□ 張兵兵 沈滿洪
20世紀90年代初提出的虛擬水概念有效地解釋了缺水國家如何通過進口糧食實現本國的水資源安全問題,之后虛擬水理論被廣泛應用于糧食安全和水資源安全的探究中。然而為解決逐漸加劇的水資源安全問題,工業品貿易中伴隨的虛擬水流動同樣需要被給予高度重視,因為正如缺水國家通過進口糧食即進口虛擬水來滿足本國糧食種植過程中對水資源的需求,缺水國家工業品生產過程中對水資源的需求同樣需要通過進口虛擬水得以滿足。伴隨著工業品貿易的虛擬水流動顯然有助于缺水國家或地區解決水資源安全問題。為了使工業虛擬水貿易成為缺水國家或地區解決水資源安全問題的有效手段,對工業虛擬水貿易的深入研究必不可少。浙江省是中國水資源相對豐裕的省份之一,擁有較為豐富的降水量,但水質型缺水仍然是困擾浙江省的一個大問題。為使水資源能夠得到有效利用,并響應國家的號召,浙江省在“十一五”規劃中便指出了加強節約用水的問題,2013年又提出治污水、防洪水、排澇水、抓節水的五水共治政策思路,以治水推動轉型。本文選擇浙江省為研究對象,對其工業品貿易中伴隨的虛擬水流動量進行測算,并在此基礎上對影響其變動的因素進行分析,試圖通過調節工業虛擬水貿易量變化的影響因素達到調控虛擬水貿易,節約區域內工業用水,最終達到保障水資源安全的目的。
虛擬水的概念首次由Tony Allan(1993,1994)*ALLAN J.A., Fortunately There Are Substitutes for Water Otherwise Our Hydro-political Futures Would Be Impossible, In: Priorities for Water Resources Allocation and Management, ODA, 1993, 13-26.*ALLAN J.A., Overall Perspectives on Countries and Regions, In: P. Roger and P. Lydon, Water in the Arab World: Perspectives and Prognoses, Harvard University Press, 1994, 65-100.提出并正式界定為生產商品或服務所需要的水資源。它們在最終產品中是看不見的,但確是實實在在存在的,如Chapagain 和Hoekstra(2003)*CHAPAGAIN A. K., HOEKSTRA A. Y., Virtual Water Trade: a Quantification of Virtual Water Flows between Nations in Relation to International Trade of Livestock and Livestock Products, In: A. Y. Hoekstra(ed.), Virtual Water Trade: Proceeding of the International Expert Meeting on Virtual Water Trade(No. 12), IHE Delft,2003,49-76.測算出生產1千克谷物、奶酪、牛肉分別需要用水1000-2000千克、5000-5500千克、16000千克。虛擬水也可以叫做嵌入水或外生水,外生水就反映了進口虛擬水國家使用了非本國水資源,進而可以將外生水作為本國的固有水資源*HADDADIN M. J., Exogenous Water: A Conduit to Globalization of Water Resources, In: A. Y. Hoekstra (ed.), Virtual Water Trade: Proceeding of the International Expert Meeting on Virtual Water Trade(No. 12), IHE Delft,2003,159-169.。貧水國家或地區可以通過貿易的方式從富水國家或地區購買水資源密集型的產品來彌補本國缺水的現狀,最終使本國或地區虛擬水呈凈進口狀態,這樣就能夠緩解水資源帶來的壓力。中東地區每年靠糧食補貼購買的虛擬水量相當于尼羅河每年流入埃及的水量,這正是通過虛擬水的進口緩解本國用水緊張的困難。
由于產品的生產過程中有許多影響虛擬水量的因素,如(1)不同時間地點,相同產品的虛擬水含量可能不同;(2)測算方法的選取以及測算過程中使用的數據都會影響最終測算結果;(3)測算虛擬水量所需要的數據相對難以獲得等,所以虛擬水的測量并不是那么容易,但學者們還是針對不同情況提出了相應的虛擬水測量方法,主要有基于水足跡的虛擬水量測算和基于投入產出分析的虛擬水量測算兩種。其中基于水足跡的虛擬水量測算方法僅適用于農作物、動物及動物產品的虛擬水量測算,并不適用于工業產品虛擬水量的測算。由于工業產品種類繁多,生產工序復雜,并且不同產品生產工序各不相同,尋找直接測算工業產品虛擬水量的方法很困難,基于投入產出分析的虛擬水量測算則是從間接角度去測算工業行業貿易中的虛擬水量。
一些學者采用投入產出分析對不同地區的虛擬水貿易進行了分析,驗證了該方法的有效性,同時讓我們看到不同國家或地區虛擬水貿易的狀況。由于所選年份、使用數據以及行業劃分有所不同,測算結果并不具有可比性。黃曉榮等(2005)*黃曉榮、裴源生、梁川:《寧夏虛擬水貿易計算的投入產出方法》,《水科學進展》,2005年第4期。測算了寧夏2002年農業、工業、建筑、貨運、商業及非物質產業部門貿易中的虛擬水量,結果顯示其工業、貨運、非物質產業的虛擬水顯示為凈進口狀態,其他部門虛擬水顯示為凈出口狀態,并且最終總虛擬水顯示為凈出口狀態,這種貿易結構對于水資源嚴重貧乏的寧夏來說是不合理的,需要做出調整;周姣和史安娜(2008)*周姣、史安娜:《區域虛擬水貿易計算方法及實證》,《中國人口·資源與環境》,2008年第4期。對華北六省1997年各部門貿易中虛擬水中的新鮮水量和廢水量分別進行了測算,結果新鮮水最終凈流出42.57億立方米,廢水凈流入3.864億立方米,表明華北地區在喪失新鮮水的同時也帶來了水污染,現存的貿易結構對節水極為不利;朱啟榮和高敬峰(2009)*朱啟榮、高敬峰:《中國對外貿易虛擬水問題研究—基于投入產出的分析》,《中國軟科學》,2009年第5期。、夏冰等(2011)*和夏冰、張宏偉、王媛等:《基于投入產出法的中國虛擬水國際貿易分析》,《環境科學與管理》2011年第3期。、雷玉桃等(2012)*雷玉桃、蔣璐:《中國虛擬水貿易的投入產出分析》,《經濟問題探索》,2012年第3期。也對中國貿易中的虛擬水量進行了測算,并指出中國貿易結構中不利于節水的因素;梅燕和沈浩軍(2013)*梅燕、沈浩軍:《基于投入產出法的浙江省虛擬水貿易實證分析》,《技術經濟》, 2013年第9期。采用投入產出分析法計算并分析了2005年和2007年浙江省各產業部門的虛擬水貿易量,得出浙江省虛擬水貿易結構是農業和重工業為凈輸入虛擬水行業而輕工業為凈輸出虛擬水行業。
虛擬水貿易是一個復雜事物的綜合體,涉及經濟、社會和生態等多方面因素,對于中國區域間的虛擬水貿易,地區經濟、市場壁壘等經濟因素,水安全制約等社會因素以及環境生態平衡等生態因素都是影響其發展的重要方面*周姣:《中國區域間虛擬水貿易影響因素分析》,《經濟研究導刊》,2010年第36期。,而國際虛擬水貿易還要涉及到國家政治、國際政治環境等政治因素*劉紅梅、王克強、劉靜:《虛擬水貿易及其影響因素研究》,《經濟經緯》, 2008年第2期。。劉紅梅等(2010)*劉紅梅、李國軍、王克強:《中國農業虛擬水國際貿易影響因素研究—基于引力模型的分析》,《管理世界》,2010年第9期。基于引力模型對中國與40個貿易伙伴國1994-2008年面板數據進行實證檢驗,驗證了中國農業虛擬水國際貿易中虛擬水出口與勞動力要素水平、技術水平、匯率水平等地正相關性以及與水資源要素稟賦、經濟發展水平等地負相關性;熊航和黎東升(2011)*熊航、黎東升:《基于主要國家截面數據的虛擬水出口影響因素實證分析》,《生態經濟》,2011年第6期。采用逐步回歸分析對39個主要國家的截面數據進行實證,結果顯示耕地面積、人均GDP、水自給率、糧食單產對農業虛擬水出口量具有顯著正效應;馬超等(2012)*馬超、許長新、田貴良:《農產品貿易中虛擬水流的驅動因素研究》,《中國人口·資源與環境》,2012年第1期。也采用逐步回歸分析對32個典型農業虛擬水貿易國家的截面數據進行實證,結果表明資源的稀缺程度、區域經濟發展水平、社會調適能力對虛擬水進口對虛擬水進口有正向驅動作用,農業用水效率對虛擬水進口則有反向驅動作用。綜合上述所列實證研究結果,發現各因素對虛擬水貿易的作用受研究所選國家及所使用數據的影響,并不能得到普適的結論,另外,影響虛擬水貿易的因素很多,但實際上能夠被數量化用在實證中的并不多。本文采用在碳排放影響因素分析中被廣泛使用的指數分解分析,試圖將虛擬水貿易量分解為最直接的影響因素。
投入產出分析是研究經濟系統中各個部分之間在投入與產出方面相互依存的經濟數量分析方法,列昂惕夫從1931年開始研究投入產出分析,并編制美國1919年、1929年的投入產出表用于經濟問題研究。投入產出表主要利用了它所反映的物質技術聯系,這種聯系主要是通過直接消耗系數反映的:aij=xij/xj(i,j=1,2,…n),其中aij為直接消耗系數,表示第i部門生產單位直接消耗第部門的產品的數量。設X為各部門總產品的列向量,即X=(x1,x2,…xn)T,Y為各部門最終產品組成的列向量,即Y=(y1,y2,…yn)T,則會有AX+Y=X,其中A=(aij)nxn,為直接消耗系數矩陣,表示第j部門所需要的第部門的投入。則有X=(1-A)-1Y,B=(I-A)-1為完全需求系數,表示第j部門最終需求增加1單位引起的第i部門的國內總產出,C=(1-A)-1-I為完全消耗系數。
將國民經濟行業用水量納入投入產出表中就可以得到水資源投入產出表,通過測算分析各部門的直接用水系數和完全用水系數就能夠得到貿易中的虛擬水量:
直接用水系數:Qj=Wj/Xj
完全用水系數:BQj=qj(I-A)-1
用水量輸出:WE=BQE
用水量輸入:WM=BQM
凈輸出水量:Wnet=WE-WM
其中Wj表示j行業的用水量,Xj表示j行業的產值,E、M分別為投入產出分析表中調出和調入的列向量,BQj表示滿足第j部門最終需求增加1單位所需要的國內水資源量。
20世紀50年代初,西方國家都紛紛編制投入產出表,運用投入產出分析解決世紀經濟問題,中國從1959年開始便有人倡導編制投入產出表,但直到1986年國務院決定正式編制全國1987年投入產出表,并且決定以后每5年編制一次,每3年編一次延長表(即在小規模調查的基礎上,以前一次正式表為基礎,運用一定的編表方法完成)。目前中國及部分地區都已經正式編制了1987、1992、1997、2002、2007年全國投入產出表,以及1990、1995、2000、2005、2010年全國投入產出表延長表。本文利用2010年浙江省投入產出表延長表對浙江省2010年工業產品虛擬水貿易情況進行測算并對其進行分析。
按照基于投入產出分析的虛擬水量測算過程,首先要計算新鮮水直接用水系數Qj=Wj/Xj,Wj表示j行業的直接新鮮水量,Xj表示j行業的總產出。本文各行業2010年使用新鮮水量來源于浙江省統計局未公開數據,由于行業總產出來源于2010年浙江省投入產出表,所以綜合二者對工業行業的分類,最終將工業分為煤炭開采和洗選業、金屬礦采選業等24個行業,經計算2010年浙江省新鮮水直接用水系數結果如表1。再利用BQ=Q(I-A)-1計算新鮮水完全用水系數,其中BQ表示各行業新鮮水完全用水系數的行向量,Q表示各行業新鮮水直接用水系數的行向量,(I-A)-1為列昂惕夫矩陣,也即完全消耗系數,可由投入產出表直接得到。最后利用Wjnet=BQjEj-BQjMj計算出浙江省2010年工業各行業的虛擬水凈輸出量,其中Ej、Mj分別為j行業調出外省與調入省內的產值,最后計算結果如表1。

表1 浙江省2008年和2010年虛擬水貿易情況
直接用水系數與考察工業用水程度的萬元工業產值用水量概念實質上具有相同的意義,都是衡量各行業新鮮水直接使用量的指標,并且該指標考慮了工業產值,使其在行業間更具可比性。從表1的測算結果看,不同行業的單位產值新鮮水直接使用量差別很大,其中單位產值新鮮水直接使用量最多的是水的生產和供應業,達到4490.68立方米/萬元,遠遠超過其他各行業單位產值新鮮水直接使用量,甚至超過其他各行業該指標之和,這很好理解,該行業生產和供應水資源,必然需要大量新鮮水投入。除此之外,各行業的單位產值新鮮水直接使用量均在幾十或幾立方米/萬元,其中煤炭開采和洗選業最大,其次是造紙印刷及文教用品制造業、電力、熱力的生產與供應業、紡織業等,說明這些行業是單位產值新鮮水直接使用量大的行業。另外,測算所得的浙江省2010年石油和天然氣開采業的直接用水系數為0立方米/萬元,這是由于浙江省2010年石油和天然氣開采業的總產出為零,所以并沒有新鮮水的直接使用。
新鮮水直接用水系數僅考慮了以自然形態投入的新鮮水數量,但實際生產過程中由于使用中間產品而產生對水資源的消耗稱為間接用水,直接用水和間接用水之和稱為完全用水,而虛擬水是生產商品或服務所需要的水資源,應考慮完全用水。從表1中所測算出的完全用水系數結果,可見各行業單位產值新鮮水完全用水量相對于單位產值新鮮水直接使用量更為集中,除水的生產和供應業單位產值新鮮水完全用水量偏大,石油加工、煉焦及燃料加工業、燃氣生產和供應業、石油和天然氣開采業單位產值新鮮水完全用水量偏小外,其他各行業單位產值新鮮水完全用水量都集中在二十幾或三十幾立方米/萬元,各行業單位產值新鮮水完全用水量相差并沒有很大。
浙江省2010年虛擬水總輸出20.0703億立方米,其中有6個行業虛擬水呈輸入狀態,4個行業無虛擬水流動,14個行業虛擬水呈輸出狀態。向省內進口虛擬水的行業集中在廢品廢料、金屬礦采選業、金屬冶煉及壓延加工業、化學工業等重工業行業,而向省外出口虛擬水的行業集中在紡織業、紡織服裝鞋帽皮革羽絨及其制品業等輕工業行業和電氣、機械及器材制造業、通用、專用設備制造業等部分重工業行業。另外,各行業虛擬水流動量有較大差異,這與完全用水系數以及凈貿易量兩方面原因均有著直接的聯系。浙江省本就是中國水量充沛的省份之一,在虛擬水貿易上出現凈輸出狀態,一定程度上解決了缺水地區水資源不足狀況,使中國水資源分布不均的問題有所緩解。但事實上,浙江省的水資源也在逐漸下降,同時水質型缺水問題嚴重,為避免缺水時才節水的情況發生,浙江省在水資源利用以及虛擬水貿易方面也要考慮進節水因素,盡量減少水資源的浪費。
工業虛擬水貿易量等于完全用水系數與工業品貿易量的乘積,一方面,不同工業行業的完全用水系數有很大差異,這與不同工業行業生產工藝、生產技術以及生產過程等不同有關,另一方面,不同工業行業的貿易量也存在差異,這由國內與國外或區域內與區域外市場、監管等因素共同決定,但相對來說貿易量的變動更容易實現。引入指數分解的思想,將完全用水系數差異對虛擬水流動量的影響記為強度效應,而貿易量差異對虛擬水流動量的影響即為結構效應,選取恰當的指數分解方法就可以將工業虛擬水貿易變化分解為其兩個最直接影響因素的變化。為驗證強度效應與結構效應對虛擬水貿易變化的作用,本文對浙江省2008年工業產品的虛擬水貿易量進行測算,再對2008-2010年虛擬水流動量的變動進行指數分解分析。
基于浙江省2007年投入產出表,假設2008年各行業之間的投入產出關系基本保持不變,在消除匯率和物價變化對貿易額的影響后得到2008年各行業進(出)口貿易額,然后按照上述測算浙江省2010年工業產品虛擬水貿易的過程測算得到浙江省2008年工業產品虛擬水流動情況(見表1)。很明顯2010年浙江省的工業新鮮水直接用水系數與完全用水系數都要分別低于2008年的相應數據,也就是說2010年相較于2008年,浙江省單位工業產值新鮮水直接用水量與單位產值新鮮水完全用水量均有下降,說明有技術進步對工業用水的節約做了貢獻。而不同于2010年浙江省虛擬水貿易呈現的凈出口狀態,2008年浙江省虛擬水貿易呈現凈進口狀態,凈進口16.72億立方米,從邏輯上分析,浙江省虛擬水貿易2008年到2010年的變動主要來源于浙江省工業的發展使工業出口增加以及出口結構的改變。接下來本文就利用指數分解的思想對浙江省2008年到2010年虛擬水貿易的變動進行分解,實證檢驗邏輯上的推斷。
指數分解是對表示某一變量相對變化的指數通過數學上的等式變換將其分解成具有一定實際可解釋意義的變量的過程,它經常被用來研究某事物的影響因素。Liu和Ang(2003)*F.L.Liu, B.W. Ang, Eight Methods for Decomposing the Aggregate Energy-Intensity of Industry, Applied Energy, 2003(76): 15-23.對指數分解分析方法做了詳細的研究和闡釋,列舉了指數分解的八種方法,分別給出了各種方法的具體分解形式,總結了前人對它們的應用。結合蔣金荷、徐波(2008)*蔣金荷、徐波:《能源強度指數分解方法評價及中國能源的實證分析:1990-2006》,國際應用統計學術研討會,2008年。提出的指數分解分析方法選擇標準,考慮到本文分解因素少,且并不存在數據為零的情況,本文選取操作簡單且能夠將變量完全分解的Fisher理想指數分解法對影響浙江省工業虛擬水貿易變動的因素進行研究。
由于貿易虛擬水總量等于各行業貿易量與對應行業完全用水系數乘積之和,若使該等式兩邊分別除以總貿易量,則可得到貿易虛擬水強度等于各行業貿易比重與對應行業完全用水系數乘積之和,其中貿易虛擬水強度即為貿易虛擬水總量與總貿易量的比,與貿易虛擬水量一樣,表明工業產品虛擬水流動情況。基于后面的等式就可以對浙江省工業產品虛擬水貿易的變動進行指數分解分析。
Wt/Tt=It=∑Iit×(Tit/Tt)=∑IitSit
(1)
其中,Wt、Tt、It、分別表示t時期伴隨工業品貿易的虛擬水貿易量(立方米)、工業品貿易額(萬元)、貿易虛擬水強度 (立方米/萬元),Iit、Tit、Sit則分別表示時期行業完全用水系數(立方米/萬元)、貿易額(萬元)和工業行業比重。
假設從0時期到T時期貿易虛擬水強度從I0變為IT,則其變化的加法形式如式(2):
△Itot=IT-I0=∑IiTSiT-∑Ii0Si0
(2)
為了探討影響工業虛擬水貿易變化的因素,可以構建兩個指數,一個是結構指數,表示各行業完全用水系數不變,而貿易結構發生轉變引起的工業貿易虛擬水強度變化,如(3)或(4)式所示,另一個是效率指數,表示貿易結構不發生改變,而行業完全用水系數改變引起的工業貿易虛擬水強度變化,如(5)或(6)所示。 (3)、(5)式中的指數為Laspeyres指數,而(4)、(6)式中的指數為Paasche指數。
SIitL=Ii0×(SiT-Si0)
(3)
或SIitP=Iit×(SiT-Si0)
(4)
EIitL=(IiT-Ii0)×Si0
(5)
或EIitP=(IiT-Ii0)×SiT
(6)
對(2)式進行等式變換,將貿易虛擬水強度的變化分解成結構指數和效率指數的和,可以得到:
(7)
或
(8)
(7)和(8)式分別為對工業貿易虛擬水強度變化的Laspeyres指數分解模型和Paasche指數分解模型,其中的結構指數和即為工業貿易虛擬水強度變化的結構效應(△Istr),用來衡量工業貿易結構變動對總工業貿易虛擬水強度的影響,而效率指數和即為工業貿易虛擬水強度變化的強度效應(△Iint),用來衡量行業完全用水系數對總工業貿易虛擬水強度的影響,這其中包含了科技、創新、生產過程調整等的影響。△Irem代表殘差項,用來衡量等式中由于技術原因而無法分解的部分,在這兩種指數分解模型中,△Irem顯然不為零,也即Laspeyres指數分解模型和Paasche指數分解模型在分解過程中會產生誤差,不會將工業貿易虛擬水強度的變化完全分解。而Fisher理想指數分解模型將未分解的殘差項均勻地分攤到結構效應和強度效應上,實現了完全分解:
(9)
(10)
(11)
對浙江省2008-2010年工業虛擬水出口變動以及進口變動分別做Fisher理想指數分解分析,將已經測算得到的虛擬水貿易相關結果以及浙江省投入產出表中相關貿易數據代入式(10)、(11),即可得到浙江省2008-2010年工業出口虛擬水強度變化的強度效應為-16.74立方米/萬元,結構效應為5.54立方米/萬元,進口虛擬水強度變化的強度效應為-17.31立方米/萬元,結構效應為1.19立方米/萬元。可見無論是在出口虛擬水貿易中還是在進口虛擬水貿易中,強度效應均使貿易虛擬水強度下降,即2008-2010年間假設貿易額相同的情況下,浙江省技術進步、科技創新等原因使其虛擬水貿易量有所下降,使省內及省外的工業用水得到節約。另一方面,結構效應均使貿易虛擬水強度增加,即2008-2010年間假設貿易額相同的情況下,浙江省貿易結構調整使其虛擬水貿易量有所增加,使省內及省外的工業用水都進一步增加,而對于省內來講,結合貿易量的增加,最終浙江省工業產品虛擬水的輸出有很大增加。
如果想要使工業產品虛擬水貿易量向某一方向變動,可考慮通過改變技術或產品生產過程以及調整工業產品貿易結構的方式獲得,但相對于投資大、耗時長、不確定性強的技術方面改革,貿易結構調整更容易實現。通過工業產品貿易結構的適當調整,可使特定區域工業產品虛擬水對外輸出量減少,即使本區域內工業用水量有所節約,比如適當調整中國對外貿易結構,也可達到使國內工業用水節約的效果,但這對整個世界的工業用水節約并不起作用,因為中國節約的工業用水量必然在其他國家或地區被使用了,可見貿易結構調整這一手段更多的是解決了水資源分布不均的問題。
本文利用投入產出分析測算了浙江省2008年以及2010年伴隨著工業品貿易而發生的虛擬水流動量,對比了工業不同行業虛擬水貿易程度,并在此基礎上對2008年到2010年的工業虛擬水貿易強度變化進行Fisher理想指數分解,結果表明創新等技術因素通過降低行業完全用水系數使浙江省工業虛擬水出口量、進口量下降,使浙江省工業用水資源在一定程度上得到節約,而貿易結構改變卻使浙江省工業虛擬水出口量、進口量上升,但技術進步和適當地貿易結構調整都能起到降低工業虛擬水出口量,節約省內工業用水的作用。根據以上結論可以得到如下兩點建議:
第一,保持工業企業對技術的投資,使水資源在生產環節即得到節約。對工業生產技術進行研發投資,使工業生產能夠采用省水的新工藝,這對工業用水的節約可以說是從根本上的,雖然這一創新過程往往投資大、耗時長而未必獲得想要的結果,但一定的投資還是必要的。在過去粗放型的經濟增長模式,水資源并沒有被當成稀缺資源,許多可以被循環利用的水資源被浪費掉,這也是能夠使水資源得到節約的突破口,即進一步建立和完善循環用水系統,提高工業用水重復率。這種方式已初見成效,但其發展空間仍很大,并且與采用省水的新工藝相比,其更容易實現。
第二,適當調整工業貿易結構,使水資源在區域間的調配上更加有效。貿易結構調整是解決水資源分布不均問題的有效措施,對于缺水區域,要在結合自身工業發展特征的前提下,鼓勵通用設備、計算機及其他電子設備制造業、通用、專用設備制造業等用水量較小的行業,不鼓勵甚至抑制煤炭開采和洗選業、非金屬礦采選業等用水量較大的行業,而豐水區域則可適當發展用水量大的行業。缺水區域對用水量大的行業產品的需求則需通過貿易途徑得以滿足,而缺水區域發展用水量小的工業行業同時豐水區域發展用水量大的工業行業的格局也可以通過環境補償等措施來激勵,這樣就能使豐水區域水資源被有效利用而缺水區域的水資源安全問題得以一定程度的解決。