DOI: 10.12357/cjea.20220579
王西琴, 姜智强, 张馨月. 地下水灌区水价确定及其节水减排估算 ?以河北省南皮县为例[J]. 中国生态农业学报 (中英
文), 2023, 31(5): 776?784
WANG X Q, JIANG Z Q, ZHANG X Y. Determination of water price and estimation of water savings and emission reduction in
groundwater irrigation areas: A case study of Nanpi County, Hebei Province[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2023, 31(5):
776?784
地下水灌区水价确定及其节水减排估算
?以河北省南皮县为例
王西琴1, 姜智强1, 张馨月1,2
(1. 中国人民大学农业与农村发展学院 北京 100872; 2. 中国水利水电科学研究院水利研究所 北京 100038)
摘 要: 研究并提出合理的水价调整方案是农业水价综合改革的需求。本文提出地下水灌区水价确定及其节水减
排估算方法, 采用“以电折水”方法计算现状灌溉用水量与现状水价, 运用双对数模型建立灌溉用水价格弹性函数,
依据剩余价值方法计算理想水价, 借鉴农田营养物流失模型计算节水的营养物减排量。以河北省南皮县为例进行
实证分析, 研究表明: 1)根据问卷调研数据与“以电折水”计算方法, 获得小麦和玉米现状水价分别为0.44 ￥?m?3 和
0.48 ￥?m?3。2)根据现状水价、现状灌溉用水量与双对数模型, 获得小麦和玉米水价弹性系数分别为?0.47和?0.71。
3)灌溉定额对应的理论水价小麦和玉米分别为0.52 ￥?m?3和0.77 ￥?m?3, 理想水价分别为0.84 ￥?m?3和1.01 ￥?m?3。
4)以理论水价作为推荐方案, 该方案下水费占成本比例低于15%, 小麦和玉米水价提升空间分别为0.08 ￥?m?3和
0.29 ￥?m?3, 节水潜力为235.05 m3?hm?2和682.80 m3?hm?2; 氨氮、总氮和总磷的减排量小麦为5.2~19.2 g?hm?2、
52.7~195.4 g?hm?2和4.6~16.9 g?hm?2, 玉米为18.5~27.6 g?hm?2、189.1~281.2 g?hm?2和16.3~24.3 g?hm?2。农业水价综
合改革是一项系统工程, 需要相关配套政策的支持, 建议在节水技术采纳、土地流转和规模化经营、灌溉定额管理
制度等方面, 给予政策倾斜和相关的激励政策, 以利于农业水价综合改革的推进。
关键词: 地下水灌区; 农业水价; 节水减排; 灌溉定额; 水价改革建议
中图分类号: X24开放科学码(资源服务)标识码(OSID):
Determination of water price and estimation of water savings and emission
reduction in groundwater irrigation areas: A case study of Nanpi County,
Hebei Province
WANG Xiqin1, JIANG Zhiqiang1, ZHANG Xinyue1,2
(1. School of Agricultural Economics and Rural Development, China Renmin University, Beijing 100872, China; 2. China Institute of Water
Resources and Hydropower Research, Beijing 100038, China)
Abstract: A comprehensive reform of agricultural water prices is required to study and propose a reasonable water price adjustment
scheme. The method regarding the determination of water price and the estimation of water savings and pollutant emission reduction
in groundwater irrigation areas were proposed, and the current irrigation water use and current water price were calculated by using
国家社会科学基金重大项目(18ZDA074)和国家水体污染控制与治理科技重大专项(2018ZX07111001)资助
通信作者: 张馨月, 主要研究方向为资源管理与环境经济学、农村区域发展与环境政策等。E-mail: xyz0817@163.com
王西琴, 主要研究方向为资源管理与环境经济学、农村区域发展与环境政策等。E-mail: wxiqin@ruc.edu.cn
收稿日期: 2022-07-26 接受日期: 2022-10-22
This study was supported by the Major Projects of National Social Science Foundation of China (18ZDA074) and the National Major Science and
Technology Program for Water Pollution Control and Treatment of China (2018ZX07111001).
Corresponding author, E-mail: xyz0817@163.com
Received Jul. 26, 2022; accepted Oct. 22, 2022
中国生态农业学报 (中英文) ?2023年5月 ?第?31?卷 ?第?5?期
Chinese?Journal?of?Eco-Agriculture,?May?2023,?31(5):?776?784
http://www.ecoagri.ac.cn
the method of “converting electricity into the water”. The double logarithm model was used to establish the price elasticity function of
irrigation water demand. The ideal water price was calculated using the residual value method, and the pollutant emission reduction
from water savings was calculated using the farmland pollution logistics loss model. Taking Nanpi County of Hebei Province as an
example, the results showed that the current water prices of wheat and corn are 0.44 ￥?m?3 and 0.48 ￥?m?3, respectively. The water
price elasticity coefficients of wheat and corn are ?0.47 and ?0.71, respectively. The actual water prices of wheat and corn corres-
ponding to the irrigation quota are 0.52 ￥?m?3 and 0.77 ￥?m?3, respectively, and the ideal water prices are 0.84 ￥?m?3 and 1.01 ￥?m?3, re-
spectively. As per the recommended scheme, the theoretical water price accounts for less than 15% of the total cost, the increased
range for water price of wheat and corn is 0.08 ￥?m?3 and 0.29 ￥?m?3, respectively; and the water-saving potential is 235.05 m3?hm?2,
682.80 m3?hm?2. The nutrient emission reduction of ammonia nitrogen, total nitrogen, and total phosphorus are 5.2?19.2 g?hm?2,
52.7?195.4 g?hm?2, and 4.6?16.9 g?hm?2 for wheat; and 18.5?27.6 g?hm?2, 189.1?281.2 g?hm?2, and 16.3?24.3 g?hm?2 for corn, re-
spectively. As the comprehensive reform of agricultural water prices is a systematic project, it needs the support of relevant support-
ing policies. This study suggests the adoption of water-saving technology, land transfer, large-scale operation, and irrigation quota
management systems to promote comprehensive reform of agricultural water prices through relevant incentive policies.
Keywords: Groundwater irrigation area; Agricultural water price; Water saving and emission reduction; Irrigation quota; Proposals
for water price reform
随着人口增加与经济发展, 以及全球气候变暖
与干旱化, 各部门之间的用水竞争愈加激烈[1], 我国
农业用水一直是大宗用户, 2018年农业用水占总用
水量约61%, 而高效节水灌溉率仅为25%[2], 农业仍
有节水空间。2011年我国开始实施最严格水资源管
理制度, 其中农业用水包括定额管理与水价政策,
2014年颁布《关于印发深化农业水价综合改革试点
方案的通知》(发改价格〔2014〕2271号)》, 选取
27个省80个试点县(市、区)进行农业水价综合改
革。2020年颁布的《关于持续推进农业水价综合改
革工作的通知》, 再次强调农业水价综合改革不仅
是农业节水的“牛鼻子”, 而且是保障国家水安全的重
要举措。河北省是水资源极为短缺的省份, 也是地
下水利用程度最高的地区, 75%以上的地下水用于
粮食生产, 灌溉用水效率低[3], 水粮矛盾十分突出。
近年在实践中不断探索适合本地区的水价综合改革
模式, 如“一提一补” “终端水价” “超用加价”等改革
模式。然而, 由于农业水价改革对农业生产系统影
响的复杂性[4], 以及农户对于水费承受能力较低的现
实[5], 使得水价综合改革面临严峻的挑战。因此, 研
究和制定合理的水价调整方案, 为未来农业水价综
合改革提供决策依据, 具有重要的现实意义。
当前农业水价的研究主要围绕2个方面展开:
1)农业水价定价问题, 早期研究多从供水成本角度
出发, 采用成本方法确定水价, 没有考虑农业用水的
特殊性, 计算结果往往偏大[6], 该方法一般适用于地
表水灌区。基于农户视角的水费承受指数方法, 依
据农业水费支出占农业生产成本、农户收入等指标
的比例确定水价, 计算结果偏小, 难以起到水价的节
水效益, 如对河北典型地区的研究[5]。从水经济价值
角度确定水价主要包括生产函数法、多目标规划、
剩余价值法等。生产函数法以边际价值理论为基础,
估计在其他农业要素投入不变的情况下水资源量的
边际价值, 该方法应用于农业水价受到一些学者的
质疑[7]。多目标规划方法设定目标及约束条件, 可以
得到不同情景下的最优水价[8]。剩余价值法是当除
水以外的所有投入要素都获得合理价格时, 总产出
价值的剩余部分归于水资源投入, 该方法近年来国
际上应用较多[9]。2)水价与灌溉用水量关系及其节
水潜力研究, 大多采用对数函数模型建立两者之间
的函数关系, 获得弹性系数, 认为弹性系数的大小可
以表征节水潜力, 近年有学者开始关注农业水价的
节水减排效益, 认为农业水价提高的正面影响主要
表现在节水、减少化肥施用量[10], 当农户使用低耗水
作物时化肥的使用量也随之减少[11], 随着河北地下水
灌区农业水价综合改革的推进, 水价定量研究以及
水价与灌溉用水量之间的定量关系研究逐渐得到学
者的重视, 如以电折水计算现状灌溉用水量与现状
水价[5], 采用双对数模型建立水价与价格弹性函数[12],
基于农户视角采用水费承受指数计算水价[5], 采用剩
余价值方法计算理论水价[12]等, 上述研究为本文研
究提供参考。河北地区农业节水潜力的研究成果较
多[2,13-14], 大多基于灌溉用水效率视角对农业节水潜
力进行预测[2], 基于水价提高的农业节水潜力的文献
较为鲜见, 尚未有将水价与节水及其营养物减排相
结合的研究成果。本文以河北省南皮县农户调研数
据为依据, 采用以电折水方法计算现状水价, 采用双
对数模型建立水价与灌溉用水量函数, 在此基础上
分别计算理论水价与理想水价, 依据上述结果提出
农业水价改革方案, 并计算不同水价方案下水价提
第 5 期 王西琴等 : 地下水灌区水价确定及其节水减排估算 777
http://www.ecoagri.ac.cn
升的节水潜力与营养物减排量, 为农业水价综合改
革提供依据。
1 研究思路与方法
1.1 研究思路
河北省作为农业水价综合改革与地下水超采综
合治理地区, 近年来在少数示范地区安装了“水电一
卡通”计量设施, 可以直接获得农户灌溉用水量, 但
是大部分地区包括本文研究区南皮县, 仍然是以缴
纳电费代替水费。因此, 首先需要计算现状灌溉用
水量、现状水价, 在此基础上建立灌溉用水价格函
数。其次根据剩余价值方法计算水价, 本文称之为
理想水价; 根据建立的灌溉用水价格函数, 计算灌溉
定额对应的水价, 本文称之为理论水价; 以理论水价
与理想水价作为水价改革方案, 分别采用灌溉用水
价格函数与农田营养物流失方法估算2个方案下的
节 水 潜 力 与 营 养 物 减 排 量, 并 以 水 费 占 成 本 比 例
15%作为衡量标准(《农业水价综合改革试点培训
讲义》2014年), 对方案的可行性与合理性进行分析,
给出水价改革推荐方案, 具体思路见图1。
估算现状灌溉用水量和现状水价
计算理想水价
Calculate ideal water price
建立灌溉用水价格函数
Determine water demand price function
计算灌溉定额对应水价和理想水价对应灌溉用水量
Calculate water price under irrigation quota, and irrigation water consumption
corresponding the ideal water price
设定水价改革方案、节水减排量估算
Set water price reform scheme, estimate water saving and nutrient emission
reduction
水价改革推荐方案
Water price reform recommended scheme
以电折水计算方法
Water price was calculated through converting
electricity into water
剩余价值方法
Residual value method
双对数模型
Double logarithmic model
依据灌溉用水价格函数
Water demand price function
农田污染物流失方法
Farmland pollution logistics loss model
依据水费占成本比例 15% 衡量
On the base of 15% of irrigation water charge in
total cost
Calculate current irrigation water volume and current water price
图 1 地下水灌区水价确定及其节水减排估算研究思路
Fig. 1 Research ideas on determination of water price and estimation of water conservation and pollutant emission reduction in
groundwater irrigation areas
1.2 计算方法
本文计算方法包括现状水价估算方法、理想水
价计算方法、灌溉用水价格函数建立方法、节水减
排方法等。
1.2.1 现状水价估算方法
地下水灌区水费由电费、管理费和维护费等构
成。在缺乏计量设施的地下水灌溉地区, 一般需采
用“以电折水”方法计算现状水价[15], 其中关键参数是
水电转换系数, 该系数可以借鉴经验值, 也可以通过
问卷获得井深、扬程、水泵功率等相关参数计算获
得, “以电折水”计算方法见公式(1) [15], 首先计算现状
灌溉用水量[公式(1)], 在此基础上计算现状水价公
式(2)。
Qw =Tc AE (1)
P0 = E=Qw (2)
式中: Qw为现状灌溉用水量(m3?hm?2); Tc为水电转换
系数(m3?kWh?1), 本文根据问卷调研获取的相关参数
并结合经验值[15]确定; AE为用电量(kWh?hm?2); P0为
现状水价(￥?m?3); E为水费, 即地下水灌区问卷中获
得的电费(￥?hm?2)。
1.2.2 理想水价计算方法
采用剩余价值法[16](residual value method, RVM)
计算水价, 一般认为该种方法计算得到的水价是水
创造的经济价值, 可以作为水价调整的上限, 本文称
其为理想水价。
基本原理是假定在竞争市场条件下, 当除水以
外的所有投入要素都获得了合理价格时, 总产出价
值的剩余部分归于水资源投入, 水的价值被设定为
778 中国生态农业学 报 (中英文 )?2023 第 31 卷
http://www.ecoagri.ac.cn
余值。剩余价值法优点在于可以用于评估无法从市
场获得合理定价的要素价值, 局限是当本应分配给
其他投入的回报被分配到水时会出现水价被高估的
情况。剩余价值法具有较强的可操作性, 适用于水
资源为关键生产要素的农业领域研究[16]。农业生产
投入产出函数的一般表达式为公式(3), 水的经济价
值表达式为公式(4)-(5)。
Y＝f(M1; ;Mi) (3)
RVw Mw =Y Py
∑
(Pi Mi) (4)
RVw =
Y Py
∑
i
(Pi Mi)
Mw (5)
i
Py Py
RVw
Mw
P
式中: Y为种植业总产出(kg?hm?2); M为生产投入要
素, 如种子投入量(kg?hm?2)、化肥投入量(kg?hm?2)、
农药投入量(kg?hm?2)、机械投入量(h?hm?2)、劳动投
入量(工日?hm?2)、土地投入量(标准化为￥?hm?2); 表
示生产投入类型; Y× 表示单位面积作物总产值,
为作物单位产量市场价格(￥?kg?1); 为灌溉水的经
济价值(￥?m?3); 为单位面积灌溉用水量(m3?hm?2);
为投入要素成本价格(￥?hm?2)。
1.2.3 灌溉用水价格函数建立方法
灌溉用水价格函数根据用水量与水价建立两者
之间函数关系, 从而得到弹性系数, 弹性系数表征节
水潜力的大小[17]。方法包括线性需求函数模型、半
对数需求函数模型、对数线性需求函数模型等。目
前大多采用双对数模型建立用水与价格之间的函数
关系[公式(6)], 其优点是将非线性关系转换为线性
关系进行研究, 克服直接使用线性模型的缺点[18]。表
达式为:
lnQ= 0+ 1lnP+ (6)
0
1
0 1
式中: Q为现状用水量(m3?hm?2); 为常数项; P为现
状水价(￥?m?3); 的估计值为弹性系数; 为随机扰动
项, 、 和 由计量软件回归得到其估计值。弹性
系数绝对值(|β1|)=0, 完全无弹性; 0<|β1|<1, 弱弹性;
|β1|=1, 单位弹性, 即需求量和价格变动率相等; |β1|>1,
强弹性。
1.2.4 节水减排计算方法
本文节水潜力指水价提高后对应的灌溉用水量
与现状灌溉用水量的差值(公式7)。
?W =W0 Wn (7)
?W W0
Wn
式中: 表示节水潜力(m3?hm?2); 现状灌溉用水
量 (m3?hm?2); 表 示 水 价 提 高 后 的 灌 溉 用 水 量
(m3?hm?2); n代表不同水价改革方案对应的水价, n=1,
;
2, 3, n。
营养物减排量根据农田营养物流失模型计算
(《排放源统计调查产排污核算方法和系数手册》
生态环境部, 2021年), 营养物选择氨氮、总氮和总
磷。农田营养物流失量与农田径流量及其营养物浓
度有关, 农田径流量同时受灌溉用水量与降水量的
影响。灌溉用水量的减少必然带来营养物流失量的
减少, 节水带来的营养物削减量就是节水量部分的
农田径流营养物量, 本文称其为节水减排量。参照
《排放源统计调查产排污核算方法和系数手册》(生
态环境部, 2021年)营养物流失量的计算方法[公式
(8)], 建立节水减排计算公式(9)。
CR=BA PC (8)
WRL= RWIW+PW BA PC (9)
式中: CR为农田营养物流失量(t), BA为播种面积
(hm2), PC为营养物流失系数(kg?hm?2); WRL为节水
带 来 的 营 养 物 减 排 量(kg?hm?2), RW为 节 水 量(亿
m3), IW为作物灌溉用水量(亿m3), PW为作物生长
期降水量(mm)。
2 案例分析
2.1 研究区概况和数据来源
以河北省南皮县为例进行实证研究。南皮县位
于河北省沧州市南部, 属于黑龙港低平原区, 面积
790 km2, 全县辖9个乡镇, 粮食作物播种面积约占
90%以上, 以小麦(Triticum aestivum L.)和玉米(Zea
mays L.)为 主 。 本 文 调 研 地 区 为 南 皮 县 的9个 乡
(镇), 采用分层随机抽样方法每个乡镇抽取3~6个村,
每村调研10~15 位农户, 共涉及34个村。时间为
2019年4 ?9月, 同农户进行一对一深入访谈, 问卷
内容主要包括个人及家庭特征、生产要素投入与产
出、灌溉水源与方式、种植结构、节水技术、土地
经营规模与灌溉机井等。剔除无效问卷后, 共收集
有效农户问卷222份, 农户均以地下水作为主要灌溉
水来源。
水价计算、灌溉用水价格弹性函数模型参数的
数据来源于问卷, 包括灌溉电费、电价、单位面积
平均用电量、灌溉次数、机井深度、水泵功率等,
灌溉水经济价值计算参数为生产要素的投入与产出
以及市场价格等(表1)。水电转化系数根据问卷获
得的井深, 并参考经验值[15]确定, 已有研究测算的河
北典型地下水灌区的水电转换系数介于1.38~3.00
m3?kWh?1 [15]和1.8~2.6 m3?kWh?1 [12], 其中文献[12]的
第 5 期 王西琴等 : 地下水灌区水价确定及其节水减排估算 779
http://www.ecoagri.ac.cn
研究地区涉及河北省成安县、元氏县、献县和南皮
县, 其中南皮县平均井深大于前3个县, 为137.28 m,
且大于150 m的深井占比最高, 为54.9%, 根据上述
分析, 本文确定南皮县水电转换系数为2.6 m3?kWh?1。
营养物减排量参数值数据来源于经验值与统计
年鉴, 其中营养物流失系数来源于《排放源统计调
查产排污核算方法和系数手册》(农业污染源产排污
系数手册) (生态环境部, 2021年)。采用河北省营养
物流失系数: 氨氮0.076 kg?hm?2、总氮0.775 kg?hm?2、
总磷0.067 kg?hm?2。其他参数值, 如小麦、玉米播种
面积以及耕地面积数据等, 均来源于统计年鉴, 南皮
县耕地面积52 864 hm2, 小麦、玉米播种面积分别为
25 746 hm2、27 305 hm2。年平均降水量为550 mm,
种植结构以冬小麦和夏玉米为主, 其中冬小麦生长
期10月 ?次年6月, 夏玉米生长期6 ?10月, 根据
上述作物生长期分配全年降水量, 其中冬小麦生长
期的降水量约为330 mm, 夏玉米生长期的降水量约
为220 mm。
2.2 现状水价计算结果
根据公式(1)和表1数据, 计算获得的小麦和玉
米 现 状 实 际 灌 溉 用 水 量 分 别 为3235.05 m3?hm?2和
2377.80 m3?hm?2, 南皮县小麦和玉米75%水文年灌溉
定额分别为3000 m3?hm?2和1695 m3?hm?2 [河北省灌
溉定额(DB13 T5449.1 ?2021)], 计算结果分别高于
定额235.05 m3?hm?2和682.80 m3?hm?2。已有文献研
究 显 示, 河 北 省 衡 水 市 桃 城 区 小 麦 灌 溉 用 水 量 为
2669.85~3770.10 m3?hm?2, 河北省南部平原区小麦灌
溉用水量为2531.25~3370.05 m3?hm?2 [18], 河北平原小麦
灌溉用水量约为3216.30 m3?hm?2 [12], 河北地下水典型
地区小麦灌溉用水量约为2828.25~3631.80 m3?hm?2 [19]。
本文结果与上述研究具有一致性。
根据水价计算公式(2), 计算获得的小麦和玉米
现状水价分别为0.44 ￥?m?3和0.48 ￥?m?3 (表2)。采用
剩余价值方法[公式(5)]以及表1数据, 计算获得的
小麦和玉米灌溉用水经济价值分别为0.84 ￥?m?3和
1.01 ￥?m?3, 本文称之为理想水价, 列入表2。
表 2 南皮县灌溉用水量与水价计算结果
Table 2 Calculation results of irrigation water consumption and water price in Nanpi County
作物 Crop
现状 Current situation 理论 Theory 理想 Ideal
灌溉用水量
Irrigation water
volume (m3?hm?2)
以电折水计算水价
Water price calculated
through converting electricity
into water (￥?m?3)
灌溉定额
Irrigation
quota
(m3?hm?2)
理论水价
Theoretical
water
price (￥?m?3)
余值方法计算水价
Water price calculated
with residual value
method (￥?m?3)
用水量
Water
demand
(m3?hm?2)
小麦 Wheat 3235.05 0.44 3000 0.52 0.84 2392.20
玉米 Corn 2377.80 0.48 1695 0.77 1.01 1395.45
2.3 灌溉用水价格弹性函数
根据“以电折水”方法计算得到南皮县灌溉用水
量、现状灌溉水价, 采用双对数函数[公式(6)], 对
上述样本灌溉用水量和现状灌溉水价分别取对数,
得到回归方程及系数估计值。对回归结果做异方差
检验分析, F统计量、R2均通过显著性检验。由此
得到小麦、玉米的灌溉用水价格函数(表3), 小麦弹
性系数为?0.47、玉米弹性系数为?0.71, 其绝对值均
小于1, 说明灌溉用水量与水价表现为弱弹性, 研究
区水价对于灌溉用水量具有较弱的抑制作用, 玉米
弹性系数绝对值大于小麦, 说明玉米对于水价提高
的敏感程度较高。
已有研究灌溉用水价格弹性系数绝对值范围为
0.25~0.70[20-22], 本文研究结果弹性系数的绝对值为
0.47~0.71, 在上述范围之内。弹性系数表现出随着研
表 1 南皮县小麦、玉米生产投入产出参数值
Table 1 Input-output parameter values of wheat and corn pro-
duction in Nanpi County ￥?m?3
参数 Parameter 小麦 Wheat 玉米 Corn
产出 Output value 14 158.05 11 688.75
种子 Seed 1348.5 647.55
化肥 Chemical fertilizer 2361 1824.6
农药 Pesticides 260.1 222.45
除草剂 Herbicide 204.3 230.85
机械 Mechanical input 1760.7 1506.9
劳动 Labour 1771.95 1329.9
土地 Land input 2620.05 2758.5
平均用电量 Average electricity consumption 1470.45 914.55
灌溉电费 Irrigation electricity charge 1128.6 769.5
数据来源于问卷调研。The data came from a questionnaire survey.
表 3 南皮县灌溉用水价格弹性函数
Table 3 Price (P) elasticity function of irrigation water de-
mand (Q) in Nanpi County
作物
Crop
用水价格函数
Water demand
price function
弹性系数
Elasticity
coefficient
调整的 R2
Adjusted
R2
显著性 (P)
Test of
significance
小麦 Wheat lnQ=?0.47lnP+4.99 ?0.47 62.04 0.0039
玉米 Corn lnQ=?0.71lnP+4.54 ?0.71 62.04 0.0053
780 中国生态农业学 报 (中英文 )?2023 第 31 卷
http://www.ecoagri.ac.cn
究年代的向后推移下限值逐渐提高的趋势, 如华北
缺水地区2000年的弹性系数的下限值为?0.25[20], 黄
河流域2005年弹性系数为?0.57[21], 河北地下水典型
地区2021年弹性系数为?0.50[22], 揭示水价对节水的
抑制作用随时间变化呈现逐渐增强的趋势。
依据本次建立的灌溉用水价格函数, 计算灌溉
定额对应水价、理想水价对应灌溉用水量, 前者称
之 为 理 论 水 价, 小 麦 、 玉 米 理 论 水 价 分 别 为0.52
￥?m?3、0.77 ￥?m?3, 小麦、玉米理想水价对应用水量
分别为2392.2 m3?hm?2、1395.45 m3?hm?2。以现状水
价为下限、以理想水价为上限, 给定不同的水价, 根
据用水价函数计算给定水价下对应的用水量, 并绘
制小麦和玉米的灌溉用水价格曲线(图2)。可以看
出, 灌溉用水量随着水价的提高逐渐减少, 其中小麦
用水量随水价提高减少的幅度低于玉米, 意味着当
水价提高幅度相同的情况下, 种植玉米的节水潜力
大于种植小麦的节水潜力, 这一认识可作为研究区
种植结构调整依据。
2800
3000
3200
3400
2000
2200
2400
2600
1600
1400
1200
1800
2400
2200
2000
2600
0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
灌溉用水量
水价 Water price (￥?m?3 )
0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1
a b
Irrigation water demand (m
3 ?hm
?2
)
图 2 南皮县小麦(a)和玉米(b)灌溉用水价格和灌溉用水量曲线
Fig. 2 Irrigation water demand price and irrigation water demand curves of wheat (a) and corn (b) in Nanpi County
2.4 水价改革方案
本文将理论水价与理想水价作为水价改革方案,
并估算水价提高后的节水潜力和营养物减排量。结
果(表4)显示, 2种水价改革方案下, 小麦水价上涨
空间分别为0.08 ￥?m?3和0.40 ￥?m?3, 玉米水价上涨
空间分别为0.29 ￥?m?3和0.53 ￥?m?3。已有研究[22]认
为河北典型地区小麦水价可上涨至0.55 ￥?m?3, 上涨
空 间0.20 ￥?m?3。2种 方 案 下, 小 麦 和 玉 米 水 价 提
高后节水潜力分别为235.05~682.80 m3?hm?2和842.85~
982.35 m3?hm?2, 已有对河北省研究的结果认为水价
的节水潜力范围为185.10~466.35 m3?hm?2 [22], 本文计
算结果略高于上述结果。从节水与营养物减排量衡
表 4 不同水价改革情景方案下南皮县农业水价提升空间及其节水减排估算结果
Table 4 Increasing range of agricultural water price, estimated results of water conservation and pollutant emission reduction under
different water price reform schemes in Nanpi County
情景方案
Reform
scheme
作物
Crop
现状水价
Current water
price
(￥?m?3)
改革后水价
Water price
after reform
(￥?m?3)
现状用水量
Current water
use
(m3?hm?2)
改革后用水量
Water use
after reform
(m3?hm?2)
节水潜力
Water saving
potential
(m3?hm?2)
节水减排量
Amount of pollutant
emission reduction
(g?hm?2)
灌溉水费
占成本比例
Proportion of
irrigation water charge
in total cost (%)
氨氮
Ammonia
nitrogen
总氮
Total
nitrogen
总磷
Total
phosphorus
现状
Current
situation
改革后
After
reform
理论水价
Theoretical
water price
小麦
Wheat 0.44 0.52 3235.05 3000.00 235.05 5.2 52.7 4.6 12.43 13.62
玉米
Corn 0.48 0.77 2377.80 1695.00 682.80 18.5 189.1 16.3 12.29 14.05
理想水价
Ideal water
price
小麦
Wheat 0.44 0.84 3235.05 2392.20 842.85 19.2 195.4 16.9 12.43 17.54
玉米
Corn 0.48 1.01 2377.80 1395.45 982.35 27.6 281.2 24.3 12.29 17.01
第 5 期 王西琴等 : 地下水灌区水价确定及其节水减排估算 781
http://www.ecoagri.ac.cn
量, 理想水价改革方案优于理论水价改革方案。
水费作为农业生产的重要投入成本, 其占总成
本的比例不宜超过一定值, 否则会因为水费太高引
起农户收益降低或者放弃种植, 一般按照水费占成
本比例不高于15%作为标准。由于理想水价方案下
小 麦 和 玉 米 水 费 占 成 本 的 比 例 分 别 为17.54%和
17.01%, 高于上述标准, 故本文推荐理论水价作为推
荐方案, 该方案下小麦、玉米水费占成本的比例分
别为13.62%, 14.05%, 小麦水价提升到0.52 ￥?m?3, 节
水潜力235.05 m3?hm?2, 氨氮、总氮和总磷等营养物
减排量分别为5.2 g?hm?2、52.7 g?hm?2和4.6 g?hm?2;
玉米水价提升到0.77元?m?3, 节水潜力682.80 m3?hm?2,
氨氮、总氮和总磷等营养物减排量分别为18.5 g?hm?2、
189.1 g?hm?2和16.3 g?hm?2。
3 结论与政策建议
本文依据问卷调研数据, 估算了现状灌溉用水
量与现状水价, 建立了灌溉用水价格弹性函数, 估算
了理论水价、理想水价2种情景方案下水价提升空
间, 以及水价提高后的节水潜力、营养物减排量, 依
据水费占成本比例标准, 推荐理论水价为水价改革
方案。得到以下主要结论, 并提出相关政策建议。
3.1 主要结论
1)本文提出了地下水灌区水价确定及其节水减
排的估算方法, 南皮县农业水价对灌溉用水量的抑
制作用开始显现, 弹性系数的绝对值小于1, 处于弱
弹性阶段。在理论水价改革方案下, 小麦、玉米水
价可提升至0.52 ￥?m?3和0.77 ￥?m?3, 水费占生产成本
比例低于15%标准, 前提条件是灌溉用水量必须低
于灌溉定额。揭示合适的水价调控政策可以达到节
水与减排双重正向效益。结果可为研究区水价综
合改革提供决策依据, 也为同类研究提供可借鉴的
方法。
2)水价与灌溉用水量是一对相互影响、相互制
约, 既对立又统一的矛盾体, 水费由水价与灌溉用水
量共同决定, 水资源是农业生产最重要的投入要素,
在灌溉用水量较高的情况下, 使得水价的提高变得
十分敏感, 即使较小幅度的提高也会引起水费较大
幅度的增加, 从而降低农户对水费的承受能力。本
文理想水价虽然有较大的节水潜力与减排效益, 但
是水费占总成本比例高于15%标准。因此, 推广节
水技术, 提高灌溉用水效率, 是当前农业水价综合改
革首先要解决的问题。
3) 不同区域、不同机井所在位置和不同季节对
水电转换系数均有不同程度的影响, 本文根据机井
深度并参考经验值确定水电转换系数, 仅是宏观层
面的估算, 因此, 现状水价计算结果的精确性还有待
完善。本文对水价提高后节水带来的营养物减排效
益做了一些探索性的研究, 提出了定量的计算方法,
突破了当前对于水价政策效益评估仅限于节水潜力
研究的局限。然而, 由于缺乏县级尺度的营养物流
失系数, 本文采用了河北省级的经验值代替, 因此,
对于本文研究区节水带来的营养物减排计算结果,
也仅是宏观层面的估算。上述不足希望在今后的研
究中不断完善和细化。
3.2 政策建议
1)农业水价改革是一项综合改革, 需要相关的
配套政策, 当前研究区节水技术采纳率较低, 所以造
成现状灌溉用水量高于灌溉定额, 未来水价改革必
须首先从节水技术入手, 在政策上给予倾斜或奖励,
推进节水技术推广的进程。农户对节水技术采纳补
贴 意 愿 问 卷 显 示, 采 用 喷 灌 技 术 的 补 偿 意 愿 约 为
8925 ￥?hm?2, 采用滴灌技术的补贴意愿为5100 ￥?hm?2。
2)土地细碎化是节水技术推广的主要限制因素,
土地细碎化影响农户节水设施投入决策。南皮县土
地细碎化程度高, 问卷结果显示, 土地块数小于3块
的 比 例 为55.9%, 4~6块 的 为36.9%, 大 于6块 的 为
7.2%。当前农户土地流转比例低, 土地流转的农户
占总样本不到10%, 且流转土地面积较小, 转入户流
转土地面积在0.67 hm2以下比例64%, 且土地流转租
金较低, 平均为4500 ￥?hm?2。建议加快土地流转和
规模化经营的进程, 对土地转入户给予适当的补贴,
以鼓励更多的农户转入土地。
3)种植结构与灌溉用水量密切相关, 目前研究
区95%的农户采用传统的“冬小麦-夏玉米”种植模
式, 仅有极少数农户(约3.26%)采用“春玉米-夏玉
米”双季玉米种植模式。根据调研问卷, 双季玉米种
植模式相比传统的小麦、玉米轮作, 节水可达20%~
30%, 种植一季玉米可节水60%, 种植一季棉花(Gos-
sypium spp.)节水40%。本文研究结果表明研究区玉
米对于水价的提高更为敏感, 水价提升幅度相同的
情况下, 玉米的节水潜力大于小麦。建议加强适水
种植结构研究, 以保障农业水价综合改革政策的
实施。
4)本文研究结果表明, 现状灌溉用水量远超出
灌溉定额。同时由于计量设施的缺乏, 无法准确测
782 中国生态农业学 报 (中英文 )?2023 第 31 卷
http://www.ecoagri.ac.cn
量实际灌溉用水量。建议加强水利基础设施的投资
和建设, 提高“水电一卡通”计量设施安装普及率, 精
确确定不同灌溉技术条件下、不同水平年下的灌溉
定额, 并严格执行灌溉定额管理制度。
参考文献 References
康绍忠. 水安全与粮食安全[J]. 中国生态农业学报, 2014,
22(8): 880?885
KANG S Z. Towards water and food security in China[J].
Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2014, 22(8): 880?885
[1]
赵令, 雷波, 苏涛, 等. 我国粮食主产区农业灌溉节水潜力
估算研究[J]. 节水灌溉, 2019(8): 130?133
ZHAO L, LEI B, SU T, et al. Estimation of water-saving
potential of agricultural irrigation in main grain producing areas
of China[J]. Water Saving Irrigation, 2019(8): 130?133
[2]
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
[3]
粟晓玲, 宋悦, 刘俊民, 等. 耦合地下水模拟的渠井灌区水
资源时空优化配置[J]. 农业工程学报, 2016, 32(13): 43?51
SU X L, SONG Y, LIU J M, et al. Spatiotemporal optimize
allocation of water resources coupling groundwater simulation
model in canal-well irrigation district[J]. Transactions of the
Chinese Society of Agricultural Engineering, 2016, 32(13):
43?51
[4]
王西琴, 尹华玉, 罗予若. 河北地下水超采区基于农户水费
承受能力的水价提升空间[J]. 西北大学学报(自然科学版),
2020, 50(2): 234?240
WANG X Q, YIN H Y, LUO Y R. Lifting space of agricultural
water price on farmers’ affordability in the groundwater
overmining area of Hebei[J]. Journal of Northwest University
(Natural Science Edition), 2020, 50(2): 234?240
[5]
毛春梅. 农业水价改革与节水效果的关系分析[J]. 中国农村
水利水电, 2005(4): 2?4
MAO C M. Analysis of the relationship between agricultural
water price reform and water-saving effect[J]. China Rural
Water and Hydropower, 2005(4): 2?4
[6]
JIA S F, LONG Q B, WANG R Y, et al. On the inapplicability
of the Cobb-Douglas production function for estimating the
benefit of water use and the value of water resources[J]. Water
Resources Management, 2016, 30(10): 3645?3650
[7]
刘莹, 黄季焜, 王金霞. 水价政策对灌溉用水及种植收入的
影响[J]. 经济学(季刊), 2015, 14(4): 1375?1392
LIU Y, HUANG J K, WANG J X. The impact of water pricing
[8]
policy on water use in irrigation and crop income[J]. China
Economic Quarterly, 2015, 14(4): 1375?1392
KIPROP J, LAGAT J, MSHENGA P, et al. Determining the
economic value of irrigation water in Kerio Valley basin
(Kenya) by residual value method[J]. Journal of Economics and
Sustainable Development, 2015, 6: 102?107
[9]
DEYTIEUX V, MUNIER-JOLAIN N, CANEILL J. Assessing
the sustainability of cropping systems in single- and multi-site
studies. A review of methods[J]. European Journal of
Agronomy, 2016, 72: 107?126
[10]
MITROPOULOS P, TALIAS Μ A, MITROPOULOS I.
Combining stochastic DEA with Bayesian analysis to obtain
statistical properties of the efficiency scores: an application to
Greek public hospitals[J]. European Journal of Operational
Research, 2015, 243(1): 302?311
[11]
王西琴, 张馨月, 周嫚, 等. 基于门限效应的灌溉水价与用
水 量 关 系 ?以 河 北 省 地 下 水 灌 区 为 例[J]. 资 源 科 学,
2021, 43(12): 2538?2545
WANG X Q, ZHANG X Y, ZHOU M, et al. Relationship
between agricultural water price and water use based on
threshold effect: a case study of groundwater irrigation area in
Hebei[J]. Resources Science, 2021, 43(12): 2538?2545
[12]
王文浩, 曹红霞, 蔡焕杰. 灌溉水价与灌区灌溉用水量关系
研究[J]. 灌溉排水学报, 2013, 32(1): 82?85
WANG W H, CAO H X, CAI H J. Relationship between
irrigation water price and consumption[J]. Journal of Irrigation
and Drainage, 2013, 32(1): 82?85
[13]
左燕霞. 农业节水潜力分析与灌溉用水优化配置研究 ?以
南水北调中线工程河北受水区为例[D]. 兰州: 甘肃农业大学,
2007
ZUO Y X. The analysis of angriculture water saving potential
and study on irrigation water resources optimal allocation —
Take Hebei water reception areas of the south-to-north water
transfer middle route project as an example[D]. Lanzhou: Gansu
Agricultural University, 2007
[14]
王剑永. “以电折水”方法研究与应用[J]. 中国水利, 2017(11):
34?35, 28
WANG J Y. Research and application of the method of
“converting electricity into water”[J]. China Water Resources,
2017(11): 34?35, 28
[15]
BERBEL J, MESA-JURADO M A, PISTóN J M. Value of
irrigation water in Guadalquivir Basin (Spain) by residual value
method[J]. Water Resources Management, 2011, 25(6):
1565?1579
[16]
AIDAM W P. The impact of water-pricing policy on the
demand for water resources by farmers in Ghana[J]. Agricultural
Water Management, 2015, 158: 10?16
[17]
杨旭洋, 刘彬, 闫丹丹, 等. 河北省南部平原区冬小麦灌溉
用水量分析[J]. 节水灌溉, 2018(2): 83?87, 92
[18]
第 5 期 王西琴等 : 地下水灌区水价确定及其节水减排估算 783
http://www.ecoagri.ac.cn
YANG X Y, LIU B, YAN D D, et al. Analysis of irrigation
water use of winter wheat in southern plain area of Hebei
Province[J]. Water Saving Irrigation, 2018(2): 83?87, 92
王学, 李秀彬, 辛良杰. 河北平原冬小麦播种面积收缩及由
此节省的水资源量估算[J]. 地理学报, 2013, 68(5): 694?707
WANG X, LI X B, XIN L J. Impact of the shrinking winter
wheat sowing area on agricultural water consumption in the
Hebei Plain[J]. Acta Geographica Sinica, 2013, 68(5): 694?707
[19]
贾绍凤, 康德勇. 提高水价对水资源需求的影响分析 ?
以华北地区为例[J]. 水科学进展, 2000, 11(1): 49?53
JIA S F, KANG D Y. Influence of water price rising on water
[20]
demand in North China[J]. Advances in Water Science, 2000,
11(1): 49?53
裴源生, 方玲, 罗琳. 黄河流域农业需水价格弹性研究[J].
资源科学, 2003, 25(6): 25?30
PEI Y S, FANG L, LUO L. Price elasticity of agricultural water
demand in China[J]. Resources Science, 2003, 25(6): 25?30
[21]
王钇霏, 许朗. 粮食安全视域下农业水价改革空间研究[J].
节水灌溉, 2021(11): 65?70
WANG Y F, XU L. Research on agricultural water price reform
space from the perspective of food security[J]. Water Saving
Irrigation, 2021(11): 65?70
[22]
784 中国生态农业学 报 (中英文 )?2023 第 31 卷
http://www.ecoagri.ac.cn
|
|
