虚拟水视角下我国主粮贸易对水资源压力的影响

摘要 对2009—2019年我国主要粮食作物产量和生产消耗虚拟水量进行测算，量化分析伴随主粮贸易虚拟水的流动状况和趋势，在此基础上评估主粮贸易对我国水资源压力的影响方向以及影响程度。结果表明，2009—2019年我国粮食产量和虚拟水消耗量呈上升趋势，同时虚拟水贸易规模也明显扩大，对我国水资源压力有缓解作用，其中大豆的虚拟水贸易影响程度最大。因此，建议根据粮食作物单位质量含水量不同，合理规划粮食作物种植结构，并充分考虑多方面因素的影响后确定进出口规模和结构。

关键词 虚拟水;主粮贸易;水资源压力;可持续性评价;作物生产

中图分类号 X 22文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2022）04-0069-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.04.019

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Impact of China’s Staple Food Trade on Water Resources Pressure from the Perspective of Virtual Water

ZHAO Yi-dan，CHEN Hong （College of Economics and Management，Northeast Forestry University，Harbin，Heilongjiang 150040）

Abstract The yield of major food crops and the virtual water consumption in production in China from 2009 to 2019 were estimated，and the flow status and trend of virtual water associated with major grain trade were quantitatively analyzed.On this basis，the direction and degree of impact of major grain trade on water resource pressure in China were evaluated.The results showed that China's grain yield and virtual water consumption showed an upward trend during 2009-2019，and the scale of virtual water trade also significantly expanded，which had a alleviating effect on China's water resource pressure，among which soybean virtual water trade had the greatest impact.Therefore，it is suggested that food crop planting structure should be reasonably planned according to different water content per unit mass of food crops，and the scale and structure of import and export should be determined after considering the influence of various factors.

Key words Virtual water;Major grain trade;Water resource pressure;Sustainability evaluation;Food crop production

基金项目 黑龙江省哲学社会科学研究规划项目（21JYB149）;黑龙江省经济社会发展重点研究课题（20209）。

作者简介 赵一丹（2000—），女，山西阳泉人，从事农业环境经济研究。*通信作者，教授，博士，博士生导师，从事农业环境经济研究。

收稿日期 2021-05-28

粮食资源作为关系国计民生的重要物质基础，对当前社会可持续发展具有重要意义，同时水资源的利用程度对粮食的生产也起着决定性作用。我国作为人口大国，未来30年对粮食的需求仍面临不断增加的压力[1]，《2020年粮食及农业状况》报告中指出，农业用水占水资源消耗的70%，因此粮食用水情况将对我国粮食安全、水安全造成重要影响。自1993年Allan等[2]提出虚拟水概念后，Zimmer等[3]首先提出虚拟水战略概念，这一概念使得对水资源的管理不再局限于实体水资源，同时将粮食的贸易与水的贸易联系起来，将水资源以粮食贸易的形式在全球范围内进行配置，为水资源短缺和粮食安全问题的解决提供了新的思路。

现阶段随着虚拟水理论的不断发展，国内外学者利用该理论从不同层面对粮食生产用水进行了研究。在农业发展布局方面，孙才志等[4]测算了我国各地区农产品虚拟水总量，揭示了地均农产品虚拟水差异背后体现的农业集约化空间分异特征规律，为制定不同类型的农业发展决策提供了相应的理论参考;李莹等[5-6]就黑龙江省和新疆地区主要农产品的虚拟水价值和含水量进行了测度。在农业发展中水资源效率评价方面，郭相平等[7]模拟省区间虚拟水流动格局，评价虚拟水流动对我国农业用水的影响;陈红等[8]测算了黑龙江省2000—2017年14个区域内粮食生产水足迹和灰水足迹，分析了黑龙江省粮食生产用水绿色效率的时空特征;贾琨颢等[9]则将虚拟水净贸易量纳入指标体系，初步评价了江苏省农业对缺水的脆弱性，并对降低脆弱性提出了建议;卓拉等[10]重点分析了黄河流域主要作物实体水-虚拟水耦合流动关键过程及其时空演变。除此之外，虚拟水理论对区域间农产品贸易也具有指导意义。张雄化[11]从粮食安全的视角分析了水资源利用效率和虚拟水国际贸易的关系;杨雪等[12]在水资源安全视角下研究了我国粮油虚拟水贸易;韦苏倢等[13]专注于中国与东盟之间的农产品虚拟水贸易，而孙才志等[14]则将视角转向“一带一路”沿线国家，分析2007—2016年中国与“一带一路”沿线国家农产品贸易虚拟水量的时空变化特征;同样是以“一带一路”沿线国家为研究区域，于畅等[15]分析了原木虚拟水空间流动格局的演变。虚拟水理论同样可以指导国内不同区域间农产品的贸易，丁雪丽等[16]从资源、经济、环境3方面出发分析虚拟水流动引发的综合效益;张启楠等[17]探讨了我国31个省（市、自治区）虚拟水流动对水资源和区域经济的影响;韩昕雪琦等[1]聚焦于我国西北地区，评估了西北地区农产品贸易输出引发的水资源压力;而邢莹[18]则基于粮食净调出省（区）的数据，通过国内粮食贸易中的虚拟水流动计算出了所产生的生态补偿金额。与其他学者不同，李新生等[19]从生产和消费2个角度分析了京津冀地区虚拟水流动特征以及对区域水资源压力的影响。韩雪等[20]在看到虚拟水贸易优势的同时，重点关注我国区际间主要农产品虚拟水贸易风险的等级及发生概率。在以上几个研究方向之外，吴普特等[21-22]就虚拟水资源统筹管理进行了研究。

当前，学者们基于虚拟水理论的研究涉及众多领域，但在农产品虚拟水国际贸易角度的研究大多集中于水资源效率评价以及分析粮食安全和水资源安全，对于虚拟水贸易对我国水资源压力的缓解作用研究较少。笔者以我国主要粮食作物虚拟水的国际流动为研究对象，测算2009—2019年小麦、玉米、水稻和大豆4种主要粮食作物虚拟水进出口量，构建水资源压力指数，分析11年间虚拟水进出口变化，对比不同粮食作物间虚拟水差异，进一步得出粮食虚拟水国际贸易对我国水资源压力的缓解作用，并对比虚拟水进出口对我国水资源压力的影响程度，为我国粮食生产以及进出口结构改进提出对策和建议。

1 资料与方法

1.1 数据来源

我国粮食作物产量和作物进出口数据引自2009—2019年的《中国统计年鉴》。单位粮食作物产品虚拟水含量数据引用自孙才志等[4]计算出的主要农产品单位质量虚拟水含量。2030年全国水资源利用上限引自《全国水资源综合规划（2010—2030）》。

1.2 研究方法

1.2.1 粮食作物国际贸易中虚拟水流动量核算。

该研究主要引用孙才志等[4]计算出的主要农产品单位质量虚拟水含量进行计算。粮食作物产品虚拟水含量计算公式为：

D=WCYC（1）

式中，D为粮食作物C单位质量的虚拟水含量（m3/t）;YC为粮食作物单产（t/hm2）;WC为粮食作物C的需水量（m3/hm2）;WC=ETC，即WC近似等于粮食作物实际在生产发育期间累积蒸发蒸腾水量ETC。该研究涉及的小麦、玉米、水稻和大豆4种粮食作物单位质量虚拟水含量分别为1.19、0.86、1.37、2.65 m3/kg。

虚拟水流动量计算公式如下：

Vi=DCGi（2）

Ve=DCGe（3）

Vn=Vi-Ve（4）

式中，V为我国虚拟水流动量（万m3），Vi为虚拟水进口量，Ve为虚拟水出口量，Vn为虚拟水净进口量，当Vn>0时为虚拟水净进口，当Vn<0时为虚拟水净出口;DC为第C种粮食作物的单位质量虚拟水含量（m3/t）;G为我国粮食作物调运量，Gi为粮食作物进口量，Ge为粮食作物出口量。

1.2.2 水资源压力指数核算。

当前国际上用水资源开发利用程度（water use intensity）来反映一个国家、地区水资源的稀缺程度。该指标定义为年取用的淡水资源量占可获得的（可更新）淡水资源总量的百分率。基于此概念，为了更准确地表征虚拟水流动对我国水资源的影响，在此基础上，引入《全国水资源综合规划（2010—2030）》提出的2030年水资源管理目标之一，即到2030年全国用水总量控制在7 000亿m3以内，提出一种修正后的水资源压力指数（MWSI）。用MWSI量化粮食作物虚拟水的流动对我国水资源短缺程度的影响，计算公式如下：

MWSI=VLQ×100%（5）

MWSIf=WLQ×100%（6）

P=MWSIMWSIf（7）

式中，MWSI为我国粮食作物进出口引起的水资源压力;V为伴随粮食作物进出口的虚拟水流动量（万/m3）;LQ为到2030年全国用水总量上限（万m3）。P为判断水资源稀缺程度的系数。MWSIf为粮食作物生产引起的水资源压力;W为根据生产量和粮食作物产品虚拟水含量推算的生产4种粮食作物用水量（万m3）。

为便于比较，将系数进行标准化处理，对于正向指标（数值越大水资源压力越小），水资源进口量和水资源净进口量如下：

I=Pmax-PijPmax-Pmin（8）

式中，I为标准化后的压力指数;Pmax、Pmin分别为压力系数的最大值和最小值;Pij为压力系数的具体值;i为指标序列;j为时间序列，2009—2019年共11年。

对于逆向指标（数值越大水资源压力越大），水资源出口量则有：

I=Pij-PminPmax-Pmin（9）

根据I的指标阈值，将水资源短缺程度分为3个等级，如表1所示。

1.2.3 粮食作物虚拟水流动对水资源利用的影响。粮食作物生产需要大量水资源，粮食作物虚拟水进口对我国水资源节约有重要意义，同时伴随粮食作物出口的虚拟水外流也有一定机会成本。因此使用粮食作物虚拟水流动影响指数反映伴随粮食作物进出口虚拟水流动对我国粮食作物生产使用虚拟水的影响程度。计算公式如下：

粮食作物虚拟水流动影响指数=进出口粮食作物虚拟水量我国粮食作物生产虚拟水量（10）

2 结果与分析

2.1 粮食作物产量及生产消耗虚拟水分析

从2009—2019年我国小麦、玉米、水稻、大豆4种粮食作物产量以及生产消耗虚拟水变化趋势（图1）可以看出，小麦、玉米、水稻、大豆4种主要粮食作物产量从2009年的50 429.8万t增加至2019年的62 530.8万t，2009—2019年的年平均产量为58 816.3万t。其中小麦产量从2009年的11 579.6万t增长至2019年的13 359.6万t，增长15.37%。由于小麦产量增长幅度较小，小麦生产消耗虚拟水量仅从2009年的13 779.72万m3增长至2019年的15 897.92万m3。玉米作为4种粮食作物中单位质量虚拟水含量最少的粮食作物，增长率在4种粮食作物中最高，达到50.51%。2009年玉米的产量为17 325.9万t，2019年增加至26 077.9万t，生产虚拟水消耗也从2009年的14 900.27万m3增加至2019年的22 426.99万m3。与玉米产量增长状况不同，水稻作为4种粮食作物中单位质量虚拟水含量较高的粮食作物，增长率仅为6.84%，在4种粮食作物中产量增幅最小，其产量从2009年的19 619.7万t增加至2019年的20 961.4万t，伴随产量增加虚拟水消耗量从