居民虛擬水消費測算模型及實證研究

趙慧 尹慶民 田貴良

摘要：水資源是影響人類生存及生產(chǎn)活動的重要因素，不同消費模式對水資源配置影響不同，運用農(nóng)、畜產(chǎn)品虛擬水含量計算模型和虛擬水消費特征指數(shù)，在分析江蘇省2000—2011年居民虛擬水消費量的基礎(chǔ)上，通過設(shè)定3種消費模式調(diào)整方案，測算并比較不同模式下虛擬水消費量節(jié)約情況和消費特征變化情況。結(jié)果表明：城鎮(zhèn)居民虛擬水消費量保持穩(wěn)定，農(nóng)村居民虛擬水消費量呈下降趨勢，且城鄉(xiāng)居民的消費結(jié)構(gòu)日趨合理，虛擬水消費多樣性指數(shù)及均衡性指數(shù)越來越高；糧食產(chǎn)品的消費減少是造成虛擬水消費量下降的主要原因；以虛擬水含量低的產(chǎn)品代替虛擬水含量高的產(chǎn)品，改變當(dāng)前虛擬水消費模式，可以有效節(jié)約虛擬水消費量。

關(guān)鍵詞：虛擬水；消費模式；消費結(jié)構(gòu)；消費特征

中圖分類號：TV213.4文獻標(biāo)志碼：A文章編號：1002-1302（2014）02-0320-04

收稿日期：2013-07-11

基金項目：國家自然科學(xué)基金（編號：41001377、51279058）；江蘇沿海資源經(jīng)濟研究中心研究項目。

作者簡介：趙慧（1990—），女，河北唐山人，碩士研究生，主要從事基礎(chǔ)設(shè)施投融資研究。E-mail：wennie@foxmail.com。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和人口的激增，水資源短缺現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，已成為制約我國國民經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸[1]。人口增長、技術(shù)變化、消費增加是水資源危機產(chǎn)生的主要原因[2]。20世紀(jì)90年代英國學(xué)者提出了“虛擬水”這一概念，將水資源與糧食問題緊密聯(lián)系起來，為解決水資源合理配置與糧食安全等問題提供了新途徑。此后，各國學(xué)者從多角度展開了對虛擬水的研究。 “虛擬水戰(zhàn)略”是指缺水國家或地區(qū)通過貿(mào)易的方式從富水國家或地區(qū)購買水密集型農(nóng)產(chǎn)品，尤其是糧食，保證水、糧食安全。不同地區(qū)的虛擬水戰(zhàn)略千差萬別，虛擬水戰(zhàn)略的選擇與該區(qū)域的經(jīng)濟發(fā)達程度密切相關(guān)，具有明顯的地域性。Dennis從經(jīng)濟學(xué)角度闡述了虛擬水的應(yīng)用優(yōu)勢[3]。虛擬水實證研究范圍不斷擴大，涉及到埃及、黎巴嫩、日本等國，虛擬水貿(mào)易研究引起了學(xué)者們的高度重視。虛擬水戰(zhàn)略對我國資源安全具有重要意義。馬靜等與Hoekstra合作，以我國南北方及各區(qū)域的虛擬水貿(mào)易量為切入點，計算了我國各區(qū)域的虛擬水流量，率先將虛擬水理論應(yīng)用于我國實際貿(mào)易中[4]。許長新等從節(jié)水效應(yīng)、經(jīng)濟價值角度闡述了虛擬水戰(zhàn)略的經(jīng)濟學(xué)內(nèi)涵，并對虛擬水貿(mào)易在我國經(jīng)濟增長中的貢獻份額進行了實證分析[5]。謝衛(wèi)奇等提出一套完整的水資源評價指標(biāo)體系，為虛擬水貿(mào)易戰(zhàn)略的科學(xué)運用提供了決策支持[6]。目前關(guān)于虛擬水與消費模式關(guān)系研究較為少見[7-9]。本研究對居民消費模式與虛擬水消費特征關(guān)系進行了分析，介紹了虛擬水計算方法并建立了虛擬水消費特征評價模型，并以江蘇省2000—2011年主要居民消費品的虛擬水量為例，研究了居民消費模式變化對虛擬水消費結(jié)構(gòu)及消費特征的影響，旨在為解決我國水資源短缺問題提供依據(jù)。

1虛擬水計算方法及消費特征評價模型

1.1虛擬水計算方法

1.1.1農(nóng)產(chǎn)品虛擬水含量計算方法綜合現(xiàn)有研究，利用公式（1）計算農(nóng)產(chǎn)品虛擬水量化。

Dnc=Wnc/Ync（1）

式中：Dnc表示n區(qū)域內(nèi)c作物的虛擬水含量（m3/t），Wnc為該區(qū)域c作物的需水量（m3/hm2），Ync為該區(qū)域c作物的產(chǎn)量（t/hm2）。

根據(jù)農(nóng)作物累積蒸發(fā)蒸騰水量ETc來計算需水量Wnc，ETc計算方法見公式（2）。

ETc=Kc×ETo（2）

式中：Kc表示農(nóng)作物系數(shù)，是計算農(nóng)作物需水量的重要參數(shù)。ETo表示作物蒸發(fā)蒸騰量參考值，是在忽略作物類型、作物發(fā)育、管理措施等因素的基礎(chǔ)上，計算的作物需水量，計算方法見公式（3）。

ET0=0.408×Δ×（Rn-G）+γ×900T+273×U2×（ea-ed）Δ+γ×（1+0.34×U2）（3）

式中：Δ為飽和水汽壓與溫度相關(guān)曲線的斜率，kPa/ ℃；Rn為作物表面凈輻射，MJ/（m2·d）；G為土壤熱通量，MJ/（m2·d）；T為溫度平均值， ℃；U2為2 m高處的風(fēng)速，m/s；ea為飽和水汽壓，kPa；ed為實測水汽壓，kPa；γ為溫度計常數(shù)。

1.1.2畜產(chǎn)品虛擬水含量計算方法國內(nèi)外學(xué)者多用生產(chǎn)樹方法計算畜產(chǎn)品的虛擬水含量。因為此方法計算結(jié)果很大程度上依賴于動物類型、飼養(yǎng)結(jié)構(gòu)、自然環(huán)境條件，因此量化過程較農(nóng)產(chǎn)品更為復(fù)雜。畜產(chǎn)品虛擬水含量計算流程見圖1[10-11]。

1.2虛擬水消費特征評價方法

1.2.1虛擬水消費多樣性指數(shù)虛擬水消費多樣性指數(shù)反映虛擬水消費水平的高低，用不同消費類別虛擬水的比例作為測算消費結(jié)構(gòu)與水資源利用效率之間關(guān)系的指標(biāo)[12-13]，測

算值越大，表明虛擬水消費多樣性越高。采用公式（4）計算虛擬水消費多樣性指數(shù)。

式中：H表示虛擬水消費多樣性指數(shù)，pi表示各消費類別虛擬水比例，i指糧食、蔬菜、水果、豬肉、牛羊肉、家禽、蛋類、奶類、糖類、酒、飲料、水產(chǎn)品等消費類別。

1.2.2虛擬水消費均勻性指數(shù)虛擬水消費均勻性指數(shù)反映虛擬水消費的均勻程度，從公式（4）可以看出，消費品類別以及消費品分配的均勻性共同影響虛擬水消費多樣性指數(shù)，各類消費品分配的越均勻，多樣性指數(shù)越高。虛擬水消費均勻性指數(shù)計算方法見公式（5）[14]。最大虛擬水消費多樣性指數(shù)計算方法見公式（6）。

式中：E表示虛擬水消費均勻性指數(shù)；H表示虛擬水消費多樣性指數(shù)；Hmax表示最大虛擬水消費多樣性指數(shù)。

式中S表示消費品類別數(shù)。

2居民虛擬水消費測算實證分析

江蘇省位于我國東南沿海地區(qū)，水域面積占全省總面積的17%。雖然江蘇省水資源豐富，但是人均水資源占有量嚴(yán)重不足。以2012年為例，江蘇省水資源總量約347億m3，人均水資源占有量不足500 m3，全省降水量時空分布不均，水資源南豐北枯，同時水資源污染日益嚴(yán)重，資源性缺水與水質(zhì)性缺水并存，缺水已經(jīng)成為制約江蘇省經(jīng)濟社會發(fā)展的重要因素。

2.1江蘇省城鎮(zhèn)居民虛擬水消費結(jié)構(gòu)變化

由表1可知，2000—2011年江蘇省城鎮(zhèn)居民人均虛擬水消費量呈先上升后下降趨勢，表明城鎮(zhèn)居民在不斷調(diào)整消費結(jié)構(gòu)。糧食、肉禽類、蛋奶類虛擬水消費量所占比重較大，均為20%～25%。江蘇省人均糧食消費量大，肉禽類及蛋奶類產(chǎn)品單位虛擬水含量較高。由于蔬菜類產(chǎn)品單位虛擬水含量很低，因此雖然江蘇省人均蔬菜類產(chǎn)品消費量大，但蔬菜類產(chǎn)品人均虛擬水含量最低。2000—2011年江蘇省城鎮(zhèn)居民糧食類產(chǎn)品消費比重呈下降趨勢，高營養(yǎng)的肉禽類及蛋奶類產(chǎn)品消費比重呈上升趨勢，油脂類、蔬菜類、水果類、副食品產(chǎn)品消費比重則一直保持平穩(wěn)狀態(tài)，這主要是因為隨著人們收入水平的提高，消費觀念開始轉(zhuǎn)變，朝著更加合理健康的方向發(fā)展。

2.2江蘇省農(nóng)村居民虛擬水消費結(jié)構(gòu)變化

由表2可知，2000—2011年江蘇省農(nóng)村居民人均虛擬水消費量總體呈下降趨勢，且變化幅度較大，其中，糧食類產(chǎn)品虛擬水消費量比重最大，始終保持在50%以上。糧食類產(chǎn)品消費量的下降是導(dǎo)致江蘇省農(nóng)村居民虛擬水消費量下降的主要原因。2000—2011年江蘇省農(nóng)村居民肉禽類、副食品、蛋奶類消費量逐漸增加，由此可知，江蘇省農(nóng)村居民消費結(jié)構(gòu)較為單一且消費水平不高。2010年之前江蘇省農(nóng)村居民虛擬水消費量遠高于城鎮(zhèn)居民，這主要是因為農(nóng)村居民與城鎮(zhèn)居民糧食產(chǎn)品消費量存在巨大差異。除了油脂類及蔬菜類，城鎮(zhèn)居民的其他類別產(chǎn)品消費量都高于農(nóng)村居民，一方面反映城鎮(zhèn)居民的消費結(jié)構(gòu)更加合理，另一方面也反映出城鎮(zhèn)居民與農(nóng)村居民的收入水平差別較大。由于城鎮(zhèn)居民收入高，因而對肉禽類、蛋奶類、副食品的消費量也較高，農(nóng)村居民收入低，則傾向于糧食產(chǎn)品。整體來看，江蘇省居民消費水平逐步提高，消費結(jié)構(gòu)逐漸完善。表22000—2011年江蘇省農(nóng)村居民人均虛擬水消費量m3/年

3不同消費模式下的消費結(jié)構(gòu)與特征

江蘇省作為嚴(yán)重缺水的省份，通過實施虛擬水戰(zhàn)略，降低全省虛擬水消費總量，具有重要的戰(zhàn)略意義。減少虛擬水人均消費量必然能減少虛擬水消費總量，降低虛擬水人均消費量最有效的辦法是調(diào)整現(xiàn)有消費模式。

3.1城鄉(xiāng)消費模式調(diào)整方案

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，通過控制消費總量來改變現(xiàn)有的消費模式并不現(xiàn)實。因此，可以通過調(diào)整消費結(jié)構(gòu)來改變當(dāng)前的消費模式。由虛擬水理論可知，產(chǎn)品鏈上位置越高的產(chǎn)品，虛擬水含量越高。如水稻、玉米、大豆、谷子等主要農(nóng)作物虛擬水含量分別為0.64、0.18、0.53、0.62 m3/kg，豬肉、牛羊肉、蛋類的虛擬水含量分別為3.65、19.3、8.65 m3/kg。由此可知，可以通過調(diào)整消費結(jié)構(gòu)，減少肉類等虛擬水含量高的產(chǎn)品消費量，達到調(diào)整消費模式的目的。按照卡路里攝入量相等的原則調(diào)整蔬菜類、肉類的消費比例，表3設(shè)定了幾種消費結(jié)構(gòu)調(diào)整方案[15]。

3.2不同消費結(jié)構(gòu)下虛擬水消費量

由表4可知，與模式0相比，3種方案都不同程度地減少了城鄉(xiāng)居民人均虛擬水消費量。城鎮(zhèn)居民人均虛擬水消費量在模式1、模式2、模式3中最大節(jié)約量分別為79.81、48.08、108.76 m3/年。農(nóng)村居民人均虛擬水消費量在模式1、模式2、模式3中最大節(jié)約量分別為36.16、1663、57.57 m3/年。由此可見，無論是城鎮(zhèn)還是鄉(xiāng)村，都是模式3的節(jié)水效果最為顯著。

3.3不同城鄉(xiāng)消費結(jié)構(gòu)下虛擬水消費特征

改變消費結(jié)構(gòu)不僅會影響人均虛擬水消費量，同時也會改變虛擬水消費特征，從而改變?nèi)藗兊纳罘绞健１狙芯窟x取最具代表性的2個虛擬水消費特征指標(biāo)：虛擬水消費多樣性指數(shù)及虛擬水消費均勻性指數(shù)，測算調(diào)整城鄉(xiāng)消費結(jié)構(gòu)后，虛擬水消費量變化情況。由圖2、圖3可以看出，4種模式下虛擬水消費多樣性指數(shù)都呈現(xiàn)逐年上升態(tài)勢，針對每一特定年份，與實際消費情況相比，無論是城鎮(zhèn)還是農(nóng)村，模式3的虛擬水消費多樣性指數(shù)均最低，模式2的虛擬水消費多樣性指數(shù)均最高。針對每一特定年份，無論是城鎮(zhèn)還是農(nóng)村，模式2的虛擬水消費均衡性指數(shù)均最高，城鎮(zhèn)居民虛擬水消費均衡性指數(shù)較為穩(wěn)定，農(nóng)村居民虛擬水消費均衡性指數(shù)呈上升趨勢。

4結(jié)論

本研究表明，2000—2011年，江蘇省城鎮(zhèn)居民人均虛擬水消費量保持穩(wěn)定，農(nóng)村居民人均虛擬水消費量呈下降趨勢，2011年之前，農(nóng)村居民人均虛擬水消費量高于城鎮(zhèn)居民，這主要是由于不同消費人群對糧食產(chǎn)品需求量不同。虛擬水消費量的決定因素是實物消費量，其中最重要的因素是糧食、肉禽類。可以減少糧食消費量，并以虛擬水含量較低的產(chǎn)品（如蔬菜）替代虛擬水含量高的產(chǎn)品（如肉類），從而改善居民消費結(jié)構(gòu)，降低虛擬水消費量，將節(jié)約的水資源應(yīng)用于工業(yè)。江蘇省城鎮(zhèn)及農(nóng)村居民的虛擬水消費多樣性指數(shù)及均衡性指表4城鄉(xiāng)不同消費結(jié)構(gòu)下可節(jié)約的虛擬水消費量m3/年

參考文獻：

[1]田貴良. 虛擬水貿(mào)易論[M]. 北京：中國水利水電出版社，2010.

[2]劉晶茹，王如松，楊建新. 可持續(xù)發(fā)展研究新方向：家庭可持續(xù)消費研究[J]. 中國人口·資源與環(huán)境，2003，13（1）：6-8.

[3]Dennis W. The role of‘virtual water water in efforts to achieve food security and other national goals，with an example from Egypt[J]. Agricultural Water Management，2001，49（2）：131-151.

[4]馬靜，汪黨獻，Hoekstra A Y. 虛擬水貿(mào)易與跨流域調(diào)水[J]. 中國水利，2004（13）：37-39.

[5]許長新，馬超，田貴良，等. 虛擬水貿(mào)易對區(qū)域經(jīng)濟的作用機理及貢獻份額研究[J]. 中國軟科學(xué)，2011（12）：110-119.

[6]謝衛(wèi)奇，田貴良，謝文軒. 虛擬水戰(zhàn)略適宜性評價的指標(biāo)體系研究[J]. 水利經(jīng)濟，2010，28（2）：12-15，30.

[7]王新華. 消費模式變化對虛擬水消費的影響[J]. 中國農(nóng)村水利水電，2006（2）：32-34.

[8]龍愛華，張志強，徐中民，等. 甘肅省水資源足跡與消費模式分析[J]. 水科學(xué)進展，2005，16（3）：418-425.

[9]尚海洋，徐中民，王思遠. 不同消費模式下虛擬水消費比較[J]. 中國人口·資源與環(huán)境，2009，19（4）：50-54.

[10]紀(jì)尚安. 我國農(nóng)產(chǎn)品虛擬水貿(mào)易研究[D]. 青島：青島大學(xué)，2008.

[11]王紅瑞，王軍紅. 中國畜產(chǎn)品的虛擬水含量[J]. 環(huán)境科學(xué)，2006，27（4）：609-615.

[12]Tilman D，Wedin D，Knops J. Productivity and sustainability influenced by biodiversity in grassland ecosystems[J]. Nature，1996，379：718-720.

[13]Xu Z M，Cheng G D，Chen D J，et al. Economic diversity，development capacity and sustainable development of China[J]. Ecological Economics，2002，40（3）：369-378.

[14]Rich N A. Diversity and stability in a street tree population[J]. Urban Ecology，1983，7（2）：159-171.

[15]楊萬江. 我國國民食物消費水平變化的國際比較[J]. 消費經(jīng)濟，2002（1）：51-53.