基于情景分析的新疆棉花虛擬水戰(zhàn)略環(huán)境影響評價

方 芳 馬 瓊

(塔里木大學經(jīng)濟與管理學院，新疆 阿拉爾 843300)

1 前言

我國水資源當前面臨質與量的雙重危機[1]，水資源總量不足，單位面積水資源量只有656. 74 m3/hm2。根據(jù)國家水資源公報數(shù)據(jù)顯示，近10年來，我國農(nóng)業(yè)用水占總用水量的平均比例高達62. 44%，平均旱災受災面積15 654千 hm2，占平均有效灌溉面積的25. 75%，缺水問題嚴峻。在未來水資源的長期需求中，水資源將制約我國經(jīng)濟發(fā)展并成為影響我國經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸[2]。2018年中央1號文件中提出“人與自然和諧發(fā)展的基本原則，堅守綠水青山就是金山銀山”的基本發(fā)展觀念，嚴守生態(tài)保護紅線[3]。

新疆地域遼闊，氣候干旱。2016年新疆水資源總量為1 093. 40億m3，農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生態(tài)用水量占比分別為94. 7%(550. 99億m3)、2. 28%(13. 25億m3)、0. 9%(5. 26億m3)，農(nóng)業(yè)用水在總用水中占了很大的比重，據(jù)計算棉花生產(chǎn)用水高達146. 16億m3，占新疆農(nóng)業(yè)用水的26. 5%。2016年全國棉花總產(chǎn)值為912. 266億元，新疆棉花總產(chǎn)值占全國棉花總產(chǎn)值的77. 34%(705. 54億元)，占全新疆農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的32. 62%。鄧小軍等(2009)研究發(fā)現(xiàn)新疆南疆通過外輸棉花導致的大量地表水和地下水外流(虛擬水外調量為3 185. 54 m3)，給原本干旱缺水的南疆地區(qū)帶來巨大的生態(tài)壓力，嚴重阻礙著該地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展[4]。近年來，新疆棉花僅有20%供應自身的紡織工業(yè)原料，而80%的新疆棉花進入了國內或國際市場，從虛擬水貿易的角度來講，這相當于在以棉花為載體輸出虛擬水資源。2016年農(nóng)作物總播種面積為5 867. 52千hm2，其中糧食播種面積為2 401. 13千hm2(40. 9%)，棉花播種面積為1 805. 15千hm2(30. 8%)，有效灌溉面積只有4 982千hm2，占總播種面積的84. 9%。由于氣候極度干旱，近3年旱災平均受災面積為400千hm2，占播種面積的6. 8%，整體上新疆水資源極度匱乏。自治區(qū)2016～2020年“十三五”(種植業(yè))規(guī)劃發(fā)展中提出要按照“穩(wěn)糧、調棉、增飼、發(fā)展特色”的思路進一步優(yōu)化種植業(yè)產(chǎn)業(yè)結構[5]。

虛擬水戰(zhàn)略作為解決缺水地區(qū)水資源匱乏問題的新方法引入我國并進行初步應用[6]。緩解新疆水資源匱乏的根本途徑是優(yōu)化出口貿易結構[7]。查閱文獻發(fā)現(xiàn)，已有學者的研究主要集中在：(1)虛擬水理論的應用[8]；(2)區(qū)域或流域間虛擬水貿易及流動[9]；(3)虛擬水量化分析及影響因素研究[10]，如張杰等通過測算分析廣西主要農(nóng)作物的虛擬水含量，對其農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結構進行優(yōu)化[11]。而對未來虛擬水的含量測算、以及實行虛擬水戰(zhàn)略對環(huán)境影響評價的研究很少，且大多數(shù)學者以糧食安全或各行業(yè)為研究對象，而單獨以棉花這一產(chǎn)業(yè)為研究對象的卻很少。由于任何事情都具有兩面性，在實行虛擬水戰(zhàn)略以達到優(yōu)化水資源配置的同時，可能帶來一系列的負面影響，如進口依賴性增強，生物多樣性減少、農(nóng)戶種植的積極性受挫等；因此，對虛擬水戰(zhàn)略實施的影響進行評價具有重要意義?；谔摂M水戰(zhàn)略的理論，通過量化棉花及種植業(yè)中主要農(nóng)作物的虛擬水，分析棉花的虛擬水戰(zhàn)略對環(huán)境的影響，從而為新疆實施虛擬水戰(zhàn)略、合理調整新疆棉花的種植結構、優(yōu)化新疆種植業(yè)的水資源配置提供依據(jù)，緩解新疆水資源緊張問題。

2 數(shù)據(jù)來源

虛擬水是指產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中消耗的水資源量，包括虛擬藍水、虛擬綠水[12]。虛擬藍水是指把河流、湖泊等地表和地下的水通過灌溉方式輸送到農(nóng)作物，虛擬綠水是指由降雨和降雪形成的水資源。新疆屬于溫帶大陸型氣候，氣溫溫差大，降水少，氣候干燥[13]，2016年全疆年均降水量139. 93 mm，而新疆南疆氣候極其干旱，2016年年均降水量僅為61. 95 mm。灌溉農(nóng)業(yè)是新疆主要的用水主體，因此文章中測算的農(nóng)作物虛擬水含量指的是滿足作物正常需水條件下的需水量[14]。農(nóng)作物虛擬水含量是從CROP數(shù)據(jù)庫和CLIMATE軟件提取相關的氣候、土壤數(shù)據(jù)，借助FAO推薦的CROPWAT8.0軟件得到參考作物的需水量，然后根據(jù)中國自然歷[15]和中國主要農(nóng)作物等值線圖[16]得到主要農(nóng)作物的參考系數(shù)Kc值，對參考作物需水量進行修正，最后計算出作物單位質量虛擬水含量。各種農(nóng)作物種植面積和單產(chǎn)來源《新疆統(tǒng)計年鑒2017》[17]。棉花用工數(shù)量來源《全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編2017》[18]。

3 分析方法及數(shù)據(jù)整理

情景分析法[19-20]是一種預測工具，但情景分析又不是傳統(tǒng)意義上的預言或預測，它是對未來各種不可知情景的一種描述，是假定在某種現(xiàn)象、狀態(tài)或趨勢作用下，分析對目標產(chǎn)生影響的方法。由于它是基于政策、規(guī)劃層面上的提早協(xié)調環(huán)境與發(fā)展關系的一種決策手段，因此在可持續(xù)發(fā)展中體現(xiàn)出重要的意義[21]。首先計算棉花及種植業(yè)中主要產(chǎn)業(yè)虛擬水含量，參考前人的方法[22]篩選并確定虛擬水戰(zhàn)略對環(huán)境的主要影響成分，按照新疆種植業(yè)“十三五”規(guī)劃中關于農(nóng)作物2020的單產(chǎn)目標、產(chǎn)量目標、種植面積目標、節(jié)水灌溉覆蓋面積目標等總原則和總目標，從增加棉花進口、提高單產(chǎn)、提高灌溉技術和調整種植結構四個方面設置情景，對比分析不同情景下棉花虛擬水戰(zhàn)略對生態(tài)環(huán)境、水資源消費和社會環(huán)境三方面的影響。作物需水量的計算采用聯(lián)合國糧農(nóng)組織FAO推薦使用的彭曼-孟(Penman-Monteith)公式[23]。

4 虛擬水戰(zhàn)略環(huán)境影響因子識別

在進行環(huán)境影響評價之前，對虛擬水戰(zhàn)略帶來的環(huán)境影響因子識別是關鍵的一步。在眾多的影響中，通過篩選主要影響因子，才能正確評價虛擬水戰(zhàn)略的環(huán)境影響。根據(jù)新疆種植業(yè)“十三五”規(guī)劃中關于農(nóng)作物單產(chǎn)、種植面積、節(jié)水灌溉面積等的發(fā)展總目標和總原則，戰(zhàn)略行為主要從增加進口、提高單產(chǎn)、提高灌溉技術、調整種植結構四個方面進行，其帶來的環(huán)境影響主要分為生態(tài)環(huán)境影響、水資源消費影響及社會環(huán)境影響。具體如表1。

表1 虛擬水戰(zhàn)略環(huán)境影響因子識別

5 情景設定及分析

5.1 情景設定

根據(jù)《自治區(qū)種植業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》(以下簡稱“規(guī)劃”)2020年實現(xiàn)退棉減水533. 3千hm2，棉花保持300萬噸的生產(chǎn)能力。2016年新疆棉花產(chǎn)量420萬噸，因此按照穩(wěn)定發(fā)展原則，2020年棉花進口120萬噸，占棉花總產(chǎn)量約30%，按照年均減少率10%，2025年棉花減少150萬噸。設定情景A：2020年棉花進口120萬噸，2025年棉花進口150萬噸。

根據(jù)“規(guī)劃”中提出2020年要建設666. 67千 hm2棉花高產(chǎn)區(qū)，單產(chǎn)達到2 250 kg/hm2，高產(chǎn)棉區(qū)占種植總面積的30%。2025年實現(xiàn)1 066. 67千hm2棉花高產(chǎn)區(qū)，約占種植總面積的50%。設定情景B：2020年實現(xiàn)666. 67千 hm2棉花高產(chǎn)高效區(qū)，單產(chǎn)2 250 kg/hm2，2025年建成1 066. 67千hm2棉花高產(chǎn)高效區(qū)，按照2020年單產(chǎn)年均增長率2. 06%估算，2025年單產(chǎn)達2 490 kg/hm2。

假設棉花種植面積不變，為2016年的種植面積2 154. 91千hm2，2016年新疆微灌灌溉面積(2 138. 58千 hm2)占節(jié)水灌溉總面積(2 605. 09千 hm2)的82. 1%，因此節(jié)水灌溉面積主要以微灌灌溉面積為主。2016年新疆節(jié)水灌溉面積占農(nóng)作物總播種面積的38. 91%(2 418. 95千hm2)，根據(jù)“規(guī)劃”，2020年種植業(yè)高效節(jié)水面積要達2 866. 67千hm2(69. 16%)，設定情景C:2020年棉花微灌技術覆蓋率達到70%，2025年達100%。

“規(guī)劃”中，2020年糧食產(chǎn)量要達1 400萬噸，年均增長率達0. 36%，根據(jù)種植面積比例，選取主要的糧食作物小麥、玉米、薯類為代表，2016年這三種農(nóng)作物種植面積(2 239千hm2)占全疆糧食作物總種植面積(2 401. 13千 hm2)的93. 25%；經(jīng)濟作物選取棉花、油料、甜菜、蔬菜、瓜類，這幾種作物的種植面積(2 579. 13千hm2)占經(jīng)濟作物總播種面積(2 828. 71千hm2)的91. 2%；草料主要以苜蓿為代表，該種作物2016年的種植面積為280. 82千hm2。2016年糧、經(jīng)、草比例達47. 7∶48. 3∶4. 0，按照“規(guī)劃”中“穩(wěn)糧、調棉、增飼”的原則，2020年糧、經(jīng)、草比例要達到41. 3∶45. 3∶13. 4，2025年糧、經(jīng)、草比例為41∶40∶19。其中糧、經(jīng)、草各自種植面積根據(jù)“規(guī)劃”中的種植面積及相應的種植比例確定，各農(nóng)作物的種植面積以各農(nóng)作物在2016年的種植面積比例乘以“規(guī)劃”中農(nóng)作物總播種面積計算得到。設定情景D：2020年糧食作物種植2 066. 67千hm2，經(jīng)濟作物種植2 266. 67千hm2，草料種植666. 67千hm2，2025年糧食作物種植2 051. 57千hm2，經(jīng)濟作物種植2 001. 55千hm2，草料種植950. 67千hm2。

根據(jù)情景C、D，把種植業(yè)結構調整與高效灌溉技術結合起來設定情景E：2020年糧、經(jīng)、草種植比例為41. 3∶45. 3∶13. 4，微灌面積達70%，2025年糧、經(jīng)、草比例達41∶40∶19，微灌面積達100%。

5.2 情景分析

5.2.1 虛擬水戰(zhàn)略對水資源消費的影響

如圖1所示，以2016年為基準年，根據(jù)上述公式計算2016年種植業(yè)消費水資源287. 45億m3，棉花消費水資源146. 16億m3。與2016年比較，情景A下2020年棉花消費水減少42. 12億m3，2025年減少52. 65億m3。情景B下，2020年與2025年棉花消費水分別減少62. 23億m3、72. 21億m3，情景C下2020年與2025年棉花消費水分別減少43. 11億m3、53. 65億m3。情景B即提高單產(chǎn)對棉花水資源消費影響最大，如表2所示。情景D下，2020年與2025年種植業(yè)消費水分別減少30. 36億m3、33. 41億m3，情景E下2020年與2025年種植業(yè)消費水分別減少87. 52億m3、115. 01億m3，因此通過提高灌溉技術結合結構調整對種植業(yè)消費水的影響最大，水資源消費減少率分別為30. 45%、40. 01%。

表2 虛擬水戰(zhàn)略的水資源消費影響估算

圖1 不同情景下水資源的消費量

5.2.2 虛擬水戰(zhàn)略對生態(tài)環(huán)境影響

增加棉花進口，相當于以虛擬形式進口水資源，節(jié)省進口地區(qū)水資源消費。用進口的虛擬水總量除以新疆生態(tài)用水定額即得到生態(tài)面積，新疆生態(tài)灌溉用水定額參考賈寶全等人的初步估算[24]，其中林地以防護林為計算基礎(2016年防護林面積為134. 27千hm2，占林地總面積的72%)如表3所示，不同的情景下林地與草地面積增加有所差異，例如在情景A下，2020年通過進口棉花農(nóng)業(yè)用水減少42. 12億m3，可供新疆172. 2萬人生活一年(人均年用水量2 446 m3)。林地面積增加865. 33千 hm2，草地面積增加2 057. 14千hm2，相當于新疆13年的造林面積(2016年新疆造林面積64. 17千hm2)。2025年可減少農(nóng)業(yè)用水量52. 65億m3，相當于215. 25萬人一年的用水量。林地面積增加1 081. 66千hm2，相當于新疆約17年的造林面積，草地面積增加2 571. 43千hm2。

從表3可以看出，五種情景下從虛擬水視角來看都節(jié)約了水資源，如果把節(jié)約下來的水資源用于生態(tài)保護，林地與草地的面積都可以得到明顯的增加。五種情景中，情景E下林地與草地面積增加最多，其次為情景B，說明這兩種情景下節(jié)約的水資源量也最多。

表3 虛擬水戰(zhàn)略的生態(tài)影響估算

5.2.3 虛擬水戰(zhàn)略對社會環(huán)境的影響

虛擬水戰(zhàn)略對社會環(huán)境的影響主要體現(xiàn)為對當?shù)剞r(nóng)村人口就業(yè)的影響、對當?shù)孛揶r(nóng)收益的影響和對當?shù)孛揶r(nóng)種植積極性等方面的影響。由于進口棉花會導致本地的棉花生產(chǎn)減少，棉農(nóng)收入減少，降低棉農(nóng)的積極性，但是從長遠發(fā)展來看，虛擬水戰(zhàn)略是在充分發(fā)揮本地資源條件的情況下仍然不能滿足需求的一種策略，即進口的棉花是棉農(nóng)由于缺水而無法生產(chǎn)的，因此即使不進口棉花，棉農(nóng)也無法實現(xiàn)增收的。同時棉農(nóng)可以利用節(jié)約下來的水資源發(fā)展高附加值的其他農(nóng)產(chǎn)品，對于棉農(nóng)的增收來說也是一種不錯的機遇。

對新疆人口就業(yè)的影響：截至2016年，新疆總人口2 398. 08萬人，農(nóng)業(yè)人口1 238. 61萬人(其中農(nóng)業(yè)從業(yè)人員492. 91萬人)，占總人數(shù)的51. 65%。2016年棉花每公頃家庭用工天數(shù)為34. 95日，雇工天數(shù)為103. 95日，情景A下，如果2020年與2025年棉花分別進口120萬噸、150萬噸，種植面積分別減少586. 67千hm2、733. 33千hm2，即工作日將分別減少8 146萬日、10 183萬日，如果一個人1年工作日按照245天(新疆地區(qū)減去1天肉孜節(jié)和1天古爾邦節(jié)假日)計算，相當于短期內就業(yè)人數(shù)將分別減少33. 25萬人和41. 56萬人。

6 討論

虛擬水理論的提出，為區(qū)域農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結構的合理優(yōu)化提供了新的視角。以自治區(qū)種植業(yè)“十三五”規(guī)劃發(fā)展為依據(jù)，設定不同的情景，從虛擬水戰(zhàn)略對生態(tài)環(huán)境、水資源消費和社會環(huán)境正反方面的影響進行分析。

(1)由于我國虛擬水研究處于初步階段，尤其是針對虛擬水戰(zhàn)略行為對環(huán)境影響的研究處于起步階段。在對虛擬水進行量化的基礎上分析虛擬水戰(zhàn)略對環(huán)境產(chǎn)生的影響時，雖然依據(jù)自治區(qū)“十三五規(guī)劃”設定不同的情景，但它是一種前瞻性的分析，需要結合實踐應用。如情景C中2020年棉花微灌技術覆蓋率達到70%，2025年達100%，根據(jù)2016年新疆節(jié)水灌溉覆蓋率為38. 91%，按照“規(guī)劃”中的要求2020年要達到接近70%，基本可以實現(xiàn)，而2025年要達到100%尚需要一定的努力。

(2)棉花是新疆的主要經(jīng)濟作物之一，而且新疆也是棉花優(yōu)良的天然種植地，根據(jù)“規(guī)劃”調棉能夠實現(xiàn)文中所設定的力度。文章僅從節(jié)水的視角，設定調棉規(guī)模，且在結構調整的實施過程中，大部分種植戶最在乎的是該農(nóng)作物的經(jīng)濟效益，而考慮環(huán)境影響次之，因此需要一定的推廣講座和補貼措施，引導農(nóng)戶逐步轉變種植觀念。

(3)據(jù)統(tǒng)計，2016年新疆城鎮(zhèn)人口失業(yè)數(shù)量為9. 66萬人，失業(yè)率為2. 5%(同期全國失業(yè)率為4%)，根據(jù)調研發(fā)現(xiàn)，新疆每年棉花成熟后的拾花季節(jié)要引進一定的外地打工人口進行拾花，雇工人數(shù)高于家庭用工人數(shù)，因此棉花進口不一定會帶來當?shù)厥I(yè)問題。

7 結論與建議

(1)虛擬水戰(zhàn)略對水資源消費的影響。通過實施虛擬水戰(zhàn)略可以減少新疆的農(nóng)業(yè)用水量，情景B對棉花水資源消費影響最大，提高單產(chǎn)后2020年與2025年棉花水資源消費分別減少62. 23億m3、72. 21億m3，情景E對種植業(yè)水資源消費影響最大，調整種植業(yè)結構與采用高效節(jié)水技術后2020年與2025年種植業(yè)水資源消費分別減少87. 52億m3、115億m3。

(2)虛擬水戰(zhàn)略對生態(tài)環(huán)境的影響。通過增加棉花進口，相當于進口水資源，如果用節(jié)約下來的水資源增加林地與草地面積，五種情景中情景E可使林地與草地面積增加最多。

(3)虛擬水戰(zhàn)略對社會環(huán)境的影響。通過實行虛擬水戰(zhàn)略，增加棉花進口相當于減少人工數(shù)33. 25萬人、41. 56萬人，但是不一定會帶來失業(yè)問題。同時對于農(nóng)戶增收來說是一個不錯的機遇。

針對以上結論提出以下幾點建議：(1)適當增加進口，主攻單產(chǎn)。棉花屬于高耗水農(nóng)作物，根據(jù)計算如果大量增加棉花進口，帶來的負面影響也較大，如農(nóng)戶種植積極性受挫、紡織行業(yè)依懶性強等。按照自治區(qū)“十三五”規(guī)劃與發(fā)展，優(yōu)化棉花種植布局，主攻單產(chǎn)，集中發(fā)展優(yōu)勢種植區(qū)、高產(chǎn)棉與優(yōu)質棉區(qū)，壓縮高風險棉區(qū)種植面積；(2)適當調整種植業(yè)結構，并著力推廣高效灌溉技術。按照“十三五”規(guī)劃，優(yōu)化種植業(yè)結構，調棉增飼，增大飼料種植比例。同時推廣微灌技術，提高灌溉效率；(3)建立并逐步完善相關補償機制，促進種植結構調整的實施，引導農(nóng)戶轉變觀念，樹立節(jié)水觀念。