water for wheat in Shijiazhuang City， Cangzhou City and Handan city is 1.04 yuan／m3， 1.52 yuan／m3 and 0.95 yuan／m3 respectively. The economic value of irrigation water for corn is 2.30 yuan／m3， 2.14 yuan／m3 and 1.93 yuan／m3 respectively.The economic value of irrigation water is not only related to production cost input， but also closely related to irrigation water consumption. Therefore， promoting water－saving irrigation technology and reducing irrigation water consumption per unit area are important ways to improve the economic value of irrigation water.

Key words： Huabei（North China）; groundwater; irrigation; economic value

华北平原是我国北方经济发展核心地带，随着社会经济的发展，各部门对水资源需求量不断增加，致使区域水资源紧缺程度日趋严峻。近年来，华北平原地下水水位下降引发的地面沉降、地陷地裂、海水倒灌等一系列生态问题引起了社会的广泛关注，长期超采地下水而产生的生态问题越发凸显［1］。农业是当前华北平原地区用水量最大的产业，在地表水资源日益貧乏的情况下，以机井为主要形式的地下水灌溉系统成为华北井灌区农户的重要灌溉方式［2］。而由于农业用水管理的粗放，农业灌溉用水效率的低下等造成地下水资源的浪费，进一步加剧了地下水超采问题，华北平原地区已成为世界上面积最大的地下水漏斗区［3-4］。当前越来越多学者提出通过提升灌溉用水效率来减少水资源浪费，以缓解地下水的过度开采［5-7］，通过水价改革提高农民节水意识、改变灌溉用水习惯、提高灌溉用水效率等，逐渐成为政府部门关注的问题，而水资源价值的计算是水价改革的重要依据［8］。因此，准确地计算水资源的经济价值，作为制定水价的科学依据，显得十分重要［9］。本文根据对河北地区小麦和玉米种植户的调研数据，采用剩余价值法估计粮食作物的水资源经济价值，并比较灌溉用水经济价值的区域差异，为农业用水合理定价提供依据和参考。

1 研究区概况

河北省位于我国华北平原中北部， 东经114°20′～119°25′， 北纬东经36°03′～39°56′， 地处暖温带半干旱、 半湿润大陆季风气候带。 冬季寒冷干燥， 夏季高温多雨， 年平均降水量500～800 mm， 降雨季节性分布不均， 主要集中在夏季。 河北省是我粮食主产区， 小麦和玉米是主要的粮食作物， 粮食产量占全国粮食总产量的5.5％左右。 同时， 河北又是我国典型的缺水地区， 地区水资源量仅占全国水资源总量的0.6％左右， 人均水资源量仅为335m3／a， 不足全国平均水平的1／6。 且由于河北地区地表水资源较少， 地下水成为主要用水来源， 长期的地下水超采， 该地区成为地下水超采量和超采面积最严重地区。 作为粮食生产重要省份， 农业用水是河北地区地下水用水大户， 年地下水开采量的70％以上用于农业灌溉。 近年来河北省出台地下水压采相关政策， 大力开展地下水超采综合治理， 推进农业节水技术、 农业水价改革等农业节水工作， 以缓解地下水超采局面， 并维持粮食生产的可持续发展。

2 方法与数据来源

2.1 研究方法

近年来，一些学者开始寻求从生产要素角度对水资源开发利用的价值进行评估，其中比较有代表性的是生产函数法。但是也有学者指出该方法并不适合用于估计水的经济价值，因为存在负的水资源经济输出弹性，违背了模型假设［10］。剩余价值法也称剩余归责法，该方法基于利润最大化理念，可以用来估计非市场化产品的经济价值，通过将预估的总产出价值减去除该非市场化要素之外的所有其他要素的生产总成本，得到的剩余价值看作该要素的边际价值，也即该要素在生产中创造的经济价值［11］。其优点是一定程度上可以克服生产函数法中生产函数模型假设偏差，且不必关注水的稀缺性以及农作物是否得到充分灌溉，得到较为准确的结果。

剩余价值法具有两个重要的前提假设［12-14］：①完全理性生产者以追求利润最大化为目标。②除水以外市场是完全竞争的，故总产出的价值等于所有投入要素的总机会成本。在该假设下，水的价值是可以被估计的，因为当除水以外的所有投入要素都获得了同其机会成本相匹配的价格时，那么总产出价值的剩余部分可以归因水资源投入要素，水的价值被设定为余值。首先构建农业生产投入产出函数的一般表达式为

式中，Y为总产出（kg／hm2），Py为产出作物的市场价格，（Y×Py）表示单位面积的总产值。根据假设，各投入要素Mi的边际价值用市场价格Pi表示，因此（Pi×Mi）为要素Mi的机会成本。以RVw表示水资源边际价值，此时，总产值（Y×Py）扣除各项非水成本投入（∑iPiMi）后得到 （Y×Py-∑iPiMi），可视为单位面积农业生产中水资源的经济价值（RVw×Mw）

由此得到水的经济价值RVw，计算公式为

2.2 数据来源

本文数据采用课题组调研数据，调研地点选取河北省沧州市、邯郸市和石家庄市3个典型地区，于2019年4～7月进行调研，共选取5个县、35个乡镇，同农户进行一对一深入访谈，详细询问农户农业种植、灌溉等情况。剔除无效问卷后，共收集有效农户问卷703份，其中，种植小麦549份，种植玉米样本数597份，有效问卷中农户均以地下水作为主要灌溉水来源。样本农户基本特征见表1。

从样本农户特征来看，从事粮食种植农户年龄普遍偏大，30岁以下农户比例仅为0.7％，而年龄60岁以上比例则达到48.82％。此外，样本农户受教育程度普遍偏低，受教育程度为初中及以下农户的比例为73.97％。相应的，样本农户种植经验较为丰富，从事粮食种植生产经验20年以下的比例仅为12.8％，种植经验介于20～40年区间的农户比例为60.45％，种植经验超过40年的农户比例为26.74％。从种植规模来看，调研区域农户以小规模种植为主，种植面积小于0.67hm2的农户比例为75.53％，种植规模介于0.68～1.33hm2的比例为17.07％，超过1.33hm2的农户比例仅为7.4％。

3 粮食作物水资源经济价值

3.1 关键参数确定

剩余价值计算方法需要厘清生产行为中除水以外所有成本投入，调研区域样本农户普遍以小麦和玉米轮作为主。目前河北地区种植小麦收益约为13 492.48元／hm 玉米略低，为12 197.67元／hm2。从各生产要素投入情况来看，种子、农药、除草剂化肥等农资投入占比相对较高，单位面积小麦农资投入为3 899.89元／hm 其中化肥作为主要支出为2 228.12元／hm2;玉米农资投入为2 809.98元／hm 其中化肥投入为1 731.92元／hm2。小麦和玉米在种植环节较为普遍采用机械外包，整地、耕地、收割等环节以付费形式交由农机合作社进行，小麦机械外包费用约1 770.17元／hm 玉米略低，为1 659.32元／hm2。劳动投入由于多使用家庭自有劳动力，因此计算农户劳动投入的机会成本，即通过询问农户在生产各环节工时投入情况，根据当地雇工一般工资水平折算，小麦劳动投入为1 852.97元／hm 玉米为1 302.46元／hm2。土地投入按当地本村内村民之间流转土地一般租金收入水平计算，由于存在小麦和玉米轮作的情况，土地流转价格一般是一年期的价格，因此平分到两种作物上，样本农户中种植小麦的平均土地投入为2 873.13元／hm 种植玉米的平均土地投入为2 955.93元／hm2。

使用地下水灌溉的農户并不对使用地下水缴纳水费， 仅支付取水的电费， 在现行农业用电价格基础上额外增加一部分费用， 用作管井人员酬劳和运营维护成本， 两者合计的费用作为灌溉的费用。 从调研区情况来看， 灌溉小麦的平均电费（水费）约为1 048.66元／hm 灌溉玉米的平均电费（水费）约为694.51元／hm2。 灌溉用水量估算通过询问农户使用深井、浅井情况以及电费支出，采用以电折水计算方法得到［15］。小麦灌溉水量约为3 687.64m3／hm 玉米灌溉水量约为2 482.22m3／hm2。从用水量灌溉分布来看，小麦和玉米灌溉水量最多分布在1 500～3 000 m3／hm 在小麦种植户中占比45.25％，在玉米种植户中占比54.61％。小麦种植中高耗水农户比例要高于玉米中所占比例，其中，小麦种植户中用水量超过300 m3的占比17.32％，远高于玉米中1.42％的占比。

3.2 不同粮食作物灌溉用水经济价值

根據公式（3），依据问卷数据小麦、玉米产出情况减除各非水要素投入，估算水资源产出贡献，结果表明小麦灌溉水单位水资源经济价值约为1.36元／m3，玉米略高于小麦，约为2.04元／m3。其原因主要是玉米灌溉用水量明显低于小麦。在调研地区，小麦生长周期内一般灌溉2～4次，而玉米大多灌溉1次，因此单位水资源创造更高的经济价值。从小麦和玉米的灌溉用水单位经济价值分布来看（图1、图2），主要集中分布在0～2元／m3区间，小麦样本该区间占比为49.0％，玉米为46.1％。值得注意的是，样本中小麦灌溉用水出现负值的比例较高，为24.59％，玉米负值比例为15.75％。主要是由于小麦种植中过高的生产资料投入，在面临市场价格波动和自然灾害时，其收益更容易受到冲击，承担较大的风险。

3.3 不同地区灌溉用水经济价值

灌溉用水经济价值的计算结果在不同区域之间也存在一定差异。从小麦灌溉水经济价值看，沧州市小麦灌溉用水经济价值最高，为1.52元／m3，石家庄市和邯郸市分别为1.04元／m3和0.95元／m3。 对比投入产出数据，  石家庄市单位面积小麦产值最高， 且灌溉用水量最低， 仅为3 406.98m3／hm 地下水灌溉费用也最低，为923.11元／hm 但由于石家庄市劳动力和土地成本相对较高， 在小麦种植中劳动投入和土地投入要高于其他两市，灌溉用水经济价值低于沧州市。

邯郸市小麦灌溉用水经济价值最低，其单位面积产出基本与沧州市持平，农资投入略低于沧州市，但灌溉水量为三个区域中最高，为3 941.74m3／hm 高于沧州市和石家庄市平均水平，灌溉水量过高降低了灌溉用水经济价值。

从玉米的灌溉用水经济价值看，石家庄市玉米灌溉用水经济价值最高，为2.30元／m3，其灌溉电费投入也最少，平均每hm2灌溉电费投入仅为624.61元，平均灌溉水量低于沧州市和邯郸市平均水平，为2 230.22m3／hm2。玉米灌溉用水经济价值最低的是邯郸市，为1.93元／m3，其灌溉用水量最高，为2 798.28m3／hm2。沧州市玉米灌溉水经济价值为2.14元／m3。

综合比较来看，石家庄市在小麦和玉米的产出维持相对较高水平，且灌溉用水量在三个调研区最低，但由于小麦种植中劳动和土地成本过高，降低了小麦灌溉用水经济价值。沧州市小麦和玉米产值最低，但灌溉用水量均处在相对较低的水平，其灌溉用水经济价值高于邯郸市。邯郸市小麦和玉米的灌溉用水经济价值均最低，主要原因在于灌溉用水量高。由此可见，除农业成本投入外，灌溉水经济价值与灌溉水量密切相关。

4 结论与建议

本文基于地下水灌溉为主地区的农户调研数据，分析了当前小麦和玉米种植中各项要素投入情况以及灌溉水量状况，采用剩余价值法计算小麦和玉米的单位经济价值，并对区域差异进行了比较分析，主要得到以下结论：

1）小麦灌溉用水经济价值为1.32元／m3，玉米灌溉用水经济价值较高为2.04元／m3。调研区域小麦平均灌溉用水量为3 687.64m3／hm 高于玉米平均灌溉用水量2 482.22m3／hm2。在保障粮食安全情况下，华北地区推进地下水压采治理应适当扩大小麦休耕面积，提高玉米种植比例。此外，研究发现，小麦和玉米灌溉用水经济价值均出现负值的情况，这是由于粮食种植中生产要素投入过高，农户容易面临市场价格波动和自然灾害冲击，因此，建议增加种植粮食农户的种粮补贴，提高其应对风险能力。

2）小麦和玉米的灌溉用水经济价值在不同地区存在显著差异。石家庄市小麦和玉米的灌溉用水量最低，说明其灌溉用水效率最高，但由于石家庄市在小麦种植中劳动投入和土地成本过高，降低了部分小麦灌溉用水经济价值。沧州市尽管农业产值低于石家庄市，但由于各项农资投入较低，因此其小麦和玉米灌溉用水经济价值均处于较高水平。邯郸市小麦和玉米灌溉用水经济价值最低，主要原因在于其灌溉用水量较高，导致单位灌溉用水经济价值较低。因此，灌溉水经济价值不仅与生产投入要素成本以及产出有关，同时与灌溉水量有着密切的关系，一方面通过调整种植结构降低粮食生产成本，另一方面通过节水工程技术手段和管理机制降低灌溉次数、提高灌溉用水效率，以提高单位灌溉水的经济价值。

3）地下水灌区往往缺乏水量计量设施，灌溉水量需要通过水电折算系数计算，本文仅基于地下水抽取电费数据及相关以电折水参数计算得到灌溉用水量，可能存在井深及水泵功率差异带来的计算误差，难免影响到灌溉水经济价值的计算结果，希望在今后的研究中不断完善和改进。

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（编 辑 李 波）

收稿日期：2019－12－10

基金项目：水项目体污染控制与治理科技重大专项（2018ZX07111001）

作者简介：王西琴，女，陕西西安人，博士，教授，博士生导师，从事资源管理与环境经济研究。