中國農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)與消費(fèi)的水足跡和虛擬水分析

在全球貿(mào)易日益頻繁，貿(mào)易額也在持續(xù)上升的今天。通過實物交換的虛擬水的交換數(shù)量正在增加。因此,一個國家的國內(nèi)生產(chǎn)生活用水總量并不能正確反映它對全球水資源的真實占有量。開展水足跡研究具有重大現(xiàn)實意義:①水足跡概念的提出將實物形態(tài)的水與虛擬形態(tài)的水聯(lián)系起來,為分析和研究一個國家或區(qū)域?qū)λY源的真實占有和消費(fèi)提供了一種新思路;②水足跡涵蓋了藍(lán)色水(地表水、地下水)和綠色水(土壤水)拓寬了傳統(tǒng)水資源評價體系的外延和內(nèi)涵;③在水資源領(lǐng)域,提供了評價一個國家或地區(qū)其生活消費(fèi)類型與水資源利用定量關(guān)系的新方法。通過水足跡向人們說明虛擬水的含義也有助于提高人們對水的憂患意識。1關(guān)于水的描述1.1開發(fā)水資源的數(shù)量問題虛擬水(Virtualwater)是由英國學(xué)者TonyAllan在20世紀(jì)90年代初首次提出,后經(jīng)不斷完善,目前較為精確的定義為:在生產(chǎn)產(chǎn)品和服務(wù)中所需要的水資源數(shù)量,被稱為凝結(jié)在產(chǎn)品和服務(wù)中的虛擬水量。2002年以虛擬水為主題的第一次國際會議在荷蘭Delft召開,2003年3月在日本東京舉行的第三次世界水論壇上對虛擬水問題進(jìn)行了專門討論。這兩次會議極大的推動了虛擬水在全球范圍內(nèi)研究工作的開展。1.2品、生活用水及環(huán)境用水Hoekstra將水足跡定義為任何已知人口(一個國家、一個地區(qū)或一個人)在一定時間內(nèi)消費(fèi)的所有產(chǎn)品和服務(wù)所需要的水資源數(shù)量。這里所指的產(chǎn)品和服務(wù)包含人類生活所必須的食物、各種日用品、生活用水及環(huán)境用水。一個國家或地區(qū)的水足跡等于國內(nèi)用水量(WU)和虛擬水量凈進(jìn)口(NVWI)的代數(shù)和(公式1)。Waterfootprint=WU+NVWI(1)Waterfootprint=WU+ΝVWΙ(1)水足跡中的國內(nèi)用水量被定義為藍(lán)色用水與綠色用水的總和。藍(lán)色水(Bluewater)指賦存于江、河、湖泊及含水層中的地表水與地下水的總和,即通常所說的水資源。為區(qū)別于藍(lán)色水,瑞典水文學(xué)家Falkenmark提出了綠色水(Greenwater),它是指賦存于土壤非飽和含水層(包氣帶)中的土壤水,以蒸散發(fā)的形式由植被利用。1.3水資源的治得標(biāo)準(zhǔn)由水足跡和虛擬水的概念,就可以計算一個國家或地區(qū)的水的自給率(waterself-sufficiency,WSS),以反映該國或地區(qū)水資源的自給程度。如果自給率等于100%表明該國或地區(qū)水資源的需求全部由本地區(qū)供給。如果自給率接近于零則表明該國或地區(qū)嚴(yán)重依賴于虛擬水的進(jìn)口。WSS={WUWU+NVWI×1001ifNVWI≥0ifNVWI<0(2)WSS={WUWU+ΝVWΙ×1001ifΝVWΙ≥0ifΝVWΙ<0(2)2研究思路2.1農(nóng)產(chǎn)品虛擬水含量的計算本文借助水足跡的概念,計算我國及各區(qū)域的水足跡和水的自給率。其技術(shù)路線如圖1所示。計算步驟可以分解為:(1)計算虛擬水的進(jìn)口量。一般而言,虛擬水的貿(mào)易量的基本計算方法是用實物貿(mào)易量乘以其相應(yīng)的虛擬水含量。由于農(nóng)業(yè)用水達(dá)到全球用水量的80%,占我國用水總量的70%,因此農(nóng)產(chǎn)品就成為虛擬水的主要研究對象,本文中各區(qū)域間虛擬水貿(mào)易量主要是指通過農(nóng)產(chǎn)品交換而進(jìn)行的虛擬水交換量。虛擬水含量因產(chǎn)品及產(chǎn)地的不同而有所區(qū)別。作物的虛擬水量主要是其實際蒸散發(fā)量,由彭曼標(biāo)準(zhǔn)公式計算。動物產(chǎn)品的虛擬水含量的計算方法比較復(fù)雜,其虛擬水含量主要依賴于動物的類型、動物的飼養(yǎng)結(jié)構(gòu)和動物成長的自然地理環(huán)境及氣候條件等等。目前普遍采用的是Chapagain和Hoekstra提出生產(chǎn)樹的方法。本文利用彭曼公式和生產(chǎn)樹法首先計算了全國31個省區(qū)26種主要農(nóng)作物、6種主要動物產(chǎn)品的虛擬水含量,按品種分為糧食、蔬菜、水果、肉類、禽蛋、奶制品六大類,進(jìn)行加權(quán)平均,得到每類農(nóng)產(chǎn)品的平均的虛擬水含量。由于我國農(nóng)產(chǎn)品區(qū)域間、省際間的流通關(guān)系十分復(fù)雜,要獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)難度較大,因此農(nóng)產(chǎn)品區(qū)域間貿(mào)易量的資料可以通過分析各區(qū)域的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)能力及消費(fèi)之間的關(guān)系來獲得。區(qū)域間農(nóng)產(chǎn)品凈進(jìn)口量(國內(nèi)消費(fèi)減去農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量)乘以相應(yīng)的虛擬水含量即為該區(qū)域的虛擬水凈進(jìn)口量。(2)計算國內(nèi)總用水量。如前所述,國內(nèi)用水總量為藍(lán)色用水與綠色用水的總和。綠色用水根據(jù)水平衡關(guān)系計算。農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量乘以相應(yīng)的虛擬水含量為該地區(qū)為生產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品所使用總用水量。農(nóng)產(chǎn)品總用水量減去田間藍(lán)水量(農(nóng)業(yè)取水量乘以渠系利用系數(shù))為農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)所消耗的綠色水,綠色水與國民經(jīng)濟(jì)取用水量(藍(lán)色水)的和既認(rèn)為是該地區(qū)的國內(nèi)總用水量。(3)計算水足跡。國內(nèi)總用水量與虛擬水凈進(jìn)口量的代數(shù)和,即為該地區(qū)的水足跡。2.2典型省份的劃分本文研究區(qū)域為中國大陸31個省、自治區(qū)和直轄市,不包括臺灣、香港和澳門。31個省區(qū)根據(jù)傳統(tǒng)的區(qū)劃分為北方和南方兩個一級區(qū);按照地理位置、氣候條件、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)狀況等原則進(jìn)一步細(xì)分為8個二級區(qū),其中北方地區(qū)包括華北、東北、黃淮海和西北,南方地區(qū)包括東南、長江中下游地區(qū)、華南和西南(表1)。3中國及其地區(qū)的水3.1動物產(chǎn)品的虛擬水含量我國主要農(nóng)產(chǎn)品虛擬水含量的計算結(jié)果顯示(表2),我國糧食的平均虛擬水含量為1.0m3/kg,蔬菜為0.1m3/kg,水果為1.0m3/kg,動物產(chǎn)品的虛擬水含量與植物型產(chǎn)品相比差別較大,其中肉類產(chǎn)品的虛擬水含量最高,達(dá)到6.7m3/kg。由于氣候條件、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件的差異,我國北方地區(qū)農(nóng)作物的虛擬水含量普遍高于南方地區(qū)。3.2綠色水和藍(lán)色水按照本文所采用的計算方法,根據(jù)水平衡關(guān)系,分別計算了1999年我國綠色用水和國內(nèi)總用水,計算結(jié)果匯總于表3。1999年我國國內(nèi)總用水量達(dá)到12940×108m3,其中綠色水為7350×108m3占總量的57%,藍(lán)色水為5600×108m3,占總量的43%。北方地區(qū)是我國農(nóng)產(chǎn)品的主產(chǎn)區(qū),1999年該地區(qū)生產(chǎn)了全國53%的糧食,57%的蔬菜,55%的水果,48%的肉類,71%的禽蛋和82%的奶制品,因此北方地區(qū)國內(nèi)用水總量高于南方地區(qū),達(dá)到7060×108m3,占全國的55%,南方地區(qū)為5890×108m3,占總量的45%。3.3農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易的模擬馬靜等人分析了我國31個省的1999年主要農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)、消費(fèi)情況,結(jié)果表明我國1999年主要農(nóng)產(chǎn)品在全國范圍基本實現(xiàn)了供需平衡,但在區(qū)域上差別較大。北方地區(qū)供給大于需求,各類農(nóng)產(chǎn)品均出現(xiàn)較大剩余,南方地區(qū)需求大于供給,農(nóng)產(chǎn)品的供應(yīng)出現(xiàn)巨大缺口,其中糧食缺口達(dá)到2200×104t,蔬菜達(dá)到2300×104t,水果80×104t,肉190×104t,禽蛋230×104t,奶類制品250×104t(表4)。聯(lián)合國統(tǒng)計處的數(shù)據(jù)資料顯示,1999年我國凈進(jìn)口的農(nóng)產(chǎn)品包括糧食和奶類制品,凈出口的農(nóng)產(chǎn)品包括蔬菜、水果和肉類。減除農(nóng)產(chǎn)品的國際貿(mào)易量外,南方地區(qū)從北方地區(qū)調(diào)入了1700×104t糧食,2300×104t蔬菜,60×104t水果,180×104t肉類,230×104t禽蛋和240×104t奶制品(表4)。相應(yīng)的,中國通過農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易進(jìn)口的虛擬水量達(dá)到了280×108m3,出口的虛擬水量達(dá)到190×108m3,凈進(jìn)口量達(dá)到90×108m3?？鄢摂M水的國際貿(mào)易流量,我國南方地區(qū)通過農(nóng)產(chǎn)品的交換1999年從北方地區(qū)調(diào)入的虛擬水量達(dá)到了520×108m3。從8個二級區(qū)看,東北、黃淮海、長江中下游平原為虛擬水凈調(diào)出區(qū),其他5個二級區(qū)為凈調(diào)入?yún)^(qū),其中華北、東南和華南為主要的調(diào)入地區(qū)(表3)。3.4均水足跡及法定性分析由此計算水足跡,1999年我國水足跡達(dá)到13040×108m3,區(qū)域上,南方和北方地區(qū)各占50%。人均水足跡為1049m3。這一計算結(jié)果與Rockstr?m和Gordon計算的900m3的全球人均水足跡比較接近。我國學(xué)者龍愛華等人計算了2000年中國西北四省的水足跡,結(jié)果表明人均水足跡為609m3~943m3/年之間。由于動物性產(chǎn)品的虛擬水含量要高于植物性產(chǎn)品,因此膳食結(jié)構(gòu)的差異顯著影響了水足跡的量值。根據(jù)Chapagain和Hoekstra的初步估算,以動物產(chǎn)品為主的西歐國家如荷蘭、比利時等國人均水足跡較高,量值約在2000m3左右;以素食為主的東亞和中美州國家人均水足跡約在1000m3左右;人均水足跡較低的國家包括印度、印度尼西亞等國,量值在500m3左右。中國的人均水足跡與日本、韓國等國家大致相當(dāng),與其它國家相比處于中間位置。盡管我國目前的人均水足跡僅為1000m3左右,隨著人民生活水平的不斷提高,膳食結(jié)構(gòu)的改善特別是動物性產(chǎn)品的攝入量增多,我國人均水足跡的將會有顯著增長。從區(qū)域看,我國北方地區(qū)的人均水足跡高于南方地區(qū)。主要原因主要有以下兩點,一是氣候條件的差異,北方地區(qū)農(nóng)作物的虛擬水含量大于南方地區(qū),二是北方地區(qū)農(nóng)產(chǎn)品出現(xiàn)了較大剩余,本文中將農(nóng)產(chǎn)品的剩余量以存量形式直接計入國內(nèi)總用水量中。3.5水的進(jìn)口狀況一般而言,水資源豐富地區(qū)水的自給率應(yīng)該較高,水資源緊缺的地區(qū)則更應(yīng)該依靠虛擬水的調(diào)入來緩解區(qū)域的水資源緊張態(tài)勢。而我國的情況與其恰好相反。從全國看,中國是一個水資源高度自給的國家,水自給率達(dá)到了99%。雖然1999年我國有90×108m3的虛擬水凈進(jìn)口,但僅占國內(nèi)總用水量的1%。從區(qū)域看,北方地區(qū)實現(xiàn)了完全自給,盡管華北地區(qū)自給率僅為66%,但該地區(qū)虛擬水調(diào)入來自北方的其他地區(qū)。南方地區(qū)的自給率只有90%,其中東南地區(qū)的水自給率只有69%,華南地區(qū)不到80%。說明這些地區(qū)較大程度上依賴于虛擬水的進(jìn)口。我國農(nóng)業(yè)資源特別是水土資源區(qū)域匹配條件不理想,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力布局中對水資源因素考慮不足,以及傳統(tǒng)的以滿足供給為原則的水資源規(guī)劃管理模式是導(dǎo)致這一局面的主要原因。3.6對我國水資源的實際消費(fèi)與水跡化的認(rèn)識有關(guān)資料顯示,近年來我國國民經(jīng)濟(jì)取用水量基本保持在5600×108m3左右,自1980年以來人均用水量大體維持在450m3,南、北方人均用水量大體相當(dāng)。但從應(yīng)用水足跡概念進(jìn)行重新計算的結(jié)果看,我國國內(nèi)總用水量和人均水足跡均高出國民經(jīng)濟(jì)取水總量和人均用水量一倍以上。國民經(jīng)濟(jì)取水量、人均用水量這兩個指標(biāo)僅反映了我國藍(lán)色水的使用情況,并不能真實反映其對水資源的實際消費(fèi)。通過國內(nèi)總用水量的計算,可以看出我國國民經(jīng)濟(jì)所消耗的水資源量近60%來自于土壤水(綠色水),而這部分水量是以凝結(jié)在農(nóng)產(chǎn)品中的虛擬水的形式存在。由此可見綠色水對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)意義重大。國內(nèi)總用水量和人均水足跡區(qū)域分布顯示,北方地區(qū)明顯高于南方,在水資源相對短缺的北方地區(qū)其對水資源的實際消費(fèi)要高于水資源豐富的南方地區(qū)。這種對資源的真實消費(fèi)與對資源的實際占有呈反比,主要是由于我國農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)與消費(fèi)關(guān)系和氣候條件決定的。將虛擬水納入水資源核算體系,能夠真實反映人對資源的真實消費(fèi)與使用,也能夠澄清在水資源利用方面存在的一些錯誤的認(rèn)識。但同時我們也必須注意到,由于水足跡的研究中,目前主要以農(nóng)產(chǎn)品為主要研究對象,因此造成我國農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)的北方地區(qū)的水足跡量較大。若將研究范圍擴(kuò)展至工業(yè)及服務(wù)業(yè)領(lǐng)域,所得的結(jié)果就會有很大不同。同時,由于產(chǎn)品種類繁多,虛擬水含量的計算比較復(fù)雜,產(chǎn)品貿(mào)易數(shù)據(jù)獲取難度較大,虛擬水含量、貿(mào)易量、水足跡的準(zhǔn)確性、計算方法還有待不斷完善。4對水資源的消耗中國是一個水資源高度自給的國家,1999年水的自給率達(dá)到99%。但區(qū)域上的差別較為明顯。1999年我國南方地區(qū)通過農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易調(diào)入了520×108m3的虛擬水,若考慮國際貿(mào)易量,虛擬水的調(diào)入量超過其水足跡的10%。由此看出我國北方地區(qū)為保障南方地區(qū)糧食安全發(fā)揮了不可替代的作用。北方地區(qū)的水資源不僅保障了當(dāng)?shù)?而且通過虛擬水貿(mào)易也支撐了南方地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。我國國民經(jīng)濟(jì)所消耗的水資源量近60%來自于土壤水(綠色水),而這部分水量以凝結(jié)在農(nóng)產(chǎn)品中的虛擬水的形式存在。由此可見綠色水對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)意義重大。我國目前水資源評價僅限于藍(lán)色水,對于綠色水的評價,通過水平衡公式進(jìn)行估算。因此對于土壤水評價工作亟待加強(qiáng),評價方法有待進(jìn)一步深入研究。與對能源的消耗類似,人的生活方式極大的影響了對水資源的消耗。Renault認(rèn)為,人的消費(fèi)方式特別是膳食結(jié)構(gòu)對