浙江省工业虚拟水贸易的测算及其影响因素分析

□ 张兵兵 沈满洪

一、引 言

20世纪90年代初提出的虚拟水概念有效地解释了缺水国家如何通过进口粮食实现本国的水资源安全问题,之后虚拟水理论被广泛应用于粮食安全和水资源安全的探究中。然而为解决逐渐加剧的水资源安全问题,工业品贸易中伴随的虚拟水流动同样需要被给予高度重视,因为正如缺水国家通过进口粮食即进口虚拟水来满足本国粮食种植过程中对水资源的需求,缺水国家工业品生产过程中对水资源的需求同样需要通过进口虚拟水得以满足。伴随着工业品贸易的虚拟水流动显然有助于缺水国家或地区解决水资源安全问题。为了使工业虚拟水贸易成为缺水国家或地区解决水资源安全问题的有效手段,对工业虚拟水贸易的深入研究必不可少。浙江省是中国水资源相对丰裕的省份之一,拥有较为丰富的降水量,但水质型缺水仍然是困扰浙江省的一个大问题。为使水资源能够得到有效利用,并响应国家的号召,浙江省在“十一五”规划中便指出了加强节约用水的问题,2013年又提出治污水、防洪水、排涝水、抓节水的五水共治政策思路，以治水推动转型。本文选择浙江省为研究对象,对其工业品贸易中伴随的虚拟水流动量进行测算,并在此基础上对影响其变动的因素进行分析,试图通过调节工业虚拟水贸易量变化的影响因素达到调控虚拟水贸易,节约区域内工业用水,最终达到保障水资源安全的目的。

二、文献综述

虚拟水的概念首次由Tony Allan(1993,1994)*ALLAN J.A., Fortunately There Are Substitutes for Water Otherwise Our Hydro-political Futures Would Be Impossible, In: Priorities for Water Resources Allocation and Management, ODA, 1993, 13-26.*ALLAN J.A., Overall Perspectives on Countries and Regions, In: P. Roger and P. Lydon, Water in the Arab World: Perspectives and Prognoses, Harvard University Press, 1994, 65-100.提出并正式界定为生产商品或服务所需要的水资源。它们在最终产品中是看不见的,但确是实实在在存在的,如Chapagain 和Hoekstra(2003)*CHAPAGAIN A. K., HOEKSTRA A. Y., Virtual Water Trade: a Quantification of Virtual Water Flows between Nations in Relation to International Trade of Livestock and Livestock Products, In: A. Y. Hoekstra(ed.), Virtual Water Trade: Proceeding of the International Expert Meeting on Virtual Water Trade(No. 12), IHE Delft,2003,49-76.测算出生产1千克谷物、奶酪、牛肉分别需要用水1000-2000千克、5000-5500千克、16000千克。虚拟水也可以叫做嵌入水或外生水,外生水就反映了进口虚拟水国家使用了非本国水资源,进而可以将外生水作为本国的固有水资源*HADDADIN M. J., Exogenous Water: A Conduit to Globalization of Water Resources, In: A. Y. Hoekstra (ed.), Virtual Water Trade: Proceeding of the International Expert Meeting on Virtual Water Trade(No. 12), IHE Delft,2003,159-169.。贫水国家或地区可以通过贸易的方式从富水国家或地区购买水资源密集型的产品来弥补本国缺水的现状,最终使本国或地区虚拟水呈净进口状态,这样就能够缓解水资源带来的压力。中东地区每年靠粮食补贴购买的虚拟水量相当于尼罗河每年流入埃及的水量,这正是通过虚拟水的进口缓解本国用水紧张的困难。

由于产品的生产过程中有许多影响虚拟水量的因素,如(1)不同时间地点,相同产品的虚拟水含量可能不同;(2)测算方法的选取以及测算过程中使用的数据都会影响最终测算结果;(3)测算虚拟水量所需要的数据相对难以获得等,所以虚拟水的测量并不是那么容易,但学者们还是针对不同情况提出了相应的虚拟水测量方法,主要有基于水足迹的虚拟水量测算和基于投入产出分析的虚拟水量测算两种。其中基于水足迹的虚拟水量测算方法仅适用于农作物、动物及动物产品的虚拟水量测算,并不适用于工业产品虚拟水量的测算。由于工业产品种类繁多,生产工序复杂,并且不同产品生产工序各不相同,寻找直接测算工业产品虚拟水量的方法很困难,基于投入产出分析的虚拟水量测算则是从间接角度去测算工业行业贸易中的虚拟水量。

一些学者采用投入产出分析对不同地区的虚拟水贸易进行了分析,验证了该方法的有效性,同时让我们看到不同国家或地区虚拟水贸易的状况。由于所选年份、使用数据以及行业划分有所不同,测算结果并不具有可比性。黄晓荣等(2005)*黄晓荣、裴源生、梁川：《宁夏虚拟水贸易计算的投入产出方法》，《水科学进展》，2005年第4期。测算了宁夏2002年农业、工业、建筑、货运、商业及非物质产业部门贸易中的虚拟水量,结果显示其工业、货运、非物质产业的虚拟水显示为净进口状态,其他部门虚拟水显示为净出口状态,并且最终总虚拟水显示为净出口状态,这种贸易结构对于水资源严重贫乏的宁夏来说是不合理的,需要做出调整;周姣和史安娜(2008)*周姣、史安娜：《区域虚拟水贸易计算方法及实证》，《中国人口·资源与环境》，2008年第4期。对华北六省1997年各部门贸易中虚拟水中的新鲜水量和废水量分别进行了测算,结果新鲜水最终净流出42.57亿立方米,废水净流入3.864亿立方米,表明华北地区在丧失新鲜水的同时也带来了水污染,现存的贸易结构对节水极为不利;朱启荣和高敬峰(2009)*朱启荣、高敬峰：《中国对外贸易虚拟水问题研究—基于投入产出的分析》，《中国软科学》，2009年第5期。、夏冰等(2011)*和夏冰、张宏伟、王媛等：《基于投入产出法的中国虚拟水国际贸易分析》，《环境科学与管理》2011年第3期。、雷玉桃等(2012)*雷玉桃、蒋璐：《中国虚拟水贸易的投入产出分析》，《经济问题探索》，2012年第3期。也对中国贸易中的虚拟水量进行了测算,并指出中国贸易结构中不利于节水的因素;梅燕和沈浩军(2013)*梅燕、沈浩军：《基于投入产出法的浙江省虚拟水贸易实证分析》，《技术经济》， 2013年第9期。采用投入产出分析法计算并分析了2005年和2007年浙江省各产业部门的虚拟水贸易量,得出浙江省虚拟水贸易结构是农业和重工业为净输入虚拟水行业而轻工业为净输出虚拟水行业。

虚拟水贸易是一个复杂事物的综合体,涉及经济、社会和生态等多方面因素,对于中国区域间的虚拟水贸易,地区经济、市场壁垒等经济因素,水安全制约等社会因素以及环境生态平衡等生态因素都是影响其发展的重要方面*周姣：《中国区域间虚拟水贸易影响因素分析》，《经济研究导刊》，2010年第36期。,而国际虚拟水贸易还要涉及到国家政治、国际政治环境等政治因素*刘红梅、王克强、刘静：《虚拟水贸易及其影响因素研究》，《经济经纬》， 2008年第2期。。刘红梅等(2010)*刘红梅、李国军、王克强：《中国农业虚拟水国际贸易影响因素研究—基于引力模型的分析》，《管理世界》，2010年第9期。基于引力模型对中国与40个贸易伙伴国1994-2008年面板数据进行实证检验,验证了中国农业虚拟水国际贸易中虚拟水出口与劳动力要素水平、技术水平、汇率水平等地正相关性以及与水资源要素禀赋、经济发展水平等地负相关性;熊航和黎东升(2011)*熊航、黎东升：《基于主要国家截面数据的虚拟水出口影响因素实证分析》，《生态经济》，2011年第6期。采用逐步回归分析对39个主要国家的截面数据进行实证,结果显示耕地面积、人均GDP、水自给率、粮食单产对农业虚拟水出口量具有显著正效应;马超等(2012)*马超、许长新、田贵良：《农产品贸易中虚拟水流的驱动因素研究》，《中国人口·资源与环境》，2012年第1期。也采用逐步回归分析对32个典型农业虚拟水贸易国家的截面数据进行实证,结果表明资源的稀缺程度、区域经济发展水平、社会调适能力对虚拟水进口对虚拟水进口有正向驱动作用,农业用水效率对虚拟水进口则有反向驱动作用。综合上述所列实证研究结果,发现各因素对虚拟水贸易的作用受研究所选国家及所使用数据的影响,并不能得到普适的结论,另外,影响虚拟水贸易的因素很多,但实际上能够被数量化用在实证中的并不多。本文采用在碳排放影响因素分析中被广泛使用的指数分解分析,试图将虚拟水贸易量分解为最直接的影响因素。

三、浙江省2010年工业虚拟水贸易量的测算与分析

(一)基于投入产出分析的虚拟水测算方法简介

投入产出分析是研究经济系统中各个部分之间在投入与产出方面相互依存的经济数量分析方法,列昂惕夫从1931年开始研究投入产出分析,并编制美国1919年、1929年的投入产出表用于经济问题研究。投入产出表主要利用了它所反映的物质技术联系,这种联系主要是通过直接消耗系数反映的：aij=xij/xj(i,j=1,2,…n)，其中aij为直接消耗系数,表示第i部门生产单位直接消耗第部门的产品的数量。设X为各部门总产品的列向量,即X=(x1,x2,…xn)T,Y为各部门最终产品组成的列向量,即Y=(y1,y2,…yn)T,则会有AX+Y=X,其中A=(aij)nxn,为直接消耗系数矩阵,表示第j部门所需要的第部门的投入。则有X=(1-A)-1Y,B=(I-A)-1为完全需求系数,表示第j部门最终需求增加1单位引起的第i部门的国内总产出,C=(1-A)-1-I为完全消耗系数。

将国民经济行业用水量纳入投入产出表中就可以得到水资源投入产出表,通过测算分析各部门的直接用水系数和完全用水系数就能够得到贸易中的虚拟水量：

直接用水系数：Qj=Wj/Xj

完全用水系数：BQj=qj(I-A)-1

用水量输出：WE=BQE

用水量输入：WM=BQM

净输出水量：Wnet=WE-WM

其中Wj表示j行业的用水量,Xj表示j行业的产值,E、M分别为投入产出分析表中调出和调入的列向量,BQj表示满足第j部门最终需求增加1单位所需要的国内水资源量。

(二)浙江省2010年工业虚拟水贸易量的测算

20世纪50年代初,西方国家都纷纷编制投入产出表,运用投入产出分析解决世纪经济问题,中国从1959年开始便有人倡导编制投入产出表,但直到1986年国务院决定正式编制全国1987年投入产出表,并且决定以后每5年编制一次,每3年编一次延长表(即在小规模调查的基础上,以前一次正式表为基础,运用一定的编表方法完成)。目前中国及部分地区都已经正式编制了1987、1992、1997、2002、2007年全国投入产出表,以及1990、1995、2000、2005、2010年全国投入产出表延长表。本文利用2010年浙江省投入产出表延长表对浙江省2010年工业产品虚拟水贸易情况进行测算并对其进行分析。

按照基于投入产出分析的虚拟水量测算过程,首先要计算新鲜水直接用水系数Qj=Wj/Xj,Wj表示j行业的直接新鲜水量,Xj表示j行业的总产出。本文各行业2010年使用新鲜水量来源于浙江省统计局未公开数据,由于行业总产出来源于2010年浙江省投入产出表,所以综合二者对工业行业的分类,最终将工业分为煤炭开采和洗选业、金属矿采选业等24个行业,经计算2010年浙江省新鲜水直接用水系数结果如表1。再利用BQ=Q(I-A)-1计算新鲜水完全用水系数,其中BQ表示各行业新鲜水完全用水系数的行向量,Q表示各行业新鲜水直接用水系数的行向量,(I-A)-1为列昂惕夫矩阵,也即完全消耗系数,可由投入产出表直接得到。最后利用Wjnet=BQjEj-BQjMj计算出浙江省2010年工业各行业的虚拟水净输出量,其中Ej、Mj分别为j行业调出外省与调入省内的产值,最后计算结果如表1。

表1 浙江省2008年和2010年虚拟水贸易情况

直接用水系数与考察工业用水程度的万元工业产值用水量概念实质上具有相同的意义,都是衡量各行业新鲜水直接使用量的指标,并且该指标考虑了工业产值,使其在行业间更具可比性。从表1的测算结果看,不同行业的单位产值新鲜水直接使用量差别很大,其中单位产值新鲜水直接使用量最多的是水的生产和供应业,达到4490.68立方米/万元,远远超过其他各行业单位产值新鲜水直接使用量,甚至超过其他各行业该指标之和,这很好理解,该行业生产和供应水资源,必然需要大量新鲜水投入。除此之外,各行业的单位产值新鲜水直接使用量均在几十或几立方米/万元,其中煤炭开采和洗选业最大,其次是造纸印刷及文教用品制造业、电力、热力的生产与供应业、纺织业等,说明这些行业是单位产值新鲜水直接使用量大的行业。另外,测算所得的浙江省2010年石油和天然气开采业的直接用水系数为0立方米/万元,这是由于浙江省2010年石油和天然气开采业的总产出为零,所以并没有新鲜水的直接使用。

新鲜水直接用水系数仅考虑了以自然形态投入的新鲜水数量,但实际生产过程中由于使用中间产品而产生对水资源的消耗称为间接用水,直接用水和间接用水之和称为完全用水,而虚拟水是生产商品或服务所需要的水资源,应考虑完全用水。从表1中所测算出的完全用水系数结果,可见各行业单位产值新鲜水完全用水量相对于单位产值新鲜水直接使用量更为集中,除水的生产和供应业单位产值新鲜水完全用水量偏大,石油加工、炼焦及燃料加工业、燃气生产和供应业、石油和天然气开采业单位产值新鲜水完全用水量偏小外,其他各行业单位产值新鲜水完全用水量都集中在二十几或三十几立方米/万元,各行业单位产值新鲜水完全用水量相差并没有很大。

浙江省2010年虚拟水总输出20.0703亿立方米,其中有6个行业虚拟水呈输入状态,4个行业无虚拟水流动,14个行业虚拟水呈输出状态。向省内进口虚拟水的行业集中在废品废料、金属矿采选业、金属冶炼及压延加工业、化学工业等重工业行业,而向省外出口虚拟水的行业集中在纺织业、纺织服装鞋帽皮革羽绒及其制品业等轻工业行业和电气、机械及器材制造业、通用、专用设备制造业等部分重工业行业。另外,各行业虚拟水流动量有较大差异,这与完全用水系数以及净贸易量两方面原因均有着直接的联系。浙江省本就是中国水量充沛的省份之一,在虚拟水贸易上出现净输出状态,一定程度上解决了缺水地区水资源不足状况,使中国水资源分布不均的问题有所缓解。但事实上,浙江省的水资源也在逐渐下降,同时水质型缺水问题严重,为避免缺水时才节水的情况发生,浙江省在水资源利用以及虚拟水贸易方面也要考虑进节水因素,尽量减少水资源的浪费。

四、浙江省工业虚拟水贸易变化的影响因素分解分析

工业虚拟水贸易量等于完全用水系数与工业品贸易量的乘积,一方面,不同工业行业的完全用水系数有很大差异,这与不同工业行业生产工艺、生产技术以及生产过程等不同有关,另一方面,不同工业行业的贸易量也存在差异,这由国内与国外或区域内与区域外市场、监管等因素共同决定,但相对来说贸易量的变动更容易实现。引入指数分解的思想,将完全用水系数差异对虚拟水流动量的影响记为强度效应,而贸易量差异对虚拟水流动量的影响即为结构效应,选取恰当的指数分解方法就可以将工业虚拟水贸易变化分解为其两个最直接影响因素的变化。为验证强度效应与结构效应对虚拟水贸易变化的作用,本文对浙江省2008年工业产品的虚拟水贸易量进行测算,再对2008-2010年虚拟水流动量的变动进行指数分解分析。

(一)浙江省2008年工业虚拟水贸易量的测算

基于浙江省2007年投入产出表,假设2008年各行业之间的投入产出关系基本保持不变,在消除汇率和物价变化对贸易额的影响后得到2008年各行业进(出)口贸易额,然后按照上述测算浙江省2010年工业产品虚拟水贸易的过程测算得到浙江省2008年工业产品虚拟水流动情况(见表1)。很明显2010年浙江省的工业新鲜水直接用水系数与完全用水系数都要分别低于2008年的相应数据,也就是说2010年相较于2008年,浙江省单位工业产值新鲜水直接用水量与单位产值新鲜水完全用水量均有下降,说明有技术进步对工业用水的节约做了贡献。而不同于2010年浙江省虚拟水贸易呈现的净出口状态,2008年浙江省虚拟水贸易呈现净进口状态,净进口16.72亿立方米,从逻辑上分析,浙江省虚拟水贸易2008年到2010年的变动主要来源于浙江省工业的发展使工业出口增加以及出口结构的改变。接下来本文就利用指数分解的思想对浙江省2008年到2010年虚拟水贸易的变动进行分解,实证检验逻辑上的推断。

(二)浙江省2008-2010年虚拟水贸易变化的指数分解分析

指数分解是对表示某一变量相对变化的指数通过数学上的等式变换将其分解成具有一定实际可解释意义的变量的过程，它经常被用来研究某事物的影响因素。Liu和Ang(2003)*F.L.Liu, B.W. Ang, Eight Methods for Decomposing the Aggregate Energy-Intensity of Industry, Applied Energy, 2003(76): 15-23.对指数分解分析方法做了详细的研究和阐释,列举了指数分解的八种方法,分别给出了各种方法的具体分解形式,总结了前人对它们的应用。结合蒋金荷、徐波(2008)*蒋金荷、徐波：《能源强度指数分解方法评价及中国能源的实证分析：1990-2006》，国际应用统计学术研讨会，2008年。提出的指数分解分析方法选择标准,考虑到本文分解因素少,且并不存在数据为零的情况,本文选取操作简单且能够将变量完全分解的Fisher理想指数分解法对影响浙江省工业虚拟水贸易变动的因素进行研究。

由于贸易虚拟水总量等于各行业贸易量与对应行业完全用水系数乘积之和,若使该等式两边分别除以总贸易量,则可得到贸易虚拟水强度等于各行业贸易比重与对应行业完全用水系数乘积之和,其中贸易虚拟水强度即为贸易虚拟水总量与总贸易量的比,与贸易虚拟水量一样,表明工业产品虚拟水流动情况。基于后面的等式就可以对浙江省工业产品虚拟水贸易的变动进行指数分解分析。

Wt/Tt=It=∑Iit×(Tit/Tt)=∑IitSit

(1)

其中,Wt、Tt、It、分别表示t时期伴随工业品贸易的虚拟水贸易量(立方米)、工业品贸易额(万元)、贸易虚拟水强度 (立方米/万元),Iit、Tit、Sit则分别表示时期行业完全用水系数(立方米/万元)、贸易额(万元)和工业行业比重。

假设从0时期到T时期贸易虚拟水强度从I0变为IT,则其变化的加法形式如式(2)：

△Itot=IT-I0=∑IiTSiT-∑Ii0Si0

(2)

为了探讨影响工业虚拟水贸易变化的因素,可以构建两个指数,一个是结构指数,表示各行业完全用水系数不变,而贸易结构发生转变引起的工业贸易虚拟水强度变化,如(3)或(4)式所示,另一个是效率指数,表示贸易结构不发生改变,而行业完全用水系数改变引起的工业贸易虚拟水强度变化,如(5)或(6)所示。 (3)、(5)式中的指数为Laspeyres指数,而(4)、(6)式中的指数为Paasche指数。

SIitL=Ii0×(SiT-Si0)

(3)

或SIitP=Iit×(SiT-Si0)

(4)

EIitL=(IiT-Ii0)×Si0

(5)

或EIitP=(IiT-Ii0)×SiT

(6)

对(2)式进行等式变换,将贸易虚拟水强度的变化分解成结构指数和效率指数的和,可以得到:

(7)

或

(8)

(7)和(8)式分别为对工业贸易虚拟水强度变化的Laspeyres指数分解模型和Paasche指数分解模型,其中的结构指数和即为工业贸易虚拟水强度变化的结构效应(△Istr),用来衡量工业贸易结构变动对总工业贸易虚拟水强度的影响,而效率指数和即为工业贸易虚拟水强度变化的强度效应(△Iint),用来衡量行业完全用水系数对总工业贸易虚拟水强度的影响,这其中包含了科技、创新、生产过程调整等的影响。△Irem代表残差项,用来衡量等式中由于技术原因而无法分解的部分,在这两种指数分解模型中,△Irem显然不为零,也即Laspeyres指数分解模型和Paasche指数分解模型在分解过程中会产生误差,不会将工业贸易虚拟水强度的变化完全分解。而Fisher理想指数分解模型将未分解的残差项均匀地分摊到结构效应和强度效应上,实现了完全分解:

(9)

(10)

(11)

对浙江省2008-2010年工业虚拟水出口变动以及进口变动分别做Fisher理想指数分解分析，将已经测算得到的虚拟水贸易相关结果以及浙江省投入产出表中相关贸易数据代入式(10)、(11),即可得到浙江省2008-2010年工业出口虚拟水强度变化的强度效应为-16.74立方米/万元,结构效应为5.54立方米/万元，进口虚拟水强度变化的强度效应为-17.31立方米/万元，结构效应为1.19立方米/万元。可见无论是在出口虚拟水贸易中还是在进口虚拟水贸易中，强度效应均使贸易虚拟水强度下降，即2008-2010年间假设贸易额相同的情况下，浙江省技术进步、科技创新等原因使其虚拟水贸易量有所下降,使省内及省外的工业用水得到节约。另一方面，结构效应均使贸易虚拟水强度增加，即2008-2010年间假设贸易额相同的情况下，浙江省贸易结构调整使其虚拟水贸易量有所增加，使省内及省外的工业用水都进一步增加,而对于省内来讲，结合贸易量的增加，最终浙江省工业产品虚拟水的输出有很大增加。

如果想要使工业产品虚拟水贸易量向某一方向变动,可考虑通过改变技术或产品生产过程以及调整工业产品贸易结构的方式获得,但相对于投资大、耗时长、不确定性强的技术方面改革,贸易结构调整更容易实现。通过工业产品贸易结构的适当调整,可使特定区域工业产品虚拟水对外输出量减少,即使本区域内工业用水量有所节约,比如适当调整中国对外贸易结构,也可达到使国内工业用水节约的效果,但这对整个世界的工业用水节约并不起作用,因为中国节约的工业用水量必然在其他国家或地区被使用了,可见贸易结构调整这一手段更多的是解决了水资源分布不均的问题。

五、结论与政策建议

本文利用投入产出分析测算了浙江省2008年以及2010年伴随着工业品贸易而发生的虚拟水流动量,对比了工业不同行业虚拟水贸易程度,并在此基础上对2008年到2010年的工业虚拟水贸易强度变化进行Fisher理想指数分解,结果表明创新等技术因素通过降低行业完全用水系数使浙江省工业虚拟水出口量、进口量下降,使浙江省工业用水资源在一定程度上得到节约,而贸易结构改变却使浙江省工业虚拟水出口量、进口量上升,但技术进步和适当地贸易结构调整都能起到降低工业虚拟水出口量,节约省内工业用水的作用。根据以上结论可以得到如下两点建议：

第一,保持工业企业对技术的投资,使水资源在生产环节即得到节约。对工业生产技术进行研发投资,使工业生产能够采用省水的新工艺,这对工业用水的节约可以说是从根本上的,虽然这一创新过程往往投资大、耗时长而未必获得想要的结果,但一定的投资还是必要的。在过去粗放型的经济增长模式,水资源并没有被当成稀缺资源,许多可以被循环利用的水资源被浪费掉,这也是能够使水资源得到节约的突破口,即进一步建立和完善循环用水系统,提高工业用水重复率。这种方式已初见成效,但其发展空间仍很大,并且与采用省水的新工艺相比,其更容易实现。

第二,适当调整工业贸易结构,使水资源在区域间的调配上更加有效。贸易结构调整是解决水资源分布不均问题的有效措施,对于缺水区域,要在结合自身工业发展特征的前提下,鼓励通用设备、计算机及其他电子设备制造业、通用、专用设备制造业等用水量较小的行业,不鼓励甚至抑制煤炭开采和洗选业、非金属矿采选业等用水量较大的行业,而丰水区域则可适当发展用水量大的行业。缺水区域对用水量大的行业产品的需求则需通过贸易途径得以满足,而缺水区域发展用水量小的工业行业同时丰水区域发展用水量大的工业行业的格局也可以通过环境补偿等措施来激励,这样就能使丰水区域水资源被有效利用而缺水区域的水资源安全问题得以一定程度的解决。