中国农产品生产与消费的水足迹和虚拟水分析

中国农产品生产与消费的水足迹和虚拟水分析

在全球贸易日益频繁，贸易额也在持续上升的今天。通过实物交换的虚拟水的交换数量正在增加。因此,一个国家的国内生产生活用水总量并不能正确反映它对全球水资源的真实占有量。开展水足迹研究具有重大现实意义:①水足迹概念的提出将实物形态的水与虚拟形态的水联系起来,为分析和研究一个国家或区域对水资源的真实占有和消费提供了一种新思路;②水足迹涵盖了蓝色水(地表水、地下水)和绿色水(土壤水)拓宽了传统水资源评价体系的外延和内涵;③在水资源领域,提供了评价一个国家或地区其生活消费类型与水资源利用定量关系的新方法。通过水足迹向人们说明虚拟水的含义也有助于提高人们对水的忧患意识。1关于水的描述1.1开发水资源的数量问题虚拟水(Virtualwater)是由英国学者TonyAllan在20世纪90年代初首次提出,后经不断完善,目前较为精确的定义为:在生产产品和服务中所需要的水资源数量,被称为凝结在产品和服务中的虚拟水量。2002年以虚拟水为主题的第一次国际会议在荷兰Delft召开,2003年3月在日本东京举行的第三次世界水论坛上对虚拟水问题进行了专门讨论。这两次会议极大的推动了虚拟水在全球范围内研究工作的开展。1.2品、生活用水及环境用水Hoekstra将水足迹定义为任何已知人口(一个国家、一个地区或一个人)在一定时间内消费的所有产品和服务所需要的水资源数量。这里所指的产品和服务包含人类生活所必须的食物、各种日用品、生活用水及环境用水。一个国家或地区的水足迹等于国内用水量(WU)和虚拟水量净进口(NVWI)的代数和(公式1)。Waterfootprint=WU+NVWI(1)Waterfootprint=WU+ΝVWΙ(1)水足迹中的国内用水量被定义为蓝色用水与绿色用水的总和。蓝色水(Bluewater)指赋存于江、河、湖泊及含水层中的地表水与地下水的总和,即通常所说的水资源。为区别于蓝色水,瑞典水文学家Falkenmark提出了绿色水(Greenwater),它是指赋存于土壤非饱和含水层(包气带)中的土壤水,以蒸散发的形式由植被利用。1.3水资源的治得标准由水足迹和虚拟水的概念,就可以计算一个国家或地区的水的自给率(waterself-sufficiency,WSS),以反映该国或地区水资源的自给程度。如果自给率等于100%表明该国或地区水资源的需求全部由本地区供给。如果自给率接近于零则表明该国或地区严重依赖于虚拟水的进口。WSS={WUWU+NVWI×1001ifNVWI≥0ifNVWI<0(2)WSS={WUWU+ΝVWΙ×1001ifΝVWΙ≥0ifΝVWΙ<0(2)2研究思路2.1农产品虚拟水含量的计算本文借助水足迹的概念,计算我国及各区域的水足迹和水的自给率。其技术路线如图1所示。计算步骤可以分解为:(1)计算虚拟水的进口量。一般而言,虚拟水的贸易量的基本计算方法是用实物贸易量乘以其相应的虚拟水含量。由于农业用水达到全球用水量的80%,占我国用水总量的70%,因此农产品就成为虚拟水的主要研究对象,本文中各区域间虚拟水贸易量主要是指通过农产品交换而进行的虚拟水交换量。虚拟水含量因产品及产地的不同而有所区别。作物的虚拟水量主要是其实际蒸散发量,由彭曼标准公式计算。动物产品的虚拟水含量的计算方法比较复杂,其虚拟水含量主要依赖于动物的类型、动物的饲养结构和动物成长的自然地理环境及气候条件等等。目前普遍采用的是Chapagain和Hoekstra提出生产树的方法。本文利用彭曼公式和生产树法首先计算了全国31个省区26种主要农作物、6种主要动物产品的虚拟水含量,按品种分为粮食、蔬菜、水果、肉类、禽蛋、奶制品六大类,进行加权平均,得到每类农产品的平均的虚拟水含量。由于我国农产品区域间、省际间的流通关系十分复杂,要获得准确数据难度较大,因此农产品区域间贸易量的资料可以通过分析各区域的农产品生产能力及消费之间的关系来获得。区域间农产品净进口量(国内消费减去农产品产量)乘以相应的虚拟水含量即为该区域的虚拟水净进口量。(2)计算国内总用水量。如前所述,国内用水总量为蓝色用水与绿色用水的总和。绿色用水根据水平衡关系计算。农产品产量乘以相应的虚拟水含量为该地区为生产农产品所使用总用水量。农产品总用水量减去田间蓝水量(农业取水量乘以渠系利用系数)为农产品生产所消耗的绿色水,绿色水与国民经济取用水量(蓝色水)的和既认为是该地区的国内总用水量。(3)计算水足迹。国内总用水量与虚拟水净进口量的代数和,即为该地区的水足迹。2.2典型省份的划分本文研究区域为中国大陆31个省、自治区和直辖市,不包括台湾、香港和澳门。31个省区根据传统的区划分为北方和南方两个一级区;按照地理位置、气候条件、农业生产状况等原则进一步细分为8个二级区,其中北方地区包括华北、东北、黄淮海和西北,南方地区包括东南、长江中下游地区、华南和西南(表1)。3中国及其地区的水3.1动物产品的虚拟水含量我国主要农产品虚拟水含量的计算结果显示(表2),我国粮食的平均虚拟水含量为1.0m3/kg,蔬菜为0.1m3/kg,水果为1.0m3/kg,动物产品的虚拟水含量与植物型产品相比差别较大,其中肉类产品的虚拟水含量最高,达到6.7m3/kg。由于气候条件、农业生产条件的差异,我国北方地区农作物的虚拟水含量普遍高于南方地区。3.2绿色水和蓝色水按照本文所采用的计算方法,根据水平衡关系,分别计算了1999年我国绿色用水和国内总用水,计算结果汇总于表3。1999年我国国内总用水量达到12940×108m3,其中绿色水为7350×108m3占总量的57%,蓝色水为5600×108m3,占总量的43%。北方地区是我国农产品的主产区,1999年该地区生产了全国53%的粮食,57%的蔬菜,55%的水果,48%的肉类,71%的禽蛋和82%的奶制品,因此北方地区国内用水总量高于南方地区,达到7060×108m3,占全国的55%,南方地区为5890×108m3,占总量的45%。3.3农产品贸易的模拟马静等人分析了我国31个省的1999年主要农产品的生产、消费情况,结果表明我国1999年主要农产品在全国范围基本实现了供需平衡,但在区域上差别较大。北方地区供给大于需求,各类农产品均出现较大剩余,南方地区需求大于供给,农产品的供应出现巨大缺口,其中粮食缺口达到2200×104t,蔬菜达到2300×104t,水果80×104t,肉190×104t,禽蛋230×104t,奶类制品250×104t(表4)。联合国统计处的数据资料显示,1999年我国净进口的农产品包括粮食和奶类制品,净出口的农产品包括蔬菜、水果和肉类。减除农产品的国际贸易量外,南方地区从北方地区调入了1700×104t粮食,2300×104t蔬菜,60×104t水果,180×104t肉类,230×104t禽蛋和240×104t奶制品(表4)。相应的,中国通过农产品贸易进口的虚拟水量达到了280×108m3,出口的虚拟水量达到190×108m3,净进口量达到90×108m3。扣除虚拟水的国际贸易流量,我国南方地区通过农产品的交换1999年从北方地区调入的虚拟水量达到了520×108m3。从8个二级区看,东北、黄淮海、长江中下游平原为虚拟水净调出区,其他5个二级区为净调入区,其中华北、东南和华南为主要的调入地区(表3)。3.4均水足迹及法定性分析由此计算水足迹,1999年我国水足迹达到13040×108m3,区域上,南方和北方地区各占50%。人均水足迹为1049m3。这一计算结果与Rockstrøm和Gordon计算的900m3的全球人均水足迹比较接近。我国学者龙爱华等人计算了2000年中国西北四省的水足迹,结果表明人均水足迹为609m3~943m3/年之间。由于动物性产品的虚拟水含量要高于植物性产品,因此膳食结构的差异显著影响了水足迹的量值。根据Chapagain和Hoekstra的初步估算,以动物产品为主的西欧国家如荷兰、比利时等国人均水足迹较高,量值约在2000m3左右;以素食为主的东亚和中美州国家人均水足迹约在1000m3左右;人均水足迹较低的国家包括印度、印度尼西亚等国,量值在500m3左右。中国的人均水足迹与日本、韩国等国家大致相当,与其它国家相比处于中间位置。尽管我国目前的人均水足迹仅为1000m3左右,随着人民生活水平的不断提高,膳食结构的改善特别是动物性产品的摄入量增多,我国人均水足迹的将会有显著增长。从区域看,我国北方地区的人均水足迹高于南方地区。主要原因主要有以下两点,一是气候条件的差异,北方地区农作物的虚拟水含量大于南方地区,二是北方地区农产品出现了较大剩余,本文中将农产品的剩余量以存量形式直接计入国内总用水量中。3.5水的进口状况一般而言,水资源丰富地区水的自给率应该较高,水资源紧缺的地区则更应该依靠虚拟水的调入来缓解区域的水资源紧张态势。而我国的情况与其恰好相反。从全国看,中国是一个水资源高度自给的国家,水自给率达到了99%。虽然1999年我国有90×108m3的虚拟水净进口,但仅占国内总用水量的1%。从区域看,北方地区实现了完全自给,尽管华北地区自给率仅为66%,但该地区虚拟水调入来自北方的其他地区。南方地区的自给率只有90%,其中东南地区的水自给率只有69%,华南地区不到80%。说明这些地区较大程度上依赖于虚拟水的进口。我国农业资源特别是水土资源区域匹配条件不理想,农业生产力布局中对水资源因素考虑不足,以及传统的以满足供给为原则的水资源规划管理模式是导致这一局面的主要原因。3.6对我国水资源的实际消费与水迹化的认识有关资料显示,近年来我国国民经济取用水量基本保持在5600×108m3左右,自1980年以来人均用水量大体维持在450m3,南、北方人均用水量大体相当。但从应用水足迹概念进行重新计算的结果看,我国国内总用水量和人均水足迹均高出国民经济取水总量和人均用水量一倍以上。国民经济取水量、人均用水量这两个指标仅反映了我国蓝色水的使用情况,并不能真实反映其对水资源的实际消费。通过国内总用水量的计算,可以看出我国国民经济所消耗的水资源量近60%来自于土壤水(绿色水),而这部分水量是以凝结在农产品中的虚拟水的形式存在。由此可见绿色水对于农业生产意义重大。国内总用水量和人均水足迹区域分布显示,北方地区明显高于南方,在水资源相对短缺的北方地区其对水资源的实际消费要高于水资源丰富的南方地区。这种对资源的真实消费与对资源的实际占有呈反比,主要是由于我国农产品的生产与消费关系和气候条件决定的。将虚拟水纳入水资源核算体系,能够真实反映人对资源的真实消费与使用,也能够澄清在水资源利用方面存在的一些错误的认识。但同时我们也必须注意到,由于水足迹的研究中,目前主要以农产品为主要研究对象,因此造成我国农产品主产区的北方地区的水足迹量较大。若将研究范围扩展至工业及服务业领域,所得的结果就会有很大不同。同时,由于产品种类繁多,虚拟水含量的计算比较复杂,产品贸易数据获取难度较大,虚拟水含量、贸易量、水足迹的准确性、计算方法还有待不断完善。4对水资源的消耗中国是一个水资源高度自给的国家,1999年水的自给率达到99%。但区域上的差别较为明显。1999年我国南方地区通过农产品贸易调入了520×108m3的虚拟水,若考虑国际贸易量,虚拟水的调入量超过其水足迹的10%。由此看出我国北方地区为保障南方地区粮食安全发挥了不可替代的作用。北方地区的水资源不仅保障了当地,而且通过虚拟水贸易也支撑了南方地区社会经济的发展。我国国民经济所消耗的水资源量近60%来自于土壤水(绿色水),而这部分水量以凝结在农产品中的虚拟水的形式存在。由此可见绿色水对于农业生产意义重大。我国目前水资源评价仅限于蓝色水,对于绿色水的评价,通过水平衡公式进行估算。因此对于土壤水评价工作亟待加强,评价方法有待进一步深入研究。与对能源的消耗类似,人的生活方式极大的影响了对水资源的消耗。Renault认为,人的消费方式特别是膳食结构对