中國虛擬水貿易結構變遷及空間分布研究

張曉宇，吳 明，曹和平

一、引 言

虛擬水，又稱之為“嵌入水”或者“外生水”，為生產產品和服務所消耗的水資源數量，它以虛擬的形式蘊含在產品和服務中。[注]Allan，J.A.，Virtual water: A long term solution for water short Middle Eastern economies，British Association Festival of Science，University of Leeds，1997.從水資源配置的角度來看區(qū)域貿易，也就是虛擬水貿易，國家或地區(qū)進、出口產品和服務的同時也蘊含了大量的水資源以虛擬的形式在區(qū)域間流動。在此背景下，虛擬水理論所包含的水足跡、虛擬水貿易核算作為評價水資源配置，應對水資源匱乏的工具。自由貿易和國際分工對自然資源和環(huán)境質量存在著正面和負面的雙重影響。[注]高宏霞等：《經濟增長與環(huán)境污染關系的研究——基于環(huán)境庫茲涅茨曲線的實證分析》，《云南財經大學學報》2012年第2期。隨著世界經濟全球化，中國占世界的貿易比重已達到10%以上，中國的國際貿易內涵了大量的水資源流動，如何計量國際貿易所蘊含的水資源流動，評價中國與世界主要經濟體水資源流動的合理性，對我國經濟社會的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現實意義。本文基于國際投入產出表，構建世界水資源投入產出模型，利用國際投入產出組織(WIOD)提供的世界投入產出表和各國的新鮮水抽取數據，測度世界水資源流動內中國水資源的流量及流向，評價中國虛擬水貿易的結構特征、空間分布以及中國在世界水資源流動中所處的位置。

二、世界水資源投入產出分析模型

(一)水資源投入產出模型

區(qū)際間投入產出模型應用于計量區(qū)際間環(huán)境足跡的流動，在與水資源投入結合的基礎上，該模型同樣能很好地應用于水足跡和虛擬水貿易的計量。[注]Wiedmann.T.，“A review of recent multi-region input-output models used for consumption-based emission and resource accounting”，Ecological Economics，vol.69，Issue2，2009，pp.211～222.投入產出模型反映了國民經濟各部門生產與再生產各環(huán)節(jié)間數量的依存關系，投入產出模型與水資源消耗量結合后，反映了各部門經濟聯系中的水資源消耗，構成水資源投入產出模型。區(qū)域投入產出模型不僅可以反映區(qū)域內部各產業(yè)之間的經濟關聯，還可以系統(tǒng)全面地反映不同區(qū)域不同產業(yè)之間的產品流動，將區(qū)域投入產出模型與各區(qū)域水資源的消耗聯合，則形成了區(qū)域間水資源投入產出模型。[注]石敏俊等：《中國省區(qū)間投入產出模型與區(qū)際經濟聯系》，北京：科學出版社，2012年，第144～145頁。通過測算區(qū)域間虛擬水貿易量與內部水足跡，可以清晰的刻畫各區(qū)域間水資源的轉移和區(qū)域內水資源消耗，進而分析水資源對區(qū)域經濟的影響。

設區(qū)域間投入產出模型的區(qū)域數為m，每個地區(qū)的部門數為n，則區(qū)域投入產出模型方程為：

(1)

(2)

將其改寫為矩陣形式則：

XR=ARSXR+YRS

(3)

其中XR、ARS、YRS為產出矩陣、直接消耗矩陣，最終需求矩陣。

為了建立最終需求與產出的關系，將其轉化為需求主導的形式，即：

XR=(I-ARS)-1YRS

(4)

令BRS為列昂惕夫逆矩陣，BRS=(I-ARS)-1，同時也稱為BRS完全需求系數矩陣。

為了建立水資源的消耗與投入產出的關系，需要確定直接用水系數及完全用水系數。直接用水系數，表示生產單位產品或服務所消耗的實體水的數量。在國民經濟各部門之間除了直接聯系外，還有間接聯系，直接用水系數反映了直接用水量，產品和服務生產過程中的中間投入的生成也同樣要消耗水資源，這部分水量為間接用水量。間接用水量和直接用水量之和則為完全用水系數，即生產滿足一單位的最終需求的產品和服務在整個生產過程中消耗的水量。

(5)

完全用水系數：DRS=WS×BRS

(6)

為了核算產品和服務生產過程中本地區(qū)居民所消耗的新鮮水資源量，Hoekstra 和Hung提出了水足跡的概念。[注]Hoekstra，A.Y.，Hung，P.Q.，“Virtual water trade: A quantification of virtual water flows between nations in relation to international crop trade”，Value of Water Research Report Series，no.11，UNESCO-IHE-Delft，2002.水足跡可以從生產和消費兩個方面進行分析研究，生產水足跡從供給的角度反映了區(qū)域內生產商品和服務所消耗的水量，它反映了本地實體水資源消耗。它由區(qū)域內部水足跡和虛擬水出口所組成，內部水足跡代表本區(qū)域虛擬水消耗，虛擬水出口則代表了本地生產的產品所消耗的水資源出口至外地；消費水足跡則從需求的角度核算區(qū)域內水資源需求，它反映了一部分本地水資源消耗和另一部分來自于外地的水資源供給。它由區(qū)域內部水足跡和虛擬水進口所組成，虛擬水進口則代表了區(qū)域外產品蘊含的水量進口至本地。虛擬水進出口也稱為外部水足跡?；谕度氘a出方法，水足跡則是用來核算本地區(qū)內、外生產的產品和服務的最終需求所消耗的虛擬水量。則水足跡為：

FRS=DRS×YRS

(7)

(二)數據來源及整理

國際投入產出WIOD項目構造了40個國家、35個部門1995～2009年度的時間序列的國家間投入產出數據。各國農業(yè)、制造業(yè)以及服務業(yè)、生活用水的新鮮水取水量數據，可由聯合國糧食與農業(yè)組織下屬AQUASTAT 數據庫和歐盟委員會下屬EUROSTAT獲取，各國各部門分類用水量，根據各國國家統(tǒng)計局水資源統(tǒng)計資料整理而得。由于各國統(tǒng)計方法、口徑略有不同，原始資料獲取后，需根據WIOD國際投入產出表和聯合國國際標準產業(yè)分類(ISIC)進行數據分類匯總整理，最后構造國家之間水資源投入產出模型。

三、中國虛擬水貿易核算及結果分析

根據世界水資源投入產出模型，本文量化了中國等40個國家內部水足跡以及虛擬水進、出口貿易的數量。通過40個國家虛擬水貿易與世界總貿易量占比的橫向比較，評價中國虛擬水貿易在世界范圍內的位置。通過時序數據研究中國虛擬水貿易結構變遷，同時選取美國、歐盟、日本3個發(fā)達經濟體進行虛擬水貿易結構橫向比較。研究中國虛擬水流動的主要貿易國，貿易量的大小，進行中國虛擬水貿易結構的成因分析。

(一)中國虛擬水貿易量在世界范圍內的位置

為了評價中國虛擬水貿易量在全球的權重，本文將1995年和2009年40個國家的虛擬水進、出口貿易量占世界總貿易量的份額匯總。根據本研究測算，從虛擬水進口來看，15年間虛擬水進口貿易量份額較高的國家位置有明顯變化，如美國、日本、德國的進口量在世界上的份額下降顯著，美國由19.5%下降為16.9%，日本由15.4%下降為7.1%，德國由9.0%下降至6.2%。而中國的份額則有明顯的上升，由1995年的2.8%上升至8.7%，2009年排名次于美國為第2名。從虛擬水出口來看，15年間中國的虛擬水流出量持續(xù)保持在世界第1名，并且權重持續(xù)上升，由1995年的15.9%上升至2009年的22.9%，遠高于排名第2、3名的印度、美國，而其他國家的比重則較為穩(wěn)定且低于5%。中國的虛擬水進出口量，在世界范圍內占到了很大比重，特別是虛擬水出口量一枝獨秀遠高于其他國家占比，中國的虛擬水進出口貿易的變動，將會影響世界水資源流動平衡。

(二)中國虛擬水足跡以及虛擬水貿易結構

為了研究中國水資源消耗以及虛擬水貿易結構情況，本文分析了中國1995～2009年內部水足跡及虛擬水內外貿易的數量。結果表明：15年間中國的生產水足跡平均為5 005億噸/年，1995年為5 141億噸/年、2009年為5 176億噸/年，波動不明顯。其中內部水足跡呈下降趨勢，由4 292億噸/年下降至3 818億噸/年，虛擬水出口則呈上升趨勢，由849億噸/年上升至1 359億噸/年，上升了60%。消費水足跡在研究期間基本穩(wěn)定，平均為4 355億噸/年，1995年為4 439億噸/年，而2009年為4 327億噸/年。15年間伴隨著中國國際貿易進口的增長，虛擬水進口量也由1995年的147億噸/年上升至510億噸/年，上升了2.5倍。研究期間中國虛擬水進出口均呈現增長的趨勢，但是由于虛擬水進口量基數較小，中國的虛擬水出口量遠大于進口量。將進、出口比較求得貿易凈值后發(fā)現，長期以來中國仍水資源凈流出國，并且呈逐年上升之勢，水資源凈流出量由1995年703億噸/年上升至2009年848億噸。

產業(yè)結構和進出口貿易政策決定了15年間中國水資源持續(xù)大量的流出，根據本文測算，2009年中國為水資源量消耗最大的國家之一，本國消耗占總消耗量的73.8%，而出口至國外的水資源量卻高達26.2%。雖然國家在制定貿易政策的時候并不會考慮蘊含在產品中的水資源量的進出口，但是卻帶來了隱含的水資源流出，進一步加劇了國內水資源的消耗，相當于外國特別是發(fā)達經濟體在社會經濟發(fā)展過程中占用了大量的中國水資源。

(三)發(fā)達經濟體的水足跡及虛擬水貿易結構

為了研究發(fā)達經濟體水足跡和虛擬水貿易結構，本文核算了美國、歐盟以及日本水足跡以及虛擬水量，以便與中國的水足跡結構進行比較研究。1995～2009年間，美國的平均生產水足跡為4 344億噸/年，平均消費水足跡為5 025億噸/年；歐盟國家生產水足跡平均為2 147億噸/年，消費水足跡平均為3 354億噸/年；而日本平均生產水足跡為706億噸/年，平均消費水足跡為1 229億噸/年。雖然3個經濟體的水足跡大小不一，但總結共同點，可發(fā)現它們的消費水足跡均明顯高于生產水足跡，均為水資源凈流入國家。水資源流入量比例與本地區(qū)水資源稟賦有關，以自然資源最為豐富的美國為例，美國年平均虛擬水流入1 200億噸/年，占本國消耗的23.7%，歐盟平均虛擬水流入1 857億噸/年，占本國消耗55.4%；日本年平均虛擬水流入600億噸/年，占本國消耗的46.6%。歐盟地區(qū)特別是西歐發(fā)達國家構建資源集約型社會發(fā)展政策得到了很好的執(zhí)行，水資源流入量逐年上升，近年已達到占總本國消耗量的60%左右。

本研究測算后還發(fā)現，歐盟的消費水足跡由1995年3 549億噸/年逐年下降至2009年3 003億噸/年，而日本的消費水足跡則由1 522億噸/年下降至1 056億噸/年，下降了近1/3。由此看來歐盟、日本水資源節(jié)約的技術和環(huán)境政策得到了較大的發(fā)展，取得了很好的效果。

分析美國、歐盟以及日本3個國家的用水結構特性可發(fā)現，發(fā)達經濟體不但通過虛擬水進口減少了本地區(qū)水資源使用，同時通過技術和政策優(yōu)化節(jié)約了水資源消耗。除了加強節(jié)水、區(qū)域調水等實體水政策制定和工程措施外，增加高耗水產品的進口，可調節(jié)日益嚴峻的水資源緊張形勢。

(四)中國虛擬水貿易流量流向變化

通過區(qū)域水資源投入產出模型，不僅能量化出各國虛擬水流動量，同時也可分析區(qū)域之間水的流向，從而以地域的角度分析水資源的配置情況。從虛擬水進口的角度來看，流入中國的水資源量大幅增長且更加集中。1995年排名前10的國家流入量為63億噸/年，占總流入比例的46.3%，至2009年，這一數據上升至246億噸/年，占總流入比例的50.8%。2009年中國虛擬水進口前10名的國家和進口量分別為：美國83億噸/年、印度43億噸/年、歐盟24.1億噸/年、印尼23.8億噸/年、澳大利亞21億噸/年、巴西15.6億噸/年、日本12億噸/年、俄羅斯10億噸/年、韓國7.9億噸/年、加拿大6.2億噸/年。

美國一直是中國水資源第一進口國，且流入量由1995年的22億噸/年迅速上升至2009年的83億噸。歐盟、日本、澳大利亞、加拿大一直保持著向中國輸出的高水資源量。值得注意的是，發(fā)展中國家,特別是金磚國家向中國的水資源輸入量明顯增加了，印度由1995年的6.4億噸/年迅速上升到2009年的43億噸/年，上升了5.7倍，排名也從第4名上升為第2名，巴西由1995年的1.0億噸/年上升到2009年的15.6億噸/年，上升了14.6倍，排名也從第10名上升為第6名。此外，中國向周邊國家如日本、韓國、印度尼西亞等國進口的水資源，從總量上也有明顯增長。

15年間流入中國的水資源量從總量到結構均產生了變化，這也從另一個側面體現了全球經濟一體化的時代下國際貿易結構的變化，中國調整產業(yè)結構，逐漸大量進口高耗水產品，進行深加工，進而滿足國內、外市場需求。同時，通過數據分析本研究也發(fā)現，水資源進口的渠道由從前主要向美、澳、加、歐盟等發(fā)達國家進口，調整為加強與印度、巴西等國家為代表的發(fā)展中國進口的多元化方向發(fā)展。

從虛擬水出口的角度來看，中國水資源流出主要向發(fā)達經濟體輸出，2009年中國虛擬水出口前10名的國家和出口量分別為：歐盟297億噸/年、美國284億噸/年、日本128億噸/年、俄羅斯49億噸/年、加拿大45億噸/年、韓國40億噸/年、印度36億噸/年、澳大利亞33億噸/年、印尼21億噸/年、巴西16億噸/年。觀察1995～2009年的年際變化，日本從第一大流出國降為第三大流出國，流出量由1995年的202億噸/年下降至2009年的128億噸，是唯一的中國虛擬水出口下降的國家，其他國家總體趨勢沒有很大變化。同時本文還發(fā)現，水資源流出方向開始向其他經濟體發(fā)展。1995年中國虛擬水出口排名前10國家的總量為698億噸/年，占總流出比例的83.4%，至2009年這一數據上升至950億噸/年，占總流出比例的70.4%，從流出比例來看，占比下降了13%。

與水資源流入量和方向相比，輸出總量、流向未有明顯的變化，中國作為發(fā)達國家的水資源輸出國這一總趨勢沒有變化。并且將中國水資源輸入、輸出進行比較，可發(fā)現主要輸入量(前10名國家輸入量)占總輸入量45～50%，主要輸出量(前10名國家輸出量)占總輸出量70～85%的比例明顯較高。中國水資源輸出會受到發(fā)到國家需求的周期性波動影響，對發(fā)達國家依賴過性過高，進一步影響到國內的產業(yè)結構布局。

四、結論與政策建議

虛擬水的理念為解決地區(qū)水資源危機開拓了新的方向，考察一個國家或地區(qū)的虛擬水貿易和消費能夠為緩解水資源壓力提供新的思路，從而以產品貿易和消費的角度化解水資源危機。[注]趙 旭等：《基于投入產出分析技術的中國虛擬水貿易及消費研究》，《自然資源學報》2009年第2期。本文總結在前人研究的基礎上，提出了區(qū)域水資源投入產出計量模型，量化了中國1995～2009年15年間國內虛擬水消耗量、中國與各國的虛擬水貿易量以及主要流動方向。

研究結果顯示，中國水資源流出量占世界總量的近1/4，是世界水資源流動平衡的決定因素，這樣的份額明顯偏高。15年以來，中國一直為虛擬水凈出口國，雖然近年來進口的水資源量開始上升，但出口的水資源量仍遠高于進口量，未能改變整體趨勢。從水資源流入的角度觀察虛擬水貿易，15年間中國的水資源進口量有了很大幅度的提升，上升了2.5倍。同時，中國水資源的進口朝著多元化的方向改變。除了美國、歐盟、澳大利亞、加拿大等發(fā)達國家以外，近年來發(fā)展中國家特別是金磚國家如印度、巴西等國向中國輸入的水資源量也大大增加了。從水資源流出的角度觀察虛擬水貿易，歐盟、美國、日本、俄羅斯、加拿大等國一直為中國水資源的輸出國，與水資源輸入多元化相比，水資源輸出方向仍然比較單一。中國的出口貿易蘊含了包括水資源在內的大量自然資源流動，中國正在消耗著本國的資源而對其他國家，特別是發(fā)達經濟體進行補貼，長此以往將造成本國水資源的進一步匱乏。

(一)調整水資源管理總體思路，進行制度創(chuàng)新

我國政府一直專注于實體水資源的供給管理，這不僅需要大量資本投入，同時也增加了水利設施的運營管理成本，間接造成了生態(tài)退化與環(huán)境的進一步污染。虛擬水理論的提出，為水資源管理提供了另一手段，將實體水資源與虛擬水資源管理納入統(tǒng)一的戰(zhàn)略框架內進行考慮有重要的現實意義。應從國家層面，推動虛擬水管理制度創(chuàng)新，建立統(tǒng)一、完善的虛擬水量化體系，形成虛擬水資源流動監(jiān)控制度，優(yōu)化水資源配置，探尋國內、國際實體水資源、虛擬水資源流動的合理平衡點。

(二)推動產業(yè)升級，調整進、出口貿易結構

美國、歐盟、日本等發(fā)達國家及地區(qū)根據本國資源蘊含量的不同，虛擬水進口量所占總消耗量比例有所不同，但均為水資源凈進口國。特別是歐盟國家通過虛擬水貿易調整水資源利用結構已有相當的成果，虛擬水流入占本地區(qū)消耗的55.4%，已超過本地區(qū)的內部水足跡。從水資源可持續(xù)發(fā)展利用的角度，每年中國的出口貿易中蘊含了大量的水資源輸出，現行的產品進出口結構會加劇本國水資源短缺，導致我國水資源緊張局勢進一步惡化，加強高耗水產品如農業(yè)、化工業(yè)、金屬冶煉及制造業(yè)產品的進口，勢在必行。同時，推動產業(yè)升級，減少高耗水產品的出口，提升高附加值、低水資源消耗的產品出口份額，如信息技術、新材料、生物工程、新能源、空間技術產品的出口，加強服務業(yè)出口，減少中國水資源對外流失，將節(jié)約下來的有限實體水資源用于改善生態(tài)環(huán)境和水資源節(jié)約型產業(yè)發(fā)展。

(三)引導節(jié)水技術創(chuàng)新，降低產品用水單耗

從本研究結果來看，15年間，發(fā)達經濟體水資源消耗量逐年降低。以日本為例，由1995年的1 500億噸/年下降至2 009年的1 050億噸/年，下降了近1/3。同為資源壓力嚴峻的鄰邦，節(jié)水政策在日本得到了很好的執(zhí)行，很值得中國學習借鑒。政府應積極引導企業(yè)對生產、生活設備節(jié)水技術的創(chuàng)新，對各項節(jié)水措施給予政策扶持與激勵，制定合理有效的指標體系，健全產品耗水評估、跟蹤體制，以期提高水資源利用效率。