劉 健

(湖北工業(yè)大學(xué)，湖北 武漢 430000)

虛擬水是指生產(chǎn)商品和服務(wù)所需要的水資源數(shù)量[1]。虛擬水將過程用水以“無形”的方式存放在商品和服務(wù)中，針對水資源研究的這一獨特視角吸引了很多學(xué)者的關(guān)注。相對于調(diào)運(yùn)實體水而言，虛擬水更便于運(yùn)輸，因此虛擬水是緩解水資源短缺和不同地區(qū)之間水資源分配不均的有力工具[2]。在虛擬水的研究當(dāng)中,人口、糧食、貿(mào)易之間的連接關(guān)系是虛擬水分析的重要方向[3]。

湖北省屬于典型的亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，農(nóng)產(chǎn)品種植所需的光、熱、水等條件相對較好，是我國重要的稻谷主產(chǎn)區(qū)，有千湖之省、魚米之鄉(xiāng)的美譽(yù)。據(jù)國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)，湖北省2019年糧食總產(chǎn)量2725萬t，已連續(xù)7年維持在2500萬t以上。然而湖北省農(nóng)業(yè)發(fā)展也存在著諸如糧食單產(chǎn)低、旱災(zāi)頻發(fā)以及種植結(jié)構(gòu)不合理等問題。同時隨著區(qū)域間農(nóng)作物產(chǎn)品貿(mào)易量的不斷增大，農(nóng)作物虛擬水資源的流動量也越來越大。因此僅考慮湖北省實體水資源的水管理理念已然不合時宜，需要考慮虛擬水并以貿(mào)易形勢將水與糧食連接起來[4]。

田貴良等[5]通過構(gòu)造多區(qū)域投入產(chǎn)出模型，計算分析了長江經(jīng)濟(jì)帶內(nèi)部及與外部間的虛擬水流動格局。王連芬和張敏虛[6]將投入產(chǎn)出的分析方法與水足跡相結(jié)合，計算出湖北省以虛擬水貿(mào)易形式向其他地區(qū)輸出了大量水資源，其中農(nóng)林牧漁業(yè)是生產(chǎn)和輸出水資源量最大的部門。有關(guān)農(nóng)作物虛擬水流動評估的文獻(xiàn)主要以全國或某幾個省組成的地區(qū)為研究對象，研究農(nóng)作物虛擬水省際流動的情況，針對某個省和省內(nèi)各地區(qū)農(nóng)產(chǎn)品虛擬水流動的研究較少。因此，本文采用指標(biāo)法對2012—2017年湖北省和省外區(qū)域主要農(nóng)產(chǎn)品虛擬水流動情況進(jìn)行研究，并從調(diào)整農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)以及虛擬水-實體水的統(tǒng)籌管理方面提出建議。

1 研究設(shè)計

1.1 農(nóng)產(chǎn)品虛擬水流動計算

我國糧食進(jìn)口量較大，但糧食關(guān)乎國家安全，所以我國的糧食庫存總量也是世界第一。假設(shè)在不進(jìn)出口農(nóng)產(chǎn)品的情況下，我國的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和庫存量剛好可以滿足全國人民的需求，農(nóng)產(chǎn)品調(diào)運(yùn)只在國內(nèi)不同地區(qū)之間發(fā)生，生產(chǎn)優(yōu)先滿足本地消費。湖北省農(nóng)產(chǎn)品虛擬水流動量的計算公式如下：

當(dāng)VGT>0時， FVW=VGT·WFPout

(1)

當(dāng)VGT<0時， FVW=VGT·WFPin

(2)

式中：VGT(Volume of Grain Trade)為湖北省和省外地區(qū)的農(nóng)產(chǎn)品調(diào)運(yùn)量，萬t，當(dāng)VGT>0 時表示湖北省向外省輸出農(nóng)產(chǎn)品，當(dāng)VGT<0 時表示省外地區(qū)向湖北省輸入農(nóng)產(chǎn)品，當(dāng)VGT=0時表示湖北省和省外地區(qū)之間無農(nóng)產(chǎn)品調(diào)運(yùn)；FVW(Flow of Virtual Water)為湖北省虛擬水流動量,億m3；WFG(Water Footprint)為湖北省的作物生產(chǎn)水足跡，m3/kg。

作物調(diào)運(yùn)量的計算公式為

(3)

VGT=∑VGTi

(4)

式中：VGTi為湖北省與外省之間i種農(nóng)產(chǎn)品調(diào)運(yùn)量，萬t；GHi為湖北省的i種作物生產(chǎn)量，萬t；PH為湖北省的人口數(shù)量,萬人；PN為全國人口,萬人；GHi為全國i種農(nóng)作物總產(chǎn)量,萬t。

湖北省下屬各市(州)、直管市、神農(nóng)架林區(qū)主要農(nóng)產(chǎn)品的虛擬水流動情況的計算原理與此類似，在此不作贅述。

1.2 水資源壓力指數(shù)計算

在何維印[7]對區(qū)域水資源評價指標(biāo)體系研究和韓昕雪琦等[8]對水資源壓力指數(shù)(Water Stress Indicator)研究的成果上，將湖北省虛擬水流動與水資源壓力指數(shù)結(jié)合，表征虛擬水流動對湖北省內(nèi)水資源的影響，定義了一種修正的水資源壓力指數(shù)(Modified Water Stress Indicator) 。農(nóng)作物中的虛擬水含量由兩部分構(gòu)成：雨養(yǎng)作物虛擬水和灌溉作物虛擬水[9]。雨養(yǎng)作物虛擬水是指天然降雨過程中被農(nóng)作物吸收儲存的一部分水資源，灌溉作物虛擬水是指在降雨不足時，農(nóng)民使用農(nóng)田灌溉系統(tǒng)補(bǔ)充農(nóng)作物生長過程中所需水分時消耗掉的一部分水資源。從機(jī)會成本的角度看，由于雨養(yǎng)作物虛擬水屬于自然降水過程，使用水資源的機(jī)會成本較小，因此在計算湖北省因農(nóng)作物種植產(chǎn)生的水資源壓力時，選取灌溉作物虛擬水為造成水資源壓力的農(nóng)作物虛擬水。水資源壓力指數(shù)計算公式如下：

GMSWI=FVW/(S·AW)×100%

(5)

式中:FVW為湖北省各地區(qū)伴隨農(nóng)產(chǎn)品輸出的虛擬水流出量,m3；S為各地區(qū)農(nóng)作物播種面積,畝；AW為各地區(qū)農(nóng)田灌溉畝均用水量,m3/畝；S·AW為農(nóng)田灌溉用水量；GMSWI為農(nóng)作物虛擬水輸出導(dǎo)致的該地區(qū)水資源壓力程度，其實質(zhì)是一個地區(qū)農(nóng)作物虛擬水輸出量和農(nóng)業(yè)灌溉用水量的比值，按不同的值分為四個等級：Ⅰ級，無壓力(GMWSI≤0.1)；Ⅱ級，輕度壓力(0.1

2 數(shù)據(jù)來源

本文在參考前人研究成果的基礎(chǔ)上確定所需的作物生產(chǎn)水足跡，即單位農(nóng)產(chǎn)品虛擬水含量[10]，大米為1.43m3/kg，小麥為1.58m3/kg，玉米為1.00m3/kg，大豆為2.02m3/kg，棉花為5.36m3/kg，植物油為7.81m3/kg。全國人口、糧食產(chǎn)量等數(shù)據(jù)來源于2017年《中國統(tǒng)計年鑒》。湖北省各地區(qū)的人口、主要農(nóng)作物產(chǎn)量、主要農(nóng)作物播種面積、人均農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)水平等數(shù)據(jù)來源于2017年《湖北統(tǒng)計年鑒》。湖北省各地區(qū)的畝均農(nóng)田灌溉用水量來源于2017年《湖北水資源公報》。

3 計算結(jié)果分析

3.1 湖北省農(nóng)產(chǎn)品虛擬水輸出情況

從圖1中可以看到，湖北省農(nóng)產(chǎn)品虛擬水流動整體上呈凈輸出狀態(tài)。2012—2017年共輸出虛擬水1019億m3，平均每年輸出農(nóng)產(chǎn)品虛擬水170億m3。農(nóng)產(chǎn)品(大米、小麥、玉米、大豆)虛擬水輸入略高于輸出，整體上呈虛擬水凈輸入狀態(tài)，其中大米的虛擬水輸出總量最大，小麥、玉米、大豆均為虛擬水凈輸入。棉花由虛擬水凈輸出逐漸變?yōu)閮糨斎?。植物油虛擬水輸出一直保持在較高的水平。盡管大米和植物油的虛擬水輸出量都很高，但造成其輸出總量大的原因不同，大米虛擬水輸出量大主要是因為湖北省大米收獲量大，而植物油虛擬水輸出量大的原因是其單位產(chǎn)量的虛擬水含量高，為7.81m3/kg，相比之下大米單位虛擬水含量僅為1.43m3/kg。湖北省在控制農(nóng)產(chǎn)品虛擬水輸出時，應(yīng)重點關(guān)注大米和植物油的虛擬水輸出情況。

圖1 2012—2017年湖北省農(nóng)產(chǎn)品虛擬水輸出總量

3.2 湖北省內(nèi)各地區(qū)主要農(nóng)產(chǎn)品虛擬水輸入輸出情況

由表1可知，2017年荊州農(nóng)產(chǎn)品虛擬水凈輸出最多，為59.7億m3。荊州、襄陽、荊門是湖北省農(nóng)產(chǎn)品虛擬水主要的輸出區(qū)，虛擬水輸出總量均在40億m3以上。這些地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)，以2017年湖北省各市、州人均糧食生產(chǎn)水平(按常住人口平均)為例，共有3個地區(qū)年人均糧食生產(chǎn)水平超過800.00kg，分別是荊門(1051.60kg)、襄陽(885.92kg)、荊州(829.54kg)。較高的人均農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)水平使這些地區(qū)有富余的作物虛擬水輸出。黃岡、仙桃、孝感、隨州、天門5個地區(qū)是農(nóng)產(chǎn)品虛擬水輸出的第二梯隊，虛擬水輸出量均在10億m3以上。盡管這些地區(qū)農(nóng)產(chǎn)品虛擬水整體上呈凈輸出態(tài)勢，但不同類型的農(nóng)產(chǎn)品之間仍有很大的區(qū)別，小麥、玉米、豆類、棉花等旱作作物和棉花依然存在著虛擬水凈流入。

表1 2017年湖北省各地區(qū)主要農(nóng)產(chǎn)品虛擬水輸入輸出情況 單位：億m3

武漢是湖北省最大的農(nóng)作物虛擬水流入?yún)^(qū)，流入總量為62.7億m3。武漢也是湖北省唯一一個所有農(nóng)作物種類都存在著虛擬水凈流入的地區(qū)，其中玉米的虛擬水流入量最高，為19.3億m3。武漢是我國中部六省唯一的副省級市和特大城市，城市化進(jìn)程較快而且人口眾多，適合農(nóng)業(yè)種植的土地面積較少，盡管農(nóng)作物單位面積產(chǎn)量較高，但年人均糧食產(chǎn)量為湖北省最低，僅87.51kg，因此農(nóng)作物需求的缺口較大，需要從外地調(diào)運(yùn)大量的農(nóng)產(chǎn)品滿足本地需求，產(chǎn)生大量的虛擬水流入。

3.3 湖北省各地區(qū)農(nóng)產(chǎn)品虛擬水輸出造成水資源壓力

因農(nóng)產(chǎn)品虛擬水輸出造成的當(dāng)?shù)厮Y源壓力指數(shù)情況見表2。Ⅰ級無壓力地區(qū)包括的武漢、黃石、十堰、鄂州、恩施、神農(nóng)架林區(qū)均為農(nóng)產(chǎn)品虛擬水凈流入，故沒有因農(nóng)產(chǎn)品虛擬水流出而產(chǎn)生的水資源壓力。Ⅱ級輕度壓力地區(qū)中的宜昌僅有少量的農(nóng)產(chǎn)品虛擬水凈流出，給當(dāng)?shù)厮Y源帶來的壓力較小。值得注意的是，Ⅳ級重度壓力里的仙桃、天門以及荊州的大部分區(qū)域和Ⅲ級中度壓力里的潛江都位于我國九大商品糧基地之一的江漢平原。孝感、荊門、襄陽等中重度壓力的地區(qū)也都位于江漢平原附近。耕地廣闊，氣候優(yōu)越，降水充足的江漢平原在滿足本地農(nóng)產(chǎn)品需求后仍有大量結(jié)余，所以向區(qū)域外部輸出了大量的農(nóng)產(chǎn)品虛擬水。但是大量的農(nóng)產(chǎn)品虛擬水輸出也給江漢平原的水資源利用帶來了壓力，尤其在湖北旱季的時候，原本就稀缺的水資源大量地用在了農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，輸送到了區(qū)域外部，這與旱季向缺水區(qū)域調(diào)入實體水的方向相違背。

表2 因農(nóng)產(chǎn)品虛擬水輸出造成的當(dāng)?shù)厮Y源壓力指數(shù)

“湖廣熟，天下足”是明朝中后期的一句諺語，盡管現(xiàn)在湖北省仍有大量的大米輸送到全國各地和國外，但農(nóng)產(chǎn)品整體上處于虛擬水流入流出的平衡狀態(tài)，倒是油料作物的虛擬水輸出量比較大。而且湖北省作為“千湖之省”，處于降水量豐富的亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，又是長江和漢江的匯流處，水資源應(yīng)十分充裕。然而由于全球變暖使氣候不確定性增加，湖北省2018年的旱季甚至需要從區(qū)域外部調(diào)取實體水資源。

4 建 議

根據(jù)以上分析，應(yīng)優(yōu)化調(diào)整農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)，減少水資源密集型農(nóng)產(chǎn)品輸出。湖北省農(nóng)田灌溉有效利用系數(shù)和全國平均水平一直有較大的差距，湖北省農(nóng)田灌溉用水過程中浪費水資源的現(xiàn)象嚴(yán)重，這與王婷等[11]的研究結(jié)論相一致，湖北省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水量投入較大但收益較小，虛擬水和虛擬耕地資源的時空匹配程度不佳。湖北省未來在發(fā)展節(jié)水型農(nóng)業(yè)時，應(yīng)著力提高農(nóng)田灌溉用水效率，學(xué)習(xí)其他省區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水的先進(jìn)經(jīng)驗，推廣噴灌、滴灌等節(jié)水灌溉方式，有效緩解旱季用水緊張局面，也有利于提高省區(qū)內(nèi)虛擬水和虛擬耕地資源的時空匹配狀況。

湖北省應(yīng)實行對區(qū)域虛擬水-實體水的統(tǒng)籌管理，完善虛擬水和實體水的綜合利用體系。當(dāng)湖北省處于旱季時，仍然需要從丹江口水庫向湖北省外輸送大量實體水，可考慮從其他水資源富裕地區(qū)引入虛擬水流入取代實體水運(yùn)輸,以期減少水資源流動過程中的人力與經(jīng)濟(jì)消耗。政府政策也應(yīng)多扶持湖北省節(jié)水型農(nóng)業(yè)和氣候智能型農(nóng)業(yè)發(fā)展。