邱婭柳， 劉 喆， 操信春, *

(1.南京市高淳區(qū)水資源管理中心， 江蘇 南京 211300； 2.河海大學(xué) 農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程學(xué)院， 江蘇 南京 210098)

中國是世界上人口最多的發(fā)展中國家,保障糧食安全和水資源安全,對實現(xiàn)我國社會穩(wěn)定和國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重大意義,虛擬水概念的引入為解決這一問題提供了新思路[1]。虛擬水的概念在1993年被英國學(xué)者約翰·安東尼·艾倫首次提出，用于計算食品和消費品在生產(chǎn)及銷售過程中的用水量，又稱為“嵌入水”或“外生水”[2]。虛擬水的相關(guān)概念包括虛擬水含量、虛擬水流出、虛擬水流入、虛擬水平衡等被相繼提出[3]。隨著對虛擬水研究的不斷深入，虛擬水的概念逐漸與國際貿(mào)易相結(jié)合，形成了虛擬水貿(mào)易的概念[4]。虛擬水貿(mào)易是指一個國家或地區(qū)(尤指貧水國或地區(qū))通過商品貿(mào)易的方式從另一國家或地區(qū)購買水資源密集型產(chǎn)品來獲得水和糧食的安全[5]。目前國內(nèi)外已有很多學(xué)者從虛擬水的角度分析研究農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易，并對我國部分省區(qū)、流域等的虛擬水貿(mào)易進(jìn)行了進(jìn)一步的研究與分析[6-27]，研究發(fā)現(xiàn)，虛擬水貿(mào)易對緩解一些國家與地區(qū)的水資源短缺有著積極作用[28]。

江蘇省位于中國大陸東部沿海中心，是著名的魚米之鄉(xiāng)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件得天獨厚，農(nóng)產(chǎn)品、林木、畜禽種類繁多，糧食、棉花、油料等農(nóng)產(chǎn)品幾乎遍布全省[29]。但隨著江蘇省經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和生態(tài)環(huán)境建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，同時水管理的不到位，導(dǎo)致水資源的浪費和污染問題日益凸顯。本研究以虛擬水理論為基礎(chǔ)，結(jié)合江蘇省各地級市的實際情況，對1999—2017年江蘇省區(qū)域間農(nóng)產(chǎn)品(糧食、油料、棉花)虛擬水流入、流出情況進(jìn)行了量化與評價，并從區(qū)域的角度對這3類農(nóng)產(chǎn)品的節(jié)水效益進(jìn)行了分析研究，旨在為解決江蘇省水資源問題提供理論依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 評價區(qū)域與數(shù)據(jù)來源

選取江蘇省為研究對象，對江蘇省內(nèi)13個地級市之間的農(nóng)產(chǎn)品(糧食、油料、棉花)虛擬水流動進(jìn)行量化評價。計算數(shù)據(jù)來源于《中國統(tǒng)計年鑒》(1999—2017年)、《江蘇省統(tǒng)計年鑒》(1999—2017年)、《江蘇省水資源公報》(1999—2017年)等數(shù)據(jù)資料。

1.2 研究方法

本研究主要采用理論與實際相結(jié)合的方法，首先了解虛擬水相關(guān)的理論知識，后分析現(xiàn)有的虛擬水流動計算體系與方法，最后結(jié)合江蘇地區(qū)的實際情況，明晰農(nóng)產(chǎn)品用水及貿(mào)易過程，從農(nóng)產(chǎn)品調(diào)運量及農(nóng)產(chǎn)品虛擬水含量兩個角度出發(fā)，嘗試建立適合江蘇省尺度農(nóng)產(chǎn)品的虛擬水流動計算方法。

(1)農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易計算方法。根據(jù)全國范圍內(nèi)人均作物需求量一致的假設(shè)前提，首先計算一年中江蘇省各地區(qū)農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易量：

(1)

(2)

式中：TK出為第k市的農(nóng)產(chǎn)品凈輸出量，萬t；T總出為該年份的農(nóng)產(chǎn)品輸出總量，萬t；T總?cè)霝樵撃攴莸霓r(nóng)產(chǎn)品輸入總量，萬t。

(3)

(2)農(nóng)產(chǎn)品虛擬水流動評估方法。根據(jù)全國范圍內(nèi)人均作物需求量一致的假設(shè)前提，對于農(nóng)產(chǎn)品虛擬水輸出區(qū)，其所流出的虛擬水量為：

Wj,out=WFPjTj,out

(4)

式中：Wj,out為第j市的虛擬水輸出量，億m3；j表示農(nóng)產(chǎn)品虛擬水輸出城市的序號；WFPj為第j市的單位農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量耗水量，m3/kg；Tj,out為第j市的農(nóng)產(chǎn)品凈輸出量。

對于農(nóng)產(chǎn)品虛擬水輸入?yún)^(qū)有：

Wi,in=WFPiTi,in

(5)

式中：Wi,in為第i市的虛擬水輸入量，億m3，i為農(nóng)產(chǎn)品虛擬水輸入?yún)^(qū)的序號；WFPi為第i市的單位農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量耗水量，m3/kg；Ti,in為第i市的農(nóng)產(chǎn)品凈輸入量。

2 農(nóng)產(chǎn)品虛擬水流動評價

2.1 農(nóng)產(chǎn)品虛擬水流動情況

1999—2017年江蘇省各地級市農(nóng)產(chǎn)品虛擬水流動量如表1所示，農(nóng)產(chǎn)品虛擬水流動情況在各地級市之間分布不均勻，出現(xiàn)集中現(xiàn)象。

表1 江蘇省各地級市農(nóng)產(chǎn)品虛擬水流動量 單位：億m3

表1顯示，在研究年份內(nèi)，揚州、泰州、南通、連云港、淮安、鹽城、宿遷地區(qū)均多為虛擬水輸出區(qū)，其中，鹽城的虛擬水輸出量最大，2017年達(dá)到7.5億m3，淮安的虛擬水輸入量位居第二，在2017年輸出量最大達(dá)到4.2億m3。南京、無錫、鎮(zhèn)江、常州、蘇州地區(qū)在研究年份內(nèi)基本均為虛擬水輸入?yún)^(qū)，其中，蘇州的虛擬水輸入量最大，2012年達(dá)到7.3億m3，南京與無錫的虛擬水輸入量近似，在2016年均達(dá)到輸入量最大值，約4.5億m3。鎮(zhèn)江在研究年份內(nèi)有虛擬水輸出區(qū)到虛擬水輸入?yún)^(qū)的轉(zhuǎn)變，且轉(zhuǎn)變后虛擬水輸入量最小，最大輸入量僅約0.8億m3。農(nóng)產(chǎn)品虛擬水輸出量在研究年份內(nèi)總體呈波動增長趨勢且增長率較大。除鎮(zhèn)江外，常州、徐州、淮安地區(qū)均有虛擬水輸入?yún)^(qū)、輸出區(qū)的轉(zhuǎn)變，常州、淮安兩地均在1999年發(fā)生轉(zhuǎn)變，前者由虛擬水輸出區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)樘摂M水輸入?yún)^(qū)，隨后輸入量逐漸增大，后者由虛擬水輸入?yún)^(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)樘摂M水輸出區(qū)，隨后輸出量逐漸增大。徐州在2007年前有多次虛擬水輸入?yún)^(qū)、輸出區(qū)的轉(zhuǎn)變，最后穩(wěn)定為虛擬水輸出區(qū)且輸出量逐漸增大。

圖1給出了1999年和2017年江蘇省各行政區(qū)的農(nóng)產(chǎn)品虛擬水流動情況，圖中以不同顏色代表不同城市，外部欄的大小表示每個城市的農(nóng)產(chǎn)品虛擬水量占江蘇省的農(nóng)產(chǎn)品虛擬水總量的百分比。農(nóng)產(chǎn)品虛擬水輸出區(qū)用顏色相同無間隔的條形鏈接表示，農(nóng)產(chǎn)品虛擬水輸入?yún)^(qū)用白色區(qū)域表示，該白色區(qū)域?qū)⑼鈾谂c不同顏色的鏈接分隔開。連接線的厚度表示虛擬水傳輸?shù)牟煌w積。標(biāo)簽均為江蘇省各行政區(qū)名稱的縮寫，如：NJ代表南京，WX代表無錫。

圖1 江蘇省各區(qū)間農(nóng)產(chǎn)品虛擬水流動情況(單位：萬m3)

圖1(a)顯示，鎮(zhèn)江、常州、揚州、泰州、南通、連云港、鹽城、徐州、宿遷地區(qū)在1999年內(nèi)均為農(nóng)產(chǎn)品虛擬水輸出區(qū)，其中鹽城的虛擬水輸出總量最大，占該年分總虛擬水流動量的34%；淮安是該年份虛擬水輸入量最大的城市，占1999年總虛擬水流動量的45%，其中從鹽城輸入的虛擬水量就高達(dá)83 405萬m3，從宿遷輸入虛擬水量約39 687萬m3，南京、無錫兩地的虛擬水輸入總量均較大且輸入量近似，均達(dá)到該年份虛擬水流動總量的21%，其中南京從鹽城市輸入的虛擬水量約38 141萬m3，無錫從鹽城市輸入的的虛擬水量約39 389萬m3。鎮(zhèn)江、常州兩地雖為虛擬水輸出區(qū)但輸出量均較小。由圖1(b)中可知，2017年鎮(zhèn)江、常州、南通由1999年的虛擬水輸出區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)樘摂M水輸入?yún)^(qū)，而淮安則由虛擬水輸入?yún)^(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)樘摂M水輸出區(qū)且輸出量較大，占該年份虛擬水流動總量的29%。揚州、泰州、連云港、鹽城、徐州、宿遷地區(qū)始終為虛擬水輸出區(qū)，其中鹽城的虛擬水輸出量最大，約占2017年虛擬水流動總量的36%，為蘇州輸送虛擬水量高達(dá)286 759萬m3，為南京、無錫兩地輸出虛擬水量分別約170 314萬m3、169 440萬m3。蘇州是2017年內(nèi)輸入量最大的輸入?yún)^(qū)，其輸入總量占總虛擬水流動量的38%。泰州、徐州雖為虛擬水輸出區(qū)但輸出量均較小，均占總體虛擬水流動量的6%左右。研究數(shù)據(jù)顯示，在1999—2017年間，江蘇省內(nèi)部的虛擬水流動量增長了約3.9倍。

2.2 區(qū)域間農(nóng)產(chǎn)品虛擬水流動情況

圖2給出了研究時段內(nèi)江蘇省區(qū)域間農(nóng)產(chǎn)品虛擬水流動變化過程。從圖2可看出，江蘇省3個區(qū)域(蘇南、蘇中、辦北)之間的農(nóng)產(chǎn)品虛擬水流動變化趨勢相似且較為穩(wěn)定。

圖2 江蘇省區(qū)域間農(nóng)產(chǎn)品虛擬水流動量

由圖2可知，研究時段內(nèi)，蘇南地區(qū)均為農(nóng)產(chǎn)品虛擬水輸入?yún)^(qū)，蘇中、蘇北地區(qū)均為農(nóng)產(chǎn)品虛擬水輸出區(qū)。1999年蘇南地區(qū)的農(nóng)產(chǎn)品虛擬水輸入量約為2.7億m3，1999—2019年以平均每年約0.932億m3的速率增長，2017年達(dá)到約18.7億m3，約為1999年農(nóng)產(chǎn)品虛擬水輸入量的6.9倍；蘇北地區(qū)1999年的農(nóng)產(chǎn)品虛擬水輸出量約為1.6億m3，與蘇南地區(qū)農(nóng)產(chǎn)品虛擬水輸入量變化情況相似但增長率更大，研究年份內(nèi)以平均每年約0.942億m3的速率增長，2017年達(dá)到農(nóng)產(chǎn)品輸出量最大值約18.5億m3，是1999年輸出量的11.6倍；蘇中地區(qū)的農(nóng)產(chǎn)品虛擬水輸出量變化情況較為穩(wěn)定，增長率較小，從1999年的1.4億m3以平均每年約0.095億m3的速率增長，2017年輸出量約為2.4億m3，僅為1999年輸出量的1.7倍，在研究年份內(nèi)存在小幅度波動。

2.3 農(nóng)產(chǎn)品虛擬水節(jié)水效益評價

在區(qū)域節(jié)水方面，如果一個地區(qū)的農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)口量大于出口量，那么這個地區(qū)就有一個凈的虛擬水進(jìn)口，這便節(jié)省了區(qū)域內(nèi)的水資源來滿足自己的農(nóng)產(chǎn)品消費需求[30]。本研究取3類農(nóng)產(chǎn)品為研究對象，分別為：糧食、棉花、油料，以2個區(qū)域單位農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量耗水量差值與貿(mào)易量的乘積計算出2個地區(qū)間的農(nóng)產(chǎn)品虛擬水節(jié)損情況。

2.3.1 糧食虛擬水節(jié)損量

圖3顯示了1999—2017年期間江蘇省內(nèi)部區(qū)域貿(mào)易所產(chǎn)生的區(qū)域水資源的節(jié)約與損耗，由圖可知，在研究年份內(nèi)，蘇北向蘇南輸送的糧食量約為每年534.70萬t，而蘇北地區(qū)每年生產(chǎn)534.70萬t的糧食所需要的消耗虛擬水量約5.50億m3，而蘇南地區(qū)若要每年生產(chǎn)534.70萬t的糧食所需要消耗的虛擬水量約4.90億m3，故在蘇北與蘇南的糧食貿(mào)易過程中，造成了江蘇省內(nèi)部每年虛擬水資源量約0.60億m3的損失。在蘇中地區(qū)與蘇南地區(qū)的糧食貿(mào)易過程中，雖然2個區(qū)域貿(mào)易量相對較小，約每年136.30萬t，但每年卻為江蘇省內(nèi)部節(jié)約了0.52億m3的虛擬水資源。就整體而言，在1999—2017年內(nèi)江蘇省內(nèi)部間的糧食貿(mào)易會造成江蘇省虛擬水資源損耗，損耗量約為0.08億m3/a。

圖3 江蘇省糧食虛擬水節(jié)損情況

2.3.2 棉花虛擬水節(jié)損量

由圖4可知，在1999—2017年期間，蘇北向蘇南輸送的棉花量約為每年8.52萬t，蘇北地區(qū)每年生產(chǎn)8.52萬t的棉花所需要的消耗虛擬量約為0.17億m3，而蘇南地區(qū)若要每年生產(chǎn)8.52萬t的棉花所需要消耗的虛擬水量約為0.16億m3。在蘇北與蘇南的棉花貿(mào)易過程中造成了江蘇省內(nèi)部虛擬水資源的損耗，總體每年損耗了虛擬水量約0.01億m3。蘇中地區(qū)與蘇南地區(qū)的棉花貿(mào)易與糧食貿(mào)易情況較為類似，雖然2個區(qū)域的棉花貿(mào)易量相對較小，僅每年0.61萬t，但卻基本實現(xiàn)了虛擬水資源的有效利用，并未造成江蘇省內(nèi)部的虛擬水資源浪費。但就整體而言，在1999—2017年內(nèi)江蘇省內(nèi)部間的棉花貿(mào)易還是會造成江蘇省虛擬水資源損耗，但損耗量相對較少，約為0.01億m3/a。

圖4 江蘇省棉花虛擬水節(jié)損情況

2.3.3 油料虛擬水節(jié)損量

圖5為江蘇省區(qū)域間油料虛擬水節(jié)損情況圖。由圖可知，與區(qū)域間糧食、棉花貿(mào)易量不同，油料的貿(mào)易量主要以蘇南地區(qū)-蘇中地區(qū)為主，在1999—2017年期間，蘇北向蘇南輸送的油料量較小，約為每年5.21萬t，蘇北地區(qū)每年生產(chǎn)5.21萬t的油料所需要的消耗虛擬水量約為0.04億m3，故在蘇北與蘇南的油料貿(mào)易過程中，并未造成江蘇省內(nèi)部虛擬水資源的損耗。蘇中地區(qū)與蘇南地區(qū)的油料貿(mào)易相對較大，約每年14.73萬t，蘇中地區(qū)每年生產(chǎn)14.73萬t的油料所需要的消耗虛擬水量約為0.07億m3，而蘇南地區(qū)若要每年生產(chǎn)14.73萬t的油料所需要消耗的虛擬水量約為0.11億m3，因此，蘇中地區(qū)與蘇南地區(qū)的油料貿(mào)易為江蘇省內(nèi)部每年節(jié)約了0.04 Mm3的虛擬水資源。就整體而言，江蘇省內(nèi)僅有油料貿(mào)易為江蘇省節(jié)約了虛擬水資源，但節(jié)約量僅為0.04億m3/a，不及糧食與棉花貿(mào)易所造成虛擬水損耗量，約0.09億m3/a，因此，江蘇省內(nèi)部的農(nóng)作物貿(mào)易會造成省內(nèi)虛擬水資源的損耗，損耗量約為0.05億m3/a。

圖5 江蘇省油料虛擬水節(jié)損情況

3 結(jié) 論

由于江蘇省內(nèi)的水資源和耕地資源空間分布不對稱，導(dǎo)致了省內(nèi)各行政區(qū)之間、各區(qū)域之間的農(nóng)產(chǎn)品調(diào)運及虛擬水的流動。在1999—2017年間，隨著農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易量的增加，由農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易引起的虛擬水流動量也逐年增大，與農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易情況類似，虛擬水由蘇中、蘇北地區(qū)隨著農(nóng)產(chǎn)品流入蘇南地區(qū)。農(nóng)產(chǎn)品虛擬水流動情況在各地級市之間分布不均勻，出現(xiàn)集中現(xiàn)象，南通、鹽城、徐州等地多為虛擬水輸出區(qū)，南京、無錫、鎮(zhèn)江、常州、蘇州地區(qū)在研究年份內(nèi)基本均為虛擬水輸入?yún)^(qū)，其中蘇州農(nóng)產(chǎn)品的虛擬水輸入量最大，鹽城的農(nóng)產(chǎn)品虛擬水輸出量最大；在研究時段內(nèi)，蘇南地區(qū)均為農(nóng)產(chǎn)品虛擬水輸入?yún)^(qū)，蘇北、蘇中地區(qū)均為農(nóng)產(chǎn)品虛擬水輸出區(qū)，3個區(qū)的農(nóng)產(chǎn)品虛擬水輸入量均整體呈逐年增長趨勢，且蘇南地區(qū)與蘇北地區(qū)的農(nóng)產(chǎn)品虛擬水流動量增長率較大。

江蘇省由于水資源和耕地資源時空分布不均勻，導(dǎo)致部分城市無法承擔(dān)農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)任務(wù)，必須通過從其他城市的農(nóng)產(chǎn)品補給來滿足自身的農(nóng)產(chǎn)品需求，這便導(dǎo)致其他城市的農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量以及水資源消耗量的增加。江蘇省區(qū)域間農(nóng)產(chǎn)品虛擬水節(jié)損量顯示，糧食、棉花貿(mào)易均為江蘇省帶來了虛擬水資源的損耗，共造成虛擬水損耗量約0.09億m3/a，江蘇省內(nèi)僅有油料貿(mào)易為江蘇省節(jié)約了虛擬水資源，但節(jié)約量僅為0.04億m3/a，因此，江蘇省內(nèi)部的農(nóng)作物貿(mào)易會造成省內(nèi)虛擬水資源的損耗，損耗量約為0.05億m3/a，意味著江蘇省內(nèi)部的虛擬水資源并未得到充分利用。