復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)視角下鉻鐵礦國際貿(mào)易時空格局及其演化特征研究

趙素彥，董志良，劉 森

(1.河北地質(zhì)大學(xué)管理學(xué)院，河北 石家莊 050031；2.河北地質(zhì)大學(xué)自然資源資產(chǎn)資本研究中心，河北 石家莊 050031；3.河北省礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略與管理研究基地，河北 石家莊 050031)

戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源安全是目前國際社會普遍關(guān)注的重大問題，一個國家對于戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源的安全供應(yīng)能力可以反映其應(yīng)對發(fā)展危機的管控能力[1]。鉻作為中國、美國、歐盟等國家和地區(qū)的重要戰(zhàn)略礦產(chǎn)資源，在冶金工業(yè)、耐火材料和化學(xué)工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，是超級大國極力爭奪的重要對象。由于自然界中不存在游離的鉻，鉻鐵礦是鉻最主要的來源[2]，本文對鉻鐵礦資源供給情況進行研究，以滿足各國適應(yīng)經(jīng)濟全球化和保證礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要。

目前全球已有40余個國家和地區(qū)發(fā)現(xiàn)了鉻鐵礦，儲量可確保全球百年以上的生產(chǎn)和需求，但是分布較為集中，主要分布于南非和哈薩克斯坦，兩國鉻鐵礦資源儲量約占世界鉻鐵礦資源儲量的95%[3-4]，開發(fā)潛力巨大(2018年鉻鐵礦儲量、開采量及出口貿(mào)易量見表1)。中國作為鉻鐵礦主要的消費國，儲量貧乏，而消費量超過世界鉻鐵礦產(chǎn)量的1/3，消費主要依賴于進口，2018年中國鉻鐵礦進口貿(mào)易量達到了36 730萬t。除此之外，像日本、韓國、德國這樣的資源極其短缺且工業(yè)化程度高的國家，著眼于全球的礦產(chǎn)資源，講究礦產(chǎn)資源的戰(zhàn)略儲備，進口貿(mào)易量較大。由于供需關(guān)系的嚴重失衡和國家礦產(chǎn)戰(zhàn)略決策，因此研究鉻鐵礦資源供給渠道和供給安全具有重要的現(xiàn)實意義。

表1 2018年鉻鐵礦貿(mào)易主要參與國資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)Table 1 Resource base data of major participating countries in chromite trade in 2018

目前，關(guān)于鉻鐵礦的研究主要集中于鉻鐵礦資源分布與找礦潛力分析[5]、世界鉻礦資源開發(fā)利用現(xiàn)狀及合作前景分析[6-7]、我國鉻鐵礦資源安全分析及可持續(xù)供應(yīng)現(xiàn)狀探索等方面[8-11]。近年來，隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展，國家與國家之間的貿(mào)易合作越來越緊密，鉻鐵礦貿(mào)易實際上表現(xiàn)為一個由許多國家之間貿(mào)易關(guān)系組成的復(fù)雜系統(tǒng)，在這個復(fù)雜系統(tǒng)下，貿(mào)易國間的貿(mào)易流、傳輸方式、穩(wěn)定性等與國家經(jīng)濟密切關(guān)聯(lián)。因此，如何挖掘貿(mào)易結(jié)果特征及內(nèi)在聯(lián)系，對于掌握國家在貿(mào)易網(wǎng)絡(luò)中的地位，分析其隨時間的演化特征，引起眾多學(xué)者的關(guān)注。

自1988年小世界網(wǎng)絡(luò)(small-world)模型和1999年無標度網(wǎng)絡(luò)(scale-free networks)模型被提出開始，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)作為研究復(fù)雜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的重要理論和方法，已被廣泛應(yīng)用于各大領(lǐng)域[12-13]。目前復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論在國際貿(mào)易領(lǐng)域的應(yīng)用研究非常廣泛，將國家視為節(jié)點、國家之間的貿(mào)易視為邊，國內(nèi)許多學(xué)者[14-16]通過構(gòu)建復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，研究國家間貿(mào)易關(guān)系取得了豐富成果，反映了某種貿(mào)易產(chǎn)品國際貿(mào)易整體特征和貿(mào)易發(fā)展過程，對國家間戰(zhàn)略決策提供一定的指導(dǎo)意義。

本研究將采用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)方法對2009—2018年鉻鐵礦資源國際貿(mào)易的時空格局和演化特征進行研究，分析鉻鐵礦資源貿(mào)易網(wǎng)絡(luò)整體結(jié)構(gòu)和演化特征，并研究網(wǎng)絡(luò)節(jié)點度和加權(quán)度的冪律分布特征，通過加權(quán)出度、入度和貿(mào)易量份額等識別網(wǎng)絡(luò)貿(mào)易核心國家及其承擔(dān)的角色，以期對我國制定鉻鐵礦貿(mào)易政策提供依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)和方法

本研究選取2009—2018年全球鉻鐵礦國際貿(mào)易數(shù)據(jù)為研究對象，共涉及189個國家和地區(qū)，數(shù)據(jù)全部來源于聯(lián)合國統(tǒng)計司。研究的鉻鐵礦是全尺寸未燒結(jié)鐵礦砂及其精礦，不包含焙燒黃鐵礦。將參與鉻鐵礦貿(mào)易的國家定義為節(jié)點，國家間產(chǎn)生的貿(mào)易關(guān)系定義為邊，以鉻鐵礦流動方向為邊的方向，所產(chǎn)生的貿(mào)易量定義為邊的權(quán)重，構(gòu)建每年全球各國鉻鐵礦貿(mào)易的有向加權(quán)網(wǎng)絡(luò)，共計10個復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)以鄰接方陣F(t)表示，見式(1)。

(1)

式中，wm,n(t)為t年m國向n國鉻鐵礦產(chǎn)品出口貿(mào)易量。2018年鉻鐵礦貿(mào)易的有向加權(quán)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。鉻鐵礦國際貿(mào)易關(guān)系復(fù)雜，不同國家及國家間產(chǎn)生的貿(mào)易聯(lián)系及貿(mào)易量在網(wǎng)絡(luò)中所處的地位不同。

圖1 2018年鉻鐵礦國際貿(mào)易有向加權(quán)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)示意圖Fig.1 Schematic diagram of the directional weighted complex network of international chromite trade in 2018

將每年鉻鐵礦國際貿(mào)易構(gòu)成的有向加權(quán)網(wǎng)絡(luò)矩陣帶入Gehpi軟件，可以得到節(jié)點度、加權(quán)度、模塊度、聚類系數(shù)和中間中心度等復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)指標，通過對指標分析，研究鉻鐵礦國際貿(mào)易時空格局和演化特征。

1.1 度和度分布

節(jié)點度是該國產(chǎn)生貿(mào)易聯(lián)系的國家數(shù)，度數(shù)越大表明該節(jié)點國家重要性越高，貿(mào)易伙伴越多。平均度是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點度的平均值，計算公式見式(2)。

(2)

在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點度服從一定的分布函數(shù)P(k)。P(k)表示在一個復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中，度為k的節(jié)點占比，即節(jié)點度為k的節(jié)點被抽到的概率。

1.2 平均加權(quán)度

加權(quán)度是與節(jié)點相連的邊的權(quán)重總和，是指貿(mào)易國之間產(chǎn)生的貿(mào)易量，貿(mào)易量的不同導(dǎo)致了每條邊在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生不同的影響。加權(quán)度值越大，國家對國際貿(mào)易產(chǎn)生的影響越大。節(jié)點i的加權(quán)度值計算公式見式(3)。

(3)

1.3 模塊度和聚類系數(shù)

模塊度是衡量復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中社團劃分程度的指標。模塊度值越大，表明復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中社團分化越嚴重，社團越多，貿(mào)易全球化程度越低；相反，值越小，則復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)社團分化越模糊，社團越少，呈現(xiàn)貿(mào)易全球化。模塊度的計算公式見式(4)。

(4)

聚類系數(shù)表示節(jié)點和近鄰節(jié)點間聯(lián)系的聚集程度，是否具有小世界性，在實際的鉻鐵礦貿(mào)易中表現(xiàn)為國家間貿(mào)易的緊密程度。 聚類系數(shù)計算公式見式(5)。

(5)

平均聚類系數(shù)公式見式(6)。

(6)

1.4 中間中心度

中間中心度反映國家在鉻鐵礦貿(mào)易流動中傳導(dǎo)力和控制力。國家節(jié)點的中間中心度越高，意味著該國傳導(dǎo)力越強，該國的政策決策或經(jīng)濟狀況對國際貿(mào)易網(wǎng)絡(luò)有較大影響。中間中心度的計算公式見式(7)。

bmk(m)=Lmk(m)/Lmk

(7)

式中：Lmk為節(jié)點m和節(jié)點k間的連接數(shù)；Lmk(m)為節(jié)點m和節(jié)點k之間經(jīng)過節(jié)點i的連接數(shù)；bmk(m)為節(jié)點i控制節(jié)點國家m和節(jié)點國家k貿(mào)易的能力。

2 鉻鐵礦國際貿(mào)易時空格局和演化特征分析

2.1 貿(mào)易網(wǎng)絡(luò)的整體特征時間演變分析

鉻鐵礦貿(mào)易國家節(jié)點度和平均加權(quán)度的時間演變結(jié)果如圖2所示。節(jié)點國家的平均貿(mào)易國數(shù)量和貿(mào)易量總體呈逐年上漲趨勢，國家間貿(mào)易合作關(guān)系變得更加密切。其中，2012年節(jié)點國家的平均貿(mào)易國數(shù)量達到一個峰值，隨后開始逐步下降，貿(mào)易格局因世界經(jīng)濟危機而改變，更多的國家參與了鉻鐵礦貿(mào)易往來。2016年后節(jié)點國家的平均貿(mào)易國數(shù)量和貿(mào)易量呈下降趨勢，2016年爆發(fā)的世界經(jīng)濟危機導(dǎo)致國家間的貿(mào)易關(guān)系和貿(mào)易量出現(xiàn)波動。

圖2 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點平均度和平均加權(quán)度的演化曲線Fig.2 Evolution curve of network node average value and average weighted value

綜上，隨著時間的推移，鉻鐵礦貿(mào)易合作國家數(shù)和貿(mào)易量總體呈上升趨勢，這體現(xiàn)了全球鉻鐵礦行業(yè)國際貿(mào)易良好的均衡發(fā)展趨勢，但是短期內(nèi)受世界經(jīng)濟危機的影響。

2.2 貿(mào)易網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點貿(mào)易國時空演變特征分析

2.2.1 節(jié)點國家度值的冪律分布

冪律分布特性是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特征之一，表現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點分布極不均勻，少數(shù)節(jié)點具有較大的度值，而大多數(shù)節(jié)點卻擁有較小的度值。本文在雙對數(shù)坐標下，分別計算了2009—2018年網(wǎng)絡(luò)節(jié)點度分布的擬合函數(shù)(表2和圖3)。R2圍繞0.78波動，說明節(jié)點國家的貿(mào)易伙伴數(shù)量服從冪律分布，參與鉻鐵礦貿(mào)易的非核心國家和新加入的國家都傾向于與處于網(wǎng)絡(luò)核心地位的國家產(chǎn)生貿(mào)易合作關(guān)系。

圖3 2009—2018年復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)節(jié)點度分布的擬合函數(shù)Fig.3 Network node degree distribution fitting function from 2009 to 2018

由表2可知，冪指數(shù)(-γ)隨時間的推移呈上升趨勢，在雙對數(shù)坐標中，-γ代表擬合的趨勢線的斜率，隨斜率的增大趨于平緩，說明隨時間推移，參與鉻鐵礦貿(mào)易的國家間合作伙伴增加，只有少數(shù)國家擁有大量貿(mào)易合作伙伴國家的局面被打破，逐步實現(xiàn)鉻鐵礦貿(mào)易全球化。通過分析可知，2012年和2016年，冪指數(shù)是十年內(nèi)最大值，趨勢線最平穩(wěn)，意味著這兩年參與鉻鐵礦貿(mào)易的國家分布最為廣泛，這是由于這兩年爆發(fā)了世界經(jīng)濟危機，各國的鉻鐵礦貿(mào)易受到了較為嚴重的沖擊。

表2 2009—2018年雙對數(shù)坐標中復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)節(jié)點度分布的擬合函數(shù)參數(shù)值演變Table 2 Network node degree distribution fitting function in double logarithmic coordinates from 2009 to 2018

2.2.2 貿(mào)易網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點貿(mào)易國數(shù)量分布特征時間分析

圖4為2009—2018年占有不同貿(mào)易總額的國家數(shù)占比情況。占比為50%的國家數(shù)所占比重隨時間的推移變化并不明顯，但是隨著占比增加到70%或80%，比重呈下降趨勢，說明只有少數(shù)國家占有絕大部分的貿(mào)易總額，這些國家支配著大部分的鉻鐵礦資源。占比為90%的國家數(shù)所占比重在2014年之前比重呈明顯上升的趨勢，隨后開始下降，這是由于2012年爆發(fā)世界經(jīng)濟危機，影響了各國經(jīng)濟發(fā)展，鉻鐵礦貿(mào)易呈現(xiàn)較為分散的趨勢。隨著2014年世界經(jīng)濟溫和復(fù)蘇，鉻鐵礦貿(mào)易又開始向較少資源豐富或經(jīng)濟發(fā)達國家集中，印證了冪律分布特征。

圖4 2009—2018年鉻鐵礦貿(mào)易量國比重演變Fig.4 Chromite trade volume national proportion evolution from 2009 to 2018

2.2.3 貿(mào)易網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點貿(mào)易國社團分布特征時空分析

為了進一步分析和驗證鉻鐵礦貿(mào)易伙伴關(guān)系特征隨時間的演變趨勢(圖5)，本文從聚類系數(shù)和模塊度兩個方面進行解釋，聚類系數(shù)反映節(jié)點間聚集程度，平均聚類系數(shù)隨時間演變基本呈增加的趨勢，說明鉻鐵礦貿(mào)易隨著時間推移國家間貿(mào)易合作更加緊密。

圖5 2009—2018年網(wǎng)絡(luò)模塊度和聚類系數(shù)隨時間的演變Fig.5 The evolution of network modularity degree and clustering coefficient from 2009 to 2018

模塊度可以反映貿(mào)易伙伴間的親疏，在同一模塊中節(jié)點間聯(lián)系更為緊密，不同模塊的節(jié)點聯(lián)系較為稀疏。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)是由根據(jù)模塊進行了顏色渲染的多種顏色模塊組成。模塊度在十年間呈現(xiàn)一定的波動性，但是總體呈逐漸減小的趨勢。2014年和2016年分別達到了波谷，社團減少，呈現(xiàn)貿(mào)易全球化，是世界經(jīng)濟危機影響了鉻鐵礦國際貿(mào)易。由此可見，鉻鐵礦貿(mào)伙伴特征在一定程度上也取決于全球經(jīng)濟狀況。

2.2.4 鉻鐵礦貿(mào)易核心國的時空分析

表3是中間中心度排名前十位國家隨時間的演變情況。中國、德國、美國和南非在十年中均排名在前十位，處于核心傳導(dǎo)地位(第一梯隊)，具有較強的控制能力，其中中國和南非一直處于前三位，占據(jù)貿(mào)易最核心地位；荷蘭、印度、巴西、英國和法國位于第二梯隊，兩個梯隊國家占比達到82%，符合“二八定律”，是鉻鐵礦貿(mào)易核心國，國家的政策決策或經(jīng)濟狀況對國際貿(mào)易網(wǎng)絡(luò)有較大影響；其余國家占比較小，且地位波動較大，對鉻鐵礦貿(mào)易控制能力不穩(wěn)定。

表3 2009—2018年中間中心度排名前十位國家隨時間的演變Table 3 Evolution of the top 10 countries with intermediate centrality from 2009 to 2018

2.2.5 鉻鐵礦貿(mào)易核心國角色分析

為澄清鉻鐵礦貿(mào)易核心國所承擔(dān)的角色，本文對加權(quán)入度和出度情況進行分析，以期對各貿(mào)易國提供決策依據(jù)。

表4是貿(mào)易國加權(quán)入度排名前十位國家隨時間演變情況。中國和德國在十年間均位居前五位，是貿(mào)易核心國，以主要進口國的角色在貿(mào)易網(wǎng)絡(luò)中進行傳導(dǎo)和控制，是最大的鉻礦消耗或鉻鐵生產(chǎn)國；日本、韓國、荷蘭、英國、法國和意大利雖然也是重要貿(mào)易進口國，因其不是鉻鐵礦貿(mào)易核心國，進口渠道較為單一，地位容易出現(xiàn)波動。近年來，馬來西亞、葡萄牙進口量增加，成為新晉的重要鉻鐵礦貿(mào)易進口國。

表4 2009—2018年加權(quán)入度前十位國家隨時間的演變Table 4 Evolution of the top 10 countries with weighted in-degree from 2009 to 2018

表5是貿(mào)易國加權(quán)出度排名前十位的國家隨時間演變的情況。南非和巴西在十年間均位居前五位，且是貿(mào)易核心國，以主要出口國的角色為主導(dǎo)在貿(mào)易網(wǎng)絡(luò)中進行傳導(dǎo)和控制，是鉻鐵礦貿(mào)易出口的龍頭國家；澳大利亞是主要的貿(mào)易出口國，這與其較為豐富的鉻礦資源且開采能力強有關(guān)，是出口驅(qū)動型貿(mào)易大國；印度、烏克蘭、加拿大、伊朗、俄羅斯和智利雖然在鉻鐵礦國際貿(mào)易中出口地位有波動，但仍是主要的貿(mào)易出口國，這與其國內(nèi)豐富的礦產(chǎn)資源有關(guān)。值得一提的是，印度自2013年開始掉出前五位，這是由于印度開采量少，且許多國家的投資企業(yè)建立采、選、加工一體化生產(chǎn)模式，直接為國內(nèi)提供穩(wěn)定鉻鐵來源，而秘魯自2015年開始躋身國際鉻鐵礦出口國主要行列，且地位逐年提升，秘魯開始重視和加大鉻鐵礦的開采。

表5 2009—2018年加權(quán)出度前十位國家隨時間的演變Table 5 Evolution of the top 10 countries with weighted out-degree from 2009 to 2018

3 結(jié) 論

1) 隨著時間的推移，鉻鐵礦國際貿(mào)易網(wǎng)整體規(guī)模不斷擴大，參與貿(mào)易的國家數(shù)增多，國家間的貿(mào)易合作伙伴增加，貿(mào)易量增加，呈現(xiàn)良好的發(fā)展趨勢，但是鉻鐵礦國際貿(mào)易短期內(nèi)會受世界經(jīng)濟危機的影響。

2) 在鉻鐵礦國際貿(mào)易網(wǎng)中，越來越多的國家間建立貿(mào)易合作，但是大部分鉻鐵礦貿(mào)易量仍被少數(shù)核心國家控制，呈現(xiàn)以中國、日本、韓國、澳大利亞、巴西、南非等為首的貿(mào)易大國，其他國家應(yīng)該積極與貿(mào)易大國建立合作，確保本國貿(mào)易穩(wěn)定性。

3) 中國、德國、美國和南非位于全球鉻鐵礦貿(mào)易中核心傳導(dǎo)和控制地位(第一梯隊)，荷蘭、印度、巴西、英國和法國位于第二梯隊，這九個國家在排名前十的國家中占比之和達到82%，符合“二八定律”，是鉻鐵礦貿(mào)易核心國。國家的政策決策或經(jīng)濟狀況對國際貿(mào)易網(wǎng)絡(luò)有較大影響，其他國家要適時調(diào)整本國的貿(mào)易決策。

5) 在出口方面，巴西和南非作為主導(dǎo)核心國，是進口國建立貿(mào)易合作關(guān)系首選；澳大利亞、加拿大和印度等作為重要的貿(mào)易出口大國，得益于其豐富的鉻礦資源和積極的多邊貿(mào)易政策，是出口驅(qū)動型國家。鉻鐵礦需求量大的國家可以加強與這些國家的貿(mào)易往來，實現(xiàn)共贏。

6) 在進口方面，中國和德國作為主導(dǎo)核心國，是出口國建立貿(mào)易合作關(guān)系首選；日本、韓國、荷蘭、英國、法國和意大利也是重要的貿(mào)易進口大國，但是在貿(mào)易網(wǎng)中不具備核心傳導(dǎo)力和控制力。這是由于其消費量較大，但是本國鉻鐵礦資源貧乏，且進口渠道比較單一，地位容易出現(xiàn)波動，這些國家應(yīng)與巴西和南非等核心出口國加強貿(mào)易關(guān)聯(lián)，確保供給的安全性。

7) 中國作為不銹鋼第一生產(chǎn)大國，鉻鐵礦資源嚴重短缺，應(yīng)與巴西、南非、澳大利亞、加拿大和印度等出口驅(qū)動型國家通過降低關(guān)稅等共贏的雙邊貿(mào)易協(xié)定建立穩(wěn)定的貿(mào)易往來，或者根據(jù)這些國家的礦產(chǎn)資源勘查開采政策，直接到對方國內(nèi)建立開采或采、選、加工一體化投資公司，以保證鉻鐵礦需求安全性。