王保乾，肖佳慧

(河海大學(xué)商學(xué)院，江蘇 南京 211100)

中國(guó)面臨嚴(yán)峻的水資源短缺和時(shí)空分布不平衡問(wèn)題，人均水資源占有量?jī)H為世界平均水平的1/4，被聯(lián)合國(guó)列為13個(gè)貧水國(guó)之一。水資源分布“南多北少”,80%的水資源位于南方，北方人口占人口總數(shù)的一半，擁有全國(guó)耕地面積的六成，水資源占有量?jī)H為20%。作為世界第一大能源消費(fèi)國(guó)，2017年中國(guó)一次能源消費(fèi)總量為310 500萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤，約為歐盟消費(fèi)量的兩倍[1]。碳排放量自2006年超過(guò)美國(guó)以來(lái)，一直位列全球首位。隨著人口增加與經(jīng)濟(jì)總量的日益擴(kuò)張，有限的水資源和能源供給與日趨緊張的碳排放約束之間的矛盾不斷凸顯。為緩解資源環(huán)境壓力，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，中國(guó)政府相繼出臺(tái)水資源管理“三條紅線”和“四項(xiàng)制度”以及“碳達(dá)峰”“碳中和”等戰(zhàn)略措施?？紤]到水、能、碳三要素間的耦合關(guān)系，越來(lái)越多的學(xué)者開(kāi)始意識(shí)到單一資源管理模式難以有效應(yīng)對(duì)日益復(fù)雜的資源環(huán)境問(wèn)題，反而會(huì)造成資源浪費(fèi)和部門管理無(wú)效[2]，因此，水、能、碳要素的綜合管理顯得十分緊迫。同時(shí)，水、能、碳要素可以通過(guò)貿(mào)易進(jìn)行地區(qū)間和部門間轉(zhuǎn)移[3]，這會(huì)增加資源節(jié)約和環(huán)境治理難度。本文以國(guó)家重點(diǎn)經(jīng)濟(jì)區(qū)域長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶作為研究對(duì)象，計(jì)算各省市及各部門虛擬水、隱含能及隱含碳流量，并定量分析貿(mào)易隱含水-能-碳耦合關(guān)系，對(duì)推進(jìn)資源協(xié)同管理和優(yōu)化地區(qū)間貿(mào)易結(jié)構(gòu)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 文獻(xiàn)綜述

近年來(lái)，學(xué)界廣泛關(guān)注水資源、能源和二氧化碳之間的復(fù)雜關(guān)系，并引入物理學(xué)概念“耦合”來(lái)表示這種復(fù)雜關(guān)系?！榜詈稀敝竷蓚€(gè)或兩個(gè)以上的系統(tǒng)通過(guò)相互作用而彼此影響，這種影響包括要素間關(guān)聯(lián)、要素間制約或抑制等，甚至包括政策間的相互影響[4]。當(dāng)前對(duì)水-能-碳要素耦合關(guān)系概念的界定可分為兩層：一層是狹義耦合，是指將一種要素作為另一種要素系統(tǒng)供給或服務(wù)中的投入或產(chǎn)出來(lái)討論多要素間的相互關(guān)系，即只關(guān)注能源部門或水系統(tǒng)部門的水-能-碳關(guān)系，在揭示全產(chǎn)業(yè)部門水-能-碳耦合關(guān)系時(shí)存在局限性；另一層是廣義耦合，它將水和能源同時(shí)作為投入，碳排放為產(chǎn)出，討論三者在全產(chǎn)業(yè)部門中的耦合關(guān)系[5]。

目前關(guān)于水、能源和碳排放關(guān)系的研究，大多數(shù)集中于3種要素中的兩種，又以能源部門或水系統(tǒng)部門的狹義“水-能耦合關(guān)系”作為重點(diǎn)研究對(duì)象。Li等[6]使用2012年城市層面單區(qū)域投入產(chǎn)出表分別核算京津冀城市群13個(gè)城市能源部門用水量和水系統(tǒng)部門能源消耗量，同時(shí)對(duì)區(qū)域內(nèi)的水-能耦合關(guān)系進(jìn)行綜合評(píng)估。關(guān)偉等[7]從水-能關(guān)聯(lián)視角構(gòu)建能源水足跡評(píng)價(jià)模型，分析2004—2016年中國(guó)30個(gè)省份原煤、天然氣、火電等5類能源全生命周期水資源使用時(shí)空演化特征和水-能匹配情況，發(fā)現(xiàn)原煤和火電水-能矛盾最突出，華北地區(qū)水-能匹配壓力最大。在此基礎(chǔ)上，學(xué)者進(jìn)一步探討了全產(chǎn)業(yè)部門要素耦合關(guān)系。楊文娟等[8]從碳水關(guān)聯(lián)視角對(duì)比研究2012年河南省不同產(chǎn)業(yè)部門碳水足跡效率，并分析產(chǎn)生差異的原因，最終提出制訂節(jié)水和碳減排政策時(shí)應(yīng)當(dāng)充分考慮不同產(chǎn)業(yè)碳水關(guān)聯(lián)情況的建議。

隨著研究不斷深入，除直接水-能-碳耦合外，研究主題開(kāi)始考慮存在于居民最終消費(fèi)和商品貿(mào)易中的間接水-能-碳耦合關(guān)系[5]。地區(qū)間和產(chǎn)業(yè)部門間以比較優(yōu)勢(shì)理論和要素稟賦理論為基礎(chǔ)參與貿(mào)易活動(dòng)，該理論將環(huán)境要素作為貿(mào)易增長(zhǎng)的外生變量，然而現(xiàn)實(shí)中的貿(mào)易活動(dòng)卻是通過(guò)消耗資源和污染環(huán)境為代價(jià)換取經(jīng)濟(jì)利益[9]。

關(guān)于貿(mào)易隱含環(huán)境影響的研究，文獻(xiàn)中分析單一要素居多，如貿(mào)易隱含碳[10]、貿(mào)易虛擬水[11]、貿(mào)易隱含能[12]以及貿(mào)易隱含氮、磷、鉀[13]等等，且主要從國(guó)家層面圍繞國(guó)際貿(mào)易展開(kāi)研究。另一方面，國(guó)家內(nèi)部省際貿(mào)易隱含環(huán)境問(wèn)題受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注。王勇[14]基于全行業(yè)口徑采用水資源拓展型MRIO模型和投入產(chǎn)出表對(duì)中國(guó)八大區(qū)域間貿(mào)易虛擬水轉(zhuǎn)移情況進(jìn)行測(cè)算，發(fā)現(xiàn)虛擬水存在從缺水地區(qū)向富水地區(qū)轉(zhuǎn)移的不合理現(xiàn)象，不同區(qū)域和不同行業(yè)虛擬水轉(zhuǎn)移既有共性也有差異。Cheng等[15]使用雙邊貿(mào)易含污量模型(EEBT)分析1997—2007年?yáng)|北工業(yè)園區(qū)省際貿(mào)易隱含碳排放凈流出空間演化特征，并采用兩階段空間結(jié)構(gòu)分解法(two-stage SDA)研究得出技術(shù)水平和需求是隱含碳凈轉(zhuǎn)移主要驅(qū)動(dòng)力。

伴隨資源管理方式向“多資源”協(xié)同轉(zhuǎn)變，貿(mào)易隱含環(huán)境問(wèn)題不再囿于單一要素。如汪藝晗等[16]以“一帶一路”沿線國(guó)家糧食貿(mào)易為主體，分析其虛擬水和隱含能源流動(dòng)格局，進(jìn)一步基于網(wǎng)絡(luò)視角揭示研究國(guó)家糧食國(guó)際貿(mào)易隱含能源-水系統(tǒng)關(guān)聯(lián)。Zhang等[17]則側(cè)重分析省際電力貿(mào)易中隱含的水-能耦合關(guān)系。也有少部分研究聚焦于虛擬水、隱含能和隱含碳3種環(huán)境要素。Yang等[18]從水-能-碳耦合角度分析北京和上海分部門虛擬水、隱含能和隱含碳，將服務(wù)業(yè)確定為北京和上海水-能-碳耦合關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，認(rèn)為研究不同行業(yè)的水-能-碳耦合特征有助于緩解環(huán)境壓力。Wang等[1]基于環(huán)境投入產(chǎn)出模型測(cè)算2012年中國(guó)分行業(yè)虛擬水、隱含能和隱含碳，借助水資源間接消耗系數(shù)、能源間接消耗系數(shù)和二氧化碳間接排放系數(shù)總結(jié)貿(mào)易隱含水-能-碳耦合特征，發(fā)現(xiàn)輕工業(yè)、重工業(yè)和服務(wù)業(yè)特征相似均為貿(mào)易隱含水-能-碳密集型行業(yè)。

已有研究為厘清水-能-碳耦合關(guān)系及后續(xù)研究奠定了良好基礎(chǔ)，但仍有不足之處，主要表現(xiàn)在以下三方面:一是絕大部分研究集中在3種要素的一種或兩種，缺乏運(yùn)用系統(tǒng)觀點(diǎn)將水、能、碳納入統(tǒng)一框架的研究視角；二是對(duì)于開(kāi)放型經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)而言，環(huán)境壓力會(huì)通過(guò)供應(yīng)鏈轉(zhuǎn)移，對(duì)以商品貿(mào)易為媒介的跨區(qū)域和跨部門虛擬水、隱含能和隱含碳流動(dòng)研究較少；三是研究范圍多選擇國(guó)家層面和省市層面，針對(duì)城市群、經(jīng)濟(jì)帶的研究較少。鑒于此，本文以長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶作為研究區(qū)域，基于2017年投入產(chǎn)出表和環(huán)境投入產(chǎn)出模型計(jì)算虛擬水、隱含能和隱含碳流量，結(jié)合Spearman等級(jí)相關(guān)系數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，綜合考察各省市和全產(chǎn)業(yè)部門貿(mào)易隱含水-能-碳關(guān)聯(lián)關(guān)系，為構(gòu)建多資源綜合管理機(jī)制、推動(dòng)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

2 多區(qū)域環(huán)境投入產(chǎn)出模型構(gòu)建

2.1 貿(mào)易隱含水-能-碳耦合關(guān)系的內(nèi)在聯(lián)系

圖1是梳理學(xué)者趙榮欽等[19]和潘安[20]的觀點(diǎn)繪制的貿(mào)易視角水-能-碳耦合關(guān)系框架圖，水資源、能源和二氧化碳作為區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)和代謝產(chǎn)物，彼此之間相互聯(lián)系、相互作用。一方面，水的抽取、運(yùn)輸、使用以及污水處理等環(huán)節(jié)需要能源投入；另一方面，能源系統(tǒng)原材料開(kāi)發(fā)、加工、運(yùn)輸、廢料處理等過(guò)程也需要水資源投入。這些環(huán)節(jié)都不可避免地排放大量二氧化碳。此外，碳排放也會(huì)反作用于水系統(tǒng)與能源系統(tǒng)。例如，二氧化碳超額排放導(dǎo)致的氣候變化問(wèn)題會(huì)增加洪澇、干旱、暴雪等極端天氣發(fā)生的頻率，從而增加水資源系統(tǒng)、能源系統(tǒng)管理的復(fù)雜性。同時(shí)，貿(mào)易也會(huì)導(dǎo)致水-能-碳間接耦合。隨著商品和服務(wù)在地區(qū)間交換時(shí)，水資源、能源和二氧化碳也以調(diào)入調(diào)出貿(mào)易為媒介發(fā)生地區(qū)間轉(zhuǎn)移。因此，有必要綜合考慮貿(mào)易隱含水-能-碳耦合關(guān)系，推動(dòng)水資源、能源和二氧化碳管理方式向多要素協(xié)同管理轉(zhuǎn)變。

圖1 貿(mào)易視角水-能-碳耦合關(guān)系框架圖

2.2 多區(qū)域環(huán)境投入產(chǎn)出模型

目前關(guān)于貿(mào)易隱含環(huán)境問(wèn)題的研究方法主要包括投入產(chǎn)出模型[3]、生命周期評(píng)價(jià)[7]、物質(zhì)流[5]、生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析等。其中，多區(qū)域投入產(chǎn)出模型(multi-region input-output model, MRIO)可以刻畫區(qū)域產(chǎn)業(yè)間的相互關(guān)聯(lián)，被廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)學(xué)研究領(lǐng)域，由此延伸的環(huán)境投入產(chǎn)出方法可以建立起銜接經(jīng)濟(jì)、資源和環(huán)境的基本框架，是解決貿(mào)易隱含資源消耗和環(huán)境污染問(wèn)題的有效方法[21]。本文基于2017年中國(guó)31省份42部門多區(qū)域投入產(chǎn)出表，采用多區(qū)域投入產(chǎn)出法計(jì)算長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶貿(mào)易中虛擬水消費(fèi)量、隱含能消費(fèi)量和隱含碳排放量。

由m個(gè)行政區(qū)域n個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)部門構(gòu)成的多區(qū)域投入產(chǎn)出模型表示為

(1)

式中：x為區(qū)域總產(chǎn)出，為n×1階列向量；z表示不同區(qū)域中部門間的相互投入，為n×n階矩陣；y表示區(qū)域間的最終需求，為n×n階矩陣；e表示區(qū)域出口，為n×1階列向量。

依據(jù)MRIO表的行向平衡關(guān)系可得:

xri=∑s∑jzri,sj+∑syri,s+eri

(2)

式中：r、s為2個(gè)隨機(jī)區(qū)域；i、j為區(qū)域內(nèi)2個(gè)隨機(jī)經(jīng)濟(jì)部門；xri為r區(qū)域i部門總產(chǎn)出；zri,sj為r區(qū)域i部門向s區(qū)域j部門的中間投入；yri,s為s區(qū)域?qū)區(qū)域i部門的最終需求；eri為r區(qū)域i部門的出口。

令ari,sj=zri,sj/xsj表示某個(gè)部門單位產(chǎn)出對(duì)其他部門的直接消耗，即直接消耗系數(shù)，則式(2)可以表示為

xri=∑s∑jari,sjxsj+∑syri,s+eri

(3)

令X=(xri)為總產(chǎn)出矩陣；A為直接消耗系數(shù)矩陣；Y=(∑syri,s)為最終需求矩陣；E=(eri)為出口矩陣，則上式表示為

X=AX+Y+E

(4)

移項(xiàng)得：

X=(I-A)-1(Y+E)

(5)

式中：I為單位矩陣；(I-A)-1為列昂惕夫逆矩陣，又稱完全需求矩陣。

此外，生產(chǎn)單位產(chǎn)品消耗的水、能源和二氧化碳分別為

(6)

(7)

(8)

式中：fW、fN、fC分別為水資源消耗系數(shù)、能源消費(fèi)系數(shù)和碳排放系數(shù)，指部門單位產(chǎn)值對(duì)水、能源消費(fèi)量和碳排放量；wri,Nri,Cri分別為r地區(qū)i部門單位產(chǎn)出消費(fèi)的水資源、能源和排放的二氧化碳量。

嵌入水資源、能源和二氧化碳環(huán)境要素，將價(jià)值型多區(qū)域投入產(chǎn)出模型拓展成環(huán)境多區(qū)域投入產(chǎn)出模型：

(9)

(10)

(11)

式中：＾表示對(duì)角矩陣；FW、FN、FC分別為分部門水資源消耗系數(shù)列向量、能源消費(fèi)系數(shù)列向量和碳排放系數(shù)列向量；HW、HN、HC分別為由于最終產(chǎn)品消費(fèi)通過(guò)貿(mào)易導(dǎo)致的區(qū)域內(nèi)用水矩陣、能源消費(fèi)矩陣和二氧化碳排放矩陣。因此，區(qū)域r的虛擬水、隱含能和隱含碳計(jì)算公式如下：

(12)

(13)

式中：T為區(qū)域r調(diào)出貿(mào)易隱含要素矩陣；P為區(qū)域r調(diào)入貿(mào)易隱含要素矩陣。則省際貿(mào)易中虛擬水、隱含能和隱含碳轉(zhuǎn)移平衡量(凈調(diào)出量)為

B=T-P

(14)

2.3 Spearman等級(jí)相關(guān)系數(shù)

相關(guān)分析方法能直觀量化要素耦合關(guān)系，已被廣泛應(yīng)用于水-能-碳耦合關(guān)系研究中，主要包括Pearson積差相關(guān)系數(shù)和Spearman等級(jí)相關(guān)系數(shù)[3,22-23]。前者用于度量符合正態(tài)分布的隨機(jī)變量之間線性關(guān)系的強(qiáng)弱，后者屬于非參數(shù)檢驗(yàn)方法，適用范圍更廣。因此本文參考Chhipi-Shrestha等[22]和Tian等[3]的方法，應(yīng)用基于IBM SPSS Statistics的Spearman 等級(jí)相關(guān)系數(shù) (ρ) 來(lái)度量虛擬水、隱含能和隱含碳的耦合關(guān)系。當(dāng)相關(guān)系數(shù)顯著且為正表示要素之間存在正相關(guān)關(guān)系，為負(fù)表示存在負(fù)相關(guān)關(guān)系；不顯著則表示要素間相互獨(dú)立。

3 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

a.多區(qū)域投入產(chǎn)出表。采用2017年中國(guó)31省份(因數(shù)據(jù)原因，臺(tái)灣地區(qū)、香港和澳門特別行政區(qū)未列入研究范圍)42部門多區(qū)域投入產(chǎn)出表，該表由中國(guó)碳核算數(shù)據(jù)庫(kù)(CEADs)編制完成。為方便研究，根據(jù)Guo等[24]的行業(yè)分類標(biāo)準(zhǔn)將42個(gè)部門合并成17個(gè)部門，如表1所示包含1個(gè)第一產(chǎn)業(yè)部門、13個(gè)第二產(chǎn)業(yè)部門和3個(gè)第三產(chǎn)業(yè)部門。

表1 我國(guó)17部門行業(yè)分類標(biāo)準(zhǔn)

b.分部門水資源消費(fèi)數(shù)據(jù)。農(nóng)業(yè)部門用水?dāng)?shù)據(jù)直接采用《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》中的農(nóng)業(yè)用水總量；由于沒(méi)有官方公布的細(xì)分部門用水?dāng)?shù)據(jù)，分部門工業(yè)用水?dāng)?shù)據(jù)通過(guò)間接推算得到[25]。基于2008年《中國(guó)經(jīng)濟(jì)普查年鑒》中的分部門水消費(fèi)數(shù)據(jù)，將地區(qū)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)率作為水資源使用增長(zhǎng)率，間接獲得地區(qū)分部門工業(yè)用水?dāng)?shù)據(jù)，并根據(jù)各地區(qū)當(dāng)年工業(yè)部門實(shí)際用水總量進(jìn)行調(diào)整；分部門服務(wù)業(yè)用水?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算過(guò)程與工業(yè)部門相同。

c.分部門能源消費(fèi)數(shù)據(jù)和分部門碳排放數(shù)據(jù)。來(lái)自中國(guó)碳核算數(shù)據(jù)庫(kù)(CEADs)，為便于研究，參照《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒(2018)》[26]中各種能源折標(biāo)煤參考系數(shù)將能源消費(fèi)量統(tǒng)一為標(biāo)準(zhǔn)煤?jiǎn)挝?。為與投入產(chǎn)出表時(shí)間一致，本文使用的數(shù)據(jù)均為2017年數(shù)據(jù)。此外，由于缺少西藏能源消費(fèi)和碳排放數(shù)據(jù)，本文使用Shan等[27]測(cè)算的2014年西藏能源消費(fèi)和碳排放數(shù)據(jù)作為替代。

4 長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶省際貿(mào)易隱含水-能-碳耦合關(guān)系分析

4.1 分地區(qū)分析

基于前文闡述的環(huán)境投入產(chǎn)出模型和與之匹配的水資源、能源及碳排放數(shù)據(jù)，首先對(duì)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶各省市調(diào)出、調(diào)入貿(mào)易中的虛擬水消費(fèi)量、隱含能消費(fèi)量和隱含碳排放量進(jìn)行計(jì)算(表2)。

表2 長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶各省市虛擬水、隱含能和隱含碳流量

如表2所示，從各省市表現(xiàn)來(lái)看，虛擬水調(diào)出最多的省份是江蘇(161.95億m3)，占長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶虛擬水總調(diào)出量的23.29%。其次是江西(97.33億m3)和安徽(93.38億m3)。虛擬水調(diào)入最多的省份是浙江(246.36億m3)、江蘇(139.66億m3)和重慶(55.96億m3)，三者合計(jì)調(diào)入虛擬水量占長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶調(diào)入總量的57.88%。隱含能、隱含碳調(diào)出調(diào)入中，浙江、江蘇為重點(diǎn)省份，它們調(diào)入了超過(guò)半數(shù)的隱含能和隱含碳。在貿(mào)易隱含水-能-碳平衡方面，虛擬水凈調(diào)入最多的省市為浙江、重慶、四川和上海，隱含能凈調(diào)入最多的省市為浙江、江蘇、重慶和四川，隱含碳凈調(diào)入最多的省市為浙江、江蘇、重慶和上海。虛擬水、隱含能和隱含碳凈流入的省市為長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，它們通過(guò)貿(mào)易從其他地區(qū)調(diào)入水資源密集型、能源密集型和碳密集型產(chǎn)品滿足自身消費(fèi)?？梢园l(fā)現(xiàn)，不同省市的虛擬水、隱含能、隱含碳在調(diào)入、調(diào)出貿(mào)易和貿(mào)易平衡情景下的量級(jí)排序既有重合也有差別，因此有必要進(jìn)一步探究它們之間的內(nèi)在關(guān)系。

結(jié)合Spearman等級(jí)相關(guān)系數(shù)可以進(jìn)一步分析長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶各省市貿(mào)易隱含水-能-碳耦合關(guān)系。如圖2和圖3所示，長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶11省市調(diào)出與調(diào)入貿(mào)易中虛擬水、隱含能和隱含碳均呈顯著正相關(guān)關(guān)系，意味著虛擬水消耗量越大的地區(qū)通常對(duì)應(yīng)于更多的隱含能消費(fèi)和隱含碳排放。調(diào)出貿(mào)易中，虛擬水和隱含能相關(guān)系數(shù)為0.627，在0.01置信水平上顯著正相關(guān)；虛擬水和隱含碳相關(guān)系數(shù)為0.736，在0.01置信水平上顯著正相關(guān)；隱含能和隱含碳相關(guān)系數(shù)為0.882，在0.01置信水平上顯著正相關(guān)。調(diào)入貿(mào)易比調(diào)出貿(mào)易呈現(xiàn)更強(qiáng)的水-能-碳相關(guān)性，其各項(xiàng)相關(guān)系數(shù)分別為0.864，0.836和0.900,同樣在0.01置信水平上顯著。此外對(duì)比3項(xiàng)系數(shù)，隱含能、隱含碳相關(guān)性更強(qiáng)，表明區(qū)域間貿(mào)易中高能耗和高碳排放密切相關(guān)，因此應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶中資源型城市貿(mào)易活動(dòng)帶來(lái)的碳排放問(wèn)題。

(a) 水能耦合關(guān)系

(b) 水碳耦合關(guān)系

(c) 能碳耦合關(guān)系注：n為樣本量，ρ為Spearman等級(jí)相關(guān)系數(shù)，**表示相關(guān)性在0.01 置信水平上顯著，下同。圖2 長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶各省市調(diào)出貿(mào)易水-能-碳耦合關(guān)系

(a) 水能耦合關(guān)系

(b) 水碳耦合關(guān)系

(c) 能碳耦合關(guān)系圖3 長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶各省市調(diào)入貿(mào)易水-能-碳耦合關(guān)系

4.2 分部門分析

根據(jù)表1的部門劃分方法，可以計(jì)算出長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶11省市分部門虛擬水消費(fèi)量、隱含能消費(fèi)量和隱含碳排放量，其中正值為省際調(diào)入貿(mào)易，負(fù)值為省際調(diào)出貿(mào)易。

圖4展示了各省市分部門虛擬水情況，省際調(diào)入貿(mào)易中，農(nóng)業(yè)部門(S1)是虛擬水流入主要來(lái)源，占長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶虛擬水流入總量的20.89%。其次是建筑業(yè)(S14)以及食品和煙草業(yè)(S3)，占比為18.44%和14.38%。省際調(diào)出貿(mào)易中，農(nóng)業(yè)部門(S1)同樣是最大的虛擬水流出部門，占調(diào)出總量的59.27%，緊隨其后的是電力、熱力、燃?xì)饧八纳a(chǎn)供應(yīng)業(yè)(S13)和化學(xué)產(chǎn)品部門(S8)。值得一提的是其他服務(wù)業(yè)(S17)省際調(diào)入貿(mào)易虛擬水量級(jí)排序同樣比較靠前。作為最大的虛擬水流動(dòng)省份，江蘇超過(guò)60%的流量來(lái)自農(nóng)業(yè)(S1)、電力、熱力、燃?xì)饧八纳a(chǎn)供應(yīng)業(yè)(S13)和建筑業(yè)(S14)。此外，除上述重要部門外，浙江民營(yíng)制造業(yè)企業(yè)數(shù)量眾多，其他制造業(yè)(S12)也需要調(diào)入大量虛擬水。

圖4 長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶各省市分部門虛擬水消費(fèi)情況

圖5為各省市分部門隱含能消費(fèi)量，與虛擬水流動(dòng)相比，各部門隱含能流動(dòng)分布比較平均。省際調(diào)入貿(mào)易中，建筑業(yè)(S14)、機(jī)械設(shè)備制造業(yè)(S11)和其他服務(wù)業(yè)(S17)隱含能流入最多，占長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶隱含能調(diào)入總量的比例分別為33.41%、18.95%和15.30%。省際調(diào)出貿(mào)易中，金屬制品、金屬冶煉和壓延加工業(yè)(S10)、交通運(yùn)輸倉(cāng)儲(chǔ)和郵電通信業(yè)(S15)和電力、熱力、燃?xì)饧八纳a(chǎn)供應(yīng)業(yè)(S13)隱含能流出最多，占調(diào)出總量的比例分別為21.82%、15.89%和14.99%。同樣，對(duì)于浙江而言，其他制造業(yè)(S12)也調(diào)入了大量隱含能。

圖5 長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶各省市分部門隱含能源消費(fèi)量

圖6為各省市分部門隱含碳排放量，其中省際調(diào)入貿(mào)易隱含碳排放部門量級(jí)排序與隱含能一致，建筑業(yè)(S14)、機(jī)械設(shè)備制造業(yè)(S11)和其他服務(wù)業(yè)(S17)也是隱含碳流入最多的三大部門，占長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶隱含碳調(diào)入總量的比例為36.24%、17.99%和14.62%。調(diào)出貿(mào)易隱含碳排放中，電力、熱力、燃?xì)饧八纳a(chǎn)供應(yīng)業(yè)(S13)、金屬制品、金屬冶煉和壓延加工業(yè)(S10)和非金屬礦物制品業(yè)(S9)占比較大，合計(jì)占長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶隱含碳調(diào)出總量的比例高達(dá)75.46%。

圖6 長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶各省市分部門隱含碳排放量

長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶各省市分部門虛擬水、隱含能及隱含碳流動(dòng)情況表明，農(nóng)業(yè)部門(S1)是虛擬水調(diào)出調(diào)入關(guān)鍵部門，建筑業(yè)(S14)是隱含能調(diào)出調(diào)入關(guān)鍵部門，電力、熱力、燃?xì)饧八纳a(chǎn)供應(yīng)業(yè)(S13)是隱含碳調(diào)出調(diào)入關(guān)鍵部門。對(duì)于浙江，還應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注其他制造業(yè)(S12)調(diào)入的隱含能、隱含碳。

為進(jìn)一步探究長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶不同產(chǎn)業(yè)部門貿(mào)易隱含水-能-碳耦合關(guān)系，表3和表4給出三大主要產(chǎn)業(yè)調(diào)出貿(mào)易與調(diào)入貿(mào)易隱含水-能-碳Spearman等級(jí)相關(guān)系數(shù)。調(diào)出貿(mào)易中，第一產(chǎn)業(yè)水-能耦合關(guān)系與水-碳耦合關(guān)系不顯著，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)活動(dòng)虛擬水消費(fèi)與隱含能消費(fèi)、隱含碳排放無(wú)關(guān)，符合農(nóng)業(yè)是我國(guó)能耗最低的領(lǐng)域的現(xiàn)實(shí)情況。而第一產(chǎn)業(yè)隱含能消費(fèi)與隱含碳排放顯著正相關(guān)，且相關(guān)系數(shù)高于二、三產(chǎn)業(yè)，表明農(nóng)業(yè)部門排放的二氧化碳主要來(lái)自能源消費(fèi)。重工業(yè)主導(dǎo)的第二產(chǎn)業(yè)擁有高能耗、高排放的產(chǎn)業(yè)特質(zhì)，貿(mào)易隱含水-能-碳耦合關(guān)系顯著正相關(guān)。第三產(chǎn)業(yè)貿(mào)易隱含水-能-碳耦合關(guān)系同樣顯著相關(guān)，但是水-能、水-碳相關(guān)系數(shù)為負(fù)，表明產(chǎn)業(yè)活動(dòng)虛擬水消費(fèi)越多，則隱含能消費(fèi)越少，隱含碳排放越少，這與第三產(chǎn)業(yè)用水量大、能源消耗低、污染輕的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有關(guān)。調(diào)入貿(mào)易方面，三大主要產(chǎn)業(yè)貿(mào)易隱含水-能-碳耦合關(guān)系均呈顯著正相關(guān)，且二產(chǎn)隱含水-能-碳相關(guān)性最強(qiáng)。此外，貿(mào)易隱含能-碳相關(guān)性系數(shù)始終最大，推動(dòng)能源消費(fèi)低碳化勢(shì)在必行。同時(shí)，長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶也應(yīng)著手調(diào)整優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)，提高第三產(chǎn)業(yè)比重，以推動(dòng)節(jié)水節(jié)能減排。

表3 長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶三大主要產(chǎn)業(yè)調(diào)出貿(mào)易隱含水-能-碳耦合關(guān)系

4.3 貿(mào)易隱含水-能-碳耦合特征分析

基于前文分析，虛擬水、隱含能和隱含碳在長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶不同省市和不同部門間兩兩呈現(xiàn)顯著相關(guān)性，從而可以根據(jù)要素在不同省市的凈調(diào)出與凈調(diào)入情況將長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶11省市分為3類，以揭示水-能-碳耦合特征。表5給出了水-能-碳貿(mào)易平衡視角的省市分類情況。

表5 根據(jù)水-能-碳貿(mào)易平衡的長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶省市分類

類別Ⅰ典型省份為貴州，其特征為貿(mào)易隱含水-能-碳凈調(diào)出，它向長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶內(nèi)其他省市調(diào)出大量虛擬水、隱含能和隱含碳。在長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶中，貴州位于產(chǎn)業(yè)鏈最底層，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)和能源工業(yè)發(fā)達(dá)，在省際貿(mào)易中為長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶內(nèi)其他發(fā)達(dá)省市提供低附加值水資源、能源密集型貿(mào)易產(chǎn)品，并排放大量二氧化碳。

類別Ⅱ包含江蘇、安徽、江西、湖北、湖南和云南6個(gè)省份，其特征為貿(mào)易隱含水-能-碳流動(dòng)不一致。此外，6個(gè)省份還可繼續(xù)細(xì)分為3類。其中，江蘇、安徽及湖南為一類，它們的水-能-碳耦合特征接近類別Ⅲ，虛擬水、隱含能和隱含碳流動(dòng)體量大，虛擬水流動(dòng)產(chǎn)生差異的原因可能是江蘇、安徽和湖南農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)，作為產(chǎn)糧大省糧食貿(mào)易發(fā)達(dá)，從而導(dǎo)致調(diào)出到長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶內(nèi)其余省市的虛擬水量超過(guò)調(diào)入量。江西和湖北為一類，它們的隱含能和隱含碳調(diào)出量、調(diào)入量差別不大，處于隱含能和隱含碳調(diào)入調(diào)出基本平衡狀態(tài)。云南為一類，其水-能-碳耦合特征與類別Ⅰ相似，虛擬水、隱含能、隱含碳流動(dòng)量很少，與長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶其他省市貿(mào)易往來(lái)較少。

類別Ⅲ包含上海、浙江、四川和重慶4個(gè)省市，特征為貿(mào)易隱含水-能-碳凈調(diào)入，它們大量消費(fèi)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶內(nèi)其他城市調(diào)出的虛擬水、隱含能和隱含碳以滿足自身發(fā)展。上海和浙江經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，發(fā)展重心傾向于制造業(yè)和服務(wù)業(yè)，而四川擁有高質(zhì)量的電子信息制造業(yè)和發(fā)達(dá)的旅游業(yè)。重慶作為直轄市，較上游其他省市工業(yè)和服務(wù)業(yè)發(fā)達(dá)。這4個(gè)省市二、三產(chǎn)業(yè)并重發(fā)展，在省際貿(mào)易中，它們通過(guò)消費(fèi)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶內(nèi)其他省市提供的水資源、能源密集型初級(jí)產(chǎn)品創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)收益，且碳排放污染少。

綜上，長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶內(nèi)貿(mào)易隱含水-能-碳流動(dòng)時(shí)，上海、浙江、江蘇等發(fā)達(dá)省市憑借產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)將隱含水-能-碳?jí)毫D(zhuǎn)嫁到貴州、云南等欠發(fā)達(dá)省市，針對(duì)這種環(huán)境不公平現(xiàn)象，發(fā)達(dá)省市應(yīng)當(dāng)承擔(dān)轉(zhuǎn)移到其他地區(qū)的資源消耗和環(huán)境污染責(zé)任。

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

a.分區(qū)域看，長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶中江蘇、浙江是虛擬水、隱含能和隱含碳流動(dòng)關(guān)鍵省份。各省市省際貿(mào)易中虛擬水、隱含能和隱含碳兩兩呈顯著正相關(guān)關(guān)系，且隱含能、隱含碳相關(guān)性最強(qiáng)。虛擬水、隱含能和隱含碳流動(dòng)格局與各省市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相關(guān)，江蘇、浙江、上海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，通過(guò)貿(mào)易調(diào)入自身發(fā)展所需的農(nóng)產(chǎn)品、原材料等，而貴州等欠發(fā)達(dá)地區(qū)與其他省市貿(mào)易往來(lái)不頻繁，同時(shí)大量調(diào)出水資源、能源和碳密集型產(chǎn)品。

b.分部門看，農(nóng)業(yè)是虛擬水流動(dòng)關(guān)鍵部門，建筑業(yè)是隱含能流動(dòng)關(guān)鍵部門，電力、熱力、燃?xì)饧八纳a(chǎn)供應(yīng)業(yè)是隱含碳流動(dòng)關(guān)鍵部門。對(duì)于浙江，還應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注其他制造業(yè)調(diào)入的隱含能、隱含碳。三大主要產(chǎn)業(yè)虛擬水、隱含能和隱含碳相關(guān)性與產(chǎn)業(yè)特質(zhì)有關(guān)，除第一產(chǎn)業(yè)外，二、三產(chǎn)中虛擬水、隱含能和隱含碳兩兩顯著相關(guān)，且第二產(chǎn)業(yè)相關(guān)性最強(qiáng)。

c.虛擬水、隱含能和隱含碳在區(qū)域和部門中兩兩顯著相關(guān)，根據(jù)貿(mào)易隱含水-能-碳耦合特征，長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶11省市可分為3類：上海、浙江等為一類，其耦合特征為貿(mào)易隱含水-能-碳凈調(diào)入；貴州為一類，其特征為貿(mào)易隱含水-能-碳凈調(diào)出；云南、江西等為一類，其耦合特征為貿(mào)易隱含水-能-碳流動(dòng)不一致。產(chǎn)生差異的原因在于各省市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同，發(fā)達(dá)省市存在憑借產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)將隱含水-能-碳?jí)毫D(zhuǎn)嫁到欠發(fā)達(dá)省市的不公平現(xiàn)象。

5.2 建議

a.應(yīng)注重關(guān)鍵地區(qū)、關(guān)鍵部門資源使用效率升級(jí)和碳減排目標(biāo)落實(shí)。長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶作為重要的內(nèi)河流域經(jīng)濟(jì)帶，省際貿(mào)易往來(lái)頻繁對(duì)水資源、能源依存度較高，并伴隨二氧化碳過(guò)度排放，且資源消耗和碳排放主要集中在少數(shù)幾個(gè)地區(qū)和行業(yè)。因此，不同地區(qū)、部門在節(jié)約資源和減少二氧化碳排放上承擔(dān)的責(zé)任并不相同，江蘇、浙江作為虛擬水、隱含能和隱含碳流動(dòng)關(guān)鍵地區(qū)，應(yīng)當(dāng)是政策引導(dǎo)節(jié)水節(jié)能減排的重點(diǎn)區(qū)域。而農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)和電力、熱力、燃?xì)饧八纳a(chǎn)供應(yīng)業(yè)是推進(jìn)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶綠色發(fā)展重點(diǎn)行業(yè)。

b.長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶各省市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)亟待優(yōu)化。貴州等欠發(fā)達(dá)地區(qū)以傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)為主，大量調(diào)出水資源密集型產(chǎn)品，可大力發(fā)展節(jié)水型農(nóng)業(yè)，同時(shí)調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)向二、三產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)；上海、浙江等發(fā)達(dá)地區(qū)應(yīng)調(diào)整能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)低碳化、綠色化發(fā)展。同時(shí)，在制訂節(jié)水節(jié)能減排目標(biāo)時(shí)，應(yīng)深入考慮地區(qū)和產(chǎn)業(yè)間的水-能-碳耦合關(guān)系，使政策制訂更加科學(xué)化。

c.長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶各省市應(yīng)加強(qiáng)節(jié)水節(jié)能減碳和環(huán)境保護(hù)方面的合作，促進(jìn)區(qū)域協(xié)作節(jié)水節(jié)能減排機(jī)制落實(shí)，由發(fā)達(dá)省市向欠發(fā)達(dá)省市提供技術(shù)、資金等方面的支持，以緩解當(dāng)前由貿(mào)易傳導(dǎo)的環(huán)境不公平現(xiàn)象，形成綠色可持續(xù)的貿(mào)易格局。