郭玲霞，黃朝禧，彭開麗

（1.華中農業(yè)大學經濟管理-土地管理學院，湖北 武漢 430070；2.湖北現代農業(yè)產業(yè)發(fā)展研究中心，湖北 武漢 430070）

從中國玉米生物乙醇發(fā)展分析生物能源對糧食安全的影響

郭玲霞1，2，黃朝禧1，2，彭開麗1，2

（1.華中農業(yè)大學經濟管理-土地管理學院，湖北 武漢 430070；2.湖北現代農業(yè)產業(yè)發(fā)展研究中心，湖北 武漢 430070）

本文以玉米生物乙醇為例，采用情景分析法定量分析“生物能源”與“吃飯”的關系。研究表明：（1）設定2020年生物乙醇的產量為1000萬噸、1500萬噸和2300萬噸，玉米生物乙醇占生物乙醇的60%、40%和20%，則9個子情景所需玉米量最多3864萬噸，最少560萬噸；（2）結合其他玉米需求分析其供需關系，發(fā)現9個子情景均未達均衡，最大和最小缺口分別為4249萬噸和945萬噸，說明玉米生物乙醇的發(fā)展對玉米需求造成了影響。如對口糧和其他工業(yè)用糧進行更切合實際的預測，則供求情況會有所緩解，所以玉米生物乙醇的發(fā)展不會對“吃飯”問題造成太大影響。但若考慮庫存和出口則會顯得供求緊張。發(fā)展糧食能源是一場技術與戰(zhàn)略的考驗，積極引導技術創(chuàng)新，并保證最基本的糧食需求是未來的出路。

生物能源；生物乙醇；玉米；糧食安全

全球正面臨空前的能源危機，一方面能源需求激增，另一方面能源供給有限，尋找并研制新能源替代傳統能源成為唯一破解辦法。近幾年來，國內也掀起發(fā)展生物能源的熱浪，但是由于技術有限，發(fā)展生物能源仍是以糧食為主要原料，“能源”與“吃飯”成了繼“建設”與“吃飯”之后又一對新的矛盾。

1 國內外生物乙醇概況及我國發(fā)展趨向

1.1 國內外生物能源發(fā)展概況

能源亦稱能量資源或能源資源。按不同的分類標準，能源又可分為一次能源（天然能源）和二次能源（人工來源）、常規(guī)能源和新型能源、再生能源和非再生能源等［1］。已有研究表明，能源消費與經濟增長之間呈規(guī)律性的比例關系，能源不僅是資源更是經濟增長的重要投入要素，是人類賴以生存和發(fā)展的物質基礎。英國石油（BP）公司2010年發(fā)布的世界能源年度統計報告顯示，至2009年底，按能滿足2009年生產量衡量，探明的石油儲量可開采45.7年，天然氣為62.8年，煤炭為119年［2］。國際能源局（IEA）表示，可再生能源在減少CO2排放方面有關鍵作用［3］。中國科學院、中國工程院院士石元春也表示，在發(fā)展可再生能源對化石能源的替代上，生物能源發(fā)展是世界主流［4］。

傳統能源的減少和氣候變化的威脅迫使很多國家“開源節(jié)流”，一方面尋找新型能源，另一方面提高能源使用效率。美國國會2008年5月通過一項法案，要求到2018年后，把從石油中提煉的燃油消費量減少20%，代之以生物燃油。巴西所有汽油中都強制加入25%的乙醇，實現到2020年減排36%的目標。印度2004年制訂了2011年運輸燃料中必須添加10%乙醇的法令。瑞典生物質供熱占全國能源消費總量的16.5%，占供熱能源消費總量的68.5%。首都斯德哥爾摩清潔能源轎車占轎車總量的11%，并計劃到2020年在交通領域全部使用生物燃料，率先進入后石油時代。丹麥準備在全國前5大城市，逐步減少并淘汰燃煤發(fā)電站，要求生物燃料作為城市生產和生活的主要能源來源［4］。歐盟的生物燃料指令（2003/30/EG）要求到2020年各成員國至少保證生物燃料占交通部門總能源需求的10%［5］。2009年，中國一次能源消費量占世界總消費量的19.5%，僅次于美國。煤炭和石油消費分別占總消費的70.6%和18.6%［2］。仍以傳統燃煤為主，環(huán)境壓力大。2010年，國際能源局（IEA）發(fā)布的《世界能源展望》稱，到2035年，中國占世界能源需求比將升至22%［2］。2010年年底召開的哥本哈根氣候大會上，中國提出單位GDP碳排放量到2020年在2005年的基礎上減少40%～45%［6］。既要應對能源供給有限和減排壓力，又要解決能源需求上升，任務艱巨。我國的“十二五規(guī)劃”明確指出要“加強現代能源產業(yè)，推動能源生產和利用方式變革，構建安全、穩(wěn)定、經濟、清潔的現代能源產業(yè)體系；加快新能源開發(fā)，推進傳統能源清潔高效利用?！?/p>

1.2 國內外發(fā)展生物乙醇概況及我國發(fā)展趨向

目前生物能源主要有生物柴油和燃料乙醇。生物柴油生產原料主要是植物油脂、動物油脂或其下腳料、汽車修理廠的廢機油或各種廢油。燃料乙醇是以玉米、小麥、薯類、高粱、甘蔗、甜菜等為原料。本文重點討論與糧食安全關系密切的燃料乙醇。現階段，燃料乙醇一般用于生產車用乙醇汽油，其成分中90%是汽油、10%為變性燃料乙醇［7］。將乙醇替代或部分替代汽油，被作為當前減少石油消耗、降低城市環(huán)境污染最直接、有效的方法而受到重視。京都議定書生效后，燃料乙醇更是被發(fā)達國家利用以達到減排CO2的一項有效措施［8］。目前，美國和巴西是世界上最大的燃料乙醇生產國。甘蔗在巴西有原料優(yōu)勢，燃料乙醇產量僅次于美國。美國是最大的燃料乙醇生產國，主要原料是玉米。但由于美國是玉米產量最大和出口最多的國家。所以，美國用玉米生產燃料乙醇會引發(fā)人們對全球玉米供應的擔憂。為此，美國提出非糧乙醇的發(fā)展規(guī)劃。2007年頒布的《新能源法案》提出：2022年前，纖維素原料生產的燃料乙醇必須占到210億加侖，把燃料效率提高40%。美國和巴西發(fā)展燃料乙醇都遵循了因地制宜，發(fā)揮原料優(yōu)勢的原則［9］。美國和巴西已擁有較先進的技術，生物乙醇產量和汽油中生物乙醇的摻混比均很高。我國推廣乙醇汽油始于1998年，當時糧食庫存積壓，儲藏費用高昂，政府用玉米和小麥等陳化糧生產燃料乙醇，既消化陳化糧，又解決能源緊缺問題［10］。2005年我國推廣車用乙醇汽油，同年底，乙醇汽油的消費量已占國內汽油消費量的20%［11］。隨著陳化糧逐步消耗和玉米價格攀升，國家2006年起停止新批玉米燃料乙醇企業(yè)，并鼓勵發(fā)展非糧作物開發(fā)燃料乙醇［12］。

我國用玉米和木薯制作燃料乙醇最具優(yōu)勢。但大量玉米投入燃料乙醇生產會對糧食安全造成一定影響。2007年，農業(yè)部的《農業(yè)生物質能產業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2007—2015年）》中指出“開發(fā)能源作物應以不占用糧食、棉花等戰(zhàn)略物資生產用地，……，避免能源作物與糧棉作物爭地?！保?3］目前，玉米燃料乙醇和木薯燃料乙醇的生產工藝相對成熟，如不考慮原料因素，玉米制燃料乙醇最成熟、最經濟。從國家糧食安全考慮，短期內玉米燃料乙醇加工產能不具大幅擴張可能，但在其他原料生產燃料乙醇工藝技術未突破前，仍需維持玉米燃料乙醇發(fā)展的態(tài)勢。另外，近幾年發(fā)展玉米深加工對調節(jié)玉米市場供求關系發(fā)揮了重要作用，避免了玉米豐收時發(fā)生谷賤傷農的現象。所以，發(fā)展玉米燃料乙醇除滿足國家能源戰(zhàn)略發(fā)展的需要，也給農戶帶來了經濟福利［9］。

本文認為雖然玉米和木薯被國家限制進一步擴大規(guī)模生產燃料乙醇，但并非完全放棄，且在技術未突破前，玉米和木薯仍是主力軍?；诖?，本文通過設定不同的情景來分析發(fā)展玉米生物乙醇對吃飯問題的影響。

2 玉米生物乙醇的情景設定及各項消費的預測

分析玉米生物乙醇的發(fā)展對糧食安全問題的影響，既要考慮玉米的其他各項消費，也要結合其他主糧的生產和需求情況。糧食的消費總量在不斷增多，主要是口糧和飼料用糧。2009年我國糧食消費總量達59950萬噸，其中口糧消費29562.5萬噸、飼料用糧消費20163萬噸、工業(yè)用糧消費8981.5萬噸、種子用糧消費1243萬噸，占比分別為49.3%、33.6%、15%、2.1%。同年，玉米總消費量為14714萬噸，占糧食消費量的24.54%，其中：口糧1285萬噸，飼料用糧9100萬噸，工業(yè)用糧4100萬噸，種子用糧229萬噸，分別占玉米總消費的8.7%、61.8%、27.9%和1.6%。玉米消費總量和結構在不斷變化，2004—2009年間，消費總量增加3326萬噸，各項子消費也有不同程度增加，其結構變化略有不同，總體而言，工業(yè)和飼料用糧比重最大，均呈上升趨勢，分別增加2268萬噸和919萬噸。而其他各項均占很小比例，口糧比重在10%左右，種子用糧占1.5%左右（見表1）。

需對口糧、飼料糧、其他工業(yè)用糧、種子用糧等進行預測，以探究他們各自的趨勢及數量結構，全面分析玉米生產和需求的平衡關系。

目前能源緊缺，國家使用生物燃料滿足人民生活和生產需要已是大勢所趨，且情景設定需要預測未來，本文情景設定年為2020年，研究用玉米生產生物乙醇對糧食安全的影響。設定情景目標時，生物乙醇的產量是根據 《生物燃料乙醇以及車用乙醇汽油“十一五”發(fā)展專項規(guī)劃》、《生物能源替代石油的中長期發(fā)展》以及《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃戰(zhàn)略研究》三個規(guī)劃中的目標值所設定，分別是1000萬噸、1500萬噸和2300萬噸。關于生物乙醇中用玉米生產的比例，是結合目前實際情況設定了三種情景，高比例（60%）、中比例（40%）和低比例（20%）（詳見表2）。再有，根據現階段生產1噸燃料乙醇需3.3噸玉米，假定2020年技術革新后，每噸燃料乙醇僅需2.8噸玉米。根據不同情景，所需玉米量最多為情景3（A）的3864萬噸，最少為情景1（C）的560萬噸（表2）。

采用中國統計年鑒上歷年玉米總產量來預測2020年玉米總產量，以此計算玉米生物乙醇生產所需玉米量占玉米總產量的比例。假如不考慮農業(yè)結構的大調整，根據歷年玉米總產量趨勢，用線性回歸擬合產量線，擬合優(yōu)度R2=0.8045，擬合公式為：y= 345.27x+8284.7，據此，2020年玉米總產量為19678.61萬噸（見圖1）。各情景中，所用玉米的最大值3864萬噸，占玉米總量的19.63%，最小量560萬噸，占玉米總產量的2.85%。

2.1 對玉米口糧的影響

表1 2004—2009年玉米消費結構 （單位：萬噸）

溫飽問題是國家的頭等大事，發(fā)展生物乙醇首先要保證不對溫飽造成影響。此處用兩種方式來分析：一是分別預測總人口和人均玉米口糧，得出玉米口糧需求量；二是根據已有研究預測糧食口糧，根據玉米在總糧食口糧中的比例，推算作為口糧的玉米總需求量。

表2 情景設定 (單位：萬噸)

圖1 中國歷年玉米總產量變化及擬合曲線圖

圖2 中國歷年人口變化及擬合曲線圖

針對第一個辦法：首先，對人口進行預測。由于國家政策、飲食結構、社會秩序等因素綜合決定了人口出生率、死亡率等，所以預測人口規(guī)模較復雜。據現有的權威預測，一是 《國家人口發(fā)展戰(zhàn)略研究報告》的預測結果，2020年中國人口將達14.5億左右，二是《生育行為與生育政策》預測，2020年中國人口可能達14億左右，三是《人口發(fā)展“十一五”和2020年規(guī)劃》（國辦發(fā)〔2006〕107號）提出到2020年，人口總量控制在14.5億內。結合筆者根據歷年中國總人口的變化，用線性回歸擬合人口數量 （見圖2），R2= 0.9298，擬合公式：y=1630x+66836，計算得到2020年總人口為159746萬人。綜合考慮以上四預測值，取中間值，即2020年人口為14.5億；再次，對人均玉米口糧進行預測。根據中國統計年鑒（2010）提供的2009年中國人口總數以及表1中玉米口糧消費量計算，20世紀90年代，人均玉米口糧消費約16千克［14］，而2009年人均玉米口糧消費為10.38千克。由于口糧消費隨著經濟水平的提高而減少，保守估計，到2020年人均玉米口糧消費為10千克。那么，玉米口糧總消費為1450萬噸，占前述預測值玉米總產量19678.61萬噸的7.37%。

針對第二種辦法，第一，根據已有研究預測糧食口糧，根據《國家糧食安全中長期規(guī)劃綱要（2008—2020年）》的預測，到2020年口糧消費總量2475億千克，占糧食消費需求總量的43%；第二，推測玉米在總糧食口糧中的比例，隨著人們生活水平的提高，消費結構呈現多元化，非糧產品一定程度上成為糧食消費的替代品，城鎮(zhèn)居民人均口糧消費逐年下降。相應的，玉米口糧在總口糧中的比例也在下降。從人均口糧消費較高的農村看，玉米在糧食口糧消費中的比例由1990年的17.96%降為 2009年的11.80%，小麥稻谷等降幅較小，豆類等有微幅升高［15］。假設未來玉米在糧食口糧消費中的比例變動不大，在10%左右。最后推算作為口糧的玉米總需求量，根據前述對口糧總消費量的預測，則2020年口糧玉米需2475萬噸，占前述預測值玉米總產量19678.61萬噸的12.58%。

結合以上兩種辦法，對二者加權平均，2020年玉米口糧需1962.5萬噸。再根據前面的情景分析，可知即便按情景3（A）的最大值，玉米生物乙醇需求量也僅占玉米總量的19.63%。

2.2 對其他玉米消費結構的影響

玉米作為我國三大主糧作物之一，其口糧消費比例逐漸降低。除將玉米作為原料進行深加工和作口糧外，玉米消費還有飼料用和出口用及做種子用。

（1）飼料用糧。

玉米籽粒是良好飼料，可直接作為豬、牛、雞等畜禽飼料。玉米秸稈可替代部分玉米籽粒，作為反芻動物良好飼料來源。此外，玉米加工副產品也是重要的飼料資源，目前世界上約65%的玉米用作飼料，發(fā)達國家高達80%，我國在70%左右［16］。20世紀80年代飼料用玉米占48%（工業(yè)飼料和傳統飼料），消耗玉米3269萬噸。20世紀90年代，飼料消費玉米每年約6380萬噸，占玉米總產量的68%［17］。根據表1，2009年玉米產量14714萬噸，其中飼料用量9100萬噸，占總產量的61.9%。玉米受經濟發(fā)展和飼養(yǎng)業(yè)運行情況影響較大。隨著國內養(yǎng)殖業(yè)及深加工業(yè)的持續(xù)發(fā)展，國內玉米飼料用糧會明顯增幅。

若“十二五”期間，我國飼料糧消費以每年1.5%的速度遞增［18］，將2009年作為基期計算，則2020年玉米飼料消費大致為13009.78萬噸，占預測玉米總生產量19678.61萬噸的66.11%?！秶壹Z食安全中長期規(guī)劃綱要（2008—2020年）》對2020年飼料用糧需求的預測值為2355億公斤，占糧食消費需求總量41%。玉米作為主糧之一，其飼料糧在主糧飼料糧中比例最大，這與該預測基本吻合。

（2）其他工業(yè)用糧。

玉米是糧食作物中用途最廣、可開發(fā)產品最多、用量最大的工業(yè)原料，歐美市場有的產品附加值超過了玉米原值的幾十甚至上百倍，玉米副產品也有相當高的價值，是寶貴的再生性資源，玉米深加工在國際市場具有十分廣闊的前景［19］。玉米加工業(yè)特點是加工空間大、產業(yè)鏈長，產品包括淀粉、淀粉糖、變性淀粉、酒精、酶制劑、調味品、藥用、化工等八大系列，但主要是淀粉及酒精，其他產品多是這兩個產品更深層次加工品或生產副產品［20］。我國玉米深加工工業(yè)比較落后，80%以上的玉米以原糧狀態(tài)直接上市或者經初級加工進入市場。與發(fā)達國家農產品增值程度相比，我國的差距很大。美國玉米加工產品有3500多個品種，國內的玉米加工只有200多個［21］。目前來看，我國淀粉和酒精行業(yè)消費玉米量最大。總體來看，未來幾年國內變性淀粉、玉米油、淀粉糖、玉米酒精及檸檬酸等產品，均具有較好的需求前景。

從歷年玉米工業(yè)用糧的構成看，淀粉等加工產品占更大比重。經過對相關文獻［22-23］中數據的整理和計算，得出，2005年除生物乙醇用玉米外，其他工業(yè)用玉米量為2498萬噸，2006年為3445萬噸，2009年為4100萬噸?？梢娖渌I(yè)用糧也在不斷增加。如數據缺失年份按生物乙醇用糧占工業(yè)用糧的10%算，則大致可根據2004—2009年的數據進行對數模型預測，R2=0.9865，擬合公式：y=1122.2ln（x）+1714.4（圖3），根據模型，2020年其他工業(yè)用糧為4894萬噸。

（3）種子用糧。

2009年，玉米種子用糧239.25萬噸，占玉米總消費的1.34%（見表1）。也有數據顯示，玉米種子用糧129萬噸，占玉米總消費的0.9%［24］。因為種子用糧占很小比例，假設2020年為1%，則2020年的種子用糧為197萬噸。

2.3 結果分析

至此，本文將玉米的主要消費均作了分析，用表格形式將其匯總做對比分析（表3）。玉米總需求最多為情景3A時的23928萬噸，最少為情景1C時的20624萬噸，需求和產量的差額在945萬噸～4249萬噸之間。

圖3 中國歷年其他工業(yè)用玉米量變化及擬合曲線圖

由于玉米是主糧，不能過分依賴進口，需求差額最好以平衡為宜，面對幾個情景的供不應求。從需求量的計算看，主要有幾個原因：第一，口糧需求量給予過多的考慮。按照以往口糧的消費，均保持在1200萬噸左右，如不考慮飲食結構的影響，2020年為1200萬噸，則供需差額最少只有182萬噸，最多為3486萬噸；第二，其他工業(yè)用糧給予過多的考慮。根據2007年國家發(fā)改委印發(fā)的《關于促進玉米深加工業(yè)健康發(fā)展的指導意見》規(guī)定，“深加工用糧規(guī)模占玉米消費總量的比例控制在26%以內”。計算表中生物乙醇消費玉米量和其他工業(yè)用糧的比例是否超過26%，結果除情景1C時為26.45%，其他均超27%。如控制在26%，則總需求量會相應減少，且供需差額會減少，并出現供大于求，在情景1C時，如其他工業(yè)用糧為3256萬噸，則總需求為18986萬噸，從而供給大于需求693萬噸，在情景2C時，如其他工業(yè)用糧為3354萬噸，則總需求為19365萬噸，從而供給大于需求314萬噸。

表3 2020年玉米生產量與需求量平衡表 （單位：萬噸）

綜上，如果口糧和其他工業(yè)用糧更切合實際的進行相應調低，則玉米的供求狀況可能會有所緩解。所以應該不會對口糧造成太大影響，從而也不必過于擔心吃飯問題。不過，以上需求并未考慮庫存及出口。即便不出口，庫存亦是玉米需求的一種形式。出于糧食安全的考慮，各國總要儲備一些糧食。世界玉米庫存量一般占消費量比重的20%左右。而即便是按照低要求下的口糧和工業(yè)用糧，供給與需求的差額還是達不到消費量的20%。因此雖然發(fā)展生物乙醇不會對口糧造成太大影響，但由于會直接影響其他消費的數量，所以國家在宏觀調控時要適時了解各項需求的變動，以控制好生物乙醇的用糧，以對其他需求造成盡可能小的壓力。

3 結論與討論

本文首先對目前國內外生物能源的發(fā)展歷程進行了梳理，著重探討發(fā)展玉米生物乙醇中可能存在的問題。研究2020年玉米乙醇生產是否會對“吃飯”問題造成影響時，結合玉米消費結構變化的特點，主要采取情景分析法和趨勢預測法。首先預測了玉米總產量，通過對玉米乙醇的比例設定相應的情景，推算玉米乙醇所耗用玉米產量，以及工業(yè)用玉米、飼料用玉米、種子用玉米等玉米消費量。最后進行生產和消費的平衡分析。主要結論如下：

（1）生物能源的發(fā)展迎合社會發(fā)展趨勢，隨著科技進步，未來一定會逐漸替代并成為主要的能源構成。生物乙醇的發(fā)展，也會逐漸由耗糧生產轉變?yōu)橐苑羌Z作物為主要原料生產。國家要發(fā)揮調控作用，通過稅收、金融等政策支持非糧作物生產生物乙醇，盡快實現技術和產業(yè)的進一步革新，進一步解決國家能源安全問題。

（2）通過對2020年玉米生產和消費情況進行對比分析發(fā)現，無論是假設的哪一種情景，供給均小于需求，但這并不表明生產玉米生物乙醇一定會對糧食安全造成影響，而只是會造成一定壓力。由于本文在預測時對口糧的需求慎重考慮，賦予了較大比重，其次在對其他工業(yè)用糧預測時，也賦予了較大比重，導致對其他消費的擠壓。如果口糧和其他工業(yè)用糧更切合實際地進行相應調低，則供求情況會有所緩解。所以應該不會對口糧造成太大影響，從而也不必過于擔心吃飯問題。

（3）發(fā)展生物乙醇，無論耗用玉米多少，作為新增的一項消費，總會對玉米消費造成影響，從而有可能導致玉米或其他糧食作物價格的上升。所以，在發(fā)展玉米生物乙醇時，一方面要控制好使用玉米量的上限，以免影響到糧食安全，另一方面還要在技術上進行突破，以便提高單位產出，等量玉米產出更多的生物乙醇。

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［23］曹歷娟.發(fā)展生物質能源對我國糧食安全和能源安全影響的一般均衡分析-以燃料乙醇為例［D］.南京:南京農業(yè)大學,2009.

［24］吳樂,鄒文濤.我國糧食消費的現狀和趨勢及其對策［J］.農業(yè)現代化研究,2011,32（2）:129-133.

Does Development of Bio-energy Really Affect the“food”?——Based on the Development of Chinese Corn Bio-ethanol

Guo Lingxia1，2，Huang Chaoxi1，2，Peng Kaili1，2
（1.College of Land Management,Huazhong Agricultural University，Wuhan 430070，China；2.Hubei Modern Agricultural Industry Development Research Center，Wuhan 430070，China）

Taking bio-ethanol from corn as an example,this paper quantitatively analyzes relationship between “biological energy”and “food”with the means of scenario analysis.The results show that the development of corn bio-ethanol plays an impact on the demand for corn.If do a more realistic predictions to the other industrial use and rations of grain,the supply and demand conditions will be relieved to some degree.So the development of corn bio-ethanol will not impact the “food”problem significantly.But considering stocks and exports,the relations are rather strained between supply and demand of corn.Food energy’s development is an ordeal of technology and strategy,actively guide technological innovation,and to ensure the most basic food needs is the good way for the future.

bio-energy；bio-ethanol；corn；food security

2011-05-03

郭玲霞（1984-），女，山西長治人，博士生；研究方向:資源與環(huán)境評價，土地經濟與政策。

F326.11；TK6

A

（責任編輯 遲鳳玲）