经典文献 | AJAE 科学用水：滴灌更省水，喷灌更省钱
图片来源：Southwest Irrigation
本期导读：
从本周开始，我们将介绍四篇与节水技术和灌溉有关的文章。不论在国内国外，这一话题都具有较强的政策意义，其相关的研究结论会直接影响部分农业、环境政策的出台和实施。从学术角度来讲，本专题介绍的这四篇文章将展示出过去20年间针对此类问题的研究在方法论偏好上的转变。前两篇【经典文献】基于传统资源问题通常使用的数学规划模型，而后两篇【前沿研究】则采用简约化（reduced-form）面板回归估计，向当前应用微观研究研究方法靠拢。
专题分类：资源与环境 | 节水技术与灌溉
”Economic Adjustment to Groundwater Depletion in the High Plains: Do Water-Saving Irrigation Systems Save Water? American Journal of Agricultural Economics, 2005, 87(1): 147-159
Jeffery Peterson and Ya Ding
对美国中部高原半干旱地区而言，奥加拉拉蓄水层的重要性毋庸置疑。如前沿研究】第51期所介绍，蓄水层所提供的地下水灌溉资源，为当地农业在20世纪的发展注入了巨大的活力。然而，在世纪之交，深层地下水资源恢复缓慢的问题开始逐渐彰显。如何通过政策调整与技术推广来节水则成为了新的热点问题。2002年美国的农业法案便对环境质量激励项目（Environmental Quality Incentives Program, EQIP）进行了补充，通过与部分州的农用灌溉企业和个人分担特定的灌溉成本来激励灌溉者（irrigator）投资更高效的灌溉设施。
度量灌溉效率的通用定义是：作物实际用水所代表的净灌溉量（net irrigation）与总取水量所代表的总灌溉量（gross irrigation）之间的比值。更先进的灌溉技术可以带来更高的灌溉效率。对灌溉者而言，灌溉效率提升意味着其用水的成本收益关系改变，这通常会激励灌溉者增加净灌溉量。然而，在更高的灌溉效率下，这一行为既可能导致总灌溉量增加，也可能导致总灌溉量减少。对恢复缓慢的深层地下水而言，如果灌溉效率提升最终增加了总灌溉量，那么效率提升便没有对缓解地下水过度开采起到积极作用。
利用中部高原上西堪萨斯地区的数据，作者使用数学规划模型（mathematical programming）分析了灌溉效率变化对地下水开采的影响。对这类问题而言，建立模型的过程中通常会遇到一些难点。有别于其它投入决策，灌溉者可以根据作物整个生长周期中不断出现的信息来动态调节灌溉行为，这也即是文献中常说的灌溉时间安排问题（irrigation scheduling problem）。处理灌溉时间安排问题时还需要综合考虑生产过程中由天气（如降雨）等因素带来的不确定性以及灌溉者本身的风险偏好特征。
作者最终构建的模型由两大部分组成。第一部分基于农学对作物生长的模拟研究与数据估计出了当时常用的Just-Pope生产函数关系。第二部分则将这一生产函数嵌入双矩风险规划模型（two-moment risk-programming model），并在构造中加入了降雨规律（precipitation patterns），在限制条件中引入了可用地下水井储水量（well capacity）等信息。灌溉效率的差异则通过漫灌（flood）、喷灌（sprinkler）、滴灌（drip）三种灌溉方式表现。这三种方式的灌溉效率从前到后递增。
就文章所分析的数据而言，越高效的灌溉方式对应越低的总灌溉量。不过，从漫灌改为滴灌会降低单位面积用水量，而从漫灌改为喷灌却会增加单位面积用水量（亦即总灌溉面积下降）。当降雨相对更为规律时，雨量在一季中分配更均匀，作物最终长势更好。生产环节中的不确定性会放大土地和资本回报率的方差。虽然灌溉者个人的风险偏好对灌溉量本身的影响不大，但显著影响灌溉技术的选择。
成本收益分析显示，当前情况下，最“合算”的灌溉技术升级是从漫灌改为喷灌。改为滴灌虽然更节水，但建设和维护成本太高了。如果能将这部分成本减少30%，升级滴灌就将成为灌溉者的最优选择。这也从侧面反映了EQIP 项目有一定的合理性。
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