中国钾盐供应安全的主成分-灰色关联分析

牟思宇，沙景华，闫晶晶，刘全文

(中国地质大学(北京)人文经管学院，北京 100083)

钾盐是一种战略性资源，国土资源部将其列为被鼓励开发的七种紧缺矿产之一。钾肥作为农业生产中必需的三大肥料之一，对大部分农作物有显著的增产效果。当前可供开发利用的主要是可溶性钾盐资源。世界上95%的钾盐产品用于制造钾肥(主要为氯化钾和硫酸钾)，还有少量钾盐资源应用于化工、纺织、医药等领域。中国是农业生产大国和人口大国，钾盐对保障粮食安全和实现农业可持续发展具有重要的战略价值。目前，我国已经成为全球最大的钾盐消费国和最主要的钾盐进口国，保障钾盐长期、稳定的供应成为亟待解决的问题。

近年来，一些学者对中国钾盐供应安全进行了研究。郑绵平等[1]、赵元艺等[2]从地质科学角度提出关于中国找钾前景的结论；乜贞等[3]认为可以通过创新钾盐勘探或提取技术来解决中国的缺钾问题；鲍荣华等[4]、雷涯邻等[5]在分析全球钾盐资源配置和供需格局基础上，认为中国应积极寻求境外钾盐的合作开发。综合来看，在研究内容上，钾盐供应研究主要集中在地质找矿、开发利用技术和供需趋势等方面，对供应安全影响因素的分析较少；在研究方法上，钾盐供应安全研究以定性分析为主，对其他矿产资源供应安全的研究也主要采用主观性较强的层次分析或关联度分析方法[6-9]。基于此，本文利用1996～2015年的相关数据，综合运用主成分分析及灰色关联分析，重点对中国钾盐供应安全的影响因素进行定量分析，以期针对最重要的风险因素提出政策建议。

1 全球和中国钾盐资源概况

全球钾盐资源丰富，需求和产量均呈增长态势，但供应地和消费地分离现象明显。根据美国地质调查局统计数据[10]，截至2016年底，全球钾盐储量为43亿t(以K2O计)，主要分布在加拿大(23.3%)、俄罗斯(20%)和白俄罗斯(17.4%)，上述三国钾盐储量总和占全球总储量的60.7%，中国储量仅占全球总储量的6.3%。2015年全球钾盐产量为4 070万t，其中加拿大、俄罗斯和白俄罗斯三国产量合计为2 486万t，占全球总产量的61.1%。2009年以后全球钾盐消费迅速恢复，消费量从2009年的1 913万t增至2015年3 900万t，年均增速达6%以上，消费地主要集中于东亚(37.9%)、拉美(20.9%)和北美地区(14.9%)[11]。

中国是全球第一大钾盐消费国，钾盐资源匮乏，尽管近年来产量有所上升，但供需缺口依然很大。由于粮食作物以及生物质燃料作物的种植，国内对钾肥的需求快速增加。2009～2015年，中国钾盐消费量以年均50万t的速度增长。中国95%以上的钾盐资源分布于青海柴达木盆地及新疆罗布泊等环境脆弱地区，产量增长受到资源品位低、开采环境成本高、运输距离远等因素的限制。随着技术进步以及鼓励开发政策的实施，2000～2015年中国钾盐产量由25万t增长至420万t，年均增速达19.3%。目前，中国是世界第四大钾盐生产国，生产份额约占全球15%，但仍然存在巨大的供需缺口，使得中国成为世界上最大的钾盐进口国。2000年以来，中国钾盐对外依存度持续高于50%。2015年中国钾盐进口量594万t，较2010年增长了75.5%[12]。

全球钾盐资源丰富但分布高度集中，中国钾肥需求量大但资源严重不足，这种全球富钾而中国缺钾的现状，导致我国钾盐面临巨大的供应风险。因此，深入分析影响中国钾盐供应安全的因素，并针对性地提出风险治理对策，对解决我国钾盐的供应安全问题有着非常重要的意义。

2 评价指标、研究方法与数据来源

2.1 评价指标

国内外机构和学者基于不同的视角，对资源安全评价指标体系进行了研究。有代表性的是：亚太能源研究中心(APERC)[13]从可利用性(Availability)、可获得性(Accessibility)、可负担性(Affordability)和可接受性(Acceptability)(简称4A)4个方面界定了能源安全评价指标体系；梁亚红[14]将安全评价指标体系分为资源、政治、经济、运输和军事等方面；代涛等[15]利用资源可采储量、资源储采比、资源自给率、资源进口份额、资源进口集中度5个指标定量判断大宗性矿产资源的安全性；永学艳等[16]从国内资源禀赋、供需状况和国家安全保障三个角度建立矿产资源安全评价指标体系；孙永波等[17]从国内资源禀赋、供应需求与使用和国家安全保障能力与措施三个方面选取评价指标。

上述研究为矿产资源供应安全评价指标的选取提供了参照，其中大多都从资源禀赋、供需状况、价格因素、进口因素、政治因素等角度选取出来的评价指标。根据中国钾盐资源特点，在科学性、系统性、实用性原则的指导下，本文从资源禀赋、市场供需、价格因素、进口因素、政治因素5个方面选取了9个影响中国钾盐资源供应安全的指标，并对指标的内涵、计算公式和变量进行了详细说明(表1)。

2.2 研究方法

本文采用主成分与灰色关联度相结合的研究方法。①主成分分析法可以解决评价指标之间的信息重叠问题，并在不影响评估效果的前提下实现降维，从而得到更准确的评价结果。本文首先采用此方法对9个指标进行重新组合，并以新综合指标的方差贡献率作为客观权重，计算20年的钾盐供应安全综合分值作为参考指标。②灰色关联分析法可以解决“小样本”、“贫信息”的问题。本文忽略了其他不确定信息，如库存量、运输距离、环境成本等，在主成分分析的基础上，运用灰色关联分析法来计算9个指标与参考指标的关联度，并对其影响程度进行排序。通过融合上述两种评价方法有助于克服单一方法的缺陷，提高分析结果的准确性。主要步骤如下所示。

1) 指标体系的建立和数据标准化。本文选取1996～2015年9个指标变量的20年数据，构造原始数据矩阵xij并进行标准变换，消除由数据量纲不同造成的影响， 得到标准化矩阵Z=(zij),其均值为0，方差为1。标准化公式见式(1)。

表1 中国钾盐资源供应安全影响因素、评价指标及说明

(1)

2) 计算相关系数矩阵。基于标准化矩阵Z计算其相关系数，计算公式见式(2)。

(2)

3) 计算主成分数量。如果前m个主成分的累计贡献率达85%以上，可以使用m个主成分替代原有的9个指标进行进一步的运算，见式(3)。

(3)

式中：ωi代表第i个主成分的贡献率；λi代表非负特征向量；i=(1,2,…,p)；p为非负特征根的个数。

4) 取得主成分后，根据主成分载荷矩阵及特征值计算主成分得分，并计算综合评价值，见式(4)和式(5)。

(4)

(5)

式中：Fi表示第i个主成分得分；uij为特征向量矩阵；F表示综合得分。

5) 成立新的矩阵，计算灰色关联度并排序。将新的F综合得分值作为参考序列Z0，Zi作为比较序列，成立新矩阵F0=[Z0,Z1,…,Z9]。关联系数计算公式见式(6)。

(6)

式中：ρ为分辨系数，通常取0.5；minimink|Z0(k)-Zi(k)|表示两级最小差值，maximaxk|Z0(k)-Zi(k)|表示两级最大差值。计算最终的关联度，见式(7)。

(7)

2.3 数据来源

各项指标涉及数据的主要来源有：全球和中国钾盐储量、产量数据来自美国地质调查局(USGS)[10]；钾肥消费量和进口量数据来自国际肥料工业协会(IFA)[11]；钾盐进口来源国、进口量和进口均价来自联合国商品贸易统计数据库(UN Comtrade Database)[12]；国家风险治理指数(WGI)来自世界银行[18]；汇率来自《中国统计年鉴》(1996～2015年)[19]。

3 中国钾盐供应安全影响因素分析

3.1 数据标准化处理及相关性检验

根据式(1)对原始数据xij进行标准化处理后，得到同趋无纲量矩阵zij；运用式(2)计算其相关系数，可得相关系数矩阵rij(表2)；从中可以看出部分指标间存在显著的相关关系，说明本文采用主成分分析较为合理。

3.2 提取主成分并计算分值

根据式(3)计算并整理得到各指标的特征值、方差贡献率和累计方差贡献率，见表3。

根据主成分对应特征值大于1和累计贡献率大于85%的两个标准，选择前3项为主成分。根据式(4)可写出每个主成分的得分表达式，如下所示。

F1=-0.44Z1+0.54Z2+0.43Z3+0.13Z4-0.54Z5+0.13Z6-0.11Z7-0.01Z8+0.04Z9

F2=0.31Z1-0.02Z2+0.32Z3+0.09Z4+0.05Z5+0.47Z6+0.47Z7+0.42Z8+0.42Z9

F3=0.04Z1-0.04Z2+0.11Z3+0.12Z4+0.04Z5+0.44Z6+0.41Z7-0.55Z8-0.55Z9

根据以上表达式及式(5)，可得出1996～2015年中国钾盐资源供应安全综合分值，见表4。

3.3 计算灰色关联度

将综合得分序列F作为参考数据列，与标准化后的数据合在一起成为新的矩阵F0，结合式(6)，可得到影响中国钾盐资源供应安全相关指标的关联系数矩阵，进而根据式(7)可计算出各指标序列与参考数据列的关联度，见表5。

表2 影响中国钾盐供应安全的相关指标的相关系数矩阵

表3 影响中国钾盐供应安全相关指标的特征值

表5 中国钾盐资源供应安全主要影响因素的加权关联度及其排序

注：关联度ζ一般居于0～1之间，ζ越大，表示该指标与参考序列的影响强度越大。

3.4 结果分析

从表5可以看出，1996～2015年中国钾盐供应安全的影响因素按其影响程度依次排列为：消费量、进口量、进口来源集中度、产量、汇率、需求竞争度、价格波动率、进口国政治稳定性、储量。其中前6个因素的关联度均大于0.9，对钾盐供应的影响程度较大。

1) 消费量对中国钾盐供应安全的影响最明显。中国土壤缺钾现象严重，全国需要补钾的耕地占比达70%，且氮、磷、钾肥施用比例为1∶0.38∶0.12，远低于世界平均比例(1∶0.36∶0.28)和发达国家比例(1∶0.37∶0.36)。随着农业工业化进程的加快以及人口增长和耕地面积持续减少，预计未来中国钾盐消费量仍将保持1%～4%的增速，到2030年消耗钾肥1 100万t左右，钾盐供应压力不断增大。

2) 进口量、进口集中度和产量对钾盐供应有重要影响。近年来，受资源禀赋和技术条件影响，尽管国内陆续有新的钾盐项目投产，但产量很难在短期内迅速扩张。进口虽然能缓解钾盐供应压力，但进口量越多意味着越依赖国外资源。此外，2015年，中国钾盐75%的进口量来自白俄罗斯、加拿大和俄罗斯，还有17%来自中东地区的以色列和叙利亚，进口来源过于集中，一旦进口来源国政局不稳定或者发生贸易摩擦，钾盐资源供应安全将难以得到保证。

3) 汇率、需求竞争度也在很大程度上影响钾盐的供应安全。汇率波动影响钾肥进口成本，从而在一定程度上促进或抑制钾肥进口；中国是世界最大的钾盐进口国，2015年钾盐进口量占全球总进口量的17%。中国钾盐进口量占世界总进口量比重越大，越有利于中国在钾盐进口谈判中获取有利地位。

4 结论与建议

本研究综合利用主成分分析和灰色关联度分析对中国钾盐资源供应安全的影响因素进行了深入的分析，发现消费量、进口量、进口来源集中度、产量、汇率和需求竞争度对钾盐供应安全的影响最为显著，这为我国钾盐供应风险治理提供了有利依据。要降低我国钾盐供应风险，就必须针对上述这些影响因素提出具体可行的措施。

1) 提高钾肥利用效率，确保钾盐消费量平稳增长。从控制消费的角度提高钾盐供应安全保障程度，关键需要把握好以下四个方面：一是优化种植结构，调整钾肥消耗量较大的作物面积；二是改进施肥方式，根据不同作物品种及其生长期精准施肥；三是推广缓释肥、水溶肥、颗粒钾肥等高效新型钾肥；四是推广有机肥的使用，通过禽畜粪便等农家肥的资源化利用、秸秆养分还田等方式，部分替代化肥。

2) 降低进口集中度较高带来的供应风险，必须抓住“一带一路”倡议的机会，努力拓宽境外钾盐获取渠道。截至2014年底，“一带一路”沿线地区大型钾盐矿床约23个，沿线12个产钾国探明钾盐资源储量约49.2亿t。未来国内企业可充分借助“一带一路”倡议的发展机会，重点关注泰国、老挝、乌兹别克斯坦等开发前景较好的周边国家，采取直接进口、合资开发、购买产能和收购股权等方式获取钾盐资源。这样既有利于降低进口集中度，打破垄断厂商对价格的控制，也利于降低运输成本。此外，还有拉丁美洲地区的玻利维亚、阿根廷等国家现代盐湖型卤水资源丰富，这些地区受关注程度较低，相对容易介入，可以利用技术或资金相对优势寻求合作。

3) 改变国内钾盐产量有限、过于依赖进口的局面，必须加大对难溶性钾盐应用技术的研究，提高国内钾盐产量。中国的难溶性钾盐资源量大于1 000亿t，其中所含钾盐折算成纯资源量大于100亿t。目前，难溶性钾盐资源的规模化开发和利用仍存在障碍，如果能在技术工艺方面取得突破，钾盐产量将有望实现大幅提升，有助于解决对外依存度高的问题。

4) 对于汇率波动和需求竞争度高这两个影响因素，需要企业灵活运用金融工具规避汇率风险，同时利用需求竞争度高的优势争取价格谈判话语权。进口企业要灵活运用资本市场的期货、期权等金融衍生工具，减少汇率波动对企业生产经营活动产生的不利影响。此外，中国是世界最主要的钾盐进口国之一，近几年其谈判价格已成为国际基准价格。在未来钾盐进口长协合同价格谈判中，应继续完善联合谈判机制，并充分利用需求竞争度高的优势，让出口商充分认识到中国市场的重要性，同时利用钾盐供应阶段性过剩、定价向买方倾斜等优势，逐渐在

谈判中掌握主动权，争取合理进口价格。

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