中國鉀鹽供應安全的主成分-灰色關聯分析

牟思宇，沙景華，閆晶晶，劉全文

(中國地質大學(北京)人文經管學院，北京 100083)

鉀鹽是一種戰略性資源，國土資源部將其列為被鼓勵開發的七種緊缺礦產之一。鉀肥作為農業生產中必需的三大肥料之一，對大部分農作物有顯著的增產效果。當前可供開發利用的主要是可溶性鉀鹽資源。世界上95%的鉀鹽產品用于制造鉀肥(主要為氯化鉀和硫酸鉀)，還有少量鉀鹽資源應用于化工、紡織、醫藥等領域。中國是農業生產大國和人口大國，鉀鹽對保障糧食安全和實現農業可持續發展具有重要的戰略價值。目前，我國已經成為全球最大的鉀鹽消費國和最主要的鉀鹽進口國，保障鉀鹽長期、穩定的供應成為亟待解決的問題。

近年來，一些學者對中國鉀鹽供應安全進行了研究。鄭綿平等[1]、趙元藝等[2]從地質科學角度提出關于中國找鉀前景的結論；乜貞等[3]認為可以通過創新鉀鹽勘探或提取技術來解決中國的缺鉀問題；鮑榮華等[4]、雷涯鄰等[5]在分析全球鉀鹽資源配置和供需格局基礎上，認為中國應積極尋求境外鉀鹽的合作開發。綜合來看，在研究內容上，鉀鹽供應研究主要集中在地質找礦、開發利用技術和供需趨勢等方面，對供應安全影響因素的分析較少；在研究方法上，鉀鹽供應安全研究以定性分析為主，對其他礦產資源供應安全的研究也主要采用主觀性較強的層次分析或關聯度分析方法[6-9]。基于此，本文利用1996～2015年的相關數據，綜合運用主成分分析及灰色關聯分析，重點對中國鉀鹽供應安全的影響因素進行定量分析，以期針對最重要的風險因素提出政策建議。

1 全球和中國鉀鹽資源概況

全球鉀鹽資源豐富，需求和產量均呈增長態勢，但供應地和消費地分離現象明顯。根據美國地質調查局統計數據[10]，截至2016年底，全球鉀鹽儲量為43億t(以K2O計)，主要分布在加拿大(23.3%)、俄羅斯(20%)和白俄羅斯(17.4%)，上述三國鉀鹽儲量總和占全球總儲量的60.7%，中國儲量僅占全球總儲量的6.3%。2015年全球鉀鹽產量為4 070萬t，其中加拿大、俄羅斯和白俄羅斯三國產量合計為2 486萬t，占全球總產量的61.1%。2009年以后全球鉀鹽消費迅速恢復，消費量從2009年的1 913萬t增至2015年3 900萬t，年均增速達6%以上，消費地主要集中于東亞(37.9%)、拉美(20.9%)和北美地區(14.9%)[11]。

中國是全球第一大鉀鹽消費國，鉀鹽資源匱乏，盡管近年來產量有所上升，但供需缺口依然很大。由于糧食作物以及生物質燃料作物的種植，國內對鉀肥的需求快速增加。2009～2015年，中國鉀鹽消費量以年均50萬t的速度增長。中國95%以上的鉀鹽資源分布于青海柴達木盆地及新疆羅布泊等環境脆弱地區，產量增長受到資源品位低、開采環境成本高、運輸距離遠等因素的限制。隨著技術進步以及鼓勵開發政策的實施，2000～2015年中國鉀鹽產量由25萬t增長至420萬t，年均增速達19.3%。目前，中國是世界第四大鉀鹽生產國，生產份額約占全球15%，但仍然存在巨大的供需缺口，使得中國成為世界上最大的鉀鹽進口國。2000年以來，中國鉀鹽對外依存度持續高于50%。2015年中國鉀鹽進口量594萬t，較2010年增長了75.5%[12]。

全球鉀鹽資源豐富但分布高度集中，中國鉀肥需求量大但資源嚴重不足，這種全球富鉀而中國缺鉀的現狀，導致我國鉀鹽面臨巨大的供應風險。因此，深入分析影響中國鉀鹽供應安全的因素，并針對性地提出風險治理對策，對解決我國鉀鹽的供應安全問題有著非常重要的意義。

2 評價指標、研究方法與數據來源

2.1 評價指標

國內外機構和學者基于不同的視角，對資源安全評價指標體系進行了研究。有代表性的是：亞太能源研究中心(APERC)[13]從可利用性(Availability)、可獲得性(Accessibility)、可負擔性(Affordability)和可接受性(Acceptability)(簡稱4A)4個方面界定了能源安全評價指標體系；梁亞紅[14]將安全評價指標體系分為資源、政治、經濟、運輸和軍事等方面；代濤等[15]利用資源可采儲量、資源儲采比、資源自給率、資源進口份額、資源進口集中度5個指標定量判斷大宗性礦產資源的安全性；永學艷等[16]從國內資源稟賦、供需狀況和國家安全保障三個角度建立礦產資源安全評價指標體系；孫永波等[17]從國內資源稟賦、供應需求與使用和國家安全保障能力與措施三個方面選取評價指標。

上述研究為礦產資源供應安全評價指標的選取提供了參照，其中大多都從資源稟賦、供需狀況、價格因素、進口因素、政治因素等角度選取出來的評價指標。根據中國鉀鹽資源特點，在科學性、系統性、實用性原則的指導下，本文從資源稟賦、市場供需、價格因素、進口因素、政治因素5個方面選取了9個影響中國鉀鹽資源供應安全的指標，并對指標的內涵、計算公式和變量進行了詳細說明(表1)。

2.2 研究方法

本文采用主成分與灰色關聯度相結合的研究方法。①主成分分析法可以解決評價指標之間的信息重疊問題，并在不影響評估效果的前提下實現降維，從而得到更準確的評價結果。本文首先采用此方法對9個指標進行重新組合，并以新綜合指標的方差貢獻率作為客觀權重，計算20年的鉀鹽供應安全綜合分值作為參考指標。②灰色關聯分析法可以解決“小樣本”、“貧信息”的問題。本文忽略了其他不確定信息，如庫存量、運輸距離、環境成本等，在主成分分析的基礎上，運用灰色關聯分析法來計算9個指標與參考指標的關聯度，并對其影響程度進行排序。通過融合上述兩種評價方法有助于克服單一方法的缺陷，提高分析結果的準確性。主要步驟如下所示。

1) 指標體系的建立和數據標準化。本文選取1996～2015年9個指標變量的20年數據，構造原始數據矩陣xij并進行標準變換，消除由數據量綱不同造成的影響， 得到標準化矩陣Z=(zij),其均值為0，方差為1。標準化公式見式(1)。

表1 中國鉀鹽資源供應安全影響因素、評價指標及說明

(1)

2) 計算相關系數矩陣。基于標準化矩陣Z計算其相關系數，計算公式見式(2)。

(2)

3) 計算主成分數量。如果前m個主成分的累計貢獻率達85%以上，可以使用m個主成分替代原有的9個指標進行進一步的運算，見式(3)。

(3)

式中：ωi代表第i個主成分的貢獻率；λi代表非負特征向量；i=(1,2,…,p)；p為非負特征根的個數。

4) 取得主成分后，根據主成分載荷矩陣及特征值計算主成分得分，并計算綜合評價值，見式(4)和式(5)。

(4)

(5)

式中：Fi表示第i個主成分得分；uij為特征向量矩陣；F表示綜合得分。

5) 成立新的矩陣，計算灰色關聯度并排序。將新的F綜合得分值作為參考序列Z0，Zi作為比較序列，成立新矩陣F0=[Z0,Z1,…,Z9]。關聯系數計算公式見式(6)。

(6)

式中：ρ為分辨系數，通常取0.5；minimink|Z0(k)-Zi(k)|表示兩級最小差值，maximaxk|Z0(k)-Zi(k)|表示兩級最大差值。計算最終的關聯度，見式(7)。

(7)

2.3 數據來源

各項指標涉及數據的主要來源有：全球和中國鉀鹽儲量、產量數據來自美國地質調查局(USGS)[10]；鉀肥消費量和進口量數據來自國際肥料工業協會(IFA)[11]；鉀鹽進口來源國、進口量和進口均價來自聯合國商品貿易統計數據庫(UN Comtrade Database)[12]；國家風險治理指數(WGI)來自世界銀行[18]；匯率來自《中國統計年鑒》(1996～2015年)[19]。

3 中國鉀鹽供應安全影響因素分析

3.1 數據標準化處理及相關性檢驗

根據式(1)對原始數據xij進行標準化處理后，得到同趨無綱量矩陣zij；運用式(2)計算其相關系數，可得相關系數矩陣rij(表2)；從中可以看出部分指標間存在顯著的相關關系，說明本文采用主成分分析較為合理。

3.2 提取主成分并計算分值

根據式(3)計算并整理得到各指標的特征值、方差貢獻率和累計方差貢獻率，見表3。

根據主成分對應特征值大于1和累計貢獻率大于85%的兩個標準，選擇前3項為主成分。根據式(4)可寫出每個主成分的得分表達式，如下所示。

F1=-0.44Z1+0.54Z2+0.43Z3+0.13Z4-0.54Z5+0.13Z6-0.11Z7-0.01Z8+0.04Z9

F2=0.31Z1-0.02Z2+0.32Z3+0.09Z4+0.05Z5+0.47Z6+0.47Z7+0.42Z8+0.42Z9

F3=0.04Z1-0.04Z2+0.11Z3+0.12Z4+0.04Z5+0.44Z6+0.41Z7-0.55Z8-0.55Z9

根據以上表達式及式(5)，可得出1996～2015年中國鉀鹽資源供應安全綜合分值，見表4。

3.3 計算灰色關聯度

將綜合得分序列F作為參考數據列，與標準化后的數據合在一起成為新的矩陣F0，結合式(6)，可得到影響中國鉀鹽資源供應安全相關指標的關聯系數矩陣，進而根據式(7)可計算出各指標序列與參考數據列的關聯度，見表5。

表2 影響中國鉀鹽供應安全的相關指標的相關系數矩陣

表3 影響中國鉀鹽供應安全相關指標的特征值

表5 中國鉀鹽資源供應安全主要影響因素的加權關聯度及其排序

注：關聯度ζ一般居于0～1之間，ζ越大，表示該指標與參考序列的影響強度越大。

3.4 結果分析

從表5可以看出，1996～2015年中國鉀鹽供應安全的影響因素按其影響程度依次排列為：消費量、進口量、進口來源集中度、產量、匯率、需求競爭度、價格波動率、進口國政治穩定性、儲量。其中前6個因素的關聯度均大于0.9，對鉀鹽供應的影響程度較大。

1) 消費量對中國鉀鹽供應安全的影響最明顯。中國土壤缺鉀現象嚴重，全國需要補鉀的耕地占比達70%，且氮、磷、鉀肥施用比例為1∶0.38∶0.12，遠低于世界平均比例(1∶0.36∶0.28)和發達國家比例(1∶0.37∶0.36)。隨著農業工業化進程的加快以及人口增長和耕地面積持續減少，預計未來中國鉀鹽消費量仍將保持1%～4%的增速，到2030年消耗鉀肥1 100萬t左右，鉀鹽供應壓力不斷增大。

2) 進口量、進口集中度和產量對鉀鹽供應有重要影響。近年來，受資源稟賦和技術條件影響，盡管國內陸續有新的鉀鹽項目投產，但產量很難在短期內迅速擴張。進口雖然能緩解鉀鹽供應壓力，但進口量越多意味著越依賴國外資源。此外，2015年，中國鉀鹽75%的進口量來自白俄羅斯、加拿大和俄羅斯，還有17%來自中東地區的以色列和敘利亞，進口來源過于集中，一旦進口來源國政局不穩定或者發生貿易摩擦，鉀鹽資源供應安全將難以得到保證。

3) 匯率、需求競爭度也在很大程度上影響鉀鹽的供應安全。匯率波動影響鉀肥進口成本，從而在一定程度上促進或抑制鉀肥進口；中國是世界最大的鉀鹽進口國，2015年鉀鹽進口量占全球總進口量的17%。中國鉀鹽進口量占世界總進口量比重越大，越有利于中國在鉀鹽進口談判中獲取有利地位。

4 結論與建議

本研究綜合利用主成分分析和灰色關聯度分析對中國鉀鹽資源供應安全的影響因素進行了深入的分析，發現消費量、進口量、進口來源集中度、產量、匯率和需求競爭度對鉀鹽供應安全的影響最為顯著，這為我國鉀鹽供應風險治理提供了有利依據。要降低我國鉀鹽供應風險，就必須針對上述這些影響因素提出具體可行的措施。

1) 提高鉀肥利用效率，確保鉀鹽消費量平穩增長。從控制消費的角度提高鉀鹽供應安全保障程度，關鍵需要把握好以下四個方面：一是優化種植結構，調整鉀肥消耗量較大的作物面積；二是改進施肥方式，根據不同作物品種及其生長期精準施肥；三是推廣緩釋肥、水溶肥、顆粒鉀肥等高效新型鉀肥；四是推廣有機肥的使用，通過禽畜糞便等農家肥的資源化利用、秸稈養分還田等方式，部分替代化肥。

2) 降低進口集中度較高帶來的供應風險，必須抓住“一帶一路”倡議的機會，努力拓寬境外鉀鹽獲取渠道。截至2014年底，“一帶一路”沿線地區大型鉀鹽礦床約23個，沿線12個產鉀國探明鉀鹽資源儲量約49.2億t。未來國內企業可充分借助“一帶一路”倡議的發展機會，重點關注泰國、老撾、烏茲別克斯坦等開發前景較好的周邊國家，采取直接進口、合資開發、購買產能和收購股權等方式獲取鉀鹽資源。這樣既有利于降低進口集中度，打破壟斷廠商對價格的控制，也利于降低運輸成本。此外，還有拉丁美洲地區的玻利維亞、阿根廷等國家現代鹽湖型鹵水資源豐富，這些地區受關注程度較低，相對容易介入，可以利用技術或資金相對優勢尋求合作。

3) 改變國內鉀鹽產量有限、過于依賴進口的局面，必須加大對難溶性鉀鹽應用技術的研究，提高國內鉀鹽產量。中國的難溶性鉀鹽資源量大于1 000億t，其中所含鉀鹽折算成純資源量大于100億t。目前，難溶性鉀鹽資源的規模化開發和利用仍存在障礙，如果能在技術工藝方面取得突破，鉀鹽產量將有望實現大幅提升，有助于解決對外依存度高的問題。

4) 對于匯率波動和需求競爭度高這兩個影響因素，需要企業靈活運用金融工具規避匯率風險，同時利用需求競爭度高的優勢爭取價格談判話語權。進口企業要靈活運用資本市場的期貨、期權等金融衍生工具，減少匯率波動對企業生產經營活動產生的不利影響。此外，中國是世界最主要的鉀鹽進口國之一，近幾年其談判價格已成為國際基準價格。在未來鉀鹽進口長協合同價格談判中，應繼續完善聯合談判機制，并充分利用需求競爭度高的優勢，讓出口商充分認識到中國市場的重要性，同時利用鉀鹽供應階段性過剩、定價向買方傾斜等優勢，逐漸在

談判中掌握主動權，爭取合理進口價格。

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