前沿研究 | JEEM 灌溉技术进步与“能源悖论”的再现
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本期导读：
同样是针对西堪萨斯，今天介绍的这篇文章用计量回归模型得到了与经典文献第65期（基于数学规划）不同的结论。作者发现灌溉技术升级会导致总采水量增加，这与经典文献第43期所讨论的“能源悖论”现象十分相似。
专题分类：资源与环境 | 节水技术与灌溉
本专题其它文章：
”Does Efficient Irrigation Technology Lead to Reduced Groundwater Extraction? Empirical Evidence. Journal of Environmental and Economics Management, 2014, 67:189-208
Lisa Pfeiffer and C.-Y. Cynthia Lin
西堪萨斯的地下水灌溉在20世纪末到21世纪初期间经历了较快的技术升级。漫灌（flood irrigation）方式逐渐被更多的喷灌所替代。而在喷灌（center pivot）技术当中，悬挂式喷灌系统（center pivot with drop nozzles，如题图所示）的采用比例逐渐升高。相比于普通喷灌，悬挂式喷灌的节水效率更高。由于喷头距离目标作物更近，喷水过程中随蒸发与飘散（evaporation and drift）而浪费的水量更少。这一优点在炎热和多风的地区尤为显著。此外，有证据表明，悬挂式喷灌所需的泵压（pump pressure）更小。
灌溉效率与节水效果之间的关系一直是水资源问题中的一个研究热点。由于灌溉效率在实质上改变了灌溉者的灌溉成本，新的收益最大化选择也因此发生变化。从弹性（elasticity）的角度来理解，如果灌溉对作物生长的边际贡献较高，灌溉用水的需求弹性就会较大，灌溉效率提升便可能增加总用水量。由此可见，”灌溉效率到底如何影响节水效果“是一个实证问题。以Peterson & Ding (2005) 为代表的研究普遍采用数学规划（mathematical programming）的方式对这一问题展开分析，但基于计量回归模型的实证检验则相对较少。
作者结合多个数据来源，以计量回归的方式对西堪萨斯喷灌技术升级与节水效果之间的关系进行了研究。分析前期的数据工作涉及大量繁杂的地理信息系统匹配。作者使用的地下水采集量数据是采水点（point of diversion）级别的，因此可以对应到具体的地块（field）。用于分析的数据横跨1996年至2005年的十年时间，包含了堪萨斯约两万个采水点及其所对应的地块、农户、灌溉技术选择等方面的详细信息。高分辨率的气象信息与采水点信息也在空间上进行了匹配。气象站点层面的日蒸发量（daily evapotranspiration）数据也被引入作为补充。
利用多个实证模型，作者检验了从普通喷灌到悬挂式喷灌的技术升级如何影响地块总灌溉用水量、单位面积用水量、地块灌溉比例、作物选择等多个经济指标，并进一步讨论了不同地下水管理区划（groundwater management district）间表现出的差异性（heterogeneity）。
作者发现，灌溉技术升级导致堪萨斯的地下水总采水量增加。在集约边际（intensive margin）上，灌溉者提高了单位面积的用水量以追求作物增产带来的额外经济回报。在扩展边际上（extensive margin）上，灌溉者则扩大了地块上的浇灌比例，并减少了休耕和旱作的面积。这些影响在堪萨斯的五个主要灌溉管理区间表现出一定的差异。
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