基于虛擬水理論的黑龍江省主要農產品虛擬水價值研究

李 瑩，毛世峰，張 勇

(黑龍江省水利科學研究院，黑龍江哈爾濱 150080)

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基于虛擬水理論的黑龍江省主要農產品虛擬水價值研究

李 瑩，毛世峰，張 勇

(黑龍江省水利科學研究院，黑龍江哈爾濱 150080)

將虛擬水的概念同商品價格進行關聯，提出從經濟價值角度擴展的虛擬水價值理論。計算黑龍江省9個市縣的水稻、玉米、大豆3種農產品的虛擬水價值，得到以下結論：水稻的虛擬水價值最高，玉米的虛擬水價值次之，大豆的虛擬水價值最低。虛擬水價值體現的是水資源在商品交易過程中的利用效益，因此從虛擬水價值角度研究糧食生產的優化布局具有一定指導意義。

虛擬水；虛擬水價值；黑龍江省；水稻；玉米；大豆

虛擬水是指商品或服務的生產過程中所使用的水資源的數量，一般伴隨在商品貿易過程中來具體化。1993年，倫敦國王學院的Allan教授[1]首先提出虛擬水的概念，后經過很多學者的不斷充實擴展而趨于完善。虛擬水戰略概念是指缺水國家或地區通過貿易的方式從富水國家或地區購買水密集型農產品，尤其是糧食，來獲得水和糧食的安全保障。Zimmer等[2]首先提出虛擬水戰略概念。Hoekstra等[3]對虛擬水戰略的研究具有廣泛影響力。水資源既是基礎性的自然資源，也是戰略性的經濟資源，世界范圍內的各個國家或地區，水資源的短缺均具有相對性。虛擬水貿易理論提倡出口高效益的水資源商品，同時進口本地沒有充足水資源生產的糧食產品，水資源短缺和糧食安全問題通過貿易的形式最終得以解決。

不同于傳統水資源，虛擬水具有以下特征[4-5]：①非真實性(虛擬性)。虛擬水并不是真實意義上的水，而是以虛擬形態包含在產品或服務中看不見的水。②社會交易性。商品或服務是虛擬水的載體，通過商品或服務在不同國家或地區間的貿易，虛擬水資源隨之發生轉移(流動)。同時社會交易性更多地強調社會整體交易行為，而非個體交易行為，通常認為參與貿易的商品或者服務數量越多，虛擬水流動的數量也就越多。③便捷性。實體水資源的調運通常需要借助水利工程來實現，運輸距離長、時間跨度大、經濟成本高，難以滿足現有的社會生活以及生產需要。相對而言，虛擬水資源以“無形”的形式嵌入在商品或服務中的特點，使得其長距離、大規模的運輸成為可能，因此可以有效緩解區域水資源壓力。④價值隱含性。虛擬水是嵌入在商品或服務中看不見的水，其價值難以得到直接體現，因此其價值具有隱含性。但是區域間虛擬水貿易會對參與貿易的國家或者地區的社會、生態環境以及水資源等多方面產生一定影響，其價值也會在這些影響的產生過程中逐步得到體現。

根據虛擬水的特點，將虛擬水的概念同商品價格進行關聯，尋求從經濟價值角度擴展的虛擬水價值理論。虛擬水價值是指，用于生產商品的單位體積水量在其交易過程中所隱含的價值。可表示為商品單位體積的虛擬水含量值所體現的價格(單位：元/m3)，是水資源在商品交易過程中的利用效益指標。

研究從農作物的虛擬水量化指標入手，選取黑龍江省9個主要農業大縣作為研究區，計算黑龍江省水稻、玉米、大豆3種主要農產品的虛擬水價值指標，分析在市場價格的影響下，不同農產品的虛擬水隱藏價值。

1　計算方法及數據來源

1.1計算方法采用FAO推薦的計算方法[6]，利用CropWat8.0軟件進行初步運算，根據相應研究成果確定的參數來計算農產品單位產量的虛擬水含量，引入農產品的價格因素，計算得出農產品單位體積耗水量的虛擬水價值(圖1)。

圖1　虛擬水價值計算過程Fig.1　Diagram for calculation of virtual water value

1.1.1參考作物蒸發蒸騰量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γs=70 s/m，反射率α=0.23，相當于高度均一、生長良好完全覆蓋地面的草地[3]。標準彭曼公式計算參照物蒸發蒸騰量ET0的公式為：

(1)

式中，ET0為參照作物的蒸發蒸騰量(mm/d)；Δ為飽和水氣壓與溫度相關曲線的斜率(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高處的風速(m/s)；ea為飽和水氣壓(kPa)；eb為實測水氣壓(kPa)；γ為干濕度常數(kPa/℃)。

1.1.2作物蒸發蒸騰量ETc。計算不同作物的蒸發蒸騰量，還需在參照作物的蒸發蒸騰量基礎上進行適當調整，用作物系數予以修正，此參數的作用是可以將作物類型及作物生長地的環境因素考慮進去。作物蒸發蒸騰量的計算公式為：

ETc=KcET0

(2)

式中，Kc為相應的作物系數。

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為相應的作物系數；ET0為作物生育期內的逐日潛在蒸發蒸騰量(mm/d)；n為作物生育期的總天數(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量的農作物初級產品消耗的水量，計算公式為：

VWC=CWR/CY

(4)

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

1.1.5作物虛擬水價值VWV。作物虛擬水價值是指商品的虛擬水含量值所體現的價格，計算公式為：

VWV=CP/VWC

(5)

式中，VWV為農產品虛擬水含量價值(y/m3)；VWC為農產品的虛擬水含量(m3/t)；CP為單位質量農產品價格(y/t)。

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

計算使用的氣象數據為黑龍江省氣象信息中心在9個研究區設立觀測站收集到的實際觀測數據，時間段為2010年1月～2014年12月，數據包括歷年各月的月平均最低氣溫、月平均最高氣溫、月平均相對濕度、月平均風速、月日照時數、月降水量。作物系數采用的是水利部公益性行業科研專項“三江平原水資源潛力開發及對環境影響研究”中作物需水量計算所確定的作物系數Kc[7]，符合黑龍江省糧食作物的生長條件，作物生育期和作物系數均為多年平均值(表1～2)。農作物的播種面積及產量數據來源于《黑龍江縣(市)農村經濟社會統計概要2011-2015》[8]。歷年的農作物初級產品價格來源于《中國農產品價格調查年鑒(2015)》[9](表3)。

表1　農作物生育期

表2　農作物的作物系數Kc值

表3歷年農產品市場價格

Table 3Market price of agricultural products over the years

元/t

首先確定農作物生長過程中的需水量，采用聯合國糧農組織(FAO)所推薦的CropWat軟件來計算。通過軟件輸入計算地區的相關氣候參數，運行可以得出參考作物蒸發蒸騰量ET0。然后，分別計算作物蒸發蒸騰量ETc、作物單位面積需水量CWR、作物虛擬水含量VWC、作物虛擬水價值VWV，最終得到3種農產品的虛擬水價值。

2　結果分析

農產品虛擬水價值的影響因素主要為氣候條件和商品價格，氣候條件直接影響農作物的虛擬水含量，因此也直接影響到虛擬水價值，而商品價格因素是虛擬水價值的決定因素，商品價格波動對商品虛擬水價值的影響突出。

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

從虛擬水價值的趨勢來看，2010～2014年，水稻的虛擬水價值趨勢小幅下降并趨于平緩；玉米的虛擬水價值趨勢小幅下降到2012年低點又有小幅上升；2010～2012年大豆的虛擬水價值呈上升趨勢，2012年達到高點后呈下降趨勢。2010～2014年黑龍江省農業生產保持穩定增長，也沒有出現極端災害氣候，農作物虛擬水含量值保持在穩定區間，農產品的價格也保持穩定，因此各種農產品的虛擬水價值也相對穩定。

圖2　2010～2014年3縣市水稻虛擬水價值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縣市大豆虛擬水價值Fig.4　Virtual water value of soybean in three counties/cities in 2010-2014

計算2010～2014年3種農產品的虛擬水價值的多年平均值，見表4。水稻消耗的單位體積虛擬水價值是4.4～4.7元；玉米消耗的單位體積虛擬水價值是3.6～4.3元；大豆消耗的單位體積虛擬水價值是2.4～2.5元。可見，近5年水稻和玉米的虛擬水價值相近，大豆虛擬水價值為水稻和玉米的50%左右。從虛擬水含量來看，黑龍江省農業生產1 t水稻約消耗752～788 m3水量，生產1 t玉米約消耗503～597 m3水量，生產1 t大豆約消耗2 066～2 173 m3水量。大豆單位產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量約占玉米的23%，由于產量的影響使得大豆的虛擬水含量較高。大豆價格高于水稻和玉米價格1.4～2.3倍，使得大豆的虛擬水價值相對提升，但仍低于水稻和玉米的虛擬水價值。

3　結論與討論

虛擬水價值是基于虛擬水理論，體現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的價格。研究從農作物水資源的利用效益角度出發，分析農產品單位體積耗水量所隱含的虛擬價值。即：水稻生長過程中單位體積耗水量在貿易過程中隱含的虛擬價值是4.4～4.7元，玉米生長過程中單位體積耗水量在貿易過程中隱含的虛擬價值是3.6～4.3元，大豆生長過程中單位體積耗水量在貿易過程中隱含的虛擬價值是2.4～2.5元。通過對黑龍江省9個市縣的3種農產品的虛擬水價值量化計算，得到以下結論：水稻的虛擬水價值最高，玉米的虛擬水價值次之，大豆的虛擬水價值最低。

虛擬水價值的制約因素是虛擬水含量和商品價格，對于農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量。不同商品的虛擬水價值不同，同種商品的虛擬水價值也是變量，隨其制約因素的變化而變化。虛擬水價值是通過商品貿易過程體現出的，因此同虛擬水理論有著相同的特點，即非真實性(虛擬性)、社會交易性、價值隱含性。虛擬水價值體現的是水資源在商品交易過程的利用效益指標。

表4　2010～2014年農產品的平均虛擬水價值

根據虛擬水價值的特點，農作物初級產品的虛擬水價值體現在商品糧貿易中，水是凝結在農產品生長過程中的必要資源，從商品交易中水資源的隱性價值角度出發，利用虛擬水價值概念優化區域的糧食種植布局，提高水資源利用的虛擬價值。從研究的結果看，同樣利用1 m3水資源，在農作物的種植選擇中，種植水稻時水的經濟效益是最大的，種植大豆時水的經濟效益是最小的。研究的3種農產品中，水資源灌溉用來生產水稻，其貿易價值最大，水資源在此種農作物中的隱藏價值較高。但糧食作物的播種面積受多因素制約，農民在種植品種的選擇上優先考慮利益最大化，同時，農作物的種植結構也受到種植條件、氣候條件等制約。黑龍江省作為農產品的輸出大省，在保證國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，應關注提高水資源的利用效益。在虛擬水理論的基礎上，可從虛擬水價值的角度進行糧食生產的優化布局，根據水資源分布條件合理布局虛擬水利用效益高的糧食作物，在商品貿易的過程中突出水資源的生產效益作用。

[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：東北林業大學，2008.

[5] 張吉輝.基于水足跡的區域廣義水資源動態協調與控制[D].天津：天津大學，2012.

[6] 趙靜.基于虛擬水理論的三江平原農業用水結構調整研究[D].哈爾濱：東北農業大學，2012.

[7] 郎景波，付強，李鐵男，等.三江平原水資源潛力開發及對環境影響研究[R].哈爾濱：黑龍江省水利科學研究院，2016.

[8] 黑龍江省統計局.黑龍江縣(市)農村經濟社會統計概要2011-2015[Z].黑龍江省統計局，2011-2015.

[9] 國家統計局農村社會經濟調查司.中國農產品價格調查年鑒(2015)[M].北京：中國統計出版社，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

黑龍江省青年科學基金項目(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水灌溉研究。

2016-05-18

S-9；F 304

A

0517-6611(2016)19-244-04