水資源利用效率與虛擬水國際貿(mào)易關(guān)系分析
——基于糧食安全的視角

張雄化

一、引言及文獻(xiàn)綜述

水資源問題日益影響糧食安全。中國嚴(yán)重缺水,淡水資源人均擁有量為2200立方米，僅占世界平均水平的1/4，屬于人均水資源最貧乏國家之一。與此同時，中國農(nóng)業(yè)用水總量卻名列前茅，約占全國用水總量的60%以上。如何科學(xué)利用水資源為農(nóng)業(yè)及糧食生產(chǎn)服務(wù)是我國面臨的一大任務(wù)。筆者認(rèn)為，在農(nóng)業(yè)及糧食的生產(chǎn)和貿(mào)易中綜合高效利用國內(nèi)外水資源，可同步緩解我國水資源短缺和糧食安全問題。

在建設(shè)生態(tài)文明的形勢下，中國糧食生產(chǎn)的自然資源不僅不能增加，反而會減少，糧食生產(chǎn)的水資源可能進(jìn)一步下降[1]。這意味著中國糧食生產(chǎn)將進(jìn)一步面臨水耗量大、效率低和用水緊的多重約束。我國地處亞洲季風(fēng)區(qū)，水資源影響農(nóng)田灌溉和糧食生產(chǎn)。有研究表明，大米是亞洲季風(fēng)區(qū)理想的糧食作物，隨著灌溉率的增大，單位稻谷畝產(chǎn)量最終也將增加[2]。同時，小麥、玉米等也屬于高耗水作物，提高其產(chǎn)量也不容忽視灌溉效應(yīng)。糧食生產(chǎn)用水可劃分為綠水和藍(lán)水。綠水主要是指滲透到作物或土壤中用于植物生長的雨水，以及重新蒸發(fā)回歸到大氣層的雨水；藍(lán)水主要是指最終變?yōu)榻雍春偷叵滤挠晁?。藍(lán)水是農(nóng)業(yè)用水管理的主要對象，因此，要提高灌溉效率，就應(yīng)提高藍(lán)水的利用效率。

虛擬水是指凝結(jié)在商品或服務(wù)中無差別的單元水，表示生產(chǎn)給定商品或服務(wù)所需水的數(shù)量[3]、[4]。按此定義，糧食生產(chǎn)虛擬水是指生產(chǎn)糧食產(chǎn)品所需要投入水的數(shù)量，糧食貿(mào)易虛擬水是指凝結(jié)在貿(mào)易糧食中虛擬水的數(shù)量。我國水資源短缺，利用效率低下，利用虛擬水能成為解決農(nóng)業(yè)用水問題的有效途徑。簡易的虛擬水測量方法是用不同糧食產(chǎn)品虛擬水轉(zhuǎn)化系數(shù)得到。國外按生產(chǎn)糧食1千克需要1000公升水計算[3]。國內(nèi)學(xué)者如馬靜等給出了南北方和全國的糧食作物虛擬水含量參數(shù)：糧食=1，谷物=0.9，豆類=3，薯類=0.9。柯兵等結(jié)合國外最佳田間試驗指出，1kg干小麥=1m3水，1kg水稻=2kg水，1kg玉米=1kg水。相關(guān)虛擬水含量的研究表明，中國農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易整體上屬于凈虛擬水進(jìn)口國[5]，這與我國入世后已成為農(nóng)產(chǎn)品凈進(jìn)口國的狀況一致。其他國家和地區(qū)的虛擬水研究表明，富水區(qū)域不一定有經(jīng)濟(jì)上的激勵來生產(chǎn)糧食進(jìn)行出口[6]。例如，亞馬遜河流域有豐富的水資源，但土地較貧弱，因而不可能成為糧食出口地區(qū)。另外，在有足夠的土地和較長的生產(chǎn)季節(jié)的地區(qū)，即使水資源貧乏，也可以成為以較低成本生產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品的出口者[7]。但以上研究尚存不足之處，如不同國家及地區(qū)的虛擬水計量的準(zhǔn)確度不一致，得出的答案欠佳；基于糧食角度的對國家間虛擬水貿(mào)易研究居多，缺乏省際虛擬水國際貿(mào)易研究、糧食虛擬水國際貿(mào)易與生態(tài)環(huán)境間關(guān)系的研究，也缺乏藍(lán)水利用效率對虛擬水國際貿(mào)易的影響研究。

本文擬對糧食虛擬水國際貿(mào)易與水資源貧富類型、藍(lán)水利用效率及生態(tài)環(huán)境效率之間的關(guān)系進(jìn)行實證研究。通過該研究，提出科學(xué)的水資源利用措施，這對緩解國內(nèi)水資源和糧食緊缺的雙重壓力具有重要意義。

二、水資源貧富類型與糧食虛擬水貿(mào)易的關(guān)系

(一)我國省際和區(qū)域糧食生產(chǎn)中水資源利用貧富不均

我國屬于貧水國，按國際標(biāo)準(zhǔn)衡量，我國人均水資源擁有量超過世界平均值的省份僅有西藏和青海，其年人均水資源擁有量分別為152180.89立方米和13308.70立方米，屬于富水區(qū)。而海南、云南、新疆，福建、江西、廣西的年人均水資源擁有量分別為4185.34立方米、4158.54立方米、4290.88立方米、3257.64立方米、3362.37立方米和3666.46立方米，由于這些省份的人均水資源量在國內(nèi)相對富裕，可把這些省份稱為水資源中水區(qū)。人均水資源擁有量稍高于1000立方米的省份屬于水資源較貧的類型。其余省份的人均水資源擁有量均低于1000立方米，可稱為水資源貧水區(qū)。同時，定義虛擬水進(jìn)口量超前的省份為進(jìn)口多省，虛擬水進(jìn)口落后的省份為進(jìn)口少省，其他省份為進(jìn)口中?。欢x虛擬水出口靠前的省份為出口強省，出口靠后的省份為出口弱省，其他省份為出口中省。

(二)省際和區(qū)域糧食虛擬水國際貿(mào)易不完全符合H-O理論

我國省際和區(qū)域虛擬水貿(mào)易不符合H-O理論(即資源要素稟賦理論)。水資源貧困地區(qū)的虛擬水進(jìn)口量不一定多，如山西、安徽、陜西、甘肅和寧夏等省，人均年水資源量不到1000立方米，是典型的貧水區(qū)，但它們均屬于虛擬水進(jìn)口最少的區(qū)域之一，各省虛擬水年進(jìn)口量均不超過3億立方米。水資源富足地區(qū)的虛擬水出口量不一定多，如西藏和青海屬于典型的富水區(qū)，但它們的虛擬水出口量均為0。同時，華北地區(qū)人均水資源年均擁有量為215.91立方米，為水資源貧困地區(qū)，但區(qū)域虛擬水進(jìn)口量相對較少，年均進(jìn)口量為72.25億立方米；黃淮海地區(qū)人均水資源擁有量為485.91立方米，也為水資源貧困地區(qū)，但區(qū)域虛擬水進(jìn)口相對較多，年均進(jìn)口量為347.44億立方米。西南地區(qū)為典型的水資源相對富裕的中水區(qū)，人均水資源擁有量為5233.49億立方米，但區(qū)域虛擬水出口量較少，年均出口量僅有3.5億立方米。

(三)糧食虛擬水國際貿(mào)易足以補充地區(qū)糧食虛擬水供需差額

我國糧食虛擬水國際貿(mào)易雖然整體上符合H-O理論，但省際和區(qū)域虛擬水國際貿(mào)易卻不符合該理論。2003～2012年，我國糧食虛擬水年均凈進(jìn)口量為964.81億立方米，足以補充北京、天津、上海、福建、浙江和廣東等發(fā)達(dá)省市的人口消耗糧食的虛擬水缺口總量。另外，我國糧食基本能自給，糧食虛擬水也能自給，除東南地區(qū)虛擬水年均供需虧損量為31.42億立方米外，其他區(qū)域虛擬水均為供需盈余，全國總的糧食虛擬水供需為凈富余，富余量隨著時間推移也在增加。因此，即使不通過國際貿(mào)易，我國糧食虛擬水通過省際間、區(qū)域間的流動，也能達(dá)到補充地區(qū)不足的目的。

三、藍(lán)水效率及生態(tài)環(huán)境效率與糧食虛擬水貿(mào)易的關(guān)系

(一)數(shù)據(jù)來源與變量說明

本研究選用2003～2012年10年間的省際面板數(shù)據(jù)作為研究依據(jù)，選用的變量包括由稻谷、小麥、玉米和薯類組成的糧食產(chǎn)量(Y)、農(nóng)業(yè)機(jī)械總動力(K)、農(nóng)林牧漁從業(yè)人員替代的農(nóng)業(yè)勞動力人數(shù)(L)、農(nóng)藥投入量(P)、化肥施用量(F)和糧食生產(chǎn)用水(W)。所有數(shù)據(jù)均來自《中國農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》和國家統(tǒng)計局網(wǎng)站。對省際農(nóng)業(yè)用水和糧食產(chǎn)量進(jìn)行統(tǒng)計分析后發(fā)現(xiàn)，農(nóng)業(yè)用水量最大的省份是新疆(2012年)，用水量為561.75億立方米；農(nóng)業(yè)用水量最小的省份是北京(2012年)，用水量為9.31億立方米；各省農(nóng)業(yè)平均用水量是115.24億立方米，用水量標(biāo)準(zhǔn)差為94.64億立方米，這反映了各省間用水量存在較大的差異。與此同時，糧食產(chǎn)量最大的省份是黑龍江，2012年產(chǎn)量為11523000萬噸，糧食產(chǎn)量最小的省份是北京，2004年產(chǎn)量為140400萬噸。歷年各省糧食平均產(chǎn)量為3383067萬噸，標(biāo)準(zhǔn)差為2726854萬噸，也反映了各省糧食產(chǎn)量存在較大的差異。另外，新疆農(nóng)業(yè)用水量達(dá)到本區(qū)總用水量的95.19%，使新疆成為農(nóng)業(yè)用水最多的省份，但其糧食產(chǎn)量不高；北京糧食產(chǎn)量最小，但農(nóng)業(yè)用水量也僅占總供水量的25.95%，這反映出不同省份農(nóng)業(yè)用水效率的不均衡。糧食生產(chǎn)用水的污水排放主要來自農(nóng)田徑流，農(nóng)田徑流中主要含有氮、磷和農(nóng)藥等污染物。2004～2012年全國農(nóng)業(yè)廢水平均排放量約占總廢水排放量的0.03%。據(jù)此推算各省農(nóng)業(yè)用水的廢水排放量，省際農(nóng)業(yè)廢水量=省際廢水總量x0.03%。農(nóng)業(yè)廢水排放量均值、最小值、最大值和標(biāo)準(zhǔn)差分別為18.64億噸、0.27億噸、83.86億噸和15.39億噸，說明各省間農(nóng)業(yè)污水排放量存在較大的差距。

(二)研究方法

1.SFA方法

2.DEA方法

運用DEA方法測度糧食生產(chǎn)用水效率時，定義水資源生態(tài)效率的測度變量包括：投入變量=水投入，產(chǎn)出變量=糧食產(chǎn)量+環(huán)境正影響；定義水資源環(huán)境效率的測度變量包括：投入變量=常規(guī)投入變量+水投入，產(chǎn)出變量=環(huán)境正影響。其中，常規(guī)變量為省際的勞動力、農(nóng)機(jī)動力、農(nóng)藥和化肥的投入，環(huán)境正影響用省際農(nóng)業(yè)用水污染量的倒數(shù)表示。那么基于投入導(dǎo)向、規(guī)模報酬可變的DEA效率模型測算，就分別得到省際糧食生產(chǎn)用水的生態(tài)效率和環(huán)境效率。

(三)結(jié)果分析

1.隨機(jī)前沿生產(chǎn)函數(shù)方法和DEA方法均較為適用于糧食生產(chǎn)中的效率測算

檢驗似然率γ的顯著性，γ即為技術(shù)無效項的方差與隨機(jī)效應(yīng)誤差項方差和技術(shù)無效項方差兩者之和的比率。假設(shè)隨機(jī)前沿生產(chǎn)函數(shù)式無效，則γ=0被接受，此時δU2=0，Uit項應(yīng)該從原隨機(jī)前沿生產(chǎn)函數(shù)模型中移除，其參數(shù)估計只需采用普通最小二乘法；假設(shè)隨機(jī)前沿生產(chǎn)函數(shù)有效，只需檢驗γ=0，相應(yīng)參數(shù)估計采用極大似然法。檢驗結(jié)果顯示，隨機(jī)前沿生產(chǎn)函數(shù)有效。同時，隨機(jī)前沿生產(chǎn)函數(shù)的可接受，說明影響產(chǎn)量的各解釋變量對被解釋變量為正向關(guān)系，符合使用DEA模型的基本需要，可以使用DEA模型進(jìn)行糧食生產(chǎn)藍(lán)水使用的生態(tài)環(huán)境效率測算。

2.糧食生產(chǎn)藍(lán)水利用效率低，影響虛擬水進(jìn)出口產(chǎn)品及進(jìn)出口方向

運用HAUSMAN檢驗隨機(jī)前沿生產(chǎn)函數(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)固定效應(yīng)模型優(yōu)于隨機(jī)效率模型。糧食生產(chǎn)固定效應(yīng)模型的參數(shù)估計如表1?？傮w看來模型的擬合程度較好，參數(shù)多在1%和10%的水平時顯著。在所有要素投入中，只有勞動力對糧食生產(chǎn)產(chǎn)生負(fù)向影響，且較為顯著。農(nóng)藥投入對糧食生產(chǎn)影響不顯著。水資源投入對糧食生產(chǎn)的影響程度稍低，影響系數(shù)為0.029，在接近15%水平時顯著。

表1 隨機(jī)前沿生產(chǎn)函數(shù)的估計結(jié)果

說明：*、**、***、****分別代表15%、10%、5%、1%的顯著水平。

通過隨機(jī)前沿生產(chǎn)函數(shù)估計省際糧食生產(chǎn)的技術(shù)效率和用水(藍(lán)水)效率，發(fā)現(xiàn)省際糧食生產(chǎn)技術(shù)效率普遍高于用水效率。從總體均值來看，糧食生產(chǎn)用水效率為0.702，相應(yīng)的糧食省際技術(shù)效率為0.970；糧食生產(chǎn)技術(shù)效率和糧食生產(chǎn)用水效率均有效的省份僅有7個，它們分別是遼寧、上海、江蘇、湖南、廣東、廣西和新疆，其他省的糧食生產(chǎn)技術(shù)效率和用水效率均無效，存在改進(jìn)空間，尤其用水效率改進(jìn)的空間較大。

糧食生產(chǎn)藍(lán)水效率較高的地區(qū)為華南、西北、長江中下游和東北地區(qū)，它們的用水效率均大于0.8；用水效率稍高的地區(qū)為西南、東南，它們的用水效率在0.6～0.8之間；用水效率最低的是黃淮海、華北地區(qū)，它們的用水效率均處于0.6以下。另外，比較不同區(qū)域糧食生產(chǎn)技術(shù)效率和用水效率會發(fā)現(xiàn)，技術(shù)效率較低省份的用水效率也較低，但技術(shù)效率較高省份的用水效率不一定高。依據(jù)效率最大值統(tǒng)計，華北、黃淮海和西南地區(qū)各個省的農(nóng)業(yè)技術(shù)效率和用水效率普遍存在無效的問題，亟需大力加以解決。

這里運用截面數(shù)據(jù)TOBIT模型來檢驗糧食生產(chǎn)藍(lán)水效率與糧食進(jìn)出口貿(mào)易的關(guān)系，其中以2003～2012年整體用水效率為被解釋變量，分別以2003～2012年總的大米虛擬水進(jìn)出口貿(mào)易凈額、小麥虛擬水進(jìn)出口凈額、玉米虛擬水進(jìn)出口凈額和大豆虛擬水進(jìn)出口凈額為解釋變量， TOBIT回歸分析顯示，大米、大豆的回歸系數(shù)為正，小麥和玉米的回歸系數(shù)為負(fù)，這說明藍(lán)水效率越大，大米和大豆及其虛擬水凈進(jìn)口量越多；藍(lán)水效率越大，小麥和玉米及其虛擬水凈進(jìn)口量越少。以上分析結(jié)果表明，我國糧食生產(chǎn)的藍(lán)水效率對糧食產(chǎn)品貿(mào)易結(jié)構(gòu)具有一定影響；我國主要應(yīng)該針對于小麥和玉米品種提高用水效率，這樣既可以有效節(jié)水，也可以進(jìn)一步減少小麥和玉米的對外依存度。

3.糧食生產(chǎn)生態(tài)環(huán)境效率低，影響虛擬水進(jìn)出口數(shù)量及進(jìn)出口方向

省際糧食生產(chǎn)用水(藍(lán)水)的生態(tài)效率和環(huán)境效率普遍偏低，其中，除西藏的環(huán)境效率值有效外，其他省份的環(huán)境效率均為無效，且數(shù)值在0～0.3之間的居多；全國總的糧食生產(chǎn)用水環(huán)境效率均值僅為0.094，環(huán)境效率還有很大的提升空間。除西藏的生態(tài)效率值有效外，其他省份的生態(tài)效率均為無效，但數(shù)值比環(huán)境效率值稍高，大多處在0.1～0.5之間；全國總的糧食生產(chǎn)用水生態(tài)效率均值為0.364，表明糧食生產(chǎn)用水中的生態(tài)效率比環(huán)境效率高，但生態(tài)效率也需要提高。

區(qū)域糧食生產(chǎn)用水的生態(tài)效率和環(huán)境效率也普遍較低，其中，生態(tài)效率最高的地區(qū)為西南地區(qū)，生態(tài)效率最低的地區(qū)為東南和華南地區(qū)，它們的生態(tài)效率值分別為0.625、0.13、0.131。環(huán)境效率最高的地區(qū)為西南和西北，環(huán)境效率最低的地區(qū)為黃淮海和長江中下游地區(qū)，它們的生態(tài)效率分別為0.22、0.194、0.004、0.004。以上數(shù)據(jù)說明，糧食生產(chǎn)用水的生態(tài)效率和環(huán)境效率具有非對稱性，某一地區(qū)的某一效率高，但其另一個效率不一定也較高。因此，應(yīng)同步提升生態(tài)效率和環(huán)境效率，以使效率具有內(nèi)在一致性。

對比區(qū)域虛擬水進(jìn)出口額與區(qū)域生態(tài)環(huán)境效率后發(fā)現(xiàn)，進(jìn)口較多虛擬水的地區(qū)的環(huán)境效率較差(黃淮海、長江中下游、華南和東南)，原因是這些區(qū)域的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水污染排放量過多；虛擬水出口較少的地區(qū)生態(tài)效率較高(西南、西北和華北)，原因是這些區(qū)域具有一定糧食產(chǎn)量的同時，生產(chǎn)用水污染排放量也相對較小。這一現(xiàn)象說明，區(qū)域虛擬水進(jìn)出口的方向與區(qū)域糧食生產(chǎn)用水的生態(tài)環(huán)境效率具有關(guān)聯(lián)性。

四、結(jié)論及啟示

通過上文的研究，得到以下基本結(jié)論：

一是省際和區(qū)域糧食虛擬水國際貿(mào)易不符合資源要素稟賦理論。

二是我國糧食生產(chǎn)藍(lán)水效率較低，藍(lán)水效率最低的地區(qū)是華北；只有提高糧食生產(chǎn)藍(lán)水效率，才有利于小麥和玉米虛擬水凈進(jìn)口量的減少，也才有利于大米和大豆虛擬水凈進(jìn)口量的提高。

三是我國糧食生產(chǎn)中藍(lán)水的生態(tài)效率和環(huán)境效率較差，環(huán)境效率更差；虛擬水出口較少的區(qū)域生態(tài)效率較高，虛擬水進(jìn)口較多的區(qū)域環(huán)境效率較低。

根據(jù)以上結(jié)論，提出如下建議：

首先，認(rèn)清水資源貧富差距和虛擬水國際貿(mào)易的關(guān)系，促成水與糧協(xié)同發(fā)展。H-O理論在我國省區(qū)糧食的虛擬水國際貿(mào)易案例上是無效的，所以各省區(qū)應(yīng)根據(jù)自身水資源的貧富，籌劃糧食生產(chǎn)和貿(mào)易。一方面，實體水短缺的地區(qū)，要提高其利用率，以保障區(qū)內(nèi)糧食生產(chǎn)安全；另一方面，國外虛擬水利用效率的提高，能提高本區(qū)域糧食國際貿(mào)易效率，進(jìn)而反補國內(nèi)糧食生產(chǎn)安全。各地區(qū)通過水資源利用的虛實互補，能合理利用水資源，使糧食生產(chǎn)及貿(mào)易達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)，最終實現(xiàn)水與糧的協(xié)調(diào)發(fā)展。同時，應(yīng)依據(jù)水資源的貧富類型，改進(jìn)我國糧食虛擬水的國際貿(mào)易方向，貧水區(qū)的糧食產(chǎn)業(yè)內(nèi)國際貿(mào)易，應(yīng)變?yōu)閱我坏倪M(jìn)口貿(mào)易，以節(jié)約更多水資源用于糧食生產(chǎn)和其他用途；富水區(qū)的糧食出口貿(mào)易應(yīng)減少，轉(zhuǎn)向以省際間和區(qū)域間的糧食貿(mào)易為主，以保障以糧食為載體的水資源不過多流失到國外。

其次，在生態(tài)文明框架下實施藍(lán)水戰(zhàn)略，利用技術(shù)和管理保障糧食安全。過去，我國大量使用農(nóng)藥、化肥，對耕地和環(huán)境造成破壞；工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的生產(chǎn)、生活排放的污染物對耕地、水造成嚴(yán)重污染，而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所排放的污染物差不多又占到整個國家各種污染物排放的一半左右。今后，農(nóng)業(yè)環(huán)境的恢復(fù)和治理應(yīng)成為我國改革的重大任務(wù)之一。實施高效的藍(lán)水戰(zhàn)略應(yīng)注意：一是加大灌溉流域污染治理，做到水源清潔；二是減少或替代農(nóng)藥化肥的施用，避免氮、磷等隨雨水沖刷后沿地表徑流排入藍(lán)水區(qū)。三是重新規(guī)劃水資源的利用，農(nóng)業(yè)用水、生活用水、工業(yè)用水、生態(tài)用水等利用途徑要明晰，避免生活污水、工業(yè)廢水等影響流域灌溉；同時，應(yīng)落實南水北調(diào)工程，緩解北方的缺水問題。四是用先進(jìn)技術(shù)提高水資源利用效率，包括采取先進(jìn)的采水、節(jié)水和灌溉技術(shù)。

第三，在轉(zhuǎn)變資源利用觀的前提下實施虛擬水戰(zhàn)略，利用國外水資源為糧食安全服務(wù)。按比較優(yōu)勢原理，我國勞動密集型農(nóng)產(chǎn)品在國際上具有比較優(yōu)勢，土地密集型農(nóng)產(chǎn)品、水耗密集型農(nóng)產(chǎn)品和能耗密集型農(nóng)產(chǎn)品在國際上具有比較劣勢，因此，我國的糧食生產(chǎn)應(yīng)該既利用本國豐富的人力資源，同時也利用國外優(yōu)秀的虛擬自然資源(土地、水和能源)及其生產(chǎn)的糧食，來為我國的糧食安全服務(wù)。糧食虛擬水戰(zhàn)略中，進(jìn)口的糧食產(chǎn)品仍應(yīng)以內(nèi)含我國較緊張的虛擬水資源為主。需掌握虛擬水貿(mào)易的規(guī)律，把握我國糧食虛擬水不同省份、不同區(qū)域的糧食生產(chǎn)及貿(mào)易特點，并結(jié)合我國糧食消費結(jié)構(gòu)，最終制定虛擬水巧用與糧食進(jìn)口相結(jié)合的方案。