干旱胁迫定义实际应用（联合降水关键影响因子的农业灌溉用水水价弹性研究）
干旱胁迫定义实际应用（联合降水关键影响因子的农业灌溉用水水价弹性研究）水利部“完善用水价格形成机制研究”专项课题(WR110156B0012022);基金：作者简介：周岳鹏(1998—) 男，硕士研究生，主要从事水资源管理研究。*倪红珍(1966—) 女，正高级工程师，博士，主要从事水资源及环境经济与管理研究。
摘 要：
从计量经济学原理被解释变量和解释变量内在必然的因果关系规律分析要求出发，针对目前我国农业灌溉用水的水价弹性研究中影响因子单一、信息缺失和研究结果失真的问题，依据现有的可获信息，增加农业灌溉用水的关键自然影响因素降水量，联合供水价格，分析农业灌溉用水的影响因子与水价弹性，提升研究结果精度和农业水价综合改革决策判断准度。基于经济学价格弹性的定义构建水价弹性及降水弹性计算方程，结合水利部水利工程供水价格情况统计表中2011年、2015年和2019年的农业灌溉用水量与水价等基础数据，应用最小二乘法拟合得出全国各省份农业灌溉用水的水价弹性以及降水弹性，考虑全国不同地区作物种类以及用水效率的区别，揭示在全国层面水价弹性及降水弹性的时空变化规律。研究表明，降水量越少、供水价格越高的区域，对应水价弹性越高；降水量越高的区域，对应降水弹性越低；农业灌溉用水量变化主要受降水量变化的影响，降水弹性的绝对值在0.30～0.90之间；由于水价偏低，水价弹性的绝对值在0.10～0.25之间，价格在其中的影响作用较为有限。这表明，水价提升，水价弹性增加，节水效果提高。因此，结合区域特性因地制宜，针对水资源开发利用的不同状况，适当提高水价、提高水价弹性，才能充分利用价格杠杆优化水资源配置，体现水价促进节水的作用。
关键词：
农业灌溉;水价;价格弹性;降水弹性;价格调节效应;
作者简介：
周岳鹏(1998—) 男，硕士研究生，主要从事水资源管理研究。
*倪红珍(1966—) 女，正高级工程师，博士，主要从事水资源及环境经济与管理研究。
基金：
水利部“完善用水价格形成机制研究”专项课题(WR110156B0012022);
引用：
周岳鹏 倪红珍 林希晨 等. 联合降水关键影响因子的农业灌溉用水水价弹性研究[ J] . 水利水电技术(中英文) 2022 53 (4): 108- 115.
ZHOU Yuepeng NI Hongzhen LIN Xichen et al. Study on water price elasticity of agricultural irrigation water combined with key influencing factors of precipitation[J]. Water Resources and Hydropower Engineering 2022 53(4): 108- 115.
0 引 言
当前我国农业供水价格以政府定价为主，水价标准低，水价调节水资源供需的作用不明显。研究农业灌溉用水需求关键影响因子及其弹性，分析农业水价，科学合理调整策略，把握水价调整的幅度、节奏和标准，统筹研判水价调整的效果，因地制宜有效发挥水价促进农业节水的作用，合理控制农业灌溉用水需求，对我国农业水价改革的推进具有重要意义。
综合来看，农业灌溉用水量主要受气候条件、灌溉方式、种植结构、水价、管理水平等自然因素与人工因素的影响。在上述因素中，气候条件对农业灌溉用水量的影响最为关键。降水量及其年内分配过程是农业灌溉水量最主要的自然影响因素，在此基础上，水价调节需求是发挥人类主观能动性的经济学作用规律，可以促进种植结构、灌溉方式及管理水平变化，促进农业用水的集约利用。
水价弹性研究一直以来是国内外研究的重点，早期主要针对工业需水和城镇居民需水价格弹性，胡晓霁应用2016年中国地级以上城市216个数据，基于联立方程模型计算工业水价弹性，指出提高工业水价将促进工业循环用水进而实现节约用水。ASN M等为填补中欧和东欧以及正在经历经济或政治转型的国家在水价弹性和收入弹性上研究的空缺，分析捷克共和国1993—2006年的居民用水数据，控制价格内生性，通过线性拟合分析不同时期的价格弹性以及收入弹性。KARIMLOU等使用遗传算法，分析了水价弹性与国内生产总值、人均国内生产总值、国民总收入、降水量、人类发展指数、平均气温和家庭规模等变量的不同组合，指出水价弹性与降水量和水价呈正相关。YOO等将消费水平和气候差异引入差异回归模型，对亚利桑那州凤凰城的城市居民用水价格弹性进行了研究，探讨了其他因素对价格弹性的影响，并可区分需水的短期和长期价格弹性。农业灌溉水价弹性相较于工业用水和城镇居民生活用水的价格弹性存在着明显的差异，工业用水和城镇居民生活用水的定价标准普遍高于农业供水价格，且农业灌溉用水水量的变化受气候变化的影响更加显著。在农业灌溉水价弹性研究这一方面，BERBEL通过使用线性规划模型对西班牙三个不同农场的价格弹性进行研究，指出提高农业供水价格能够有效促进节水，提高用水效率。MAMITIMIN等使用线性回归分析方法对中国塔里木盆地灌区供水价格影响因素进行了分析，指出在当地提高供水价格可能会导致地下水的进一步开采。国内学者周春应等应用计量经济学和多元统计分析方法，对江苏省等地多个灌区进行研究，研究中剔除降水量对用水量的影响，并指出过低或过高的供水价格都不适宜农业经济的发展，需要确定具体情况进而合理确定供水价格。霍立梅用对数线性函数构建数学模型，分析A、B、C三个典型灌区的用水量对灌溉用水水价弹性的影响，并针对不同灌区类型提出相应结论，得出提高水价将提高灌溉用水价格弹性的结论。霍立梅指出在我国农民整体收入较低以及现行供水价格偏低的情况下，需要因地制宜制定政策。
综上，国外研究大多集中在工业以及居民生活用水价格弹性这一方面，针对农业灌溉用水水价弹性的研究较少 且工业以及居民生活用水价格弹性的研究结论不适宜推广到农业，也不符合中国现状。国内有关农业灌溉用水价格弹性的研究较为成熟且具备可借鉴与参考的体系，但受区域差异的影响以及数据收集难度的制约，大多数研究的研究区域尺度较小。中国的农业灌溉由于气候、土壤和经济发展情况等因素的影响，在不同区域之间存在明显的差异。因此，目前国内外农业灌溉用水水价弹性研究中，缺乏针对大范围，长时间序列，有效对比气候因素且符合中国国情的农业灌溉用水价格弹性的研究。
本研究将气候条件和供水价格作为农业灌溉用水的关键影响因子并研究其弹性，通过整理中国各地的用水量数据、降水量数据以及供水价格等信息，分析用水水价弹性以及降水弹性的区域特点，综合考虑气候、供水价格和经济发展情况等因素对用水量的影响，提出全国普适的农业灌溉用水水价弹性分析工具，客观判断不同区域的供水价格以及降水量对灌溉用水量的影响，以满足可比性和可复制可推广的要求，分析我国农业供水价格调整方向和空间，为深入推进农业供水价格改革提供参考和建议。
1 研究方法1.1 价格弹性计算方法
价格弹性可分为需求价格弹性、供给的价格弹性、交叉价格弹性、预期价格弹性等各种类型。需求价格弹性的基础计算公式为
式中，ΔQ为需求量的变动；Q′为需求量变动前后的平均值；ΔP为价格的变动；P′为价格变动前后的平均值；Ep为需求价格弹性系数，即需求量变动的百分比与价格变动的百分比的比值。
需求价格弹性主要受商品的重要性、可替代性、消费支出占比、用途以及需求量等因素的影响。
参照上述经济学概念，引入农业灌溉用水水价弹性系数，该系数是反映农业灌溉用水受供水价格变化影响的指标，等于用水增长百分数与供水价格增长百分数之比。
农业灌溉用水水价弹性系数的定义式为
式中，Q为农业灌溉用水水量(m3/hm2);P为供水价格(元/m3);Ep为农业灌溉用水水价弹性系数。
转换为差分形式为
在计量经济学中，需求是受多因素影响的，需建立多因素影响的需求弹性计算方程。中国农业灌溉用水量主要受供水价格、气候条件、作物种类、经济发展情况和灌溉方式等因素的影响。其中气候条件主要考虑降水量这一因素。考虑到数据的可收集性以及可操作性，选取供水价格P和降水量r作为影响因素研究农业灌溉用水水价弹性和降水弹性。降水弹性即为农业灌溉用水量受降水量变化影响的指标，定义式为
基于上述定义以及计量经济学中的多元线性回归模型 建立同时受供水价格以及降水量影响的农业灌溉用水水价弹性方程为
式中，Q为农业灌溉用水水量(m3/hm2);P为供水价格(元/m3) r为降水量(mm) Er为降水弹性系数；EP为农业灌溉用水水价弹性系数；c为常数；μ为随机变量。
1.2 基础数据筛选和处理
本研究所用基础数据为全国各大型灌区2011年、2015年和2019年的农业灌溉供水价格P、农业灌溉用水量Q及降水量r等数据，总计831条。全国各灌区数据如图1所示。
图1 调研灌区灌溉用水量示意
考虑到物价、技术进步、土壤等其他因素的影响，对基础数据进行处理和筛选，具体内容如下。
1.2.1 物价因素的处理
选取的基础数据时间跨度较大，应剔除物价变化对于价格的影响，根据CPI(物价指数)变化情况，将各年份的水价统一折算至2011年不变价格。
图2 调研灌区灌溉供水价格示意
1.2.2 计算各要素变化率
剔除物价影响后，基于式(6)相继计算出“2011—2015年”和“2015—2019年”这两个时间段的ΔQQΔQQ、ΔrrΔrr和ΔPPΔΡΡ。即各灌区用水量变化率、降水量变化率以及供水价格变化率。
图3 调研灌区降水量示意
1.2.3 数据筛选
去除突变和异动数据，进行数据的合理性校核。将农业灌溉用水量变化率作为因变量，供水价格变化率、降水量变化率为自变量，使用最小二乘法对筛选后的计算数据进行拟合，得出降水弹性Er、水价弹性Ep、常数项c以及相关系数R2。
考虑到国内不同地区作物种类以及经济发展情况等因素差异明显，根据地域特征进行分类。最终所得分区域灌区各项变化率分布区间如表1所列。
以表1中数据为依据，以东北、华北、华中和西北等进行地域分类，计算并整理出各区域的整体情况。此外，根据数据合理性分析以及数据信息的可获性，特别对甘肃省和新疆维吾尔自治区进行典型性分析，计算所得用水水价弹性拟合结果如表2所列。
从上表计算结果来看，降水弹性和水价弹性均为负值，即降水量越大，灌溉用水量越小；供水价格越高，灌溉用水量越小，研究结果符合经济学规律。一般而言，当价格弹性的绝对值|Ep|<1时，认为该商品对价格的变化不敏感，当价格弹性的绝对值|Ep|>1时，认为该商品对价格的变化敏感。数据显示，由于我国农业灌溉水价较低，水价弹性总体小于1.00 平均为-0.11 农业灌溉用水量对供水价格的变化并不敏感。
2.1 水价弹性以及降水弹性区域特点
宏观上，结合全国不同区域供水价格、降水量分布的特点和所得计算结果数值的大小进行对比分析。可以发现全国不同区域供水价格与降水量分布有着明显的地域性特征，相应降水弹性与水价弹性的分布也具有地域性特征。如图4和图5所示。华中地区供水价格较低，为0.049元/m3 降水量最高，为1 158 mm 其水价弹性的绝对值最小，为0.03;而西北地区由于供水价格较高，为0.101元/m3 其水价弹性的绝对值普遍较大，整体水价弹性的绝对值为0.13。华中地区与东北地区均种植水稻 但东北地区的供水价格更高，为0.039元/m3 降水量更低，为425 mm 因此东北地区的水价弹性的绝对值为0.10 明显大于华中地区。如图4所示。
图4 供水价格与水价弹性绝对值对比
图5 降水量与降水弹性对比
根据降水量变化对灌溉用水量的影响分析可以发现，降水量越少，对应降水弹性的绝对值越大，即越干旱的地区，其降水量变化对农业灌溉用水量的影响越大。新疆、甘肃降水弹性的绝对值分别高达0.82和0.88 而丰水区域的华中降水弹性绝对值为0.17。对比华北地区和西北地区，二者供水价格和降水量相近，但华北地区水价弹性的绝对值为0.10 小于西北地区的0.13;华北地区降水弹性的绝对值为0.35 小于西北地区的0.668。究其原因，一方面，华北地区与西北地区的经济发展情况不同，华北地区的人均可支配收入更高，意味着该地区农户对于供水价格的承受能力更高、敏感性更低；另一方面，华北地区与西北地区的作物生长环境存在差异，西北地区属于干旱地区，其蒸散发量远远高于华北地区 因此西北地区对降水量变化的敏感性更高。如图5所示。
2.2 水价弹性与降水弹性对比
降水弹性的绝对值在0.17～0.88之间，水价弹性的绝对值则在0.10～0.25之间，降水弹性的绝对值普遍大于水价弹性的绝对值，即全国大部分灌区的用水量受降水量变化的影响更大。个别地区由于种植作物的不同以及灌溉方式等因素的差异，相同的降水量和供水价格，弹性可能会存在一定的差别。但综合而言，目前国内降水量变化对灌区用水量变化的影响高于供水价格变化的影响，供水价格对用水量的抑制作用有限。如图6所示。
图6 降水弹性与水价弹性绝对值对比
2.3 供水价格与水价弹性关系
按照经济学的商品需求规律，考虑价格的独立作用，价格越高，对需求的影响越敏感，需求弹性越大。依据收集到的数据，进行分区域供水价格、降水量、作物种类、亩均收入等因素对用水量的影响拟合分析，根据供水价格的偏微分，探求不同区间的供水价格与水价弹性之间相对独立的关系，数据如表3所列。
供水价格P和水价弹性Ep进行对数拟合 所得结果如图7所示。
图7 数据拟合结果
通过相关规律拟合，供水价格P与水价弹性Ep之间关系式为
数据拟合结果的R2为0.781。拟合结果表明，供水价格的高低与水价弹性绝对值的大小呈现明显的正相关关系，即供水价格越高，农户对供水价格变化的敏感程度越高，越容易通过调整供水价格来实现对灌溉用水量的调节，进而实现水资源的有效调节利用。
由表中结果可以分析，东北是我国农业生产大省，农业经济收益相对高，供水价格相对偏低，农业水价弹性低，调价空间相对大。华北农业水价相对高，价格弹性相对大一些，但仍是属于缺乏弹性的范围，考虑水价的敏感性以及可承受能力，水价仍有提升空间。
3 结论与建议3.1 研究结论
基于我国现状农业灌溉用水影响的可获数据分析，综合研究成果，得到以下结论。
(1)由于我国农业灌溉水价较低，水价弹性总体小于0.2 平均为0.11 农业灌溉用水量对供水价格的变化并不敏感。农业灌溉用水量对降水量比较敏感，弹性在0.17～0.88之间。
(2)缺水地区，降水弹性大，供水价格越高，对应的水价弹性越大。供水价格为0.101元/m3的西北地区，该区域的水价弹性和降水弹性的绝对值均为最大值，分别为0.13和0.67。丰水经济发达区，水价弹性与降水弹性都小，降水量为1 158 mm 供水价格为0.049元/m3的华中地区的水价弹性的绝对值最小，为0.03 降水弹性的绝对值也最小，为0.17。
(3)各地区降水弹性系数Er的绝对值普遍大于水价弹性系数Ep的绝对值，部分降水量和水价因素相似的地区，如华北地区与西北地区，由于经济发展状况、种植作物和灌溉方式等的影响，具体的弹性数值存在一定的变化，华北地区的水价弹性和降水弹性的绝对值均低于西北地区。
(4)农业灌溉用水水价弹性随着水价的提高而增加，水价弹性与供水价格的关系满足Ep=-0.119ln(P)-0.434。在农民承受能力范围内，适当提高供水价格将提升农户对供水价格的敏感性，有利于促进节水。
3.2 建议与展望
基于上述结论，给出如下建议。
(1)目前我国农业灌溉用水价格偏低，用水量对价格变化的影响不明显，与全国各地区农村灌溉供水水价承受能力相比还存在较大的提价空间，需要因地制宜进行调整。
(2)结合本次研究规律及结论，建立配套的合理补偿机制。我国现阶段农业灌溉用水价格处于较低水平，提升水价能明显调动区域农民自觉节水的积极性。但应充分考虑当地农民的承受能力，既不损害已有利益、又能促进节水以及供水单位良性运行，实现双赢。
目前本次研究仅考虑了降水量以及价格对农业灌溉用水的影响，研究因素尚不全面。此后可结合区域研究特性等相关内容整合其他影响因子对农业灌溉用水的影响，以此获得更全面、准确的价格与价格弹性之间的规律。
水利水电技术（中英文）
水利部《水利水电技术（中英文）》杂志是中国水利水电行业的综合性技术期刊（月刊），为全国中文核心期刊，面向国内外公开发行。本刊以介绍我国水资源的开发、利用、治理、配置、节约和保护，以及水利水电工程的勘测、设计、施工、运行管理和科学研究等方面的技术经验为主，同时也报道国外的先进技术。期刊主要栏目有:水文水资源、水工建筑、工程施工、工程基础、水力学、机电技术、泥沙研究、水环境与水生态、运行管理、试验研究、工程地质、金属结构、水利经济、水利规划、防汛抗旱、建设管理、新能源、城市水利、农村水利、水土保持、水库移民、水利现代化、国际水利等。
