張金萍，劉俊閣，郭兵托，原文林

(1.鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州450001;2.黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司，河南 鄭州450003)

0 引言

消費(fèi)模式是在一定的消費(fèi)觀念、消費(fèi)態(tài)度支配下，由社會制度、生產(chǎn)力狀況、區(qū)域自然資源、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、民族習(xí)慣等因素影響下形成的消費(fèi)格局［1］.在這些消費(fèi)產(chǎn)品中，其生產(chǎn)和服務(wù)過程中必然有水資源的消費(fèi)，即水是基本的和必要的投入.不同的消費(fèi)模式對水資源的利用有著很大的影響和導(dǎo)向性［2］，這里的水資源利用主要是指鑲嵌在人們?nèi)粘Ｊ称废M(fèi)過程中的虛擬水的利用與消耗.虛擬水消費(fèi)量的多少可以反映人們對水資源的利用情況，同時從消費(fèi)者角度計算得出的虛擬水消費(fèi)量也是居民日常消費(fèi)情況的一個反映，它與人們?nèi)粘５南M(fèi)情況即消費(fèi)模式有著很緊密的聯(lián)系.

王新華［3］以全國為例，計算分析了消費(fèi)模式變化對人均虛擬水消費(fèi)量的影響;龍愛華等［4］以甘肅省為例，運(yùn)用產(chǎn)品虛擬水研究方法核算并分析了1989—2003年的水資源足跡及其變化;尚海洋等［5］以甘肅省1992—2005年虛擬水消費(fèi)量為例，分析消費(fèi)模式對虛擬水消費(fèi)量的影響作用之后，比較3種消費(fèi)模式調(diào)整方案.

筆者以鄭州市為例，計算鄭州市1999—2008年虛擬水消費(fèi)量，將鄭州市居民分為城鎮(zhèn)居民與農(nóng)村居民進(jìn)行對比分析，研究不同消費(fèi)模式下虛擬水消費(fèi)情況.

1 虛擬水的理論基礎(chǔ)

1.1 虛擬水的概念

虛擬水由Tony Allan教授于1993年初次提出，并將其定義為生產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品所需要的水資源數(shù)量［6］，后經(jīng)發(fā)展，定義為生產(chǎn)商品和服務(wù)所需要的水資源數(shù)量.Tony Allan教授提出的虛擬水的概念是水資源研究領(lǐng)域里新的方法和思路，它從更深層次上揭示耗水機(jī)理，更全面的反映人們對水資源的占有程度［7－8］.

1.2 虛擬水計算方法

1.2.1 農(nóng)作物產(chǎn)品的虛擬水計算方法

對農(nóng)作物用水量進(jìn)行計算時，作物生產(chǎn)需水是指作物生長發(fā)育期間通過蒸發(fā)蒸騰所消耗的水量.作物需水量的計算采用聯(lián)合國糧農(nóng)組織推薦的彭曼公式計算［9］.

式中：ET0為參考作物蒸發(fā)蒸騰量，mm/d;Δ為飽和水蒸氣壓對溫度的導(dǎo)數(shù);Rn為凈輻射量，MJ/(m2·d);G為土壤熱通量，MJ/(m2·d);γ為溫度表常數(shù)，kPa/℃;T為平均溫度，℃;u2為2 m高處風(fēng)速，m/s;ea為飽和水汽壓，kPa;ed為實際水汽壓，kPa.

單一農(nóng)作物產(chǎn)品的虛擬水含量為作物生長期的耗水量除以作物產(chǎn)量［10］，即

式中：SWD[ n，c]為區(qū)域n作物c單位重量的虛擬水含量，m3/t;CWR[ n，c]為區(qū)域n作物c的需水，m3/hm2;CY[ n，c]是區(qū)域 n 作物 c的產(chǎn)量，t/hm2.

1.2.2 動物產(chǎn)品的虛擬水含量計算

動物產(chǎn)品的虛擬水含量被定義為動物存活整個生命周期所消耗的水資源量，具體的計算過程見圖 1［10］.

圖1 動物產(chǎn)品虛擬水含量計算流程圖Fig.1 Steps in the calculation of virtual water contented in livestock products

1.2.3 工業(yè)產(chǎn)品的虛擬水含量計算

工業(yè)產(chǎn)品的虛擬水含量就是在工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)和加工過程中所需要的水量，計算公式如式(4)和式(5)表示.

2 鄭州市1999—2008年虛擬水消費(fèi)計算

2.1 鄭州市城鎮(zhèn)居民1999—2008年人均虛擬水消費(fèi)量

虛擬水消費(fèi)量即是單位產(chǎn)品的虛擬水含量乘以產(chǎn)品消費(fèi)量.根據(jù)鄭州市統(tǒng)計年鑒2000—2009年的有關(guān)數(shù)據(jù)［11］，整理得出居民日常食品消費(fèi)量.對鄭州市城鎮(zhèn)居民和農(nóng)村居民的虛擬水消費(fèi)情況分別進(jìn)行統(tǒng)計計算，結(jié)果如表1、表2所示.

計算結(jié)果顯示，鄭州市城鎮(zhèn)居民人均虛擬水消費(fèi)量整體上呈增加的趨勢，由1999年的415.48 m3/人增加到 2008年的 511.90 m3/人，增加了23.21%.2008年有所下降，這主要是2008年受經(jīng)濟(jì)危機(jī)的影響，人們的消費(fèi)水平有所下降.

人均虛擬水消費(fèi)中糧食產(chǎn)品虛擬水消費(fèi)量所占的比重最大，占虛擬水消費(fèi)總量的20%～30%，其原因是糧食產(chǎn)品虛擬水含量及人均消費(fèi)量均較大;其次是肉類和酒類虛擬水消費(fèi)量高，原因是單位產(chǎn)品的虛擬水含量較高;對于蔬菜產(chǎn)品人均消費(fèi)量雖然較大，但單位蔬菜產(chǎn)品的虛擬水含量較低，僅為0.064 m3/kg，導(dǎo)致蔬菜產(chǎn)品的虛擬水消費(fèi)量較低.可知虛擬水的消費(fèi)總量不僅與實物產(chǎn)品的消費(fèi)量有關(guān)，同時還與單位產(chǎn)品的虛擬水含量有關(guān).

在這些產(chǎn)品中，糧食和肉類產(chǎn)品虛擬水消費(fèi)量有所增加，后又維持在一定的水平;瓜果、油類、蛋類這幾類產(chǎn)品是先增后降，基本保持穩(wěn)定;酒類是逐漸下降的過程;而高營養(yǎng)的奶類和副食類食品是呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢.這主要是因為人們收入水平的提高，對高營養(yǎng)產(chǎn)品或奢侈消費(fèi)品的消費(fèi)量逐漸增加，消費(fèi)觀念也開始發(fā)生變化，朝著比較合理健康的方向發(fā)展.

表1 鄭州市城鎮(zhèn)居民人均虛擬水消費(fèi)量Tab.1 Virtual water consumption of city resident in Zhengzhou m3/人

表2 鄭州市農(nóng)村居民人均虛擬水消費(fèi)Tab.2 Virtual water consumption of country resident in Zhengzhou m3/人

2.2 鄭州市農(nóng)村居民1999—2008年人均虛擬水消費(fèi)量

農(nóng)村居民人均虛擬水消費(fèi)量波動較大，但整體上是一個下降的過程，由1999年的356.480 m3/人下降到 2008年的 337.86 m3/人，降幅為0.52%.其中，糧食產(chǎn)品虛擬水消費(fèi)量最大，約占人均虛擬水消費(fèi)量的50%以上，其下降是虛擬水消費(fèi)總量下降的主要原因;蔬菜類、肉類、瓜果類產(chǎn)品也是一個逐漸下降的過程;對于高營養(yǎng)的奶類和蛋類的消費(fèi)量逐漸增加;酒類和食糖的波動較大.這也從另一方面說明農(nóng)村居民消費(fèi)水平較低，消費(fèi)結(jié)構(gòu)比較簡單.

2.3 對比分析

鄭州市城鎮(zhèn)居民人均虛擬水消費(fèi)量約是農(nóng)村居民人均虛擬水消費(fèi)量的1.6倍左右.產(chǎn)品的消費(fèi)中糧食產(chǎn)品的虛擬水消費(fèi)量農(nóng)村居民高于城鎮(zhèn)居民，兩者在2008年基本相等;其他一些產(chǎn)品虛擬水消費(fèi)量均是城鎮(zhèn)居民大于農(nóng)村居民.這主要是由于城鎮(zhèn)居民與農(nóng)村居民的收入水平不同引起的，收入水平較高的城鎮(zhèn)居民，對那些價格較高的肉類和蛋奶等產(chǎn)品的消費(fèi)量較多;而農(nóng)村居民主要是以滿足溫飽的糧食類產(chǎn)品為主.整體來說鄭州市居民的消費(fèi)水平是逐步提高的，消費(fèi)結(jié)構(gòu)也在逐漸完善.

3 虛擬水消費(fèi)多樣性與均勻性分析

3.1 虛擬水消費(fèi)多樣性

Shannon-Weaver公式是度量物種多樣性指數(shù)的公式，其數(shù)值的大小可以反映物種的多樣性.計算公式如下［12］：

式中：H為虛擬水消費(fèi)多樣性;pi為各類虛擬水消費(fèi)的比例，消費(fèi)類別分別包括糧食、蔬菜、肉類、油類、蛋類 、食糖、奶類、酒類、糕點(diǎn)等.

這里將Shannon-Weaver公式用于此來說明各類食物產(chǎn)品的虛擬水消費(fèi)之間的均衡關(guān)系.各種食物產(chǎn)品的虛擬水消費(fèi)分配越接近平等，則多樣性越高，食物虛擬水消費(fèi)多樣性的高低是消費(fèi)水平高低的反映.

3.2 虛擬水消費(fèi)均勻性

在Shannon-Weaver公式中包含兩個成分：種數(shù);各種間個體分配的均勻性.個體之間分配越均勻，H值就越大.對于均勻性指數(shù)的測定，可以通過估計理論上的最大多樣性指數(shù)(Hmax)，然后以實際的多樣性指數(shù)H對Hmax的比率，從而獲得均勻性指數(shù)E［12］.計算公式如下：

式中：H為虛擬水消費(fèi)多樣性指數(shù);Hmax為最大虛擬水消費(fèi)多樣性指數(shù);S表示消費(fèi)品的種數(shù).

3.3 虛擬水消費(fèi)多樣性與均勻性指數(shù)計算結(jié)果

鄭州市居民虛擬水消費(fèi)多樣性指數(shù)與均勻性指數(shù)具體計算結(jié)果見表3.

從表中可以看到，鄭州市城鎮(zhèn)居民虛擬水消費(fèi)的多樣性高于農(nóng)村居民.城鎮(zhèn)居民虛擬水消費(fèi)的多樣性指數(shù)在1999—2001年間較高，2002年有所降低，之后逐漸回升，呈現(xiàn)緩慢增加的趨勢，這表明鄭州市城鎮(zhèn)居民食品消費(fèi)結(jié)構(gòu)整體變化不是很大，是相對較為平穩(wěn)的發(fā)展過程，是穩(wěn)中有升的變化趨勢.從均勻性指數(shù)方面來看，2002年之前均勻性指數(shù)較高，2002年降低，降低的主要原因是糧食產(chǎn)品的消費(fèi)量增加，與其它產(chǎn)品之間的差值增大，導(dǎo)致均勻性降低.2002年之后均勻性指數(shù)又逐漸升高，這主要是由于其它各類產(chǎn)品的消費(fèi)量逐漸增加，與糧食產(chǎn)品的消費(fèi)量之間的差值縮小，說明消費(fèi)品分布逐漸分散化，不再是以某一類產(chǎn)品的消費(fèi)為主.

表3 鄭州市居民虛擬水消費(fèi)多樣性指數(shù)與消費(fèi)均勻性指數(shù)Tab.3 The diversity index and evenness index of virtual water consumption of Zhengzhou residents

農(nóng)村居民虛擬水消費(fèi)多樣性指數(shù)波動中呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，表明農(nóng)村居民消費(fèi)品的分布逐步分散化，飲食結(jié)構(gòu)得到一定的改善，從均勻性指數(shù)角度分析可以得出同樣的結(jié)論.但與城鎮(zhèn)居民相比，農(nóng)村居民虛擬水消費(fèi)指數(shù)和均勻性指數(shù)均較低，這也表明農(nóng)村居民的消費(fèi)水平低于城鎮(zhèn)居民.

4 虛擬水消費(fèi)變化趨勢分析

鄭州市居民虛擬水人均消費(fèi)量乘以人口得到鄭州市居民虛擬水消費(fèi)總量.鄭州市1999—2008年城鎮(zhèn)居民與農(nóng)村居民的虛擬水消費(fèi)變化趨勢如圖2，3所示.

圖2 鄭州市居民虛擬水消費(fèi)總量變化趨勢Fig.2 The trends of total virtual water consumption of Zhengzhou residents

圖3 鄭州市居民人均虛擬水消費(fèi)量變化趨勢Fig.3 The trends of virtual water consumption of per capita in Zhengzhou

鄭州市城鎮(zhèn)居民虛擬水消費(fèi)總量由1999年的14.13億 m3增加到2008 年的 23.73 億 m3，呈現(xiàn)逐年增加的趨勢，增幅為68%，增幅較高.對于人均虛擬水消費(fèi)量由415.48 m3/人增加到511.90 m3/人，增幅為23.21%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于虛擬水消費(fèi)總量的增加幅度，這主要是由于人口的增加引起的.鄭州市城鎮(zhèn)居民人口由1999年的340萬增加到2008 年的463.5 萬，增加了36.32%.

鄭州市農(nóng)村居民的虛擬水消費(fèi)總量由1999年的10.40億 m3下降到2008 年的9.46 億m3，下降了8.96%;人均虛擬水消費(fèi)量由1999年的356.48 m3/人下降到 2008 年的 337.86 m3/人，下降幅度為5.22%，小于虛擬水消費(fèi)總量的下降幅度，這主要是由于人口減少引起的.

圖2、3對比可知，鄭州市城鎮(zhèn)居民無論是虛擬水消費(fèi)總量還是人均消費(fèi)量均比農(nóng)村居民虛擬水消費(fèi)高;以及從上面的虛擬水消費(fèi)多樣性指數(shù)與均勻性指數(shù)來講，城鎮(zhèn)居民的均比農(nóng)村居民的要高.據(jù)統(tǒng)計年鑒中數(shù)據(jù)，鄭州市城鎮(zhèn)居民的收入是農(nóng)村居民收入的1.6倍左右.收入是影響居民消費(fèi)水平的主要因素，收入水平的高低直接影響著消費(fèi)過程，而實物消費(fèi)量的增減又是虛擬水消費(fèi)量增減的主要原因.即收入水平的高低會影響虛擬水消費(fèi)量，同時虛擬水消費(fèi)量的多少又可以反映出居民的收入情況.

5 結(jié)論

(1)縮小城鄉(xiāng)差距，提高農(nóng)村居民消費(fèi)水平.虛擬水的計算結(jié)果可以反映人們?nèi)粘５膶嵨锵M(fèi)水平.計算結(jié)果顯示，鄭州市城鎮(zhèn)居民人均虛擬水消費(fèi)量是農(nóng)村居民的1.6倍左右，這也反映了鄭州市農(nóng)村居民的消費(fèi)水平比城鎮(zhèn)居民要低，主要是因為農(nóng)村居民的收入較低.為了縮小城鄉(xiāng)差距，改善農(nóng)村居民的消費(fèi)水平，只有提高農(nóng)村居民的收入，完善農(nóng)村居民的社會保障體系.

(2)引導(dǎo)居民改善消費(fèi)模式，節(jié)約用水.在居民的虛擬水消費(fèi)中，糧食、肉類、蛋類和酒類產(chǎn)品的虛擬水消費(fèi)量較多.對于糧食來說，主要是由于糧食的消費(fèi)量較大，而對于肉類、蛋類和酒類來說則主要是由于單位產(chǎn)品的虛擬水含量較高引起的.為了減少水資源利用量，可以減少一些高虛擬水含量產(chǎn)品比如肉類、蛋類產(chǎn)品的消費(fèi)量，多消費(fèi)虛擬水含量較低的產(chǎn)品，如蔬菜、水果等.將節(jié)約的水資源用于工業(yè)生產(chǎn)，發(fā)展本區(qū)域的經(jīng)濟(jì)，提高本區(qū)域的經(jīng)濟(jì)實力.

(3)人口增加是虛擬水消費(fèi)總量變化的一個主要原因.分析結(jié)果顯示，鄭州市人均虛擬水消費(fèi)量的變化幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于虛擬水消費(fèi)總量的變化趨勢，這主要是由于人口的放大作用引起的.鄭州市城鎮(zhèn)人口由1999年的340.0萬增加到2008年的463.5萬.鄭州市農(nóng)村人口由1999年的291.6萬減少到2008年的280.1萬，這也是農(nóng)村居民虛擬水消費(fèi)總量減少幅度大于人均虛擬水消費(fèi)量減少幅度的主要原因.

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