基于虚拟水理论的黑龙江省主要农产品虚拟水价值研究

李 莹，毛世峰，张 勇

(黑龙江省水利科学研究院，黑龙江哈尔滨 150080)



基于虚拟水理论的黑龙江省主要农产品虚拟水价值研究

李 莹，毛世峰，张 勇

(黑龙江省水利科学研究院，黑龙江哈尔滨 150080)

将虚拟水的概念同商品价格进行关联，提出从经济价值角度扩展的虚拟水价值理论。计算黑龙江省9个市县的水稻、玉米、大豆3种农产品的虚拟水价值，得到以下结论：水稻的虚拟水价值最高，玉米的虚拟水价值次之，大豆的虚拟水价值最低。虚拟水价值体现的是水资源在商品交易过程中的利用效益，因此从虚拟水价值角度研究粮食生产的优化布局具有一定指导意义。

虚拟水；虚拟水价值；黑龙江省；水稻；玉米；大豆

虚拟水是指商品或服务的生产过程中所使用的水资源的数量，一般伴随在商品贸易过程中来具体化。1993年，伦敦国王学院的Allan教授[1]首先提出虚拟水的概念，后经过很多学者的不断充实扩展而趋于完善。虚拟水战略概念是指缺水国家或地区通过贸易的方式从富水国家或地区购买水密集型农产品，尤其是粮食，来获得水和粮食的安全保障。Zimmer等[2]首先提出虚拟水战略概念。Hoekstra等[3]对虚拟水战略的研究具有广泛影响力。水资源既是基础性的自然资源，也是战略性的经济资源，世界范围内的各个国家或地区，水资源的短缺均具有相对性。虚拟水贸易理论提倡出口高效益的水资源商品，同时进口本地没有充足水资源生产的粮食产品，水资源短缺和粮食安全问题通过贸易的形式最终得以解决。

不同于传统水资源，虚拟水具有以下特征[4-5]：①非真实性(虚拟性)。虚拟水并不是真实意义上的水，而是以虚拟形态包含在产品或服务中看不见的水。②社会交易性。商品或服务是虚拟水的载体，通过商品或服务在不同国家或地区间的贸易，虚拟水资源随之发生转移(流动)。同时社会交易性更多地强调社会整体交易行为，而非个体交易行为，通常认为参与贸易的商品或者服务数量越多，虚拟水流动的数量也就越多。③便捷性。实体水资源的调运通常需要借助水利工程来实现，运输距离长、时间跨度大、经济成本高，难以满足现有的社会生活以及生产需要。相对而言，虚拟水资源以“无形”的形式嵌入在商品或服务中的特点，使得其长距离、大规模的运输成为可能，因此可以有效缓解区域水资源压力。④价值隐含性。虚拟水是嵌入在商品或服务中看不见的水，其价值难以得到直接体现，因此其价值具有隐含性。但是区域间虚拟水贸易会对参与贸易的国家或者地区的社会、生态环境以及水资源等多方面产生一定影响，其价值也会在这些影响的产生过程中逐步得到体现。

根据虚拟水的特点，将虚拟水的概念同商品价格进行关联，寻求从经济价值角度扩展的虚拟水价值理论。虚拟水价值是指，用于生产商品的单位体积水量在其交易过程中所隐含的价值。可表示为商品单位体积的虚拟水含量值所体现的价格(单位：元/m3)，是水资源在商品交易过程中的利用效益指标。

研究从农作物的虚拟水量化指标入手，选取黑龙江省9个主要农业大县作为研究区，计算黑龙江省水稻、玉米、大豆3种主要农产品的虚拟水价值指标，分析在市场价格的影响下，不同农产品的虚拟水隐藏价值。

1　计算方法及数据来源

1.1计算方法采用FAO推荐的计算方法[6]，利用CropWat8.0软件进行初步运算，根据相应研究成果确定的参数来计算农产品单位产量的虚拟水含量，引入农产品的价格因素，计算得出农产品单位体积耗水量的虚拟水价值(图1)。

图1　虚拟水价值计算过程Fig.1　Diagram for calculation of virtual water value

1.1.1参考作物蒸发蒸腾量ET0。ET0是一种假想的参考作物的蒸散量，这种参考作物高度为12 cm，固定的表面阻力系数γs=70 s/m，反射率α=0.23，相当于高度均一、生长良好完全覆盖地面的草地[3]。标准彭曼公式计算参照物蒸发蒸腾量ET0的公式为：

(1)

式中，ET0为参照作物的蒸发蒸腾量(mm/d)；Δ为饱和水气压与温度相关曲线的斜率(kPa/℃)；Rn为作物表面的净辐射量[MJ/(m2·d)]；G为土壤热通量[MJ/(m2·d)]；T为平均空气温度(℃)；U2为距离地面2m高处的风速(m/s)；ea为饱和水气压(kPa)；eb为实测水气压(kPa)；γ为干湿度常数(kPa/℃)。

1.1.2作物蒸发蒸腾量ETc。计算不同作物的蒸发蒸腾量，还需在参照作物的蒸发蒸腾量基础上进行适当调整，用作物系数予以修正，此参数的作用是可以将作物类型及作物生长地的环境因素考虑进去。作物蒸发蒸腾量的计算公式为：

ETc=KcET0

(2)

式中，Kc为相应的作物系数。

1.1.3作物单位面积需水量CWR。作物单位面积全生育期需水量的计算公式为：

(3)

式中，CWR为作物单位面积全生育期需水量(m3/hm2)；Kc为相应的作物系数；ET0为作物生育期内的逐日潜在蒸发蒸腾量(mm/d)；n为作物生育期的总天数(d)。

1.1.4作物虚拟水含量VWC。作物虚拟水含量指的是单位质量的农作物初级产品消耗的水量，计算公式为：

VWC=CWR/CY

(4)

式中，VWC为农产品的虚拟水含量(m3/t)；CWR为作物单位面积全生育期需水量(m3/hm2)；CY为农作物单位面积产量(t/hm2)。

1.1.5作物虚拟水价值VWV。作物虚拟水价值是指商品的虚拟水含量值所体现的价格，计算公式为：

VWV=CP/VWC

(5)

式中，VWV为农产品虚拟水含量价值(y/m3)；VWC为农产品的虚拟水含量(m3/t)；CP为单位质量农产品价格(y/t)。

1.2数据来源及处理方法选取黑龙江省近年来水稻、玉米、大豆产量居前的县市，考察水稻产量居前的县市为五常市、富锦市、虎林市；考察玉米产量居前的县市为龙江县、肇东市、双城市；考察大豆产量居前的县市为嫩江县、讷河市、克山县，这9个县市均为黑龙江省的产粮大县。

计算使用的气象数据为黑龙江省气象信息中心在9个研究区设立观测站收集到的实际观测数据，时间段为2010年1月～2014年12月，数据包括历年各月的月平均最低气温、月平均最高气温、月平均相对湿度、月平均风速、月日照时数、月降水量。作物系数采用的是水利部公益性行业科研专项“三江平原水资源潜力开发及对环境影响研究”中作物需水量计算所确定的作物系数Kc[7]，符合黑龙江省粮食作物的生长条件，作物生育期和作物系数均为多年平均值(表1～2)。农作物的播种面积及产量数据来源于《黑龙江县(市)农村经济社会统计概要2011-2015》[8]。历年的农作物初级产品价格来源于《中国农产品价格调查年鉴(2015)》[9](表3)。

表1　农作物生育期

表2　农作物的作物系数Kc值

表3历年农产品市场价格

Table 3Market price of agricultural products over the years

元/t

首先确定农作物生长过程中的需水量，采用联合国粮农组织(FAO)所推荐的CropWat软件来计算。通过软件输入计算地区的相关气候参数，运行可以得出参考作物蒸发蒸腾量ET0。然后，分别计算作物蒸发蒸腾量ETc、作物单位面积需水量CWR、作物虚拟水含量VWC、作物虚拟水价值VWV，最终得到3种农产品的虚拟水价值。

2　结果分析

农产品虚拟水价值的影响因素主要为气候条件和商品价格，气候条件直接影响农作物的虚拟水含量，因此也直接影响到虚拟水价值，而商品价格因素是虚拟水价值的决定因素，商品价格波动对商品虚拟水价值的影响突出。

分析黑龙江省主要农产品水稻、玉米、大豆的虚拟水价值(图2～4)，2010～2014年水稻的虚拟水价值为4.0～5.6元/m3，2010～2014年玉米的虚拟水价值为3.4～4.6元/m3，2010～2014年大豆的虚拟水价值为1.9～2.9元/m3。可见，农产品的虚拟水价值不是一个定值，在商品价格等因素的影响下有一定的变动。

从虚拟水价值的趋势来看，2010～2014年，水稻的虚拟水价值趋势小幅下降并趋于平缓；玉米的虚拟水价值趋势小幅下降到2012年低点又有小幅上升；2010～2012年大豆的虚拟水价值呈上升趋势，2012年达到高点后呈下降趋势。2010～2014年黑龙江省农业生产保持稳定增长，也没有出现极端灾害气候，农作物虚拟水含量值保持在稳定区间，农产品的价格也保持稳定，因此各种农产品的虚拟水价值也相对稳定。

图2　2010～2014年3县市水稻虚拟水价值Fig.2　Virtual water value of rice in three cities in 2010-2014

图3　2010～2014年3县市玉米虚拟水价值Fig.3　Virtual water value of maize in three counties/cities in 2010-2014

图4　2010～2014年3县市大豆虚拟水价值Fig.4　Virtual water value of soybean in three counties/cities in 2010-2014

计算2010～2014年3种农产品的虚拟水价值的多年平均值，见表4。水稻消耗的单位体积虚拟水价值是4.4～4.7元；玉米消耗的单位体积虚拟水价值是3.6～4.3元；大豆消耗的单位体积虚拟水价值是2.4～2.5元。可见，近5年水稻和玉米的虚拟水价值相近，大豆虚拟水价值为水稻和玉米的50%左右。从虚拟水含量来看，黑龙江省农业生产1 t水稻约消耗752～788 m3水量，生产1 t玉米约消耗503～597 m3水量，生产1 t大豆约消耗2 066～2 173 m3水量。大豆单位产量消耗的水量是水稻和玉米的3～4倍，而大豆的单位面积产量约占玉米的23%，由于产量的影响使得大豆的虚拟水含量较高。大豆价格高于水稻和玉米价格1.4～2.3倍，使得大豆的虚拟水价值相对提升，但仍低于水稻和玉米的虚拟水价值。

3　结论与讨论

虚拟水价值是基于虚拟水理论，体现在商品交易的过程中，表示为商品单位体积的虚拟水含量值所体现的价格。研究从农作物水资源的利用效益角度出发，分析农产品单位体积耗水量所隐含的虚拟价值。即：水稻生长过程中单位体积耗水量在贸易过程中隐含的虚拟价值是4.4～4.7元，玉米生长过程中单位体积耗水量在贸易过程中隐含的虚拟价值是3.6～4.3元，大豆生长过程中单位体积耗水量在贸易过程中隐含的虚拟价值是2.4～2.5元。通过对黑龙江省9个市县的3种农产品的虚拟水价值量化计算，得到以下结论：水稻的虚拟水价值最高，玉米的虚拟水价值次之，大豆的虚拟水价值最低。

虚拟水价值的制约因素是虚拟水含量和商品价格，对于农作物来说虚拟水含量的主要影响因素是气象条件和作物产量。不同商品的虚拟水价值不同，同种商品的虚拟水价值也是变量，随其制约因素的变化而变化。虚拟水价值是通过商品贸易过程体现出的，因此同虚拟水理论有着相同的特点，即非真实性(虚拟性)、社会交易性、价值隐含性。虚拟水价值体现的是水资源在商品交易过程的利用效益指标。

表4　2010～2014年农产品的平均虚拟水价值

根据虚拟水价值的特点，农作物初级产品的虚拟水价值体现在商品粮贸易中，水是凝结在农产品生长过程中的必要资源，从商品交易中水资源的隐性价值角度出发，利用虚拟水价值概念优化区域的粮食种植布局，提高水资源利用的虚拟价值。从研究的结果看，同样利用1 m3水资源，在农作物的种植选择中，种植水稻时水的经济效益是最大的，种植大豆时水的经济效益是最小的。研究的3种农产品中，水资源灌溉用来生产水稻，其贸易价值最大，水资源在此种农作物中的隐藏价值较高。但粮食作物的播种面积受多因素制约，农民在种植品种的选择上优先考虑利益最大化，同时，农作物的种植结构也受到种植条件、气候条件等制约。黑龙江省作为农产品的输出大省，在保证国家粮食安全的前提下，因地制宜地提高水资源的利用效率的同时，应关注提高水资源的利用效益。在虚拟水理论的基础上，可从虚拟水价值的角度进行粮食生产的优化布局，根据水资源分布条件合理布局虚拟水利用效益高的粮食作物，在商品贸易的过程中突出水资源的生产效益作用。

[1] ALLAN J A.Fortunately there are substitutes for water other-wise our hydro-political futures would be impossible[C]// Priorities for water resources allocation and management.London：ODA，1993：13-26.

[2] ZIMMER D，RENAULT D.Virtual water in food production and global trade：Review of methodological issues and preliminary results[C]//HOEKSTRA A Y.Proceedings of the inter-national expert meeting on virtual water trade.Delft：UN-ESCO-IHE，2003：93-107.

[3] HOEKSTRA A Y，HUNG P Q.Virtual water trade：A quantification of virtual water flows between nations in relation to international crop trade[C]//HOEKSTRA A Y.Value of water research report series No.11.Delft：UNESCO-IHE，2002：24-47.

[4] 李芳.黑龙江省水资源管理问题研究[D].哈尔滨：东北林业大学，2008.

[5] 张吉辉.基于水足迹的区域广义水资源动态协调与控制[D].天津：天津大学，2012.

[6] 赵静.基于虚拟水理论的三江平原农业用水结构调整研究[D].哈尔滨：东北农业大学，2012.

[7] 郎景波，付强，李铁男，等.三江平原水资源潜力开发及对环境影响研究[R].哈尔滨：黑龙江省水利科学研究院，2016.

[8] 黑龙江省统计局.黑龙江县(市)农村经济社会统计概要2011-2015[Z].黑龙江省统计局，2011-2015.

[9] 国家统计局农村社会经济调查司.中国农产品价格调查年鉴(2015)[M].北京：中国统计出版社，2015.

Virtual Water Value of Main Agricultural Products in Heilongjiang Province Based on Virtual Water Theory

LI Ying, MAO Shi-feng, ZHANG Yong

(Heilongjiang Provincial Hydraulic Research Institute, Harbin, Heilongjiang 150080)

Firstly, connecting the concept of virtual water with commodity price, the virtual water value theory was extended from the perspective of economic value. The virtual water value of 3 kinds of agricultural products (rice, maize, and soybean) in 9 counties of Heilongjiang Province was calculated, and the following conclusions were reached: virtual water value of rice is the highest, followed by maize, and the lowest is soybean. The virtual water value reflects the utilization of water resources in the process of commodity trading, so it has certain guiding significance to study the optimal distribution of grain production from the perspective of virtual water value.

Virtual water; Virtual water value; Heilongjiang Province; Rice; Maize; Soybean

黑龙江省青年科学基金项目(QC2013C073)。

李莹(1981- )，女，黑龙江哈尔滨人，工程师，硕士，从事水文水资源及节水灌溉研究。

2016-05-18

S-9；F 304

A

0517-6611(2016)19-244-04