基于水足跡的生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制研究

何治韋

(中共四川省委黨校，成都 610000)

1 概 述

水是人類生活、生產(chǎn)、生態(tài)必不可少的一種資源，隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對水資源的需求量在不斷增加。近年來，淡水資源供需矛盾日益突出。為緩解這種緊張局面，英國學(xué)者John Anthony Allan曾在1993年創(chuàng)造性的提出一個新概念——虛擬水，即生產(chǎn)產(chǎn)品和服務(wù)中所需要的水資源數(shù)量，它以虛擬形式存在于產(chǎn)品和服務(wù)中的非實(shí)體狀態(tài)的水資源。2002年，荷蘭學(xué)者Arjen Y.Hoekstra將虛擬水進(jìn)一步延伸，提出水足跡概念，將一個國家、一個地區(qū)或一個人，在一定時(shí)間內(nèi)消費(fèi)的所有產(chǎn)品和服務(wù)所需要的水資源數(shù)量聯(lián)系在一起。這一概念一經(jīng)提出便受到學(xué)界的廣泛關(guān)注。

水足跡自提出以來，對它的研究一共經(jīng)歷了3個階段。第一個階段是2008-2010年，這一時(shí)期受金融危機(jī)的影響，大家的關(guān)注熱點(diǎn)都在如何恢復(fù)國內(nèi)經(jīng)濟(jì)方面，此時(shí)在水足跡方面考慮得最多的是糧食等農(nóng)產(chǎn)品的貿(mào)易。Zeitoun[1]通過對尼羅河流域各地區(qū)的農(nóng)產(chǎn)品虛擬水進(jìn)行核算，認(rèn)為農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易對填補(bǔ)埃及和蘇丹淡水短缺發(fā)揮了關(guān)鍵作用；Hoff[2]從農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易的角度入手，認(rèn)為通過虛擬水貿(mào)易有助于縮小一些國家的水差距。第二個階段是2010-2013年，此時(shí)國際經(jīng)濟(jì)形勢開始好轉(zhuǎn)，大家的研究熱點(diǎn)開始轉(zhuǎn)向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。高天鳳[3]利用虛擬水等相關(guān)理論，對山東省種植業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整提出建議；范文波[4]等從水足跡構(gòu)成入手分析了種植業(yè)的用水特點(diǎn)，根據(jù)這些特點(diǎn)對石河子墾區(qū)種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整提出建議。張金萍[5]等則從農(nóng)業(yè)用水量和農(nóng)業(yè)用水效率入手，對寧夏平原的農(nóng)業(yè)用水效率進(jìn)行評價(jià)，認(rèn)為目前寧夏平原農(nóng)業(yè)用水效率還有待提高。自2013年以后，大家的關(guān)注熱點(diǎn)開始轉(zhuǎn)向綠色、生態(tài)、可持續(xù)發(fā)展等領(lǐng)域。在生態(tài)補(bǔ)償方面，從已有文獻(xiàn)來看，大家的研究對象大都是以流域或者城市群為研究對象。李寧[6]運(yùn)用水足跡法對長江中游城市群流域生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了核算，提出長江中游城市群歷年都可以認(rèn)為是節(jié)約使用了流域水資源或被其他區(qū)域擠占使用了流域水資源,在流域生態(tài)補(bǔ)償中應(yīng)當(dāng)被界定為補(bǔ)償客體,應(yīng)該獲得補(bǔ)償。胡小飛[7]等則通過構(gòu)建水足跡和生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)模型，計(jì)算了江西省11個地區(qū)的生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)。生態(tài)壞境作為公共物品，其產(chǎn)生的效益具有外部性，因此在構(gòu)建生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制時(shí)，應(yīng)將全國考慮為一個整體。

本文基于這一考慮，將全國31個省區(qū)作為一個整體，通過計(jì)算各省區(qū)的水足跡以及水盈余，構(gòu)建生態(tài)補(bǔ)償相關(guān)模型，計(jì)算出全國各地區(qū)應(yīng)支付或獲取的生態(tài)補(bǔ)償額度，并得出了各地區(qū)獲得生態(tài)補(bǔ)償款的先后次序，為全國構(gòu)建全方位的生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制提供參考。

2 模型方法及數(shù)據(jù)來源

2.1 農(nóng)作物虛擬水的測算方法

從農(nóng)作物生產(chǎn)的角度來看，其水足跡可以看作是其產(chǎn)品所含的虛擬水量。而其虛擬水的含量與農(nóng)作物的類型、其生長區(qū)域的自然地理?xiàng)l件、氣候環(huán)境以及其管理方式有較大的關(guān)系。同時(shí)，在計(jì)算不同地區(qū)不同農(nóng)作物的虛擬水含量時(shí)，還應(yīng)綜合考慮該農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的具體需水量和產(chǎn)量數(shù)據(jù)。一種具體農(nóng)產(chǎn)品的虛擬水含量可用以下公式表示：

(1)

式中：SWDc為國家或地區(qū)n中單位質(zhì)量農(nóng)產(chǎn)品c所含的虛擬水量，m3/t；CWR為生產(chǎn)該農(nóng)產(chǎn)品的作物單位面積需水量，m3/hm2；CY為單位面積該作物的產(chǎn)量，t/hm2。

在衡量作物的需水量CWR時(shí)，一般采用作物的蒸騰量ETc來替代，它表示農(nóng)產(chǎn)品c的整個生產(chǎn)過程中，其作物的累計(jì)蒸發(fā)蒸騰量，它等于參考作物的蒸發(fā)蒸騰量ET0與農(nóng)作物c的作物系數(shù)Kc的乘積，其計(jì)算公式為：

ETc=ET0×Kc

(2)

在計(jì)算ET0的過程中，可以參考聯(lián)合國糧食與農(nóng)業(yè)組織(FAO)推薦并修正的標(biāo)準(zhǔn)彭曼(Penman-Monteith)公式進(jìn)行計(jì)算：

(3)

式中：ET0為參考作物的蒸發(fā)蒸騰損失量，mm/d；Rn為作物表面的凈輻射，MJ/m2·d；G為土壤熱通量，MJ/m2·d；T為平均溫度，℃；U2為地面以上2 m高處的風(fēng)速，m/s；ea為飽和水氣壓，kPa；ed為實(shí)測水氣壓，kPa；ea-ed為飽和水氣壓云實(shí)際水氣壓的差額，kPa；△為飽和水氣壓與溫度相關(guān)曲線的斜率，kPa/℃；γ為干濕常量，kPa/℃。

2.2 動物產(chǎn)品虛擬水的測算

動物產(chǎn)品的用水量分為4個部分：

VWC(a)=(VWCf,a)+(VWCd,a)+

(VWCs,a)+(VWVp,a)

(4)

式中：VWC(a)，(VWCf,a)，(VWCd,a)，(VWCs,a)，(VWVp,a)分別為生產(chǎn)單位質(zhì)量a動物產(chǎn)品的用水量、成長和加工飼料用水量、飲用水量、清洗圈舍等用水量以及加工用水量。

2.3 生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)模型

該模型由耿涌[8]等構(gòu)建，后經(jīng)過胡小飛等改進(jìn)，具體計(jì)算公式如下：

EEi=(WFi-WCi)×K

(5)

式中：EEi為地區(qū)i獲得或支付生態(tài)補(bǔ)償款額度，萬元；WFi為地區(qū)i水足跡量，m3·a-1；WCi為地區(qū)i水水資源量，m3·a-1；K為單位水資源價(jià)值，元·m-3。

2.4 生態(tài)補(bǔ)償優(yōu)先級

生態(tài)補(bǔ)償優(yōu)先級最早由王女杰[9]提出，主要考慮單位面積生態(tài)服務(wù)價(jià)值與GDP；后經(jīng)過胡小飛等的改進(jìn)，提出內(nèi)外部生態(tài)補(bǔ)償優(yōu)先級，模型如下：

Pi=Vi/gi

(6)

式中：Pi為i地區(qū)的生態(tài)補(bǔ)償優(yōu)先等級；Vi為i地區(qū)水盈余的非市場價(jià)值，億元；gi為i地區(qū)的生產(chǎn)總值，億元。

2.5 數(shù)據(jù)來源

本文關(guān)于農(nóng)產(chǎn)品虛擬水計(jì)算的多個相關(guān)參數(shù)來源于FAO數(shù)據(jù)庫，最終數(shù)據(jù)利用FAO提供的CROPWAT軟件計(jì)算獲得；部分作物由于一手?jǐn)?shù)據(jù)的不可獲得性，本文參考了其他公開發(fā)表論文的數(shù)據(jù)，最終得到各種農(nóng)產(chǎn)品單位質(zhì)量虛擬水含量表(表1)。農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量、播種面積、水資源總量、工業(yè)用水量、生活用水量、生態(tài)環(huán)境用水量來源于國家統(tǒng)計(jì)局官網(wǎng)以及各地區(qū)的水資源公報(bào)。

表1 主要農(nóng)畜產(chǎn)品單位質(zhì)量虛擬水含量Tab.1 Virtual water content per unit quality of main agriculture-animal products /m3·(kg)-1

3 分 析

3.1 全國水足跡的變動趨勢

全國農(nóng)業(yè)水足跡從2004年開始整體呈現(xiàn)出上升的趨勢，但是在2005年呈現(xiàn)出異常波動，其農(nóng)業(yè)水足跡較上一年增長了10.95個百分點(diǎn)。究其原因在于2004年中央一號文件發(fā)布，實(shí)施“兩減免、三補(bǔ)貼”，將原本在生產(chǎn)、流通領(lǐng)域較為隱蔽性的補(bǔ)貼改革為對種糧農(nóng)民的直接補(bǔ)貼，這極大促進(jìn)了農(nóng)民生產(chǎn)的積極性，使得2005年小麥產(chǎn)量較上一年增加了將近6個百分點(diǎn)，玉米產(chǎn)量也增長了將近7個百分點(diǎn)，整體高于研究年限的平均水平。受此影響，全國的總水足跡在2005年出現(xiàn)異常波動。此后，全國的總水足跡以將近2%的速度穩(wěn)定增長，與農(nóng)業(yè)水足跡的增速基本持平。截至2016年，全國的總水足跡達(dá)1 888.38 Gm3(1 Gm3=10×108m3)，農(nóng)業(yè)水足跡達(dá)到1 661.18 Gm3，占總水足跡的比重高達(dá)87.97%。說明在所有水足跡中，農(nóng)業(yè)的水消費(fèi)量最大。

全國工業(yè)水足跡呈現(xiàn)出倒U型曲線。從2004年開始，工業(yè)水足跡每年以4.39個百分點(diǎn)的平均水平增長，到2011年達(dá)到146.18 Gm3最高水平之后，就開始下降，截至2016年，工業(yè)水足跡為130.78 Gm3。見圖1、表2。出現(xiàn)這種倒U型結(jié)構(gòu)可能是因?yàn)樵?011年三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)為4.2∶52.0∶43.8，工業(yè)增加值首次大于50%，我國進(jìn)入工業(yè)化中后期階段，在這之后工業(yè)體系開始轉(zhuǎn)型向高端制造業(yè)發(fā)展，對自然資源的消耗相對減少。

圖1 全國工業(yè)水足跡Fig.1 Industrial water footprint of China

全國生活水足跡與生態(tài)水足跡自2004年以來一直呈現(xiàn)出穩(wěn)步增加的趨勢(表2)，原因可能來自兩方面。一方面，自2004年以來，我國的總?cè)丝诹吭诓粩嘣黾?；另一方面，我國人民的生活水平在不斷提升，人民對生活品質(zhì)有了更高的要求，具體表現(xiàn)在人們對水足跡較高的農(nóng)產(chǎn)品需求量不斷擴(kuò)大，豬肉、牛肉、禽蛋的產(chǎn)量在不斷擴(kuò)大。

全國的水足跡盈余呈現(xiàn)出較大的波動，2010年為最高峰，水足跡盈余達(dá)1 370.54 Gm3；而2011年的水足跡盈余達(dá)到最低點(diǎn)，僅有564.93 Gm3，為2010年的41.30%。全國的水足跡盈余出現(xiàn)這樣劇烈的波動可能與該年份的降水量有較大的關(guān)系。

表2 全國水足跡及水盈余變動Tab.2 The Water footprint and Water surplus changes of China /Gm3

3.2 各省區(qū)水足跡的變動趨勢

3.2.1 總水足跡變動趨勢

根據(jù)各省區(qū)的水足跡年平均增長率(表3)，可以將全國的省區(qū)分為3類。第一類水足跡增長率為負(fù)數(shù)。這說明水足跡呈現(xiàn)不斷下降的趨勢，這些地區(qū)分別是北京(-1.16)、上海(-1.34)、天津(-0.29)以及浙江(-0.82)。出現(xiàn)這一現(xiàn)象在于這些地區(qū)工業(yè)化程度較高，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)高級化，產(chǎn)業(yè)布局基本上都是用水需求量較小的的第二產(chǎn)業(yè)以及第三產(chǎn)業(yè)，同時(shí)用水需求量較大的第一產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)縮減態(tài)勢。第二類是水足跡增長率大于全國平均水平的省區(qū)。這些地區(qū)的水足跡年平均增長率分別為內(nèi)蒙古(4.99)、云南(3.43)、甘肅(3.42)、江西(2.82)、寧夏(2.81)、遼寧(2.74)、新疆(2.69)、山西(2.69)、廣西、(2.66)、陜西(2.57)、黑龍江(2.51)、湖北(2.48)。從這些省份的水足跡構(gòu)成來看，農(nóng)業(yè)水足跡的年均增長率基本高于其總水足跡年平均增長率，農(nóng)業(yè)水足跡拉高了總水足跡，農(nóng)業(yè)作物的產(chǎn)量在不斷增加。第三類是水足跡增長率小于全國平均水平的省區(qū)。從社會發(fā)展基礎(chǔ)來看，這些地區(qū)處于兩個極端：一部分是以青海(2.25)、西藏(1.95)為代表的處于我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對落后的地區(qū)，一部分則以廣東(0.73)、江蘇(1.03)位代表，處于我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展較富裕的區(qū)域。出現(xiàn)這兩種極端可能是因?yàn)榻?jīng)濟(jì)社會落后的地區(qū)在不能完成工業(yè)化初期資本的原始積累，只能從事基本的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，而從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基本要素(土地)資源供給基本不變，不能進(jìn)行農(nóng)業(yè)擴(kuò)大再生產(chǎn)，因此水足跡增長率相對偏低。而經(jīng)濟(jì)社會相對富裕的地區(qū)由于經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)較好，工業(yè)化程度較高，產(chǎn)業(yè)機(jī)構(gòu)不斷高級化，對水資源的需求量相對減少；同時(shí)，由于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，工藝水平的提升，生產(chǎn)產(chǎn)品的需水量也開始下降，最終導(dǎo)致整體水足跡降低。

表3 各省區(qū)水足跡年平均增長率Tab.3 Annual average growth rate of water footprint of each province /%

3.2.2 水盈余變動趨勢

全國水盈余情況見圖2。

圖2 全國水盈余情況Fig.2 National water surplus

從各省的總水盈余情況來看，水生態(tài)赤字地區(qū)主要集中在我國中部、北部以及東北地區(qū)。除港澳臺地區(qū)，全國31個省區(qū)中，西藏的水盈余最高，年均水盈余量高達(dá)430.37 Gm3，是年均水盈余量排名第二的四川以及排名第三的云南的總量的1.5倍。山東和河南水生態(tài)赤字尤為嚴(yán)重，年均水生態(tài)赤字都在100 Gm3以上。從整體來看，全國有14個省區(qū)常年處于水生態(tài)赤字狀態(tài)，這些地區(qū)大部分都屬于農(nóng)業(yè)大省，是我國糧食、蔬菜、肉類等農(nóng)產(chǎn)品的主產(chǎn)區(qū)；也有14個地區(qū)常年存在水生態(tài)盈余，這些省區(qū)的存在大部分生態(tài)保護(hù)區(qū)，對本省的水生態(tài)盈余具有較大的貢獻(xiàn)。安徽、陜西、湖北3省相對比較特殊，這3個地區(qū)一直在水生態(tài)赤字與水生態(tài)盈余之間波動。安徽在波動之余，存在少量水生態(tài)赤字，湖北與陜西在波動之余還存在一定數(shù)量的水生態(tài)盈余。

3.3 全國各省區(qū)生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)

水資源作為一種公共物品，其產(chǎn)生的效益具有外部性，因此對于水資源的開發(fā)與保護(hù)的成本應(yīng)由相關(guān)區(qū)域共同承擔(dān)，因此可以通過生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)模型對水生態(tài)赤字的地區(qū)收取一定費(fèi)用，對存在水盈余的地區(qū)進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)償。為排除面積均降水量對模型的影響，本文采用2004-2016年的平均水盈余量為核算標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，各省區(qū)的的水資源存量差距較大，因此各省區(qū)單位水資源的價(jià)格也不相同。為降低水生態(tài)赤字地區(qū)的成本，本文擬用水資源富裕地區(qū)的水價(jià)為標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)國家發(fā)改委2013年出臺的文件，西藏地表水資源以0.1元/m3，地下水資源以0.2元/m3的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行收費(fèi)。本文在不考慮地下水與地表水之間的差異的情況下，將全國的水資源費(fèi)定為0.15元/m3，以此來計(jì)算31各省區(qū)的生態(tài)補(bǔ)償額度。

利用公式(5)，計(jì)算出全國的生態(tài)補(bǔ)償額度(表4)。全國平均每年需要用于生態(tài)補(bǔ)償?shù)闹С鰹? 516.37億元。全國有16個地區(qū)每年將獲得生態(tài)補(bǔ)償資金，15個地區(qū)由于水生態(tài)赤字將支付生態(tài)補(bǔ)償金。在所有地區(qū)中，西藏應(yīng)獲得的生態(tài)補(bǔ)償款最多，高達(dá)645.56億元，其次是四川、云南、廣西等地區(qū)；支付生態(tài)補(bǔ)償款最多的地區(qū)是河南，應(yīng)該支付188.61億元，山東以168.64億元的額度占領(lǐng)生態(tài)補(bǔ)償款支付榜第二；北京、天津等地區(qū)的生態(tài)補(bǔ)償支付額度相對較低。由于模型問題，只能計(jì)算出各個省份應(yīng)該獲取或者支付的生態(tài)補(bǔ)償款的額度，具體應(yīng)該如何支付尚未考慮，因此可以從中央層面直接從應(yīng)支付生態(tài)補(bǔ)償款的省區(qū)收取相關(guān)款項(xiàng)，統(tǒng)一支付給應(yīng)該獲得生態(tài)補(bǔ)償款的地區(qū)。

表4 全國各省區(qū)生態(tài)補(bǔ)償額度Tab.4 Ecological compensation quota for provinces and districts in China /億元

利用公式(6)得到需要獲得生態(tài)補(bǔ)償款的16個地區(qū)的生態(tài)補(bǔ)償優(yōu)先級。在這16個地區(qū)中，西藏的生態(tài)補(bǔ)償優(yōu)先級最高，青海、云南分別以0.062 6，0.022 7位居第二、第三。在支付生態(tài)補(bǔ)償相關(guān)款項(xiàng)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮這些地區(qū)，因?yàn)檫@些地區(qū)是我國主要水資源的起源地，在保護(hù)水源的同時(shí)，這些省區(qū)的部分地區(qū)被劃分限制開發(fā)區(qū)，為平衡全國的生態(tài)環(huán)境而失去了發(fā)展的機(jī)會，通過對其支付生態(tài)補(bǔ)償款，既可以促進(jìn)這些地區(qū)的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，也能激發(fā)其對環(huán)境保護(hù)的積極性。見表5。

表5 生態(tài)補(bǔ)償優(yōu)先級Tab.5 Ecological compensation priority

4 結(jié) 論

本文通過構(gòu)建的生態(tài)補(bǔ)償模型，計(jì)算了全國各省區(qū)的生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)；同時(shí)，分析了全國以及各省區(qū)水足跡、水盈余情況，具體結(jié)論如下：

1) 全國總生產(chǎn)水足跡呈現(xiàn)上升的趨勢，從2004年的1 441.85 Gm3到2016年1 888.38 Gm3，年均增長2.38個百分點(diǎn)；農(nóng)業(yè)水足跡占總水足跡的比重較大，比重一直介于85.93%～88.13%之間；工業(yè)水足跡的增長出現(xiàn)倒U趨勢。

2) 各省區(qū)水足跡變動出現(xiàn)3種類型。第一類地區(qū)是以北京、上海為代表的水足跡不斷下降的地區(qū)，這類地區(qū)的典型特點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)發(fā)展較好；第二類地區(qū)是水足跡增長高于全國平均水平的地區(qū)，這類地區(qū)大部分都是一些農(nóng)業(yè)大省；第三類地區(qū)是水足跡增長低于全國平均水平的地區(qū)，這類地區(qū)的分布出現(xiàn)兩個極端，經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展在全國不是靠前，就是倒數(shù)。

3) 全國有14個地區(qū)常年存在水生態(tài)盈余，也有14個地區(qū)常年處于生態(tài)赤字，其余3個地區(qū)一直在水生態(tài)盈余與生態(tài)赤字之間波動；西藏的水生態(tài)盈余最大，年均水盈余430.37 Gm3，河南的生態(tài)赤字最大，年均生態(tài)赤字188.61 Gm3。

4) 全國每年在水生態(tài)補(bǔ)償中中央政府的投入為1 516.37億元；31一個省區(qū)中，有16個地區(qū)應(yīng)該獲得生態(tài)補(bǔ)償款，其余15個地區(qū)應(yīng)該支付生態(tài)補(bǔ)償款；獲得生態(tài)補(bǔ)償款最多的地區(qū)是西藏，應(yīng)得生態(tài)補(bǔ)償款645.56億元，支付生態(tài)補(bǔ)償款最多的地區(qū)是河南，應(yīng)該支付188.61億元；在獲取生態(tài)補(bǔ)償款項(xiàng)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮西藏、青海、云南等地區(qū)。