傅 沂，吳奕卓

（中南大學商學院，湖南 長沙 410083）

0 引言

我國是世界上公認的13個水資源匱乏的國家之一，同時水資源空間分布不均、水土資源配置錯位等情況仍是我國的基本國情。只有提高水資源利用效率，才能從根本上解決我國水資源短缺與經濟社會可持續(xù)發(fā)展之間的矛盾。由于我國的農業(yè)用水占總用水量的74%左右，節(jié)水政策的實施必先以農業(yè)為落腳點。而作為我國70%以上糧食產量來源的13個糧食主產區(qū)，目前仍面臨著農業(yè)單位產值耗水量高的現狀，是典型的以資源拉動農業(yè)產業(yè)發(fā)展的地區(qū)，優(yōu)化水資源利用率，實施節(jié)水農業(yè)刻不容緩。

虛擬水概念的提出，為解決水資源利用問題提供了新的思路與戰(zhàn)略。不同于傳統(tǒng)意義上的水資源，虛擬水作為凝結在商品及服務中的無形的水資源，可通過商品貿易的過程實現具體化，從而緩解區(qū)域間水資源時空分布不均的問題并提高水資源經濟效率。與此同時，產品貿易引起的虛擬水流動是水資源以虛擬水的形態(tài)在省際間的再分配過程。糧食生產作為高耗水低經濟收益的生產活動，對區(qū)域經濟、生態(tài)及社會方面都具有重要影響。文章將虛擬水流通所帶來的影響量化，則可更加直觀全面地了解到虛擬水進出口省區(qū)之間在經濟、生態(tài)、社會不同方面所受影響，為構筑水資源安全、糧食安全戰(zhàn)略提供新的思想與啟發(fā)。

1 文獻綜述

目前，國外計量產品虛擬水含量的方法主要有3種，分別是A.K.Chapagain和A.Y.Hoekstra提出“生產樹”法[1-3]、由D.Zimmer和D.Renault提出的基于不同產品類型區(qū)別計算的方法[4，5]以及由Taikan Oki等提出的將農作物生產過程中水資源蒸騰蒸發(fā)量考慮進去的“單位水資源需求”法[6]，后來的研究大多基于此種方法。目前國內通用的方法是以作物實際蒸散發(fā)量為基礎，通過彭曼標準公式計算得到其虛擬水含量。該文參考孫才志[7]、馬靜[8]等的做法，亦使用此種計算方式。

國內外有關區(qū)域間虛擬水流動的研究大致分為兩種，一種是對全球范圍內虛擬水貿易的衡量[9，10]，另一種是衡量虛擬水貿易在特定國家或地區(qū)間的流入、流出量[11，12]。在后一種的研究中，王玉寶和吳普特[13]、馬靜[8]等應用社會公平法的研究較具有代表性，除此之外也有使用投入產出法[14]、線性規(guī)劃法[15]的相關研究?；跀祿目色@得性，該文將參考社會公平法的基本思路量化虛擬水貿易量。

目前對于虛擬水流動綜合效益評價相關研究較少，且大多數是定性研究，多為分析虛擬水流動所帶來的經濟與生態(tài)效益，至于對社會效益方面的研究相對空缺。已有部分學者將同樣的效益量化方法用于研究不同領域的經濟效益，而由于各地區(qū)自然資源及社會發(fā)展狀況不同，對于社會效益與生態(tài)效益方面的研究大都集中于個別省區(qū)。主要思路分為兩種，一種是定性分析虛擬水流動造成的經濟、生態(tài)、資源、就業(yè)等方面影響，此類研究為后續(xù)的綜合效益定量研究奠定了堅實的理論基礎[16，17]。另一種是通過列式來量化虛擬水流動對經濟、資源、生態(tài)等方面的影響，通過計算具體數值進行時間或空間上的比較，此類方法針對具體影響方面的計算公式大多只有1個。具體的，虛擬水流動產生的經濟效益方面，井璐等以替代效益理論為基礎，量化了虛擬水進出口所帶來經濟效益[18]；景喆等以甘肅省張掖市為例估算了實施虛擬水戰(zhàn)略節(jié)約水量產生的經濟效益[19]；李瑩等引入農產品的價格因素計算了黑龍江省主要農產品單位體積耗水量的虛擬水價值[20]；許長新等對虛擬水貿易在經濟增長中的貢獻份額進行了量化分析[21]。生態(tài)效益方面，多數學者選擇測度水資源壓力指數作為量化虛擬水流動對生態(tài)影響的方法[13，22-24]，另有部分學者關注于虛擬水流動對農業(yè)水資源[25]、農業(yè)用水[26]的影響。社會效益方面已有關于就業(yè)轉移效應的探討[27]。

綜上，目前綜合經濟、生態(tài)、社會三方面分析虛擬水流動所產生的影響的研究較少，其中大多數方法是在已有數據的基礎上列式計算出經濟效益或生態(tài)效益，缺點是無法從權重等角度綜合評價糧食虛擬水流動的總效益，對未來政策的指導性不足。在選用指標進行評價的研究中，大部分研究方向為分析虛擬水流動對第二、三產業(yè)效益以及水資源的影響，目前只有尚海洋[27]的研究涉及了虛擬水流動產生的就業(yè)轉移效應，且僅針對民勤縣地區(qū)，對我國糧食主產區(qū)糧食虛擬水貿易流動社會效益的研究目前處于空白狀態(tài)。不同于尚海洋的研究，在社會效益的指標選取方面，為使社會效益指標與糧食虛擬水流動結合得更為緊密，該文嘗試加入糧食生產就業(yè)響應強度這一指標，并將糧食生產勞動力的計算方法應用于虛擬水效益評價?；诖?，該文將針對我國13個糧食主產區(qū)的糧食虛擬水流動所帶來的經濟、生態(tài)、社會三方面影響進行定量分析，通過選取8個指標爭取全面、精確的量化虛擬水出口地區(qū)及進口地區(qū)的綜合影響，為各區(qū)域政府根據自身發(fā)展實際制定出有效的虛擬水貿易政策提供了借鑒。

2 方法與數據

2.1 我國糧食主產區(qū)糧食虛擬水流動量核算

一般而言，虛擬水凈流出量的基本計算方法是用實物凈流出量乘以其相應的單位質量產品虛擬水含量，計算公式為:

式（1）中，Svw為糧食虛擬水凈流出總量，VWi為第i種農產品單位質量產品虛擬水含量，INi為第i種農產品的凈流出總量。

單位作物所含的虛擬水量計算公式為:

式（2）中，Dn，c表示n區(qū)域c單位質量產品虛擬水含量，m3∕kg。Wn,c為該區(qū)域c作物的需水量，m3∕hm2；Yn，c為該區(qū)域c作物的產量，kg∕hm2。

假設農作物本身所包含的水分可以忽略不計，作物需水量(Wn,c)即是作物在生長發(fā)育期間的累積蒸發(fā)蒸騰水量(ETc)，其數值為:

式（3）中，ET0是參考作物蒸發(fā)蒸騰水量；Kc是作物系數。在計算ET0時，忽略了作物類型、作物發(fā)育和管理措施等因素對作物需水的影響，可根據糧農組織(FAO)推薦并修正的標準彭曼公式計算。

該研究借鑒吳普特虛擬水流動的計算模型，同時由統(tǒng)計數據可估算出中國農產品自供率近60年來基本維持在95%以上，將全國農作物總產量除以0.95記為全國農作物總供給量。該文我國糧食主產區(qū)各地農產品凈流出量計算模型為:

式（4）中，G’t[i]是指各省第t年i作物凈流出量，單位為t；Gt[i]表示各省第t年i農作物生產量，單位為噸；GN,t[i]是全國第t年i農作物總產量，單位為噸；PN,t為全國第t年人口，單位人；Pt為各地第t年人口。

2.2 綜合效益評價體系

2.2.1 經濟效益指標選取

虛擬水貿易價值。不同于傳統(tǒng)的水資源，虛擬水是一種隱含在商品或服務中看不見的水，具有非真實性、社會交易性、便捷性、價值隱含性等特點[20]。根據其特點，可以將虛擬水理念同商品價格進行關聯(lián)，從經濟價值角度探討虛擬水價值理論體系。虛擬水貿易價值是指，省際間通過糧食貿易流通的單位體積虛擬水量在其貿易過程中所隱含的價值?？杀硎緸閱挝惑w積的糧食虛擬水凈流出量所體現的糧食凈流出額（單位：元∕m3），是水資源在商品交易過程中的經濟利用效益指標。

計算過程為:

虛擬水貿易價值越大，說明該地直接獲得的經濟利益越高，反之，表明該地糧食貿易所直接產生的經濟效益越低。

第一產業(yè)替代效益。根據比較優(yōu)勢理論(Comparative Advantage)，結合虛擬水流動角度可知，各地區(qū)自然資源與資源利用情況的不同導致了不同地區(qū)單位質量糧食虛擬水含量的不同，進而使得區(qū)域間通過糧食貿易獲得經濟利益成為可能。

對于第一產業(yè)來說，貿易中的糧食虛擬水凈流出地因選擇生產輸出的部分糧食，將水資源過多的消耗在了糧食產業(yè)，而犧牲了發(fā)展第一產業(yè)其他部門的機會，因此其第一產業(yè)替代效益為負；反之，糧食虛擬水凈流入地因選擇以進口代替生產這部分糧食，節(jié)省了一部分可用于發(fā)展第一產業(yè)其他部門的水資源，其第一產業(yè)替代效益為正。具體虛擬水流動第一產業(yè)替代效益估算方法為:

式（8）中，糧食虛擬水凈流出量單位為t，糧食凈流出額單位為元；水資源使用效率單位為元∕m3，第一產業(yè)全年生產總值單位為億元，第一產業(yè)生產用水量單位為m3。

第二、三產業(yè)替代效益。對于第二、第三產業(yè)來說，各產業(yè)間水資源利用效率不同，由于糧食虛擬水輸出地區(qū)生產了部分余糧，擠占了第二、三產業(yè)生產用水，若將這部分水資源利用于工業(yè)、服務業(yè)，因此其第二、三產業(yè)替代效益為負值；對于糧食虛擬水凈流入地，該值為正值。虛擬水流動第二、三產業(yè)替代效益估算方法為:

式（9）中，糧食虛擬水凈流出量單位為t，萬元工業(yè)增加值用水量為元∕m3，糧食凈流出額單位為元。

2.2.2 生態(tài)效益指標選取

水資源壓力影響度。水資源壓力是指為了滿足人類的生存發(fā)展需求以及維持整個社會經濟活動的正常運行而對水資源產生的數量上的壓力[28]。由于省際間糧食貿易往往伴隨著虛擬水的流動，各地間的水資源壓力也會因此受到影響。水資源壓力影響度指的是糧食虛擬水流動對區(qū)域水資源的影響程度。已有研究表明區(qū)域真實可用的水資源量即可用藍水（地下水及地表水）量占可用水資源總量的20%左右，因此該指標可表示為區(qū)域糧食虛擬藍水凈流出量在區(qū)域可用水資源量中的占比。其中，影響度為負值表示虛擬水流入對水資源的有利影響，反之為不利影響。水資源壓力影響度估算方法為:

式（10）中，糧食虛擬藍水凈流出量單位為t，可用水資源量單位為t。

有效灌溉面積增長比例及林草覆蓋增長比例。糧食貿易附帶的虛擬水流動會對區(qū)域土地結構產生重要影響。不同地區(qū)可能會增加糧食用地以獲取虛擬水貿易價值，也有可能通過進口水資源密集型產品，調整土地結構，導致閑置土地的產生。如果該區(qū)域決定將閑置土地用于第二、三產業(yè)的發(fā)展，會使得城市建筑用地增加，林草植被覆蓋比例減少。因此選取有效灌溉面積增長比例與林草覆蓋增長比例這兩個指標。式（11）表示了單位糧食虛擬水流出量的變化量導致的有效灌溉面積的變動；式（12）表示了該變化量對林草覆蓋面積的影響。

式（11）（12）中，有效灌溉面積及林草覆蓋面積的單位為千hm2，糧食虛擬水凈流出量單位為t。

2.2.3 社會效益指標選取

種植業(yè)經營收入增長比例。糧食虛擬水流動本質上是不同地區(qū)的交易行為，根據比較優(yōu)勢論、資源稟賦論以及規(guī)模經濟理論可知，地區(qū)之間的貿易可以通過就業(yè)數量效應、就業(yè)質量效應等途徑來影響農村勞動力的就業(yè)和工資水平。種植業(yè)經營收入增長比例這一指標描述了單位糧食虛擬水流出量的變化量對農村居民種植業(yè)經營收入的影響程度。具體計算方法為:

式（13）中，農村居民種植業(yè)經營收入單位為元，糧食虛擬水凈流出量單位為t。

糧食生產就業(yè)響應強度。農村勞動力轉移響應強度是指由于區(qū)域產業(yè)結構升級、就業(yè)結構發(fā)生改變等因素，使得農村勞動力流向城鎮(zhèn)區(qū)域，或脫離第一產業(yè)，流向第二、三產業(yè)的反饋響應程度[29]。該文根據已有研究中的勞動力響應強度構造了糧食生產就業(yè)響應強度這一指標，以揭示糧食虛擬水貿易進程中糧食生產就業(yè)人員轉移的響應強度，可表示為單位糧食虛擬水流出量的變化量對糧食生產就業(yè)人員數的影響程度。其中為進一步精確數據，借鑒了王躍梅等[30]對于糧食生產人員的計算方法。具體計算方法為:

式（14）（15）中，糧食生產就業(yè)人員數單位為人，糧食虛擬水凈流出量單位為t。

綜上所述，該文的糧食虛擬水流動綜合效益評價指標構建如表1所示。

表1 我國糧食主產區(qū)糧食虛擬水流動綜合效益評價指標

2.3 綜合效益評價過程

綜合對比了各種指標權重的確定方法后，該文將使用熵權法計算指標權重并結合TOPSIS法進行綜合效益評價。熵權法能夠有效避免主觀性，提高指標的分辨率，避免因指標差異過小導致的選擇偏差，全方位地反映指標信息。另有研究表明TOPSIS綜合評價模型中數據的無量綱化方法會影響其穩(wěn)健性，而在5種常用的無量綱化方法中，極差法對模型影響最小，模型的穩(wěn)健性最好[31]，因此該文選擇使用極差法對指標進行處理，能夠有效提高評價結果的可靠性。

在評價過程中，按照以下步驟進行:

第一步，對指標層各指標數據用極差法進行處理。

對于正指標，處理方法為:

對于逆指標，處理方法為:

第二步，求各指標的信息熵為:

其中，pij值計算公式為:

如果pij=0，則定義為:

第三步，確定各指標權重。通過已求得的信息熵值計算各指標的權重Wj，設指標數為m，計算公式為:

第四步，構建加權規(guī)范化決策矩陣并確定正、負理想解。將經熵權法求取的各指標權重與標準化規(guī)范矩陣（標準化后的數據矩陣）相乘得出加權規(guī)范化決策矩陣V，并由式（22）、（23）確定正理想解V+和負理想解V-:

第五步，計算各評價對象到正、負理想解的歐式距離。各評價對象到正理想解的歐式空間距離D+和到負理想解的歐式距離D-，計算公式為:

第六步，求相對貼近度Ci為：

2.4 數據來源

該文考察的是我國糧食主產區(qū)各地虛擬水的貿易量，計算農作物產品虛擬水含量的過程中，各地相應氣象站的數據由聯(lián)合國糧農組織網站提供的CLIMWAT軟件中關于糧食主產區(qū)各地氣象站數據作為代表導出計算。各農作物的蒸騰系數FAO提供的CROPWAT軟件中內置的主要農作物蒸騰系數文件導出，由此利用CORPWAT軟件可以計算出我國157個氣象站點參考作物蒸騰量（ET0）以及主要作物需水量CWR。各評價指標計算過程中各地區(qū)總人口、各產業(yè)生產總值、各產業(yè)就業(yè)人員數、各產業(yè)生產用水量、地區(qū)有效灌溉面積、地區(qū)林草覆蓋面積等數據來源于《2019年中國統(tǒng)計年鑒》以及各地2019年統(tǒng)計年鑒，萬元工業(yè)增加值用水量、地區(qū)可用水資源總量等數據來源于《2019年中國水利年鑒》、2019年中國水資源公報以及各地2019年度水資源公報，單位質量農產品價格、農村居民種植業(yè)經營收入、農作物播種面積等數據來源于《2019年中國農村統(tǒng)計年鑒》。

3 結果與分析

3.1 我國糧食主產區(qū)糧食虛擬水流動量

運用CLIMWAT軟件結合式（1），可計算出2018年我國糧食主產區(qū)各農作物單位質量產品虛擬水含量，計算結果如表2所示；我國糧食主產區(qū)各地農產品凈流入流出量計算結果如表3所示，其中數據為正表示糧食凈流出量，數據為負表示凈流入量；2018年我國糧食主產區(qū)各地糧食虛擬水凈流入流出量計算結果如表4所示。可知，2018年糧食虛擬水凈流出量最高的是黑龍江，凈流出量為5 072m3；凈流入量最高的為四川省，為721m3。

表2 2018年我國13個糧食主產區(qū)各農作物單位質量產品虛擬水含量 m3∕kg

表3 2018年我國13個糧食主產區(qū)糧食凈流出量 萬t

表4 2018年我國13個糧食主產區(qū)糧食虛擬水凈流出量億m3

3.2 綜合效益評價結果

我國糧食主產區(qū)糧食虛擬水流動綜合效益的一級指標及二級指標權重計算結果如表5所示?？芍?，權重最高的一級指標為生態(tài)效益（0.470 9），其次是經濟效益（0.313 9），權重最低的一級指標為社會效益（0.215 3）。經濟效益指標中虛擬水貿易價值權重最高（0.151 7），但不可忽視第一產業(yè)替代效益以及第二、三產業(yè)替代效益的作用，后兩者權重之和為0.162 2，高于虛擬水貿易價值的權重，說明由于勞動力密集型產品具有的高水耗、低價格的特點，短時間內雖然可以帶來貿易收益，但同時造成的產業(yè)替代效益是不可忽視的。除此之外，社會效益中的糧食生產勞動力轉移響應程度指標權重為0.136 9，說明糧食虛擬水貿易帶來的勞動力轉移也會在一定程度上影響綜合效益評價。

表5 我國13個糧食主產區(qū)糧食虛擬水流動綜合效益評價指標權重

我國糧食主產區(qū)的糧食虛擬水流動綜合效益評價結果如表6所示。可知，2018年我國糧食主產區(qū)糧食虛擬水流動綜合效益最高的省區(qū)是湖南（0.675 2），最低的省區(qū)為安徽（0.425 2）。另外值得注意的是黑龍江，作為糧食虛擬水流出省其經濟效益（0.140 6）及生態(tài)效益（0.087 0）都處于主產區(qū)的較低水平，這說明其長年的糧食虛擬水凈流出貿易結構已經很大程度上影響了黑龍江的綜合發(fā)展。

表6 2018年我國13個糧食主產區(qū)糧食虛擬水流動綜合效益評價

4 結論及建議

4.1 主要結論

該文在對量化糧食虛擬水凈流出量以及虛擬水流動綜合效益評價相關研究綜述的基礎上，對我國糧食主產區(qū)糧食虛擬水流動對區(qū)域經濟、生態(tài)、社會的三方面影響進行了量化分析，主要結論如下。

（1）2018年我國糧食主產區(qū)間糧食虛擬水流動整體呈現出由北向南的逆向流動格局。糧食虛擬水輸出區(qū)主要分布在我國的東北、華北以及長江中下游地區(qū)，輸入區(qū)則主要集中于東部沿海地區(qū)。

（2）生態(tài)效益是影響糧食虛擬水流動綜合效益中最關鍵的因素。從熵權法的計算結果來看，生態(tài)效益在綜合評價中所占權重達到了0.470 9，經濟效益次之，權重為0.313 9，社會效益權重最低為0.215 3。這表明，我國糧食主產區(qū)在虛擬水流動綜合效益方面受生態(tài)效益的影響最大。

（3）糧食虛擬水凈流出區(qū)域的經濟效益普遍低于虛擬水凈流入區(qū)域。2018年我國糧食主產區(qū)中共有7個省區(qū)為糧食虛擬水凈流出省區(qū)，6個省區(qū)為凈流入省區(qū)。通過分別計算凈流出省區(qū)以及凈流入省區(qū)的效益平均值，可得凈流出省區(qū)經濟效益平均值0.166 7明顯低于凈流入省區(qū)的0.218 2。其中經濟效益最高的省區(qū)為江蘇省的0.282 0，最低的則為河北省的0.124 1?？梢娢覈Z食主產區(qū)虛擬水流動區(qū)域間經濟效益差距較大。

（4）糧食虛擬水凈流出區(qū)域的生態(tài)效益總體低于虛擬水凈流入區(qū)域。河南、安徽、吉林、內蒙古、黑龍江這5個糧食虛擬水凈流出區(qū)域的2018年生態(tài)效益都在平均值0.15以下。其中生態(tài)效益最高的省區(qū)為湖南的0.220 7，最低的則為黑龍江的0.087。可知比之虛擬水凈流入省區(qū)，凈流出省區(qū)的水資源壓力、有效灌溉面積、林草覆蓋面積都受到了糧食虛擬水流出的負面影響。

（5）我國糧食主產區(qū)整體糧食虛擬水流動綜合效益總體情況中等，凈流入區(qū)與凈流出區(qū)差距明顯。我國13個糧食主產區(qū)的糧食虛擬水流動綜合效益可以分為高（0.60～0.70）、中等（0.50～0.59）和低（0.40～0.49）3類。糧食虛擬水流動綜合效益高的省有4個，是湖南、湖北、江西和遼寧；糧食虛擬水流動綜合效益中等的省共3個，分別是江蘇、河北和河南；糧食虛擬水流動綜合效益低的省區(qū)有6個，是吉林、四川、安徽、黑龍江、內蒙古和山東。在低效益的6個省區(qū)中，共有5個省區(qū)為糧食虛擬水凈流出省區(qū)。此外，糧食虛擬水凈流入省區(qū)的流動綜合效益均值為0.595 9，明顯高于糧食虛擬水凈流出省區(qū)的0.488 8。我國13個糧食主產區(qū)糧食虛擬水流動綜合效益的平均值為0.538 2，河北綜合得分最接近平均值，可以作為現階段我國糧食主產區(qū)整體糧食虛擬水流動綜合效益的代表。

4.2 政策建議

（1）就生態(tài)效益而言，合理調整糧食主產區(qū)有效灌溉面積并保護林草植被及森林資源可以有效提升糧食虛擬水流動的生態(tài)效益。應合理調整土地利用結構，嚴格控制建設用地，加大對森林資源以及荒草植被的保護和恢復力度。同時建立并完善對糧食主產區(qū)的補貼機制、糧食產銷關系層面上的橫向利益補償機制以及區(qū)域間糧食虛擬水補償制度，通過量化省區(qū)間經濟替代效益以及生態(tài)效益，按照“誰受益，誰補償”的原則，使得糧食虛擬水輸入輸出區(qū)間達到合作博弈的納什均衡狀態(tài)。

（2）就經濟效益而言，糧食貿易相比第二、三產業(yè)收益存在明顯的高耗水低收益的特征，造成了糧食虛擬水凈流出區(qū)與凈流入省區(qū)的經濟差距。水資源的可持續(xù)利用要求糧食虛擬水凈流出量較高的省區(qū)在長期內逐漸調整貿易結構，扭轉長期大量凈出口趨勢。其次，要充分利用國際農產品貿易的節(jié)水作用，適度增加糧食作物與畜產品等農產品在國際貿易中的進口，在長期內逐漸調整區(qū)域農產品貿易結構，恢復生態(tài)環(huán)境，促進省際間經濟社會的平衡發(fā)展。

（3）就社會效益而言，糧食虛擬水流動對凈流入、流出區(qū)的糧食生產就業(yè)人員以及收入水平均會產生影響。對于糧食虛擬水凈流出省區(qū)，由于我國勞動密集型產品的價格效益低，對經營者收入的拉動作用較小，應采取相應措施增加糧食產業(yè)的技術含量，提高其附加價值并建立適當的補償機制和協(xié)調機制，改善糧食生產者“越種糧越窮”的困境。對于糧食虛擬水凈流入省區(qū)，應關注糧食生產就業(yè)人員的轉移情況，同時加快完善農村養(yǎng)老、醫(yī)療等社會保障體制，扶持剩余勞動力的合理流出。