撒哈拉以南非洲地下水灌溉的农业生产潜力

授权公开披露 授权公开披露 政策研究工作文件10885 撒哈拉以南非洲地下水灌溉的农业生产潜力 BhavyaSrivastavaIfeanyiN.EdochieAparajitaGoyalAndrewDabalen 非洲区域首席经济学家办公室2024年8月 政策研究工作文件10885 Abstract 西非低农业生产力加剧了农村贫困。可持续利用地下水进行灌溉的重要投资有潜力提高农业生产力，但在该地区采用这种方法的速度远慢于其他地区，尽管资源丰富。本研究采用基于模拟的方法来探讨利用地下水进行灌溉的益处。通过将来自全球391,798个农业生态区的数据映射到，我们分析了这一做法对提高农业生产力的影响。 研究涵盖了8,099个地下水网格，模拟了雨养农田中地下水灌溉的生产增益。模拟结果显示，根据作物和模型条件，地下水接入可能增加产出27.97%至129.42%，具体取决于作物和模型条件。这项研究有助于评估地下水灌溉的变革潜力，并确定在撒哈拉以南非洲地区进行投资可以产生显著回报且不会耗尽地下水层的区域。 本报告系非洲地区首席经济学家办公室之作品。这是世界银行为促进研究成果的开放获取、并为全球发展政策讨论作出贡献而开展的一项更大努力的一部分。《政策研究工作论文》亦可在网址http://www.worldbank.org/prwp上查阅。作者可通过邮箱bs1088@georgetown.edu联系。 政策研究工作论文系列发布正在进行工作中的研究成果，以促进关于发展问题的思想交流。该系列的目标是在呈现可能尚不完全精炼的情况下快速发布成果。这些论文承载作者的名字，并应据此引用。本文中表达的观点、解释和结论完全属于作者。它们不一定代表世界银行及其附属机构、或世界银行执行董事或他们所代表政府的观点 。 由研究支持团队制作 农业生产潜力地下水 * 撒哈拉以南非洲的灌溉 BhavyaIfeanyiN.AparajitaAndrewSrivastavaEdochieGoyalDabalen * 通讯作者：BhavyaSrivastava，电子邮件：bs1088@georgetown.edu。乔治敦大学经济系BhavyaSrivastava，电子邮件：bs1088@georgetown.edu；IfeanyiN.Edochie，贫困与公平全球实践，世界银行，电子邮件：iedochie@worldbank.org；世界银行非洲首席经济学家办公室AparajitaGoyal，电子邮件：agoyal3@worldbank.org世界银行非洲首席经济学家办公室AndrewDabalen发送电子邮件 ：adabalen@worldbank.org作者感谢GaranceGenicot、VivekGrewal、ReshmaanHussam、Aude-SophieRodella、LutzSager、AmalTalbi、MarcusWijnen和EshaZaveri提供的宝贵意见和反馈。同时，也感谢AshokAnomDule、AgarthaAdubofuor和Di-ianaJaganjac提供了卓越的研究协助。非洲首席经济学家办公室的资金支持得到了衷心的认可。本文中表达的观点、理解和结论完全属于作者。它们不一定代表世界银行及其附属机构的观点，也不代表世界银行执行董事或他们所代表政府的看法。 1Introduction 撒哈拉以南非洲普遍存在的农村贫困根源于农业生产力增长不足(Suri&Udry,2022尽管世界其他地区的许多发展中国家已有效地提高了农业生产力，但撒哈拉以南非洲地区仍落后于这一进程。然而，在撒哈拉以南非洲提升农业生产力不仅能够提高超过该地区一半人口的农户收入，还能降低非农户口的食物成本。减少食物成本的可能性尤为重要，因为对这个地区30%的人口而言，粮食安全仍然是一个持续的问题。Pfister,Bayer,Koehler,&Hellweg,2011因此，提高粮食安全会通过刺激非农业商品和服务的需求来推动更广泛的经济发展，高生产效率则能释放劳动力等资源以向其他经济部门扩张。因此，在西非和撒哈拉以南非洲地区提高农业生产力仍然是缓解贫困、促进包容性增长以及推动区域结构性转变的关键策略。Goyal&Nash,2017). 一个未被充分利用的潜在农业生产能力和产量增长来源是可持续利用地下水进行灌溉。在非洲，地下水灌溉占灌溉农业用地的比例仅为1%，而在亚洲这一比例为14%（）。Altchenko&Vill-holth,2015尽管国际政策制定者可能对推广地下水资源利用持谨慎态度，但适度且可持续地利用撒哈拉以南非洲丰富的地下水资源，可以显著提高农业生产效率。 在本文中，我们关注测量地下水灌溉对农业生产力和产出增长的潜力。为了实现这一目标 ，首先我们提供非洲地下水资源及其相对于全球其他地区相对丰富性的概览。接着，我们将深入研究依赖降雨而非灌溉耕作的非洲农民所错失的农业生产潜力。 现有文献来自撒哈拉以南非洲（以下简称SSA）记录了灌溉技术采用导致作物产量和农场收入显著增加的情况。在卢旺达，渠道灌溉增加了农场利润43%至62%。琼斯、Kondylis、Loeser和Magruder,2022通过河流、水库和大坝进行重力灌溉也已被彻底研究。在加纳的研究表明，这种灌溉方式能将蔬菜和谷物的每公顷产量提升3.5至28.6吨。Namara等人。,2011)和每季每公顷作物收入300-1700美元(Acheampong,Ozor,&Sekyi-Annan,2014)。在马拉维，研究人员注意到每年玉米产量增加了350%(普遍关注,2012)和每户农业产量增加1.25吨狄龙(2011）。此外，这种灌溉形式对整个SSA的蔬菜种植的内部回报率为14％（Inocencio等人。,2007)。更现代的技术，如滴灌和喷灌与每公顷193-200公斤相关 1 卢旺达玉米单产的增加(Ngango&Hong,2021). 1 参考表A2对灌溉对撒哈拉以南非洲国家农业结果影响的文献综述进行全面总结。 然而，研究地下水灌溉对农业产出影响的文献资料相对匮乏。在一个马里的研究中，伯尼、沃尔夫林、伯克、内勒和帕斯捷尔纳克 (2010发现太阳能灌溉泵的引入与农作物产量增加1.9吨相关，这导致治疗村庄的食物不安全减少了17%。研究稀缺的原因归因于该地区地下水灌溉采纳率低的低水平。我们通过在整个地区模拟地下水灌溉可能带来的农业产量增长，为填补文献中的这一缺口做出了贡献。 本研究做出了三个重要贡献。 首先，我们为SSA创建了一个新颖的数据库，将农业数据与291,798个网格相结合，其中地下水数据由8,099个网格组成。这种方法使我们能够将农业生产、生产率以及气候和土壤状况的信息与每个农业网格的地下水可用性信息结合起来。 第二，我们提供了关于地下水获取与农业生产力增长之间的定量证据。我们的模拟框架通过计算现有雨养农田中可通过地下水灌溉缓解的作物水分亏缺比例，来估计农业生产增加的情况。我们通过确定特定作物在农业网格中已存在的作物水分亏缺量中，可以通过地下水灌溉缓解的比例，从而得出这些估计值。我们发现，根据所采用的预测作物增产方法以及感兴趣的作物类型，生产量的中位数增长范围在27.97%到129.42%之间。 第三，这是首次将地下水提取的可持续性条件纳入研究。我们通过模拟仅在地下水抽取与补给比率足够低的农业网格中获得生产增益来实现这一点。此外，我们的分析仅限于计算该地区内从可再生地下水来源获得的唯一增益。 本文余下的部分组织如下。第2节简要介绍了西非和东非地区地下水灌溉的需求背景。第3节详细说明了用于模拟的数据。第4节提供了该地区的地下水可用性和当前农业状态的统计数据。第5节描述了用于模拟的方法论。第6节展示并讨论了结果。第7节进行了多项稳健性检验。第8节讨论了地下水获取成本，而第9节进行了总结。 2背景 非洲南部地区（SSA）的多数人口居住在农村地区，这里的生计主要依赖雨养农业。极端天气状况，如干旱、高温或降雨延迟，会对农业依赖地区的农村人口造成严重的困难和挑战。Khan,Kuate,Pongou,&Zhang,2024）。缺乏应对气候变化的适应性措施进一步加剧了这些困难。 然而，SSA蕴藏着大量的未被充分利用的地下水资源蓄水库，这可以减轻诸如干旱等不利降雨事件的影响。一份报告建议， 该地区国家可以从地下水蓄水层每天为每人提供约130升饮用水，而不超过长期平均补给量的25%，其中大多数使用的比例低于10%。水援助,2022). 在遭遇地下水压力的地区，浅层地下水蓄水层的获取能力能让农民在其田地灌溉长达两年的干旱期。然而，提取率仅为现有可再生地下水资源的1%-25%（）。Water-erAid,2022考虑到这一点，与印度的情况不同，在印度地下灌溉导致资源显著减少，而在SSA地区利用地下水可能是一个可持续的选择，前提是采取早期措施以防止过度开采，从而确保其可持续性。 尽管在西非和撒哈拉以南非洲地区水资源稀缺问题日益凸显，但我们的分析显示存在大量尚未充分利用的地下水资源。主要挑战在于缺乏利用这些地下水资源的知识和动力，以及防止过度开采的政策框架。获取地下水的成本也可能成为非洲国家面临的一个障碍，考虑到该地区的平均人均GDP为1700美元。 为解决这一问题，我们的分析侧重于地方性的浅层地下淡水含水层。这些含水层因其接近地表而丰富且相对易于访问，因此在资源分布中占据重要地位。在所有含水层中，SSA（全球）拥有最高比例的地方性浅层含水层份额，达到60.77%，紧随其后的是南亚地区，份额为54.54%。 2.1地下水含水层 地下水是满足全球水资源需求不可或缺的一部分。估计显示，约有50%的饮用水、40%的灌溉用水以及超过30%的工业用水需求目前来源于地下水。教科文组织与联合国水机制,2022);(Mar-gat&vanderGun,2013). 潜水层，或地下水层，储存渗透过土壤的降雨。这些潜水层本身是由收集并保持地下空隙中地下水的岩石或沉积物构成的。有些潜水层易于访问，而其他则可能位于更难以穿透的岩石之下。 根据世界银行水资源全球实践的定义，我们在分析中主要使用四种类型的含水层。这些类别基于含水层的各种地质和地下水动力学特征。四种类型的含水层（或含水层系统）分别是复杂含水层、喀斯特型含水层、主要冲积含水层以及浅层/局部含水层。 由多个相互连接的渗透性和非渗透性材料层组成的复杂含水层。这类含水层具有高存储容量，并能为农业提供可靠的水源。然而，含水层的复杂性使得有效管理和提取水资源变得困难。喀斯特型含水层形成于可溶岩石中，如石灰岩或大理岩，其含有许多裂隙、裂缝和洞穴，允许快速水流。这类含水层适合农业，因为它们能提供稳定的水源。然而，快速的水流也可能会导致污染物的污染。冲积型含水层则是由河流沉积物形成的含水层，通常存在于河流沉积区。它们能够储存大量的地下水，并为农业提供稳定且可靠的水源供应。但是，冲积型含水层也可能受到地面污染的影响，进而影响水质。 地下水系形成于河流或溪流沉积的沉积物累积而成。这类含水层具有较高的储存能力，能为灌溉和作物生产提供可靠的水源。它们通常存在于泛滥平原或主要河流沿线。 3Data 3.1地下水数据 2 当地浅层含水层通常位于地表附近(图2b)，并且可以通过当地降水或地表水源相对较快地补充(图2a这些蓄水层可能适合小规模灌溉和作物生产。鉴于大约70%的非洲农民从事自给农业，它们的数量（图）丰富。 3以及相对较低的开采成本使得这些含水层最适合农业用途。因此，我们将分析限制在本地浅层含水层上。 我们采用了一个新的含水层类型数据集，由RodellaZaveri和Bertone (2022该数据集包含自2018年起全面详尽的8,099个潜水层网格列表，覆盖西非（SSA ）地区。此外，还提供了这些网格覆盖的地面面积、所含水量体积以及潜水层类型的信息 。这一数据集具有空间上的全面性，更新至2018年。 本数据集包含了背