我國(guó)糧食安全的水資源支撐問題研究

徐劉芬

（聊城大學(xué)商學(xué)院，山東 聊城252059）

我國(guó)糧食安全的水資源支撐問題研究

徐劉芬

（聊城大學(xué)商學(xué)院，山東 聊城252059）

我國(guó)糧食總產(chǎn)量和有效灌溉面積之間存在顯著相關(guān)性，糧食產(chǎn)量的提高主要來(lái)自于有效灌溉面積的迅速擴(kuò)張。全國(guó)糧食產(chǎn)量生產(chǎn)函數(shù)的回歸模型結(jié)果表明：有效灌溉面積每增加1%，糧食產(chǎn)量將增加1.13%。由于糧食生產(chǎn)中心北上和西進(jìn)，華北平原和西北地區(qū)已經(jīng)成為我國(guó)重要的糧食生產(chǎn)基地。在華北平原，大量農(nóng)田過(guò)度灌溉導(dǎo)致地下水位超采現(xiàn)象嚴(yán)重。在西北地區(qū)，水資源的過(guò)度開發(fā)已經(jīng)導(dǎo)致了嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境惡化問題，水資源利用的不可持續(xù)性已經(jīng)威脅到我國(guó)糧食安全。因此，我國(guó)迫切需要推行節(jié)水農(nóng)業(yè)，與此同時(shí)逐步推進(jìn)水資源配置的市場(chǎng)化。

水資源；糧食安全；有效灌溉面積；節(jié)水農(nóng)業(yè)

一、引言

我國(guó)糧食總產(chǎn)量在2013年已經(jīng)超過(guò)了6億噸。農(nóng)業(yè)技術(shù)進(jìn)步和大量農(nóng)業(yè)化肥的使用對(duì)維持國(guó)家糧食增長(zhǎng)做出了重要貢獻(xiàn)，更重要的是，農(nóng)業(yè)政策的調(diào)整，如家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制的實(shí)行、政府對(duì)糧食生產(chǎn)的補(bǔ)貼，農(nóng)業(yè)稅的退出等是自20世紀(jì)80年代起我國(guó)糧食產(chǎn)量持續(xù)增加的主要驅(qū)動(dòng)力。然而，除了上述因素以外，我國(guó)糧食產(chǎn)量的提升還來(lái)自于灌溉面積的迅速增加，我國(guó)農(nóng)業(yè)有效灌溉面積已經(jīng)從1980年的44.88x106hm2增加到2014年的65.72x106hm2［1］。

我國(guó)雖然是一個(gè)大國(guó)，但水資源稀缺。從1998年到2009年，平均每年的淡水資源是2.72x1012m3，而人均水資源僅僅是2.22x103m3，只相當(dāng)于世界平均水平的四分之一［2］。并且水資源的分布無(wú)論從區(qū)域還是時(shí)間上來(lái)看都是極其不均衡。例如，東南沿海地區(qū)每年的降水量超過(guò)1500mm，而西北內(nèi)陸地區(qū)耕地面積占全國(guó)三分之一，每年的降水量卻小于200mm。北方地區(qū)，生活著40%的全國(guó)人口，糧食土地占全國(guó)的51%，而水資源只占全國(guó)20%［3］。北方地區(qū)水資源的人均可獲得性大約為271m3，是世界平均水平的二十五分之一［4］。根據(jù)國(guó)家水利部數(shù)據(jù)，按照目前全國(guó)正常用水需求，每年農(nóng)業(yè)生產(chǎn)缺少260億m3，農(nóng)田受旱面積年均200x105hm2以上［3］。可見，水資源短缺問題已經(jīng)成為制約我國(guó)糧食安全的突出問題。

為確保我國(guó)的糧食安全，我們必須在水資源總量短缺、時(shí)空不均等不利因素疊加的情況下，千方百計(jì)尋找有效途徑維持我國(guó)糧食生產(chǎn)的增加。本文首先對(duì)全國(guó)糧食生產(chǎn)有效灌溉面積和糧食產(chǎn)量相關(guān)性進(jìn)行了實(shí)證研究。其次，對(duì)兩大糧食重要生產(chǎn)基地華北平原和西北地區(qū)的水資源狀況進(jìn)行了分析，最后提出了確保我國(guó)糧食安全水資源支撐問題的有效途徑。

二、我國(guó)糧食生產(chǎn)的水資源支撐問題實(shí)證分析

（一）糧食產(chǎn)量和有效灌溉面積的相關(guān)性分析

關(guān)于我國(guó)糧食生產(chǎn)的水消費(fèi)方面，尤其值得關(guān)注的是糧食生產(chǎn)的增加來(lái)自于灌溉面積的廣泛增加。在我國(guó)糧食總產(chǎn)量和有效灌溉面積之間存在顯著線性相關(guān)性（見圖1）。然而，這種相關(guān)性并不意味著我國(guó)未來(lái)糧食生產(chǎn)的進(jìn)一步增加能夠通過(guò)灌溉面積的擴(kuò)張實(shí)現(xiàn)。因?yàn)樵谠S多地方，我們已經(jīng)達(dá)到了水資源利用的極限?？梢哉f(shuō)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)關(guān)注的焦點(diǎn)面臨不可避免的改變，就是從強(qiáng)調(diào)農(nóng)業(yè)產(chǎn)出本身轉(zhuǎn)向更多的強(qiáng)調(diào)農(nóng)業(yè)的水生產(chǎn)率，即糧食產(chǎn)出和水消費(fèi)之比。

圖1　我國(guó)糧食產(chǎn)量和有效灌溉面積之間的相關(guān)性

注：其中g(shù)p表示糧食產(chǎn)出，單位106t，ia表示灌溉面積，單位106hm2。

（二）糧食產(chǎn)量和灌溉面積的多元線性回歸分析

1.變量和數(shù)據(jù)處理

本文建立全國(guó)糧食產(chǎn)量的柯布-道格拉斯生產(chǎn)函數(shù)，根據(jù)糧食生產(chǎn)的各影響因素的生產(chǎn)彈性來(lái)分析糧食生產(chǎn)的水資源支撐問題。一般而言，對(duì)糧食產(chǎn)量有影響的因素包括糧食播種面積、生產(chǎn)用水總量、化肥使用量、農(nóng)用機(jī)械總動(dòng)力和各種自然災(zāi)害等。

基于數(shù)據(jù)的可獲得性，本文采用1980-2012年糧食總產(chǎn)量（106t）、糧食播種面積（103hm2）、有效灌溉面積（103hm2）、成災(zāi)面積（103hm2）、農(nóng)用化肥使用量（106t）、農(nóng)用機(jī)械總動(dòng)力（108w）的時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)主要來(lái)源于2013年《中國(guó)農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》和《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》。

首先，將六組時(shí)間序列數(shù)據(jù)取對(duì)數(shù)，得到新的時(shí)間序列數(shù)據(jù)，其中：

LNCL：全國(guó)糧食總產(chǎn)量的對(duì)數(shù)

LNGGM：全國(guó)有效灌溉面積的對(duì)數(shù)

LNLZM：全國(guó)糧食播種面積的對(duì)數(shù)

LNHFL：全國(guó)化肥使用量的對(duì)數(shù)

LNDL：全國(guó)農(nóng)用機(jī)械總動(dòng)力的對(duì)數(shù)

LNDESM：全國(guó)糧食成災(zāi)面積的對(duì)數(shù)

分析各組時(shí)間序列數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，1980-2012年，糧食播種面積總體呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，而糧食總產(chǎn)量卻呈現(xiàn)波動(dòng)向上的趨勢(shì)，同時(shí)有效灌溉面積也呈現(xiàn)出波動(dòng)向上的趨勢(shì)，這說(shuō)明我國(guó)糧食產(chǎn)量的增長(zhǎng)并不單純依賴播種面積的增長(zhǎng)，而是更多的依賴水土資源和其他因素。因此，在下面的分析中將剔除糧食播種面積時(shí)間序列數(shù)據(jù)。另外，考慮到技術(shù)進(jìn)步因素常常物化在種子、化肥、機(jī)械動(dòng)力的使用方面，因此，模型沒有引入技術(shù)變量。由于家庭聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制屬于既定的基本制度而長(zhǎng)期保持，因此模型也沒有引入體制變革因素的變量。

其次，我們分別對(duì)全國(guó)糧食生產(chǎn)中的各影響變量進(jìn)行平穩(wěn)性檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)各時(shí)間序列數(shù)據(jù)均為一階單整的，因此，對(duì)各時(shí)間序列數(shù)據(jù)取一階差分變?yōu)槠椒€(wěn)序列，對(duì)應(yīng)的分別記為：DLNCL；DLNGGM；DLNHFL；DLNDL和DLNDESM。

2.模型分析

在進(jìn)行多次試驗(yàn)后，根據(jù)顯著性等指標(biāo)確定使用如下模型：

D（LNCL）=c+β1D（LNGGM）+β2D（LNHFL）+ β3D（LNDL）+β4D（LNDESM）+ε

其中，ε為殘差，β1、β2、β3和β4為參數(shù)，分別表示有效灌溉面積、化肥使用量、農(nóng)用機(jī)械總動(dòng)力和成災(zāi)面積增長(zhǎng)率對(duì)糧食產(chǎn)量增長(zhǎng)率的彈性系數(shù)。

運(yùn)用Eviews7.2進(jìn)行回歸，模型結(jié)果如下（見表1）

表1　全國(guó)糧食產(chǎn)量生產(chǎn)函數(shù)模型的估計(jì)結(jié)果

模型估計(jì)結(jié)果如下：

D（LNCL）=-0.0657+1.1386DLNGGM+0.7744DLNHFL+ 0.5425DLNDL-0.0968DLNDESM

從全國(guó)糧食產(chǎn)量的回歸模型結(jié)果說(shuō)明：有效灌溉面積每增加1%，糧食產(chǎn)量將增加1.13%；化肥使用量每增加1%，糧食產(chǎn)量將增加0.77%；農(nóng)用機(jī)械總動(dòng)力使用每增加1%，糧食產(chǎn)量將增加0.54%；自然災(zāi)害（糧食播種土地成災(zāi)面積）每年多發(fā)生1%，糧食產(chǎn)量將減產(chǎn)接近0.1%。

上述實(shí)證分析表明，我國(guó)糧食生產(chǎn)高度依賴灌溉。2013年全國(guó)有效灌溉面積約占耕地面積的56.5%，灌溉面積上的糧食產(chǎn)量約占糧食總產(chǎn)量的80%［1］。由此可見，灌溉為我國(guó)糧食產(chǎn)量的提升提供了有效支撐。因此，積極擴(kuò)大有效灌溉面積是促進(jìn)糧食產(chǎn)量進(jìn)一步提升，保障糧食安全的重中之重。然而，經(jīng)過(guò)近半個(gè)世紀(jì)的開發(fā)，我國(guó)水土資源較好的耕地絕大部分已經(jīng)得到開發(fā)，今后大幅度成片開發(fā)灌溉面積的可能性較小，灌溉的發(fā)展?jié)摿χ饕w現(xiàn)在提高灌溉水利用效率。我國(guó)的地表水灌溉系統(tǒng)大多建于20世紀(jì)50-70年代，由于缺少投資、年久失修以及管理低效等原因，據(jù)估計(jì)當(dāng)前我國(guó)灌溉水利用率只有25%-40%左右，遠(yuǎn)低于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家70-80%的利用率。按現(xiàn)有水資源消費(fèi)結(jié)構(gòu)計(jì)算，如果農(nóng)業(yè)部門用水效率提高10%，每年全國(guó)水資源節(jié)約總量就是368.9億m3［5］，可見農(nóng)業(yè)水資源利用效率的提高對(duì)我國(guó)水資源的節(jié)約利用起著關(guān)鍵作用。

三、我國(guó)糧食主要生產(chǎn)基地華北平原和西北地區(qū)水資源狀況分析

（一）我國(guó)糧食生產(chǎn)中心布局的轉(zhuǎn)移

我國(guó)傳統(tǒng)的糧食生產(chǎn)中心主要位于中東部的平原地區(qū)，因?yàn)槟抢镉邢鄬?duì)充足的水資源。然而，隨著工業(yè)化、城市化的逐步推進(jìn)，糧食生產(chǎn)的區(qū)域布局卻發(fā)生了明顯變動(dòng)，東部沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的糧食播種面積不斷減少，糧食產(chǎn)量不斷下降，糧食生產(chǎn)中心呈現(xiàn)逐漸北上和西進(jìn)的趨勢(shì)。例如，2012年，我國(guó)中部地區(qū)的糧食產(chǎn)量占到全國(guó)總產(chǎn)量的45.53%，而西部和東部地區(qū)分別是 28.19%和26.28%［1］。與2010年相比，中部地區(qū)的糧食產(chǎn)量占全國(guó)總產(chǎn)量的比例從51.5%下降到45.53%，而西部地區(qū)糧食產(chǎn)量比例則從19.9%上升到26.28%［1］。這說(shuō)明我國(guó)糧食生產(chǎn)中心不僅已經(jīng)從東部轉(zhuǎn)向中西部，而且有進(jìn)一步向西部地區(qū)轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)。2012年，北方地區(qū)糧食產(chǎn)量是327045.2千t，占到全國(guó)總產(chǎn)量的55.5%，而南方地區(qū)糧食產(chǎn)量是262039.4千t，只占到全國(guó)的44.5%［1］。這說(shuō)明我國(guó)糧食生產(chǎn)中心不僅轉(zhuǎn)向經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的中西部地區(qū)，而且轉(zhuǎn)向水資源短缺的北方地區(qū)。

（二）華北平原和西北地區(qū)水資源狀況分析

近幾十年來(lái)，我國(guó)北方地區(qū)大力發(fā)展灌溉農(nóng)業(yè)已經(jīng)改變了水循環(huán)、糧食作物水使用和生態(tài)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，尤其是在華北和西北等干旱和半干旱地區(qū)，水資源非常有限而農(nóng)業(yè)嚴(yán)重依賴灌溉。沙漠面積在不斷擴(kuò)大，而河流、湖泊、林地和草地面積在萎縮。因此，農(nóng)業(yè)和生態(tài)系統(tǒng)之間對(duì)于有限的水資源的競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)成為一個(gè)嚴(yán)重的問題。在華北平原，由于缺乏地表水，地下水已經(jīng)成為灌溉水的主要來(lái)源。地下水迅速和廣泛的開采確實(shí)有助于小麥和棉花產(chǎn)量的迅速增加，例如，河北省的數(shù)據(jù)表明，與1980年相比，河北省的小麥和棉花產(chǎn)量增加了幾乎6倍，與此同時(shí)，河北省的農(nóng)業(yè)灌溉面積也擴(kuò)張了3倍，然而，這種農(nóng)業(yè)灌溉面積擴(kuò)張的結(jié)果是地下水位的迅速下降。據(jù)位于華北平原的中國(guó)科學(xué)院欒城農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)試驗(yàn)站監(jiān)測(cè)結(jié)果，從1972年至2009年，該監(jiān)測(cè)站的地下水埋深已經(jīng)從11.06m下降至36.12m，每年平均下降0.81m［6］。由此可見，華北平原的地下水超采嚴(yán)重，當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)從水消費(fèi)方面而言具有不可持續(xù)性。

西北地區(qū)占到國(guó)家土地面積的29%，大部分屬于干旱或半干旱氣候。每年的降雨量小于200mm，該地區(qū)的水資源只占到全國(guó)總量的3.8%，農(nóng)業(yè)實(shí)際上是在一個(gè)非常脆弱的生態(tài)環(huán)境下進(jìn)行的，幾乎完全依賴于灌溉。結(jié)果，當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)用水占到全部用水的90%以上，而且由于干旱導(dǎo)致的農(nóng)作物成災(zāi)面積占農(nóng)作物播種面積比重一直高于全國(guó)平均水平。

在過(guò)去30年內(nèi)，西北地區(qū)由于水資源的過(guò)度開發(fā)，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)受損和荒漠植被退化。例如，黑河尾閭湖泊東、西居延海相繼干涸，荒漠化過(guò)程加劇，成為沙塵暴的策源地之一；石羊河地區(qū)地下水位大幅度下降，生態(tài)環(huán)境加劇惡化；塔里木河下游321 km河道長(zhǎng)期斷流。河道斷流引起下游綠洲萎縮乃至消失，取而代之的是鹽堿地、沙塵暴和生態(tài)難民［7］。

隨著我國(guó)糧食生產(chǎn)中心的北上和西進(jìn)，華北平原和西北地區(qū)已經(jīng)成為全國(guó)重要的糧食生產(chǎn)基地，然而，由于糧食生產(chǎn)是高耗水性生產(chǎn)活動(dòng)，當(dāng)?shù)厮Y源短缺又非常嚴(yán)重，簡(jiǎn)單的水利工程已經(jīng)不能夠解決水資源短缺問題，從水資源可持續(xù)性使用角度而言，節(jié)水農(nóng)業(yè)是以上兩個(gè)地區(qū)最合適的選擇。

四、結(jié)論和政策建議

可以預(yù)見，水資源短缺將是未來(lái)世界糧食生產(chǎn)面臨的制約因素之一。我們需要開展“藍(lán)色革命”提高單位用水的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率，正如著名的農(nóng)業(yè)科學(xué)家布勞格博士（Norman E.Borlaug，2000）呼吁的：“如何在可能利用的有限的水資源條件下，生產(chǎn)更多的糧食來(lái)滿足日益增長(zhǎng)的人口的需要，毋庸置疑的結(jié)論是，人類需要在21世紀(jì)開展‘藍(lán)色革命-讓每一滴水生產(chǎn)出更多糧食’，以繼續(xù)完成20世紀(jì)‘綠色革命’的使命”［8］。

我國(guó)人口眾多又面臨有限的農(nóng)業(yè)資源，這使得藍(lán)色革命比任何時(shí)候都更加迫切。具體而言，我們應(yīng)該識(shí)別不同地區(qū)水資源短缺的獨(dú)特問題，設(shè)定分地區(qū)的節(jié)水和用水的具體目標(biāo)。為了水資源的可持續(xù)利用，我國(guó)華北平原和西北地區(qū)，灌溉農(nóng)業(yè)的范圍應(yīng)控制在合理范圍內(nèi)，并且水資源的配置必須包括生態(tài)水需求。在不久的將來(lái)，我國(guó)華北平原和西部地區(qū)灌溉水的使用量應(yīng)該減少50%。節(jié)水農(nóng)業(yè)是實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的唯一途徑。成本較高的節(jié)水技術(shù)例如滴灌和低壓管道輸水灌溉技術(shù)應(yīng)該被發(fā)展以進(jìn)一步促進(jìn)華北平原和西北地區(qū)農(nóng)業(yè)用水效率的提高。

另外，另一個(gè)需要迫切解決的問題是逐步推進(jìn)水資源配置的市場(chǎng)化。為了體現(xiàn)水資源的短缺性，逐步改善水資源管理體系的有效性是非常重要的。水資源的市場(chǎng)化配置通過(guò)反映短缺水資源的價(jià)值從而有利于平衡水資源的需求與供給，應(yīng)該逐漸提高水價(jià)以產(chǎn)生節(jié)約水資源的激勵(lì)。中國(guó)現(xiàn)行水價(jià)是采取自上而下的行政方式制定的，水價(jià)太低而沒有充分考慮水資源的短缺性。現(xiàn)行的階梯水價(jià)不僅僅適用于居民用水，也可以推廣到農(nóng)業(yè)用水，尤其是大量虛擬水凈輸出地區(qū)如新疆、黑龍江和內(nèi)蒙古，以反映水資源的短缺。

［1］中華人民共和國(guó)統(tǒng)計(jì)局網(wǎng)站：http：//www.stats.gov.cn/.

［2］Jiang，Y.2009.China’s water scarcity.J.Environ.Manage. 90：3185-3196.

［3］中華人民共和國(guó)水利部，2014年全國(guó)水資源公報(bào)：http：//www.mwr.gov.cn/.

［4］Taisheng Du，Shaozhong Kang，Xiying Zhang&Jianhua Zhang.China’sfoodsecurityisthreatenedbythe unsustainable use of water resources in North and Northwest China.Food and Energy Security published by John Wiley &Sons Ltd.and the Association of Applied Biologists.

［5］王金霞等著.灌溉管理改革及其效應(yīng)：黃河流域灌區(qū)的實(shí)證分析［M］.中國(guó)水利水電出版社，2005年版.

［6］劉昌明.中國(guó)農(nóng)業(yè)水問題：若干研究重點(diǎn)與討論［J］.中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2014年第8期：875-879.

［7］陳亞寧，楊青，羅毅，等.西北干旱區(qū)水資源問題研究思考［J］.干旱區(qū)地理，2012年第1期：1-9.

［8］Norman E Borlaug，Christoper Dowswell.Global food security：Hardness science in the 21st century，Gene Technology Forum，Kasetsart University，Thailand，March 7，2000［EB/OL］Http：//bangkok.usembassy.gov/services/irc/ gmo29.htm.

［9］楊麗芝，曲萬(wàn)龍，劉春華.華北平原地下水資源功能衰退與恢復(fù)途徑研究［J］.干旱區(qū)資源與環(huán)境，2013年07期：8-16.

編輯：崔月華

Research on Water Resource Supporting China's Food Security

XU Liufen
（School of Business，Liaocheng University，Liaocheng，Shandong 252059）

The food production increase has resulted from an extensive increase in irrigated areas in China. There is a linear correlation between the total grain production and the effective irrigated area.The result of model analysis show that the effective irrigated area increases one percent，as a result，the total food production will increase more.In North China Plain，over irrigation has led to fast drop of underground water table.In Northwest China，over exploitation has resulted in some serious ecological problems.China's food security is threatened by its unsustainable use of water resources.It is more urgent to carry out watersaving agriculture and gradually promote the marketability of water resource.

water resources；food security；the effective irrigated area；water-saving agriculture

F32

A

2095-7327（2016）-01-0008-04

徐劉芬（1977-），女，聊城大學(xué)商學(xué)院講師，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)博士研究生，研究方向：農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境。

國(guó)家社會(huì)科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目：水權(quán)界定、水價(jià)體系與我國(guó)水市場(chǎng)監(jiān)管模式研究，編號(hào)（13AJL013）。