山东省主要农产品虚拟水时空匹配分析

2017-08-27陈薇

经济研究导刊 2017年20期

关键词：基尼系数山东省水资源

陈薇

（河海大学公共管理学院，南京 210000）

山东省主要农产品虚拟水时空匹配分析

陈薇

（河海大学公共管理学院，南京 210000）

以2005—2014年山东省17个地市的主要农产品虚拟水量与人口、耕地面积、水资源、农用化肥施用量和农业生产GDP为匹配对象，基于基尼系数和不平衡指数分析主要农产品虚拟水与资源环境经济在时空上的匹配程度。结果表明，近十年山东省主要农产品虚拟水与人口、耕地面积和环境指标匹配程度较高，而与水资源和经济指标匹配程度较差。水资源空间分布不均是造成农产品虚拟水与其分布不平衡的主要原因，从不平衡指数来看，聊城、德州、菏泽是引起农产品虚拟水与经济发展水平失衡的主要地区。

农产品；虚拟水；基尼系数；不平衡指数

引言

水资源是工农业生产和人民生活的重要基础，是社会经济可持续发展的制约因素和基本保障。尽管从水循环理论上看地球上的水资源总量可以满足人类的生存需求，但由于可用淡水资源的匮乏和水资源空间分布的不均衡以及对水资源的开发利用不当和水环境的污染，使得很多地区出现了水资源短缺现象，水问题已经成为21世纪人类面临的重大问题之一，如何有效配置和利用水资源成为十分迫切的现实问题。生产单位产品或服务全过程消耗的水资源总量被称为产品或服务的单位虚拟水含量。1993年，英国学者Tony Allan在一次研讨会上提出了“虚拟水”概念，为此提供了一个全新的思路，并逐渐形成了一套研究方法和成果[1]。

目前对虚拟水的研究主要集中在单位产品虚拟水理论、虚拟水计算以及虚拟水战略与粮食安全方面和水足迹研究等。比如，Chapagain和Hoekstra提出用产品“生命树”的方法计算动物产品的虚拟水含量[2，3]；崔亚楠等计算了北京市2002年主要农产品和动物产品的单位虚拟水含量，结果表明，产品所含虚拟水接近实体水的两倍[4]。同时，国内学者在对水土资源分配方面也做了较多研究。例如，孟钰、管新建等人运用基尼系数对2001—2009年河南省18个地市的水资源量及经济生产总值进行时空匹配分析，研究表明，河南省水资源与经济总体上匹配程度较差，驻马店、南阳、郑州等四市是导致不平衡的主要城市[5]；根据水资源与耕地、农村人口和城镇人口的关系；按照基尼系数计算方法建立水资源空间分布模型，王康、钟歆悦等人对甘肃省水资源空间分布进行实证分析，结果表明，甘肃省水资源空间匹配程度非常差，需要通过调整产业结构和灌溉制度，提高水资源的利用效率，从而达到合理分配水资源的目的[6]；此外，邹君、刘文洁等人还对中国八大区域的农产品虚拟耕地与资源环境经济要素的空间匹配做了研究分析，发现我国农产品虚拟耕地与各资源环境经济要素的地域分布匹配程度都不高，其中黄淮海地区为不公平性最突出的地区，其次是华南、西北和东北地区[7]。综上所述，关于水土资源分布和配置的研究较多，而对于农产品虚拟水与各种资源环境经济等要素的匹配状况以及由此延伸出的虚拟水战略在具体区域内实施的合理性等问题，相关的系统研究不多；另外，对全国范围的研究居多，而对具体省市的虚拟水匹配状况的研究较少[8]。农业是国民经济体系中用水需求最大的部门，农业水资源利用效率的提高对于国民经济的良性发展起着重要作用。本文选取山东省作为分析和研究的对象，具有一定的现实借鉴意义。

一、研究区域概况

作为中国十大沿海省份之一的山东省，地处我国南北气候的过渡地带，属北方旱区，是一个资源性缺水的省份。山东省多年平均水资源总量335亿立方米，约占全国水资源总量的1/10；人均仅有385立方米，是全国平均水平的1/6；每公顷耕地占有水资源约为5 000立方米，也仅占全国平均水平的1/6[9]。因此，本文对山东省主要农产品虚拟水与人口数量、耕地面积、水资源、农用化肥施用量和农业生产GDP进行时空匹配研究。一方面，可以对全省农产品虚拟水总量与资源环境经济等要素的匹配状况作出准确评价；另一方面，定量分析了虚拟水的匹配状况，可为区域规划和区域产业合理布局提供科学依据[10]。

二、研究方法与数据来源

（一）基尼系数

基尼系数是由意大利经济学家基尼在1922年基于洛伦茨曲线提出的，专门用于考察收入分配公平程度的经济学指标，赋值在0—1范围内任意取值，数值越接近于0，表明收入分配越趋向平等；反之，收入分配越趋向不平等。按照国际惯例，通常把0.4作为分配贫富差距的“警戒线”。基尼系数在0.2以下，表示社会分配“高度平均”或“绝对平均”；0.2—0.3之间表示“相对平均”；0.3—0.4之间为“较合理”；0.4—0.5为“差距偏大”；0.5以上为“高度不平均”。

根据基尼系数的内涵，本文将引入山东省主要农产品虚拟水与资源环境经济各要素基尼系数，以量化地区主要农产品虚拟水与各资源环境经济要素在时空上的差异程度。具体以行政区域为基本单位，以全省17个地市的主要农产品虚拟水总量占全省的累计比例作为横坐标，各资源环境经济评价指标占全省的累计比例作为纵坐标，按照两者比值进行排序，进而绘制山东省主要农产品虚拟水与资源环境经济要素的洛伦兹曲线，并在此基础上计算基尼系数。本文采用基尼系数简易计算公式与梯形面积计算方法，其计算公式为：

Gini=1-∑in=1（xi-xi-1）（yi+yi-1）（1）

式中，i=1，2，…，13；xi为第i个地市的主要农产品虚拟水总量占全省份额的累计百分比；yi为第i个地市各资源环境经济要素占全省份额的累计百分比；当i=1时（xi-1，yi-1）视为（0，0）。

（二）不平衡指数

基于城镇化不平衡指数（以市域为研究单位，通过某地域内某一市非农业人口占全省非农业人口总数的比重与其他指标占全省总数的比重之间的关系来计算）引入主要农产品虚拟水与资源环境经济状况不平衡指数，衡量某区域主要农产品虚拟水与资源环境经济发展的分布平衡程度，其计算公式为：

式中，n为地区数；ei、fj分别为i地区主要农产品虚拟水和各资源环境经济要素占全省的比重。以ei为横坐标，为fj纵坐标，当ei、fj差异越小，则点（ei，fj）越向直线e＝f靠近，这意味着两者相对平衡程度高；当ei、fj差异较大，则点（ei，fj）越远离直线e＝f，就意味着主要农产品虚拟水与该项指标地区分布不平衡。点（ei，fj）与直线e＝f的垂直距离为：

di的绝对值越小，表明i地区主要农产品虚拟水与各要素空间分布差异性越小[11][12]。

（三）数据来源

本文计算的基础数据来源于2005—2014年《山东省统计年鉴》。首先，计算2005—2014年全省17个地市的主要农产品虚拟水总量。由于小麦、玉米、薯类、油料和蔬菜的产量占全省农产品产量的88%，文章选取了这五类农作物作为山东省主要农产品[13]。农产品的单位质量虚拟水含量参考联合国粮农组织FAOSTAT数据库中有关中国农作物虚拟水含量的有关数据，如单位质量小麦虚拟水含量为1.07m3/t，玉米为0.74 m3/t，薯类为1.102 m3/t，油料为1.68 m3/t，蔬菜为0.15 m3/t。

三、实证分析

（一）指标选取

从资源环境和经济三个角度探索山东省主要农产品虚拟水总量与各要素的匹配关系进而分析其内在联系。首先在资源方面，选取人口、耕地面积和水资源三个指标，随着工业化和城市化的发展，耕地资源的减少趋势明显，而人口的急剧增加使得水资源和粮食安全面临巨大的压力和挑战；其次在环境要素上，为了满足因人口增加而带来的粮食增产的需要，农用化肥的过度使用加剧了对生态环境的破坏，因此，选取农用化肥的施用量代表农产品虚拟水与环境之间的关系；最后选取农业生产GDP产值用以反映山东省主要农产品虚拟水与经济发展水平的区域公平性[14，15]。

（二）山东省主要农产品虚拟水时间差异分析

根据公式（1）计算2005—2014年山东省主要农产品虚拟水与资源环境经济要素之间的基尼系数，得到表1。

表1 山东省主要农产品与资源环境经济要素间的基尼系数

1.从虚拟水与人口的基尼系数来看，十年间基尼系数数值均低于0.2，处于“高度平均”或“绝对平均”的水平，表明山东省人口数量与主要农产品虚拟水总量的匹配程度高。同时研究期间内，基尼系数呈现逐渐增大的趋势，但增幅较小，说明随着工业化和城市化的发展，地区人口对农产品虚拟水的影响在不断扩大。

2.从虚拟水与耕地面积的基尼系数来看，同样保持在0.2以下，达到“高度平均”，波动幅度较小。研究期间，整体呈现先降后升态势。研究结果表明，山东省耕地面积作为制约农业生产的重要因素，对农产品生产影响较大，与农产品虚拟水匹配度较高。但随着耕地资源逐渐被非农地侵占，两者的匹配关系也会受到影响而变差。

3.从虚拟水与水资源的基尼系数来看，研究期间除了2008年超过0.5，处于“高度不平均”之外，其余几年均在0.3上下浮动，基本属于“相对平均”和“较合理”的区域。波动幅度较大说明山东省主要农产品虚拟水与水资源匹配度不高，水资源不是影响山东省主要农产品虚拟水地区差异的主要因素，这主要是因为水资源的不均分布特点决定的。

4.从虚拟水与农用化肥施用量的基尼系数来看，10年间均在0.1上下浮动，说明农产品虚拟水与化肥施用量匹配较好，同时整体呈逐渐增大趋势，由于农产品虚拟水量较大的地区化肥施用量也同样较大，因此要特别注重生态环境的保护。

5.从虚拟水与农业生产GDP的基尼系数来看，基本维持在0.3—0.4之间，农产品虚拟水与农业生产GDP匹配程度“较合理”。同时，随着越来越多的非农产业的兴起，城市经济发展的不均衡逐渐影响到农业生产，造成农产品虚拟水量与GDP的差异愈显。

根据山东省17个地市主要农产品虚拟水累计百分比与各市人口、耕地、水资源、化肥施用和农业生产GDP累计百分比，绘制出2005年和2014年全省主要农产品虚拟水量与各市资源环境经济要素的洛伦茨曲线进行对比分析。

图1

图2

从图1、图2对比可以看出，2005—2014年山东省主要农产品虚拟水与资源环境经济要素的时空匹配程度变化比较明显。其中山东省主要农产品虚拟水和人口的洛伦茨曲线与对角线即平衡曲线所围成的图形面积有所扩大，说明农产品虚拟水与人口之间的匹配程度逐渐变差，分布越来越不平衡，这主要是因为随着城镇化和工业化的发展，农业人口向非农业人口转变的数量在不断增加。其次，山东省2005年主要农产品虚拟水与耕地、化肥和GDP的洛伦茨曲线与2014年相比变化较不明显，而虚拟水与GDP的洛伦茨曲线与对角线之间的距离是所有曲线中最远的，说明了区域经济发展水平与主要农产品虚拟水量分布尤其不平衡，因此在发展经济的同时要注重水资源及生态环境的保护。另外，山东省主要农产品虚拟水与水资源的洛伦茨曲线同对角线围成的面积在变小，说明农产品虚拟水与水资源之间的匹配程度在提高，随着时间的变化，水资源的分布越来越贴合各地区的农产品虚拟水量。

（三）山东省主要农产品虚拟水空间差异分析

为了进一步了解山东省各市的主要农产品虚拟水与资源环境经济三要素的不平衡程度，选取2005—2014年各市的主要农产品虚拟水量和各指标的平均值，按公式（2）和公式（3）分别计算山东省各市主要农产品虚拟水量与人口、耕地、水资源、化肥施用量和农业GDP的不平衡指数为Ip、Is、Iw、If、Ie和对应各点到对角线的距离为dp、ds、dw、df、de以及全省平均绝对值，结果如表2所示。

表2 山东省主要农产品虚拟水与各市资源环境经济要素不平衡指数

由表2可以看出，在虚拟水与人口要素匹配方面，农业的发展离不开人，往往农业发达的地区也是人口集聚的地区，因此从表中数据看出山东省各城市的虚拟水与人口的不平衡指数较小且差距不大。其中，临沂、莱芜、日照、威海这几个城市的不平衡指数要小于其他城市，这说明这些地区的主要农产品虚拟水与人口要素空间分布的差异性更小，而不平衡指数超过全省平均水平的城市有9个，占全省一半以上比例。从各个城市距离平衡直线e＝f的垂直距离来看，德州为正数最大，聊城次之，说明这两个城市的主要农产品虚拟水占全省的比重大于该城市人口占全省的比率；烟台为负数最大，淄博次之，说明这两个城市的主要农产品虚拟水占全省的比重小于该市人口占比，由对的定义得出德州、聊城、烟台和淄博这几个城市是影响山东省主要农产品虚拟水与人口之间不平衡性的主要地区。

在虚拟水与耕地面积要素匹配方面，耕地面积越广，农业的种植面积也越大，农产品产量也就越高。在表2中，山东省主要农产品虚拟水与各市的耕地面积不平衡指数相对较小且各地区之间差异较不明显。其中淄博、枣庄、济南、青岛的不平衡指数较低，说明这几个城市农产品虚拟水与耕地空间匹配度较高，与全省平均水平0.007 2相比，有超过半数的地区不平衡指数大于均值，表明这些地区更需要通过节水灌溉技术的推广来节约水资源。通过比较ds的值发现，德州、泰安为正数中值较大的城市，说明这两个城市的主要农产品虚拟水占全省的比重大于该城市耕地占全省的比重；临沂和东营为负数中距离最远的城市，说明这两个城市的主要农产品虚拟水占全省的比重小于该城市耕地占全省的比重；同时，这四个城市是山东省主要农产品虚拟水与耕地匹配不均匀的主要影响因素。

在虚拟水与水资源量匹配方面，农业的发展与水资源息息相关，山东省水资源量少且分布不均。表2中山东省的主要农产品虚拟水与水资源的不平衡指数相对较高，而且各个地区之间差距较明显，比如济南、青岛、淄博、枣庄和东营这五个城市的不平衡指数明显小于其他城市，且只有这五个城市低于全省平均水平，而其他12个城市的主要农产品虚拟水与水资源量分布高度不匹配，其中聊城、德州、临沂和烟台等城市的d值较大，可能原因是这些城市自身虽然拥有足够水资源量，但水资源利用效率较低，就造成农产品虚拟水与水资源在空间上的偏差。

在虚拟水与环境要素匹配方面，选取农用化肥施用量作为环境要素的指标之一，通过计算结果发现，山东省主要农产品虚拟水与农用化肥施用量之间的平均不平衡指数是五个要素中最小的，说明农产品虚拟水与环境要素匹配程度是相对最高的。具体来看，作为山东省省会城市济南的不平衡指数最低，其次是枣庄、淄博和东营，这几个城市的不平衡指数均低于全省平均水平；烟台、泰安、德州和聊城这几个城市与均衡曲线之间的直线距离d的绝对值较大，相比其他要素的d值较小，这也是主要农产品虚拟水与环境要素匹配度更合理的原因。

在虚拟水与经济要素匹配方面，经济要素以全省经济生产总值为指标，从计算结果可以发现，山东省主要农产品虚拟水与经济要素的不平衡指数是最高的，表示两者之间匹配度最差，而各个城市之间的差异并不明显。从直线距离绝对值d值大小来看，菏泽、青岛、德州、聊城和烟台这几个城市的值明显较大，也就是主要农产品虚拟水与经济发展水平不平衡的主要地区。

四、结论

从山东省主要农产品虚拟水时间差异分析，由基尼系数的值来看，2005—2014年山东省人口数量与主要农产品虚拟水总量的匹配程度高，并且地区人口对虚拟水的影响在扩大；耕地面积作为制约农业生产的重要因素，对农产品生产影响较大，山东省耕地面积与农产品虚拟水匹配度也较高，但随着农业用地被侵占，两者关系可能会发生变化；山东省主要农产品虚拟水与水资源量基尼系数波动较大，且高于0.3，说明两者属于相对平衡的关系，且在2008年超过0.5，说明水资源量不是影响虚拟水空间差异的主要因素；山东省农产品虚拟水与化肥施用量匹配较好，但同时要注重生态环境的保护。各个城市经济发展水平的不均匀也影响到农业生产虚拟水量的变动，两者关系正从比较合理向失衡的方向发展。

从山东省主要农产品虚拟水空间差异分析得出，山东省主要农产品虚拟水配置在人口密集城市和农业不发达，耕地较少地区如济南、青岛等城市存在较大差异。山东省是资源型缺水省份，水资源分布不均，各个城市拥有的水资源量或可用淡水资源与农业生产不匹配。各地区农产品虚拟水与化肥施用量分布较平衡，如果农业生产扩大，化肥的过度使用势必会造成对生态环境的破坏。东营、枣庄、聊城和德州等城市经济发展水平较落后，但农业生产规模大，农业用水过度，这是造成农产品虚拟水与经济关系失衡的主要地区，当地政府应当积极推广节水灌溉技术，节约农业用水，提高农业生产活动效率，改善两者间的不平衡关系。

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