交替灌溉技术对中国农业灌溉用水的影响机制研究——基于省级面板数据的实证分析

本研究针对农业灌溉用水效率低下这一全球性难题，以交替灌溉技术（AIT）为研究对象，基于中国31个省份2004-2023年的面板数据，采用双向固定效应模型系统分析了AIT对农业灌溉用水消耗（AIWC）的影响及机制。结果表明，AIT的应用显著降低了AIWC，且该节水效应在粮食主产区尤为突出。机制分析揭示，AIT主要通过扩大有效灌溉面积和提高农田有效灌溉率两条路径实现节水目标。该研究为全球水资源管理和节水政策设计提供了重要的宏观实证依据。

　　

在全球气候变化和工业化、城镇化快速推进的背景下，农业用水需求持续增长，而农业用水空间却不断受到挤压。农业用水不足已成为制约农业可持续发展和粮食安全的关键瓶颈。据统计，全球农业用水占总用水量的70%，其中灌溉用水占农业用水的69%。由于气候变化影响，预计到2050年全球灌溉用水需求将增长23%-42%。作为世界主要粮食生产国之一，中国面临着严峻的农业水资源约束。2024年，中国农业用水量达3648.4亿立方米，占总用水量的61.54%，而灌溉用水占农业用水的比例高达90%。然而，中国农田灌溉水有效利用系数仅为0.580，显著低于世界先进水平（0.70-0.80），这直接导致了农业灌溉的高耗水现象。

交替灌溉技术（Alternating Irrigation Technology，AIT）是一种通过人工控制使作物根区土壤出现水平或垂直方向干湿交替的灌溉方式。该技术通过让部分根区处于适度干旱状态，利用干旱信号调节气孔开度减少蒸腾，同时湿润区根系吸收水分满足作物基本需求。现有研究主要集中于田间试验层面，尤其是该技术在水稻生产中的应用。虽然田间试验普遍证实AIT能在不影响产量的情况下减少农业用水，甚至提高作物品质，但由于样本分散、缺乏对区域异质性的系统整合，难以定量评估该技术在流域或国家尺度上的节水效果。这一缺陷在一定程度上制约了政策层面的科学决策。

为此，研究人员在《Agricultural Water Management》上发表了最新研究成果，采用宏观视角，以中国为案例，系统考察了AIT对农业节水的驱动效应及机制。研究基于2004-2023年中国31个省份的面板数据，运用双向固定效应模型，系统分析了AIT对农业灌溉用水消耗（Agricultural Irrigation Water Consumption，AIWC）的影响。

研究采用的主要关键技术方法包括：基于中国国家知识产权局2023年发布的《绿色技术专利分类体系》中的IPC代码识别AIT专利；运用双向固定效应模型控制区域和时间不可观测异质性；构建Bartik工具变量和采用滞后变量作为工具变量来处理内生性问题；通过机制检验分析有效灌溉面积和农田有效灌溉率的中介作用。

研究结果显示，AIT的应用显著降低了AIWC，且这一结论在经过一系列稳健性检验后仍然成立。具体而言，省内技术应用和省际技术扩散都在促进农业灌溉节水方面发挥着重要作用。值得注意的是，节水效果的差异主要不是由技术类型决定，而是在某些情况下，效果不显著更可能与研发投入不足有关。

机制检验表明，AIT主要通过两条路径实现节水目标：一是通过扩大有效灌溉面积实现规模效益，二是通过提高农田有效灌溉率实现技术效益。这两种途径相互补充，共同促使AIWC的降低。

异质性分析发现，AIT的节水效果在粮食主产区更为显著，而在非主产区效果不显著。同时，在高研发投入省份，AIT的节水效果显著，而在低研发投入省份则不显著。这表明，真正决定性能的可能是吸收和支持能力：粮食主产区拥有更先进的水利基础设施、规模化经营和推广网络，能够将复杂技术与水价、计量、农机服务等机制耦合，放大其效果。

该研究的创新之处在于首次从宏观视角系统考察了AIT对AIWC的影响及其机制，克服了现有研究主要关注微观实验而缺乏宏观实证支持的局限性。研究揭示了AIT节水效应的区域差异特征，特别是该技术在粮食主产区对水资源高效利用的关键作用。同时，研究还考察了省内技术应用和省际技术扩散的双重效应，丰富了农业技术推广与扩散的理论框架。

这项研究为理解AIT的节水效应提供了新的解释，为后续研究和政策优化提供了理论依据。从政策角度看，应推动核心技术与田间基础设施一体化、数字化计量与阈值控制、专业化运营维护服务同步推进，确保覆盖范围扩大与效率提升同步，避免"扩面不管理"导致用水量反弹。研究强调，重点应从"专利形式"转向情境适应和能力建设，通过跨区域知识共享缩小能力差距，为全球水资源管理和节水政策设计提供有价值的参考。