湖北省主要农产品虚拟水流动格局

刘 健

(湖北工业大学，湖北 武汉 430000)

虚拟水是指生产商品和服务所需要的水资源数量[1]。虚拟水将过程用水以“无形”的方式存放在商品和服务中，针对水资源研究的这一独特视角吸引了很多学者的关注。相对于调运实体水而言，虚拟水更便于运输，因此虚拟水是缓解水资源短缺和不同地区之间水资源分配不均的有力工具[2]。在虚拟水的研究当中,人口、粮食、贸易之间的连接关系是虚拟水分析的重要方向[3]。

湖北省属于典型的亚热带季风气候区，农产品种植所需的光、热、水等条件相对较好，是我国重要的稻谷主产区，有千湖之省、鱼米之乡的美誉。据国家统计局数据，湖北省2019年粮食总产量2725万t，已连续7年维持在2500万t以上。然而湖北省农业发展也存在着诸如粮食单产低、旱灾频发以及种植结构不合理等问题。同时随着区域间农作物产品贸易量的不断增大，农作物虚拟水资源的流动量也越来越大。因此仅考虑湖北省实体水资源的水管理理念已然不合时宜，需要考虑虚拟水并以贸易形势将水与粮食连接起来[4]。

田贵良等[5]通过构造多区域投入产出模型，计算分析了长江经济带内部及与外部间的虚拟水流动格局。王连芬和张敏虚[6]将投入产出的分析方法与水足迹相结合，计算出湖北省以虚拟水贸易形式向其他地区输出了大量水资源，其中农林牧渔业是生产和输出水资源量最大的部门。有关农作物虚拟水流动评估的文献主要以全国或某几个省组成的地区为研究对象，研究农作物虚拟水省际流动的情况，针对某个省和省内各地区农产品虚拟水流动的研究较少。因此，本文采用指标法对2012—2017年湖北省和省外区域主要农产品虚拟水流动情况进行研究，并从调整农作物种植结构以及虚拟水-实体水的统筹管理方面提出建议。

1 研究设计

1.1 农产品虚拟水流动计算

我国粮食进口量较大，但粮食关乎国家安全，所以我国的粮食库存总量也是世界第一。假设在不进出口农产品的情况下，我国的农产品产量和库存量刚好可以满足全国人民的需求，农产品调运只在国内不同地区之间发生，生产优先满足本地消费。湖北省农产品虚拟水流动量的计算公式如下：

当VGT>0时， FVW=VGT·WFPout

(1)

当VGT<0时， FVW=VGT·WFPin

(2)

式中：VGT(Volume of Grain Trade)为湖北省和省外地区的农产品调运量，万t，当VGT>0 时表示湖北省向外省输出农产品，当VGT<0 时表示省外地区向湖北省输入农产品，当VGT=0时表示湖北省和省外地区之间无农产品调运；FVW(Flow of Virtual Water)为湖北省虚拟水流动量,亿m3；WFG(Water Footprint)为湖北省的作物生产水足迹，m3/kg。

作物调运量的计算公式为

(3)

VGT=∑VGTi

(4)

式中：VGTi为湖北省与外省之间i种农产品调运量，万t；GHi为湖北省的i种作物生产量，万t；PH为湖北省的人口数量,万人；PN为全国人口,万人；GHi为全国i种农作物总产量,万t。

湖北省下属各市(州)、直管市、神农架林区主要农产品的虚拟水流动情况的计算原理与此类似，在此不作赘述。

1.2 水资源压力指数计算

在何维印[7]对区域水资源评价指标体系研究和韩昕雪琦等[8]对水资源压力指数(Water Stress Indicator)研究的成果上，将湖北省虚拟水流动与水资源压力指数结合，表征虚拟水流动对湖北省内水资源的影响，定义了一种修正的水资源压力指数(Modified Water Stress Indicator) 。农作物中的虚拟水含量由两部分构成：雨养作物虚拟水和灌溉作物虚拟水[9]。雨养作物虚拟水是指天然降雨过程中被农作物吸收储存的一部分水资源，灌溉作物虚拟水是指在降雨不足时，农民使用农田灌溉系统补充农作物生长过程中所需水分时消耗掉的一部分水资源。从机会成本的角度看，由于雨养作物虚拟水属于自然降水过程，使用水资源的机会成本较小，因此在计算湖北省因农作物种植产生的水资源压力时，选取灌溉作物虚拟水为造成水资源压力的农作物虚拟水。水资源压力指数计算公式如下：

GMSWI=FVW/(S·AW)×100%

(5)

式中:FVW为湖北省各地区伴随农产品输出的虚拟水流出量,m3；S为各地区农作物播种面积,亩；AW为各地区农田灌溉亩均用水量,m3/亩；S·AW为农田灌溉用水量；GMSWI为农作物虚拟水输出导致的该地区水资源压力程度，其实质是一个地区农作物虚拟水输出量和农业灌溉用水量的比值，按不同的值分为四个等级：Ⅰ级，无压力(GMWSI≤0.1)；Ⅱ级，轻度压力(0.1

2 数据来源

本文在参考前人研究成果的基础上确定所需的作物生产水足迹，即单位农产品虚拟水含量[10]，大米为1.43m3/kg，小麦为1.58m3/kg，玉米为1.00m3/kg，大豆为2.02m3/kg，棉花为5.36m3/kg，植物油为7.81m3/kg。全国人口、粮食产量等数据来源于2017年《中国统计年鉴》。湖北省各地区的人口、主要农作物产量、主要农作物播种面积、人均农产品生产水平等数据来源于2017年《湖北统计年鉴》。湖北省各地区的亩均农田灌溉用水量来源于2017年《湖北水资源公报》。

3 计算结果分析

3.1 湖北省农产品虚拟水输出情况

从图1中可以看到，湖北省农产品虚拟水流动整体上呈净输出状态。2012—2017年共输出虚拟水1019亿m3，平均每年输出农产品虚拟水170亿m3。农产品(大米、小麦、玉米、大豆)虚拟水输入略高于输出，整体上呈虚拟水净输入状态，其中大米的虚拟水输出总量最大，小麦、玉米、大豆均为虚拟水净输入。棉花由虚拟水净输出逐渐变为净输入。植物油虚拟水输出一直保持在较高的水平。尽管大米和植物油的虚拟水输出量都很高，但造成其输出总量大的原因不同，大米虚拟水输出量大主要是因为湖北省大米收获量大，而植物油虚拟水输出量大的原因是其单位产量的虚拟水含量高，为7.81m3/kg，相比之下大米单位虚拟水含量仅为1.43m3/kg。湖北省在控制农产品虚拟水输出时，应重点关注大米和植物油的虚拟水输出情况。

图1 2012—2017年湖北省农产品虚拟水输出总量

3.2 湖北省内各地区主要农产品虚拟水输入输出情况

由表1可知，2017年荆州农产品虚拟水净输出最多，为59.7亿m3。荆州、襄阳、荆门是湖北省农产品虚拟水主要的输出区，虚拟水输出总量均在40亿m3以上。这些地区农业发达，以2017年湖北省各市、州人均粮食生产水平(按常住人口平均)为例，共有3个地区年人均粮食生产水平超过800.00kg，分别是荆门(1051.60kg)、襄阳(885.92kg)、荆州(829.54kg)。较高的人均农产品生产水平使这些地区有富余的作物虚拟水输出。黄冈、仙桃、孝感、随州、天门5个地区是农产品虚拟水输出的第二梯队，虚拟水输出量均在10亿m3以上。尽管这些地区农产品虚拟水整体上呈净输出态势，但不同类型的农产品之间仍有很大的区别，小麦、玉米、豆类、棉花等旱作作物和棉花依然存在着虚拟水净流入。

表1 2017年湖北省各地区主要农产品虚拟水输入输出情况 单位：亿m3

武汉是湖北省最大的农作物虚拟水流入区，流入总量为62.7亿m3。武汉也是湖北省唯一一个所有农作物种类都存在着虚拟水净流入的地区，其中玉米的虚拟水流入量最高，为19.3亿m3。武汉是我国中部六省唯一的副省级市和特大城市，城市化进程较快而且人口众多，适合农业种植的土地面积较少，尽管农作物单位面积产量较高，但年人均粮食产量为湖北省最低，仅87.51kg，因此农作物需求的缺口较大，需要从外地调运大量的农产品满足本地需求，产生大量的虚拟水流入。

3.3 湖北省各地区农产品虚拟水输出造成水资源压力

因农产品虚拟水输出造成的当地水资源压力指数情况见表2。Ⅰ级无压力地区包括的武汉、黄石、十堰、鄂州、恩施、神农架林区均为农产品虚拟水净流入，故没有因农产品虚拟水流出而产生的水资源压力。Ⅱ级轻度压力地区中的宜昌仅有少量的农产品虚拟水净流出，给当地水资源带来的压力较小。值得注意的是，Ⅳ级重度压力里的仙桃、天门以及荆州的大部分区域和Ⅲ级中度压力里的潜江都位于我国九大商品粮基地之一的江汉平原。孝感、荆门、襄阳等中重度压力的地区也都位于江汉平原附近。耕地广阔，气候优越，降水充足的江汉平原在满足本地农产品需求后仍有大量结余，所以向区域外部输出了大量的农产品虚拟水。但是大量的农产品虚拟水输出也给江汉平原的水资源利用带来了压力，尤其在湖北旱季的时候，原本就稀缺的水资源大量地用在了农产品生产过程中，输送到了区域外部，这与旱季向缺水区域调入实体水的方向相违背。

表2 因农产品虚拟水输出造成的当地水资源压力指数

“湖广熟，天下足”是明朝中后期的一句谚语，尽管现在湖北省仍有大量的大米输送到全国各地和国外，但农产品整体上处于虚拟水流入流出的平衡状态，倒是油料作物的虚拟水输出量比较大。而且湖北省作为“千湖之省”，处于降水量丰富的亚热带季风气候区，又是长江和汉江的汇流处，水资源应十分充裕。然而由于全球变暖使气候不确定性增加，湖北省2018年的旱季甚至需要从区域外部调取实体水资源。

4 建 议

根据以上分析，应优化调整农作物种植结构，减少水资源密集型农产品输出。湖北省农田灌溉有效利用系数和全国平均水平一直有较大的差距，湖北省农田灌溉用水过程中浪费水资源的现象严重，这与王婷等[11]的研究结论相一致，湖北省农业生产用水量投入较大但收益较小，虚拟水和虚拟耕地资源的时空匹配程度不佳。湖北省未来在发展节水型农业时，应着力提高农田灌溉用水效率，学习其他省区农业节水的先进经验，推广喷灌、滴灌等节水灌溉方式，有效缓解旱季用水紧张局面，也有利于提高省区内虚拟水和虚拟耕地资源的时空匹配状况。

湖北省应实行对区域虚拟水-实体水的统筹管理，完善虚拟水和实体水的综合利用体系。当湖北省处于旱季时，仍然需要从丹江口水库向湖北省外输送大量实体水，可考虑从其他水资源富裕地区引入虚拟水流入取代实体水运输,以期减少水资源流动过程中的人力与经济消耗。政府政策也应多扶持湖北省节水型农业和气候智能型农业发展。