中國鉀鹽供應(yīng)安全的主成分-灰色關(guān)聯(lián)分析

牟思宇，沙景華，閆晶晶，劉全文

(中國地質(zhì)大學(xué)(北京)人文經(jīng)管學(xué)院，北京 100083)

鉀鹽是一種戰(zhàn)略性資源，國土資源部將其列為被鼓勵開發(fā)的七種緊缺礦產(chǎn)之一。鉀肥作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中必需的三大肥料之一，對大部分農(nóng)作物有顯著的增產(chǎn)效果。當(dāng)前可供開發(fā)利用的主要是可溶性鉀鹽資源。世界上95%的鉀鹽產(chǎn)品用于制造鉀肥(主要為氯化鉀和硫酸鉀)，還有少量鉀鹽資源應(yīng)用于化工、紡織、醫(yī)藥等領(lǐng)域。中國是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國和人口大國，鉀鹽對保障糧食安全和實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略價值。目前，我國已經(jīng)成為全球最大的鉀鹽消費國和最主要的鉀鹽進口國，保障鉀鹽長期、穩(wěn)定的供應(yīng)成為亟待解決的問題。

近年來，一些學(xué)者對中國鉀鹽供應(yīng)安全進行了研究。鄭綿平等[1]、趙元藝等[2]從地質(zhì)科學(xué)角度提出關(guān)于中國找鉀前景的結(jié)論；乜貞等[3]認為可以通過創(chuàng)新鉀鹽勘探或提取技術(shù)來解決中國的缺鉀問題；鮑榮華等[4]、雷涯鄰等[5]在分析全球鉀鹽資源配置和供需格局基礎(chǔ)上，認為中國應(yīng)積極尋求境外鉀鹽的合作開發(fā)。綜合來看，在研究內(nèi)容上，鉀鹽供應(yīng)研究主要集中在地質(zhì)找礦、開發(fā)利用技術(shù)和供需趨勢等方面，對供應(yīng)安全影響因素的分析較少；在研究方法上，鉀鹽供應(yīng)安全研究以定性分析為主，對其他礦產(chǎn)資源供應(yīng)安全的研究也主要采用主觀性較強的層次分析或關(guān)聯(lián)度分析方法[6-9]。基于此，本文利用1996～2015年的相關(guān)數(shù)據(jù)，綜合運用主成分分析及灰色關(guān)聯(lián)分析，重點對中國鉀鹽供應(yīng)安全的影響因素進行定量分析，以期針對最重要的風(fēng)險因素提出政策建議。

1 全球和中國鉀鹽資源概況

全球鉀鹽資源豐富，需求和產(chǎn)量均呈增長態(tài)勢，但供應(yīng)地和消費地分離現(xiàn)象明顯。根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局統(tǒng)計數(shù)據(jù)[10]，截至2016年底，全球鉀鹽儲量為43億t(以K2O計)，主要分布在加拿大(23.3%)、俄羅斯(20%)和白俄羅斯(17.4%)，上述三國鉀鹽儲量總和占全球總儲量的60.7%，中國儲量僅占全球總儲量的6.3%。2015年全球鉀鹽產(chǎn)量為4 070萬t，其中加拿大、俄羅斯和白俄羅斯三國產(chǎn)量合計為2 486萬t，占全球總產(chǎn)量的61.1%。2009年以后全球鉀鹽消費迅速恢復(fù)，消費量從2009年的1 913萬t增至2015年3 900萬t，年均增速達6%以上，消費地主要集中于東亞(37.9%)、拉美(20.9%)和北美地區(qū)(14.9%)[11]。

中國是全球第一大鉀鹽消費國，鉀鹽資源匱乏，盡管近年來產(chǎn)量有所上升，但供需缺口依然很大。由于糧食作物以及生物質(zhì)燃料作物的種植，國內(nèi)對鉀肥的需求快速增加。2009～2015年，中國鉀鹽消費量以年均50萬t的速度增長。中國95%以上的鉀鹽資源分布于青海柴達木盆地及新疆羅布泊等環(huán)境脆弱地區(qū)，產(chǎn)量增長受到資源品位低、開采環(huán)境成本高、運輸距離遠等因素的限制。隨著技術(shù)進步以及鼓勵開發(fā)政策的實施，2000～2015年中國鉀鹽產(chǎn)量由25萬t增長至420萬t，年均增速達19.3%。目前，中國是世界第四大鉀鹽生產(chǎn)國，生產(chǎn)份額約占全球15%，但仍然存在巨大的供需缺口，使得中國成為世界上最大的鉀鹽進口國。2000年以來，中國鉀鹽對外依存度持續(xù)高于50%。2015年中國鉀鹽進口量594萬t，較2010年增長了75.5%[12]。

全球鉀鹽資源豐富但分布高度集中，中國鉀肥需求量大但資源嚴(yán)重不足，這種全球富鉀而中國缺鉀的現(xiàn)狀，導(dǎo)致我國鉀鹽面臨巨大的供應(yīng)風(fēng)險。因此，深入分析影響中國鉀鹽供應(yīng)安全的因素，并針對性地提出風(fēng)險治理對策，對解決我國鉀鹽的供應(yīng)安全問題有著非常重要的意義。

2 評價指標(biāo)、研究方法與數(shù)據(jù)來源

2.1 評價指標(biāo)

國內(nèi)外機構(gòu)和學(xué)者基于不同的視角，對資源安全評價指標(biāo)體系進行了研究。有代表性的是：亞太能源研究中心(APERC)[13]從可利用性(Availability)、可獲得性(Accessibility)、可負擔(dān)性(Affordability)和可接受性(Acceptability)(簡稱4A)4個方面界定了能源安全評價指標(biāo)體系；梁亞紅[14]將安全評價指標(biāo)體系分為資源、政治、經(jīng)濟、運輸和軍事等方面；代濤等[15]利用資源可采儲量、資源儲采比、資源自給率、資源進口份額、資源進口集中度5個指標(biāo)定量判斷大宗性礦產(chǎn)資源的安全性；永學(xué)艷等[16]從國內(nèi)資源稟賦、供需狀況和國家安全保障三個角度建立礦產(chǎn)資源安全評價指標(biāo)體系；孫永波等[17]從國內(nèi)資源稟賦、供應(yīng)需求與使用和國家安全保障能力與措施三個方面選取評價指標(biāo)。

上述研究為礦產(chǎn)資源供應(yīng)安全評價指標(biāo)的選取提供了參照，其中大多都從資源稟賦、供需狀況、價格因素、進口因素、政治因素等角度選取出來的評價指標(biāo)。根據(jù)中國鉀鹽資源特點，在科學(xué)性、系統(tǒng)性、實用性原則的指導(dǎo)下，本文從資源稟賦、市場供需、價格因素、進口因素、政治因素5個方面選取了9個影響中國鉀鹽資源供應(yīng)安全的指標(biāo)，并對指標(biāo)的內(nèi)涵、計算公式和變量進行了詳細說明(表1)。

2.2 研究方法

本文采用主成分與灰色關(guān)聯(lián)度相結(jié)合的研究方法。①主成分分析法可以解決評價指標(biāo)之間的信息重疊問題，并在不影響評估效果的前提下實現(xiàn)降維，從而得到更準(zhǔn)確的評價結(jié)果。本文首先采用此方法對9個指標(biāo)進行重新組合，并以新綜合指標(biāo)的方差貢獻率作為客觀權(quán)重，計算20年的鉀鹽供應(yīng)安全綜合分值作為參考指標(biāo)。②灰色關(guān)聯(lián)分析法可以解決“小樣本”、“貧信息”的問題。本文忽略了其他不確定信息，如庫存量、運輸距離、環(huán)境成本等，在主成分分析的基礎(chǔ)上，運用灰色關(guān)聯(lián)分析法來計算9個指標(biāo)與參考指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度，并對其影響程度進行排序。通過融合上述兩種評價方法有助于克服單一方法的缺陷，提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。主要步驟如下所示。

1) 指標(biāo)體系的建立和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。本文選取1996～2015年9個指標(biāo)變量的20年數(shù)據(jù)，構(gòu)造原始數(shù)據(jù)矩陣xij并進行標(biāo)準(zhǔn)變換，消除由數(shù)據(jù)量綱不同造成的影響， 得到標(biāo)準(zhǔn)化矩陣Z=(zij),其均值為0，方差為1。標(biāo)準(zhǔn)化公式見式(1)。

表1 中國鉀鹽資源供應(yīng)安全影響因素、評價指標(biāo)及說明

(1)

2) 計算相關(guān)系數(shù)矩陣。基于標(biāo)準(zhǔn)化矩陣Z計算其相關(guān)系數(shù)，計算公式見式(2)。

(2)

3) 計算主成分數(shù)量。如果前m個主成分的累計貢獻率達85%以上，可以使用m個主成分替代原有的9個指標(biāo)進行進一步的運算，見式(3)。

(3)

式中：ωi代表第i個主成分的貢獻率；λi代表非負特征向量；i=(1,2,…,p)；p為非負特征根的個數(shù)。

4) 取得主成分后，根據(jù)主成分載荷矩陣及特征值計算主成分得分，并計算綜合評價值，見式(4)和式(5)。

(4)

(5)

式中：Fi表示第i個主成分得分；uij為特征向量矩陣；F表示綜合得分。

5) 成立新的矩陣，計算灰色關(guān)聯(lián)度并排序。將新的F綜合得分值作為參考序列Z0，Zi作為比較序列，成立新矩陣F0=[Z0,Z1,…,Z9]。關(guān)聯(lián)系數(shù)計算公式見式(6)。

(6)

式中：ρ為分辨系數(shù)，通常取0.5；minimink|Z0(k)-Zi(k)|表示兩級最小差值，maximaxk|Z0(k)-Zi(k)|表示兩級最大差值。計算最終的關(guān)聯(lián)度，見式(7)。

(7)

2.3 數(shù)據(jù)來源

各項指標(biāo)涉及數(shù)據(jù)的主要來源有：全球和中國鉀鹽儲量、產(chǎn)量數(shù)據(jù)來自美國地質(zhì)調(diào)查局(USGS)[10]；鉀肥消費量和進口量數(shù)據(jù)來自國際肥料工業(yè)協(xié)會(IFA)[11]；鉀鹽進口來源國、進口量和進口均價來自聯(lián)合國商品貿(mào)易統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫(UN Comtrade Database)[12]；國家風(fēng)險治理指數(shù)(WGI)來自世界銀行[18]；匯率來自《中國統(tǒng)計年鑒》(1996～2015年)[19]。

3 中國鉀鹽供應(yīng)安全影響因素分析

3.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理及相關(guān)性檢驗

根據(jù)式(1)對原始數(shù)據(jù)xij進行標(biāo)準(zhǔn)化處理后，得到同趨無綱量矩陣zij；運用式(2)計算其相關(guān)系數(shù)，可得相關(guān)系數(shù)矩陣rij(表2)；從中可以看出部分指標(biāo)間存在顯著的相關(guān)關(guān)系，說明本文采用主成分分析較為合理。

3.2 提取主成分并計算分值

根據(jù)式(3)計算并整理得到各指標(biāo)的特征值、方差貢獻率和累計方差貢獻率，見表3。

根據(jù)主成分對應(yīng)特征值大于1和累計貢獻率大于85%的兩個標(biāo)準(zhǔn)，選擇前3項為主成分。根據(jù)式(4)可寫出每個主成分的得分表達式，如下所示。

F1=-0.44Z1+0.54Z2+0.43Z3+0.13Z4-0.54Z5+0.13Z6-0.11Z7-0.01Z8+0.04Z9

F2=0.31Z1-0.02Z2+0.32Z3+0.09Z4+0.05Z5+0.47Z6+0.47Z7+0.42Z8+0.42Z9

F3=0.04Z1-0.04Z2+0.11Z3+0.12Z4+0.04Z5+0.44Z6+0.41Z7-0.55Z8-0.55Z9

根據(jù)以上表達式及式(5)，可得出1996～2015年中國鉀鹽資源供應(yīng)安全綜合分值，見表4。

3.3 計算灰色關(guān)聯(lián)度

將綜合得分序列F作為參考數(shù)據(jù)列，與標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)合在一起成為新的矩陣F0，結(jié)合式(6)，可得到影響中國鉀鹽資源供應(yīng)安全相關(guān)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣，進而根據(jù)式(7)可計算出各指標(biāo)序列與參考數(shù)據(jù)列的關(guān)聯(lián)度，見表5。

表2 影響中國鉀鹽供應(yīng)安全的相關(guān)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)矩陣

表3 影響中國鉀鹽供應(yīng)安全相關(guān)指標(biāo)的特征值

表5 中國鉀鹽資源供應(yīng)安全主要影響因素的加權(quán)關(guān)聯(lián)度及其排序

注：關(guān)聯(lián)度ζ一般居于0～1之間，ζ越大，表示該指標(biāo)與參考序列的影響強度越大。

3.4 結(jié)果分析

從表5可以看出，1996～2015年中國鉀鹽供應(yīng)安全的影響因素按其影響程度依次排列為：消費量、進口量、進口來源集中度、產(chǎn)量、匯率、需求競爭度、價格波動率、進口國政治穩(wěn)定性、儲量。其中前6個因素的關(guān)聯(lián)度均大于0.9，對鉀鹽供應(yīng)的影響程度較大。

1) 消費量對中國鉀鹽供應(yīng)安全的影響最明顯。中國土壤缺鉀現(xiàn)象嚴(yán)重，全國需要補鉀的耕地占比達70%，且氮、磷、鉀肥施用比例為1∶0.38∶0.12，遠低于世界平均比例(1∶0.36∶0.28)和發(fā)達國家比例(1∶0.37∶0.36)。隨著農(nóng)業(yè)工業(yè)化進程的加快以及人口增長和耕地面積持續(xù)減少，預(yù)計未來中國鉀鹽消費量仍將保持1%～4%的增速，到2030年消耗鉀肥1 100萬t左右，鉀鹽供應(yīng)壓力不斷增大。

2) 進口量、進口集中度和產(chǎn)量對鉀鹽供應(yīng)有重要影響。近年來，受資源稟賦和技術(shù)條件影響，盡管國內(nèi)陸續(xù)有新的鉀鹽項目投產(chǎn)，但產(chǎn)量很難在短期內(nèi)迅速擴張。進口雖然能緩解鉀鹽供應(yīng)壓力，但進口量越多意味著越依賴國外資源。此外，2015年，中國鉀鹽75%的進口量來自白俄羅斯、加拿大和俄羅斯，還有17%來自中東地區(qū)的以色列和敘利亞，進口來源過于集中，一旦進口來源國政局不穩(wěn)定或者發(fā)生貿(mào)易摩擦，鉀鹽資源供應(yīng)安全將難以得到保證。

3) 匯率、需求競爭度也在很大程度上影響鉀鹽的供應(yīng)安全。匯率波動影響鉀肥進口成本，從而在一定程度上促進或抑制鉀肥進口；中國是世界最大的鉀鹽進口國，2015年鉀鹽進口量占全球總進口量的17%。中國鉀鹽進口量占世界總進口量比重越大，越有利于中國在鉀鹽進口談判中獲取有利地位。

4 結(jié)論與建議

本研究綜合利用主成分分析和灰色關(guān)聯(lián)度分析對中國鉀鹽資源供應(yīng)安全的影響因素進行了深入的分析，發(fā)現(xiàn)消費量、進口量、進口來源集中度、產(chǎn)量、匯率和需求競爭度對鉀鹽供應(yīng)安全的影響最為顯著，這為我國鉀鹽供應(yīng)風(fēng)險治理提供了有利依據(jù)。要降低我國鉀鹽供應(yīng)風(fēng)險，就必須針對上述這些影響因素提出具體可行的措施。

1) 提高鉀肥利用效率，確保鉀鹽消費量平穩(wěn)增長。從控制消費的角度提高鉀鹽供應(yīng)安全保障程度，關(guān)鍵需要把握好以下四個方面：一是優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)，調(diào)整鉀肥消耗量較大的作物面積；二是改進施肥方式，根據(jù)不同作物品種及其生長期精準(zhǔn)施肥；三是推廣緩釋肥、水溶肥、顆粒鉀肥等高效新型鉀肥；四是推廣有機肥的使用，通過禽畜糞便等農(nóng)家肥的資源化利用、秸稈養(yǎng)分還田等方式，部分替代化肥。

2) 降低進口集中度較高帶來的供應(yīng)風(fēng)險，必須抓住“一帶一路”倡議的機會，努力拓寬境外鉀鹽獲取渠道。截至2014年底，“一帶一路”沿線地區(qū)大型鉀鹽礦床約23個，沿線12個產(chǎn)鉀國探明鉀鹽資源儲量約49.2億t。未來國內(nèi)企業(yè)可充分借助“一帶一路”倡議的發(fā)展機會，重點關(guān)注泰國、老撾、烏茲別克斯坦等開發(fā)前景較好的周邊國家，采取直接進口、合資開發(fā)、購買產(chǎn)能和收購股權(quán)等方式獲取鉀鹽資源。這樣既有利于降低進口集中度，打破壟斷廠商對價格的控制，也利于降低運輸成本。此外，還有拉丁美洲地區(qū)的玻利維亞、阿根廷等國家現(xiàn)代鹽湖型鹵水資源豐富，這些地區(qū)受關(guān)注程度較低，相對容易介入，可以利用技術(shù)或資金相對優(yōu)勢尋求合作。

3) 改變國內(nèi)鉀鹽產(chǎn)量有限、過于依賴進口的局面，必須加大對難溶性鉀鹽應(yīng)用技術(shù)的研究，提高國內(nèi)鉀鹽產(chǎn)量。中國的難溶性鉀鹽資源量大于1 000億t，其中所含鉀鹽折算成純資源量大于100億t。目前，難溶性鉀鹽資源的規(guī)模化開發(fā)和利用仍存在障礙，如果能在技術(shù)工藝方面取得突破，鉀鹽產(chǎn)量將有望實現(xiàn)大幅提升，有助于解決對外依存度高的問題。

4) 對于匯率波動和需求競爭度高這兩個影響因素，需要企業(yè)靈活運用金融工具規(guī)避匯率風(fēng)險，同時利用需求競爭度高的優(yōu)勢爭取價格談判話語權(quán)。進口企業(yè)要靈活運用資本市場的期貨、期權(quán)等金融衍生工具，減少匯率波動對企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動產(chǎn)生的不利影響。此外，中國是世界最主要的鉀鹽進口國之一，近幾年其談判價格已成為國際基準(zhǔn)價格。在未來鉀鹽進口長協(xié)合同價格談判中，應(yīng)繼續(xù)完善聯(lián)合談判機制，并充分利用需求競爭度高的優(yōu)勢，讓出口商充分認識到中國市場的重要性，同時利用鉀鹽供應(yīng)階段性過剩、定價向買方傾斜等優(yōu)勢，逐漸在

談判中掌握主動權(quán)，爭取合理進口價格。

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