中國鉀鹽消費規律與需求預測

牛新生，王安建，鄭綿平

(1.中國地質科學院礦產資源研究所，北京 100037；2.自然資源部鹽湖資源與環境重點實驗室，北京 100037；3.中國地質科學院全球礦產資源戰略研究中心，北京 100037)

鉀鹽是可溶性的含鉀鹽類礦物，是鉀肥和含鉀肥料的最主要礦物原料，85%～95%的鉀鹽用于制作鉀肥。截至2018年底，我國已成為全球第一大鉀鹽、鉀肥消費國，因此，探討鉀鹽、鉀肥的消費規律并對國家的中期、長期鉀鹽需求做出預測，是指導鉀鹽未來產業發展的重要依據。

以往鉀鹽需求預測的主要方法有：①根據鉀鹽消費的年均增長率外推未來鉀鹽消費，如趨勢預測法[1]；②根據人口糧食增長率預測鉀肥需求量[2]；③根據氮、磷、鉀肥的消費比例關系判斷鉀肥消費情況[3]；④數理統計法[4]；⑤谷物系數法[5]；⑥綜合多種因素的作物體系-專家模型法[6]。以上方法的預測結果多局限于2020年之前，對中期、長期的預測結果相對較少；部分預測方法(如趨勢預測法)的預測結果出現單向增長，長期來看，這并不符合鉀鹽的實際消費情況；此外，部分預測方法僅停留在理論探討階段，開展鉀鹽消費的中長期預測十分必要。

先期工業化國家的實際經驗表明，人均能源和重要礦產資源的消費具有“S”形規律[7-13]，“S”形規律揭示了人類經濟社會發展過程中資源消費的極限與周期問題[14]，已被廣泛用于全球及中國一次能源、粗鋼、銅、鋁等礦產資源需求預測[9,15-18]。與其他傳統預測方法相比，這一方法基于對先期工業化國家資源消費規律的高度概括和總結，注重長周期的宏觀消費規律分析，更加適用于資源需求的中期、長期預測。張艷等[19]初步論證了單位耕地面積化肥施用量隨著經濟的發展呈“S”形規律；唐堯[20]基于“S”形規律嘗試了對鉀鹽的需求預測，認為中國與法國的單位耕地鉀肥量消費量相近。在此基礎上，本文擬運用資源消費“S”形規律的思路，對先期工業化國家的鉀鹽、鉀肥消費規律做出多層次的總結，建立合適的預測模型，進而預測我國2030年之前的鉀鹽消費需求。

1 需求預測方法與模型

由于大部分的鉀鹽用作鉀肥(本文取90%)，因此，鉀鹽的消費實際是鉀肥的消費，對鉀鹽消費規律的分析實際是對鉀肥消費規律的分析。下文中，所有涉及鉀鹽、鉀肥的量綱均以折純的K2O計算，人均GDP均以1990年蓋凱美元為計量單位。蓋凱美元是可用于不同國家系統對比的一種通用國際元，是一個假定的貨幣單位，通常把1990年作為對比的基準年，下文中簡稱美元。我們分別從鉀肥消費時間曲線、人均GDP-人均鉀肥消費量、單位耕地糧食產量-單位耕地鉀肥施用量、人均GDP-單位耕地鉀肥施用量、人均GDP-鉀肥施用總量五種關系對發達國家的鉀肥消費規律進行探討，同時，將中國、印度、巴西作為發展中國家的代表與主要發達國家進行對比分析。

1) 鉀肥消費時間曲線。發達國家的鉀肥消費時間曲線表明，無論是人均鉀肥消費的消費軌跡，還是單位耕地面積的鉀肥消費軌跡，均具有明顯的頂點現象(圖1和圖2)。西方主要發達國家均已度過峰值時刻并開始下降，但在具體時間節點上有所不同。

人均鉀肥消費方面，日本最早在1960年代中期就已經達到了人均鉀肥消費的頂點，而德國一直是鉀肥生產大國，礦物鉀肥的使用歷史較長，鉀鹽資源豐富，其人均鉀肥消費量在1970年代初期達到了頂峰，多數發達國家如美國、法國、英國、加拿大、意大利等在1970年代中期至1980年代中期達到消費頂點，澳大利亞和西班牙直到2000年左右才迎來鉀肥消費的峰值時刻(圖1)。2000年以來，西方主要發達國家的鉀肥消費趨勢逐漸歸于平緩，達到相對穩定的狀態。

單位耕地鉀肥消費方面，主要發達國家也已先后達到鉀肥消費的峰值(圖2)，峰值時刻呈波次遞進的特點，并在峰值時刻之后逐步下降至相對穩定的水平上，其峰值區間介于1970～2010年之間。

圖1 1961～2016年全球主要發達國家人均鉀肥消費趨勢Fig.1 Per capita consumption trend of potassic fertilizer of developed countries from 1961 to 2016(資料來源：文獻[21]和文獻[22])

與發達國家不同，主要發展中國家如中國、印度和巴西等國的鉀肥消費均未達到鉀肥消費的峰值階段，人均鉀肥消費量和單位耕地面積的鉀肥消費量仍處于持續增長的階段(圖3和圖4)。

圖2 1961～2016年全球主要發達國家單位耕地面積的鉀肥消費趨勢Fig.2 Per arable land potassic fertilizer consumption of developed countries from 1961 to 2016(注：加拿大和澳大利亞的鉀肥消費值進行了放大2倍處理；資料來源：文獻[21]～[23])

圖3 1961～2016年主要發展中國家人均鉀肥消費趨勢Fig.3 Per capita consumption trends of potassic fertilizer of developing countries from 1961 to 2016(資料來源：文獻[21]～[23])

圖4 1961～2016年主要發展中國家單位耕地面積的鉀肥消費趨勢圖Fig.4 Per arable land potassic fertilizer consumption of developing countries from 1961 to 2016(資料來源：文獻[21]和文獻[22])

2) 人均GDP-人均鉀肥消費量。從人均GDP和人均鉀肥消費量的關系來看，大部分發達國家的曲線大致呈“S”形(圖5)。各發達國家人均鉀肥消費量達到頂點時的人均GDP并不一致，峰值時刻分布相對分散。其中，德國由于自己是主要鉀鹽生產國，因此其在人均GDP約11 000美元的時候就達到了消費頂點；日本由于耕地奇缺，較為依賴化肥對耕地肥力的提升，也在人均GDP約11 000美元的時候就達到了消費頂點。其他發達國家如美國、英國、法國、意大利、加拿大、澳大利亞、西班牙等國在人均GDP 14 000～20 000美元時達到消費頂點，之后呈持續下降趨勢，在一定階段時趨勢變緩并逐漸穩定，“S”形軌跡非常明顯。需要注意的是，圖5中法國和德國曲線并不像美國、英國等呈現典型“S”形，而是略呈倒“U”形[19]，之所以呈現這種形態，一是10 000美元以下時刻兩國的人均鉀肥消費量數據缺乏;二是兩國的人均鉀肥消費量峰值相對較高。造成這一現象的原因可能與兩國人均鉀肥量消費的意外降低有關，如德國所經歷的東西德合并事件等因素，事實上，兩國近十年的消費數據已經基本處于相對平穩的狀態，因此，這種倒“U”形實際上是倒“S”形峰值拉高變形后的結果。

與發達國家不同，發展中國家中國、印度、巴西的鉀肥消費仍處于增長過程中，中國已經接近鉀肥消費的零增長點，巴西則處于鉀肥消費的快速增長階段(圖5)。

圖5 全球代表性國家人均GDP與人均鉀肥消費量關系圖Fig.5 Per capita GDP and per capita consumption trends of potassic fertilizer of typical countries(資料來源：文獻[21]和文獻[22])

人均GDP和人均鉀肥消費量的關系表明，當經濟起飛時，人均鉀肥消費量隨人均GDP快速增長而同步增長，隨著人均收入的增加，人均鉀肥消費量增速趨緩，并在某一GDP值時增速為零，此時人均鉀肥消費量達到頂點，其后開始逐漸降低。由于不同國家和地區經濟發展水平、所處經濟發展階段和土壤肥力、種植結構等影響因素的不同，鉀肥消費增長的起點、增長速率、峰值到來的時間點存在差異。

3) 單位耕地糧食產量-單位耕地鉀肥施用量。從單位耕地鉀肥施用量與單位耕地糧食產量關系來看，主要發達國家美國、英國、法國、澳大利亞、德國、日本、意大利、加拿大、西班牙等國鉀肥消費軌跡存在明顯的頂點，整體軌跡呈倒“U”形(圖6)，這個特點說明農作物對鉀肥的需求不是傳統認識上的“多多益善”，證明了鉀肥應用的一個基本規律，即鉀肥的使用不是糧食增產豐收的唯一影響因素。在早期的農業生產活動中，鉀肥的投入對糧食作物的增產、增收至關重要，但隨著科學技術的進步和種植條件的改善，糧食作物的豐收對鉀肥投入的依賴性逐漸降低。發達國家已經走到了倒“U”形的右邊，而發展中國家如中國、印度、巴西等仍處于“爬升”階段，這也就解釋了各發達國家鉀肥消費的峰值現象。

圖6 全球代表性國家單位耕地糧食產量與單位耕地鉀肥施用量關系圖Fig.6 Grain yield per arable land and per arable land potassic fertilizer consumption of typical counties(注：加拿大和澳大利亞的鉀肥消費值進行了放大2倍處理；資料來源：文獻[21]和文獻[22])

4) 人均GDP-單位耕地鉀肥施用量。從人均GDP與單位耕地鉀肥施用量關系圖來看，主要發達國家單位耕地鉀肥消費量的軌跡也是呈倒“S”形軌跡(圖7)。德國是工業化時期主要的鉀肥供應國，鉀肥在德國農業的發展過程中得到了充分的應用。因此鉀肥消費的峰值時刻較早，在人均GDP略高于11 000美元時，其單位耕地的鉀肥施用量達到了頂點，日本、英國、意大利、法國、美國、加拿大和西班牙等大多數發達國家均在人均GDP 12 000～18 000美元時，單位耕地的鉀肥施用量達到了最大值，之后開始持續下降，澳大利亞在人均GDP約20 000美元時，單位耕地的鉀肥施用量達到頂點。與之形成對比的是，由于中國、印度、巴西等國的經濟發展程度仍遠未達到發達國家水平，人均GDP相對較低，仍處于鉀肥消費增長的快速階段。

圖7 全球代表性國家單位耕地鉀肥消費量與人均GDP關系軌跡圖Fig.7 Per arable land potassic fertilizer consumption and per capita GDP of typical counties(注：加拿大和澳大利亞的鉀肥消費值進行了放大4倍處理；資料來源：文獻[21]～[23])

5) 人均GDP-鉀肥施用總量。與單位耕地鉀肥施用量軌跡圖相比，人均GDP-鉀肥施用總量關系圖具有與之類似的特點，各國的鉀肥消費總量軌跡均具有明顯的頂點，大致呈倒“S”形。具體分析各發達國家鉀肥消費的軌跡，其消費特點各有不同，根據單位耕地的鉀肥施用量、單位耕地的糧食產量、鉀肥消費峰值的達到時刻和國土面積等參數，可以進一步將發達國家分為三類消費類型。

第一類國家是鉀肥消費的“密集型”國家。此類國家國土面積中等，單位面積耕地鉀肥施用量較大，且單位耕地的糧食產量較高，人均GDP相對較低的11 000～16 000美元就達到了鉀肥消費的峰值，代表性國家有英國、德國、法國、意大利、日本和西班牙(圖8)，由于德國和法國鉀肥消費量的“異常高”現象，并不具有普遍性，因此在預測模型中予以舍棄。

第二類國家是鉀肥消費的“稀疏型”國家。此類國家國土面積較大，單位耕地面積鉀肥施用量較小，單位耕地的糧食產量較小，人均GDP 19 000～20 000美元時才達到鉀肥消費的峰值(圖9)，以澳大利亞和加拿大兩國為主要代表。

圖8 鉀肥消費“密集型”國家鉀肥消費總量與人均GDP關系軌跡圖Fig.8 Total potassic consumption and per capita GDP of “intensive” countries(資料來源：文獻[21]和文獻[23])

圖9 鉀肥消費“稀疏型”國家鉀肥消費總量與人均GDP關系軌跡圖Fig.9 Total potassic consumption and per capita GDP of “sparse” countries(資料來源：文獻[21]和文獻[23])

第三類國家是鉀肥消費的“中間型”國家。以美國為主要代表，其特點是國土面積較大，耕地較多，且人口眾多，為農業大國、強國，單位耕地鉀肥消費量較大，鉀肥消費的峰值時刻位于前兩類國家之間，美國的峰值時刻人均GDP為18 000美元。我們認為，中國、印度、巴西也屬于此類國家，根據圖10可知，中國、印度、巴西的鉀肥消費總量仍遠未到達頂點，中國相對巴西、印度更加接近峰值時刻。

需要指出的是，鉀肥施用總量、單位耕地鉀肥施用量和人均鉀肥消費消費量三者的人均GDP分布圖均呈倒“S”形軌跡，甚至峰值時刻也基本相同，但三者仍略有不同。相比人均鉀肥消費量，單位耕地鉀肥施用量軌跡分布趨同性更強，“S”形變化幅度更明顯，原因在于鉀肥直接作用于耕地，單位耕地鉀肥施用量的表達更加客觀，而鉀肥施用總量軌跡的本質與單位耕地鉀肥施用量相同，是鉀肥消費總量曲線變化的直接表達，根據趨勢變化，便于直接用來預測未來的鉀肥需求情況。

圖10 “中間型”國家鉀肥消費總量與人均GDP關系軌跡圖Fig.10 Total potassic consumption and per capita GDP of “medial” countries(資料來源：文獻[21]～[23])

2 需求預測方法、模型及指標體系

根據前述的鉀鹽、鉀肥消費分析，我們認為資源消費預測的“S”形模型同樣適用于鉀鹽、鉀肥的消費預測，其規律適用于廣大的發展中國家的需求預測，在總結鉀肥消費規律的基礎之上，建立了鉀鹽、鉀肥需求預測的指標體系和方法。

1) 需求預測的指標體系。①理論基礎：前述發達國家的實例表明，人均鉀肥消費量、單位耕地的鉀肥消費量和鉀肥的施用總量分別與人均GDP呈倒“S”形軌跡，依據國家消費類型的不同有三類不同情況，分別為密集型(以中等國土面積國家如法國、英國等國為代表)、中間型(以美國為代表)和稀疏型(以澳大利亞為代表)，其峰值時刻分別對應人均GDP 15 000美元、18 000美元和22 000美元；發達國家單位耕地糧食產量與單位耕地的鉀肥消費呈倒“U”形軌跡，即耕地的鉀肥消費存在頂點，從理論上解釋了鉀肥消費峰值時刻形成的原因。②主要指標：人均GDP、人均鉀肥消費量、單位耕地鉀肥施用量，預測體系(圖11)。③人均GDP：包括國內生產總值和人口總數兩項指標，這是決定鉀肥需求的根本因素，人均GDP是衡量經濟發展水平的重要指數，在定量的研究體系中，將人均GDP作為預測模型的自變量用于鉀鹽、鉀肥需求預測中。④人均鉀肥消費量：衡量不同國家和地區鉀肥消費水平的重要指標，其峰值相對分散。⑤鉀肥施用量：包括單位耕地鉀肥施用量和鉀肥施用總量，是衡量不同國家和地區單位耕地鉀肥使用的重要指標，不僅可以體現不同農業發展階段的鉀肥消費規律，更能準確反映鉀肥消費速度的變化軌跡。

圖11 鉀肥、鉀鹽需求預測指標體系Fig.11 Forecast index system of potash and potassic fertilizer demand

2) 預測過程。首先，建立預測國耕地鉀肥或鉀鹽施用量與人均GDP的歷史軌跡；其次，選取參照國類型，并選取參照國和預測國的轉變點參數；再次，根據預測國經濟發展規劃或GDP增長趨勢，確定預測區間人均GDP的增長方案；最后，按照GDP增長趨勢，在預測國所屬增長區內，按照其增長模式進行分段預測。

3 鉀鹽消費需求預測

綜合考察發達國家的鉀肥消費規律，我們認為中國的鉀肥消費屬于“中間型”，可與美國類比，理由有以下幾方面:①我國國土面積廣大，特別是與美國相比，地理緯度相當且同為農業大國，對鉀肥的長遠需求情況類似;②不同于法國、英國、日本等國，這些國家在達到鉀肥的消費頂點后，需求量銳減，而我國是擁有13億人口的消費大國，農業生產的安全事關13億人口的飯碗，因此，即使將來我國的鉀肥消費到達頂點，也不會出現鉀肥需求量銳減的情況，而將逐步遞減，并最終穩定在一定的需求水平上;③我國耕地雖然總體數量較大，但是人均耕地面積較少，這就需要單位耕地面積擁有較高的糧食產量，也決定了鉀肥需求的必然性、高效性和長期性，因此鉀肥消費的特點也不同于“稀疏型”國家。

由于鉀肥幾乎占據了鉀鹽產品的全部，鉀鹽與鉀肥的消費軌跡十分相近，根據以上分析，得出中國鉀鹽的消費曲線，并對其未來的發展軌跡做出了趨勢線推測(圖12)。由圖12可知，在人均GDP為5 000美元之前，我國鉀鹽消費處于快速上升區間，人均GDP達到5 000～18 000美元時鉀鹽消費處于減速度下降區間，人均GDP約18 000美元時，我國鉀鹽消費將達到頂點，根據趨勢線推測峰值為1 400萬t K2O，此后，我國的鉀鹽消費將呈逐漸下降的態勢，推測至人均GDP約25 000美元時，我國鉀鹽的年消費量約為1 200萬t K2O。

對于未來的人均GDP數值，按照中國經濟發展增速分高、中、低三種情景預測，中國2019～2030年GDP年均增長率設定見表1。

圖12 中國人均GDP與鉀鹽消費預測關系圖Fig.12 Per capita GDP and potash consumption prediction in China

表1 2019～2030年人均GDP增速設定Table 1 Per capita GDP set from 2019 to 2030

增速組別2019年2020～2024年2026～2030年高速度/%7.06.05.0中速度/%6.55.04.0低速度/%6.04.03.0

以2015年GDP(采用美國咨商局的GK數據標準)和最新獲得的2016～2018數據為基準，再根據2019～2030年的人口預測，則可以計算得到三種不同增速情況下相應的人均GDP數據，然后根據此數據在圖12讀取相應的鉀鹽消費數據。據此預測，在高速度增長的情況下，我國最快在2025年迎來鉀鹽消費的峰值，中速度增長情況下，這一時間是2026年，低速度增長情況下，最遲將于2028年迎來鉀鹽消費的峰值。

4 結論和建議

1) 鉀肥消費的“S”形規律是客觀存在的。鉀鹽的消費規律研究表明，鉀鹽、鉀肥的消費具有與大宗礦產資源相類似的消費規律。在經濟的快速發展階段，與人類對其他礦產資源的需求規律類似，人類社會對營養物質的消費量也是逐步提升的，而這些營養物質主要是通過農業生產獲得的，當經濟發展到一定水平以后，營養物質的來源更加多樣化，生產效率進一步提高，人類社會對鉀鹽、鉀肥的消費將出現下降趨勢，這種規律表現出來的形態就是明顯的“S”形。

2) 我國的鉀鹽消費也將遵循“S”形規律，即隨著國民經濟發展和人均GDP的不斷提高，鉀鹽消費量將呈持續增長態勢，目前仍處于增長階段，在人均GDP達到18 000美元時，我國的鉀鹽消費將達到峰值階段，這一時間大約在2025～2028年間，峰值約為1 400萬t K2O，峰值年份取決于人均GDP的變化情況，度過峰值階段之后，鉀鹽消費量將逐步下降，并最終穩定在一定的合理水平，形成“S”形的消費軌跡。

3) 與美國類似，未來相當長的一段時間內，我國都將是全球最主要的鉀鹽消費國，即使度過消費峰值階段，也將長期保持相對較高的消費量，對鉀鹽資源的供應形成較大壓力。

4) 面對鉀鹽資源匱乏的嚴峻現實，實現鉀鹽供應多元化是保障我國農業生產安全的必然趨勢。首先，應立足國內，努力在境內實現鉀鹽找礦的較大突破，特別是海相鉀鹽找礦的突破；其次，我國在境外已經有若干企業在從事鉀鹽開采，應繼續鼓勵中資企業在國外開拓鉀鹽市場，不斷提升我國在國際鉀鹽、鉀肥市場的話語權；最后，實現鉀鹽進口國的多元化，避免受制于人。