世界生物燃料发展与粮食安全保障的兼容性分析

向丽

摘要生物燃料发展往往对粮食安全存在着负面效应，生物燃料发展和粮食安全保障矛盾的根源在于土地资源的有限性和不可再生性，统筹生物燃料发展和粮食安全要求现有的土地资源生产出足够多的农产品。基于此，本文分析了当前世界土地资源在兼容生物燃料发展与粮食安全保障上的生产潜力，探讨生物燃料发展与粮食安全保障兼容的可行性，分析表明：当前世界仍存在着一定比例闲置且适合种植的土地，可在一定程度上通过增加土地的种植面积实现农作物粗放型扩张；世界土地资源在集约型农作物扩张上仍存在较大的潜力空间，通过技术进步、灌溉和增加投入可以大幅提高单位土地面积的农作物产量。因此，从农业生态角度上看，生物燃料发展与粮食安全保障是可以统筹兼顾的。最后探讨了生物燃料发展与粮食安全保障兼容的路径，分析认为不同的国家在生物燃料发展与粮食安全保障兼容的路径选择上是不同的，它不仅与一国的土地资源禀赋有关，还与一国的经济发展水平和制度建设等一系列因素相关。

关键词粮食安全能源安全土地潜力统筹路径

许多国家基于包括环境安全、能源安全和农村发展的多重目标，十分支持生物燃料发展。但是，生物燃料在应对气候变化、保障能源安全和促进农村发展的有效性和效率上遭到质疑，最尖锐的批评集中于对粮食安全的负面效应上。FAO估计全球大约8.5亿人口营养不良，其中营养问题最严重是撒哈拉以南的非洲，在那里大约有1／3的人口缺少足够的粮食。尤其是2007年，全球粮价上涨在37个国家引起粮食危机，并使全球一亿多人深陷贫困之中，粮食作物向生物燃料的转化以及由此导致的粮食价格的上升再次引起一些学者对粮食安全的关注。例如夏天(2008)对美国芝加哥商品交易所(CBOT)、大连商品交易所(DCE)的农产品期货市场与美国纽约商业交易所(NYMEX)原油期货市场之间的联系和相互影响机制进行了实证分析，研究发现：以玉米和豆油期货为代表的CBOT农产品期货市场由于燃料乙醇和生物柴油等生物能源项目的兴起而与国际原油期货市场构成了协整关系，即三者具备了关联性和相互影响的作用机制。根据胡明远、孙英辉(2009)的研究，美国生物能源战略导致了全球粮食危机，2002年至2008年2月，国际粮食价格上涨了140％，促成这一涨幅的因素中，化肥和农药价格的上涨仅占粮价上涨幅度的15％，而生物燃料则占粮价涨幅的75％。他们认为，如果不增加生物能源比例，全球玉米和小麦的库存量将不会明显下降，其他因素只能温和地推动粮价上涨。

已有的研究主要集中于生物燃料发展对粮食价格的影响及对穷人消费者所产生的负面效应。实际上，生物燃料发展和粮食安全矛盾的根源在于土地资源的有限性和不可再生性，具体表现为能源作物和粮食作物的土地之争。农民作为理性人追求土地收益最大化，生物燃料产业的发展影响了农民的种植决策，改变土地资源在各种农产品间的使用分配，即，增加能源作物的种植面积同时减少粮食作物的种植面积。由于能源作物与粮食作物之间直接的土地竞争关系，有限的土地资源在生物燃料发展和粮食安全保障上往往“顾此失彼”。面对日益突出的能源供需矛盾，生物燃料发展是否一定以牺牲粮食安全为代价?现有的土地资源是否具备兼容生物燃料发展和粮食安全保障的生产潜力?不同土地资源禀赋的国家应如何选择生物燃料发展与粮食安全兼容的路径?回答这些问题对制定正确的能源多元化发展战略与生物质能源发展路径，寻求经济与社会可持续发展具有重要的现实意义。

生物燃料发展与粮食安全保障的土地之争

在土地市场上，生物燃料的发展会改变土地资源的配置从而影响粮食安全。由于土地资源的有限性和不可再生性，能源作物与粮食作物存在着直接的土地竞争关系。2001年以来，全球生物燃料发展规模急剧增长。2009年全球生物燃料的产量达到109088百万升，其中乙醇为91909百万升，生物柴油17179百万升，乙醇产量占生物燃料产量的比重达到84％。在乙醇生产中，美国和巴西的产量分别占世界总产量的48.2％和27.2％。因此，本文以美国和巴西为例，分析生物乙醇原料作物与粮食作物的土地竞争关系。

美国生物乙醇生产始于1981年，2001年以来受原油价格显著上升的影响，美国生物乙醇开始出现快速发展，从2001年前平均年增长8千万加仑变为平均年增长67千万加仑。美国发展生物乙醇的原料99％来自传统的优势农产品玉米，由于生物燃料需求的增加，美国2001年以来玉米种植面积呈稳步增加的态势。如图1所示，2001年美国玉米种植面积为27830千公顷，2010年则增加为32960千公顷。与此同时，小麦的种植面积则呈逐步下降的趋势，2001年小麦的种植面积为23846千公顷，2010年则下降为19278千公顷。伴随着生物燃料需求的增加，能源作物对粮食作物表现出较强的土地替代效应。长远来看，美国新能源法案提出到2020年美国生物乙醇产量将达到360亿加仑，这大约要耗费1442.9万吨玉米，这意味着美国玉米种植面积要增加1521.7千公顷。由于耕地资源的有限性和用途的竞争性，美国粮食的种植面积必然会受到冲击。当然粮食的短缺引起的粮价上涨在一定程度上会缓解玉米对粮食作物的替代，例如2007年粮食危机引发世界粮价飙升，2008年美国玉米种植面积明显减少，而小麦种植面积则明显增加。但从长远来看，伴随着石化燃料资源的日益枯竭及燃料价格步步高升，玉米价格必然会进一步抬高，如果玉米价格上涨的幅度远远超过粮食上涨的幅度，必然会引起玉米对粮食作物的替代从而影响世界粮食的充足性。

巴西也是较早研究和推广生物能源的国家，为避免对石油进口的过度依赖，巴西政府1975年颁布“乙醇计划”新能源政策，因地制宜推动以甘蔗为主要原料的乙醇燃料的发展。30年来，巴西政府已经投人数十亿美元来开发和推广使用生物质能源。巴西政府和私营部门共同投资扩大甘蔗种植面积，兴建大批以甘蔗为原料的乙醇加工厂。由于巴西政府的大力支持和推广，巴西甘蔗种植面积呈现出明显的扩张趋势。如图2所示，2001年巴西甘蔗种植面积为5022.2千公顷，2010年扩大为9830千公顷，甘蔗种植面积增长近一倍；与些同时，一些粮食品种的播种面积则呈现出逐年下降的趋势。以水稻为例，2001年，巴西水稻种植面积为3149千公顷，2010年则减少为2750千公顷。近十年来巴西甘蔗和水稻种植面积的剪刀差越来越大，甘蔗对水稻具有明显的土地替代效应。由此可见，生物燃料乙醇的大规模发展已经对巴西粮食种植产生较大的影响，但未来的影响会更大。据巴西农业部长宣称，未来将近一步增加用于生产生物乙醇燃料的甘蔗种植面积，由目前的3000千公顷逐步增加到2017年的9000千公顷。

总之，美国和巴西是生物乙醇燃料生产的两大国家，生物乙醇燃料生产约占世界的3／4，同时两国也是世界粮食的生产大国和出口大国，显然生物乙醇燃料的发展使得能源作物大量挤占了粮食用地，已经对世界粮食安全产生了较大的

负面影响。因此，分析当前世界土地资源扩张农作物的潜力，从土地的角度探讨生物燃料发展和粮食安全兼容的机制就显得非常必要。

世界土地统筹生物燃料发展与粮食安全的潜力

发展生物燃料的同时又要保障粮食安全，这就要求在现有的土地资源具有扩张农作物生产的潜力，能够生产出足够多的农产品。当前IIASA和FAO通过GAEZ(Global Agricultural Ecological Zone)分析法对不同地区扩张农作物的潜力做一粗略的估计。当前不同地区扩张农作物生产的方式有：粗放型和集约型。粗放型扩张农作物是通过增加土地面积的方式实现农产品的增加，集约型扩张农作物是通过灌溉、复种和增产的技术，实现单位土地面积下农作物产量的增加。

1、粗放型扩张农作物

表2显示了世界土地可获得性与潜力。全球表面面积(除大洋)为134亿公顷，其中大部分为不适合种植的土地，种植的土地面积只有36.5亿公顷种植，仅占全球表面面积的27.2％。尽管如此，世界仍存在5.37亿公顷闲置的且适合于谷物种植的土地，约占种植土地面积的14.7％。尤其是中亚，其种植土地面积为16.3百万公顷，适合种植且闲置的土地面积则为26.7百万公顷，是种植土地面积的1.63倍；南非适合种植且闲置的土地占种植土地面积的比率也很高，约占种植土地面积的38.4％。世界36.5亿公顷种植的土地面积中有26亿公顷土地处于高投入状态，有8.41亿公顷处于中投入状态，2.05亿公顷处于低投入状态。在不同的投入水平下根据土地的肥沃程度可分为非常适合种植、适合种植和中等适合种植三个级别，投入水平越高则非常适合种植的土地面积则越大。如果不考虑增量土地的机会成本的话，全球仍存在一定的土地潜力扩大种植面积。至于潜在的土地面积估计则存在一个范围波动，该范围波动的大小依赖于相关作物的假定、技术投入使用情况及可接受的产量水平。这些估计反映了农业生态潜力而不是经济潜力，它没有考虑增量土地的机会成本。

2、集约型扩张农作物

集约型农作物扩张可以通过灌溉、复种和采纳新技术而超越其生产潜力。在水资源充足的地方，如果灌溉可以得到充分的开发和利用，则全球谷物面积会增加8.4％，潜在的产量会增加40％。在人口稀少的地区，灌溉对增加潜在农作物面积和产量的效果明显。如表3所示，在西亚通过灌溉可使潜在的农作物面积增加78.6％，产量则会增加375％。在中亚通过灌溉可使农作物面积增加218.4％，产量则会增加695.3％。在人口密集的地区通过灌溉扩大农作物面积的范围是有限的，但产量仍然可以较大幅度地增加。例如在西欧，通过灌溉潜在的农作物面积仅增加2.4％，但是产量却可以增加10.2％；在中非通过灌溉潜在的农作物面积仅增加1.6％，但是产量却可以增加21.1％。由此可见，无论人口稀少的地区还是人口密集的地区，都可以通过灌溉的投入，有效提高农产品的产量，实现集约型的扩张。

复种是另一种集约化生产的方式，通过复种也可以有效地扩大土地种植面积。IIASA和FAO估计全世界60％的种植土地是适合复种的。在一些地区该份额会更高，在南亚90％的种植土地适合复种，东南亚几乎100％的种植土地适合复种。即使在非洲，部分地区50％的种植土地也是可以复种的。集约型农作物扩张也可以通过采纳现代的栽培技术、合理的虫害和营养管理及其他的技术来实现产量的增加。研究表明这些农业技术革新促进了农村发展，减少了农村贫困，但各个地区在现代高产量技术采纳率上是不同的。具体表现为在采纳整体的营养和虫害管理技术、灌溉技术和转化发酵技术上均存在差异。例如，1998年南亚、东亚和东南亚小麦现代物种的采纳率超过80％，其他谷物现代物种的采纳率为60％，而在撒哈拉以南的非洲只有小麦现代物种的采纳率超过40％。不同的技术投入和管理方式往往导致产量的差距，IIASA／FAO分析了不同投入水平之间在短期产量和长期可持续产量上存在巨大的差距。如表4所示，在短期产量上，低投入水平下全球小麦、水稻和玉米的平均短期产量是998公斤／公顷，中投入水平下全球小麦、水稻和玉米的平均短期产量是3658公斤／公顷，高投入水平下全球小麦、水稻和玉米的平均短期产量是5983公斤／公顷。长期可持续产量是根据休耕期所要求的要素条件如气候、土壤类型、作物类型和管理及投入水平计算所得，它在不同投入水平下的差距更大，在低投入水平下全球小麦、水稻和玉米的平均长期可持续产量是448公斤／公顷，而在高投入水平下全球小麦、水稻和玉米的平均长期可持续产量是5409公斤／公顷，是低投入水平产量的十倍之多。因此，无论是短期还是长期，在低投入水平主导的地方均存在大量的未开发的产量潜力。

综上所述，当前世界仍存在着一定比例闲置且适合种植的土地，可在一定程度上通过增加种植土地面积实现农作物粗放型扩张；世界土地资源在集约型农作物扩张上仍存在较大的潜力空间，通过技术进步、灌溉和增加投入可大幅提高单位土地面积的农作物产量。因此，从农业生态角度上看，生物燃料发展与粮食安全保障是可以统筹兼顾的。但是上述分析仅仅反映了农业生态潜力而不是经济潜力，它没有考虑增量土地的机会成本。因此，一个国家发展生物燃料是否具备经济上的可行性，如何选择生物燃料发展与粮食安全保障兼容的路径?这需要根据各个国家的土地资源禀赋并结合收入状况做进一步的分析。

不同土地资源禀赋下生物燃料发展与粮食安全保障兼容的路径

该部分探讨四种类型的国家在生物燃料发展与粮食安全保障兼容上的路径选择，包括粗放型和集约型。粗放型农作物扩张要求一国具有大量的尚未开发的边际土地，可通过平均边际土地的可获得性来衡量一国粗放型农作物扩张的潜力。集约型农作物扩张的潜力可通过农业在GDP中的份额来衡量，该份额会对一系列决定农业生产能力的因素作出反应。农业生产能力包括生产力获取能力和农业市场化能力，它与一国的经济发展水平和收入状况密切相关。随着一国的经济水平的发展，农业在GDP中的份额呈下降的趋势。因此，一国应该如何选择统筹生物燃料发展与粮食安全的路径，这不仅与一国的土地资源禀赋有关，还与一国经济发展水平和收入状况等有关，基于此本文将不同的国家划分为以下四种类型：

第一，土地稀缺、收入低下的国家，如孟加拉国。孟加拉国土地资源非常稀缺，几乎没有为扩张生物质而扩大种植土地面积的能力，平均每千人所拥有的边际土地仅为2.1公顷，粗放型增加生物质几乎不可能。同时它在GDP上存在对农业较强的依赖性，2010年农业在GDP中的份额为19％，所以孟加拉国任何产量的增加都必须来自集约化经营。但是孟加拉国收入低下，基础设施落后，天然气网仅覆盖4％的家庭，电网也仅覆盖30％的家庭，全国仅有26.3％的人口可获得电，这对集约化投资是一个强有力的约束。而且，孟加拉国仍有大量的人口处于极度贫困状态，粮食安全尚未得以保证，任何生产资源的竞争性加强都可