居民畜产品消费增长对农业用水量的影响

2014-07-18田贵良吴茜

中国人口·资源与环境 2014年5期

田贵良　吴茜

摘要：随着国民经济增长和人们收入水平提高，居民食品消费中畜产品所占的比重和绝对量均呈现不断增长的态势，由于畜产品生产需以谷物为饲料，我国畜产品产量增长将诱发谷物产量的大幅增加，而谷物是传统水资源密集型产业，虚拟水含量较高，谷物产量增长势必引发区域用水量的增加。论文从畜产品全生产链角度，基于虚拟水理论分析畜产品产量增长对区域用水量的影响。选用我国2002-2010年间省际面板数据设定面板协整模型，分析我国畜产品产量、谷物产量与区域用水量增长的长期关系。模型结果显示，我国各省（市）畜产品产量、谷物产量与区域用水量之间存在着长期稳定的面板协整关系，畜产品产量提高对区域用水量增长具有较强的长期正向相关关系。研究得出，畜产品消费增长诱发畜产品产量增加，带动作为上游产品的谷物产量上升，进而引发区域用水量增长，这是居民畜产品消费增长对区域用水量影响的基本路径。因此，为实现在不加剧缺水地区水资源压力的前提下满足居民日益增长的畜产品需求，要求提高畜产品的水资源生产力，从畜产品全生产链的角度，通过节水技术和有效的水资源管理政策降低饲料生产环节的虚拟水含量，这对于畜牧产品整条生产链的节水作用将十分显著。本研究提出利用虚拟水贸易的方式，借助畜产品及其饲料产品的国际或区际进口，以降低畜产品消费增长对缺水地区用水量的影响，并提倡引导建立可持续的食品消费模式和结构，以实现区域水资源禀赋与食品消费模式的协调发展。

关键词：虚拟水；畜产品；消费；区域用水量；全生产链

中图分类号 X24 文献标识码 A

文章编号 1002-2104（2014）05-0109-07

随着国民经济的持续快速增长，中国城乡居民食品消费水平不断提高，消费结构不断升级，主要趋向于肉类食品消费量和消费比例的迅速增长。居民食品消费模式与区域经济系统的水资源利用量之间存在密切的联系，居民食品消费中畜产品比例和绝对量的增长，不仅增加畜产品生产环节的用水量，更重要的是引发作为饲料的谷物生产量大幅上升，从而在更深层次加重对区域水资源的依赖。Wilhite等提出居民食品消费是影响资源环境问题的一大关键要素[1-2]。实际上，在发达国家食品部门消耗的能源量占能源消耗总量的比例高达20%[3]。随着食品行业的快速发展和食品结构的逐渐变“重”，食品消费的资源环境影响终于引起了人们的警觉和政策制定者的关注[4]。水资源消耗是居民食品消费对资源环境影响的主要方面，按照世界粮农组织的规定，每日膳食能量摄入2.7×106 cal是衡量粮食安全的一个广泛采用的指标[5]，而生产1.0×103 cal的食物平均需要1.0 L水[6]。因此，在实现粮食安全的情况下，从居民消费食物的角度，平均每人每天需要消耗2.7 m3水。根据农业水资源管理综合评估报告，2050年世界农业生产每年将面临3.3×106 m3的用水缺口[7]。此外，随着人们生活水平的改善，更多的人群增加对动物性食品的消耗，而每卡动物性食品在整个生产链过程中需要消耗数倍于谷物食品的水资源[8]。畜产品生产深刻影响区域水资源系统，畜产品生产过程中需要多种水资源，牲畜除了直接饮水和清洗等服务用水外，其食用的饲料生产更是需要大量的水资源。牲畜所消费的饲料产品生产所需水量通常是直接饮用水量的几十倍甚至数百倍之多[9-10]。Steinfeld等也提出食品生产尤其是畜牧产品生产对资源与环境具有深刻影响[11]；Katrien等直接指出人类对畜产品的大量需求诱发畜产品产量的大幅增长，如果管理不当的话，将给区域环境和水资源形成巨大压力[12]。当前，农业用水量占据人类用水量的比例高达75%，为最大用水部门[13-16]。Rockstromh和Barron分别指出，作物-畜产品系统对有限水资源的过度开发已经导致地下水位下降、河流流量减少，进而恶化湖泊和湿地水环境[17]。我国学者王新华定量测算了消费结构变化导致的虚拟水消费结构的变化和虚拟水消费量的增加，结果显示：城市居民人均每日虚拟水消费量增加了54.72 m3，农村居民人均每日虚拟水消费量增加了58.94 m3，全国由于消费结构变化增加的水资源需求量为746.35亿m3[18]。因此，研究畜产品生产对区域用水量进而对区域水安全的影响要从畜牧产品的整条生产链进行考量。实际上，由于产品和服务（尤其是农产品）在生产全过程所需要的水资源量既为该产品或服务的虚拟水（Virtual Water）[19]，畜产品生产对区域用水量的影响主要通过其全生产链形成的虚拟水量来体现的。然而，当前关于居民畜产品消费与水资源利用量之间关系的研究还很有限，传统认识上，人们对畜产品的水资源需求也仅停留在该产品的直接生产过程，而没有看到畜产品生产诱发上游环节对水资源的消耗量。居民食品消费模式对水资源利用具有深刻的影响和导向性，学术上急需研究居民消费不同食品对区域虚拟水量的基本影响规律，从而正确把握居民食品消费模式改变对区域水安全的影响趋势。如果能真实地描述居民畜产品消费与水资源消耗之间的逻辑关系，将有利于分析、理解居民畜产品消费增长对水资源系统的压力，可为水资源管理提供重要的信息和决策支持。

1 基于虚拟水视角的畜产品生产对区域用水量影响

畜产品生产对区域用水量的影响体现为该畜产品全生产链形成的虚拟水量，包括畜产品消耗饲料的虚拟水含量、饮用水以及其他卫生服务消耗的水量。畜产品虚拟水含量计算过程十分复杂，是当前研究的热点和难点。荷兰学者Chapagain和Hoekstra对牛生长全过程需要的虚拟水量和由牛得到的畜产品加工过程用水量做了详细的定性描述和定量分析，并给出了畜产品虚拟水含量的具体计算方法和步骤[20]。国内学者王红瑞、姚蓝等从事了畜产品虚拟水量的测算研究[21-22]，其研究思路可概括如下，畜产品的虚拟水含量取决其来源的动物类型（如牛肉制品取决于牛的虚拟水量特性）、动物生长过程中的饲养状况和生产这种产品的地理位置。畜产品虚拟水量主要包括如下三个部分：

（1）活体动物饮用环节的虚拟水含量。

（2）设施用水形成的虚拟水量。

（3）上游饲料产品全生产链用水量。

畜产品的生产需要消耗谷物饲料，猪、牛、羊等肉类动物均是以几倍、几十倍甚至几百倍的植物量才能换得一定的动物量。据有关专家测算，生产1 kg肉类蛋白所消耗的粮食资源将是植物蛋白的20倍[23]。单位耕地所能供养素食者的人数是肉食者的14倍，也就是说，肉食者占用的耕地是素食者的14倍[24]。同样，对于水资源利用来说也是如此，粮食作物尤其是谷物的生产是水资源密集型产业，在气候适宜条件下，生产1 kg的谷物需要1-2 m3的水，而在干旱不利的气候条件（高温、高蒸发）的国家，生产1 kg的谷物需要3 m3以上水资源。因此，畜产品形成的整条生产链中，通过对谷物饲料的需求从而形成区域用水量的增加在畜产品的总用水量中占据绝大部分比重。

综上，基于虚拟水的概念视角，考量畜产品的全生产链，即从其所涉及的最初农业初级产品生产开始，至获得供居民消费的畜产品的整条生产链，畜产品生产对区域用水量的影响可用图1[25]表示：

依据畜产品生产链对水资源的需求，国外有多位学者对典型畜产品的虚拟水含量进行了测算，其中以Chapagain & Hoekstra[26]、Zimmer and Renault[27]和Oki et al.[28]的计算结果最为权威，计算结果如表1所示。由此可见，以Chapagain & Hoekstra的计算结果为例，居民每消费1 kg牛肉等价于消耗近16 m3的水资源。在此背景下，居民食品消费模式的改变，尤其是畜产品消费量的增长，将成为畜产品生产规模扩大的强劲动力，促进畜产品产量的增加，这就要求谷物种植量的相应扩大从而为畜产品生产提供充足的饲料来源，在此生产链作用的引导下区域农业生产的虚拟水量将大幅上升，甚至引发巨大水资源缺口，并危及粮食安全。

2.1 变量选取

（1）区域用水量。本研究所涉及的区域用水量包括谷物生产用水、活体动物饲养用水等，因此，用水量多集中在农业部门，本研究选用农业用水量来衡量区域用水量的变化。

（2）畜产品消费量。本研究中的畜产品消费是作为畜产品产量增加的一个主要动力因素，本质上，畜产品消费增长对区域用水量的影响还是通过诱发畜产品产量增加来实现的，因此，本研究用畜产品产量来间接代表居民畜产品消费的变化。

（3）饲料供给量。我国畜产品多数还处于家庭或小规模生产形式，谷物是畜产品的重要饲料来源之一，由于我国口粮的增加基本较为稳定，谷物产量的增加很大程度上是作为畜产品生产的饲料来源的。因此，这里选用我国各省（市）多年谷物生产量反映畜产品产量增加对谷物需求的影响和变化情况。

（3）作为畜产品饲料来源的谷物生产规模扩大是区域用水量增加的本质原因。方程（3）的协整结果显示，谷物产量与区域用水量之间存在着正向强相关关系。这也是畜产品产量增长致使区域用水量增长的本质原因。从事畜产品生产的畜牧业，其饲料来源于谷物生产。谷物生产所需要的水资源量远远高于工业和生活部门，是区域用水量增加的主要原因。即使在农业技术水平高度发达的欧洲国家，谷物灌溉用水量占据区域用水总量的比例也超过70%[32]。大量经济学家甚至将谷物看作是水资源的一种替代形式，认为粮食产品贸易可作为水资源重新分配的一种有效机制，为缺水地区水资源短缺问题提供一种解决途径。

3 居民食品消费模式变化下区域水安全的应对策略

居民食品消费模式改变是不可逆转的趋势，虚拟水这一隐喻通过恰当的贸易模式，充分利用国家（地区）间水资源禀赋优势，缓解缺水地区水资源压力，实践也证明虚拟水贸易在缓解中东和北非地区（MENA）水资源危机中扮演了重要角色。本研究探索在不增加水资源消耗的条件如何满足人们日益增长的畜产品消费，从跨学科的综合视角，研究适应居民食品消费模式改变的水资源政策和农业生产政策，以实现水资源节约和水生态环境的持续改善。因此，本研究认为实现居民畜产品消费增长趋势下的区域水安全相关策略应包括：

（1）提高畜产品的水资源生产力。在居民不断增加对畜产品消费的趋势中，如果缓解畜产品生产与缺水地区水资源短缺的矛盾，当前学术界也越来越热衷于研究畜产品的水资源生产力（live-stock water productivity， LWP）[33]。提高畜产品的水资源生产力意味着在不加剧缺水地区水资源压力的前提下满足居民日益增长的畜产品需求[34-35]。

从畜产品全生产链的角度，提高畜产品的水资源生产力，就意味着在饲料生产环节降低其虚拟水含量，如果能够在饲料生产环节提高水资源利用效率，对于畜牧产品整条生产链的节水作用将十分显著。通常可采用的路径包括如下两条：其一，改善技术措施，通过增加研发投入，发展新技术（比如灌溉技术）减少直接用水系数，并增加投资以使这些节水技术推广应用；其二，制定相应的水资源管理政策，鼓励农民在谷物生产过程中考虑水资源的机会成本，这些政策能够在激励农业提高水资源利用效率和选择低耗水型替代作物中起到关键作用。

（2）利用虚拟水贸易的方式降低畜产品消费增长对区域用水量的影响。一方面，从虚拟水贸易的角度，畜产品贸易可在全球范围实现水资源节约，这种节水效应源自各个国家水资源利用效率的不同。例如，在法国，生产1 kg玉米需要530 L水，相反在埃及则需要1 100 L水。这种不同是因为炎热、干旱或半干旱地区相对于一般地区来说蒸发更为厉害，从全球的角度看，如果在法国生产玉米，进而生产畜产品，埃及从法国进口畜产品替代本国生产，那么不仅可以满足埃及的畜产品消费，也在很大程度上减少了本国生产畜产品对水资源系统的压力。

另一方面，如果考虑到畜产品过度依赖国外进口可能对一国粮食安全产生不利影响，那么，在一个具有多种气候和不同自然区域的国家，虚拟水贸易战略可以在本国内地区间实施。例如我国将来可能面临严重的水危机，毫无疑问，我国可通过虚拟水国内贸易的方式制定虚拟水贸易战略，从而实现水资源的有效节约，以绿水（通常指降雨和土壤水等）利用为例，河南省利用绿水的比重占到83%，而山东这一比例只有32%。为保护华北地区的蓝水（通常指地表水和地下水）资源，华北地区的一些省份农业种植中雨浇农业应该占据更大的比重，而粮食产品可以在省际间进行交换。这就要求我国水土资源耦合条件较好的区域要保证粮食生产的基础功能，并为本地区和国内其他缺水地区提供充足的饲料量，从而满足我国畜产品生产增长对饲料粮需求的不断增加。

（3）实现区域水资源禀赋与食品消费模式的协调发展。缺水地区应逐步优化当前的经济结构和居民食品消费结构，提倡适宜区域水资源条件的区域食品消费结构和模式，对于严重缺水地区而言，一方面，不鼓励水资源密集型产品的过量消费，另一方面，为实现居民消费的多元化，提高居民生活质量，支持水资源密集型消费产品的区域外或国外进口。然而，虚拟水贸易战略应和一系列的用水政策综合运用，孤立地实施虚拟水贸易战略往往难以达到预期的目的，因此，对于缺水地区来说，需要在畜产品这种水资源密集型产品生产链过程中注重水资源要素的稀缺价值，同时，对于畜产品生产环节中实现节水的行为和方式，应对其实施相应的补偿，补偿资金可来源于水资源流转产生的收益，补偿方式通过政府主导的市场模式进行运作。

（编辑：李琪）

参考文献（References）

[1]Wilhite H， Nakagami H， Masuda T ，et al. A Crosscultural Analysis of Household Energy Use Behavior in Japan and Norway [J]. Energy Policy， 1996， 24（9）：775-803.

[2]Brower M， Leon W. Practical Advice from the Union of Concerned Scientists[R]//The Consumers Guide to Effective Environmental Choices. New York：Three Rivers Press， 1999.

[3]Vringer K， Blok K. The Direct and Indirect Energy Requirements of Households in The Netherlands[J]. Energy Policy，1995， 23（10）：893-910.

[4]Mintcheva V. Indicators for Environmental Policy Integration in the Food Supply Chain： The Case of the Tomato Ketchup Supply Chain and the Integrated Product Policy [J]. Journal of Cleaner Production，2005， 13（7）：717-731.

[5]FAO. Food Outlook： Global Market Analysis[R]. Rome Italy：FAO， 2008.

[6]Molden D. Water Responses to Urbanization [J]. Paddy and Water Environment： Special Issue Water Transfers 2007，5 （4）： 207-209.

[7]De Fraiture C， Wichelns D， Rockstrom J， et al. 2007 Looking ahead to 2050： Scenarios of Alternative Investment Approaches[A] //Molden D. Comprehensive Assessment of Water Management in Agriculture， Water for Food， Water for Life： A Comprehensive Assessment of Water Management in Agriculture. International Water Management Institute.London， Colombo： Earthscan， 2007： 91-145.

[8]Popkin B M. The Nutrition Transition in the Developing World[J]. Development Policy Review， 2003，21 （5-6）：581-597.

[9]King J. Livestockwater Needs in Pastoral Africa in Relation to Climate and Forage. ILCA Research Report 7[R]. International Livestock Centre for Africa （ILCA）， Addis Ababa， Ethiopia，1983.

[10]GigarReverdin S， Gihad E A. Water Metabolism and Intake in Goats[A] // MorandFehr . Goat Nutrition. Pudoc.Wageningen：The Netherlands，1991.

[11]Steinfeld H， Gerber P， Wassenaar T， et al. Livestocks Long Shadow： Environmental Issues and Options[R]. Rome Italy：FAO， 2006.

[12]Katrien D， Amede T， Haileslassie A. Improving Water Productivity in Mixed Croplivestock Farming Systems of SubSaharan Africa[J]. Agricultural Water Management，2010，（97）：579-586.

[13]Wallace J. Increasing Agricultural Water Use Efficiency to Meet Future Food Production[J]. Agriculture， Ecosystems and Environment ， 2000，（82）： 105-119.

[14]Postel S . Entering an Era of Water Scarcity： The Challenges Ahead[J]. Ecological Applications，2000，（10）： 941-948.

[15]Rosegrant M， Ximing C， Cline S， et al. The Role of Rainfed Agriculture in the Future of Global Food Production.EPTD Discussion Paper No. 90[R]. Washington， D C： International Food Policy Research Institute （IFPRI）， 2002.

[16]Rijsberman F R. Water Scarcity： Fact or Fiction？[J]. Agricultural Water Management， 2006，（80）： 5-22.

[17]Rockstrom J， Barron J. Water Productivity in Rainfed Systems： Overview of Challenges and Analysis of Opportunities in Water Scarcity Prone Savannahs[J]. Irrigation Science ， 2007，（25）： 299-311.

[18]王新华. 消费模式变化对虚拟水消费的影响[J].中国农村水利水电，2006，（2）：32-34. [ Wang Xinhua. Effect of Consumption Patterns Change on Virtual Water Consumption[J]. China Rural Water and Hydropower， 2006，（2）：32-34.]

[19]田贵良.虚拟水贸易论[M].北京：中国水利水电出版社，2010.[Tian Guiliang. The Theory of Virtual Water Trade[M].Beijing： China Water Conservancy and Hydropower Press， 2010.]

[20]Chapagain A K，Hoekstra A Y. Virtual Water Flows between Nations in Relation to Trade in Livestock and Livestock Products [A]//Value of Water Research Report Series No.13. UNESCOIHE，Delft，the Netherlands，2003.

[21]王红瑞，王军红. 中国畜产品的虚拟水含量[J].环境科学，2006，27（4）：609-615.[ Wang Hongrui， Wang Junhong. Virtual Water Content of Livestock Products in China[J]. Environmental Science， 2006，27（4）：609-615.]

[22]姚蓝，李磊，宿伟玲. 动物虚拟水概念及其应用[J].大连大学学报，2005，26（3）：75-77.[Yao Lan， Li Lei， Su Weiling. Concept of Virtual Water of the Live Animal and Its Application[J]. Journal of Dalian University， 2005，26（3）：75-77.]

[23]许进杰. 我国居民食品消费模式变化对资源环境影响的效应分析[J]. 农业现代化研究，2009，30（5）：534-538.[Xu Jinjie. Effect Analysis about Change of Chinese Residents Food Consumption Patterns on Resources and Environment[J]. Research of Agricultural Modernization， 2009，30（5）：534-538.]

[24]王家新，吴志华.中国可持续粮食消费战略探析[J].中国经济问题，2001，（6）：25-31.[Wang Jiaxin， Wu Zhihua. Strategy of Sustainable Food Consumption of China[J]. Economic Issues in China， 2001，（6）：25-31.]

[25]曹建廷，李原园，张文胜，等.农畜产品虚拟水研究的背景、方法及意义[J]. 水科学进展，2004，15（6）：829-834.[Cao Jianting， Li Yuanyuan， Zhang Wensheng， et al. Research background， Methodological Issues and Significance on Virtual Water of Crop and Livestock Production[J]. Advance in Water Science， 2004，15（6）：829-834.]

[26]Chapagain A K，Hoekstra A Y. Virtual Water： An introduction[A]//Proceedings of the International Expert Meeting on Virtual Water Trade. UNESCOIHE，Delft，the Netherlands，2003.

[27]Zimmer D， Renault D. Virtual Water in Food Production and Global Trade： Review of Methodological Issues and Preliminary Results [A]. Proceedings of the International Expert Meeting on Virtual Water Trade. UNESCOIHE，Delft，the Netherlands，2003.

[28]Oki T， Sato M， Kawamura A ， et al. Virtual Water Trade to Japan and in the World[A]. Proceedings of the International Expert Meeting on Virtual Water Trade. UNESCOIHE，Delft，the Netherlands，2003.

[29]Peden D， Tadesse G， Misra A. Water and Livestock for Human Development[A]//Molden D. Water for Food， Water for Life： A Comprehensive Assessment of Water Management in Agriculture[C]. London， Earthscan and International， UK： Water Management Institute， Colombo， Sri Lanka， 2007： 485-514.

[30]Durning A. How Much Is Enough？ The Consumer Society and the Future of the Earth[R]. London， Earthscan， UK： 1992.

[31]潘耀国.中国肉类消费全景图和大趋势[J]. 西北农林科技大学学报：社会科学版，2011，11（1）：1-6.[ Pan Yaoguo. Panorama and Trend of Meat Consumption in China [J]. Journal of Northwest A&F University： Social Sciences Edition， 2011，11（1）：1-6.]

[32]De Fraiture C， Molden D， Amarasinghe U， et al. Podium， Projecting Water Supply and Demand for Food Production in 2025[J]. International Water Institute， 2001， 26（11-12）：869-876.

[33]Descheemaeker K， Amede T， Haileslassie A. Improving Water Productivity in Mixed Croplivestock Farming Systems of SubSaharan Africa[J]. Agricultural Water Management， 2010， 97： 579-586.

[34]Bossio D. Livestock and Water： Understanding the Context Based on the ‘Comprehensive Assessment of Water Management in Agriculture [J]. The Rangeland Journal， 2009， 31： 179-186.

[35]Amede T， Descheemaeker K， Peden D ，et al. Harnessing Benefits from Improved Livestock Water Productivity in Croplivestock Systems of SubSaharan Africa： Synthesis[J]. The Rangeland Journal， 2009， 31： 169-178.