居民虛擬水消費(fèi)測算模型及實(shí)證研究

趙慧 尹慶民 田貴良

摘要：水資源是影響人類生存及生產(chǎn)活動的重要因素，不同消費(fèi)模式對水資源配置影響不同，運(yùn)用農(nóng)、畜產(chǎn)品虛擬水含量計(jì)算模型和虛擬水消費(fèi)特征指數(shù)，在分析江蘇省2000—2011年居民虛擬水消費(fèi)量的基礎(chǔ)上，通過設(shè)定3種消費(fèi)模式調(diào)整方案，測算并比較不同模式下虛擬水消費(fèi)量節(jié)約情況和消費(fèi)特征變化情況。結(jié)果表明：城鎮(zhèn)居民虛擬水消費(fèi)量保持穩(wěn)定，農(nóng)村居民虛擬水消費(fèi)量呈下降趨勢，且城鄉(xiāng)居民的消費(fèi)結(jié)構(gòu)日趨合理，虛擬水消費(fèi)多樣性指數(shù)及均衡性指數(shù)越來越高；糧食產(chǎn)品的消費(fèi)減少是造成虛擬水消費(fèi)量下降的主要原因；以虛擬水含量低的產(chǎn)品代替虛擬水含量高的產(chǎn)品，改變當(dāng)前虛擬水消費(fèi)模式，可以有效節(jié)約虛擬水消費(fèi)量。

關(guān)鍵詞：虛擬水；消費(fèi)模式；消費(fèi)結(jié)構(gòu)；消費(fèi)特征

中圖分類號：TV213.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1002-1302（2014）02-0320-04

收稿日期：2013-07-11

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（編號：41001377、51279058）；江蘇沿海資源經(jīng)濟(jì)研究中心研究項(xiàng)目。

作者簡介：趙慧（1990—），女，河北唐山人，碩士研究生，主要從事基礎(chǔ)設(shè)施投融資研究。E-mail：wennie@foxmail.com。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的激增，水資源短缺現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，已成為制約我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸[1]。人口增長、技術(shù)變化、消費(fèi)增加是水資源危機(jī)產(chǎn)生的主要原因[2]。20世紀(jì)90年代英國學(xué)者提出了“虛擬水”這一概念，將水資源與糧食問題緊密聯(lián)系起來，為解決水資源合理配置與糧食安全等問題提供了新途徑。此后，各國學(xué)者從多角度展開了對虛擬水的研究。 “虛擬水戰(zhàn)略”是指缺水國家或地區(qū)通過貿(mào)易的方式從富水國家或地區(qū)購買水密集型農(nóng)產(chǎn)品，尤其是糧食，保證水、糧食安全。不同地區(qū)的虛擬水戰(zhàn)略千差萬別，虛擬水戰(zhàn)略的選擇與該區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度密切相關(guān)，具有明顯的地域性。Dennis從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度闡述了虛擬水的應(yīng)用優(yōu)勢[3]。虛擬水實(shí)證研究范圍不斷擴(kuò)大，涉及到埃及、黎巴嫩、日本等國，虛擬水貿(mào)易研究引起了學(xué)者們的高度重視。虛擬水戰(zhàn)略對我國資源安全具有重要意義。馬靜等與Hoekstra合作，以我國南北方及各區(qū)域的虛擬水貿(mào)易量為切入點(diǎn)，計(jì)算了我國各區(qū)域的虛擬水流量，率先將虛擬水理論應(yīng)用于我國實(shí)際貿(mào)易中[4]。許長新等從節(jié)水效應(yīng)、經(jīng)濟(jì)價(jià)值角度闡述了虛擬水戰(zhàn)略的經(jīng)濟(jì)學(xué)內(nèi)涵，并對虛擬水貿(mào)易在我國經(jīng)濟(jì)增長中的貢獻(xiàn)份額進(jìn)行了實(shí)證分析[5]。謝衛(wèi)奇等提出一套完整的水資源評價(jià)指標(biāo)體系，為虛擬水貿(mào)易戰(zhàn)略的科學(xué)運(yùn)用提供了決策支持[6]。目前關(guān)于虛擬水與消費(fèi)模式關(guān)系研究較為少見[7-9]。本研究對居民消費(fèi)模式與虛擬水消費(fèi)特征關(guān)系進(jìn)行了分析，介紹了虛擬水計(jì)算方法并建立了虛擬水消費(fèi)特征評價(jià)模型，并以江蘇省2000—2011年主要居民消費(fèi)品的虛擬水量為例，研究了居民消費(fèi)模式變化對虛擬水消費(fèi)結(jié)構(gòu)及消費(fèi)特征的影響，旨在為解決我國水資源短缺問題提供依據(jù)。

1虛擬水計(jì)算方法及消費(fèi)特征評價(jià)模型

1.1虛擬水計(jì)算方法

1.1.1農(nóng)產(chǎn)品虛擬水含量計(jì)算方法綜合現(xiàn)有研究，利用公式（1）計(jì)算農(nóng)產(chǎn)品虛擬水量化。

Dnc=Wnc/Ync（1）

式中：Dnc表示n區(qū)域內(nèi)c作物的虛擬水含量（m3/t），Wnc為該區(qū)域c作物的需水量（m3/hm2），Ync為該區(qū)域c作物的產(chǎn)量（t/hm2）。

根據(jù)農(nóng)作物累積蒸發(fā)蒸騰水量ETc來計(jì)算需水量Wnc，ETc計(jì)算方法見公式（2）。

ETc=Kc×ETo（2）

式中：Kc表示農(nóng)作物系數(shù)，是計(jì)算農(nóng)作物需水量的重要參數(shù)。ETo表示作物蒸發(fā)蒸騰量參考值，是在忽略作物類型、作物發(fā)育、管理措施等因素的基礎(chǔ)上，計(jì)算的作物需水量，計(jì)算方法見公式（3）。

ET0=0.408×Δ×（Rn-G）+γ×900T+273×U2×（ea-ed）Δ+γ×（1+0.34×U2）（3）

式中：Δ為飽和水汽壓與溫度相關(guān)曲線的斜率，kPa/ ℃；Rn為作物表面凈輻射，MJ/（m2·d）；G為土壤熱通量，MJ/（m2·d）；T為溫度平均值， ℃；U2為2 m高處的風(fēng)速，m/s；ea為飽和水汽壓，kPa；ed為實(shí)測水汽壓，kPa；γ為溫度計(jì)常數(shù)。

1.1.2畜產(chǎn)品虛擬水含量計(jì)算方法國內(nèi)外學(xué)者多用生產(chǎn)樹方法計(jì)算畜產(chǎn)品的虛擬水含量。因?yàn)榇朔椒ㄓ?jì)算結(jié)果很大程度上依賴于動物類型、飼養(yǎng)結(jié)構(gòu)、自然環(huán)境條件，因此量化過程較農(nóng)產(chǎn)品更為復(fù)雜。畜產(chǎn)品虛擬水含量計(jì)算流程見圖1[10-11]。

1.2虛擬水消費(fèi)特征評價(jià)方法

1.2.1虛擬水消費(fèi)多樣性指數(shù)虛擬水消費(fèi)多樣性指數(shù)反映虛擬水消費(fèi)水平的高低，用不同消費(fèi)類別虛擬水的比例作為測算消費(fèi)結(jié)構(gòu)與水資源利用效率之間關(guān)系的指標(biāo)[12-13]，測

算值越大，表明虛擬水消費(fèi)多樣性越高。采用公式（4）計(jì)算虛擬水消費(fèi)多樣性指數(shù)。

式中：H表示虛擬水消費(fèi)多樣性指數(shù)，pi表示各消費(fèi)類別虛擬水比例，i指糧食、蔬菜、水果、豬肉、牛羊肉、家禽、蛋類、奶類、糖類、酒、飲料、水產(chǎn)品等消費(fèi)類別。

1.2.2虛擬水消費(fèi)均勻性指數(shù)虛擬水消費(fèi)均勻性指數(shù)反映虛擬水消費(fèi)的均勻程度，從公式（4）可以看出，消費(fèi)品類別以及消費(fèi)品分配的均勻性共同影響虛擬水消費(fèi)多樣性指數(shù)，各類消費(fèi)品分配的越均勻，多樣性指數(shù)越高。虛擬水消費(fèi)均勻性指數(shù)計(jì)算方法見公式（5）[14]。最大虛擬水消費(fèi)多樣性指數(shù)計(jì)算方法見公式（6）。

式中：E表示虛擬水消費(fèi)均勻性指數(shù)；H表示虛擬水消費(fèi)多樣性指數(shù)；Hmax表示最大虛擬水消費(fèi)多樣性指數(shù)。

式中S表示消費(fèi)品類別數(shù)。

2居民虛擬水消費(fèi)測算實(shí)證分析

江蘇省位于我國東南沿海地區(qū)，水域面積占全省總面積的17%。雖然江蘇省水資源豐富，但是人均水資源占有量嚴(yán)重不足。以2012年為例，江蘇省水資源總量約347億m3，人均水資源占有量不足500 m3，全省降水量時(shí)空分布不均，水資源南豐北枯，同時(shí)水資源污染日益嚴(yán)重，資源性缺水與水質(zhì)性缺水并存，缺水已經(jīng)成為制約江蘇省經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要因素。

2.1江蘇省城鎮(zhèn)居民虛擬水消費(fèi)結(jié)構(gòu)變化

由表1可知，2000—2011年江蘇省城鎮(zhèn)居民人均虛擬水消費(fèi)量呈先上升后下降趨勢，表明城鎮(zhèn)居民在不斷調(diào)整消費(fèi)結(jié)構(gòu)。糧食、肉禽類、蛋奶類虛擬水消費(fèi)量所占比重較大，均為20%～25%。江蘇省人均糧食消費(fèi)量大，肉禽類及蛋奶類產(chǎn)品單位虛擬水含量較高。由于蔬菜類產(chǎn)品單位虛擬水含量很低，因此雖然江蘇省人均蔬菜類產(chǎn)品消費(fèi)量大，但蔬菜類產(chǎn)品人均虛擬水含量最低。2000—2011年江蘇省城鎮(zhèn)居民糧食類產(chǎn)品消費(fèi)比重呈下降趨勢，高營養(yǎng)的肉禽類及蛋奶類產(chǎn)品消費(fèi)比重呈上升趨勢，油脂類、蔬菜類、水果類、副食品產(chǎn)品消費(fèi)比重則一直保持平穩(wěn)狀態(tài)，這主要是因?yàn)殡S著人們收入水平的提高，消費(fèi)觀念開始轉(zhuǎn)變，朝著更加合理健康的方向發(fā)展。

2.2江蘇省農(nóng)村居民虛擬水消費(fèi)結(jié)構(gòu)變化

由表2可知，2000—2011年江蘇省農(nóng)村居民人均虛擬水消費(fèi)量總體呈下降趨勢，且變化幅度較大，其中，糧食類產(chǎn)品虛擬水消費(fèi)量比重最大，始終保持在50%以上。糧食類產(chǎn)品消費(fèi)量的下降是導(dǎo)致江蘇省農(nóng)村居民虛擬水消費(fèi)量下降的主要原因。2000—2011年江蘇省農(nóng)村居民肉禽類、副食品、蛋奶類消費(fèi)量逐漸增加，由此可知，江蘇省農(nóng)村居民消費(fèi)結(jié)構(gòu)較為單一且消費(fèi)水平不高。2010年之前江蘇省農(nóng)村居民虛擬水消費(fèi)量遠(yuǎn)高于城鎮(zhèn)居民，這主要是因?yàn)檗r(nóng)村居民與城鎮(zhèn)居民糧食產(chǎn)品消費(fèi)量存在巨大差異。除了油脂類及蔬菜類，城鎮(zhèn)居民的其他類別產(chǎn)品消費(fèi)量都高于農(nóng)村居民，一方面反映城鎮(zhèn)居民的消費(fèi)結(jié)構(gòu)更加合理，另一方面也反映出城鎮(zhèn)居民與農(nóng)村居民的收入水平差別較大。由于城鎮(zhèn)居民收入高，因而對肉禽類、蛋奶類、副食品的消費(fèi)量也較高，農(nóng)村居民收入低，則傾向于糧食產(chǎn)品。整體來看，江蘇省居民消費(fèi)水平逐步提高，消費(fèi)結(jié)構(gòu)逐漸完善。表22000—2011年江蘇省農(nóng)村居民人均虛擬水消費(fèi)量m3/年

3不同消費(fèi)模式下的消費(fèi)結(jié)構(gòu)與特征

江蘇省作為嚴(yán)重缺水的省份，通過實(shí)施虛擬水戰(zhàn)略，降低全省虛擬水消費(fèi)總量，具有重要的戰(zhàn)略意義。減少虛擬水人均消費(fèi)量必然能減少虛擬水消費(fèi)總量，降低虛擬水人均消費(fèi)量最有效的辦法是調(diào)整現(xiàn)有消費(fèi)模式。

3.1城鄉(xiāng)消費(fèi)模式調(diào)整方案

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，通過控制消費(fèi)總量來改變現(xiàn)有的消費(fèi)模式并不現(xiàn)實(shí)。因此，可以通過調(diào)整消費(fèi)結(jié)構(gòu)來改變當(dāng)前的消費(fèi)模式。由虛擬水理論可知，產(chǎn)品鏈上位置越高的產(chǎn)品，虛擬水含量越高。如水稻、玉米、大豆、谷子等主要農(nóng)作物虛擬水含量分別為0.64、0.18、0.53、0.62 m3/kg，豬肉、牛羊肉、蛋類的虛擬水含量分別為3.65、19.3、8.65 m3/kg。由此可知，可以通過調(diào)整消費(fèi)結(jié)構(gòu)，減少肉類等虛擬水含量高的產(chǎn)品消費(fèi)量，達(dá)到調(diào)整消費(fèi)模式的目的。按照卡路里攝入量相等的原則調(diào)整蔬菜類、肉類的消費(fèi)比例，表3設(shè)定了幾種消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整方案[15]。

3.2不同消費(fèi)結(jié)構(gòu)下虛擬水消費(fèi)量

由表4可知，與模式0相比，3種方案都不同程度地減少了城鄉(xiāng)居民人均虛擬水消費(fèi)量。城鎮(zhèn)居民人均虛擬水消費(fèi)量在模式1、模式2、模式3中最大節(jié)約量分別為79.81、48.08、108.76 m3/年。農(nóng)村居民人均虛擬水消費(fèi)量在模式1、模式2、模式3中最大節(jié)約量分別為36.16、1663、57.57 m3/年。由此可見，無論是城鎮(zhèn)還是鄉(xiāng)村，都是模式3的節(jié)水效果最為顯著。

3.3不同城鄉(xiāng)消費(fèi)結(jié)構(gòu)下虛擬水消費(fèi)特征

改變消費(fèi)結(jié)構(gòu)不僅會影響人均虛擬水消費(fèi)量，同時(shí)也會改變虛擬水消費(fèi)特征，從而改變?nèi)藗兊纳罘绞?。本研究選取最具代表性的2個(gè)虛擬水消費(fèi)特征指標(biāo)：虛擬水消費(fèi)多樣性指數(shù)及虛擬水消費(fèi)均勻性指數(shù)，測算調(diào)整城鄉(xiāng)消費(fèi)結(jié)構(gòu)后，虛擬水消費(fèi)量變化情況。由圖2、圖3可以看出，4種模式下虛擬水消費(fèi)多樣性指數(shù)都呈現(xiàn)逐年上升態(tài)勢，針對每一特定年份，與實(shí)際消費(fèi)情況相比，無論是城鎮(zhèn)還是農(nóng)村，模式3的虛擬水消費(fèi)多樣性指數(shù)均最低，模式2的虛擬水消費(fèi)多樣性指數(shù)均最高。針對每一特定年份，無論是城鎮(zhèn)還是農(nóng)村，模式2的虛擬水消費(fèi)均衡性指數(shù)均最高，城鎮(zhèn)居民虛擬水消費(fèi)均衡性指數(shù)較為穩(wěn)定，農(nóng)村居民虛擬水消費(fèi)均衡性指數(shù)呈上升趨勢。

4結(jié)論

本研究表明，2000—2011年，江蘇省城鎮(zhèn)居民人均虛擬水消費(fèi)量保持穩(wěn)定，農(nóng)村居民人均虛擬水消費(fèi)量呈下降趨勢，2011年之前，農(nóng)村居民人均虛擬水消費(fèi)量高于城鎮(zhèn)居民，這主要是由于不同消費(fèi)人群對糧食產(chǎn)品需求量不同。虛擬水消費(fèi)量的決定因素是實(shí)物消費(fèi)量，其中最重要的因素是糧食、肉禽類。可以減少糧食消費(fèi)量，并以虛擬水含量較低的產(chǎn)品（如蔬菜）替代虛擬水含量高的產(chǎn)品（如肉類），從而改善居民消費(fèi)結(jié)構(gòu)，降低虛擬水消費(fèi)量，將節(jié)約的水資源應(yīng)用于工業(yè)。江蘇省城鎮(zhèn)及農(nóng)村居民的虛擬水消費(fèi)多樣性指數(shù)及均衡性指表4城鄉(xiāng)不同消費(fèi)結(jié)構(gòu)下可節(jié)約的虛擬水消費(fèi)量m3/年

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