江苏省内部农产品虚拟水流动分析与评价

邱娅柳， 刘 喆， 操信春, *

(1.南京市高淳区水资源管理中心， 江苏 南京 211300； 2.河海大学 农业科学与工程学院， 江苏 南京 210098)

中国是世界上人口最多的发展中国家,保障粮食安全和水资源安全,对实现我国社会稳定和国民经济的可持续发展具有重大意义,虚拟水概念的引入为解决这一问题提供了新思路[1]。虚拟水的概念在1993年被英国学者约翰·安东尼·艾伦首次提出，用于计算食品和消费品在生产及销售过程中的用水量，又称为“嵌入水”或“外生水”[2]。虚拟水的相关概念包括虚拟水含量、虚拟水流出、虚拟水流入、虚拟水平衡等被相继提出[3]。随着对虚拟水研究的不断深入，虚拟水的概念逐渐与国际贸易相结合，形成了虚拟水贸易的概念[4]。虚拟水贸易是指一个国家或地区(尤指贫水国或地区)通过商品贸易的方式从另一国家或地区购买水资源密集型产品来获得水和粮食的安全[5]。目前国内外已有很多学者从虚拟水的角度分析研究农产品贸易，并对我国部分省区、流域等的虚拟水贸易进行了进一步的研究与分析[6-27]，研究发现，虚拟水贸易对缓解一些国家与地区的水资源短缺有着积极作用[28]。

江苏省位于中国大陆东部沿海中心，是著名的鱼米之乡，农业生产条件得天独厚，农产品、林木、畜禽种类繁多，粮食、棉花、油料等农产品几乎遍布全省[29]。但随着江苏省经济的飞速发展和生态环境建设规模的扩大，同时水管理的不到位，导致水资源的浪费和污染问题日益凸显。本研究以虚拟水理论为基础，结合江苏省各地级市的实际情况，对1999—2017年江苏省区域间农产品(粮食、油料、棉花)虚拟水流入、流出情况进行了量化与评价，并从区域的角度对这3类农产品的节水效益进行了分析研究，旨在为解决江苏省水资源问题提供理论依据。

1 数据来源与研究方法

1.1 评价区域与数据来源

选取江苏省为研究对象，对江苏省内13个地级市之间的农产品(粮食、油料、棉花)虚拟水流动进行量化评价。计算数据来源于《中国统计年鉴》(1999—2017年)、《江苏省统计年鉴》(1999—2017年)、《江苏省水资源公报》(1999—2017年)等数据资料。

1.2 研究方法

本研究主要采用理论与实际相结合的方法，首先了解虚拟水相关的理论知识，后分析现有的虚拟水流动计算体系与方法，最后结合江苏地区的实际情况，明晰农产品用水及贸易过程，从农产品调运量及农产品虚拟水含量两个角度出发，尝试建立适合江苏省尺度农产品的虚拟水流动计算方法。

(1)农产品贸易计算方法。根据全国范围内人均作物需求量一致的假设前提，首先计算一年中江苏省各地区农产品贸易量：

(1)

(2)

式中：TK出为第k市的农产品净输出量，万t；T总出为该年份的农产品输出总量，万t；T总入为该年份的农产品输入总量，万t。

(3)

(2)农产品虚拟水流动评估方法。根据全国范围内人均作物需求量一致的假设前提，对于农产品虚拟水输出区，其所流出的虚拟水量为：

Wj,out=WFPjTj,out

(4)

式中：Wj,out为第j市的虚拟水输出量，亿m3；j表示农产品虚拟水输出城市的序号；WFPj为第j市的单位农产品产量耗水量，m3/kg；Tj,out为第j市的农产品净输出量。

对于农产品虚拟水输入区有：

Wi,in=WFPiTi,in

(5)

式中：Wi,in为第i市的虚拟水输入量，亿m3，i为农产品虚拟水输入区的序号；WFPi为第i市的单位农产品产量耗水量，m3/kg；Ti,in为第i市的农产品净输入量。

2 农产品虚拟水流动评价

2.1 农产品虚拟水流动情况

1999—2017年江苏省各地级市农产品虚拟水流动量如表1所示，农产品虚拟水流动情况在各地级市之间分布不均匀，出现集中现象。

表1 江苏省各地级市农产品虚拟水流动量 单位：亿m3

表1显示，在研究年份内，扬州、泰州、南通、连云港、淮安、盐城、宿迁地区均多为虚拟水输出区，其中，盐城的虚拟水输出量最大，2017年达到7.5亿m3，淮安的虚拟水输入量位居第二，在2017年输出量最大达到4.2亿m3。南京、无锡、镇江、常州、苏州地区在研究年份内基本均为虚拟水输入区，其中，苏州的虚拟水输入量最大，2012年达到7.3亿m3，南京与无锡的虚拟水输入量近似，在2016年均达到输入量最大值，约4.5亿m3。镇江在研究年份内有虚拟水输出区到虚拟水输入区的转变，且转变后虚拟水输入量最小，最大输入量仅约0.8亿m3。农产品虚拟水输出量在研究年份内总体呈波动增长趋势且增长率较大。除镇江外，常州、徐州、淮安地区均有虚拟水输入区、输出区的转变，常州、淮安两地均在1999年发生转变，前者由虚拟水输出区转变为虚拟水输入区，随后输入量逐渐增大，后者由虚拟水输入区转变为虚拟水输出区，随后输出量逐渐增大。徐州在2007年前有多次虚拟水输入区、输出区的转变，最后稳定为虚拟水输出区且输出量逐渐增大。

图1给出了1999年和2017年江苏省各行政区的农产品虚拟水流动情况，图中以不同颜色代表不同城市，外部栏的大小表示每个城市的农产品虚拟水量占江苏省的农产品虚拟水总量的百分比。农产品虚拟水输出区用颜色相同无间隔的条形链接表示，农产品虚拟水输入区用白色区域表示，该白色区域将外栏与不同颜色的链接分隔开。连接线的厚度表示虚拟水传输的不同体积。标签均为江苏省各行政区名称的缩写，如：NJ代表南京，WX代表无锡。

图1 江苏省各区间农产品虚拟水流动情况(单位：万m3)

图1(a)显示，镇江、常州、扬州、泰州、南通、连云港、盐城、徐州、宿迁地区在1999年内均为农产品虚拟水输出区，其中盐城的虚拟水输出总量最大，占该年分总虚拟水流动量的34%；淮安是该年份虚拟水输入量最大的城市，占1999年总虚拟水流动量的45%，其中从盐城输入的虚拟水量就高达83 405万m3，从宿迁输入虚拟水量约39 687万m3，南京、无锡两地的虚拟水输入总量均较大且输入量近似，均达到该年份虚拟水流动总量的21%，其中南京从盐城市输入的虚拟水量约38 141万m3，无锡从盐城市输入的的虚拟水量约39 389万m3。镇江、常州两地虽为虚拟水输出区但输出量均较小。由图1(b)中可知，2017年镇江、常州、南通由1999年的虚拟水输出区转变为虚拟水输入区，而淮安则由虚拟水输入区转变为虚拟水输出区且输出量较大，占该年份虚拟水流动总量的29%。扬州、泰州、连云港、盐城、徐州、宿迁地区始终为虚拟水输出区，其中盐城的虚拟水输出量最大，约占2017年虚拟水流动总量的36%，为苏州输送虚拟水量高达286 759万m3，为南京、无锡两地输出虚拟水量分别约170 314万m3、169 440万m3。苏州是2017年内输入量最大的输入区，其输入总量占总虚拟水流动量的38%。泰州、徐州虽为虚拟水输出区但输出量均较小，均占总体虚拟水流动量的6%左右。研究数据显示，在1999—2017年间，江苏省内部的虚拟水流动量增长了约3.9倍。

2.2 区域间农产品虚拟水流动情况

图2给出了研究时段内江苏省区域间农产品虚拟水流动变化过程。从图2可看出，江苏省3个区域(苏南、苏中、办北)之间的农产品虚拟水流动变化趋势相似且较为稳定。

图2 江苏省区域间农产品虚拟水流动量

由图2可知，研究时段内，苏南地区均为农产品虚拟水输入区，苏中、苏北地区均为农产品虚拟水输出区。1999年苏南地区的农产品虚拟水输入量约为2.7亿m3，1999—2019年以平均每年约0.932亿m3的速率增长，2017年达到约18.7亿m3，约为1999年农产品虚拟水输入量的6.9倍；苏北地区1999年的农产品虚拟水输出量约为1.6亿m3，与苏南地区农产品虚拟水输入量变化情况相似但增长率更大，研究年份内以平均每年约0.942亿m3的速率增长，2017年达到农产品输出量最大值约18.5亿m3，是1999年输出量的11.6倍；苏中地区的农产品虚拟水输出量变化情况较为稳定，增长率较小，从1999年的1.4亿m3以平均每年约0.095亿m3的速率增长，2017年输出量约为2.4亿m3，仅为1999年输出量的1.7倍，在研究年份内存在小幅度波动。

2.3 农产品虚拟水节水效益评价

在区域节水方面，如果一个地区的农产品进口量大于出口量，那么这个地区就有一个净的虚拟水进口，这便节省了区域内的水资源来满足自己的农产品消费需求[30]。本研究取3类农产品为研究对象，分别为：粮食、棉花、油料，以2个区域单位农产品产量耗水量差值与贸易量的乘积计算出2个地区间的农产品虚拟水节损情况。

2.3.1 粮食虚拟水节损量

图3显示了1999—2017年期间江苏省内部区域贸易所产生的区域水资源的节约与损耗，由图可知，在研究年份内，苏北向苏南输送的粮食量约为每年534.70万t，而苏北地区每年生产534.70万t的粮食所需要的消耗虚拟水量约5.50亿m3，而苏南地区若要每年生产534.70万t的粮食所需要消耗的虚拟水量约4.90亿m3，故在苏北与苏南的粮食贸易过程中，造成了江苏省内部每年虚拟水资源量约0.60亿m3的损失。在苏中地区与苏南地区的粮食贸易过程中，虽然2个区域贸易量相对较小，约每年136.30万t，但每年却为江苏省内部节约了0.52亿m3的虚拟水资源。就整体而言，在1999—2017年内江苏省内部间的粮食贸易会造成江苏省虚拟水资源损耗，损耗量约为0.08亿m3/a。

图3 江苏省粮食虚拟水节损情况

2.3.2 棉花虚拟水节损量

由图4可知，在1999—2017年期间，苏北向苏南输送的棉花量约为每年8.52万t，苏北地区每年生产8.52万t的棉花所需要的消耗虚拟量约为0.17亿m3，而苏南地区若要每年生产8.52万t的棉花所需要消耗的虚拟水量约为0.16亿m3。在苏北与苏南的棉花贸易过程中造成了江苏省内部虚拟水资源的损耗，总体每年损耗了虚拟水量约0.01亿m3。苏中地区与苏南地区的棉花贸易与粮食贸易情况较为类似，虽然2个区域的棉花贸易量相对较小，仅每年0.61万t，但却基本实现了虚拟水资源的有效利用，并未造成江苏省内部的虚拟水资源浪费。但就整体而言，在1999—2017年内江苏省内部间的棉花贸易还是会造成江苏省虚拟水资源损耗，但损耗量相对较少，约为0.01亿m3/a。

图4 江苏省棉花虚拟水节损情况

2.3.3 油料虚拟水节损量

图5为江苏省区域间油料虚拟水节损情况图。由图可知，与区域间粮食、棉花贸易量不同，油料的贸易量主要以苏南地区-苏中地区为主，在1999—2017年期间，苏北向苏南输送的油料量较小，约为每年5.21万t，苏北地区每年生产5.21万t的油料所需要的消耗虚拟水量约为0.04亿m3，故在苏北与苏南的油料贸易过程中，并未造成江苏省内部虚拟水资源的损耗。苏中地区与苏南地区的油料贸易相对较大，约每年14.73万t，苏中地区每年生产14.73万t的油料所需要的消耗虚拟水量约为0.07亿m3，而苏南地区若要每年生产14.73万t的油料所需要消耗的虚拟水量约为0.11亿m3，因此，苏中地区与苏南地区的油料贸易为江苏省内部每年节约了0.04 Mm3的虚拟水资源。就整体而言，江苏省内仅有油料贸易为江苏省节约了虚拟水资源，但节约量仅为0.04亿m3/a，不及粮食与棉花贸易所造成虚拟水损耗量，约0.09亿m3/a，因此，江苏省内部的农作物贸易会造成省内虚拟水资源的损耗，损耗量约为0.05亿m3/a。

图5 江苏省油料虚拟水节损情况

3 结 论

由于江苏省内的水资源和耕地资源空间分布不对称，导致了省内各行政区之间、各区域之间的农产品调运及虚拟水的流动。在1999—2017年间，随着农产品贸易量的增加，由农产品贸易引起的虚拟水流动量也逐年增大，与农产品贸易情况类似，虚拟水由苏中、苏北地区随着农产品流入苏南地区。农产品虚拟水流动情况在各地级市之间分布不均匀，出现集中现象，南通、盐城、徐州等地多为虚拟水输出区，南京、无锡、镇江、常州、苏州地区在研究年份内基本均为虚拟水输入区，其中苏州农产品的虚拟水输入量最大，盐城的农产品虚拟水输出量最大；在研究时段内，苏南地区均为农产品虚拟水输入区，苏北、苏中地区均为农产品虚拟水输出区，3个区的农产品虚拟水输入量均整体呈逐年增长趋势，且苏南地区与苏北地区的农产品虚拟水流动量增长率较大。

江苏省由于水资源和耕地资源时空分布不均匀，导致部分城市无法承担农产品的生产任务，必须通过从其他城市的农产品补给来满足自身的农产品需求，这便导致其他城市的农产品产量以及水资源消耗量的增加。江苏省区域间农产品虚拟水节损量显示，粮食、棉花贸易均为江苏省带来了虚拟水资源的损耗，共造成虚拟水损耗量约0.09亿m3/a，江苏省内仅有油料贸易为江苏省节约了虚拟水资源，但节约量仅为0.04亿m3/a，因此，江苏省内部的农作物贸易会造成省内虚拟水资源的损耗，损耗量约为0.05亿m3/a，意味着江苏省内部的虚拟水资源并未得到充分利用。