文献阅读 | 中国的省际和国际食品贸易带来的水资源转移

题目

Water resources transfers through Chinese interprovincial and foreign food trade

作者

Carole Dalin, Naota Hanasaki, Huanguang Qiu, Denise L. Mauzerall, and Ignacio Rodriguez-Iturbe

期刊

PNAS

时间

2014年7月

一作

单位

Department of Civil and Environmental Engineering, Princeton University, Princeton, NJ，USA

链接

https://www.pnas.org/content/111/27/9774

研究内容

中国社会经济的快速增长，特别是城市化进程的加快与肉类需求的增加，使得国家水资源供应也日益紧张。由于水资源和可耕地空间的不匹配，我国农业主要位于较为干旱的北部，并通过贸易使虚拟水（VWC）由较为干旱的地区向较为湿润的地区转移，进一步加剧水资源短缺。研究通过水文模型和贸易模型的耦合，量化了通过农业贸易在各省与其他国家间转移的灌溉量和降雨量，分析了国际和省际食品贸易在中国全国用水和食品供应中的作用，并确定了具有提高水资源生产力潜力的特定省份和产品。

研究方法

研究以两个主要信息构建中国的虚拟水贸易网络：详细的区域间食品贸易（省际尺度）和所有省份中每种商品的VWC，通过将特定商品的交易量（kg_crop）乘以该商品在出口省的VWC（kg_water/kg_crop）来构建虚拟水贸易（kg_water）网络。

区域间食品贸易来源于CHINAGRO经济模型，其中包含四种主要农作物（玉米、水稻、大豆和小麦）和三种牲畜产品（反刍动物，猪肉和家禽）。综合模型是一个包含17种商品、8个地区的一般均衡福利模型。它包括每个地区的六种收入群体，和2433个行政单位(几乎所有县)的农业供应。消费是在区域水平上描述的，并以城市和农村人口进行了区分，考虑跨区域的国内贸易。研究通过2005年的真实数据对模型进行了校正。农作物的VWC(每公斤产品所含的水的公斤数)定义为作物种植期间的蒸散量(每平方米所含的公斤数)除以作物产量(每平方米所含的公斤数)。未加工畜产品的VWC定义为每头畜禽的用水量(kg_water/头)，包括饲料的VWC和饮用水和清洁水除以每头畜禽的产量(kgmeat/头)。利用中国农业网的省级作物产量估计值(用于旱地和灌溉地)和H08全球水文模型模拟的ET，计算每种商品的VWC值。ET模拟使用的是1948 - 2008年覆盖全球0.5空间分辨率的全球气象强迫数据集，这项研究使用的是2002年至2007年的平均值。国外商品的直接国际进口和国内贸易对应的虚拟水贸易流量，由贸易量乘以对应商品的VWC得到。研究估计的外国总消费量是中国贸易伙伴总消费量的平均值，以每个国家当年在中国进口中的份额加权平均计算而来。

研究结果

中国各省的VWC异质性

文章评估了农业和畜牧业在中国不同省份的VWC，并观察到其存在的显著差别。首先，不同省份间VWC的大小、组成比例各不相同。图1展示了不同省份在农业和畜牧业的平均VWC及构成。从VWC大小分析。农业平均用水最低的省份是西藏，为700 kg_water/kg_crop左右，最高的是海南，高达2300 kg_water/kg_crop以上；畜牧业平均用水最低的省份是广东，为2000 kg_water/kg_crop左右，最高的是内蒙古，高达5500 kg_water/kg_crop。从VWC构成分析。灌溉用水在中国农业VWC中平均占比为25%，在中国畜牧业VWC中平均占比为16%。但在新疆、宁夏、内蒙古，其农业VWC中灌溉用水占据了非常大的比例，分别为85%、69%、49%，这可能与当地气候条件和作物生长期有关；而在少数省份，如重庆和贵州，其农业VWC几乎全部依靠降水，灌溉用水分布仅占2%、3%。

图1  2005年中国各省农业与畜牧业VWC

（农业VWC：农业四种主要产物VWC的平均值；畜牧业VWC：三种牲畜VWC的平均值）

其次，同一省份内不同粮食作物的VWC也不尽相同。值得一提的是，大豆需要的水资源远超过这项研究中考虑的其他三种主要农作物：水稻、玉米和小麦。比如在宁夏和安徽省，大豆用水量高达4000-5000 kg_water/kg_crop，而在中国大部分省份，水稻只需要700 kg_water/kg_crop。

图2  2005年出口前五省份的玉米(A)、大米(B)、大豆(C)、猪肉(D)VWC

（蓝色和绿色的液滴分别表示产品在灌溉源和降雨中的VWC）

虚拟水贸易

分析各省份产品进出口带来的虚拟水贸易，研究得出：中国当前最主要的出口省份是陕西、山东与河南，最主要的进口省份是陕西、广东和广西；国内最大的虚拟水贸易是从辽宁到山东，为7.5 km³/y（主要来源于大豆和玉米，分别为4.6和1.3 km³/y）。考虑从国外进口商品在国内的再出口影响，天津、辽宁和上海的国际港口交易量占该研究分析的外贸总量的95%，其进口的国外商品有60%以上出口到国内其他省份。通过国外商品的国内再分配，至少有14个省份获得了相当数量的国外食品和相应的虚拟水。结合国际与国内贸易流量，研究发现与直接国际进口相关的虚拟水交易占中国总虚拟水交易的20%。

图3  中国各省与ROW之间的虚拟水贸易(A)，以及相关的正全球水资源节约(B)。

（数字表示水的体积，以立方公里为单位，链接颜色对应出口省份。）

节水效应

相比于没有贸易，每个地区自给自足的情况；如果贸易能够将商品从一个用水效用相对较高（单位产量用水量较低）的地区导向一个用水效用相对较低的地区，则可以产生“全球”（即包含贸易相关的所有个体）尺度的节水效应。如图4所示，研究发现，中国的国内外食品贸易导致全球节水47 km³/y，这些水大约占中国2005年灌溉用水的13%。相比而言，尽管国内贸易带来7.7 km³绿水节水效应，却也导致了蓝水3.1 km³的净损失。在国内贸易所有的商品中，小麦是节水效应最优的商品（节水7.7 km³），而玉米、猪肉和大豆交易分别带来了8.2 km³、0.9 km³和0.6 km³的蓝水损失。

图4  2005年，按产品和水源分类，仅因国内食品贸易带来的节水量和国内和国外食品贸易一共带来的节省量。

研究结论

研究通过对中国国际虚拟水贸易的分析，说明了国际贸易在中国虚拟水贸易中的重要地位。以大豆为例，中国食品贸易总节水量的87%是由进口大豆带来的。而文章对中国国内食品贸易的研究发现，国内虚拟水贸易往来可以有效节约绿水，但会造成蓝水资源的大量损失，这意味着国内食品贸易倾向于从灌溉密集型省份向降雨密集型省份出口。此外，文章还指出，由于农业用地和水资源的不匹配，导致我国内部食品出口省份大多是用水效率较低的省份，对这些省份的水资源利用效率的改进、食品生产和贸易的重组，应该成为减少国家用水量政策的目标。研究的上述发现对中国的贸易和农业政策具有重要意义，此外，研究还一并提供了分析这些政策如何在不久的将来改变中国虚拟水贸易网络的框架。

编辑：肖逸龙

排版：江琴

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