李 瑩，毛世峰，張 勇

(黑龍江省水利科學(xué)研究院，黑龍江哈爾濱 150080)

?

基于虛擬水理論的黑龍江省主要農(nóng)產(chǎn)品虛擬水價(jià)值研究

李 瑩，毛世峰，張 勇

(黑龍江省水利科學(xué)研究院，黑龍江哈爾濱 150080)

將虛擬水的概念同商品價(jià)格進(jìn)行關(guān)聯(lián)，提出從經(jīng)濟(jì)價(jià)值角度擴(kuò)展的虛擬水價(jià)值理論。計(jì)算黑龍江省9個(gè)市縣的水稻、玉米、大豆3種農(nóng)產(chǎn)品的虛擬水價(jià)值，得到以下結(jié)論：水稻的虛擬水價(jià)值最高，玉米的虛擬水價(jià)值次之，大豆的虛擬水價(jià)值最低。虛擬水價(jià)值體現(xiàn)的是水資源在商品交易過程中的利用效益，因此從虛擬水價(jià)值角度研究糧食生產(chǎn)的優(yōu)化布局具有一定指導(dǎo)意義。

虛擬水；虛擬水價(jià)值；黑龍江省；水稻；玉米；大豆

虛擬水是指商品或服務(wù)的生產(chǎn)過程中所使用的水資源的數(shù)量，一般伴隨在商品貿(mào)易過程中來具體化。1993年，倫敦國(guó)王學(xué)院的Allan教授[1]首先提出虛擬水的概念，后經(jīng)過很多學(xué)者的不斷充實(shí)擴(kuò)展而趨于完善。虛擬水戰(zhàn)略概念是指缺水國(guó)家或地區(qū)通過貿(mào)易的方式從富水國(guó)家或地區(qū)購買水密集型農(nóng)產(chǎn)品，尤其是糧食，來獲得水和糧食的安全保障。Zimmer等[2]首先提出虛擬水戰(zhàn)略概念。Hoekstra等[3]對(duì)虛擬水戰(zhàn)略的研究具有廣泛影響力。水資源既是基礎(chǔ)性的自然資源，也是戰(zhàn)略性的經(jīng)濟(jì)資源，世界范圍內(nèi)的各個(gè)國(guó)家或地區(qū)，水資源的短缺均具有相對(duì)性。虛擬水貿(mào)易理論提倡出口高效益的水資源商品，同時(shí)進(jìn)口本地沒有充足水資源生產(chǎn)的糧食產(chǎn)品，水資源短缺和糧食安全問題通過貿(mào)易的形式最終得以解決。

不同于傳統(tǒng)水資源，虛擬水具有以下特征[4-5]：①非真實(shí)性(虛擬性)。虛擬水并不是真實(shí)意義上的水，而是以虛擬形態(tài)包含在產(chǎn)品或服務(wù)中看不見的水。②社會(huì)交易性。商品或服務(wù)是虛擬水的載體，通過商品或服務(wù)在不同國(guó)家或地區(qū)間的貿(mào)易，虛擬水資源隨之發(fā)生轉(zhuǎn)移(流動(dòng))。同時(shí)社會(huì)交易性更多地強(qiáng)調(diào)社會(huì)整體交易行為，而非個(gè)體交易行為，通常認(rèn)為參與貿(mào)易的商品或者服務(wù)數(shù)量越多，虛擬水流動(dòng)的數(shù)量也就越多。③便捷性。實(shí)體水資源的調(diào)運(yùn)通常需要借助水利工程來實(shí)現(xiàn)，運(yùn)輸距離長(zhǎng)、時(shí)間跨度大、經(jīng)濟(jì)成本高，難以滿足現(xiàn)有的社會(huì)生活以及生產(chǎn)需要。相對(duì)而言，虛擬水資源以“無形”的形式嵌入在商品或服務(wù)中的特點(diǎn)，使得其長(zhǎng)距離、大規(guī)模的運(yùn)輸成為可能，因此可以有效緩解區(qū)域水資源壓力。④價(jià)值隱含性。虛擬水是嵌入在商品或服務(wù)中看不見的水，其價(jià)值難以得到直接體現(xiàn)，因此其價(jià)值具有隱含性。但是區(qū)域間虛擬水貿(mào)易會(huì)對(duì)參與貿(mào)易的國(guó)家或者地區(qū)的社會(huì)、生態(tài)環(huán)境以及水資源等多方面產(chǎn)生一定影響，其價(jià)值也會(huì)在這些影響的產(chǎn)生過程中逐步得到體現(xiàn)。

根據(jù)虛擬水的特點(diǎn)，將虛擬水的概念同商品價(jià)格進(jìn)行關(guān)聯(lián)，尋求從經(jīng)濟(jì)價(jià)值角度擴(kuò)展的虛擬水價(jià)值理論。虛擬水價(jià)值是指，用于生產(chǎn)商品的單位體積水量在其交易過程中所隱含的價(jià)值。可表示為商品單位體積的虛擬水含量值所體現(xiàn)的價(jià)格(單位：元/m3)，是水資源在商品交易過程中的利用效益指標(biāo)。

研究從農(nóng)作物的虛擬水量化指標(biāo)入手，選取黑龍江省9個(gè)主要農(nóng)業(yè)大縣作為研究區(qū)，計(jì)算黑龍江省水稻、玉米、大豆3種主要農(nóng)產(chǎn)品的虛擬水價(jià)值指標(biāo)，分析在市場(chǎng)價(jià)格的影響下，不同農(nóng)產(chǎn)品的虛擬水隱藏價(jià)值。

1　計(jì)算方法及數(shù)據(jù)來源

1.1計(jì)算方法采用FAO推薦的計(jì)算方法[6]，利用CropWat8.0軟件進(jìn)行初步運(yùn)算，根據(jù)相應(yīng)研究成果確定的參數(shù)來計(jì)算農(nóng)產(chǎn)品單位產(chǎn)量的虛擬水含量，引入農(nóng)產(chǎn)品的價(jià)格因素，計(jì)算得出農(nóng)產(chǎn)品單位體積耗水量的虛擬水價(jià)值(圖1)。

圖1　虛擬水價(jià)值計(jì)算過程Fig.1　Diagram for calculation of virtual water value

1.1.1參考作物蒸發(fā)蒸騰量ET0。ET0是一種假想的參考作物的蒸散量，這種參考作物高度為12 cm，固定的表面阻力系數(shù)γs=70 s/m，反射率α=0.23，相當(dāng)于高度均一、生長(zhǎng)良好完全覆蓋地面的草地[3]。標(biāo)準(zhǔn)彭曼公式計(jì)算參照物蒸發(fā)蒸騰量ET0的公式為：

(1)

式中，ET0為參照作物的蒸發(fā)蒸騰量(mm/d)；Δ為飽和水氣壓與溫度相關(guān)曲線的斜率(kPa/℃)；Rn為作物表面的凈輻射量[MJ/(m2·d)]；G為土壤熱通量[MJ/(m2·d)]；T為平均空氣溫度(℃)；U2為距離地面2m高處的風(fēng)速(m/s)；ea為飽和水氣壓(kPa)；eb為實(shí)測(cè)水氣壓(kPa)；γ為干濕度常數(shù)(kPa/℃)。

1.1.2作物蒸發(fā)蒸騰量ETc。計(jì)算不同作物的蒸發(fā)蒸騰量，還需在參照作物的蒸發(fā)蒸騰量基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，用作物系數(shù)予以修正，此參數(shù)的作用是可以將作物類型及作物生長(zhǎng)地的環(huán)境因素考慮進(jìn)去。作物蒸發(fā)蒸騰量的計(jì)算公式為：

ETc=KcET0

(2)

式中，Kc為相應(yīng)的作物系數(shù)。

1.1.3作物單位面積需水量CWR。作物單位面積全生育期需水量的計(jì)算公式為：

(3)

式中，CWR為作物單位面積全生育期需水量(m3/hm2)；Kc為相應(yīng)的作物系數(shù)；ET0為作物生育期內(nèi)的逐日潛在蒸發(fā)蒸騰量(mm/d)；n為作物生育期的總天數(shù)(d)。

1.1.4作物虛擬水含量VWC。作物虛擬水含量指的是單位質(zhì)量的農(nóng)作物初級(jí)產(chǎn)品消耗的水量，計(jì)算公式為：

VWC=CWR/CY

(4)

式中，VWC為農(nóng)產(chǎn)品的虛擬水含量(m3/t)；CWR為作物單位面積全生育期需水量(m3/hm2)；CY為農(nóng)作物單位面積產(chǎn)量(t/hm2)。

1.1.5作物虛擬水價(jià)值VWV。作物虛擬水價(jià)值是指商品的虛擬水含量值所體現(xiàn)的價(jià)格，計(jì)算公式為：

VWV=CP/VWC

(5)

式中，VWV為農(nóng)產(chǎn)品虛擬水含量?jī)r(jià)值(y/m3)；VWC為農(nóng)產(chǎn)品的虛擬水含量(m3/t)；CP為單位質(zhì)量農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格(y/t)。

1.2數(shù)據(jù)來源及處理方法選取黑龍江省近年來水稻、玉米、大豆產(chǎn)量居前的縣市，考察水稻產(chǎn)量居前的縣市為五常市、富錦市、虎林市；考察玉米產(chǎn)量居前的縣市為龍江縣、肇東市、雙城市；考察大豆產(chǎn)量居前的縣市為嫩江縣、訥河市、克山縣，這9個(gè)縣市均為黑龍江省的產(chǎn)糧大縣。

計(jì)算使用的氣象數(shù)據(jù)為黑龍江省氣象信息中心在9個(gè)研究區(qū)設(shè)立觀測(cè)站收集到的實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)，時(shí)間段為2010年1月～2014年12月，數(shù)據(jù)包括歷年各月的月平均最低氣溫、月平均最高氣溫、月平均相對(duì)濕度、月平均風(fēng)速、月日照時(shí)數(shù)、月降水量。作物系數(shù)采用的是水利部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)“三江平原水資源潛力開發(fā)及對(duì)環(huán)境影響研究”中作物需水量計(jì)算所確定的作物系數(shù)Kc[7]，符合黑龍江省糧食作物的生長(zhǎng)條件，作物生育期和作物系數(shù)均為多年平均值(表1～2)。農(nóng)作物的播種面積及產(chǎn)量數(shù)據(jù)來源于《黑龍江縣(市)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)社會(huì)統(tǒng)計(jì)概要2011-2015》[8]。歷年的農(nóng)作物初級(jí)產(chǎn)品價(jià)格來源于《中國(guó)農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格調(diào)查年鑒(2015)》[9](表3)。

表1　農(nóng)作物生育期

表2　農(nóng)作物的作物系數(shù)Kc值

表3歷年農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)價(jià)格

Table 3Market price of agricultural products over the years

元/t

首先確定農(nóng)作物生長(zhǎng)過程中的需水量，采用聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)所推薦的CropWat軟件來計(jì)算。通過軟件輸入計(jì)算地區(qū)的相關(guān)氣候參數(shù)，運(yùn)行可以得出參考作物蒸發(fā)蒸騰量ET0。然后，分別計(jì)算作物蒸發(fā)蒸騰量ETc、作物單位面積需水量CWR、作物虛擬水含量VWC、作物虛擬水價(jià)值VWV，最終得到3種農(nóng)產(chǎn)品的虛擬水價(jià)值。

2　結(jié)果分析

農(nóng)產(chǎn)品虛擬水價(jià)值的影響因素主要為氣候條件和商品價(jià)格，氣候條件直接影響農(nóng)作物的虛擬水含量，因此也直接影響到虛擬水價(jià)值，而商品價(jià)格因素是虛擬水價(jià)值的決定因素，商品價(jià)格波動(dòng)對(duì)商品虛擬水價(jià)值的影響突出。

分析黑龍江省主要農(nóng)產(chǎn)品水稻、玉米、大豆的虛擬水價(jià)值(圖2～4)，2010～2014年水稻的虛擬水價(jià)值為4.0～5.6元/m3，2010～2014年玉米的虛擬水價(jià)值為3.4～4.6元/m3，2010～2014年大豆的虛擬水價(jià)值為1.9～2.9元/m3?？梢?，農(nóng)產(chǎn)品的虛擬水價(jià)值不是一個(gè)定值，在商品價(jià)格等因素的影響下有一定的變動(dòng)。

從虛擬水價(jià)值的趨勢(shì)來看，2010～2014年，水稻的虛擬水價(jià)值趨勢(shì)小幅下降并趨于平緩；玉米的虛擬水價(jià)值趨勢(shì)小幅下降到2012年低點(diǎn)又有小幅上升；2010～2012年大豆的虛擬水價(jià)值呈上升趨勢(shì)，2012年達(dá)到高點(diǎn)后呈下降趨勢(shì)。2010～2014年黑龍江省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)保持穩(wěn)定增長(zhǎng)，也沒有出現(xiàn)極端災(zāi)害氣候，農(nóng)作物虛擬水含量值保持在穩(wěn)定區(qū)間，農(nóng)產(chǎn)品的價(jià)格也保持穩(wěn)定，因此各種農(nóng)產(chǎn)品的虛擬水價(jià)值也相對(duì)穩(wěn)定。

圖2　2010～2014年3縣市水稻虛擬水價(jià)值Fig.2　Virtual water value of rice in three cities in 2010-2014

圖3　2010～2014年3縣市玉米虛擬水價(jià)值Fig.3　Virtual water value of maize in three counties/cities in 2010-2014

圖4　2010～2014年3縣市大豆虛擬水價(jià)值Fig.4　Virtual water value of soybean in three counties/cities in 2010-2014

計(jì)算2010～2014年3種農(nóng)產(chǎn)品的虛擬水價(jià)值的多年平均值，見表4。水稻消耗的單位體積虛擬水價(jià)值是4.4～4.7元；玉米消耗的單位體積虛擬水價(jià)值是3.6～4.3元；大豆消耗的單位體積虛擬水價(jià)值是2.4～2.5元?？梢?，近5年水稻和玉米的虛擬水價(jià)值相近，大豆虛擬水價(jià)值為水稻和玉米的50%左右。從虛擬水含量來看，黑龍江省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)1 t水稻約消耗752～788 m3水量，生產(chǎn)1 t玉米約消耗503～597 m3水量，生產(chǎn)1 t大豆約消耗2 066～2 173 m3水量。大豆單位產(chǎn)量消耗的水量是水稻和玉米的3～4倍，而大豆的單位面積產(chǎn)量約占玉米的23%，由于產(chǎn)量的影響使得大豆的虛擬水含量較高。大豆價(jià)格高于水稻和玉米價(jià)格1.4～2.3倍，使得大豆的虛擬水價(jià)值相對(duì)提升，但仍低于水稻和玉米的虛擬水價(jià)值。

3　結(jié)論與討論

虛擬水價(jià)值是基于虛擬水理論，體現(xiàn)在商品交易的過程中，表示為商品單位體積的虛擬水含量值所體現(xiàn)的價(jià)格。研究從農(nóng)作物水資源的利用效益角度出發(fā)，分析農(nóng)產(chǎn)品單位體積耗水量所隱含的虛擬價(jià)值。即：水稻生長(zhǎng)過程中單位體積耗水量在貿(mào)易過程中隱含的虛擬價(jià)值是4.4～4.7元，玉米生長(zhǎng)過程中單位體積耗水量在貿(mào)易過程中隱含的虛擬價(jià)值是3.6～4.3元，大豆生長(zhǎng)過程中單位體積耗水量在貿(mào)易過程中隱含的虛擬價(jià)值是2.4～2.5元。通過對(duì)黑龍江省9個(gè)市縣的3種農(nóng)產(chǎn)品的虛擬水價(jià)值量化計(jì)算，得到以下結(jié)論：水稻的虛擬水價(jià)值最高，玉米的虛擬水價(jià)值次之，大豆的虛擬水價(jià)值最低。

虛擬水價(jià)值的制約因素是虛擬水含量和商品價(jià)格，對(duì)于農(nóng)作物來說虛擬水含量的主要影響因素是氣象條件和作物產(chǎn)量。不同商品的虛擬水價(jià)值不同，同種商品的虛擬水價(jià)值也是變量，隨其制約因素的變化而變化。虛擬水價(jià)值是通過商品貿(mào)易過程體現(xiàn)出的，因此同虛擬水理論有著相同的特點(diǎn)，即非真實(shí)性(虛擬性)、社會(huì)交易性、價(jià)值隱含性。虛擬水價(jià)值體現(xiàn)的是水資源在商品交易過程的利用效益指標(biāo)。

表4　2010～2014年農(nóng)產(chǎn)品的平均虛擬水價(jià)值

根據(jù)虛擬水價(jià)值的特點(diǎn)，農(nóng)作物初級(jí)產(chǎn)品的虛擬水價(jià)值體現(xiàn)在商品糧貿(mào)易中，水是凝結(jié)在農(nóng)產(chǎn)品生長(zhǎng)過程中的必要資源，從商品交易中水資源的隱性價(jià)值角度出發(fā)，利用虛擬水價(jià)值概念優(yōu)化區(qū)域的糧食種植布局，提高水資源利用的虛擬價(jià)值。從研究的結(jié)果看，同樣利用1 m3水資源，在農(nóng)作物的種植選擇中，種植水稻時(shí)水的經(jīng)濟(jì)效益是最大的，種植大豆時(shí)水的經(jīng)濟(jì)效益是最小的。研究的3種農(nóng)產(chǎn)品中，水資源灌溉用來生產(chǎn)水稻，其貿(mào)易價(jià)值最大，水資源在此種農(nóng)作物中的隱藏價(jià)值較高。但糧食作物的播種面積受多因素制約，農(nóng)民在種植品種的選擇上優(yōu)先考慮利益最大化，同時(shí)，農(nóng)作物的種植結(jié)構(gòu)也受到種植條件、氣候條件等制約。黑龍江省作為農(nóng)產(chǎn)品的輸出大省，在保證國(guó)家糧食安全的前提下，因地制宜地提高水資源的利用效率的同時(shí)，應(yīng)關(guān)注提高水資源的利用效益。在虛擬水理論的基礎(chǔ)上，可從虛擬水價(jià)值的角度進(jìn)行糧食生產(chǎn)的優(yōu)化布局，根據(jù)水資源分布條件合理布局虛擬水利用效益高的糧食作物，在商品貿(mào)易的過程中突出水資源的生產(chǎn)效益作用。

[1] ALLAN J A.Fortunately there are substitutes for water other-wise our hydro-political futures would be impossible[C]// Priorities for water resources allocation and management.London：ODA，1993：13-26.

[2] ZIMMER D，RENAULT D.Virtual water in food production and global trade：Review of methodological issues and preliminary results[C]//HOEKSTRA A Y.Proceedings of the inter-national expert meeting on virtual water trade.Delft：UN-ESCO-IHE，2003：93-107.

[3] HOEKSTRA A Y，HUNG P Q.Virtual water trade：A quantification of virtual water flows between nations in relation to international crop trade[C]//HOEKSTRA A Y.Value of water research report series No.11.Delft：UNESCO-IHE，2002：24-47.

[4] 李芳.黑龍江省水資源管理問題研究[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2008.

[5] 張吉輝.基于水足跡的區(qū)域廣義水資源動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)與控制[D].天津：天津大學(xué)，2012.

[6] 趙靜.基于虛擬水理論的三江平原農(nóng)業(yè)用水結(jié)構(gòu)調(diào)整研究[D].哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.

[7] 郎景波，付強(qiáng)，李鐵男，等.三江平原水資源潛力開發(fā)及對(duì)環(huán)境影響研究[R].哈爾濱：黑龍江省水利科學(xué)研究院，2016.

[8] 黑龍江省統(tǒng)計(jì)局.黑龍江縣(市)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)社會(huì)統(tǒng)計(jì)概要2011-2015[Z].黑龍江省統(tǒng)計(jì)局，2011-2015.

[9] 國(guó)家統(tǒng)計(jì)局農(nóng)村社會(huì)經(jīng)濟(jì)調(diào)查司.中國(guó)農(nóng)產(chǎn)品價(jià)格調(diào)查年鑒(2015)[M].北京：中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社，2015.

Virtual Water Value of Main Agricultural Products in Heilongjiang Province Based on Virtual Water Theory

LI Ying, MAO Shi-feng, ZHANG Yong

(Heilongjiang Provincial Hydraulic Research Institute, Harbin, Heilongjiang 150080)

Firstly, connecting the concept of virtual water with commodity price, the virtual water value theory was extended from the perspective of economic value. The virtual water value of 3 kinds of agricultural products (rice, maize, and soybean) in 9 counties of Heilongjiang Province was calculated, and the following conclusions were reached: virtual water value of rice is the highest, followed by maize, and the lowest is soybean. The virtual water value reflects the utilization of water resources in the process of commodity trading, so it has certain guiding significance to study the optimal distribution of grain production from the perspective of virtual water value.

Virtual water; Virtual water value; Heilongjiang Province; Rice; Maize; Soybean

黑龍江省青年科學(xué)基金項(xiàng)目(QC2013C073)。

李瑩(1981- )，女，黑龍江哈爾濱人，工程師，碩士，從事水文水資源及節(jié)水灌溉研究。

2016-05-18

S-9；F 304

A

0517-6611(2016)19-244-04