刘维哲, 王西琴

农户稀缺感知、超采认知对地下水灌溉用水效率的影响*——基于河北地下水超采区457个农户调研数据

刘维哲, 王西琴**

(中国人民大学农业与农村发展学院 北京 100872)

华北地区由地下水超采造成的环境问题日益严重, 农业作为主要用水部门, 亟须提高灌溉用水效率, 减少水资源浪费。本文基于2019年对河北地区457户使用地下水进行灌溉的农户调查数据, 采用随机前沿模型对灌溉用水效率进行测算, 进一步在参照相关研究基础上重新构建农户水资源稀缺性感知和地下水超采认知测度的指标体系, 在控制个人和家庭特征、生产特征基础上, 实证分析农户稀缺感知和超采认知对灌溉用水效率的影响。研究结果显示: 农户平均灌溉用水效率值为0.59, 主要分布区间为0.40~0.80, 具有较大提升空间;稀缺感知中水量感知、水位感知和稀缺预期对农户用水效率具有显著正向影响, 超采认知中地下水超采危害认知和压采环保认知对用水效率提升具有促进作用; 务农年限和受教育程度同用水效率正相关, 相较于自有土地, 流转土地具有更高的用水效率, 耕地细碎化和灌溉设施距离过远则显著降低用水效率。因此, 大力提升农户相关认知水平、推进土地流转和完善设施建设等措施将有助于提高河北地区灌溉用水效率。

地下水灌溉; 稀缺性感知; 超采认知; 灌溉用水效率; 河北地区

我国北方地区水资源严重匮乏, 近年来随着经济社会发展, 地表水供给的短缺导致大规模转向地下水开采。而随着地下水开采规模的不断扩大, 引发了地面沉降、地面塌陷、海水入侵、水质恶化等一系列严重的生态环境问题[1]。其中华北地区已经成为全世界4个地下水严重超采地区之一[2]。农业作为最主要用水部门, 也是地下水超采大户, 用于农业灌溉的地下水超采量占总超采量的一半以上。随着农业用水需求的增加, 农户无序抽取地下水的行为时有发生, 地下水超采现象日益严重[3]。与此同时, 农业生产存在灌溉用水效率低下问题。由于华北地区长期沿袭旧的灌溉制度与方法, 用水浪费严重, 灌溉用水量超过农作物合理灌溉水量的0.5~1.5倍, 存在着巨大的节水潜力[4]。因此, 推动灌溉用水效率提升迫在眉睫。

目前对提升灌溉效率的研究聚焦于价格杠杆[5]、节水技术改造[6]、种植方式[7]、水权制度安排[8]等方面, 灌溉用水效率是对农民用水行为的结果评价, 这种用水行为显然受其主观节水意识和意愿影响, 而这种主观意识产生的基础则一定程度上来源于农民对水资源状况的感知和心理评价。因此, 有学者明确指出, 农户作为农业生产经营灌溉用水的主体, 其水资源感知水平和用水行为决定着灌溉用水效率[9]。近年来, 开始有学者关注农民水资源稀缺性感知的相关研究。陈英等[10]研究发现, 农户对水资源稀缺的感知是影响其对水资源管理政策态度的关键变量。赵雪雁等[11]发现, 水资源稀缺性感知显著影响农户灌溉适应行为决策。王昕等[3]基于华北井灌区农户的调研数据进行实证研究, 发现稀缺性感知通过影响超采行为、节水技术采用、水利设施维护等决策对用水效率产生中介效应。已有研究为本文提供了诸多有益视角, 但综合来看目前关于稀缺性感知对灌溉用水效率的定量研究仍较少。此外, 农户作为华北地区地下水超采治理政策的实施主体, 对其用水行为决策的影响不仅来源于水资源稀缺性感知水平, 还包括对地下水超采环境危害以及超采治理政策有效性的认知。王亚华等[12]通过对水情意识的调查发现, 农户对水资源短缺状况具有较高的认知程度, 但对水环境和水制度的认知较低。而目前学界对农户地下水超采认知的关注较少, 因此, 本文借鉴已有研究成果, 基于对河北地区457户使用地下水进行灌溉的农户调查数据, 采用随机前沿模型对灌溉用水效率进行测算, 构建农户水资源稀缺性感知和地下水超采认知测度的指标体系, 在控制个人和家庭特征、生产特征基础上, 重点分析稀缺感知、超采认知对灌溉用水效率的影响, 以期为加强农户节水和地下水管理提供科学依据。

1 研究设计与变量选择

1.1 稀缺感知与超采认知测量

水资源稀缺性感知指标体系的构建参考王昕等[13]、罗文哲等[14]的研究设计, 并结合河北地区农户取用地下水灌溉特征, 最终选取水量感知、水位变化感知、风险感知、稀缺预期、灌溉感受5个指标进行衡量。水量感知指农户对其从事农业生产活动地区整体水资源总量丰缺程度的感知情况, 在调研中通过询问农户“你是否认同所在地区是一个水资源稀缺地区”获得, 每个问题的答案都根据李克特五分量表进行设计。水位变化感知指农户对现有灌溉机井地下水水位下降情况的感知程度。风险感知参照有关学者定义[15], 将水资源稀缺性造成的后果认知定义为风险感知, 询问农户对水资源短缺造成农业生产损失的感知状况。稀缺预期是指农户对未来一段时间水资源稀缺性变化的感知, 询问农户“你是否认同未来当地的水资源短缺状况会进一步加剧”。关于灌溉感受方面, 由于即使在相同水资源稀缺供给条件下, 灌溉用水效率造成的用水需求差异也会影响农户对灌溉保障程度的感受, 因此设计问题“您当前的农业生产用水需求能否得到充足保障”获得农户的灌溉感受评价。

地下水超采作为一种农业生产要素投入行为, 同过度使用化学要素等都具有环境负外部性。因此本文参照罗岚等[16]对施用农药行为绿色认知的研究设计, 结合地下水超采的具体内涵, 选取超采行为认知、超采危害认知、压采环保认知3个指标进行测量。超采行为认知指农户对地下水超采这种行为本身是否了解; 超采危害认知测量农户对超采地下水后果的认知, 询问农户“您是否认同过度开采地下水对生态环境具有危害”; 压采环保认知体现农户对压减地下水开采治理行为对环境保护有效性的认知。表1为各指标选取说明与赋值情况。

表1 水资源稀缺性感知与地下水超采认知指标体系

1.2 灌溉用水效率测度

灌溉用水效率借鉴Kopp[17]的研究, 定义为给定产出和非水投入情况下, 不存在任何技术效率损失条件下所能达到最优用水量与实际用水量之比。随机前沿模型(Stochastic Frontier Analysis, SFA)是目前常用的农业用水效率测算模型。SFA模型将实际产出分为生产函数、随机因素和技术无效率项, 其优点是可以克服由于自然条件、灾害等随机因素对技术效率损失的影响, 结果具有更好的稳定性, 适合基于微观数据的计算。因此, 本文基于实地农户调研数据, 选取SFA模型对农户灌溉用水效率进行估计。

随机前沿生产模型可表示为:

式中:W为第个农户地下水灌溉用水量;X表示第个农户除水以外第种要素的投入量;为待估参数;v~N(0,2)为包括气候灾害、估计误差在内的不可控因素误差项, 服从独立正态分布;(0,2)为随机误差项, 表示生产效率损失;v与μ相互独立, 且均独立于其他投入变量。本文在使用随机前沿模型时选择Cobb-Dauglas(C-D)函数作为农业生产函数形式。对C-D生产函数取对数后可表示为:

使用最大似然法(ML)对各项待估参数进行估计。此外, 对方差参数2/(22),0≤≤1,进行定义, 当越接近1, 说明产出损失主要是由生产技术效率低导致, 模型设定合理; 若更接近0, 则意味着产出损失主要由随机误差导致, 则仅进行OLS估计即可。当技术效率损失=0时, 估计结果为农户可能实现的最大产出。通过对误差项(v–μ)估计可以求得农户生产效率(TE), 即实际产出Y同最大产出LY之比:

综上, 灌溉用水效率(TER)的计算公式可表示为:

1.3 稀缺感知与超采认知对用水效率影响的分析模型

以灌溉用水效率计算结果作为因变量, 研究农户水资源稀缺性感知、地下水超采认知对灌溉用水效率的影响。本文因变量灌溉用水效率为不可直接观测的潜变量, 且计算结果介于[0, 1]之间, 因此采用受限因变量(Tobit)模型进行最大似然估计。建立回归模型如下:

2 数据来源与描述性统计

2.1 研究区域与数据来源

河北省位于我国华北平原中北部, 是我国典型干旱缺水地区, 区域水资源总量仅为全国的0.6%, 人均水资源量仅335 m3×a-1, 不足全国平均水平的1/6。地下水作为河北地区主要用水来源, 近年来超采严重。根据河北省水利厅公布数据显示, 2019年河北地区地下水超采量为59.7×108m3, 长年累积地下水亏空量已超过1500×108m3, 成为全国地下水超采量和超采面积最严重地区之一。长期地下水超采还引发了水位下降、河道断流、地面沉降等一系列生态环境问题。根据2018年河北省水资源公报, 用于农业灌溉的地下水开采量超过全年地下水供水量的70%。近年来, 河北省作为地下水压采典型示范地区, 在积极采用节水技术、休耕等地下水压采政策的同时, 积极向农户推广宣传农业节水等政策, 以提高农户对节水、压采的认知水平。

表2 影响灌溉用水效率的各控制变量的定义与研究区的统计值

本文选取河北地下水超采典型地区展开研究, 于2019年4—7月组织课题组赴河北省沧州市、邯郸市、石家庄市开展实地调研, 共抽样选取5个县、35个乡镇、120余个村, 同粮食种植农户进行一对一深入访谈, 详细询问粮食种植生产投入、水资源稀缺性感知、地下水超采认知等情况。剔除部分无关问卷后, 选取种植小麦农户样本457份。

2.2 描述性统计分析

样本农户的平均年龄为59.94岁, 介于50~70岁的农户较多, 占比为69.58%; 文化程度以初中为主, 占比为43.36%; 74.07%的农户家庭耕地总面积介于0.33~1.00 hm2。小麦()种植产出以单位面积产量乘以当年出售价格计算, 平均产值为14 525 ¥∙hm-2。投入要素分为土地、资本、劳动、灌溉水4类。其中土地投入以询问农户估计其耕地流转价格计算, 均值为2879.66 ¥∙hm-2; 资本投入包括购买农药、化肥、除草剂、机械等产生的费用, 均值5162.59 ¥∙hm-2; 劳动投入为农户在播种、整地、施肥、灌溉、收割等各环节所耗工日计算, 均值为19.60 d∙hm-2; 由于调研地区多使用机井抽取地下水灌溉, 水表计量设施没有广泛普及, 地下水灌溉水量通常以机井用电量结合水电折算系数进行计算, 本文使用王剑永[18]基于河北地区实地测算折算系数结果, 样本农户小麦灌溉平均用水量为3617.15 m3∙hm-2(表3)。

表3 研究区小麦生产各投入产出指标描述性统计

3 实证结果分析

3.1 地下水灌溉用水效率

在研究农户稀缺性感知、地下水超采认知对灌溉用水效率的影响之前, 首先根据随机前沿模型对小麦灌溉用水效率进行计算。样本农户的小麦灌溉效率均值为0.59, 高于陕西地区0.31[19]、甘肃地区0.29[20]和全国平均水平0.39[21]。可见目前河北地区灌溉用水效率在全国范围内处于相对较高水平, 但仍存在着水资源低效使用问题, 具有一定的提高空间。以0.1为区间划分灌溉用水效率分布来看(表4), 效率值分布较为集中, 介于0.40~0.80的农户占比为87.74%, 其中0.40~0.50区间分布的农户最多, 占总样本的29.98%。此外, 仅有1.09%的农户灌溉用水效率低于0.3, 存在比较严重的用水浪费情况。而能实现较高效使用地下水, 效率值在0.80以上的农户占总体比例仅为4.38%。

3.2 影响因素

以小麦灌溉用水效率测算结果作为因变量, 以水资源稀缺性感知和地下水超采认知为主要自变量进行Tobit回归。表5给出了估计结果。在模型(1)中, 仅加入水资源稀缺性感知相关变量, 模型(2)在(1)的基础上加入地下水超采认知变量。为剔除其他变量的干扰, 模型(3)中加入农户个人及家庭特征、灌溉特征等作为控制变量。

表4 研究区样本农户灌溉用水效率分布情况

1)水资源稀缺性感知。回归(1)中, 水量感知、水位感知和稀缺预期均对用水效率具有显著正向影响, 在依次增加地下水超采认知和控制变量后显著性没有发生变化, 这与相关学者研究结果相同[3]。其中, 水量感知通过了<0.1水平的显著性检验, 水位感知通过了<0.01水平的显著性检验。水量短缺和水位下降均是农户对水资源紧缺状况的感知, 农户对水量短缺、水位下降的感知程度越大, 农民对水资源的稀缺性价值认知就越高, 在灌溉用水中就会更为谨慎, 自觉减少不必要的水资源浪费,提高用水效率。此外, 水位感知显著性高于水量感知, 可能的原因是水量短缺主要是农户对水资源整体情况的基本判断, 而对于以使用地下水为主的农户来说, 水位下降的感知则更为直接和具体, 因此对用水效率的影响也更明显。稀缺预期在所有回归中均通过了<0.01水平的显著性检验, 农户对未来水资源紧缺进一步加剧的预期感知越明确, 其用水危机意识就越强, 对于水资源就越加珍惜, 进而转化为用水效率的提高。风险认知和灌溉感受在所有回归中都不显著, 这与部分学者研究结论存在差异[13], 可能的原因是, 当农户意识到水资源短缺会造成产出损失时, 若出现用水量无法保障当年灌溉需求时, 农户出于规避损失的考虑会将过度开采地下水作为最优选择, 通过增加井深或者开挖新井的方式对地下水资源展开竞争, 从而阻碍了灌溉效率的提升[22]。

表5 小麦灌溉用水效率与农户水资源稀缺性感知和地下水超采认知回归结果

*、**、***分别表示在<0.1、<0.05和<0.01水平显著。*, **, *** mean significance at<0.1,<0.05 and<0.01 levels, respectively.

2)地下水超采认知。在回归(2)中, 地下水超采认知中仅超采危害认知通过了显著性检验, 在回归(3)增加控制变量后, 超采危害认知和压采环保认知通过了显著性检验, 地下水超采行为认知依然不显著。可能的原因是, 相较于对地下水超采行为的认知, 农户对这种行为带来的环境危害的负外部性认知, 更能促进农户形成节约使用地下水的意识, 从而转化为更高效率的用水行为。压采环保认知在加入控制变量后通过了<0.05水平的显著性检验, 且影响方向为正, 压采环保认知越高, 则意味着农户认可其减少使用地下水进行灌溉的行为可以有效改善其居住地的生态环境问题, 农户提高灌溉用水效率的主观意愿就越强。

3)个人及家庭特征变量。家庭特征变量对灌溉用水效率的影响未通过显著性检验, 农户个人务农年限和受教育程度分别通过了<0.05和<0.01水平的显著性检验。务农年限对灌溉用水效率具有显著正向影响, 务农年限越长, 农户灌溉经验越丰富, 对作物的需水规律更为了解, 在生产要素配置中能够更高效地使用水资源。受教育程度正向影响灌溉用水效率, 随着文化水平的提高, 农户对生产规律的认识和学习能力也随之提高, 一定程度上有利于灌溉用水效率的提高。

4)灌溉特征变量。流转土地对灌溉用水效率有显著正向影响, 通过了<0.01水平的统计检验。由于粮食种植单位产值较低, 相较于自有耕地, 农户流转土地时需要额外支付土地租赁费用, 导致农户对成本控制更为敏感, 在生产要素投入上更加谨慎, 具有提高灌溉用水效率的动力。耕地块数通过了<0.01水平的显著性检验, 对灌溉用水效率有负向影响, 可能的原因是随着耕地细碎化程度的增加, 农户进行灌溉设施维护和节水设施建设的成本不断提高, 其投入意愿随之降低, 阻碍灌溉用水效率的提升。灌溉设施距离对灌溉用水效率具有负向影响, 通过<0.1水平的显著性检验。灌溉设施同地块距离越远, 意味着灌溉水运输距离的增加, 水资源在运输过程中可能会面临损失, 降低灌溉用水效率。

4 结论与政策启示

本文基于河北地下水灌区小麦种植农户调研数据, 使用随机前沿模型首先对灌溉用水效率进行了测算, 进一步采用Tobit模型实证分析了稀缺性感知和超采认知对灌溉用水效率的影响。本文研究发现: 农户平均灌溉用水效率值为0.59, 主要分布区间为0.40~0.80, 占比为87.74%, 存在一定的用水浪费情况, 用水效率具有较大提升空间; 水量感知、水位感知和稀缺预期对农户用水效率具有显著正向影响, 地下水超采危害认知和压采环保认知对用水效率提升具有促进作用; 农户务农年限和受教育程度同用水效率正相关, 相较于自有土地, 流转土地具有更高的用水效率, 耕地细碎化和灌溉设施距离过远则显著降低用水效率。基于以上结论, 在提高河北地区农业灌溉用水效率方面本文提出以下建议:

1)开展水情教育, 提高农户对水量、水位信息的感知水平。采用多种途经积极推进对农民的水情教育, 一方面要完善水量、水位等的动态监测机制, 并通过电视新闻、广播、微信公众号等多种新媒体让农民及时了解水情信息, 提高农民对水量、水位信息的感知水平。另一方面加强对水资源紧缺形势和未来发展态势的宣传教育, 帮助农民树立节水观念, 强化水忧患意识和水危机意识。

2)广泛普及地下水环保宣传教育, 增强农民对地下水超采的综合认知水平。尤其要注重向农民科普地下水超采的严重后果, 帮助农民认识到超采行为对生态环境和水资源可持续发展造成的危害。广泛宣传地下水超采综合治理措施的开展情况和治理成效, 增强农民对相关治理措施实施有效性的认可, 调动农民支持和参与地下水超采综合治理的积极性和主动性, 使农民在农业生产中形成生态环境保护的责任感, 自觉减少浪费, 提高灌溉用水效率。

3)着力解决土地细碎化问题, 推进土地流转规模化经营。多措并举, 加强农村土地综合整治, 推动村集体内部组织农民进行土地调整协商, 加快细碎化耕地整合进程。积极推进土地流转, 促进粮食生产形成规模经营, 有效减少灌溉设施重复建设投入成本, 提高农民节水设施建设意愿和灌溉用水效率。完善末端灌溉基础设施建设, 减少水资源在运输过程中的无效损失。

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Impact of farmers’ scarcity perception and overdrawn cognition on efficiency of groundwater irrigation: based on the survey data of 457 farmer households in groundwater overdraft area of Hebei Province*

LIU Weizhe, WANG Xiqin**

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

In recent years, with economic and social development, shortages in the surface water supply have led to a large-scale shift in groundwater exploitation and environmental problems caused by the overexploitation of groundwater. As the main water user, agricultural irrigation must reduce waste and improve efficiency. Based on the survey data of 457 farmer households in Hebei Province, this study used a stochastic frontier model to calculate irrigation water efficiency. We rebuilt the index system of water scarcity perception and groundwater overdraft cognition based on relevant research and empirically analyzed the effect of farmers’ perceptions of scarcity and overexploitation on irrigation water efficiency while controlling for individual, family, and production characteristics. The results showed that the average irrigation water use efficiency of farmers was 0.59, the main distribution range was 0.40–0.80, with which farmer households accounting for 87.74% of the total. indicating there was a certain level of water waste (water use efficiency had a large scope for improvement). In scarcity perception, quantity perception, water level perception, and scarcity expectation had significant positive effects on irrigation water efficiency. In the cognition of groundwater overdraft, hazard cognition and environmental protection cognition promoted irrigation water efficiency. The number of farming years and education level were positively correlated with irrigation water efficiency. Transferred land had higher irrigation water efficiency than self-owned land. The fragmentation of cultivated land and the distance from irrigation facilities significantly reduced irrigation water efficiency. Based on the above conclusions, in this study, we recommend the following suggestions to improve agricultural irrigation efficiency in Hebei Province: conduct water situation education and improve the farmers’ perception of water quantity and water level information. It is important to improve the dynamic monitoring mechanisms of water quantity and the water level, strengthen publicity and education on the current status of water shortages and future development, help farmers establish water-saving concepts. The publicity and education of groundwater environmental protection should be widely popularized, and the comprehensive cognition level of groundwater exploitation for farmers enhanced. Comprehensive measures for groundwater over mining should be widely publicized, and farmers should be mobilized to support and participate in the comprehensive treatment of groundwater over mining. Farmers should also consciously reduce waste and improve the efficiency of irrigation water.

Groundwater irrigation; Scarcity perception; Overdrawn cognition; Irrigation water efficiency; Hebei Province

10.13930/j.cnki.cjea.200691

刘维哲, 王西琴. 农户稀缺感知、超采认知对地下水灌溉用水效率的影响——基于河北地下水超采区457个农户调研数据[J]. 中国生态农业学报(中英文), 2021, 29(5): 929-936

LIU W Z, WANG X Q. Impact of farmers’ scarcity perception and overdrawn cognition on efficiency of groundwater irrigation: based on the survey data of 457 farmer households in groundwater overdraft area of Hebei Province[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2021, 29(5): 929-936

F303.4

* 国家水体污染控制与治理科技重大专项(2018ZX07111001)和中国人民大学2019年度拔尖创新人才培育计划资助

王西琴, 主要研究方向为资源管理与环境经济。E-mail: wxiqin@ruc.edu.cn

刘维哲, 主要研究方向为资源管理与环境经济。E-mail: liuvzhe@126.com

2020-08-23

2020-12-27

* This study was supported by the National Major Science and Technology Program for Water Pollution Control and Treatment of China (2018ZX07111001) and the Outstanding Innovative Talents Cultivation Funded Programs in 2019 of Renmin University of China.

, E-mail: wxiqin@ruc.edu.cn

Aug. 23, 2020;

Dec. 27, 2020