基于情景分析的新疆棉花虚拟水战略环境影响评价

方 芳 马 琼

(塔里木大学经济与管理学院，新疆 阿拉尔 843300)

1 前言

我国水资源当前面临质与量的双重危机[1]，水资源总量不足，单位面积水资源量只有656. 74 m3/hm2。根据国家水资源公报数据显示，近10年来，我国农业用水占总用水量的平均比例高达62. 44%，平均旱灾受灾面积15 654千 hm2，占平均有效灌溉面积的25. 75%，缺水问题严峻。在未来水资源的长期需求中，水资源将制约我国经济发展并成为影响我国经济发展的瓶颈[2]。2018年中央1号文件中提出“人与自然和谐发展的基本原则，坚守绿水青山就是金山银山”的基本发展观念，严守生态保护红线[3]。

新疆地域辽阔，气候干旱。2016年新疆水资源总量为1 093. 40亿m3，农业、工业、生态用水量占比分别为94. 7%(550. 99亿m3)、2. 28%(13. 25亿m3)、0. 9%(5. 26亿m3)，农业用水在总用水中占了很大的比重，据计算棉花生产用水高达146. 16亿m3，占新疆农业用水的26. 5%。2016年全国棉花总产值为912. 266亿元，新疆棉花总产值占全国棉花总产值的77. 34%(705. 54亿元)，占全新疆农业总产值的32. 62%。邓小军等(2009)研究发现新疆南疆通过外输棉花导致的大量地表水和地下水外流(虚拟水外调量为3 185. 54 m3)，给原本干旱缺水的南疆地区带来巨大的生态压力，严重阻碍着该地区的可持续发展[4]。近年来，新疆棉花仅有20%供应自身的纺织工业原料，而80%的新疆棉花进入了国内或国际市场，从虚拟水贸易的角度来讲，这相当于在以棉花为载体输出虚拟水资源。2016年农作物总播种面积为5 867. 52千hm2，其中粮食播种面积为2 401. 13千hm2(40. 9%)，棉花播种面积为1 805. 15千hm2(30. 8%)，有效灌溉面积只有4 982千hm2，占总播种面积的84. 9%。由于气候极度干旱，近3年旱灾平均受灾面积为400千hm2，占播种面积的6. 8%，整体上新疆水资源极度匮乏。自治区2016～2020年“十三五”(种植业)规划发展中提出要按照“稳粮、调棉、增饲、发展特色”的思路进一步优化种植业产业结构[5]。

虚拟水战略作为解决缺水地区水资源匮乏问题的新方法引入我国并进行初步应用[6]。缓解新疆水资源匮乏的根本途径是优化出口贸易结构[7]。查阅文献发现，已有学者的研究主要集中在：(1)虚拟水理论的应用[8]；(2)区域或流域间虚拟水贸易及流动[9]；(3)虚拟水量化分析及影响因素研究[10]，如张杰等通过测算分析广西主要农作物的虚拟水含量，对其农业产业结构进行优化[11]。而对未来虚拟水的含量测算、以及实行虚拟水战略对环境影响评价的研究很少，且大多数学者以粮食安全或各行业为研究对象，而单独以棉花这一产业为研究对象的却很少。由于任何事情都具有两面性，在实行虚拟水战略以达到优化水资源配置的同时，可能带来一系列的负面影响，如进口依赖性增强，生物多样性减少、农户种植的积极性受挫等；因此，对虚拟水战略实施的影响进行评价具有重要意义。基于虚拟水战略的理论，通过量化棉花及种植业中主要农作物的虚拟水，分析棉花的虚拟水战略对环境的影响，从而为新疆实施虚拟水战略、合理调整新疆棉花的种植结构、优化新疆种植业的水资源配置提供依据，缓解新疆水资源紧张问题。

2 数据来源

虚拟水是指产品在生产过程中消耗的水资源量，包括虚拟蓝水、虚拟绿水[12]。虚拟蓝水是指把河流、湖泊等地表和地下的水通过灌溉方式输送到农作物，虚拟绿水是指由降雨和降雪形成的水资源。新疆属于温带大陆型气候，气温温差大，降水少，气候干燥[13]，2016年全疆年均降水量139. 93 mm，而新疆南疆气候极其干旱，2016年年均降水量仅为61. 95 mm。灌溉农业是新疆主要的用水主体，因此文章中测算的农作物虚拟水含量指的是满足作物正常需水条件下的需水量[14]。农作物虚拟水含量是从CROP数据库和CLIMATE软件提取相关的气候、土壤数据，借助FAO推荐的CROPWAT8.0软件得到参考作物的需水量，然后根据中国自然历[15]和中国主要农作物等值线图[16]得到主要农作物的参考系数Kc值，对参考作物需水量进行修正，最后计算出作物单位质量虚拟水含量。各种农作物种植面积和单产来源《新疆统计年鉴2017》[17]。棉花用工数量来源《全国农产品成本收益资料汇编2017》[18]。

3 分析方法及数据整理

情景分析法[19-20]是一种预测工具，但情景分析又不是传统意义上的预言或预测，它是对未来各种不可知情景的一种描述，是假定在某种现象、状态或趋势作用下，分析对目标产生影响的方法。由于它是基于政策、规划层面上的提早协调环境与发展关系的一种决策手段，因此在可持续发展中体现出重要的意义[21]。首先计算棉花及种植业中主要产业虚拟水含量，参考前人的方法[22]筛选并确定虚拟水战略对环境的主要影响成分，按照新疆种植业“十三五”规划中关于农作物2020的单产目标、产量目标、种植面积目标、节水灌溉覆盖面积目标等总原则和总目标，从增加棉花进口、提高单产、提高灌溉技术和调整种植结构四个方面设置情景，对比分析不同情景下棉花虚拟水战略对生态环境、水资源消费和社会环境三方面的影响。作物需水量的计算采用联合国粮农组织FAO推荐使用的彭曼-孟(Penman-Monteith)公式[23]。

4 虚拟水战略环境影响因子识别

在进行环境影响评价之前，对虚拟水战略带来的环境影响因子识别是关键的一步。在众多的影响中，通过筛选主要影响因子，才能正确评价虚拟水战略的环境影响。根据新疆种植业“十三五”规划中关于农作物单产、种植面积、节水灌溉面积等的发展总目标和总原则，战略行为主要从增加进口、提高单产、提高灌溉技术、调整种植结构四个方面进行，其带来的环境影响主要分为生态环境影响、水资源消费影响及社会环境影响。具体如表1。

表1 虚拟水战略环境影响因子识别

5 情景设定及分析

5.1 情景设定

根据《自治区种植业“十三五”发展规划》(以下简称“规划”)2020年实现退棉减水533. 3千hm2，棉花保持300万吨的生产能力。2016年新疆棉花产量420万吨，因此按照稳定发展原则，2020年棉花进口120万吨，占棉花总产量约30%，按照年均减少率10%，2025年棉花减少150万吨。设定情景A：2020年棉花进口120万吨，2025年棉花进口150万吨。

根据“规划”中提出2020年要建设666. 67千 hm2棉花高产区，单产达到2 250 kg/hm2，高产棉区占种植总面积的30%。2025年实现1 066. 67千hm2棉花高产区，约占种植总面积的50%。设定情景B：2020年实现666. 67千 hm2棉花高产高效区，单产2 250 kg/hm2，2025年建成1 066. 67千hm2棉花高产高效区，按照2020年单产年均增长率2. 06%估算，2025年单产达2 490 kg/hm2。

假设棉花种植面积不变，为2016年的种植面积2 154. 91千hm2，2016年新疆微灌灌溉面积(2 138. 58千 hm2)占节水灌溉总面积(2 605. 09千 hm2)的82. 1%，因此节水灌溉面积主要以微灌灌溉面积为主。2016年新疆节水灌溉面积占农作物总播种面积的38. 91%(2 418. 95千hm2)，根据“规划”，2020年种植业高效节水面积要达2 866. 67千hm2(69. 16%)，设定情景C:2020年棉花微灌技术覆盖率达到70%，2025年达100%。

“规划”中，2020年粮食产量要达1 400万吨，年均增长率达0. 36%，根据种植面积比例，选取主要的粮食作物小麦、玉米、薯类为代表，2016年这三种农作物种植面积(2 239千hm2)占全疆粮食作物总种植面积(2 401. 13千 hm2)的93. 25%；经济作物选取棉花、油料、甜菜、蔬菜、瓜类，这几种作物的种植面积(2 579. 13千hm2)占经济作物总播种面积(2 828. 71千hm2)的91. 2%；草料主要以苜蓿为代表，该种作物2016年的种植面积为280. 82千hm2。2016年粮、经、草比例达47. 7∶48. 3∶4. 0，按照“规划”中“稳粮、调棉、增饲”的原则，2020年粮、经、草比例要达到41. 3∶45. 3∶13. 4，2025年粮、经、草比例为41∶40∶19。其中粮、经、草各自种植面积根据“规划”中的种植面积及相应的种植比例确定，各农作物的种植面积以各农作物在2016年的种植面积比例乘以“规划”中农作物总播种面积计算得到。设定情景D：2020年粮食作物种植2 066. 67千hm2，经济作物种植2 266. 67千hm2，草料种植666. 67千hm2，2025年粮食作物种植2 051. 57千hm2，经济作物种植2 001. 55千hm2，草料种植950. 67千hm2。

根据情景C、D，把种植业结构调整与高效灌溉技术结合起来设定情景E：2020年粮、经、草种植比例为41. 3∶45. 3∶13. 4，微灌面积达70%，2025年粮、经、草比例达41∶40∶19，微灌面积达100%。

5.2 情景分析

5.2.1 虚拟水战略对水资源消费的影响

如图1所示，以2016年为基准年，根据上述公式计算2016年种植业消费水资源287. 45亿m3，棉花消费水资源146. 16亿m3。与2016年比较，情景A下2020年棉花消费水减少42. 12亿m3，2025年减少52. 65亿m3。情景B下，2020年与2025年棉花消费水分别减少62. 23亿m3、72. 21亿m3，情景C下2020年与2025年棉花消费水分别减少43. 11亿m3、53. 65亿m3。情景B即提高单产对棉花水资源消费影响最大，如表2所示。情景D下，2020年与2025年种植业消费水分别减少30. 36亿m3、33. 41亿m3，情景E下2020年与2025年种植业消费水分别减少87. 52亿m3、115. 01亿m3，因此通过提高灌溉技术结合结构调整对种植业消费水的影响最大，水资源消费减少率分别为30. 45%、40. 01%。

表2 虚拟水战略的水资源消费影响估算

图1 不同情景下水资源的消费量

5.2.2 虚拟水战略对生态环境影响

增加棉花进口，相当于以虚拟形式进口水资源，节省进口地区水资源消费。用进口的虚拟水总量除以新疆生态用水定额即得到生态面积，新疆生态灌溉用水定额参考贾宝全等人的初步估算[24]，其中林地以防护林为计算基础(2016年防护林面积为134. 27千hm2，占林地总面积的72%)如表3所示，不同的情景下林地与草地面积增加有所差异，例如在情景A下，2020年通过进口棉花农业用水减少42. 12亿m3，可供新疆172. 2万人生活一年(人均年用水量2 446 m3)。林地面积增加865. 33千 hm2，草地面积增加2 057. 14千hm2，相当于新疆13年的造林面积(2016年新疆造林面积64. 17千hm2)。2025年可减少农业用水量52. 65亿m3，相当于215. 25万人一年的用水量。林地面积增加1 081. 66千hm2，相当于新疆约17年的造林面积，草地面积增加2 571. 43千hm2。

从表3可以看出，五种情景下从虚拟水视角来看都节约了水资源，如果把节约下来的水资源用于生态保护，林地与草地的面积都可以得到明显的增加。五种情景中，情景E下林地与草地面积增加最多，其次为情景B，说明这两种情景下节约的水资源量也最多。

表3 虚拟水战略的生态影响估算

5.2.3 虚拟水战略对社会环境的影响

虚拟水战略对社会环境的影响主要体现为对当地农村人口就业的影响、对当地棉农收益的影响和对当地棉农种植积极性等方面的影响。由于进口棉花会导致本地的棉花生产减少，棉农收入减少，降低棉农的积极性，但是从长远发展来看，虚拟水战略是在充分发挥本地资源条件的情况下仍然不能满足需求的一种策略，即进口的棉花是棉农由于缺水而无法生产的，因此即使不进口棉花，棉农也无法实现增收的。同时棉农可以利用节约下来的水资源发展高附加值的其他农产品，对于棉农的增收来说也是一种不错的机遇。

对新疆人口就业的影响：截至2016年，新疆总人口2 398. 08万人，农业人口1 238. 61万人(其中农业从业人员492. 91万人)，占总人数的51. 65%。2016年棉花每公顷家庭用工天数为34. 95日，雇工天数为103. 95日，情景A下，如果2020年与2025年棉花分别进口120万吨、150万吨，种植面积分别减少586. 67千hm2、733. 33千hm2，即工作日将分别减少8 146万日、10 183万日，如果一个人1年工作日按照245天(新疆地区减去1天肉孜节和1天古尔邦节假日)计算，相当于短期内就业人数将分别减少33. 25万人和41. 56万人。

6 讨论

虚拟水理论的提出，为区域农业产业结构的合理优化提供了新的视角。以自治区种植业“十三五”规划发展为依据，设定不同的情景，从虚拟水战略对生态环境、水资源消费和社会环境正反方面的影响进行分析。

(1)由于我国虚拟水研究处于初步阶段，尤其是针对虚拟水战略行为对环境影响的研究处于起步阶段。在对虚拟水进行量化的基础上分析虚拟水战略对环境产生的影响时，虽然依据自治区“十三五规划”设定不同的情景，但它是一种前瞻性的分析，需要结合实践应用。如情景C中2020年棉花微灌技术覆盖率达到70%，2025年达100%，根据2016年新疆节水灌溉覆盖率为38. 91%，按照“规划”中的要求2020年要达到接近70%，基本可以实现，而2025年要达到100%尚需要一定的努力。

(2)棉花是新疆的主要经济作物之一，而且新疆也是棉花优良的天然种植地，根据“规划”调棉能够实现文中所设定的力度。文章仅从节水的视角，设定调棉规模，且在结构调整的实施过程中，大部分种植户最在乎的是该农作物的经济效益，而考虑环境影响次之，因此需要一定的推广讲座和补贴措施，引导农户逐步转变种植观念。

(3)据统计，2016年新疆城镇人口失业数量为9. 66万人，失业率为2. 5%(同期全国失业率为4%)，根据调研发现，新疆每年棉花成熟后的拾花季节要引进一定的外地打工人口进行拾花，雇工人数高于家庭用工人数，因此棉花进口不一定会带来当地失业问题。

7 结论与建议

(1)虚拟水战略对水资源消费的影响。通过实施虚拟水战略可以减少新疆的农业用水量，情景B对棉花水资源消费影响最大，提高单产后2020年与2025年棉花水资源消费分别减少62. 23亿m3、72. 21亿m3，情景E对种植业水资源消费影响最大，调整种植业结构与采用高效节水技术后2020年与2025年种植业水资源消费分别减少87. 52亿m3、115亿m3。

(2)虚拟水战略对生态环境的影响。通过增加棉花进口，相当于进口水资源，如果用节约下来的水资源增加林地与草地面积，五种情景中情景E可使林地与草地面积增加最多。

(3)虚拟水战略对社会环境的影响。通过实行虚拟水战略，增加棉花进口相当于减少人工数33. 25万人、41. 56万人，但是不一定会带来失业问题。同时对于农户增收来说是一个不错的机遇。

针对以上结论提出以下几点建议：(1)适当增加进口，主攻单产。棉花属于高耗水农作物，根据计算如果大量增加棉花进口，带来的负面影响也较大，如农户种植积极性受挫、纺织行业依懒性强等。按照自治区“十三五”规划与发展，优化棉花种植布局，主攻单产，集中发展优势种植区、高产棉与优质棉区，压缩高风险棉区种植面积；(2)适当调整种植业结构，并着力推广高效灌溉技术。按照“十三五”规划，优化种植业结构，调棉增饲，增大饲料种植比例。同时推广微灌技术，提高灌溉效率；(3)建立并逐步完善相关补偿机制，促进种植结构调整的实施，引导农户转变观念，树立节水观念。