中國(guó)糧食虛擬水驅(qū)動(dòng)效應(yīng)與空間聯(lián)動(dòng)分析

徐 欣,葛宜虎

(1.河海大學(xué)公共管理學(xué)院，江蘇南京 211100 2.江蘇省徐州市新沂市水利局,江蘇 新沂 221400)

根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外的參考文獻(xiàn)，當(dāng)前關(guān)于糧食虛擬水方面的研究主要集中于以下兩種：①糧食虛擬水的計(jì)算及其流動(dòng)規(guī)律研究；②區(qū)域糧食虛擬水貿(mào)易的驅(qū)動(dòng)因素分解[1]。但是，國(guó)內(nèi)外對(duì)于影響糧食生產(chǎn)虛擬水量自身變化的驅(qū)動(dòng)因素卻少有人關(guān)注，尚未有學(xué)者使用指數(shù)分解法對(duì)影響糧食生產(chǎn)虛擬水的驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行研究。當(dāng)前分解驅(qū)動(dòng)因素的方法一般有兩種：指數(shù)分解法(IDA)和結(jié)構(gòu)分解法(SDA)。其中，IDA能直接對(duì)各單位的驅(qū)動(dòng)因素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分解，而SDA則會(huì)因投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)而受到一定的局限。所以，IDA比SDA在實(shí)際研究中應(yīng)用更為廣泛，特別是在能源消耗和污染物排放的影響因素分析研究中[2]。2004年，有學(xué)者通過對(duì)各種已有的分解方法做出對(duì)比研究，最后得出LMDI指數(shù)分解法在各方面都具有相對(duì)而言更大的優(yōu)勢(shì)的，例如在理論基礎(chǔ)、適用性、易用性和結(jié)果闡釋方面。在能源和水資源研究中LMDI指數(shù)分解法都已經(jīng)有了廣泛應(yīng)用，而且效果都還不錯(cuò)[3]。目前在水資源領(lǐng)域采用LMDI指數(shù)分解法的研究主要包括：全國(guó)細(xì)分行業(yè)實(shí)體水資源消耗驅(qū)動(dòng)因素分解、省域生產(chǎn)用水消耗方面的影響因素分析和單個(gè)因素(如區(qū)域因素、技術(shù)進(jìn)步等)對(duì)水資源消耗的影響分析[4]。

基于此，筆者先計(jì)算出了2005—2014年中國(guó)5種主要糧食生產(chǎn)虛擬水量，再根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)把全國(guó)劃分為東部、中部、西部3個(gè)地區(qū)，采用LMDI指數(shù)分解法分別計(jì)算出糧食生產(chǎn)虛擬水總量變化的4個(gè)驅(qū)動(dòng)因素的貢獻(xiàn)值，然后根據(jù)貢獻(xiàn)值變化趨勢(shì)分析這4個(gè)驅(qū)動(dòng)因素分別對(duì)東、中、西部3個(gè)地區(qū)糧食生產(chǎn)虛擬水變化的影響，接著再分別測(cè)算這3個(gè)地區(qū)糧食生產(chǎn)虛擬水同時(shí)受4個(gè)驅(qū)動(dòng)因素的影響情況，最后對(duì)糧食生產(chǎn)和地區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)政策制定以及水資源管理和如何建設(shè)節(jié)水型社會(huì)給出相關(guān)建議。

糧食安全和水資源安全是關(guān)系國(guó)計(jì)民生的重大問題，在全球化背景下，中國(guó)的糧食安全與水安全問題已成為熱點(diǎn)。虛擬水概念的出現(xiàn)為分析和研究水資源與糧食安全問題提供了新的思路[5]?；谀壳耙延械膶?duì)虛擬水的研究文獻(xiàn)，筆者首先計(jì)算出我國(guó)東中西三大地帶五類主要糧食虛擬水總量，借助LMDI指數(shù)分解法對(duì)我國(guó)2005—2014年間東中西三大地帶的糧食生產(chǎn)虛擬水空間差異進(jìn)行分解;然后使用geoda軟件算出了4個(gè)典型年的莫蘭指數(shù)，探討糧食虛擬水的空間變化。同時(shí)探究了糧食生產(chǎn)虛擬水和區(qū)域資源經(jīng)濟(jì)要素的關(guān)系，旨在揭示我國(guó)糧食生產(chǎn)虛擬水經(jīng)濟(jì)資源時(shí)空差異演變特征以及糧食生產(chǎn)虛擬水區(qū)域差異背后的農(nóng)業(yè)集約化時(shí)空分布特征，為規(guī)劃不同地域的農(nóng)業(yè)發(fā)展提供理論依據(jù)[6]。

1 數(shù)據(jù)來源

分解2005—2014年間糧食生產(chǎn)虛擬水的驅(qū)動(dòng)因素。由于各地區(qū)情況不同，受多種地域因素的影響，將全國(guó)劃分為東部、中部、西部3個(gè)地區(qū)(表1)，然后計(jì)算3個(gè)地區(qū)的糧食生產(chǎn)虛擬水總量，并對(duì)其4個(gè)影響因素進(jìn)行分解。

表1 中國(guó)三大地帶劃分

1.1 糧食生產(chǎn)虛擬水計(jì)算方法

依據(jù)國(guó)際貿(mào)易商品中的分類情況，將中國(guó)大陸地區(qū)31個(gè)省市區(qū)(港澳臺(tái)數(shù)據(jù)尚未收集)作為研究區(qū)域，研究31個(gè)省市區(qū)的5類主要糧食(稻谷、小麥、玉米、豆類、薯類)的糧食生產(chǎn)虛擬水。這五類糧食包括了《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》上標(biāo)注的主要糧食的所有種類，足以反映中國(guó)31省市區(qū)的糧食生產(chǎn)消費(fèi)情況。各地區(qū)糧食生產(chǎn)虛擬水量計(jì)算所需的各類糧食生產(chǎn)虛擬水含量相關(guān)數(shù)據(jù)來自聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織FAOSTAT數(shù)據(jù)庫(表2)。一個(gè)地區(qū)的糧食生產(chǎn)虛擬水含量等于該地區(qū)各類糧食產(chǎn)量與單位糧食的虛擬水含量的乘積之和(圖1)。全國(guó)3個(gè)地區(qū)的糧食生產(chǎn)虛擬水總量在10年間都逐漸增長(zhǎng)，趨勢(shì)也是近乎一致。其中，中部地區(qū)的糧食生產(chǎn)虛擬水量居于首位，其次是東部，西部的糧食生產(chǎn)虛擬水總量居最末位。2014年，中部地區(qū)糧食生產(chǎn)虛擬水總量為 3 706.344 89億m3，相比2005年總共增長(zhǎng) 1 046.286 9億m3，東部地區(qū)增長(zhǎng)了220.409 708億m3，西部地區(qū)增長(zhǎng)了206.493 929億m3。3個(gè)地區(qū)較2005年分別增長(zhǎng)了39.33%,11.9%,15.01%。根據(jù)圖2可以看出，2005—2014年間，3個(gè)地區(qū)糧食虛擬水消費(fèi)量都很穩(wěn)定，且有緩慢上升趨勢(shì)。

表2 中國(guó)主要糧食產(chǎn)品單位質(zhì)量虛擬水含量 m3/kg

圖1 糧食生產(chǎn)虛擬水總量變化趨勢(shì)

圖2 糧食消費(fèi)虛擬水消費(fèi)變化趨勢(shì)

1.2 驅(qū)動(dòng)因素分解的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源

根據(jù)2006—2015年《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》，得到全國(guó)31個(gè)省市區(qū)的5種糧食的產(chǎn)量、人口數(shù)、地區(qū)生產(chǎn)總值以及文中結(jié)構(gòu)效應(yīng)中的各地區(qū)糧食虛擬水消費(fèi)量所涉及的各地區(qū)糧食消耗量。

2 模型與方法

根據(jù)LMDI指數(shù)分解法，將影響糧食生產(chǎn)虛擬水量變化的驅(qū)動(dòng)因素分解為以下4種：結(jié)構(gòu)效應(yīng)、產(chǎn)量效應(yīng)、經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和人口效應(yīng)，從這4個(gè)效應(yīng)來分析3個(gè)地區(qū)糧食生產(chǎn)虛擬水總量在10年間的變化以及量化各地區(qū)對(duì)糧食的需求、糧食產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口規(guī)模這4個(gè)因素對(duì)糧食生產(chǎn)虛擬水量增長(zhǎng)的影響。

綜上所述，構(gòu)建糧食生產(chǎn)虛擬水總量模型表達(dá)式：

VW=∑QijWij

(1)

式中：VW為糧食生產(chǎn)虛擬水總量；i為省份；Qij為i省j產(chǎn)品的產(chǎn)量；Wij為j產(chǎn)品的單位虛擬水含量；

對(duì)式(1)進(jìn)行分解得到式(2)：

VW=∑VWi/∑APVi×∑APVi/∑GDPi×∑GDPi/∑Pi×∑Pi

(2)

式中：APVi為i省糧食產(chǎn)量；GDPi為i省地區(qū)生產(chǎn)總值；Pi為i省人口數(shù)。

令X=∑VWi/∑APVi，Y=∑APVi/∑GDPi，Z=∑GDPi/∑Pi，P=∑Pi，則模型可簡(jiǎn)化為式(3)：

VW=XYZP

(3)

式中：X為地區(qū)糧食虛擬水消費(fèi)量；Y為地區(qū)糧食產(chǎn)量；Z為人均地區(qū)生產(chǎn)總值；P為常住人口數(shù)。

4種效應(yīng)都以每一年的上一年作為基期做環(huán)比分析。運(yùn)用LMDI指數(shù)分解法中的加和和分解方法，對(duì)表達(dá)式(3)分解可得：

ΔVW=VW(t)-VW(t-1)=Xeff+Yeff+

Zeff+Peff

(4)

其中：

(5)

(6)

(7)

(8)

式中：Xeff為結(jié)構(gòu)效應(yīng)，是指一定時(shí)間某地區(qū)對(duì)糧食虛擬水消費(fèi)量，可以間接表示該地區(qū)人們對(duì)糧食的需求量對(duì)該地區(qū)糧食生產(chǎn)虛擬水總量的影響；Yeff為產(chǎn)量效應(yīng)，是指糧食產(chǎn)量，糧食生產(chǎn)虛擬水總量是和糧食產(chǎn)量息息相關(guān)的，能側(cè)面反映我國(guó)糧食虛擬水的狀況；Zeff為經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，指人均地區(qū)生產(chǎn)總值，可以反映地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，可以用來反映經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)該地區(qū)糧食生產(chǎn)虛擬水總量的影響；Peff為人口效應(yīng)，人口規(guī)模對(duì)一個(gè)地區(qū)的糧食消耗量有著極大影響，所以以各地區(qū)常住人口數(shù)來計(jì)算人口規(guī)模對(duì)地區(qū)糧食虛擬水總量的貢獻(xiàn)值。

各效應(yīng)計(jì)算出的貢獻(xiàn)值若為正即表示該效應(yīng)造成該地區(qū)糧食生產(chǎn)虛擬水總量增加；貢獻(xiàn)值若為負(fù)，則表示該效應(yīng)對(duì)該地區(qū)糧食生產(chǎn)虛擬水總量提升的影響是負(fù)面的。

3 計(jì)算結(jié)果與分析

3.1 4個(gè)效應(yīng)同時(shí)對(duì)糧食生產(chǎn)虛擬水量的影響差異分析

依據(jù)式(5)—式(8)，繪制出結(jié)構(gòu)、產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)以及人口這4個(gè)驅(qū)動(dòng)因素對(duì)東、中、西部3個(gè)地區(qū)糧食生產(chǎn)虛擬水總量變動(dòng)影響貢獻(xiàn)值的折線圖(圖3—圖5)，詳細(xì)結(jié)果見表3。這4個(gè)驅(qū)動(dòng)因素分別對(duì)這3個(gè)地區(qū)的糧食生產(chǎn)虛擬水總量變化的貢獻(xiàn)值的趨勢(shì)趨同，只是在貢獻(xiàn)的具體數(shù)值上有一定的差別。經(jīng)濟(jì)效應(yīng)對(duì)糧食生產(chǎn)虛擬水量的變化起到明顯的拉動(dòng)作用，而結(jié)構(gòu)效應(yīng)、產(chǎn)量效應(yīng)和人口效應(yīng)，對(duì)各地區(qū)糧食生產(chǎn)虛擬水量變化的影響稍小一些，但整體來看也是呈促進(jìn)作用的。在這4個(gè)效應(yīng)的共同影響下，西部地區(qū)2014年較2005年糧食生產(chǎn)虛擬水量共增加了206.494億m3。

根據(jù)圖3，東部地區(qū)糧食生產(chǎn)虛擬水總量受到經(jīng)濟(jì)效應(yīng)的拉動(dòng)作用最大，結(jié)構(gòu)效應(yīng)和人口效應(yīng)對(duì)東部地區(qū)的影響呈現(xiàn)一致的趨勢(shì)，在2005—2007年間及2009—2013年波動(dòng)較大，且波動(dòng)的趨勢(shì)是近乎一致的，產(chǎn)量效應(yīng)對(duì)東部地區(qū)糧食生產(chǎn)虛擬水總量起到輕微的拉動(dòng)作用，而在2008、2009和2013年呈現(xiàn)負(fù)值。根據(jù)圖4，經(jīng)濟(jì)效應(yīng)對(duì)中部地區(qū)糧食生產(chǎn)虛擬水量的拉動(dòng)作用依舊顯著，其次是產(chǎn)量效應(yīng)、人口效應(yīng)和結(jié)構(gòu)效應(yīng)。根據(jù)圖5，人口效應(yīng)對(duì)西部糧食生產(chǎn)虛擬水總量的貢獻(xiàn)值非常穩(wěn)定沒有波動(dòng)，而產(chǎn)量效應(yīng)和結(jié)構(gòu)效應(yīng)在2006年呈相反趨勢(shì)，經(jīng)濟(jì)效應(yīng)仍然是影響該地區(qū)糧食生產(chǎn)虛擬水量的最大因素。

結(jié)合表3，4個(gè)效應(yīng)對(duì)東、中、西部3個(gè)地區(qū)糧食生產(chǎn)虛擬水總量10年間的貢獻(xiàn)值從大到小排序均為經(jīng)濟(jì)效應(yīng)、產(chǎn)量效應(yīng)、人口效應(yīng)、結(jié)構(gòu)效應(yīng)。

圖3 4個(gè)效應(yīng)對(duì)東部地區(qū)糧食虛擬水總量的影響

圖4 4個(gè)效應(yīng)對(duì)中部地區(qū)糧食虛擬水總量的影響

圖5 4個(gè)效應(yīng)對(duì)西部地區(qū)糧食虛擬水總量的影響

3.2 4個(gè)效應(yīng)對(duì)東、中、西部地區(qū)的影響差異分析

綜合表3和圖6、圖7、圖8、圖9可以看出4個(gè)效應(yīng)總體上對(duì)糧食生產(chǎn)虛擬水總量起到了正面影響，2005—2014年，3個(gè)地區(qū)在4種效應(yīng)的影響下，東、中、西部糧食生產(chǎn)虛擬水總量累計(jì)分別增加了 2 316.82億m3，4 870.94億m3和2 267.21億m3。

結(jié)構(gòu)效應(yīng)和產(chǎn)量效應(yīng)對(duì)東、中、西部的糧食生產(chǎn)虛擬水量影響程度曲線基本一致。2005—2006年、2009—2010年，由于需求減少，使得本該是正值的需求效應(yīng)貢獻(xiàn)值降為負(fù)值，抑制了糧食生產(chǎn)虛擬水量的增長(zhǎng)，在結(jié)構(gòu)影響下的3個(gè)地區(qū)的糧食生產(chǎn)虛擬水量平均增加僅為54.997億m3、24.513億m3。2007—2008年、2012—2013年，由于產(chǎn)量減少，使得本該是正效應(yīng)的產(chǎn)量變?yōu)樨?fù)值，對(duì)糧食生產(chǎn)虛擬水量的增長(zhǎng)起到了壓制作用，在產(chǎn)量影響下的東、中、西部地區(qū)的糧食生產(chǎn)虛擬水量平均增加僅為79.5億m3、31.343億m3。

表3 糧食虛擬水總量變動(dòng)分解

圖6 結(jié)構(gòu)效應(yīng)對(duì)3個(gè)地區(qū)糧食生產(chǎn)虛擬水的影響

圖7 產(chǎn)量效應(yīng)對(duì)3個(gè)地區(qū)糧食生產(chǎn)虛擬水的影響

圖8 經(jīng)濟(jì)效應(yīng)對(duì)3個(gè)地區(qū)糧食生產(chǎn)虛擬水的影響

圖9 人口效應(yīng)對(duì)3個(gè)地區(qū)糧食生產(chǎn)虛擬水的影響

經(jīng)濟(jì)效應(yīng)對(duì)3個(gè)地區(qū)的糧食生產(chǎn)虛擬水量作用起到明顯的拉動(dòng)作用，雖然存在波動(dòng)，但經(jīng)濟(jì)效應(yīng)一直為正值，2005—2013年，在經(jīng)濟(jì)效應(yīng)影響下的3個(gè)地區(qū)的糧食生產(chǎn)虛擬水量平均增加2 627.507億m3。

3.3 空間全局空間自相關(guān)分析

筆者利用geoda軟件計(jì)算了2005—2014年中國(guó)31個(gè)省市糧食生產(chǎn)虛擬水的全局自相關(guān)莫蘭指數(shù)，空間權(quán)重W取常用的一階鄰近矩陣，結(jié)果通過了5%顯著性檢驗(yàn)。本文選取2005、2008、2011、2014年4個(gè)典型年的全局莫蘭指數(shù)，在典型年中一直在0.4以上，并總體保持穩(wěn)定的狀態(tài)，詳見圖10。

Moran散點(diǎn)圖中的第一、三象限代表空間相關(guān)性為正，第二、四象限代表空間相關(guān)性為負(fù)。由圖10可知：2005—2014年間，從散點(diǎn)圖可以看到絕大多數(shù)省份都處于第一或第三象限，這表明中國(guó)糧食用水量在空間上存在較強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系。隨著時(shí)間的推移，糧食生產(chǎn)虛擬水量的空間正相關(guān)性呈現(xiàn)“先增后減”的趨勢(shì)。這表明在中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展早期，各省的經(jīng)濟(jì)發(fā)展及糧食生產(chǎn)虛擬水量之間存在著較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性；但隨著社會(huì)的發(fā)展，各省在經(jīng)濟(jì)發(fā)展定位以及相關(guān)發(fā)展措施上“因地制宜”，因此對(duì)于糧食生產(chǎn)虛擬水量的需求也會(huì)不同，所以導(dǎo)致了糧食生產(chǎn)用水量的空間正相關(guān)性在2013年以后逐漸減弱[7]。

圖10 典型年份中國(guó)31省市區(qū)糧食生產(chǎn)虛擬水莫蘭指數(shù)

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果得出以下結(jié)論：

(1) 4個(gè)效應(yīng)對(duì)東、中、西部3個(gè)地區(qū)糧食生產(chǎn)虛擬水總量的貢獻(xiàn)值從2005到2014年呈現(xiàn)的趨勢(shì)基本是一致的，按貢獻(xiàn)值從大到小依次為經(jīng)濟(jì)效應(yīng)、產(chǎn)量效應(yīng)、人口效應(yīng)、需求效應(yīng)。3個(gè)地區(qū)糧食生產(chǎn)虛擬水總量提升主要是受到經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和產(chǎn)量效應(yīng)的影響，其中經(jīng)濟(jì)效應(yīng)的拉動(dòng)作用尤為顯著。

(2) 產(chǎn)量效應(yīng)和需求效應(yīng)對(duì)東、中、西部地區(qū)糧食生產(chǎn)虛擬水總量的影響逐年變化趨勢(shì)是基本趨同的；除此之外經(jīng)濟(jì)效應(yīng)對(duì)東、中、西部糧食生產(chǎn)虛擬水總量增長(zhǎng)的推動(dòng)作用很明顯，其中東、中部地區(qū)受到經(jīng)濟(jì)效應(yīng)的拉動(dòng)作用較西部地區(qū)大，西部地區(qū)受到的拉動(dòng)作用相比較??；人口效應(yīng)整體而言對(duì)東、中、西部地區(qū)糧食生產(chǎn)虛擬水總量起到拉動(dòng)作用，其中西部地區(qū)糧食生產(chǎn)虛擬水受到的拉動(dòng)作用最明顯而且非常穩(wěn)定，東、中部地區(qū)在2005—2007年受到的影響波動(dòng)較大，尤其是中部地區(qū)。但從2008年開始，人口效應(yīng)對(duì)3個(gè)地區(qū)的糧食生產(chǎn)虛擬水總量的貢獻(xiàn)量變化趨勢(shì)和具體貢獻(xiàn)值都開始逐漸接近，雖然有小幅的波動(dòng)但總體來講還是平穩(wěn)發(fā)展的。

4.2 建議

為了節(jié)約糧食生產(chǎn)用水，打造節(jié)水型社會(huì)，需要對(duì)糧食生產(chǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)。首先要根據(jù)各地的消費(fèi)量和消費(fèi)結(jié)構(gòu)來將各地區(qū)糧食生產(chǎn)的種類合理分布且將產(chǎn)量控制在適度的范圍內(nèi)；其次在糧食生產(chǎn)過程中也要重視水資源節(jié)約問題，加大科技投資力度，積極推廣先進(jìn)的糧食生產(chǎn)技術(shù)，盡可能減少農(nóng)業(yè)用水浪費(fèi)，使其達(dá)到帕累托最優(yōu)[8]。在關(guān)注經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的同時(shí)，科技的進(jìn)步同樣不容忽視，提高科技投資，促進(jìn)糧食種植加工節(jié)水技術(shù)的發(fā)展，同樣產(chǎn)量的糧食所耗費(fèi)的水資源就會(huì)相應(yīng)減少，隨即抑制產(chǎn)量效應(yīng)對(duì)東、中、西部地區(qū)糧食生產(chǎn)虛擬水總量的拉動(dòng)作用；根據(jù)各地區(qū)糧食需求合理調(diào)整糧食的生產(chǎn)量和生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，使其能滿足人們的糧食剛需和加工出口需要而不造成浪費(fèi)；經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)不管從整體還是單個(gè)地區(qū)來看都對(duì)糧食生產(chǎn)虛擬水總量起到了很大的推動(dòng)作用，所以在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)不能忽視節(jié)約水資源的重要性，必須加緊建設(shè)節(jié)水型社會(huì)，守住“三條紅線”，明確水資源管理的主要目標(biāo)，實(shí)行最嚴(yán)格的水資源管理制度，在大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)提高水資源的利用效率，推進(jìn)可持續(xù)發(fā)展[9]；在制定不同地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水資源管理的政策方面，應(yīng)該意識(shí)到一味追求經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的發(fā)展模式是不符合綠色持續(xù)發(fā)展理念的，需要提高水資源的利用效率，完善各地區(qū)水資源管理制度、提升各地區(qū)水土資源單位面積產(chǎn)量[10]。與此同時(shí)，合理控制各地區(qū)人口數(shù)量，滿足人們對(duì)除了五大主要糧食以外其他替代品食物的需求，可以有效抑制糧食用水的增長(zhǎng)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)持續(xù)發(fā)展。