楊志峰，支 援，尹心安

(北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京 100875)

水資源是基礎(chǔ)性的自然資源，是生態(tài)環(huán)境的一種控制性因素，同時(shí)也是戰(zhàn)略性的經(jīng)濟(jì)資源，是國(guó)家和地區(qū)綜合實(shí)力的有機(jī)組成部分［1］。人類活動(dòng)離不開水資源，水資源的合理開發(fā)和充分利用，關(guān)系到人類發(fā)展的切身利益。全世界人口增長(zhǎng)、城市化進(jìn)程推進(jìn)、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)總體不斷增長(zhǎng)以及隨之而來(lái)的大量用水和水生態(tài)環(huán)境破壞，使得水資源緊缺問(wèn)題日益凸顯。水資源短缺正成為制約區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。目前全球43個(gè)國(guó)家共約7億人正面臨著水資源短缺的問(wèn)題［2］。解決水資源短缺問(wèn)題，主要有2種方法:一種是從實(shí)體水資源角度出發(fā)，利用水資源分配政策規(guī)劃、水利工程調(diào)水、海水淡化、污水回用、改進(jìn)用水效率等手段實(shí)現(xiàn)水資源的開源節(jié)流及再分配;另一種是通過(guò)商品貿(mào)易實(shí)現(xiàn)虛擬水的調(diào)度。研究表明，實(shí)體水的增加供應(yīng)、優(yōu)化分配和節(jié)約使用等手段尚不能完全解決缺水地區(qū)的用水問(wèn)題，還需要從虛擬水的角度配合解決［3-4］。因此，對(duì)虛擬水展開研究，探索、建立和發(fā)展相關(guān)原則和方法來(lái)指導(dǎo)虛擬水的合理調(diào)度，對(duì)水資源的可持續(xù)分配和使用顯得尤為重要。本文將解析虛擬水及其相關(guān)概念的內(nèi)涵，明晰不同類型虛擬水的核算方法，并在系統(tǒng)梳理國(guó)內(nèi)外虛擬水研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，展望未來(lái)研究發(fā)展趨勢(shì)，以期推動(dòng)虛擬水研究的進(jìn)一步深化。

1 虛擬水及相關(guān)概念

虛擬水(virtual water)概念由 Allan［5］提出，用以描述生產(chǎn)產(chǎn)品或服務(wù)過(guò)程中消耗的水資源量。虛擬水與真實(shí)意義上的水并不相同，它是指產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中消耗的水，以虛擬的形式包含在產(chǎn)品中，又稱體現(xiàn)水、嵌入水、看不見的水。例如，生產(chǎn)1kg蘋果需要消耗822L水，則1 kg蘋果的虛擬水含量為822 L［5-10］。虛擬水概念的提出，為解決水資源短缺問(wèn)題提供了新的研究視角:①虛擬水豐富和拓展了傳統(tǒng)水資源的觀念，有利于在經(jīng)濟(jì)全球化、管理集中聯(lián)合化的背景下評(píng)估水資源利用情況、破解水資源的制約問(wèn)題;②虛擬水可以更好地把經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和水資源承載能力納入統(tǒng)一的研究體系，對(duì)協(xié)調(diào)水資源配置格局與經(jīng)濟(jì)發(fā)展格局具有戰(zhàn)略指導(dǎo)意義;③虛擬水依托于經(jīng)濟(jì)貿(mào)易中的產(chǎn)品和服務(wù)，更加強(qiáng)調(diào)市場(chǎng)在資源配置中的重要作用，有利于通過(guò)成本效益驅(qū)動(dòng)改變傳統(tǒng)的用水模式、用水習(xí)慣和用水理念，實(shí)現(xiàn)水資源利用效率的長(zhǎng)遠(yuǎn)優(yōu)化。

隨著虛擬水研究日益深入，研究領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，與虛擬水相關(guān)的概念也隨之產(chǎn)生，如單位價(jià)值產(chǎn)品虛擬水含量、虛擬水進(jìn)口量和出口量、虛擬水流動(dòng)等。在虛擬水研究基礎(chǔ)上，Hoekstra等［11-12］類比生態(tài)足跡的概念，提出了水足跡概念，它是指一個(gè)地區(qū)的人們消費(fèi)的產(chǎn)品和服務(wù)中所包含的全部直接和間接的水資源量(即這些產(chǎn)品和服務(wù)所蘊(yùn)含的虛擬水)。水足跡概念可用于評(píng)價(jià)區(qū)域的水資源承載能力以及對(duì)外的依賴程度，描述水資源安全情況。Hoekstra等［13］進(jìn)一步深化了水足跡的概念，將其劃分為綠水足跡、藍(lán)水足跡與灰水足跡:綠水足跡是生產(chǎn)過(guò)程中(主要指農(nóng)產(chǎn)品)消耗的土壤中的雨水量;藍(lán)水足跡指在產(chǎn)品和服務(wù)生產(chǎn)過(guò)程中消耗的地表水與地下水量;灰水足跡是指將商品和服務(wù)生產(chǎn)過(guò)程中所排放的污水稀釋、消解到某一水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)所需要投入的水資源量。據(jù)此，有研究者也提出了與之相似的綠色虛擬水、藍(lán)色虛擬水和灰色虛擬水的概念［14］?？梢钥闯?，水足跡與虛擬水概念的含義相近，很多情況下產(chǎn)品水足跡和產(chǎn)品蘊(yùn)含的虛擬水可以換用，人們?cè)谘芯繀^(qū)域內(nèi)生產(chǎn)和消費(fèi)活動(dòng)對(duì)水資源的消耗時(shí)，常使用水足跡這一概念;而在研究跨區(qū)域消費(fèi)和貿(mào)易中蘊(yùn)含的水資源消耗行為時(shí)，常采用虛擬水這一概念［15-20］。

在水資源利用的定義方面，虛擬水和水足跡描述的都是產(chǎn)品和服務(wù)生產(chǎn)過(guò)程中的耗水量，而非用水量。用水量(水資源的使用量)與耗水量的含義不同:前者是指分配給一定區(qū)域內(nèi)用戶的水量;后者是指用水量在用水過(guò)程中，通過(guò)居民和牲畜飲水、土壤吸收、蒸發(fā)蒸騰、管網(wǎng)損失、隨產(chǎn)品帶走等多種途徑消耗掉而不能返回到地表或地下水體的水量［21］。在水資源規(guī)劃、配置和管理工作中，衡量、評(píng)價(jià)區(qū)域水資源供給能力時(shí)，經(jīng)常需要比較用水量與區(qū)域可供水量(指各種水源工程可為用水戶提供的水量)是否匹配、是否能夠?qū)崿F(xiàn)水資源的可持續(xù)利用［21-23］。Morillo 等［24］據(jù)此指出，從供需角度分析用水量與可供水量，將全部用水量納入虛擬水計(jì)算很有必要，因?yàn)橛盟康南喈?dāng)一部分難以在供水區(qū)域內(nèi)再次被利用，只考慮耗水量而不考慮用水量可能造成對(duì)用水情況的低估，這一研究角度對(duì)水資源壓力大、供水能力有限的缺水區(qū)域尤為關(guān)鍵。Morillo等［24］擴(kuò)展了虛擬水的定義，在其研究中將虛擬水視為在產(chǎn)品或服務(wù)生產(chǎn)過(guò)程中的用水量而非耗水量。因此，在虛擬水的研究中，可以根據(jù)研究、規(guī)劃的實(shí)際需求和不同目的，選擇調(diào)整虛擬水的含義范圍。

2 虛擬水研究進(jìn)展

目前國(guó)內(nèi)外有關(guān)虛擬水的研究主要圍繞產(chǎn)品虛擬水核算、區(qū)域虛擬水貿(mào)易評(píng)估、虛擬水變化機(jī)制分析3個(gè)方面開展。

2．1 產(chǎn)品虛擬水核算

虛擬水核算的研究對(duì)象既可以是生產(chǎn)鏈中的某一中間產(chǎn)品或最終產(chǎn)品所含的虛擬水，也可以是消費(fèi)者或生產(chǎn)者所消費(fèi)或產(chǎn)出的所有產(chǎn)品所含的虛擬水，還可以分析不同空間尺度研究區(qū)(如產(chǎn)業(yè)園區(qū)、流域、地區(qū)、行政區(qū)、國(guó)家或者全球)和不同時(shí)間范圍內(nèi)的虛擬水(表1)。

在方法層面，不同的虛擬水概念具有相應(yīng)的虛擬水核算方法。因?yàn)檗r(nóng)業(yè)往往是經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中耗水最多的部門，而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)耗水主要是植物蒸騰，因此核算農(nóng)產(chǎn)品虛擬水的研究利用農(nóng)學(xué)、植物學(xué)公式計(jì)算植物蒸騰水量或?qū)嵉販y(cè)量植物的蒸騰量作為農(nóng)產(chǎn)品所含的虛擬水［7，9，25］。Zhao 等［26］開發(fā)了利用地理信息系統(tǒng)計(jì)算和預(yù)測(cè)農(nóng)產(chǎn)品虛擬水的方法，并預(yù)測(cè)了中國(guó)2030年、2050年及2090年的水稻、小麥和玉米的虛擬水含量。Morillo等［24］擴(kuò)展了農(nóng)產(chǎn)品虛擬水的范圍，認(rèn)為土地整理、除霜等農(nóng)藝措施的用水也應(yīng)當(dāng)計(jì)入農(nóng)產(chǎn)品虛擬水含量中。這類核算方法主要考慮農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的直接用水，忽略了產(chǎn)業(yè)鏈上中間產(chǎn)品(供應(yīng)給其他生產(chǎn)者的產(chǎn)品)的虛擬水。例如根據(jù)虛擬水的定義，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中所使用的化肥、農(nóng)藥的生產(chǎn)所使用的水資源，也應(yīng)當(dāng)計(jì)入農(nóng)產(chǎn)品的虛擬水中［13］。由于農(nóng)業(yè)自身的用水量遠(yuǎn)大于這些中間產(chǎn)品的用水量，對(duì)農(nóng)業(yè)虛擬水的研究可以近似地忽略中間產(chǎn)品的虛擬水。但是，分析工業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品和服務(wù)的虛擬水含量時(shí)，由于工業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)各部門之間用水差距不像農(nóng)業(yè)和其他部門的用水差距那么大，蘊(yùn)含在其中間產(chǎn)品的虛擬水并不像農(nóng)業(yè)部門那樣遠(yuǎn)小于生產(chǎn)過(guò)程中的直接用水量，因此對(duì)于工業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)而言，有必要對(duì)中間產(chǎn)品所含的虛擬水進(jìn)行核算。

表1 部分產(chǎn)品虛擬水核算研究

目前定量研究中間產(chǎn)品和最終產(chǎn)品(供應(yīng)給消費(fèi)者的產(chǎn)品)所含虛擬水的方法主要有兩類，分別是以生產(chǎn)樹法為代表的自下而上的方法和以投入產(chǎn)出法為代表的自上而下的方法［8，18，27］。生產(chǎn)樹法主要用于計(jì)算特定生產(chǎn)部門的產(chǎn)品水足跡，它是將最終產(chǎn)品生產(chǎn)鏈上的各個(gè)環(huán)節(jié)用水進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與累加［13，28-31］。例如，對(duì)于第三產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，其直接耗水與農(nóng)業(yè)相比相對(duì)較小，但第三產(chǎn)業(yè)服務(wù)的提供需要使用大量工農(nóng)業(yè)中間產(chǎn)品，間接拉動(dòng)了水資源的使用［32-34］。生產(chǎn)樹這類自下而上的方法需要供應(yīng)鏈上詳細(xì)的產(chǎn)品和服務(wù)數(shù)據(jù)，能夠詳細(xì)地反映某一部門或企業(yè)各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的用水情況，而忽略了部分產(chǎn)業(yè)部門間的網(wǎng)絡(luò)作用關(guān)系。因此這類自下而上的方法主要用于分析某一重要部門或企業(yè)的虛擬水，而在同時(shí)核算多個(gè)產(chǎn)業(yè)部門的產(chǎn)品虛擬水時(shí)，會(huì)產(chǎn)生用水責(zé)任劃定不清、漏算或重復(fù)計(jì)算的風(fēng)險(xiǎn)，特別是難以分析“機(jī)械制造業(yè)為電力部門提供機(jī)械，電力部門又為機(jī)械制造業(yè)提供電力”這種循環(huán)式供應(yīng)關(guān)系中的虛擬水流動(dòng)情況［35-36］。

以投入產(chǎn)出法為代表的自上而下的方法，是在全面核算多個(gè)產(chǎn)業(yè)部門最終產(chǎn)品的虛擬水含量(水足跡)時(shí)常用的研究方法。投入產(chǎn)出方法由Leontief［37］提出，利用國(guó)民經(jīng)濟(jì)投入產(chǎn)出表來(lái)分析產(chǎn)業(yè)網(wǎng)絡(luò)中各部門之間直接和間接的誘發(fā)效果，可以計(jì)算所有直接、間接地包含于產(chǎn)品消費(fèi)中的資源使用［38-43］。自上而下的方法與自下而上的方法相比，雖然不能提供某一部門具體各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的用水情況，但能夠全面分析互相關(guān)聯(lián)的多個(gè)產(chǎn)業(yè)部門各自的虛擬水情況，準(zhǔn)確劃分用水責(zé)任，漏算或重復(fù)計(jì)算的風(fēng)險(xiǎn)低。該類方法依賴于建立全面的部門原料與產(chǎn)品輸入與輸出網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，常需要依托于生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)建模、投入產(chǎn)出統(tǒng)計(jì)等前期工作。有部分研究對(duì)投入產(chǎn)出法進(jìn)行了拓展［19，44-46］，提出了利用混合投入產(chǎn)出法計(jì)算各部門輸入的中間產(chǎn)品水足跡，更加清晰地描述了部分中間產(chǎn)品與最終產(chǎn)品的虛擬水關(guān)系。陳錫康等［39］認(rèn)為投入產(chǎn)出法只考慮了各部門的投入與產(chǎn)出，而沒(méi)有考慮占用的部分，據(jù)此提出了投入占用產(chǎn)出法，此方法將占用品的虛擬水也進(jìn)行了計(jì)算。

在實(shí)踐應(yīng)用層面，特定產(chǎn)品虛擬水含量的核算，是近年來(lái)國(guó)際上虛擬水研究的重要內(nèi)容。目前全球農(nóng)、林、畜產(chǎn)品及其衍生產(chǎn)品的虛擬水核算已經(jīng)較為完備，部分工業(yè)產(chǎn)品和第三產(chǎn)業(yè)服務(wù)的虛擬水也有研究。Mekonnen等［47-48］核算了1996—2005年間全球126種主要農(nóng)業(yè)作物及其衍生產(chǎn)品的虛擬水含量，以及1996—2005年全球8種主要畜產(chǎn)品的虛擬水含量。也有研究針對(duì)性地核算了某一種或幾種特定農(nóng)產(chǎn)品的虛擬水含量及其構(gòu)成，以及部分農(nóng)業(yè)制品的虛擬水含量［7，49-51］。這些研究表明，農(nóng)產(chǎn)品中綠色虛擬水大致占虛擬水總量的70%以上，畜產(chǎn)品則以藍(lán)色虛擬水為主;單位價(jià)值的農(nóng)產(chǎn)品虛擬水含量普遍低于畜產(chǎn)品。Gerbens-Leenes等［52］計(jì)算了全球80%的以農(nóng)作物為原料的生物燃料虛擬水含量。上述研究未考慮農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的虛擬水投入，如農(nóng)機(jī)、農(nóng)藥等。Zhang等［25］在核算2007年中國(guó)農(nóng)產(chǎn)品虛擬水含量時(shí)在投入產(chǎn)出法基礎(chǔ)上加入了對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中虛擬水投入的核算，使核算更加全面。Morillo等［24］在核算西班牙草莓的虛擬水含量時(shí)也把農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的虛擬水投入納入了產(chǎn)品虛擬水的核算范圍。

工業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品、服務(wù)的虛擬水核算方面，Mekonnen等［47］用生產(chǎn)樹法核算了 1996—2005 年間全球工業(yè)虛擬水含量，認(rèn)為灰色虛擬水的比例遠(yuǎn)大于藍(lán)色虛擬水。而Zhao等［8］提出了基于投入產(chǎn)出法的水足跡計(jì)算方法，并利用2002年中國(guó)投入產(chǎn)出表計(jì)算了當(dāng)年中國(guó)所有產(chǎn)業(yè)部門的產(chǎn)品虛擬水含量，發(fā)現(xiàn)考慮了中間產(chǎn)品的虛擬水后，工業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)中藍(lán)色虛擬水的含量均明顯上升，因?yàn)樗鼈兘邮樟宿r(nóng)業(yè)中間產(chǎn)品中蘊(yùn)含的大量藍(lán)色虛擬水。工業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品和服務(wù)的虛擬水核算在多個(gè)國(guó)家或地區(qū)的不同產(chǎn)品和服務(wù)中都得到了應(yīng)用。例如，Zhang等［42］核算了中國(guó)2002年和2007年的各產(chǎn)業(yè)部門產(chǎn)品的虛擬水含量，發(fā)現(xiàn)2007年各部門產(chǎn)品虛擬水含量低于 2002年，說(shuō)明用水效率總體提高;Manzardo等［53］用生產(chǎn)樹法核算了巴西、智利和美國(guó)造紙業(yè)產(chǎn)品中的虛擬水含量，認(rèn)為提高造紙生產(chǎn)過(guò)程中化工原材料的使用效率對(duì)節(jié)約用水意義重大;Li等［34］利用生產(chǎn)樹法和投入產(chǎn)出法的混合方法分析了澳門服務(wù)業(yè)中博彩業(yè)的虛擬水含量，認(rèn)為除了提高直接用水效率外，控制博彩業(yè)中虛擬水使用同樣有助于緩解澳門缺水的壓力。

產(chǎn)品虛擬水核算常在國(guó)家或行政區(qū)域尺度上開展，這是因?yàn)檎裙芾碚吆徒y(tǒng)計(jì)部門往往是在國(guó)家或行政區(qū)域尺度上開展管理和統(tǒng)計(jì)工作，這些層面與虛擬水核算相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(產(chǎn)業(yè)部門用水?dāng)?shù)據(jù)、行業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)、進(jìn)出口數(shù)據(jù)等)易于取得。隨著虛擬水研究方法的日益發(fā)展，以及流域水資源管理的地位不斷提升，越來(lái)越多的虛擬水研究在流域尺度進(jìn)行［40，54］。流域是水資源的重要存在形式，也影響著產(chǎn)業(yè)的布局。從流域尺度進(jìn)行虛擬水核算，能夠定量描述流域內(nèi)生產(chǎn)和消費(fèi)活動(dòng)對(duì)水資源的消耗，為判斷水資源的利用量是否處于流域供給能力范圍內(nèi)提供了定量依據(jù)。流域尺度的虛擬水研究與行政區(qū)域尺度的虛擬水研究相比，更符合水資源的自然屬性，具有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)［55］。陳錫康等［39］編制了1999年中國(guó)九大流域水利投入占用產(chǎn)出表，得出中國(guó)大部分水資源用于農(nóng)業(yè)，1999年中國(guó)農(nóng)業(yè)虛擬水占總虛擬水的70%左右;水資源較為充足的東南諸河流域、珠江流域、長(zhǎng)江流域和西南諸河流域的產(chǎn)品虛擬水含量普遍大于水資源較為缺乏的海河流域、內(nèi)陸河流域和淮河流域。Schendel等［56］根據(jù)加拿大Fraser河流域和Okanagan河流域的農(nóng)業(yè)與氣候數(shù)據(jù)研究了兩流域的虛擬水情況，并與加拿大全國(guó)平均產(chǎn)品虛擬水含量進(jìn)行了對(duì)比，認(rèn)為流域尺度的虛擬水研究比國(guó)家尺度具有更高的精確度，更適用于作為區(qū)域或流域水資源管理的參考。Zhao等［40］利用區(qū)域投入產(chǎn)出表生成(generating regional input-output tables，GRIT)方法克服了流域尺度缺少投入產(chǎn)出統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的限制，將投入產(chǎn)出法應(yīng)用于流域虛擬水核算，研究了1992—2002年海河流域的水足跡狀況，得出流域的總虛擬水中，超過(guò)90%為農(nóng)業(yè)虛擬水，各部門產(chǎn)品虛擬水含量均低于全國(guó)平均水平，即用水效率高于全國(guó)平均水平。Zhi等［54］對(duì)海河流域2002—2007年的虛擬水研究也應(yīng)用了類似方法。Wu等［57］根據(jù)政府部門統(tǒng)計(jì)和非政府組織統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，利用一般均衡(computable general equilibrium，CGE)模型計(jì)算了中國(guó)第二大內(nèi)陸河——黑河流域2003—2008年的主要產(chǎn)業(yè)部門虛擬水含量，認(rèn)為除地理?xiàng)l件外，不科學(xué)地農(nóng)業(yè)灌溉加劇了該流域水資源壓力，建議加強(qiáng)流域綜合管理和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)，以實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用。

2．2 區(qū)域虛擬水貿(mào)易評(píng)估

區(qū)域虛擬水是發(fā)生在該區(qū)域的所有過(guò)程涉及的虛擬水總和［13］。它包括來(lái)自本地水資源的虛擬水使用和進(jìn)口調(diào)入的虛擬水。來(lái)自本地水資源的虛擬水使用包括生產(chǎn)用于居民和政府消費(fèi)、固定資本形成、出口調(diào)出這幾項(xiàng)用途的產(chǎn)品和服務(wù)過(guò)程中所使用的水資源，而進(jìn)口調(diào)入的虛擬水則等于生產(chǎn)進(jìn)口調(diào)入產(chǎn)品所消耗的水資源?？傮w來(lái)看，核算方法同樣可以分為自上而下和自下而上的方法。其中，自上而下的方法是從產(chǎn)品生產(chǎn)角度計(jì)算區(qū)域虛擬水，本地產(chǎn)品的虛擬水等于區(qū)域內(nèi)部的農(nóng)業(yè)、工業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)耗水量，進(jìn)口調(diào)入的虛擬水則等于其產(chǎn)地生產(chǎn)這些產(chǎn)品的耗水量［18］。自下而上的方法則是從產(chǎn)品消費(fèi)的角度計(jì)算區(qū)域虛擬水，居民和政府消費(fèi)、固定資本形成、出口調(diào)出、進(jìn)口調(diào)入各項(xiàng)虛擬水含量都可以用該項(xiàng)用途的產(chǎn)品或服務(wù)的消費(fèi)量乘以單位產(chǎn)品或服務(wù)的虛擬水含量而得出［8，41］。

虛擬水出口調(diào)出量與虛擬水進(jìn)口調(diào)入量的差值反映了一個(gè)區(qū)域虛擬水的總體流動(dòng)狀態(tài):如果虛擬水出口大于進(jìn)口，則該地區(qū)處于虛擬水凈出口狀態(tài)，即該地區(qū)總體上以虛擬水的形式向外界輸出了水資源;若虛擬水出口小于進(jìn)口，則該地區(qū)處于虛擬水凈進(jìn)口狀態(tài)，即該地區(qū)總體上以虛擬水的形式從外界調(diào)入水資源［8，40］。

區(qū)域間的產(chǎn)品貿(mào)易與調(diào)動(dòng)造成了虛擬水的流動(dòng)。農(nóng)產(chǎn)品等富含虛擬水的產(chǎn)品從水資源豐富的國(guó)家或地區(qū)向缺水國(guó)家或地區(qū)的流動(dòng)，有助于幫助缺水地區(qū)節(jié)省生產(chǎn)用水、保障水安全、維護(hù)大尺度水資源平衡。Hoekstra等［11］定量計(jì)算了1995—1999年全球100余個(gè)國(guó)家之間的虛擬水貿(mào)易，并在隨后的一系列研究中對(duì)該項(xiàng)工作進(jìn)行了擴(kuò)充和完善［12-13，17］。研究表明，1995—2005年間，全球范圍內(nèi)隨產(chǎn)品貿(mào)易發(fā)生的虛擬水貿(mào)易量約為2.32×1012m3/a，其中農(nóng)產(chǎn)品及其衍生品虛擬水貿(mào)易量占76%，據(jù)此指出區(qū)域間產(chǎn)品貿(mào)易與調(diào)動(dòng)，特別是農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易和調(diào)動(dòng)引起的水資源流動(dòng)應(yīng)該引起重視［11］。Hoekstra 等［13，58］研究發(fā)現(xiàn)約旦、以色列等中東和北非國(guó)家地區(qū)的虛擬水凈進(jìn)口量較高，多數(shù)都在40億m3以上，認(rèn)為這些國(guó)家和地區(qū)以虛擬水貿(mào)易的形式緩解了內(nèi)部的水資源短缺問(wèn)題;北美洲、南美洲、澳洲是主要虛擬水資源流出地區(qū)，非洲、東亞、歐洲地區(qū)是主要虛擬水流入地區(qū)。

眾多研究者對(duì)全球或局部地區(qū)的虛擬水貿(mào)易進(jìn)行了多種形式的核算，反映了眾多國(guó)家或區(qū)域之間的虛擬水流動(dòng)情況。Goswami等［59］對(duì)中國(guó)和印度的虛擬水貿(mào)易進(jìn)行了核算，認(rèn)為在雙邊貿(mào)易中印度處于虛擬水凈出口即出超狀態(tài)，而中國(guó)處于入超狀態(tài)。Yang等［60］利用生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析研究了1995—1999年全球尺度的農(nóng)產(chǎn)品和畜產(chǎn)品虛擬水貿(mào)易，為區(qū)域貿(mào)易中的水足跡提供了多指標(biāo)研究方法，認(rèn)為生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析有助于合理指導(dǎo)國(guó)際虛擬水貿(mào)易、保護(hù)水資源。Mao等［61-62］利用生態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析研究了中國(guó)白洋淀流域內(nèi)部的虛擬水流動(dòng)情況，并提出通過(guò)生態(tài)修復(fù)、改進(jìn)節(jié)水技術(shù)和提高水的重復(fù)利用率來(lái)進(jìn)一步優(yōu)化用水效率。Fracasso［63］采用引力模型研究了145個(gè)國(guó)家的虛擬水貿(mào)易，認(rèn)為虛擬水的流動(dòng)受到各國(guó)貿(mào)易水平、水資源稟賦、用水壓力等因素影響。Zhao等［64］結(jié)合貿(mào)易引力模型和投入產(chǎn)出法，分析了中國(guó)2007年各省區(qū)的虛擬水貿(mào)易情況，發(fā)現(xiàn)虛擬水貿(mào)易量占全國(guó)用水總量的35%，而調(diào)水工程調(diào)動(dòng)的實(shí)體水只占全國(guó)用水總量的4.5%。馬靜等［65］研究認(rèn)為，中國(guó)內(nèi)部各地區(qū)的虛擬水流動(dòng)中，東北地區(qū)、黃淮海地區(qū)及長(zhǎng)江中下游地區(qū)是虛擬水凈調(diào)出地區(qū)，而華北、華南和東南地區(qū)則是虛擬水凈調(diào)入地區(qū)。Zhang等［4］通過(guò)核算北京市虛擬水發(fā)現(xiàn)，北京市對(duì)虛擬水調(diào)入的依賴度較高，維持虛擬水的調(diào)入量是維護(hù)北京市水資源安全的有效對(duì)策。

虛擬水戰(zhàn)略是指缺水國(guó)家或地區(qū)通過(guò)貿(mào)易或調(diào)入方式，從水資源豐富的國(guó)家或地區(qū)購(gòu)買虛擬水含量大(高耗水)的產(chǎn)品，以節(jié)省本地水資源，實(shí)現(xiàn)滿足消費(fèi)需求的同時(shí)保障水資源安全。虛擬水戰(zhàn)略的概念首先由 Allan［5，15］、Zimmer 等［28］提出，Hoekstra等［11，13］也對(duì)虛擬水戰(zhàn)略進(jìn)行了先行研究。以色列等中東缺水國(guó)家和地區(qū)較早實(shí)施虛擬水戰(zhàn)略，對(duì)虛擬水戰(zhàn)略的應(yīng)用比較廣泛［8，18，40］。Seekell 等［66］分析了全球虛擬水貿(mào)易，認(rèn)為目前多數(shù)水資源豐富的國(guó)家沒(méi)有充分利用其水資源稟賦，而缺水國(guó)家則過(guò)度開發(fā)利用了自身水資源;隨著虛擬水戰(zhàn)略越來(lái)越廣泛地實(shí)施，這一不可持續(xù)發(fā)展情況將得到調(diào)節(jié)和改善。Weiss等［67］總結(jié)了全球虛擬水戰(zhàn)略有關(guān)研究，認(rèn)為部分國(guó)家的虛擬水貿(mào)易雖然客觀上實(shí)現(xiàn)了虛擬水戰(zhàn)略的效果，但主觀上缺乏虛擬水戰(zhàn)略意識(shí)，部分國(guó)家的貿(mào)易有悖于虛擬水戰(zhàn)略的思想，加劇了其水資源短缺的問(wèn)題，為了進(jìn)一步切實(shí)解決全球水資源問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)制定相應(yīng)的虛擬水貿(mào)易規(guī)則，規(guī)范虛擬水貿(mào)易，而不能完全依賴現(xiàn)有的國(guó)際市場(chǎng)貿(mào)易秩序。

傳統(tǒng)的虛擬水戰(zhàn)略理論在解釋經(jīng)濟(jì)學(xué)中的比較優(yōu)勢(shì)時(shí)可能會(huì)遇到問(wèn)題，水資源豐富地區(qū)生產(chǎn)產(chǎn)品的用水效率可能比缺水地區(qū)生產(chǎn)同類產(chǎn)品的用水效率低，因?yàn)楹笳哂捎谌彼膲毫Σ坏貌惶岣哂盟?。傳統(tǒng)的虛擬水戰(zhàn)略在分析時(shí)，可能得出用水效率高的產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)出口的論斷，這對(duì)于缺水地區(qū)是不現(xiàn)實(shí)的。Ridoutt等［68］提出了稀缺虛擬水的概念，為虛擬水戰(zhàn)略提供了新視角，產(chǎn)品的稀缺虛擬水等于生產(chǎn)地的取水指數(shù)(總?cè)∷颗c水資源總量的比值)乘以產(chǎn)品虛擬水含量。稀缺虛擬水概念的提出，提高了貿(mào)易產(chǎn)品虛擬水的可比性，水資源豐富的地區(qū)生產(chǎn)產(chǎn)品的用水效率雖然可能比缺水地區(qū)生產(chǎn)產(chǎn)品的用水效率低，但對(duì)其本地的水資源造成的壓力仍然相對(duì)較小，從平衡水資源的角度，應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)水資源豐富的地區(qū)加大出口。Lenzen等［46］對(duì)稀缺虛擬水的研究表明，雖然印度、美國(guó)、巴西、俄羅斯和印度尼西亞等國(guó)所消費(fèi)的虛擬水總量較大，但從稀缺虛擬水的角度看，更缺水的國(guó)家(巴基斯坦、伊朗、埃及、阿爾及利亞和烏茲別克斯坦等)消費(fèi)的稀缺虛擬水更多。Feng等［69］對(duì)中國(guó)各省之間的稀缺虛擬水調(diào)動(dòng)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)高度發(fā)達(dá)地區(qū)的消費(fèi)嚴(yán)重依賴于新疆維吾爾自治區(qū)、河北省、內(nèi)蒙古自治區(qū)等缺水地區(qū)的稀缺虛擬水輸出，從而加劇了這些缺水地區(qū)的水資源短缺，據(jù)此建議合理實(shí)施虛擬水戰(zhàn)略，控制缺水地區(qū)的虛擬水輸出。

2．3 虛擬水變化機(jī)制分析

虛擬水的變化機(jī)制分析是虛擬水研究中的重要內(nèi)容之一。除了對(duì)產(chǎn)品的虛擬水含量及貿(mào)易進(jìn)行核算之外，是什么因素影響著虛擬水的變化、各因素的影響力如何，是水資源管理關(guān)心的、也是值得探索的問(wèn)題。Kondo［70］率先采用了結(jié)構(gòu)分解分析(structure decomposition analysis，SDA)方法研究日本虛擬水變化，將變化驅(qū)動(dòng)因素分為技術(shù)效應(yīng)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)效應(yīng)和產(chǎn)量效應(yīng)，計(jì)算結(jié)果得出日本的虛擬水使用總體上在向節(jié)約水資源的方向變化，主要是技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的貢獻(xiàn)，而出口商品不利于提高節(jié)水效率。Zhao等［40］采用迪氏(Divisia)分解法，將虛擬水變化的驅(qū)動(dòng)因素分為用水強(qiáng)度的變化和消費(fèi)量的變化，分析了海河流域1992—2002年的虛擬水變化，得出海河流域虛擬水使用量下降的主要驅(qū)動(dòng)因素是用水強(qiáng)度的下降，而消費(fèi)量的變化對(duì)虛擬水總量的影響較小。Zhang等［4］使用SDA法的改進(jìn)方法——兩極分解法對(duì)北京市1997—2007年的虛擬水變化進(jìn)行了因素分解，該方法計(jì)算了各驅(qū)動(dòng)因素在研究起始年和終止年的分解項(xiàng)的平均值，作為各因素對(duì)水足跡變化的獨(dú)立貢獻(xiàn)，計(jì)算精度比SDA法高;計(jì)算結(jié)果表明北京市的第三產(chǎn)業(yè)用水比例明顯增加，主要是產(chǎn)量上升和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的結(jié)果。李曉惠等［71］也通過(guò)兩極分解法分析了江蘇省虛擬水變動(dòng)的影響因素，認(rèn)為產(chǎn)品產(chǎn)量增加使虛擬水使用量上升，而產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和用水技術(shù)進(jìn)步抑制了產(chǎn)業(yè)用水量的增加。Zhi等［54］利用加權(quán)平均分解模型建立了行政區(qū)及流域尺度的虛擬水變化驅(qū)動(dòng)因素分解方法，并利用其分析了海河流域2002—2007年的虛擬水變化，證明了該方法的計(jì)算精度比兩極分解法等更好，并分析得出用水效率提高能夠減小虛擬水總量，而生產(chǎn)規(guī)模的提高和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變動(dòng)都促進(jìn)了虛擬水總量增加。Zhao等［72］利用對(duì)數(shù)迪氏平均指數(shù)法(logarithmic mean Divisia index，LMDI)分析了中國(guó)1990—2009年的農(nóng)業(yè)虛擬水總量的變化，該方法是另一種高精度的因素分解方法，結(jié)果顯示農(nóng)業(yè)虛擬水增加的最大原因是經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的變化，其次是人口效應(yīng)，再次是飲食結(jié)構(gòu)的調(diào)整。

3 虛擬水研究展望

虛擬水概念提出以來(lái)，其基本原理、計(jì)算方法和實(shí)踐應(yīng)用在全世界得到了蓬勃發(fā)展，幫助人們認(rèn)識(shí)和理清了一些水資源使用與管理的現(xiàn)狀和問(wèn)題。然而，虛擬水研究在理論發(fā)展和實(shí)踐應(yīng)用過(guò)程中仍存在較多需要進(jìn)一步深入探索與完善的問(wèn)題，這些問(wèn)題也是未來(lái)的重點(diǎn)研究方向。

3．1 虛擬水核算模型精度改進(jìn)

目前虛擬水的量化研究雖然很多，但其計(jì)算方法還存在一些問(wèn)題。農(nóng)產(chǎn)品虛擬水含量方面，很多研究由于缺乏相關(guān)的氣象資料和用水資料，且測(cè)定農(nóng)作物需水量的試驗(yàn)設(shè)備和技術(shù)條件比較落后，在實(shí)際計(jì)算中常采用多年平均值或通用參考值。但由于氣候的空間和時(shí)間差異性，不同地區(qū)、不同年份干濕程度不同，即使同一種類作物的需水量也不同，因此計(jì)算出的農(nóng)產(chǎn)品虛擬水含量可能存在較大誤差。

從工業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)虛擬水的計(jì)算方法來(lái)看，在生產(chǎn)過(guò)程中涉及的虛擬水含量計(jì)算是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，生產(chǎn)工藝技術(shù)、生產(chǎn)規(guī)模與生產(chǎn)環(huán)境的差異都是造成虛擬水計(jì)算不精確的原因，因此即使虛擬水在各類工業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品和服務(wù)中的分配避免了漏算或重復(fù)，計(jì)算的最終結(jié)果也可能存在較大誤差。未來(lái)研究應(yīng)當(dāng)繼續(xù)提高計(jì)算方法的精確度，豐富考慮的因素類型，以得出更準(zhǔn)確的虛擬水核算結(jié)果。

從對(duì)現(xiàn)有研究的回顧來(lái)看，不確定性存在于虛擬水核算的各個(gè)環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)和核算方法都存在一定程度的不確定性，而目前對(duì)不確定性的定量研究還比較少［73］。因此，定量識(shí)別虛擬水核算過(guò)程中不確定性的產(chǎn)生和傳遞，明確影響不確定性的因素及其控制辦法，進(jìn)而提升虛擬水核算結(jié)果的準(zhǔn)確度和可靠性，是未來(lái)的重要研究方向之一。

從虛擬水的變化機(jī)制分析方法來(lái)看，目前的方法對(duì)虛擬水變化因素的識(shí)別還不夠嚴(yán)謹(jǐn)。多數(shù)研究選擇用水效率、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)規(guī)模等作為主要因素進(jìn)行分析，因素過(guò)少，導(dǎo)致分解分析過(guò)于簡(jiǎn)單籠統(tǒng)，對(duì)指導(dǎo)虛擬水戰(zhàn)略的實(shí)踐工作意義有限。而增加更具體的驅(qū)動(dòng)因素(如人口、消費(fèi)結(jié)構(gòu)、人均消費(fèi)水平、經(jīng)濟(jì)拉動(dòng)效應(yīng)等)時(shí)，需要對(duì)各因素進(jìn)行共線性分析，剔除嚴(yán)重共線性的、無(wú)意義的因素，計(jì)算較復(fù)雜、工作量較大，不利于實(shí)踐應(yīng)用。由此，需要進(jìn)一步發(fā)展合適的變化機(jī)制分析模型，對(duì)影響虛擬水變化的各種驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行更加精細(xì)準(zhǔn)確地識(shí)別，并對(duì)各因素的作用進(jìn)行分解分析。

此外，由于貿(mào)易統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的缺乏，各區(qū)域間的產(chǎn)品貿(mào)易量很多是通過(guò)歷史數(shù)據(jù)或經(jīng)濟(jì)模型估算得出，而非實(shí)際調(diào)查取得，因此直接導(dǎo)致虛擬水總量計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)偏差。Fracasso［63］、Zhao 等［64］都認(rèn)為引力模型等一些經(jīng)濟(jì)模型只是基于現(xiàn)實(shí)情況的經(jīng)驗(yàn)性總結(jié)，其計(jì)算結(jié)果是對(duì)現(xiàn)實(shí)情況的近似描述，在有條件的情況下應(yīng)盡量使用真實(shí)的調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。隨著統(tǒng)計(jì)事業(yè)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的區(qū)域生產(chǎn)及貿(mào)易統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)能夠被獲取，并且部分虛擬水研究者已經(jīng)著手自行調(diào)查統(tǒng)計(jì)所需數(shù)據(jù)［57］?？梢灶A(yù)見，未來(lái)研究中數(shù)據(jù)可得性對(duì)計(jì)算精確度的限制將進(jìn)一步減小。

3．2 價(jià)格杠桿對(duì)虛擬水的影響研究

在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中，生產(chǎn)者和消費(fèi)者對(duì)于節(jié)水的態(tài)度，受到經(jīng)濟(jì)利益的重要影響。虛擬水貿(mào)易及節(jié)水技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步離不開市場(chǎng)機(jī)制的推動(dòng)。價(jià)格機(jī)制是市場(chǎng)機(jī)制的核心之一，市場(chǎng)可以通過(guò)價(jià)值規(guī)律影響產(chǎn)業(yè)部門用水，政府也可以通過(guò)行政手段對(duì)水價(jià)進(jìn)行調(diào)控，實(shí)現(xiàn)節(jié)水管理的宏觀目標(biāo)。水價(jià)對(duì)于用水效率、虛擬水貿(mào)易的調(diào)節(jié)效應(yīng)影響如何、是否顯著，目前的研究還不多見，需要進(jìn)一步研究。通過(guò)實(shí)物型經(jīng)濟(jì)學(xué)模型和價(jià)值型經(jīng)濟(jì)學(xué)模型相結(jié)合，例如嘗試將投入產(chǎn)出模型與均衡價(jià)格模型相結(jié)合，對(duì)水價(jià)和虛擬水的聯(lián)系進(jìn)行定量化研究，將是虛擬水研究的重要方向。

3．3 虛擬水的水量與水質(zhì)聯(lián)合評(píng)價(jià)體系

目前較多的虛擬水研究將綠色虛擬水、藍(lán)色虛擬水、灰色虛擬水三者相加作為總虛擬水。但灰色虛擬水與綠色虛擬水和藍(lán)色虛擬水不同，它實(shí)際上是對(duì)水體納污能力的一種消耗，而非水量的消耗［13］，被污染的水資源經(jīng)過(guò)稀釋、降解等作用，短時(shí)間內(nèi)又能夠被重新利用;而綠色虛擬水和藍(lán)色虛擬水是生產(chǎn)中蒸騰蒸發(fā)的水資源，是對(duì)水量的消耗，很難在短時(shí)間內(nèi)回到水體中被再次利用。將灰水虛擬水與藍(lán)水虛擬水、綠水虛擬水直接相加不夠嚴(yán)謹(jǐn)。據(jù)此，Zhi等［74］提出了將灰色虛擬水獨(dú)立分析，以評(píng)價(jià)區(qū)域排污量與水資源納污能力是否協(xié)調(diào)的研究思路，既簡(jiǎn)便可行，又具有理論和實(shí)踐意義。未來(lái)如何建立適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)模型，對(duì)水量、水質(zhì)的消耗進(jìn)行科學(xué)、準(zhǔn)確地聯(lián)合評(píng)價(jià)，以實(shí)現(xiàn)水資源質(zhì)和量的全面可持續(xù)利用，也是虛擬水研究中面臨的核心問(wèn)題之一。

3．4 虛擬水戰(zhàn)略實(shí)踐與優(yōu)化方案改進(jìn)

虛擬水戰(zhàn)略為平衡水資源的分配、緩解缺水地區(qū)的水資源問(wèn)題提供了可能性。但虛擬水戰(zhàn)略的研究?jī)?nèi)容和實(shí)踐還有待改進(jìn)。長(zhǎng)期以來(lái)存在著水資源是公共資源而不是商品的觀念，雖然隨著水資源稀缺程度的增加，人們逐漸改變了這一觀念，但虛擬水的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)特征還不完全。研究表明，制度、技術(shù)等社會(huì)因素比區(qū)域水資源的稟賦更重要，因此虛擬水戰(zhàn)略的適用性不但與水資源的自然稟賦有關(guān)，還與區(qū)域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)、政策導(dǎo)向、投資等因素密切相關(guān)。目前只有少數(shù)國(guó)家切實(shí)執(zhí)行了虛擬水戰(zhàn)略，而其他地區(qū)的虛擬水戰(zhàn)略研究多數(shù)只是提出了定性的建議，較少有制定定量虛擬水戰(zhàn)略并將其并付諸實(shí)踐的。例如，F(xiàn)racasso［63］研究指出哈薩克斯坦等國(guó)大量種植棉花并出口，有悖于虛擬水戰(zhàn)略的思想，但棉花出口作為這些國(guó)家重要的創(chuàng)匯途徑，又是難以改變的現(xiàn)實(shí)。中國(guó)每年“北糧南運(yùn)”的糧食約1400萬(wàn)t，相當(dāng)于把約140億m3的水從北方運(yùn)到了南方，與“南水北調(diào)”的方向相反［63］，這種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)格局也有悖于虛擬水戰(zhàn)略的思想，是否需要改變還需要商榷。

目前有少數(shù)研究基于虛擬水戰(zhàn)略的思想對(duì)生產(chǎn)和貿(mào)易提出了定量?jī)?yōu)化方案。例如，Zhang等［25］根據(jù)2007年中國(guó)各省區(qū)水稻、玉米、小麥3種主要糧食作物的虛擬水分布情況，通過(guò)多目標(biāo)優(yōu)化決策對(duì)全國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)格局提出了優(yōu)化建議。這類虛擬水戰(zhàn)略的理論和實(shí)踐創(chuàng)新，是未來(lái)的重要研究方向之一。

4 結(jié)語(yǔ)

虛擬水研究是水資源領(lǐng)域不斷發(fā)展并日益受到關(guān)注的重要方向，虛擬水研究為保障區(qū)域、國(guó)家和全球水資源安全提供了新思路和新方法。虛擬水研究給予水資源管理者的重要啟示為:需要充分認(rèn)識(shí)水資源不同的存在形式，根據(jù)水資源直接和間接的利用模式，系統(tǒng)思維、科學(xué)配置，更有效地分配、調(diào)度和利用各類水資源。虛擬水貿(mào)易與調(diào)度可以成為實(shí)體水調(diào)度之外，另一種有效克服局部水資源短缺的辦法。虛擬水貿(mào)易不僅增加了水資源配置的種類和數(shù)量，還拓展了水資源配置的途徑和空間，優(yōu)化了水資源利用效率。未來(lái)虛擬水研究還有很多發(fā)展方向，包括需要進(jìn)一步深入探索和完善虛擬水核算模型精度、探尋價(jià)格杠桿對(duì)虛擬水的影響、發(fā)展虛擬水水量與水質(zhì)聯(lián)合評(píng)價(jià)體系、改進(jìn)虛擬水戰(zhàn)略方案等。

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