□楊 揚，閆秀敏

（河南科技學院 河南 新鄉(xiāng) 453000）

我國水資源總量豐富，但人均水資源少且分布不均衡，因此我國被世界銀行列為全球最缺水的13 個國家之一。在缺水背景下，我國在城鎮(zhèn)化、工業(yè)化進程中還出現(xiàn)了水資源浪費、水資源污染、生態(tài)環(huán)境破壞等嚴重的水資源安全問題?，F(xiàn)階段，水資源危機制約我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展、威脅我國糧食生產(chǎn)，成為我國亟待解決的問題。

虛擬水的概念于2002 年由中國科學院院士程國棟引入我國，為我國進行農(nóng)業(yè)水資源的研究提供了新方向。為了優(yōu)化我國水資源配置模式，應(yīng)對糧食水資源危機，提高農(nóng)業(yè)水資源管理水平，有必要對虛擬水的起源與發(fā)展有所認識，并對我國現(xiàn)階段虛擬水研究進行分類梳理，識別出研究的關(guān)鍵與不足。

1 虛擬水國際研究歷程

1.1 虛擬水的起源及初步發(fā)展時期

20 世紀80 年代，以色列學者指出當時以色列糧食出口消耗了其國內(nèi)大量水資源，并提出通過增加糧食進口比例減少國內(nèi)水資源壓力的建議。Allan 教授對中東地區(qū)糧食進出口現(xiàn)狀進行評價，并以嵌入水的概念形容農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)過程的耗水量。國外其他學者也曾分別提出過外來水以及水、糧食和貿(mào)易結(jié)合體的概念，來表達類似的含義[1]。這些都為虛擬水概念的提出奠定了良好的基礎(chǔ)。

20 世紀90 年代，Allan 教授正式提出虛擬水的概念，之后相繼界定了虛擬水貿(mào)易、虛擬水戰(zhàn)略等概念的含義。虛擬水是指產(chǎn)品生產(chǎn)過程尤其指在農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中所使用的全部水資源，包含實體水與間接水兩種類型。虛擬水貿(mào)易是指水資源以商品為載體在國際間流動，以實現(xiàn)水資源的二次配置。虛擬水戰(zhàn)略是指缺水國家或地區(qū)以虛擬水貿(mào)易的方式減緩國內(nèi)水資源壓力。

虛擬水相關(guān)概念及理論以資源替代、資源流動理論為前提，以比較優(yōu)勢理論為基礎(chǔ)。水資源是一種稀缺的生產(chǎn)要素。在水資源危機嚴重的地區(qū)，增加勞動力等資源替代稀缺的水資源，生產(chǎn)低耗水產(chǎn)品，能夠有效減少區(qū)域水資源的投入量。以產(chǎn)品為載體，水資源以虛擬水的形式在不同地區(qū)間流動，從而實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置。

與工程調(diào)水相比，虛擬水由于依托商品作為載體，不僅易于運輸而且運輸成本低廉[2]?；诒容^優(yōu)勢理論，在水資源豐富的國家，應(yīng)該出口高耗水的產(chǎn)品，進口低耗水產(chǎn)品；在水資源匱乏的地區(qū)，應(yīng)該進口高耗水的產(chǎn)品，出口低耗水的產(chǎn)品，這有利于區(qū)域水資源安全。

虛擬水對緩解世界水資源危機具有重要意義。為此，其提出者Allan 教授于2008 年被授予“斯德哥爾摩水獎”。在虛擬水理論發(fā)展初期，其主要應(yīng)用并局限于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，研究區(qū)域主要集中在嚴重缺水的中東地區(qū)。經(jīng)過近10 年的奠基研究，虛擬水理論對平衡與保護區(qū)域、國家及全球水資源的理論與現(xiàn)實意義漸漸受到國內(nèi)外學者重視，虛擬水理論進入高速發(fā)展時期。

1.2 虛擬水的高速發(fā)展時期

21 世紀初至今是虛擬水理論及應(yīng)用的高速發(fā)展時期。

1.2.1 水足跡概念提出

2002 年荷蘭Hoekstra 教授在第一次虛擬水貿(mào)易國際專家會議上提出了水足跡的概念。水足跡的概念基于21 世紀前虛擬水理論的相關(guān)研究與生態(tài)足跡的概念，指的是日常生活中公眾消費產(chǎn)品及服務(wù)過程所耗費的全部水資源，不僅包括消費者或者生產(chǎn)者的直接用水，也包括產(chǎn)品供應(yīng)鏈上提供的間接用水。

水足跡概念主要包括藍水足跡、綠水足跡與灰水足跡3 種。藍水足跡指人類消費的地表水和地下水的水量，在一定前提下，藍水足跡指實體水耗水量。綠水足跡一般用來測算農(nóng)產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中蒸騰的雨水資源量?；宜阚E為將一定的污染負荷吸收同化到相應(yīng)標準所需的淡水體積。

農(nóng)產(chǎn)品是人類必須的消費品，也是其他部門必要的生產(chǎn)原料。水足跡計算了生產(chǎn)部門、消費部門與供應(yīng)鏈上的用水，這就將生產(chǎn)部門與消費部門聯(lián)系起來，增強了虛擬式理論的實用性。

根據(jù)研究對象及范圍的不同，水足跡又可細分為產(chǎn)品水足跡、個人水足跡、區(qū)域水足跡以及國家水足跡4 種。

水足跡核算方法分為自下而上與自上而下兩種。考慮到計算的可行性與簡易性，一般采用自上而下的計算方法。因為將供應(yīng)鏈上耗水量計算在內(nèi)，水足跡核算結(jié)果一般大于虛擬水含量核算結(jié)果。

1.2.2 國際影響擴大

虛擬水的概念及意義受到了與水資源相關(guān)的國際組織的高度重視。世界自然基金會（WWF）對水足跡的概念進行肯定，并曾在報告中引用國家水足跡這一概念。荷蘭國際水文和環(huán)境工程研究所（ABB）為產(chǎn)品虛擬水含量定量計算作出了貢獻。世界水資源委員會（WWC）等組織曾共同對虛擬水貿(mào)易流量進行了研究[3]。聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）研究確立了一套關(guān)于農(nóng)作物產(chǎn)品計算的標準體系，設(shè)計出了專門用以農(nóng)產(chǎn)品虛擬水含量的CROPWAT 軟件，并在官網(wǎng)上開放數(shù)據(jù)庫，方便各國學者調(diào)用國際數(shù)據(jù)。

2002 年，第一次虛擬水貿(mào)易國際專家會議在荷蘭召開，這是國際上第一次與虛擬水相關(guān)的重大專家會議。水足跡概念的問世及虛擬水計量方法的交流與統(tǒng)一是該次大會突出的兩項內(nèi)容[4-5]。以此次會議為開端，各項與虛擬水、水足跡、虛擬水貿(mào)易等內(nèi)容相關(guān)的重大國際會議在世界各地舉行，其中最具國際影響力的會議是世界水論壇。

第三屆世界水論壇大會上，虛擬水的創(chuàng)新得到認可和好評，我國水利部部長汪恕誠亦出席了會議并發(fā)表講話。第四次世界水論壇會議上，虛擬水作為干旱與半干旱地區(qū)水資源管理的一種手段被提出，受到了廣泛關(guān)注。第五屆世界水論壇的主題為“架起溝通水資源問題的橋梁”，虛擬水作為水資源管理的一種方法受到重視。

隨著國內(nèi)水資源安全問題的加劇，我國對虛擬水理論實際應(yīng)用的重視程度不斷提升。2018 年11 月中國水論壇在安徽省黃山市舉辦。在這次論壇上，河海大學趙旭教授對虛擬水貿(mào)易作用下我國省際間以農(nóng)產(chǎn)品為載體的水壓力轉(zhuǎn)移相關(guān)研究作學術(shù)匯報，西北農(nóng)林科技大學劉藝琳教授發(fā)表了關(guān)于西部六省主要作物產(chǎn)品實體水消耗與虛擬水流動評價的演講。

1.2.3 實證范圍擴大

隨著虛擬水理論在中東地區(qū)的成功應(yīng)用，其學術(shù)價值逐漸得到國內(nèi)外學者的廣泛認可，大量與其相關(guān)的科研成果涌現(xiàn)。其實證范圍由中東地區(qū)擴展到了世界各地，其研究區(qū)域包括但不限于沙特阿拉伯、埃及、日本、非洲、孟加拉國等人均水資源占有量少的國家或地區(qū)，以及美國等水資源豐富的國家或地區(qū)，但研究領(lǐng)域依舊以農(nóng)業(yè)為主。

Wichelns 以沙特阿拉伯的小麥生產(chǎn)為例，提出在水資源嚴重短缺的地區(qū)，小麥自給自足政策不僅減少了虛擬水貿(mào)易總量，還增加了水資源的壓力[6]。

El-SadekA 基于埃及農(nóng)作物生產(chǎn)及農(nóng)產(chǎn)品國際貿(mào)易指出，埃及現(xiàn)階段虛擬水進口量占國內(nèi)水資源總量比例較高，這雖然減少了國內(nèi)水資源的消耗，但對國家糧食安全有負面影響[7]。

Lee S H 以日本稻米為例，指出在虛擬水理論指導下的跨界水管理中，不僅要考慮流域等水資源限制，還要考慮農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)與消費限制[8]。

Souissi A 計算了非洲突尼斯地區(qū)不同生物氣候階段小麥和橄欖的虛擬水含量，以外匯最大化、耗水量最小化為模糊目標進行配置，給出了鼓勵濕潤和半濕潤地區(qū)進行小麥生產(chǎn)、干旱和半干旱地區(qū)進行橄欖生產(chǎn)的政策建議[9]。

P.Olivera Rodrigueza 利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)評估了南美阿根廷潘帕斯地區(qū)大豆作物的綠水足跡，并對其進行了評價[10]。

2 我國虛擬水研究現(xiàn)狀

我國在虛擬水方面的研究至今不足20 年，但研究進展迅速。在中國知網(wǎng)搜索界面中，以虛擬水為搜索關(guān)鍵詞，在來源中選擇SCI、EI、核心期刊、CSSCI，得到文獻近600 篇，且研究重點在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。

將該領(lǐng)域相關(guān)文獻按內(nèi)容劃分，大致可分為虛擬水含量的核算、虛擬水相關(guān)影響因素的研究以及虛擬水理論的實際應(yīng)用3 方面，其中虛擬水理論的實際應(yīng)用是研究重點。

2.1 虛擬水含量的核算

2.1.1 農(nóng)作物產(chǎn)品虛擬水含量核算

農(nóng)業(yè)部門虛擬水含量測算是虛擬水研究重點。目前我國學者普遍應(yīng)用我國氣象局和統(tǒng)計局公布的數(shù)據(jù)，并借助CROPWAT 軟件進行農(nóng)產(chǎn)品虛擬水含量測算。據(jù)崔紅艷對白城市農(nóng)作物水足跡的研究，白城市綠豆、葵花籽水足跡含量較高，甜菜、蔬菜和瓜果水足跡含量較低[11]。齊婭榮等通過測算得出，寧夏春小麥在虛擬水含量與經(jīng)濟效益上均占有優(yōu)勢，可作為該地區(qū)農(nóng)業(yè)虛擬水戰(zhàn)略作物[12]。

2.1.2 畜牧產(chǎn)品虛擬水含量核算

畜牧產(chǎn)品虛擬水含量核算包括活體動物虛擬水含量、活體動物各部位虛擬水含量以及加工后畜牧產(chǎn)品虛擬水含量3 種。畜牧產(chǎn)品虛擬水含量核算方法，如圖1 所示。

活體動物虛擬水含量除了要計算其飲用水量、服務(wù)水量外，還應(yīng)計算生產(chǎn)活體動物飼料所需的水資源數(shù)量?；铙w動物各部位虛擬水含量計算值等于活體動物虛擬水含量與其相應(yīng)部位的虛擬水含量系數(shù)的乘積。加工后畜牧產(chǎn)品虛擬水含量為投入加工領(lǐng)域的活體動物虛擬水含量或活體動物各部位虛擬水含量再加上加工畜牧產(chǎn)品用水數(shù)量。測算可得，我國禽類豬肉等畜產(chǎn)品虛擬水含量不斷增加，且虛擬水含量北多南少、分布不均[13]。

2.1.3 其他產(chǎn)品虛擬水含量核算

在一些工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)中，農(nóng)產(chǎn)品充當著生產(chǎn)原料的作用。工業(yè)產(chǎn)品虛擬水含量的核算一直以來都是虛擬水含量測算研究難點，已知的方法大概有投入產(chǎn)出表、生產(chǎn)樹以及用水定額法3 種。構(gòu)造投入產(chǎn)出表，可核算工業(yè)和服務(wù)業(yè)虛擬水量。按照工業(yè)生產(chǎn)過程，將各類用水進行加和來核算工業(yè)品虛擬水含量。3 種方法中，最簡易的是用水定額法，該方法利用萬元工業(yè)產(chǎn)值耗水量與工業(yè)總產(chǎn)值的乘積計算區(qū)域工業(yè)虛擬水含量。

虛擬水進出口量等于進出口產(chǎn)品數(shù)量乘以產(chǎn)品單位虛擬水含量，虛擬水的總進口量減去總出口量，即為虛擬水的凈進口量?，F(xiàn)階段，我國農(nóng)產(chǎn)品在國際市場處于貿(mào)易逆差狀態(tài)。減少的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水轉(zhuǎn)移到工業(yè)等其他行業(yè)，不僅保護了我國水資源安全，還提高了我國經(jīng)濟收益[14]。

2.2 虛擬水相關(guān)影響因素的研究

第一，農(nóng)產(chǎn)品虛擬水含量影響因素。與農(nóng)作物產(chǎn)品虛擬水含量相關(guān)的影響因素差別不大，主要影響因素為土壤、氣候、降雨等因素[15]。依據(jù)區(qū)域特有經(jīng)濟地理條件選擇農(nóng)產(chǎn)品種類，對區(qū)域經(jīng)濟與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

第二，虛擬水格局的影響因素。虛擬水消費格局整體表現(xiàn)為城鎮(zhèn)居民高于農(nóng)村居民[16]，其差異的影響因素為人口規(guī)模、人均食物消費量、食物消費結(jié)構(gòu)[17]。虛擬水理論對消費結(jié)構(gòu)的指導主要體現(xiàn)在鼓勵人民多消費糧食等虛擬水含量低的產(chǎn)品、少消費肉制品等虛擬水含量高的產(chǎn)品，從全新的角度節(jié)省水資源。袁國麗采用結(jié)構(gòu)分解模型得出，對虛擬水貿(mào)易進口格局影響程度最大的是規(guī)模效應(yīng)，其次是結(jié)構(gòu)效應(yīng)與強度效應(yīng)[18]。熊航等采用逐步回歸法得出糧食產(chǎn)量等變量對虛擬水進口量與出口量具有顯著正向影響，農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易對虛擬水國際貿(mào)易格局具有重要影響[19-20]。

第三，虛擬水流動產(chǎn)生的影響。虛擬水以糧食為主體在區(qū)域間進行流動，會對水資源[21]、區(qū)域經(jīng)濟以及生態(tài)環(huán)境[22]等因素產(chǎn)生正向或負向的影響。

2.3 虛擬水理論的實際應(yīng)用

2.3.1 在利用效率及可持續(xù)性等方面的評價

在虛擬水理論視角下，比較常用的評價方法包括主觀評價法、客觀評價法、綜合賦權(quán)法、不確定性評判法、協(xié)調(diào)度法以及多變量分析法6 種。

融合主客觀因素的綜合賦權(quán)法，結(jié)合了主觀評價法中專家打分評判的與客觀評價法利用數(shù)學原理為變量賦值的特點，更具科學性。雷宏軍等采用綜合賦值法對鄭州市農(nóng)業(yè)用水安全進行評價，得出制約水安全的主要因素排序為滿足程度、生產(chǎn)效率、糧食安全指數(shù)以及地下水位[23]。

不確定性評判法中，以灰色預測應(yīng)用最為普遍。李健根據(jù)虛擬水理論對農(nóng)業(yè)虛擬水含量進行測算，結(jié)合數(shù)據(jù)對未來災(zāi)變情況進行預測[24]。

協(xié)調(diào)度法中，目前以耦合分析、協(xié)調(diào)分析以及耦合協(xié)調(diào)分析應(yīng)用最為普遍。吳普特等以我國絲綢之路沿岸六省為研究對象，構(gòu)造主要農(nóng)作物實體水-虛擬水耦合評價模型，得出資源消耗與經(jīng)濟增長之間處于失調(diào)狀態(tài)的結(jié)論[25]。

多變量分析法的核心在于分類和降維，與之相關(guān)的分析方法有多維標度法、因子分析與聚類分析。吳普特等采用多維標度方法將選取的多重變量降維分類后，對農(nóng)業(yè)用水水質(zhì)進行評價[26]。降維方法使得與水質(zhì)相關(guān)的信息易于觀察和挖掘。

2.3.2 對生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的指導

虛擬水理論對生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的指導主要在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。一般在虛擬水視角下測算相關(guān)研究對象的虛擬水含量，再以研究目標為指引，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提出相應(yīng)要求。按照調(diào)整目標分類，分為單目標決策、多目標決策以及全目標決策3 種。

單目標大致有根據(jù)需求確定供給、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟效益最大化[27]、水資源消耗最小[28]3 種。單目標決策模型針對迫切需要解決的問題，提出的結(jié)論簡單且直觀，但是對于整個水資源系統(tǒng)而言，僅僅針對一個子系統(tǒng)的結(jié)論與建議略顯片面。

現(xiàn)今我國研究的重點為兼顧包括經(jīng)濟、生態(tài)等多重目標在內(nèi)的模型，并求出滿足目標和約束條件的結(jié)果，例如以水資源消耗量最小、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟效益最大等為約束的多目標優(yōu)化模型[29]。該模型的缺點是模型結(jié)果對研究區(qū)域整個系統(tǒng)及系統(tǒng)中其他子系統(tǒng)的影響一般不可預測。

全目標決策模型即綜合模型。綜合模型一般考慮研究區(qū)域內(nèi)與研究問題相關(guān)的所有大的方面，通過模擬仿真考慮其對整個系統(tǒng)的影響。由于水資源的開放性、聯(lián)動性以及復雜性的特征，綜合類模型對于處理與其相關(guān)的問題具有天然優(yōu)勢，但是目前我國相關(guān)研究較少。

2.3.3 虛擬水戰(zhàn)略

楊雅雪指出，農(nóng)業(yè)水足跡是虛擬水貿(mào)易的最主要影響因素[30]。據(jù)水資源公報數(shù)據(jù)，在僅考慮農(nóng)產(chǎn)品藍水足跡的前提下，生產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品用水量占我國全年總用水量的6 成左右。從農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、消費、貿(mào)易等角度，實施虛擬水戰(zhàn)略對我國水資源安全具有重要意義。

2003 年以來，我國農(nóng)產(chǎn)品在國際市場處于逆差狀態(tài)，進口來的糧食不僅滿足了我國人民生存需要，還節(jié)省了我國水資源的消耗[31]。虛擬水戰(zhàn)略不僅適用于國際間，也適用于區(qū)域之間。我國北京市屬于水資源嚴重短缺城市，其中農(nóng)業(yè)用水最高的年份農(nóng)業(yè)用水量占全市總用水量的70%左右。降低農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)比例，調(diào)節(jié)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，致力于發(fā)展觀光、綠色農(nóng)業(yè)，是實現(xiàn)北京地區(qū)水資源可續(xù)發(fā)展的必由之路[32]。

3 虛擬水研究不足及展望

3.1 增加對虛擬水領(lǐng)域的各方面研究

中國知網(wǎng)全庫收錄的以“水資源”為關(guān)鍵詞的文獻數(shù)量約為28.35 萬篇，而以“虛擬水”為主題的文獻數(shù)量約1 400 篇，占比不足0.5%。選用代表性文獻分析可知，我國在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面的相關(guān)研究，研究對象主要是藍水，對綠水及灰水的關(guān)注度不高。在除農(nóng)業(yè)外其他行業(yè)的研究中，以投入生產(chǎn)的實體水為主，沒有考慮到供應(yīng)鏈耗水等的虛擬水效應(yīng)。由此可知，現(xiàn)階段我國對水資源的研究仍屬于狹義的水資源研究，我國在虛擬水含量的測算、虛擬水的影響因素、虛擬水理論的實際應(yīng)用等方面需加強研究。

3.2 考慮農(nóng)產(chǎn)品虛擬水貿(mào)易的多重影響

現(xiàn)階段，我國農(nóng)產(chǎn)品虛擬水貿(mào)易的研究主要放在了水資源安全上，對生產(chǎn)和消費方面提出的相關(guān)政策建議是生產(chǎn)且出口虛擬水含量少的農(nóng)產(chǎn)品消費、進口虛擬水含量多的農(nóng)產(chǎn)品，以減少因農(nóng)業(yè)生產(chǎn)導致的區(qū)域水資源壓力。孫才志研究指出，水資源、土地資源以及經(jīng)濟等因素對農(nóng)產(chǎn)品虛擬水地區(qū)差異均有影響[33]。在制定虛擬水戰(zhàn)略時，應(yīng)將區(qū)域特有的政治、經(jīng)濟、文化、地理等實際情況與虛擬水戰(zhàn)略的具體內(nèi)容相結(jié)合，而不是將虛擬水貿(mào)易與虛擬水戰(zhàn)略獨立出來[34]。

3.3 提高人們對虛擬水效應(yīng)的認知

基于虛擬水理論，人不僅在飲用和洗漱時會消耗水資源，在消費農(nóng)產(chǎn)品等產(chǎn)品時也會消耗大量的水資源。因此，從微觀層面研究消費者消費意愿的形成與改變，以及虛擬水理論的普及與推廣機制，對我國水資源可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

3.4 加強與水資源空間分布一致的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整研究

水資源分布不均衡是威脅我國糧食生產(chǎn)安全的一大問題。我國水資源分布呈現(xiàn)夏多冬少、東多西少、南多北少的特點，但我國現(xiàn)階段虛擬水視角下關(guān)于農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的研究，小范圍以一縣[35-36]、一市[37]、一省[38-39]為研究對象，中范圍以一流域[40-41]為研究對象，大范圍以一國[42-43]為研究對象，與水資源空間分布一致的研究較少，需要進一步加強。