田園宏 諸大建 王歡明 臧漫丹

(1.同濟(jì)大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，上海200092;2.大連理工大學(xué)公共管理與法學(xué)學(xué)院，遼寧大連116024)

水足跡是指?jìng)€(gè)人、企業(yè)或國家生產(chǎn)產(chǎn)品或者消費(fèi)服務(wù)過程中消耗的水資源和為了稀釋污染水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)所需要的水資源量的總和［1］;它分為綠水、藍(lán)水和灰水3種，3種水足跡分別代表雨水、淡水以及生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污水?dāng)?shù)量。水足跡從技術(shù)角度衡量水資源的使用效率，量化了全過程中產(chǎn)生的水污染。國外的水足跡研究已有10年歷史并且研究正日趨完善，與此相比我國的研究還處于起步階段［2］，尚沒有出現(xiàn)針對(duì)中國糧食作物水足跡的系統(tǒng)性研究，包括對(duì)計(jì)算方法、數(shù)據(jù)來源等的詳細(xì)闡述。本文梳理了此前水足跡計(jì)算的相關(guān)國內(nèi)外文獻(xiàn)，述評(píng)了已有的計(jì)算方法和計(jì)算案例。在詳細(xì)介紹了計(jì)算中采用的方法和數(shù)據(jù)來源后，本文運(yùn)用彭曼公式計(jì)算了全國各個(gè)省份和直轄市1978－2010年間的5種主要的糧食作物稻谷、小麥、玉米、大豆和高粱的綠水和藍(lán)水足跡值。計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)33年間水足跡與人口、經(jīng)濟(jì)效益和土地等其他自然資源的綜合使用效率提高;我國的國內(nèi)生產(chǎn)、國際貿(mào)易以及國家最終消費(fèi)的水足跡總量仍在上升。

1 文獻(xiàn)回顧

2002年水足跡概念提出［3］，如今已經(jīng)有10年的研究歷史。其研究分為幾個(gè)階段，第一階段是2002－2008年，水足跡的研究集中計(jì)算方法探討和數(shù)值計(jì)算上。Hoekstra首先提出了水足跡的初步計(jì)算方法［4］，隨后他的研究團(tuán)隊(duì)逐步完善了綠水、藍(lán)水和灰水足跡計(jì)算方法。在此基礎(chǔ)上可以計(jì)算不同地理以及活動(dòng)范圍內(nèi)的水足跡:小到種植一株作物、生產(chǎn)某種商品、一個(gè)或者多個(gè)消費(fèi)者、一個(gè)地區(qū)、一個(gè)國家的水足跡，大到全球［1］。水足跡的計(jì)算方法有自下而上和自上而下兩種，分別稱為全生命周期法和投入產(chǎn)出法;全生命周期法常用于基礎(chǔ)性產(chǎn)品如農(nóng)產(chǎn)品水足跡值的計(jì)算，而投入產(chǎn)出法則用于較大范圍水足跡值的計(jì)算［4］。為了將計(jì)算過程程序化，現(xiàn)在已經(jīng)在完善計(jì)算參數(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)了模型、建立了數(shù)據(jù)庫，如 CropWat和AquaCrop等數(shù)據(jù)庫可用于計(jì)算水足跡，CropWat模型由聯(lián)合國糧農(nóng)組織建立、適用于理想狀況，缺水條件下AquaCrop模型更適用［5］。藍(lán)水計(jì)算最佳數(shù)據(jù)來源是產(chǎn)品制造商掌握的數(shù)據(jù)或者由當(dāng)?shù)卣约叭蛐缘姆种C(jī)構(gòu)提供的數(shù)據(jù)［1］。按照計(jì)算范圍、水足跡類型和行業(yè)的不同可以將水足跡計(jì)算細(xì)分。小的計(jì)算范圍可以是一種農(nóng)作物、一次活動(dòng)等。如對(duì)小麥水足跡計(jì)算過程中需要的參數(shù)數(shù)據(jù)的研究，可以供世界其他地區(qū)小麥水足跡計(jì)算參考［6－9］。計(jì)算范圍大到一省或者一個(gè)國家，如印度、印度尼西亞和西班牙各省份的水足跡值，英國國家水足跡總量［10－12］。水足跡有綠水、藍(lán)水和灰水3種。針對(duì)綠水和藍(lán)水足跡，世界各國家不同農(nóng)作物生長(zhǎng)所需綠水和藍(lán)水足跡被計(jì)算出來，并被公布在“世界水足跡網(wǎng)絡(luò)”網(wǎng)站上［1］。與綠水和藍(lán)水計(jì)算相比，灰水計(jì)算因?yàn)樾枰獙?shí)時(shí)數(shù)據(jù)因此計(jì)算相對(duì)復(fù)雜，數(shù)據(jù)可得性較差。但是由于灰水足跡能夠直接反應(yīng)生產(chǎn)過程中的污染程度，因此也有學(xué)者在數(shù)據(jù)可獲范圍內(nèi)展開了對(duì)灰水足跡的研究［8，12－14］。從行業(yè)來看，農(nóng)業(yè)水足跡的研究最多，工業(yè)水足跡的計(jì)算也已經(jīng)出現(xiàn)，并且研究結(jié)果能夠?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)提供很多啟示。如通過對(duì)飲料包裝盒生產(chǎn)過程的研究發(fā)現(xiàn)從飲料盒原料生產(chǎn)到飲料盒到達(dá)消費(fèi)者手中的過程中，供應(yīng)鏈水足跡占比99.7% －99.8%;因此，為了減少水足跡總量，相對(duì)于提高生產(chǎn)環(huán)節(jié)的水資源使用效率，供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)的水資源使用效率的提高是減少水足跡值的關(guān)鍵［15］。

對(duì)水足跡影響因素的研究建立在水足跡值計(jì)算的基礎(chǔ)上。研究證明經(jīng)濟(jì)、貿(mào)易以及人口因素是影響一個(gè)國家或者地區(qū)水足跡值的重要原因［16］。國內(nèi)學(xué)者計(jì)算了中國不同省份、區(qū)域的水足跡值，并對(duì)影響水足跡值的因素進(jìn)行了分析［17］，模擬了未來不同的貿(mào)易政策和水資源使用技術(shù)條件下的水足跡值［16－17］。

綜上所述，學(xué)者將注意力集中在歐洲、中東、北非、印度等國家的農(nóng)產(chǎn)品水足跡研究上［10，18］，針對(duì)中國農(nóng)產(chǎn)品尤其是糧食產(chǎn)品水足跡研究非常少見。有幾篇中國糧食產(chǎn)品水足跡值計(jì)算出現(xiàn)［19－20］，卻沒有系統(tǒng)介紹糧食產(chǎn)品水足跡的計(jì)算過程，包括計(jì)算方法、計(jì)算中所需要的數(shù)據(jù)如何進(jìn)行查找，如何使用計(jì)算軟件將數(shù)據(jù)計(jì)算出來等。因此本文嘗試對(duì)中國糧食產(chǎn)品水足跡值進(jìn)行系統(tǒng)計(jì)算，以期將水足跡工具應(yīng)用在中國糧食產(chǎn)品耗水量的計(jì)算中。

2 計(jì)算方法

本文的計(jì)算建立在彭曼公式的基礎(chǔ)上，該公式用于計(jì)算某一種糧食作物的單位質(zhì)量需水量，在此基礎(chǔ)上可以得到該種糧食作物單位質(zhì)量的綠水和藍(lán)水足跡值。隨后，根據(jù)各省級(jí)行政區(qū)域內(nèi)的糧食作物產(chǎn)量計(jì)算各省份的水足跡值，將上述數(shù)值加總即為國內(nèi)生產(chǎn)糧食作物水足跡值;加上通過國際貿(mào)易所得到的糧食作物水足跡凈值，兩者之和即國內(nèi)消費(fèi)糧食產(chǎn)量的水足跡總量。

2.1 單位質(zhì)量糧食作物需水量計(jì)算

本文計(jì)算理想種植條件下的糧食作物綠水和藍(lán)水需要量。

區(qū)域n內(nèi)作物c的單位質(zhì)量需水量CWR等于區(qū)域n內(nèi)作物c的單位面積需水量CWU與區(qū)域n內(nèi)作物c的單位面積產(chǎn)量CY之比。種植單位面積作物的需水量CWU等于生長(zhǎng)周期內(nèi)的蒸發(fā)累積數(shù)量 ET的10倍。由于CropWat軟件中得出的作物需水量單位為mm，因此將其乘以倍數(shù)10將單位轉(zhuǎn)換為m3/hm2。作物系數(shù)Kc與參考作物蒸發(fā)蒸騰水量的乘積ET0即蒸發(fā)系數(shù)ET，在這里作物系數(shù)Kc反應(yīng)糧食作物本身的生物特性(如葉面積、蠟質(zhì)層、產(chǎn)量水平、土壤、栽培條件)對(duì)需水量的影響。

公式中 CWR，CWU，CY，ET，Kc和 ET0分別表示作物單位質(zhì)量需水量(m3/t)、單位面積需水量(m3/hm2)、單位面積產(chǎn)量(t/hm2)、蒸發(fā)系數(shù)(mm/d)、作物系數(shù)和參考作物蒸發(fā)蒸騰水量(mm/d)。

參考作物蒸發(fā)蒸騰水量ET0運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)彭曼公式求解，該公式由聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)推薦并修正。它忽略了作物類型、作物發(fā)育和管理措施等因素，僅考慮氣象參數(shù)對(duì)農(nóng)作物需水的影響。

其中，Rn地面凈輻射蒸發(fā)當(dāng)量(MJ m－2d);G土壤熱通量(MJ m－2d);γ溫度計(jì)常數(shù)(kPa0C－1);T平均氣溫(℃);V22m高的風(fēng)速(ms－1);pa飽和水氣壓(kPa);pd實(shí)際水氣壓(kPa);pa－pd飽和水氣壓與實(shí)際水氣壓(kPa);Δ溫度－飽和水氣壓曲線的斜率(kPa℃－1)。

2.2 單位質(zhì)量糧食水足跡

單位質(zhì)量作物綠水需要量ETgreen在農(nóng)作物生長(zhǎng)過程中的蒸發(fā)水量ETc和有效降水量Peff中取較小值。在理想種植條件下，糧食作物蒸發(fā)水量ETc等于單位質(zhì)量作物需水量CWR。

單位質(zhì)量作物藍(lán)水足跡 ETblue的數(shù)值由綠水足跡ETgreen、灌溉需水量Ir和有效灌溉供水量Ieff決定。灌溉需水量Ir是作物需水量ETc與綠水足跡ETgreen的差值;如果綠水足跡量就能夠滿足作物生長(zhǎng)所需，那么糧食作物不需要灌溉，藍(lán)水足跡數(shù)為零;否則ETblue在灌溉需水量Ir和有效灌溉供水量Ieff中取較小值。

公式中 ETgreen，ETc，Peff，Ir，ETblue和 Ieff代表單位質(zhì)量作物綠水足跡(m3/t)、農(nóng)作物生長(zhǎng)過程中的蒸發(fā)水量(m3/t)、有效降水量(m3/t)、灌溉所需水量(m3/t)、單位質(zhì)量作物藍(lán)水足跡(m3/t)和有效灌溉供水量(m3/t)。

2.3 國內(nèi)生產(chǎn)糧食的水足跡

各個(gè)省份或者直轄市的一年內(nèi)綠水和藍(lán)水足跡之和是該年份的國內(nèi)生產(chǎn)水足跡總量，計(jì)算中國糧食作物水足跡時(shí)選取了稻谷、小麥、玉米、大豆和高粱5種主要的糧食作物求其水足跡的值;計(jì)算地理范圍包括除去臺(tái)灣、香港和澳門之外的31個(gè)省、自治區(qū)和直轄市。

公式中WFN，Ci和ETi分別代表某一省或者直轄市省份綠水或者藍(lán)水足跡總量(m3)、某省份一種糧食作物年產(chǎn)量(t)、某省份某種糧食作物單位水足跡值(m3/t)。

2.4 國際貿(mào)易糧食水足跡

一國通過糧食進(jìn)出口貿(mào)易與其他國家進(jìn)行水足跡的交換，其進(jìn)口水足跡總量減去出口水足跡總量，即為一個(gè)國家糧食貿(mào)易的進(jìn)口水足跡凈值。進(jìn)口糧食產(chǎn)品單位水足跡取國際平均值［13］，出口糧食產(chǎn)品水足跡值采用公式(1)－(8)中的計(jì)算值。進(jìn)出口的糧食產(chǎn)品數(shù)量是原生糧食作物的數(shù)量，不包括加工產(chǎn)品。

WFT，WFI，WFE，ETaverage，Q1和 Q2分別代表進(jìn)口水足跡凈值(m3)、進(jìn)口糧食作物水足跡值(m3)、出口糧食作物水足跡值(m3)、糧食作物國際平均水足跡值(m3/t)、進(jìn)口糧食產(chǎn)品數(shù)量(t)和出口糧食產(chǎn)品數(shù)量(t)。

2.5 國家消費(fèi)水足跡總量

一國最終消費(fèi)的糧食產(chǎn)品水足跡值，由國內(nèi)生產(chǎn)與國際貿(mào)易兩部分組成。國內(nèi)生產(chǎn)水足跡是這個(gè)國家所有省份和直轄市生產(chǎn)量的加總;進(jìn)出口水足跡值是這一年的進(jìn)口糧食產(chǎn)品水足跡值減去出口糧食產(chǎn)品中所包含水足跡的差值。

WFC即一國最終消費(fèi)的糧食產(chǎn)品水足跡值(m3)。

2.6 計(jì)算軟件

本文采用FAO設(shè)計(jì)的ClimWat和CropWat軟件計(jì)算農(nóng)作物生長(zhǎng)過程中的綠水和藍(lán)水需要量。ClimWat能夠提供CropWat計(jì)算所需要的城市氣象數(shù)據(jù)，是計(jì)算過程中的輔助軟件;在這個(gè)軟件中找到相應(yīng)城市的氣象站點(diǎn)，然后將數(shù)據(jù)導(dǎo)出，用主要軟件CropWat讀出來。CropWat是依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)彭曼公式設(shè)計(jì)的，在本文中它可以算出如下三項(xiàng):生長(zhǎng)周期內(nèi)給定氣候條件下的需水量;生長(zhǎng)周期內(nèi)的有效降水量;灌溉需水量。

3 數(shù)據(jù)來源及統(tǒng)計(jì)

3.1 數(shù)據(jù)來源

本文的計(jì)算中各個(gè)氣象站點(diǎn)的氣象數(shù)據(jù)最低和最高溫度、濕度、風(fēng)速、光照時(shí)間、輻射強(qiáng)度、參考作物蒸發(fā)蒸騰水量、每月降雨量和每月有效降雨量等來自于FAO的軟件ClimWat。作物數(shù)據(jù)信息參考Allen的文章同時(shí)結(jié)合本地作物實(shí)際生長(zhǎng)信息［21］。土壤結(jié)合當(dāng)?shù)赝寥李愋蛷腇AO全球數(shù)據(jù)庫中找到與此類型對(duì)應(yīng)的土壤信息(FAO)。農(nóng)作物根莖長(zhǎng)度、臨界損耗水平以及產(chǎn)出影響因素從FAO全球數(shù)據(jù)庫中查找。除青海省外，各省份氣象和作物生長(zhǎng)數(shù)據(jù)以該省省會(huì)為準(zhǔn);青海省省會(huì)西寧市的數(shù)據(jù)在ClimWat軟件中沒有列出，選取都蘭市作為代表城市。

各個(gè)省份以及直轄市中糧食作物年產(chǎn)量、單位面積產(chǎn)量數(shù)據(jù)，中國糧食作物總產(chǎn)量和單位面積產(chǎn)量源于《中國農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)資料》、《改革開放三十年農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)資料匯編》、《中國糧食統(tǒng)計(jì)年鑒》和各省統(tǒng)計(jì)年鑒。中國糧食產(chǎn)品貿(mào)易量源自FAO數(shù)據(jù)庫和《中國農(nóng)產(chǎn)品商品年鑒》。

3.2 數(shù)據(jù)描述性統(tǒng)計(jì)

3.2.1 國內(nèi)數(shù)據(jù)

在中國，稻谷、小麥和玉米是產(chǎn)量居于前3位的糧食作物。本文選取稻谷、小麥、玉米、大豆和高粱5種糧食作物作為研究對(duì)象，它們是我國的主要糧食作物，其產(chǎn)量總和在糧食作物總產(chǎn)量中占比在92%以上。因此選取這5種糧食作物水足跡作為中國糧食作物水足跡的研究對(duì)象，其數(shù)據(jù)具有代表性。

1978－2010年間，稻谷年平均產(chǎn)量1.77×108t;產(chǎn)量最高值是1997年的2.00×108t，最低值是1978年的1.37×108t。小麥年平均產(chǎn)量9.35×107t;最高產(chǎn)量出現(xiàn)在1997年的 1.23 ×108t，最低值是 1978 年的 5.38 ×107t。玉米年平均產(chǎn)量1.04×108t;最高產(chǎn)量出現(xiàn)在2010年的1.77 ×108t，最低值是 1994 年的 5.59 ×107t。大豆年平均產(chǎn)量1.27×107t;最高產(chǎn)量出現(xiàn)在 2004年的1.74 ×107t，最低值是1979 年的7.46 ×106t。高粱年平均產(chǎn)量3.01 ×105t;最高產(chǎn)量出現(xiàn)在1998 年的4.09 ×106t，最低值是2009年的1.68×106t。

3.2.2 進(jìn)出口數(shù)據(jù)

1978－2010年間中國主要糧食作物稻谷、小麥、玉米、大豆和高粱的進(jìn)口數(shù)量減去出口數(shù)量的差值即其凈進(jìn)口數(shù)量，這5種糧食作物年均凈進(jìn)口數(shù)量依次為－9.00×105t，7.03 ×106t，4.65 ×105t，1.09 ×107t和 6.97 ×104t。

(1)稻谷，平均每年出口 1.30×106t，進(jìn)口 4.00×105t;1994年出口數(shù)量最多，為1.70×104t;1978－1985年間出口數(shù)量為零;進(jìn)口最大值是2009年的1.65×106t;最小值是1978－1985年和1997年，數(shù)量為零。

(2)小麥，平均每年出口 4.89×105t，進(jìn)口 7.52×106t;出口最大值是 2007年的 2.34×106t，最小值是1978－1985年，數(shù)量為零;進(jìn)口最大值是 1985年的1.574 ×107t，最小值是2008 年的 1.01 ×106t。

(3)玉米，平均每年出口 4.42×106t，進(jìn)口 4.89×106t;出口最大值是2003年的1.64×107t，最小值是1978年的3.00 ×104t;進(jìn)口最大值是1995 年的1.17 ×107t，最小值是2010 年的1.57 ×106t。

(4)大豆，平均每年出口 5.32×105t，進(jìn)口 1.14×107t;出口最大值是1987年的1.71×106t，最小值是1978年的1.13 ×105t;進(jìn)口最大值是2010 年的5.48 ×107t，最小值是1978 年的1.15 ×106t。

(5)高粱，平均每年出口 1.67×105t，進(jìn)口 2.40×105t;出口最大值是1989年的9.01×105t，最小值是1978年，數(shù)量為零;進(jìn)口最大值是1981年的8.40×105t，最小值是1992 年的2.29 ×104t。

上述5種糧食作物進(jìn)出口水足跡數(shù)值取世界平均水足跡［13］。

4 計(jì)算結(jié)果與分析

4.1 全國水足跡總消費(fèi)量

我國是世界糧食第一大生產(chǎn)國，但卻是糧食凈進(jìn)口國家而非糧食出口國;隨同糧食進(jìn)口到我國的還有其他國家的水資源。由圖1看出，我國自改革開放以來，一直在進(jìn)口其他國家的糧食生產(chǎn)中的水資源。在2003年之后，5種糧食產(chǎn)品的凈進(jìn)口水足跡數(shù)值增幅攀升;我國進(jìn)口糧食水足跡在水足跡消耗總量中的占比從1978年的1.67%增至9.06%，總量從1.78 ×109t增加至 1.18 ×1010t。其直接原因是入世之后我國從其他國家進(jìn)口了大量糧食產(chǎn)品，我國糧食市場(chǎng)對(duì)國際糧食市場(chǎng)的依賴程度增加。同時(shí)入世后工業(yè)生產(chǎn)以及出口貿(mào)易的發(fā)展也使我國自身生產(chǎn)越來越多的糧食，因此我國國內(nèi)糧食生產(chǎn)所消耗的水足跡以及最終消費(fèi)的糧食產(chǎn)品水足跡同期增長(zhǎng)。

圖1 中國主要糧食作物水足跡數(shù)量(1978－2010)Fig.1 Water footprint of Chinese main food crops(1978－2010)

近15年間我國糧食作物水足跡總量曾出現(xiàn)兩次明顯的波谷值，第1次是1998年，當(dāng)時(shí)爆發(fā)的大洪水襲擊了東北、華北、長(zhǎng)江流域和珠江流域，使國內(nèi)糧食生產(chǎn)受損、進(jìn)口貿(mào)易受影響，這一年進(jìn)口水足跡凈值、生產(chǎn)水足跡總量和消費(fèi)水足跡總量比上年減少29.24%，4.09%和4.69%。第2次是2003年，“非典”公共衛(wèi)生事件使糧食生產(chǎn)受挫，國內(nèi)生產(chǎn)水足跡值下降了4.40%。

4.2 國內(nèi)水足跡生產(chǎn)量

4.2.1 各省級(jí)行政區(qū)水足跡值

在糧食作物的生產(chǎn)中，綠水來自降水，而藍(lán)水則是地下或者地表水資源，藍(lán)水的可再生性弱于綠水。因此，考察33年間各省份水足跡數(shù)量時(shí)，以年平均藍(lán)水足跡升序作圖2。除了寧夏和新疆兩個(gè)省份之外，各個(gè)地區(qū)的年均綠水普遍高于藍(lán)水?dāng)?shù)量，說明降水是糧食種植依賴的重要水資源來源。圖中藍(lán)水足跡消耗后10位的地區(qū)中綠水足跡也低，表明在這些地區(qū)水足跡值取決于糧食產(chǎn)量。而在藍(lán)水消耗量居前10位的省份中，有3個(gè)省份位于缺水的華北地區(qū)，分別是山東、河北和河南，各地區(qū)年平均綠水足跡曲線在這3個(gè)省份中出現(xiàn)了明顯的拐點(diǎn)，表明其綠水足跡顯著低于消耗同等數(shù)量藍(lán)水足跡的地區(qū);這些地區(qū)中降水量少，并且地下水儲(chǔ)量不豐富，之所以其綠水以及藍(lán)水總量居于前列，其原因在于糧食產(chǎn)量大。因此在華北地區(qū)土地資源數(shù)量基本穩(wěn)定的前提下，未來水資源數(shù)量將成為影響糧食生產(chǎn)的主要因素。

從區(qū)域角度看，華北地區(qū)是糧食主產(chǎn)區(qū)，該地區(qū)降水量少但是藍(lán)水消耗量大，水足跡值高于其他區(qū)域。長(zhǎng)三角和珠三角糧食作物的種植獲益于豐沛的降水，因此，綠水足跡線到達(dá)這兩個(gè)區(qū)域內(nèi)的省份或者直轄市時(shí)會(huì)出現(xiàn)明顯的波峰值，表明綠水足跡在總量中的比例相對(duì)其他區(qū)域較高;但是該區(qū)域內(nèi)的糧食種植相對(duì)于工業(yè)和服務(wù)業(yè)比重較低，因此其水足跡總量沒有排在全國前列。西部部分省份降雨豐沛，綠水足跡值高，糧食生產(chǎn)量大，水足跡總量也大，例如四川、江西等;而有些省份比如西藏、新疆土地生產(chǎn)率低，糧食種植量少，因此水足跡總量也不高。

圖2 5種糧食作物年度藍(lán)水足跡總和年均值(1978－2010)Fig.2 Average total blue water footprint of five main food crops(1978－2010)

4.2.2 各種主要糧食作物的水足跡值

在1978－2010年間5種糧食作物綠水和藍(lán)水足跡值總量中，稻谷水足跡總量占比最高，為48%;小麥、玉米、大豆和高粱依次占比22%，18%，11%和1%。

在此期間，中國5種糧食作物中每一種糧食單位產(chǎn)量的藍(lán)水足跡平均值減少，水資源生產(chǎn)率提高。如圖3所示，小麥藍(lán)水足跡降幅最高，約59%，其他4種糧食作物水足跡降幅約為30%。單位產(chǎn)量的小麥綠水足跡同期下降;稻谷、小麥、玉米、大豆和高粱的降幅分別為41.90%，58.71%，48.17%，43.76%和 50.91%。國內(nèi)糧食單位產(chǎn)量的水足跡數(shù)量減少;而圖1所示的國內(nèi)生產(chǎn)消耗的水足跡總量基本持平并且略微增長(zhǎng)，2010年比1978年增長(zhǎng)了2.01%。其原因在于糧食產(chǎn)量的增加，在此期間5種糧食作物總產(chǎn)量從1978年的2.54×108t增加到2010年的5.06×108t，增幅為98.89%，幾乎翻了1倍。糧食產(chǎn)量的增加抵消了水資源生產(chǎn)率提高對(duì)于減少水資源使用量的貢獻(xiàn)。

圖3 5種糧食作物國內(nèi)生產(chǎn)平均藍(lán)水足跡(1978－2010)Fig.3 Average blue water footprint of five food crops’domestic production(1978－2010)

4.3 國際貿(mào)易綠水和藍(lán)水足跡比例

首先求出本年度糧食作物中進(jìn)口綠水在中國消費(fèi)綠水凈值中的比例，同時(shí)求出藍(lán)水的該比例;然后將兩個(gè)比值求比，可以得到國際貿(mào)易綠水和藍(lán)水足跡比例。計(jì)算結(jié)果表明，綠水的比例在藍(lán)水的2倍以上，即在糧食貿(mào)易中進(jìn)口綠水占比高于藍(lán)水。

圖4顯示，我國進(jìn)口三大糧食產(chǎn)品稻谷、小麥和玉米綠水占比高于藍(lán)水，并且該比例高于同類國內(nèi)糧食產(chǎn)品的比值;可以推測(cè)通過對(duì)外貿(mào)易，我國與其他國家將水資源重新分配，最終的貿(mào)易產(chǎn)品中各個(gè)國家出口了本國降雨而沒有將本國寶貴的地下水資源同比例出口，因此在此過程中水資源以糧食為載體出口到了其他國家，水資源得到了優(yōu)化配置。

圖4 進(jìn)口綠水與藍(lán)水凈值在總耗水量占比中的比值(1978－2010)Fig.4 Quotient of ratios between green and blue water footprint in total consumption(1978－2010)

4.4 水足跡與土地、人口和GDP的比值

4.4.1 單位土地面積上的水足跡

1978－2010年33年間我國單位土地面積的糧食作物數(shù)量在增加，而單位糧食產(chǎn)量所需要的水足跡值在減少。以產(chǎn)量最高的稻谷為例，1978年和2010年的稻谷單位面積產(chǎn)量和稻谷單位產(chǎn)量的水足跡值分別為3 798.10 t/hm2和2 064.37 m3/hm2，6 553.00 t/hm2和1 288.61 m3/hm2。33年間其水足跡值降低了37.58%，單產(chǎn)提高了72.53%;兩者散點(diǎn)圖的斜率為負(fù)。

4.4.2 人均水足跡值

在此期間，我國人均消費(fèi)的糧食作物綠水和藍(lán)水足跡先是緩慢下降，2003年的人均數(shù)量最低，人均綠水、藍(lán)水和水足跡總量分別為 256.83 m3/人、121.27 m3/人和378.1 m3/人，比 1978 年降低了 32.27%，33.67% 和32.72%;人均藍(lán)水足跡為綠水足跡的47.21%。而從2003年起，我國人均水足跡值持續(xù)攀升，2010年比2003年上升了28.5%，達(dá)到485.89 m3/人，其中人均綠水足跡340.45 m3/人、人均藍(lán)水足跡145.44 m3/人。2003 年之前的人均水足跡的減少原因與水資源生產(chǎn)率的提高關(guān)系密切;而其后的人均水足跡的增加可以歸因?yàn)榧Z食消費(fèi)量的增速加快以及人口增長(zhǎng)率的放緩。

4.4.3 單位GDP的水足跡

水足跡帶來的經(jīng)濟(jì)效益，在這33年間持續(xù)增長(zhǎng);單位GDP消耗的水足跡量持續(xù)下降，2010年創(chuàng)造每一元錢的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)量，僅需要相當(dāng)于1978年1.09%的水資源數(shù)量。這其中除了水資源利用效率的提升，還有一部分原因在于通脹的影響。以 1978年為基準(zhǔn)年，2010年 CPI上漲174.9%，因此可以認(rèn)為貨幣貶值使現(xiàn)在的每元錢的價(jià)值低于此前。盡管貨幣貶值速度約為2倍，而水足跡的價(jià)值提高了近百倍，因此單位水足跡產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)價(jià)值在提高。

5 結(jié)論與討論

5.1 結(jié)論

對(duì)中國糧食作物水足跡進(jìn)行系統(tǒng)性計(jì)算，對(duì)各個(gè)省份的水足跡研究結(jié)果表明，在藍(lán)水消耗數(shù)量高的地區(qū)，綠水沒有同步增加，反映了在部分缺水的糧食高產(chǎn)區(qū)如華北地區(qū)出現(xiàn)了大量抽取地下水灌溉糧食作物的情況。而綠水量較高的地區(qū)，藍(lán)水?dāng)?shù)量沒有攀升，說明在部分豐水的糧食產(chǎn)區(qū)如江南地區(qū)工業(yè)和服務(wù)業(yè)相對(duì)于農(nóng)業(yè)更加發(fā)達(dá)，糧食種植數(shù)量較少。

1978－2003年期間中國主要糧食作物水足跡消費(fèi)總量基本維持不變、只在小范圍內(nèi)緩慢波動(dòng);2003年之后總量持續(xù)增長(zhǎng)，并且進(jìn)口量在總量中的占比2003年相對(duì)于1978年提高了5.42倍，加入WTO使我國對(duì)其他國家糧食產(chǎn)品以及水資源的依賴程度提高。從國內(nèi)生產(chǎn)看，稻谷水足跡值在5種主要糧食作物中占48%，它的單位產(chǎn)量的平均藍(lán)水足跡在1978－2010年間降低了41.90%。國內(nèi)糧食生產(chǎn)平均水足跡值、人均水足跡值和單位GDP產(chǎn)出所需要的水足跡值均在降低，而水足跡總量增加，原因在于在此期間糧食總產(chǎn)量增加了92.77%。而在進(jìn)口的糧食作物中，綠水比例高于藍(lán)水在水足跡總量中的比重，并且該比例高于我國國內(nèi)糧食作物生產(chǎn)中的綠水和藍(lán)水之比。通過國際貿(mào)易將富裕的綠水資源出口到了中國，優(yōu)化了水資源配置。

5.2 進(jìn)一步研究的方向

受數(shù)據(jù)可獲性的影響，本文忽略了灰水足跡的計(jì)算;而由省會(huì)代表該省的氣象信息影響了計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此這些都是存在的可以改進(jìn)之處。進(jìn)一步量化計(jì)算土地資源、人口和經(jīng)濟(jì)等因素對(duì)水足跡的影響大小及作用機(jī)制是尋求降低中國糧食種植水足跡值的研究思路。

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