省际粮食贸易隐含污染与环境比较优势研究

张玲玲,高帆帆,王宗志

(1.河海大学公共管理学院,江苏 南京 211100; 2.南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家实验室,江苏 南京 210029)

粮食安全是国家稳定之本,解决14亿人口基本吃饭问题事关全局,“中国碗装中国粮”才能抵御风险、行稳致远。通过粮食贸易向资源短缺地区转移耕地、水资源等隐含要素,不仅保障粮食调入区粮食安全,亦缓和了该地区的水土压力。中国突破性的实现粮食连续增产,但隐含污染转移的问题随之而来:一是粮食增产的背后是大规模化肥施用,2020年中国农作物化肥施用量达506kg/hm2,远高于225kg/hm2的全球化肥投入警戒标准,对农业环境产生了无法逆转的损害;二是粮食输出区长期依赖自然资源禀赋或者大规模劳动力、化肥投入换取经济利益,很有可能会落入比较优势的陷阱中;三是粮食输出地输出粮食后遗留的污染问题易受到贸易关系的忽视,农田面源污染的补偿标准仍处于探索阶段[1]。因此,开展省际粮食贸易隐含污染及其比较优势的分析,可在一定程度上拓展农产品贸易及其环境问题的研究范围,有助于推动中国转型期的粮食生产和贸易格局朝着更安全、更高效的方向发展。

有关粮食贸易涉及资源环境的研究主要围绕粮食贸易隐含资源与隐含污染两方面展开。隐含资源方面聚焦于虚拟水、虚拟耕地等资源要素,研究其分布格局以促进粮食贸易对水土资源的长效合理利用[2-4];同时从其产生的效益探讨对经济、环境的影响[5-7]。粮食贸易隐含污染方面主要从农业面源污染展开研究,一是区域农业面源的现状分布及原因分析研究[8];二是法律、政策、经济、技术等方面的治理路径研究[9];三是新技术的应用研究,包括采用各种模型对农业面源污染展开监测[10];此外还有从水足迹的角度对农业污染展开研究[11-13]。

比较优势理论发源于绝对优势理论,经由赫克歇尔与奥林的要素禀赋理论,以及克鲁格曼和赫尔普曼引入的规模优势和不完全竞争进一步发展完善,比较优势也是指导农业部门生产和贸易的重要理论基础。目前,农业部门主要将该理论应用于区域比较优势、贸易比较优势和环境比较优势。区域比较优势是分析某一产业或研究对象在时空分布格局的优势及其演变规律[14-15]。贸易比较优势理论是指在价格、成本等经济方面获得优势,实质是竞争力的研究,即通过竞争赢得更广阔的市场[16-17]。随着绿色环境重要性的凸显,环境因素也成为一项重要的生产要素,环境资源的竞争也能带来比较优势[18],或是测算各地区的环境综合比较优势[19-20]以促进农业生态环境的长效优化发展。

综上所述,关于以粮食为载体的资源转移研究多以国家为单位探讨粮食和耕地、水资源优化配置等问题,而国内省际粮食贸易与转移污染相互关系的相关研究较少。有关粮食贸易的比较优势,主要是从生产的角度探讨基于规模、效率的综合比较优势,而聚焦于由粮食贸易隐含污染所产生环境影响的比较优势研究较少。因此本文提出了一个新的研究视角,即分析中国省际粮食输出后给粮食输出地带来的污染影响及粮食贸易隐含污染的环境比较优势。主要解决以下问题:一是在运用区域投入产出表探索粮食贸易网络测算方法的基础上,采用灰水足迹方法将粮食贸易与隐含氮肥污染相结合,以此分析省际粮食贸易隐含污染的转移情况及污染强度;二是分析省际环境比较优势的基本情况,并找出中国省际粮食贸易隐含的污染转移规律与环境比较优势时空分布格局。

1 研究方法和数据来源

1.1 省际粮食贸易量

省际粮食贸易网络的测算方式主要分为两类:一种是依据人口、粮食产量比例关系的社会公平法[21],这类方法测算简单且缺少运输距离和方式的考量;另一种是各类线性优化方法如粮食就近贸易模型[22]、贸易成本最小化模型[23]、最小运输成本模型[24]以及多目标优化模型[25]。由于实际数据获取困难,现有测算区域间粮食贸易的方法尚未能完全真实反映现实情况。区域投入产出表是近年来国内外在贸易领域及环境问题分析中广泛使用的工具,其数据综合考虑了各经济部门贸易中产品数量和地区距离的影响,适用于各类宏观贸易分析并已在省际虚拟水土资源贸易中得到应用[26]。本文基于2012年、2015年、2017年区域投入产出表创新性地提出了省际粮食贸易量的测算方法,以区域投入产出表中第一行农林牧渔产品和服务产值为基础,得到区域农林牧渔产品和服务的投入比例系数;考虑到粮食产值仅是其中一部分,因此乘以粮食产值与农林牧渔产品和服务的比值;考虑到不同年份粮食价格的变化,采用可比价换算系列年的农产品价格指数,通过价格指数的变化衡量其他年份的粮食产出价值,反映扣除价格因素影响后的粮食实际贸易水平,测算出本地区对其他地区的粮食投入比例系数。在此基础上,乘以本地区的粮食产量,得到省际粮食贸易量,计算公式如下:

(1)

Tij=PiRij

(2)

式中:Rij为i省向j省投入粮食占本省粮食产量比例;Oij为i省向j省投入农业部门产品产值;Ei为i省出口农业部门产品产值;ηagri为以2015年为基准年的i省的农产品价格指数(由于存在误差值的积累,在同一个可比价序列中离基准年越近,价格吻合度越高[27]);Tgi为i省的粮食总产值;Tagri为i省的农林牧渔产品与服务总产值;Tij为i省向j省投入的粮食贸易量;Pi为i省的粮食总产量。

1.2 粮食贸易隐含污染量

灰水足迹方法结合水质和水量,能够衡量区域水污染状况和水资源压力,突破对水污染的单一考量[28],为此选择灰水足迹方法测算省际粮食贸易嵌入的隐含污染。本文考量的隐含污染主要为粮食生产中污染占比最大的氮肥污染。由于土壤普遍缺乏氮元素,中国在1998年氮肥施用就超过了安全阈值[29]且利用率不高,造成土壤肥力下降、板结化严重、地下水质污染甚至影响人体健康等危害,因此选择测算氮肥灰水足迹衡量省际粮食贸易中的隐含污染。隐含氮污染的计算公式如下:

Ai=(TiPg/Pagri)Nagri

(3)

Gi=(λαAi)/(ρmax-ρnat)

(4)

式中:Ai为i省输出粮食的氮肥施用量;Ti为i省粮食贸易输出量;Pg为粮食作物平均产值;Pagri为i省农产品总产值;Nagri为i省农作物投入氮肥总量;Gi为i省粮食贸易隐含污染的灰水足迹;λ为污染物被水体分解时的比例系数;α为淋溶率;ρmax为硝酸盐(氮肥主要污染物)质量浓度的最大值,ρmax=0.01kg/m3;ρnat为受纳水体的初始质量浓度,由于自然条件里并无人工产生物质,因此ρnat=0。中国污染源普查数据表明:农业生产活动产生的污染物在地表、地下水中分解的λ分别为60.68%、39.32%。本文α取全国平均值18%[30],一定程度上忽略了区域差异性和作物种类等影响因素的作用[31]。

1.3 粮食贸易隐含污染强度

粮食贸易隐含污染强度是指对单位产值污染物进行稀释时相应淡水需求量情况,或者指单位产值导致的水污染,能够反映粮食贸易带来的经济效益与水污染之间的关系。通过计算各省隐含污染强度,可以掌握粮食生产引致的氮肥污染的真实情况,计算公式为

Ii=Gi/(TiPg)

(5)

式中Ii为i省的隐含污染强度。

1.4 粮食贸易隐含污染环境比较优势

农产品贸易的比较优势是指在粮食生产和贸易上所需成本较低从而具有的市场优势,成本包括生产效率、生产规模、环境成本、运输成本等。基于此,提出粮食贸易隐含污染的环境比较优势指数,是指粮食贸易省际流动造成的动态区域隐含污染量的分布差异,是一种环境成本,即由于环境污染差异导致的生产每单位产值粮食产生的隐含污染比较量。省际粮食贸易的环境比较优势测算公式如下:

Cij=(Ii-Ij)TijPg

(6)

式中:Cij为粮食贸易隐含污染的环境比较优势;Ij为j省的隐含污染强度。

1.5 数据来源

区域投入产出表数据源于CEADs数据库2012年、2015年、2017年中国除港澳台以外的31个省(自治区、直辖市)42部门区域投入产出数据[32];水稻、小麦、玉米、大豆和薯类这五种粮食的数据来自《中国统计年鉴》;粮食作物平均产值取自《全国农产品成本收益资料汇编》(2012年、2015年、2017年),其中薯类作物由于缺乏全中国平均产值数据,因此使用大中城市露地马铃薯成本收益情况;31个省(自治区、直辖市)粮食年产量、农产品总产值数据、农产品总产值指数及农作物投入氮肥总量数据来源于《中国统计年鉴》(2012年、2015年、2017年)。

2 结果分析

2.1 省际粮食贸易量分析

图1为2012年、2015年和2017年省际粮食贸易网络,节点间连线的粗细表示贸易量的大小。

图1 2012年、2015年、2017年中国省际粮食贸易网络

从各省份贸易量来看,3个时间节点中河北、吉林、黑龙江、安徽、江西、湖南、甘肃、新疆,粮食输出量一直居前10%,占据全国贸易总量74.73%;东北三省粮食输出量年平均1464.57万t;内蒙古2017年粮食输出量激增,输出量占比从2012年的1.59%增至15.67%。从贸易量变化速度来看,华北地区粮食输出量增速达115.90%,2017年输出量增至449.61万t;而华东、华中、西北、西南地区粮食输出量分别下降了51.52%、77.4%、39.35%、35.69%。

就粮食输入情况来看,排名前十省份输入量平均占全国贸易总量的83.68%,其中天津、江苏、浙江、山东一直是主要的粮食输入地;内蒙古、辽宁、河南、广东2017年粮食调入量出现下降,山西、福建、湖北、陕西粮食输入量均呈倍速增长。总体来看,除西北地区粮食输入量增速达264.88%,其余省份粮食输入总量均有所下降。

根据研究结果可知,东北三省由于优越的农业自然条件以及高水平机械化等因素一直是中国最主要的粮食输出区;内蒙古在粮食贸易网络中定位转变,粮食输出量由55.83万t增至336.28万t,这与其实施的一系列基本农田保护、耕地轮作的重农抓粮政策密不可分,使其在国家粮食贸易网络中逐渐占据重要位置,成为中国的“北疆粮仓”。传统的粮食产区如湖北、山东、河南、湖南、安徽等省份自身发展需求大,粮食输出量较小;天津、浙江等经济发达省份农村劳动力非农化、耕地非粮化率高[33],粮食增长低于全国平均水平,粮食多通过外省调入[34];而作为中国粮食主要输出区的西北地区[35]和西南地区近年来伴随着劳动力外流、农业结构调整、水资源压力和生态压力加重的形势[36],粮食输出量下降并且区内粮食供求自给较为均衡。

2.2 省际粮食贸易隐含污染量及强度分析

计算2012年、2015年、2017年粮食贸易隐含污染灰水足迹,结果表明中国粮食贸易隐含污染整体下降趋势明显,粮食贸易隐含污染量从82.42亿m3下降到37.6亿m3。这说明随着经济水平的提升、化肥施用方法的科学化、绿色农业观念重视程度的加深,以及《农业管理条例》《化肥使用量零增长行动方案》等政策文件的出台,化肥污染得到了有效控制。就地区差异来看,2012—2017年各省粮食贸易隐含污染量变化明显,东北、华北、西北地区,以及安徽、云南污染最为显著,而江西、河南、湖南粮食贸易隐含污染情况明显好转。除华北地区污染总量增速达111.56%,其余地区隐含污染总量均呈下降趋势。

中国粮食贸易隐含污染强度省际差异分布与中国粮食贸易隐含污染灰水足迹分布相似。长江中下游地区、黄河中下游地区,以及新疆和云南一直是中国粮食贸易隐含污染强度最大的地区。从强度变化来看,中国粮食贸易隐含污染强度呈下降趋势,其中西南地区最为显著,平均下降幅度达38.52%。

2.3 省际粮食贸易隐含污染环境比较优势分析

粮食贸易隐含污染强度系数将粮食贸易中的隐含氮污染转化为经济指标,结合粮食贸易量综合分析其环境比较优势。环境比较优势指数越大,说明该粮食输出地的污染成本越高,环境比较优势越小。图2为粮食贸易隐含污染环境比较优势在2012年、2015年、2017年中国31个省份之间的分布,每个彩色方块代表粮食输出省份相对于粮食输入省份的环境比较优势大小。

图2 2012年、2015年、2017年省际粮食贸易隐含污染环境比较优势分布(单位: m3/元)

根据环境比较优势是否大于0可划分为环境比较优势区和环境比较劣势区,研究结果显示中国区域间粮食贸易网络中绝大多数节点表现出在贸易中的环境优势,而河北、内蒙古、吉林、安徽、河南、云南、宁夏、新疆在贸易中付出了更多的环境成本。环境比较优势数值较高的地区空间集聚现象明显,如内蒙古对河北、山西,河北对山东。内蒙古耕地保有量超出1亿亩(1hm2=15亩),实现了粮食调出量翻番,但对土壤环境造成了一定程度的损害;河北承接了北京大量工业企业,农村劳动力流向非农活动会使收入提高,而农业劳动力收入的提高则会带来化肥的大量投入,从而加重土壤污染[37]。中国省际粮食贸易环境比较优势网络中黑龙江一直对吉林省的环境比较优势指数最小,这是因为黑龙江是中国粮食种植单位土地氮肥施用量较小的地区之一,且吉林的隐含污染强度是黑龙江的2.72倍,因此黑龙江粮食贸易环境比较优势明显。

3 讨 论

研究结果显示北方地区粮食输出量年平均达78.9%,主要原因为北方地区相对地形平坦便于农业机械化大规模使用,南方水资源条件好,但是地形限制大型农机广泛使用;产业政策和经济发展战略向南方地区倾斜,形成南方抓经济、北方抓农业的格局。2012—2017年中国省际粮食贸易总量下降39.05%,近20个省份粮食调入量呈现负增长。各地区通过严守耕地面积保护红线、提高农田灌溉效率、合理使用化肥,粮食生产自给能力得以提升。省际粮食贸易网络格局逐步由“条状式”转向“团块式”,粮食输出地保持稳定,而对于输入地的选择呈现明显的就近原则与集中化趋势。2012年粮食贸易节点横向分布明显,粮食输出辐射范围广泛。而到2017年后粮食贸易矩阵节点集聚趋势明显,例如华北-东北贸易块、东北-华东贸易块、华中-华东贸易块。

中国粮食贸易隐含污染的地区差异逐步凸显,西北、东北、华北、中部地区隐含污染严重、区域集中性明显。这些省份大多经济不发达,依靠自然资源禀赋、大量农村劳动力发展农业,粮食由欠发达省份向发达省份转移的过程中还伴随着虚拟资源外流、环境恶化等情况,长此以往将不利于产业结构优化升级,引致“富者更富,穷者更穷”的局面。

粮食贸易隐含污染强度表示对氮肥污染进行稀释所需的淡水量,强度系数大表明获得单位产值粮食付出的水环境成本越大。随着北粮南运格局的形成,北方地区面临巨大的粮食-水-土压力。中国省际粮食生产与贸易表现出与其水资源禀赋相反的趋势,即由干旱、半干旱地区的灌溉密集型省份向湿润、灌溉密集度低的省份流动。而水资源短缺也是遏制中国北方工业经济发展的因素之一,因此这种不平衡的资源流动会加剧南北环境、经济差距。至于耕地资源,北方地区丰富的虚拟耕地资源流向南方,但是由于北方地区单产水平低,这种粮食流向实际浪费了大量耕地资源。2009—2020年北方地区粮食产量增加了42.32%,北方地区在国内粮食贸易中的重要地位和其生态挑战并存,为了确保中国粮食安全和经济平稳运行,科学灌溉、安全施肥、不断降低污染将是未来的发展方向。

整体来看,中国粮食贸易隐含污染环境比较优势的省际差异水平逐渐降低,截至2017年省际差异只在小范围出现,呈现“两头小,中间大”的橄榄形分布格局。各省份环境比较优势整体差异缩小,一是由于部分省份农业结构调整,经济类作物播种面积增大,粮食播种面积缩小,化肥投入量相应减少[38];二是由于国家宏观政策调控,科学严格控制化肥使用,污染强度降低;三是由于粮食输出集中化,华北、东北地区输出量最大,而其他粮食主产区如江西、湖北等省份粮食自用率高、输出量小。

环境比较优势指数与该省份农业生产定位有关,非传统粮食生产区在粮食贸易环境比较优势中往往处于劣势地位。根据环境比较优势指数将污染程度分为四大类,严重污染省份(灰水足迹大,污染强度大),包括河北、内蒙古、云南、新疆、吉林、河南、安徽、陕西;高污染省份(灰水足迹大,污染强度小):湖南、甘肃、黑龙江;中度污染省份(灰水足迹小,污染强度大):湖北、宁夏、重庆;轻度污染省份(灰水足迹小,污染强度小):北京、天津、山西、上海、江苏、浙江、福建、山东、广东、广西、海南、四川、贵州、西藏、青海。四类地区内部的粮食贸易导致的环境比较差异较小,跨类别贸易的环境比较差异较大。严重污染及高度污染省份为中国主要的粮食输出区,其隐含污染总量居高不下,粮食“团块式”的贸易方式将加剧这些省份的粮食生产环境成本。此外,环境比较优势指数省际差异逐渐集中分布于少数省份,这与中国省际粮食贸易网络特点的转变一致,即贸易与环境成本差异均逐步向少数特定省份集中。

4 结 论

a.省际粮食贸易网络格局由“条块式”转向“团块式”分布,粮食输出地集中分布于东北、华北地区。其中东北三省粮食产量平均占全国粮食总产量18.56%,粮食贸易量平均约占全国粮食量的53.97%;华北地区粮食总产量增速达47.27%,粮食贸易量增速达115.9%;华东、华中、西北、西南地区粮食输出量分别下降51.52%、77.40%、39.35%、35.69%。

b.中国粮食贸易隐含污染总量、污染强度分布情况相似,总量下降但地区差异明显。中国粮食贸易隐含污染总量下降54.38%,但华北地区污染总量增速达111.56%,污染集中分布于华北、西北地区,以及安徽、云南。省际粮食贸易隐含污染环境比较优势分布可以看作一个“两头小,中间大”的橄榄形分布结构,即少数省份在小范围地区表现出了明显差异的环境比较优势,但绝大部分省份在粮食贸易中隐含污染的环境比较优势处于较为均衡状态,说明整体上中国在产业结构、国家政策等因素的影响下,污染状况得到了一定控制,但出现了差异集中化的倾向。

c.为确保可持续发展,应将环境保护与促进生产统一起来,避免“高增长、高污染”模式。首先,总体上确定合理的化肥施用量保障生产,通过转变肥料利用方式提高肥料利用率。其次,根据不同区域、不同作物生产实际和施肥需要,加强分类指导。东北地区深松整地和保护性耕作相结合;华北、中部地区周期性深耕深松和保护性耕作相结合,并注重小麦水肥耦合;西北地区推广使用覆膜种植和高效缓释肥料。最后,需推动区域协同治理、联合发力,将环境成本纳入农产品贸易价格中,增大对粮食输出地的农业补偿程度、发挥农产品高质量低污染的比较优势,逐步调整产业现状,对粮食贸易质量以及生产不匹配的地区进行优化,促进其可持续发展。