土库曼斯坦虚拟水及其战略评估

刘昊奇,吕光辉,何学敏,秦 璐,张雪妮,冉启洋

(1.新疆绿洲生态教育部重点实验室,新疆 乌鲁木齐 830046; 2.新疆大学资源与环境科学学院,新疆 乌鲁木齐 830046)

Allan[1]在1994年提出了虚拟水的概念:一个区域所消费的商品和服务中所隐含的水资源总量,即隐含在产品中的“看不见”的水。虚拟水战略是指贫水国家或地区通过国际贸易的方式从富水国家或地区购买水资源密集型的农产品,尤其是粮食,以解决本国或地区的水资源短缺和粮食安全的问题[2]。以色列是世界上最早开展虚拟水战略研究的国家,也是实施虚拟水战略最成功的国家。早在20世纪80年代,以色列的经济学家就从经济学的角度证明了出口高耗水农产品是不合理的。由此,以色列调整了国家的经济结构,减少水密集型产品的生产,并进口高耗水的产品以缓解国内的水资源压力。中东地区的国家也仿效以色列,每年通过国际贸易进口的虚拟水量相当于该地区所有可用淡水水量的25%,极大地缓解了这些国家水资源短缺的问题[3]。

中亚地区的水资源总储量较丰富,但大部分的淡水都以高山冰川和深层地下水的形式存在,且分布非常不均匀[4-6]。处在中亚河流下游的土库曼斯坦水资源极为缺乏,还由于高耗水的农业发展模式,以及农业在土库曼斯坦水资源分配中占据着统治地位,这造成了严重缺水的土库曼斯坦却是世界上人均耗水量最高的国家之一。伴随土库曼斯坦灌溉农业的发展,水资源短缺的问题还可能进一步发展,所以工农业和居民生活用水如何合理分配、经济结构如何调整来保证水资源的长久利用和经济的可持续发展等对土库曼斯坦政府是一个重大的问题。而其他水资源短缺国家的实践经验表明,可以运用虚拟水战略来为土库曼斯坦解决这些严重的问题提供有益的理论指导。

1 土库曼斯坦水资源状况及开发利用

本文数据主要来源于联合国粮农组织(FAO)数据库、世界银行(WBG)、世界自然保护联盟(IUCN)。

1.1 土库曼斯坦水资源概况

土库曼斯坦位于中亚西部,北纬38°08′至42°48′,东经52°07′至 66°41′,南北跨度1 100 km,东西跨度650 km,总面积491 200 km2(除去里海)。土库曼斯坦全境位于干旱区,全国年降水量大约191 mm,各地降水量极不均匀,最低的东北部不足80 mm,最高的西南地区科佩特山区大约300 mm;降水主要分布在10月到4月之间,在夏季有时甚至没有降水。土库曼斯坦的河流有限,没有任何一条较大的河流源自该国。一些小的河流发源于科佩特山和库吉唐套山,所有的河水都用于灌溉。哈里河和摩尔加布河都消失在卡拉库姆沙漠中,只有较大的阿姆河可能到达终点——咸海。在正常的降水年份,全国降水总量为785.8亿m3,可用再生水资源14.05亿m3,可用地下水资源4.05亿m3,可用水资源(包括可用降水、可用再生水资源和可用地下水资源)总量为247.65亿m3。

1.2 土库曼斯坦水资源分配

根据联合国粮农组织(FAO)数据库和世界银行(WBG)提供的有关土库曼斯坦水资源和经济的数据得出表1。

表1 土库曼斯坦水资源利用状况

1994年,土库曼斯坦用水总量为237.8m3,农业、工业、城市居民用水比例为97.94∶0.58∶1.47;2000年,用水总量为249.1亿m3,农业、工业、城市居民用水比例为96.5∶1.08∶2.4;2004年,用水总量为279.58亿m3,农业、工业、城市居民用水比例为94.31∶3∶2.7。从1994年到2004年，该国水资源分配虽有变化，但用水结构中农业用水比例明显过大。而根据联合国粮农组织(FAO)数据,同处于干旱区的以色列,2004年用水总量仅为19.54亿m3,农业、工业、城市居民用水比例为58∶6∶36。甚至水资源分配不甚合理的中国,在2005年,用水总量为5 541亿m3,农业、工业、城市居民用水比例为64.6∶23.2∶12.2。

1.3 土库曼斯坦各产业部门用水效益

水资源的利用途径可大致分为生产用水、生活用水和生态用水,但目前对水资源利用效率的评价最重要的方面集中在工业用水效率、农业用水效率两方面。农业和工业用水效益的评价主要集中在水资源的消耗状况,通过每m3水资源所带来的增加值来衡量。

由表1可知:土库曼斯坦1994年耗水总量为237.8亿m3,其中农业耗水量为232.9亿m3,占总量的97.94%,用水效益为0.037美元/m3,工业耗水量为1.39亿m3,占总量的0.58%,用水效益为8.662美元/m3;2000年耗水总量达到279.5亿m3,其中农业耗水量为240.4亿m3,占总量的96.5%,用水效益为0.029美元/m3,工业耗水量为2.7亿m3,占总量的1.08%,用水效益为4.733美元/m3;2004年耗水总量达到279.5亿m3,其中农业耗水量263.6亿m3,占总量的94.31%,用水效益为0.049美元/m3,工业耗水量为8.39亿m3,占总量的3%,用水效益为3.26美元/m3。由于土库曼斯坦正常降水年份的可用水资源总量仅为247.65亿m3左右,所以该国每年消耗了几乎所有的可用水资源。从1994年到2004年,土库曼斯坦用水结构虽然有改善,但农业生产依然几乎消耗了所有的水。农业生产耗水量不仅数量庞大,而且效率也很低。1994年农业用水效益仅为0.037美元/m3,之后虽然一直上升,但到2004年也仅为0.049美元/m3。而澳大利亚2000年,农业用水效益已达0.748美元/m3(表2),是土库曼斯坦2004年的15.27倍。

表2 2000年澳大利亚水资源利用状况

土库曼斯坦每年消耗了几乎所有的可用水资源,消耗的水资源基本用于农业生产,而且用水效益非常低。虚拟水理论为解决这一问题提供了很好的理论途径,可以实施虚拟水战略,采用“进口代替本国生产”的方法,尽量减少农业生产,将有限的水资源用于效益更高的工业和服务业发展。

2 土库曼斯坦农业虚拟水含量

2.1 虚拟水的定义

虚拟水是指生产商品和服务所需要的水资源数量。虚拟水定义有2种:①从生产者的角度,一种产品的虚拟水含量为生产这种产品的真实用水量,它取决于生产地的条件(包括时间和地点)和水资源的利用效率。②从使用者角度,一种产品的虚拟水含量是在使用地生产该产品的需水量。在使用第二种定义时,会出现这样的情况:在一些进口国或地区,由于气候条件限制,不能生产某种产品,只能采用营养物质与之等价的产品进行代替计算[7-8]。

2.2 土库曼斯坦主要农业作物虚拟水含量

计算农作物的虚拟水含量,必须首先得到农产品的需水量,影响需水量的主要因素包括气象因素,如:降水、气温、水气压等,以及农产品类型、土壤条件和种植时间等。由于有关土库曼斯坦的某些气象资料,如水气压等和土壤条件、种植时间等缺乏,所以无法计算农产品需水量,因此无法直接得到该国农产品虚拟水含量。但由于土库曼斯坦的农业生产条件与我国新疆类似,所以可以采用新疆农产品单位质量虚拟水含量[9](表3)与土库曼斯坦农产品总量对该国农产品虚拟水含量做一个估算,见表4。

表3中国新疆主要农产品单位质量虚拟水含量m3/kg

农作物虚拟水含量农作物虚拟水含量 小麦1.05 棉花3.81玉米0.73油料作物2.43水稻1.21甜菜0.10薯类0.88水果0.87

表4 2006年、2009年、2012年土库曼斯坦主要农产品产量和虚拟水含量

注：资料来源于FAO数据库。

从整体上来看,粮食作物的单位质量虚拟水含量明显低于经济作物的虚拟水含量(表3),例如:棉花的虚拟水含量是玉米含量的5倍以上。在经济作物中,棉花的虚拟水含量也明显高于其他作物。这在一定程度上说明:在中亚干旱区,尤其是土库曼斯坦,不太适合大力种植棉花,至少是棉花的大面积种植是不可持续的,尽管棉花是这些地区重要的经济作物。但水果的虚拟水含量非常低，适合中亚干旱区，尤其是土库曼斯坦种植。

表4为2006、2009和2012年,土库曼斯坦除去蔬菜外主要的农作物产量和虚拟水含量。小麦、棉花和油料作物的虚拟水含量在农产品虚拟水总含量中占据绝对的优势,尤其是棉花,到2012年已超过小麦和油料作物虚拟水总含量的2倍。

表4也说明土库曼斯坦政府已经认识到在本国极度缺水的情况下,将大量的宝贵水资源用于经济效益低下的小麦生产是不符合该国国情的。由此调整了经济发展策略,在2012年小麦产量已从2009年的220万t下降到120万t。但由于种植棉花的收益远高于小麦,例如:在2012年土库曼斯坦仅仅皮棉和棉籽的收益高达4亿美元,而小麦仅有1.4亿美元(FAO数据库),土库曼斯坦将大力发展棉花种植业作为一项重要的经济政策。近年来棉花产量大幅增加,已从2006年的70多万t增长到2012年的120多万t,相应的虚拟水含量也从28亿m3增加到47亿m3,从而导致农业耗水量持续上升。

土库曼斯坦人口仅有500万人左右,2012年却生产了123.5万t棉花;而中国这个全世界最大的产棉国也仅生产684万t棉花,人口却高达13.7亿。这说明该国生产的棉花并非用于本国国民,而是基本用于出口,不论是原料出口,还是纺织物出口。土库曼斯坦2012年棉花的出口相当于出口了大约47亿m3的虚拟水,这对于土库曼斯坦这样严重缺水的国家是不可持续的,所以土库曼斯坦有必要根据虚拟水战略调整国家的经济结构。

3 土库曼斯坦实施虚拟水战略的必然性、途径与效益评价

3.1 土库曼斯坦实施虚拟水战略的必然性

倘若按照现有的水资源消耗模式,随着人口的增加和经济的进一步发展,未来土库曼斯坦水资源消耗量还会继续增加。但该国现今的水资源使用量已达到极限,2004年已达到279.58亿m3(表1),超过了正常降水年份的可用水资源量247.65亿m3,所以提供现需的水资源都很困难,更何况消耗量还会继续增加。

近期中亚地区包括中国的西北地区正处于可用水资源较丰富的时期,这源于近期该地区降水量较多和气候变暖导致冰雪融水增多,而冰雪融水是这一区域河流水量的主要来源[10]。但降水的多寡在历史上是周期性变化的,周期究竟是多长虽无定论,但一般在20年到50年之间,到现在为止这一地区降水量丰富的时间已有20年左右,因此在不久的将来将会进入降水量缺乏的时期。由于气温上升导致了冰雪融水增多，因此增加了河流水量。但这种趋势是不可持续的，因为冰雪的总储量是有限的。所以，未来这一地区包括土库曼斯坦的水资源可用量将会大量减少,这对已经几乎消耗了每年所有可用水资源的土库曼斯坦将会有灾难性的影响。所以为了保障未来国民的正常生活,必须实施虚拟水战略,逐步减少每年消耗的水资源,即使付出一定的社会和经济成本。

3.2 土库曼斯坦实施虚拟水战略的途径

虚拟水战略是指缺水国家和地区通过贸易的方式从富水国家和地区购买水密集型农产品尤其是粮食,来获得水和保证粮食安全。

因为土库曼斯坦的农业生产尤其是棉花和小麦,消耗了太多的水资源,大约占到水资源消耗总量的20%左右(表1、表4),所以该国的虚拟水战略可通过下面4种途径来实现:①彻底结束棉花生产,将所有节约的水用于工业、服务业、居民生活和生态需水,这样每年将会从农业部门向外转移47.05亿m3(表4)水资源。②即使仅仅减少10%的棉花生产,也会减少耗水量4.705亿m3,这接近2004年工业用水总量的一半。③减少50%的小麦生产,每年将会从农业部门向外转移6.3亿m3水资源。④即使仅仅减少10%的小麦生产量,也会减少耗水量1.26亿m3。⑤同时减少一定比例的棉花和小麦生产。

3.3 虚拟水战略对土库曼斯坦经济的影响

如果土库曼斯坦按照上述方法实施虚拟水战略,则对经济的影响会出现以下情形:①彻底结束棉花生产,将所有节约的水用于工业生产,这样每年将会从农业部门向工业部门转移47.05亿m3水量(表4)。根据2004年土库曼斯坦工业用水效益(表1)和该国棉花收益(FAO数据库)可知,工业增加值将会增加153.38亿美元,而农业不变价净产值仅减少4亿美元。②即使仅仅减少10%的棉花生产,也会减少耗水量4.705亿m3,用于工业生产,工业增加值将会增加15.338亿美元,而农业不变价净产值仅减少0.4亿美元。③仅仅减少50%的小麦生产,节省的水资源全用于工业生产。这样工业用水将会每年增加6.3亿m3,工业产值将会增加41.07亿美元,农业不变价净产值减少1.4亿美元(根据小麦收益)。④即使仅仅减少10%的小麦生产量,节约的水资源全用于工业生产,工业产值将会增加4.107亿美元,农业不变价净产值减少0.14亿美元。

3.4 虚拟水战略对土库曼斯坦生物多样性的影响

根据世界自然保护联盟(IUCN)提供的有关土库曼斯坦数据做出图1。

图1 1990—2010年土库曼斯坦受威胁物种

土库曼斯坦生物多样性丧失本就尤为突出(图1),2005年之后,大规模的农业灌溉和引水筑坝等工程导致生物赖以生存的栖息地和水资源大量减少,从而导致受威胁的物种大量增加,加剧了该国生物多样性丧失。

倘若土库曼斯坦现在实施虚拟水战略,减少农业用水,尤其是减少棉花和小麦耗水量,可将节约的水资源部分用于工业生产和生活用水,其余的用于生态用水[11]。由于土库曼斯坦农业耗水量占总耗水量的94%左右,仅仅棉花和小麦的虚拟水含量就达59.65亿m3(表4),为全国耗水量的21.34%,所以只需小幅减少棉花和小麦的产量就可为工业生产、生活用水和生态用水提供大量的水资源,这将对该国生物多样性的保护产生巨大的推动作用[12]。

3.5 虚拟水战略对土库曼斯坦粮食自给的影响

根据联合国粮农组织(FAO)数据库和世界银行(WBG)提供的有关土库曼斯坦、以色列人口和农产品的数据得出表5、表6。

表5 2012年以色列人口和主要粮食作物产量

表6 2012年土库曼斯坦和以色列主要粮食作物进口量

以色列在20世纪80年代前为保障粮食生产,大力扩展种植面积,造成了全国的水资源短缺,此后以色列政府对农业结构进行了调整,减少了粮食作物的播种面积,再加上先进的滴灌技术,严重的水资源危机已被控制住。现在以色列在有限的水资源消耗量下,控制粮食生产,转而生产沙漠特有蔬菜、水果和花卉,这些农产品不仅满足本国需求还大量出口,在国民收入中占有一定比例,成为世界上发展“高效农业”的典范。表5和表6说明,2012年以色列人口754.2万人,主要粮食产量仅为27.4万t,人均产量0.036 t,进口超过307万t,人均进口量0.4 t;土库曼斯坦人口517万人,主要粮食产量为138.7万t,人均产量0.27 t,进口仅为18.5万t,人均进口量0.036 t。对比可得，以色列的粮食安全主要依赖粮食进口保障,土库曼斯坦则主要依赖自己生产;土库曼斯坦将每年的粮食生产量降到现在的13.4%左右,其每年人均粮食生产量也与以色列相当。1995年12月12日,第50届联大会议通过决议,土库曼斯坦为永久中立国。而以色列不仅不是“永久中立国”,从建国至今与阿拉伯人的战争持续不断,最近的一次战争直到2014年8月底才停止。由于双方政策强硬,短期内根本没有实现长久和平的可能。因此,以色列的国家安全根本无法与土库曼斯坦相提并论。而以色列却已经成功地依靠进口保障粮食安全,所以土库曼斯坦完全可以学习以色列的成功经验,实施虚拟水战略,减少粮食生产,依靠进口保障粮食安全。

4 土库曼斯坦实施虚拟水战略的可行性分析

在实施虚拟水战略上,以色列走在世界的前列,依靠虚拟水战略和先进的滴灌技术,发展了“高效农业”。1998—2004年,尼罗河流域国家每年的虚拟水净进口量为27亿m3左右[13]。非洲的某些国家也已开始实施虚拟水战略,南非发展共同体的某些国家每年从南非进口产品的虚拟水含量达到6 500万m3[14]。土库曼斯坦完全可以仿效这些国家实施虚拟水战略,但实施该战略也会受到一些因素的影响,主要因素有：①经济实力。虚拟水战略实施最成功的是以色列,这与以色列发达的经济实力密切相关。②思想观念的转变。实施虚拟水战略要求调整观察国家安全的视角,必须做到由“粮食自给”政策转变为依靠进口保障“粮食安全”[15-17];对水资源的价值上,必须从国民经济和社会全面可持续发展的角度上认识。③制度安排。水资源分配的调整,经济结构的转变,节水意识和节水观念的树立,节水投入的增加等方面只能在有效的制度安排下才可能实现[18]。

4.1 经济实力

土库曼斯坦2012年人均GDP已经达到 6 000美元左右,在世界上属于中等收入的国家,所以土库曼斯坦当前具备一定的经济实力,可以承受一定程度的虚拟水战略所需的经济结构调整。土库曼斯坦农业耗水量虽然占到总耗水量的95%左右,但农业增加值却很少,仅仅为12.99亿美元，占GDP的15%左右;仅占总耗水量3%左右的工业,增加值却高达27.35亿美元(表1)。该国天然气储量丰富,占全球的10%左右,位列全球第4位,其工业主要依靠能源生产,石油天然气产业是其支柱产业,与农产品关联度很低,故实施虚拟水战略对土库曼斯坦的经济总体影响不大,完全在承受范围内。

4.2 思想观念

对土库曼斯坦而言,实施虚拟水战略最主要的限制因素就是思想观念。①棉花生产为该国着重发展的经济作物,但棉花的虚拟水含量和收益表明虽然是一种传统的重要经济作物,但对于严重干旱的国家是不适宜生产的。同处干旱区的以色列棉花单产量全球第一,但为了控制用水量,棉花种植面积一直很低。减少棉花种植对土库曼斯坦经济损害较小,但种植棉花的收益是很多土库曼斯坦农民的主要收入来源,因此会对大量的农民造成伤害。虽然种植棉花可带来一定收益,但收益很低,耗水量却很大,一个水资源贫乏的国家将耗水量极大的棉花生产作为一项保障国民收入的重要手段是不可持续的,这也是以色列拥有全球最高的棉花单产量,却自动放弃大规模生产棉花的原因。因此减少棉花生产虽然短期内会对很多农民的收入造成一定影响,但可通过加大发展石油天然气产业,尤其是储量丰富的天然气,吸收剩余的劳动力来解决。②实现粮食自给为该国的一项重要国策,这也是农业耗水量持续增加的一个重要原因。用进口保障粮食安全对很多国家都是难以接受的,但以色列的成功经验表明即使是长期处于战争或准战争状态的国家都可以做到,对土库曼斯坦这样的“永久中立国”更有可能做到。

4.3 制度安排

土库曼斯坦在制度安排上相对容易。①该国棉花和小麦耗水量太高,2012年就消耗了59.65亿m3的水资源,占据了全国耗水量的24%左右(表1、表4),所以土库曼斯坦仅仅只需减少少量的棉花或小麦种植就可以节约大量的水资源。与此同时,增加水果种植面和加快石油天然气产业的发展,以创造更多的产值和吸收因减少棉花和小麦生产带来的富余劳动力。②该国在取水过程中由于蒸发和渗透,损失率高达31%(FAO数据),因此可以向以色列学习其先进的输水技术和滴灌技术,以减少损失率。

5 结论与讨论

水资源短缺是21世纪干旱区面临最主要的生态和社会经济问题之一。虚拟水和虚拟水战略将水资源的问题引入到社会经济系统中,拓宽了解决水资源短缺问题的方案选择集。因为距离的关系,实体水贸易运输成本通常很高,实际运作也很困难,因此虚拟水战略日益引起了缺水国家或地区政府和科研人员的重视,并开始在水资源战略管理中进行实践。对于水资源紧缺的区域,虚拟水战略提供了宝贵水资源的一个较好地利用方法,并且该方法不会产生恶劣的生态后果,能较好地减轻当地水资源短缺的问题。当世界或地区粮食价格低于缺水地区的价格时,虚拟水战略的作用就更加明显。

笔者利用虚拟水理论,基于土库曼斯坦水资源总量、水资源部门分配和农产品虚拟水含量,对该国实施虚拟水战略的效益进行评价,并对实施的紧迫性和可行性进行分析。结果表明,该国现行的水资源模式是不可持续的,若维持现有的模式,未来将会有灾难性的后果,该国必须实施虚拟水战略,即使付出一定的社会的和经济成本。

虚拟水战略是解决土库曼斯坦乃至整个中亚水资源危机的有效工具[19],但虚拟水战略的成功实施需要相应的政策提供保障,例如:适当的水资源定价和生态补偿机制等[20-21]。虚拟水战略的实施需要相应的社会资源适应能力,比水资源短缺更严重的是面对水资源短缺时国家和社会的应对和调整的能力。因此,实施虚拟水战略的必须首先确定政府的角色并做好国家的宏观调控[22]。

由于时间及能力的限制,本文研究所采用的资料大多来自于网络数据库、相关书籍和学术期刊,实地调查的第一手资料较少。另外,利用虚拟水战略对土库曼斯坦工农业结构进行优化时理论研究不够透彻,涉及的层面和角度也不够全面,所得结论有一定的局限性。由于相关资料缺乏,测定土库曼斯坦主要农产品虚拟水含量时,仅仅是采用与土库曼斯坦生态环境类似的我国新疆单位质量农产品虚拟水含量与该国农产品产量进行大概估计,导致得出的土库曼斯坦主要农产品虚拟水含量会存在一定误差,这些问题都需要进一步收集相应的资料以完善研究结果。

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