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作为日益稀缺的自然资源,水资源对粮食安全和农业经济发展影响巨大。中国水资源总量虽居世界前列,但人均占有量仅为世界平均水平的28%,2018年人均水资源量仅为1971.8立方米(国际公认标准人均水资源量小于2000立方米为中度缺水),是世界13个贫水国家之一。中国31个省(市、自治区)中,仅黑龙江、江西、西藏、新疆等10个省份人均水资源量大于2000立方米。13个粮食主产区平均人均水资源量仅为1458.2立方米,逼近重度缺水(人均水资源量小于1000立方米),其中山东、河北、河南、江苏等4个冬小麦主产区人均水资源量小于500立方米,属于极度缺水地区。中国工业化和城市化进程的加快造成工业用水和城市用水需求不断增加,非农业用水挤占农业用水的趋势日趋显著,农业供水量呈下降态势,势必会加剧粮食生产用水安全,影响粮食生产的稳定性。如何破解水资源短缺对粮食生产日益增强的硬约束,实现工业化、城镇化、生态环境和粮食生产的均衡发展是中国面临的重大现实问题,基于此,本论文具有重要的理论与现实意义。本文首先运用经济学中资源优化配置理论、农户行为理论、要素稀缺诱致性技术创新理论等分析水资源非农化对粮食生产的影响机理;其次利用统计数据梳理了中国粮食生产与水资源现状,测算水资源与各地区粮食生产的匹配度,厘清区域间差异特征,刻画了中国水资源非农化的演变趋势,利用泰尔指数、σ收敛、β收敛方法及空间计量分析等模型测度了中国水资源非农化的区域差异、收敛态势、空间关联特征及空间溢出效应;然后通过个案分析及调查问卷从实证方面研究水资源非农化对粮食生产的影响;最后从效率提升与空间布局优化两个方面提出应对策略:通过Global超效率DEA模型和地理加权回归(GWR)模型测算各省份粮食生产用水效率以及各地节水潜力,识别不同因素对不同地区粮食生产的影响程度,利用GIS软件刻画水资源非农化与粮食生产重心的轨迹演变,进而为实现水资源非农化和粮食安全协同发展提出了相应的政策建议。全文的主要研究结论如下:第一,水资源非农化对粮食生产的影响机制较为复杂,从理论上看,水资源非农化体现了效率导向的水资源优化配置目标,对粮食生产具有双重效应:一方面,水资源非农化对粮食生产具有节水技术替代效应与农业劳动生产率改进效应,农业水资源利用收益与非农业用水收益的巨大差距可以诱发地方政府部门将稀缺的水资源投放到边际效益更高的工业等领域,实现地方收益最大化,进而提高政府对农业的公共投资和服务水平,加强农业生产基础设施建设,促进节水设施的使用,节约农业水资源,保证粮食生产;劳动力非农化能促进粮食生产中投入要素的技术替代,同时有利于土地流转形成规模经营,促进节水技术的使用,提高粮食生产能力。另一方面,水资源非农化对粮食生产构成潜在风险:通过减少粮食生产用水量造成粮食生产用水短缺,诱发农户种植结构调整,农户利益最大化目标驱使下通过减少灌溉次数及调整种植结构等行为影响粮食单产和播种面积,从而威胁粮食安全。本文通过个案分析及问卷调查从微观层面上印证了水资源非农化对粮食生产的负面影响,个体特征、家庭特征等综合因素影响农户节水技术的采纳行为。宏观层面上,根据13个粮食主产区的面板数据测算得出水资源非农化对粮食产量的影响,区域间差异明显。第二,中国粮食生产与水、土资源匹配程度的区域间差异显著。粮食主产区的水土匹配与水粮匹配度均较低,呈现出“粮多水少”的特征。2000-2017年中国13个粮食主产区的粮食生产集中度呈持续增长态势,但其水粮匹配系数则呈现波动下降趋势,进一步说明中国水资源对粮食生产的保障作用持续下降,中国未来粮食生产与水资源的不匹配态势将愈发明显。粮食产量占比与有效灌溉面积呈现正相关,说明灌溉对粮食产量具有显著推动作用,提高有效灌溉率是保证中国粮食安全的重要途径。第三,水资源非农化利用水平区域差异明显,南方地区高于北方地区,中部及东部地区高于西部地区,与水资源禀赋及城镇化和经济发展水平有密切关系。水资源非农化利用的收敛性检验表明,全国层面不存在明显的σ收敛态势,但全国及各区域均呈现绝对β收敛,说明假设水资源非农化利用水平相同,随着时间的推移,不同地区水资源非农化利用的内部差异会自动消失,也说明不同地区的水资源非农化利用可以保持相对同步的增长。中国31个省份的水资源非农化程度存在显著的正向空间自相关和空间集聚现象,表明全国各地区的水资源非农化水平存在“高高”聚集与“低低”聚集格局,地理空间分布因素应予以重视。选取相关变量考察水资源非农化在区域内和区域间的空间溢出效应,结果显示各因素在省域范围内的直接效应多呈现正向溢出效应,省域间的溢出效应方向有正有负,各因素的空间总效应中显著的多为正向,说明地区之间影响水资源非农化的各个因素互相牵制带动,区域之间应加强协同,形成良性竞争状态。第四,在水资源非农化趋势不可逆的情况下,解决粮食生产用水短缺风险的关键在于提高农业用水效率,为粮食生产节流更多的可用水量。分析结果显示,全国粮食生产用水效率未达到最优前沿,粮食生产还有较大的节水潜力。多数省份的粮食生产用水效率呈增长态势,粮食主产区的水资源效率相对较高。基于分区域测算的各地区粮食生产用水效率及粮食生产过程中的用水冗余量来看,粮食生产水资源利用效率与地区水资源禀赋关系密切,水资源充沛地区的粮食生产水资源利用效率亟待提高,粮食生产节水潜力巨大。基于全局基准技术框架测算的粮食用水全要素生产率结果表明,技术进步对粮食用水效率增长的驱动作用较大,技术成为制约中国粮食用水效率提升的主导因素,农业灌溉设备更新、技术改进对粮食用水效率的提高起主要作用。粮食生产用水效率影响因素的地理加权回归结果显示,年降水量、地下水占供水总量比例、小麦播种面积比例及农业用水占比的回归系数均为负,有效灌溉面积的回归系数为正,各因素对不同地区的影响程度呈现明显的空间异质性,因此各地区应有的放矢的采取措施提高粮食生产用水效率。第五,在中国粮食生产重心逐步由南向北、由东部向中部移动的同时,东部、南部地区以及京津地区等非粮食主产地区的水资源非农化水平逐步提高,水资源非农化的空间演进态势与粮食生产重心演变反向发展,因此水资源非农化对粮食生产的负面影响被稀释。水资源非农化是与社会经济水平发展相一致的必然趋势,但其具有典型的空间异质性,对不同区域粮食生产能力的影响程度也不同,因此国家应加强对水资源非农化速度和“农转非”水资源数量的严格控制,同时也要基于粮食生产重心格局,依据比较优势和空间效率均衡原则进行水资源的空间优化配置,因地制宜做好水资源的“开源”与“节流”工作。