基于多區域投入產出模型的國際貿易隱含水體氮排放轉移研究

牛坤玉　金書秦　鐘鈺

摘要 經濟全球化進程的加快是貿易隱含污染物排放轉移的主要驅動因素，近年來氮足跡與全球氮循環問題日益引發關注，水體氮是氮的主要存在形式，主要來自于種植業、畜禽養殖業、氮肥生產以及城市生活污水排放。本研究利用全球污染排放數據庫，基于2015年的全球投入產出模型，從污染轉移總量以及貿易流污染排放強度兩方面計算了國際貿易對全球水體中的氮排放格局的影響。主要結論：①水體氮排放量的轉移方向與大小與區域距離的遠近、農業資源的豐富程度以及經濟發達程度有關。水體氮排放轉移量較大的貿易流大部分為經濟較發達的區域向經濟次發達區域的污染轉移，一些農業資源稟賦程度相似、區域距離較遠的區域污染轉移量一般較小。一個國家向經濟發展程度比自己低的區域出口的產品流隱含的污染強度低，向比自己經濟發展程度高的區域出口的產品污染強度高。建議通過農機具援助、技術培訓等方式，加快對非洲、亞洲等區域的農業技術轉移和擴散，幫助農業生產欠發達地區提高農業生產力和管理水平，降低欠發達地區向發達地區出口的貿易流中的污染強度。②2015年，中國貿易隱含的水體氦污染凈進口量為16萬t.占到全球水體氮進口的2.72%，谷物進口大幅增加是產生水體氮凈進口的重要原因。大幅增加的進口以及過高的糧食庫存不僅給世界帶來資源環境壓力，也進一步加劇了本國的資源環境壓力，因此不僅應從產量上關注糧食安全，還要從生態安全的角度調整糧食供給結構、種植結構和進出口結構，最大限度的降低因農業生產帶來的資源環境壓力。

關鍵詞 國際貿易;水體氮;隱含排放;排放轉移;全球環境投入產出模型

中圖分類號X32文獻標識碼A 文章編號1002 - 2104（2019） 01 - 0160 - 08 D01：10.12062/cpre.20180922

近年來，氮足跡及其對環境和健康的影響逐漸引起了學者的關注。氮元素最主要的形態有氨氣、氮氧化物以及水體中的有機氮、無機氮以及硝態氮。其中，水體氮約占到不同形式的人工氮排放量的45%，主要來自于種植業、畜禽養殖業、氮肥生產以及城市生活污水排放，水體中過量的氮會對水生生態系統和人體健康構成潛在威脅。近年來，對外貿易隱含的環境影響是貿易與環境關系研究中關注的熱點問題。從消費者需求視角核算全球貿易隱含的污染排放和轉移，對于認識貿易對環境污染的影響、劃分減排責任，以及為有關部門制定正確的外貿政策、優化外貿結構、提高外貿質量，促進經濟又好又快發展有重要意義。

1 文獻綜述

在研究方法上，有研究在核算單位產品產值或產量的資源消耗基礎上，測算主要的農產品（如谷物、大豆、棉花等）進出口貿易所對應的水、土地等資源消耗量，此類測算方法沒有考慮不同行業之間的關聯性，如農產品也是國民經濟其它行業的中間投入品，農副、紡織等行業的產品進出口貿易也會引起農業資源利用格局的改變。而投入產出模型可以較好的揭示出行業間的關聯性，擴展的多區域環境投入產出模型可以用來分析某一行業產品的進出口對本行業以及其他行業產品產出、資源消耗以及環境壓力的影響。

從研究內容上，以往研究較多關注貿易對碳排放、水資源消耗格局以及生物多樣性的影響以及各國的責任劃分。近年來，由于氮的環境影響隨著貿易全球化程度的加深而加大，全球貿易對氮排放的影響也逐漸引起學者重視。有研究從消費需求的視角進行分析，認為一些出口氮污染排放較多產品的國家為進口這類型產品的國家承擔了環境成本。如Burke et al.研究了肉類的生產、消費及其在不同國家之間的貿易往來隱含的氮排放，發現美國有50%以上的隱含氮排放來自于向中國、日本、歐盟的出口。Lassaletta et al.發現近年來全球貿易中隱含的氮排放呈迅速上升趨勢。

從研究視角上，以往研究僅從總量上測算了各國家和區域的貿易中氮排放轉移量，本研究基于全球環境投入產出模型，不僅從總量上對全球貿易引起的水體氮轉移量進行了測算，分析了各國和各區域水體氮的進出口情況，而且比較了雙邊國際貿易流中隱含的水體氮污染排放強度的差異，發現一個國家或區域向經濟水平較低的國家或區域出口的產品流隱含的污染強度低，向比自己經濟發展程度高的區域出口的產品污染強度高。

2 模型和數據來源

2.1 多區域投入產出模型

投入產出表反映某一時間內各產品（或部門）間投入與產出的內在關聯。多區域投入產出表可以反映不同國家（區域）、不同部門之間投入和產出的內在關聯性。多區域環境投入產出模型是目前最常用的消費者視角環境會計核算工具以及衡量國際貿易的環境影響的主要工具。多區域投入產出的基本關系可表示為：

式中，m為國家或區域的數量，n表示某個區域或國家內劃分的行業或產品個數，aij為在第s個國家或區域，生產單位產值的j產品所投入的r區域i產品的數量，x為第s區域j產業部門的產值，yi為r區域的i產品在s區域的最終消費。

用矩陣來表示：

X =AX+Y

（2）

將其變換為：

x=（I-A）-lY

（3）

其中，（I-A）-1為完全需求系數矩陣，即列昂惕夫逆矩陣。

為了分析在國際貿易中隱含的水體氮流動，水體氮的直接排放系數矩陣f以及消費者視角下不同區域不同部門的水體氮的排放量矩陣F：

F=f（l-A）-lY

（4）

式中，為n×n的對角矩陣，對角線上的元素fI為r地區i部門的單位產品產出的水體氮的排放強度，由r地區i部門的水體氮排放量除以r地區i部門的總產出得到。該公式表明了最終消費與由最終消費引起的相應的水體氮排放量的量化關系。該矩陣從行方向來看，表示各區域和各行業對第r地區i部門的水體氮排放量的貢獻，從列向來看，表示s地區j部門的生產造成其它區域其它部門的水體氮的排放量。

水體氮排放在不同國家不同部門之間的轉移矩陣可表示成如下：

TF=F- FT（5）

A國向B國進口產品，B國因生產這些產品產生了污染排放，這種現象被稱之為A國向B國進口了污染排放;反之，A國向B國出口農產品，A國產生了污染排放，這種現象被稱之為A國向B國出口了污染排放。若A國進口的污染排放量多于出口的污染排放量，則A國為污染物進口國家，反之，被稱為污染物出口國家。

2.2 數據來源

本研究所采用了Lenzen等人修正的多區域投入產出數據庫，該數據庫涵蓋了188個國家26個行業部門的投入產出關系。該模型已廣泛應用于國際貿易引起的污染物排放轉移問題研究（見圖1）。本研究根據聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）第5次氣候變化評估報告對全球區域的劃分方法，將129個區域合并成10個區域進行展示，分別為北美、東南亞和太平洋群島、東歐和獨聯體、東亞、拉美加勒比海地區、南亞、日澳新、撒哈拉以南非洲、西歐、中東和北非。

生產環節的水體氮排放主要來自農業生產、食品加工、紡織和服裝等行業，目前可用于計算氮足跡的模型有N-calculator模型及投入產出模型等。其中N-calculator模型常用來計算國家人均氮足跡，數據來源于消費者一端，用活性氮總量分析計算，未對不同種類活性氮進行分類，因此不適用于水體氮排放量計算。而通過自上而下的多區域投入產出（MRIO）模型來計算各國的水體氮排放量，可以對滿足消費者需求的整個供應鏈中直接或間接的水體氮排放進行全面評估。參考Oita等人的MRIO氮足跡計算方法對各國水體氮足跡進行計算，基于從糧農組織數據庫（FAO網站）獲取的農作物、肥料和畜禽糞便的相關數據，使用IPCC氮排放方程計算得到農業生產活動氮足跡。食品加工、紡織和服裝等行業的水體氮排放量數據來源于Eora全球供應鏈數據庫。在此基礎上，利用2015年世界投入產出表來測算國際貿易引起的水體氮排放轉移量及影響。IPCC氮排放方程公式如下：

Nwp=0.3×NferT+0.3×NsOIL+0.3×NpsTR+0.3×Nres

（6）

其中，Nwp為農業生產活動排放到水體中的氮總量;Nfet為每年施用到土壤中的有機氮肥總量（不含來自放牧牲畜的）;Nsoil為每年施用到土壤中的牲畜糞肥氮量;Npstr為放牧牲畜每年排泄在草場、牧場和圍場上的尿液和糞便氮量;Nres為每年返回土壤中的作物殘余物（地上部分和地下部分）中的氮量。

3 結果與討論

3.1 國際貿易引起的各區域水體氮排放轉移

2015年，全球水體氮的總排放量為9188. 80萬t，其中70.42%的排放量來自農業生產活動。農業生產活動導致的水體氮排放量最高的國家是中國，占到了生產環節總排放量的24.6%。

單位農業產出的水體氮排放量在不同國家或區域間差異較大，這與農業生產的技術水平、管理水平、產品結構、產品附加值、相對價格等因素有關?？傮w來看，在農業生產率較低、生產的農產品附加值較低、污染防控能力較低、肥料養分利用率低的非洲國家和地區，單位農業產值的水體氮排放量較大，如坦桑尼亞、馬里、中非共和國、南蘇丹、尼日利亞、幾內亞、蘇丹、埃塞俄比亞等國的單位農業產值水體氮排放高于300kg Nwp/美元。在耕地資源有限、農產品相對價格和產品附值較高、污染控制水平較高、肥料養分利用率高的新加坡、韓國、以色列、日本和瑞士等國家單位農業產值的水體氮排放低于2 kg Nwp/美元。農業部門水體氮排放量居前7位的國家分別為中國、印度、美國、巴基斯坦、印度尼西亞、澳大利亞和墨西哥，在這7個國家中單位農業產值水體氮排放量最高的為巴基斯坦，為212.7kg Nwp/美元，最低的為印度尼西亞，單位農業產值水體氮排放量為9.6kg Nwp/美元，除了生產管理水平和污染控制水平外，種植結構的不同也是引起水體氮排放強度差異較大的原因，如巴基斯坦主要盛產單位面積化肥和農藥施用量較高的果蔬作物，印度尼西亞則主要生產污染排放強度較小的油料作物。

經測算，2015年通過國際貿易引起的各區域間水體氮排放轉移量為843.2萬t，占到全球水體氮總排放量的9.2%。基于環境投入產出模型計算了兩種視角下的全球各區域水體氮排放量，如表1所示。從水體氮直接排放量（即生產者視角）看，東亞、南亞、北美、拉美加勒比海以及撒哈拉以南非洲地區水體氮直接排放量相對較高，分別占全球排放量的23.1%、16.7%、12.1%、12.1%和10.6%，其他五個區域的水體氮直接排放量較低，合計占全球排放量的25.3%。根據水體氮完全排放量（即消費者視角）分析，東亞、南亞、北美、拉美加勒比海以及西歐等五個地區的水體氮完全排放量相對較高，分別為24.1%、15.3%、12.4%、11.2%和10.9%，其他五個區域的完全排放合計占全球排放量的26.1%。各區域之間的貿易帶來的隱含排放導致了兩種視角下水體氮排放量的差異，西歐、東亞、東歐和獨聯體、日澳新、北美、中東和北非六個區域為水體氮凈進口國，撒哈拉以南非洲、南亞、拉美加勒比海、東南亞和太平洋群島四個地區為水體氮凈出口國，其中西歐和撒哈拉以南非洲分別為最大的水體氮凈進口區域和凈出口區域，而中東和北非地區的水體氮排放量的凈轉移量最小。

圖2更加詳細地展示了生產者和消費者視角下水體氮排放量隨國際供應鏈在各區域之間的轉移過程，可以更清晰的識別各區域間國際貿易對水體氮排放量轉移的貢獻，通過細化各區域之間的隱含氮排放轉移過程可以識別規模較大的水體氮轉移的貿易流。其中水體氮排放轉移量最大的幾組貿易流分別為：撒哈拉以南非洲分別向西歐、東歐和獨聯體、北美、日澳新的農產品出口（隱含水體氮排放86.77萬t、37.97萬t、24.63萬t、23.48萬t）;拉美加勒比海地區分別向西歐、北美的農產品出口（隱含水體氮排放39.63萬t、26.09萬t）;南亞向西歐、東亞的農產品出口（隱含水體氮排放36.25萬t、24.35萬t）;東南亞和太平洋群島向東亞的農產品出口（隱含水體氮排放29.77萬t）;中東和北非向西歐的農產品出口（隱含水體氮排放28.97萬t）;北美向東亞的農產品出口（隱含水體氮排放24.88萬t）。

水體氮排放轉移量較大的貿易流大部分為經濟較發達的區域向經濟次發達區域的污染轉移，水體氮排放量的轉移方向與程度與區域距離的遠近、農業資源的豐富程度以及經濟發達程度有關。一些農業資源稟賦程度相似、區域距離較遠的區域污染轉移量一般較小，如東南亞和太平洋群島與東歐和獨聯體兩地區之間（0.66萬t、2.83萬t）、東南亞和太平洋群島與拉美加勒比海地區之間（2.22萬t、0.77萬t）、南亞與拉美加勒比海地區之間（0.52萬t、2.63萬t）的污染轉移量相對較小;經濟發展水平較低的區域向經濟水平較高的區域污染排放轉移量較小，如南亞向其他各區域的水體氮轉移量為13.46萬t，占本地區水體氮完全排放總量的1.2%，撒哈拉以南非洲向其他區域的水體氮轉移量為9.66萬t，占本地區水體氮完全排放總量的1.7%;與此同時，經濟發展水平較高的區域向經濟水平較低的區域污染排放轉移量明顯更高，如各區域從撒哈拉以南非洲進口農產品，隱含水體氮排放轉移量222. 11萬t，占撒哈拉以南非洲水體氮直接排放量的28.1%，西歐和日澳新地區通過農產品進口分別向其他區域轉移了水體氮完全排放量的33. 3%和32.5%;農業資源的豐富程度也同樣影響著水體氮排放量的轉移，如西歐、東亞地區由于耕地資源短缺，進口水體氮排放量較高。

為進一步探究各區域間農產品雙邊貿易流中的污染強度，發現發達經濟體向次發達經濟體的出口貿易流污染強度較低，而欠發達經濟體向發達經濟體的出口貿易流污染強度較高。對北美和其他區域間國際貿易中隱含的水體氮排放強度進行分析，如表2所示。北美從撒哈拉以南非洲進口農產品的貿易流污染強度最高，為223.89 kgNwp/t農產品，其次為南亞（117.87 kg Nwp/t農產品），從東南亞和太平洋群島、歐洲、拉美加勒比海地區以及日澳新地區進口貿易流的污染強度較低;在北美出口貿易流中，污染強度最高的為出口到歐洲，36.65 kg Nwp/t農產品，對于南亞和撒哈拉以南非洲地區，污染強度相對出口到其他區域強度較低，而且遠低于進口貿易流污染強度。整體上看，北美進口貿易流隱含的污染強度高于出口貿易流，說明其進口貿易中包含較多污染強度大的產品，而出口貿易流中清潔產品包含較多。貿易流污染強度的差異與農業生產力水平和生產效率有關，北美國家的生產力和管理水平較高，農業生產的單位污染物排放強度較低，而非洲和南亞等地區的農業生產以及管理水平相對落后，農業生產的單位污染物排放強度較高。另一方面，污染強度與農產品貿易結構也有關，北美主要輸出污染排放強度較低的油料作物和糧食作物，而撒哈拉以南非洲、南亞、東亞、東南亞和太平洋群島等地區的國家多輸出污染排放強度較高的蔬菜和水果等農產品。

3.2 中國水體氮排放量進出口情況

水體氮排放量為凈進口且居于前十位的國家和地區有日本、俄羅斯、德國、韓國、意大利、英國、荷蘭、西班牙、中國香港與中國大陸（圖3）。水體氮排放量為凈出口且居于前十位的國家有巴基斯坦、澳大利亞、印度、坦桑尼亞、埃塞俄比亞、緬甸和加拿大。可以看出，污染轉移量為正的多為農業資源相對短缺或經濟較為發達的經濟體，而污染物轉移量為負的國家多為農業資源較為豐富的發展中國家，這些國家通過出口農產品排放了比本土實際需求更多的污染物（圖3）。2015年，中國大陸的水體氮排放量為1685萬t，其中由本國需求引起的水體氮排放量為1 607萬t，由他國對中國的進口貿易引起的水體氮排放量有78萬t。向中國進口水體氮排放的主要國家有日本、美國、韓國、德國和意大利，進口的水體氮排放量分別為8.89萬t、8.69萬t、4.66萬t以及2.48萬t（圖4），中國大陸的水體氮排放量主要是由于這些國家的餐飲和住宿行業、食品和飲料制造行業、教育、衛生以及其他服務行業對中國農產品的需求引起（表3）。

中國通過最終需求導致的水體氮完全排放量為1701萬t，其中向其他國家進口的水體氮排放量為94萬t。中國進口量最多的前5個國家有緬甸、美國、巴基斯坦、印度以及澳大利亞（圖4），進口量分別為10.73萬t、10.26萬t、8.80萬t、5.16萬t以及4.94萬t。經行業關聯度分析，水體氮的進口主要是由于建筑業、食品與飲料、農產品、紡織與服裝等產品的消費需求所引起（表3）。2015年，中國的水體氮污染排放從2010年的凈出口變為了凈進口，逆差為16萬t水體氮。近年來中國的谷物貿易逆差持續擴大（從2010年的9.6億美元增加到了2014年的57.3億美元）是水體氮排放由順差轉為逆差的重要原因。進一步分析發現，中國向其他區域進口的貿易流平均污染強度為9.06 kg水體氮/t農產品，要低于北美向其他區域進口的貿易流污染強度42.05 kg水體氮/t農產品，這主要是由于農產品進口結構差異造成的。中國向各區域進口的多是污染排放強度較低的油料作物和糧食作物，而北美進口的農產品中的林果產品比例較高。中國向其他區域出口的貿易流平均污染強度為34.94 kg水體氮/t農產品，高于進口貿易流的平均污染強度，原因在于中國主要進口污染程度較輕的油料和糧食作物，出口水體氮污染程度較重的水果和蔬菜作物。

4 總結

（1）基于全球多區域環境投入產出模型，分析了全球價值鏈中生產者、消費者視角下的水體氮污染排放貢獻。研究發現，從生產者視角到消費者視角，西歐和東亞地區的水體氮排放量明顯上升，而撒哈拉以南非洲、南亞的水體氮排放量出現明顯下降。北美是主要的農產品出口國家之一，由于管理水平較高，出口貿易流污染排放強度較低，在維持一個較高的農產品貿易順差的基礎上，水體氮污染物進口量和出口量達到基本平衡狀態。

（2）谷物進口大幅增加及農產品貿易逆差擴大使中國從水體氮凈出口國變為凈進口國。2015年，水體氮進口量最大的前五個國家為日本、俄羅斯、德國、韓國和意大利，占到全球水體氮進口量的47.9%，中國的水體氮污染排放從2010年的凈出口變為了凈進口，逆差為16萬t水體氮，占到全球水體氮進口的2.72%，近年大豆、玉米、水稻等主要谷物進口大幅增加是導致這一現象的重要原因。中國的水體氮主要的出口區域分布在日本、美國、韓國、德國和意大利等東亞、歐洲以及北美國家，主要是由于這些國家和區域的餐飲和住宿行業、食品和飲料制造行業、教育、衛生以及其他服務行業的需求引起。主要的進口區域分布在緬甸、美國、巴基斯坦、印度以及澳大利亞等東南亞、北美、非洲、南亞國家，主要是由于中國的建筑業、食品與飲料、農產品、紡織與服裝等產品需求所引起。

（3）農產品進出口結構失衡以及無效糧食產能增加加劇了國內的資源環境壓力。值得注意的是，雖然中國成了水體氮凈進口國，但國內環境壓力并未因糧食大量進口而減輕，在進口大幅增加的同時，國內糧食庫存不斷增加，經計算，2015年無效的糧食產能導致的水體氮污染排放高達410.45萬t，占到本土排放總量的24.4%。同時，中國主要出口蔬菜、水果等需要高量施氮的農產品，進口施氮量相對較少的糧食作物，進出口結構的不平衡進一步加劇了國內的資源環境壓力。因此不僅應從產量上關注糧食安全，還要從生態安全的角度調整糧食供給結構、種植結構和進出口結構，最大限度地降低因無效的農業產能造成的資源環境壓力。

（4）在農產品貿易中也存在發達經濟體向欠發達經濟體轉移環境壓力的現象。研究發現，發達地區傾向于將污染較重的農業產業通過國際貿易轉移至其他區域，即通過進口污染較重的農產品來滿足自身的生產和消費需求，如西歐向撒哈拉以南非洲地區以及拉美加勒比海地區進口農產品的貿易流中隱含排放最多，分別占到了國際貿易引起的水體氮排放量的10.4%以及4.8%。通過比較北美與其他地區的雙邊貿易流中的污染強度，發現北美向欠發達經濟體進口的產品污染強度較高，而出口的產品隱含污染強度較低?？梢?，從貿易流隱含污染排放強度的角度，國際貿易也存在環境不公平現象。建議在加強農業對外貿易的同時，通過農機具援助、技術培訓等方式，加快對非洲、亞洲等欠發達區域農業技術轉移和擴散，幫助農業生產欠發達地區提高農業生產力和管理水平，降低單位農業產出的污染排放，維護貿易公平。