虚拟水战略背景下的中国粮食生产空间布局优化研究

邹 君,谢杨艳,李伯华,田亚平,毛德华

(1.衡阳师范学院资源环境与旅游管理系,湖南衡阳421008;2.湖南师范大学资源环境科学学院,长沙410081)

虚拟水战略背景下的中国粮食生产空间布局优化研究

邹 君1,2,谢杨艳1,李伯华1,田亚平1,毛德华2

(1.衡阳师范学院资源环境与旅游管理系,湖南衡阳421008;2.湖南师范大学资源环境科学学院,长沙410081)

首先,用人均农村人口粮食产量指标定量表征我国粮食生产空间布局现状,发现我国粮食生产空间布局存在“北方多、南方少,中间多、两边少”的特点,主高值区位于东北和内蒙古一带,次高值区由河南、安徽、山东、江苏、湖南、江西和重庆等中西部省份组成;主低值区为东南沿海一带,次低值区是由西北和西南诸省组成的广大地域。然后,为探究虚拟水战略背景下我国粮食生产的理想布局模式,提出区域粮食生产优势度的概念,分析其影响因素,运用定量评价模型计算各省级区域的粮食生产优势度。发现区域粮食生产优势度有2个高优势度带和2个低优势度带,且高优势度和低优势度区呈带状相间分布。最后,构建粮食生产布局调整指数作为我国不同区域粮食生产优化调整的依据,分类给出了区域粮食生产调整的方向。

粮食;虚拟水战略背景;空间布局;优化;中国

0 引言

1993年英国科学家Tony Allan提出了虚拟水的概念[1],2003年程国栋院士将虚拟水概念和虚拟水战略思想引进介绍至中国[2]。目前,虚拟水已经成为国内外水资源及相关领域的研究热点。研究内容主要集中在产品的虚拟水量化[3]以及区域虚拟水战略的概念内涵、实施条件、实施效果[4-6]等基础理论问题和水足迹[7-8]、虚拟水贸易及其意义[9-11]、虚拟水战略与水资源及粮食安全[12-13]等虚拟水和虚拟水战略的应用研究。虚拟水战略的提出为全球水资源短缺的解决提供了新的思路,其实质是通过水密集型产品的贸易来实现水资源的空间配置。随着世界人口的不断膨胀、经济的快速增长以及消费水平的迅速提高,全球水资源供需矛盾日益尖锐。在全球水资源日益短缺的形势下,缺水国家和地区以减少水密集型农产品生产的虚拟水战略将成为其保障水资源和粮食安全的重要宏观战略,从而给世界农业水资源开发利用和粮食生产、贸易带来新的外部环境——虚拟水战略背景。粮食是最为典型的水密集型产品,在虚拟水战略实施的过程中扮演重要角色。虚拟水战略背景下,区域粮食生产环境会产生相应的变化,因此,用虚拟水战略视角来诊断我国粮食生产空间布局的现状和问题,探究虚拟水战略背景下我国粮食生产布局的理想模式就成为当前我国粮食生产领域具有前瞻性和科学性的学术问题。

1 我国粮食生产空间布局诊断

1.1 中国粮食生产空间布局的现状

粮食是人类生存的必需品,可以说哪里有人类定居哪里就有粮食生产。但是,由于各地自然、经济和社会文化条件千差万别,粮食生产的空间布局亦大不相同。考虑到粮食是由农民生产出来的,因此,本研究采用粮食产量指标来表征我国粮食生产空间布局的现状(表1和图1),该指标比人均粮食产量指标能够更好地说明粮食的空间分布状态。并可以得出我国当前粮食生产空间布局规律。

表1 2007年全国内陆31个省(市、区)农村人均粮食产量Tab.1 Per capita food production by agricultural population of 31 provi nces in China in 2007

图1 中国粮食生产空间布局现状Fig.1 Spatial distribution of gra in production in China

1.1.1 北方多、南方少,中间多、两边少。采用农村人口计算的人均粮食产量前15位的省份有12个位于长江以北,排名前10位的则全部为长江以北的北方省份,其中东北和内蒙古4省市区为我国农村人均粮食占有量最高的4个省市区;另外,从空间分布态势来看,高值区基本分布在中间,版图的西部地区和东南部地区则为低值区所覆盖。

1.1.2 欠发达地区多、发达地区少。这主要表现在中东部地区。除山东和江苏以外,东南沿海所有省市区的农村人均粮食产量指标都位于中下等级,而相对于沿海的中部省区则大多处于中上等级。

1.1.3 两高值区、两低值区。主高值区位于东北和内蒙古一带,次高值区由河南、安徽、山东、江苏、湖南、江西和重庆等中部省份组成;主低值区为东南沿海一带,次低值区是由西北和西南诸省份组成的广大地域。

1.2 虚拟水战略视角的我国粮食生产空间布局诊断

从虚拟水战略的角度来审视我国粮食生产空间布局,不难发现,北多南少的布局现状与我国水资源的空间分布规律恰好相反,这不利于我国农业水资源的可持续开发和利用,可能会带来一系列的生态环境问题。因为,从虚拟水战略思想来看,水资源丰富的地区应该充分发挥水资源优势,多生产粮食等水密集型农产品,而水资源贫乏的地区则可减少粮食等水密集型农产品的生产。因此,虚拟水战略背景下,为进一步优化我国水资源的空间配置,充分挖掘水土资源潜力,需要探究我国粮食生产空间布局的合理模式,从而为新形势下我国粮食生产布局的优化调整提供有价值的参考依据。

2 我国粮食生产空间布局理想模式

2.1 区域粮食生产优势度及影响因素

2.1.1 区域粮食生产优势度概念。虚拟水战略背景下,粮食作为典型的水密集型农产品将成为虚拟水战略实施的重要媒介,因此区域粮食生产的适宜性也会随之发生变化。除了受传统的水土资源等农业自然资源和劳动力、粮食生产基础等社会经济条件影响之外,还要充分考虑区域虚拟水战略实施对粮食生产的影响。因此,本研究定义的区域粮食生产优势度是指虚拟水战略背景下,综合考虑区域水土资源等农业自然资源和劳动力、粮食生产基础等社会经济条件以及区域虚拟水战略优势度情况下的区域粮食生产的适宜性。优势度越高,说明在虚拟水战略背景下,该区域粮食生产的适宜性以及在保障我国粮食安全和水资源安全方面的战略意义越大,因此,应该大力发展粮食生产。

2.1.2 区域粮食生产优势度的影响因素。为定量评价区域粮食生产的优势度,在充分理解虚拟水战略背景下的区域粮食生产优势度概念内涵的基础上,认真分析其影响因素,从而为区域粮食生产优势度评价指标体系的构建奠定基础。

①水土资源禀赋因素S:粮食是典型的水密集型和土地密集型产品,因此,区域水土资源的丰欠程度是影响区域粮食生产优势度的基础性因素。因为,水土资源丰富地区适宜进行粮食生产,且其生产成本相对较低。而水土资源短缺的地区粮食生产的机会成本高,因此,将有限的水资源用于工业和生活用途所带来的经济和社会效益显著。因此,在虚拟水战略背景下,那些水土资源禀赋好的地区无论从经济利益的角度(水资源短缺地区粮食生产的压缩势必导致粮食价格上升,从而给水资源丰富地区粮食生产带来新契机)还是从社会责任的角度(水资源丰富地区有责任和义务为国家的粮食安全和水资源安全贡献应有的力量)来说,都具有大力发展粮食生产的动力,从而具有较高的区域粮食生产优势度。由此可见,水土资源丰欠程度与区域粮食生产优势度呈正相关。

②非农水资源需求因素D:区域内城市生活用水和工业用水都将影响区域粮食生产,所以非农水资源需求也是影响区域粮食生产的一个重要因素。由于农业和非农产业在水资源利用上的效益差别,区域内非农水资源需求大将会驱动内部水资源的“农转非”,从而挤压粮食生产用水,驱动区域实施虚拟水战略来保障水资源安全。所以非农水资源需求与区域粮食生产优势度呈负相关。

③农业水资源管理因素E:粮食作为一种典型的耗水型农产品,区域水资源的合理分配和利用效率直接影响其生产效益,所以区域水资源的管理与粮食生产息息相关。区域农业水资源管理水平和水资源利用效率越高则区域粮食生产优势度也越大。因为,较高的农业水资源管理水平有利于水资源利用效率的提高,从而改善粮食生产的经济效益,提高粮食生产的积极性。由此可见,农业水资源管理水平与区域粮食生产优势度呈正相关。

④粮食生产基础因素A:区域粮食生产还与其历史发展与粮食生产现状有关,历史上粮食生产发达的地区一般具有比较先进的粮食生产技术、经验和优良传统等有利条件,因此,虚拟水战略背景下其发展粮食生产的优势度也较大。而千百年积累起来的粮食生产基础一般可以从粮食生产的现状指标中加以体现和表征。根据上述分析,粮食生产基础因素与区域粮食生产优势度呈正相关。

2.2 虚拟水战略背景下中国区域粮食生产优势度评价

2.2.1 指标体系的构建。区域粮食生产优势度评价指标体系是从系统的角度对研究对象进行抽象的概念模型。指标体系最上端为目标层,反映研究对象的总体目标,以下依次为二级、三级、四级子系统,分别表示分目标、具体指标和计算方法。依据虚拟水战略背景下区域粮食生产优势度影响因素的分析,遵循信息全面覆盖、主导因素、可操作性等指标选取原则,构建包括水土资源禀赋、非农水资源需求、农业水资源管理以及粮食生产基础4个方面共8个具体指标构成的评价指标体系(表2)。其中,城市生活用水比重(D1)、城市工业用水比重(D2)和农田亩均灌溉用水(E1)3个指标为负向指标,其他指标均为正向指标。

表2 区域粮食生产优势度评价指标体系及指标权重Tab.2 Assessment index system and its weights of regional food production evaluation predom inant degree

2.2.2 指标权重的确定。传统的权重分配常用Delphi专家咨询法和层次分析法(AHP)。其中Delphi法不仅对咨询专家要求较高,而且多轮咨询的工作量较大。AHP采用九标度刻划比较判断结果,使专家感到操作困难,而且计算复杂,还需要进行一致性检验。鉴于此,在保证科学性的前提下,为了计算的简便,本研究采用改进的三标度层次分析法[14]进行两级指标权重的确定,计算方法如下。

式中:

P为使用者定义的标度扩展值范围,本研究取P= 3。对矩阵R的任意一列进行归一化处理就可以得到权重向量[W1,W2,…,Wn]T。

分目标层4个指标经专家咨询和上述方法计算得出它们的权重分别是:水资源禀赋0.398 8,非农水资源需求0.191 7,水资源管理0.132 9,农业发展现状0.2765。同样的方法可以计算出每一分目标层中2个具体指标的权重,将其数值分别与各自所属的分目标权重相乘即可得到8个具体评价指标的权重值(表2)。

2.2.3 数据无量纲化处理。采用计算方法简便易行的多指标综合评价方法来评估我国各省级行政区区域粮食生产优势度。首先对各指标原始数据进行无量纲化处理,只需在加权综合计算之前对指标数据进行无量纲化处理,这里采用极值无量纲化处理方法,公式如下

f(xi)=xi/maxi,xi为正向指标;

f(xi)=mini/xi,xi为负作用指标。

式中:maxi,mini分别为指标xi的最大值和最小值。

2.2.4 粮食生产优势度的计算。区域粮食生产优势度采用常用的综合指数加权求和模型计算

式中:fi表示第i个指标的无量纲化指标数值;wi为对应指标的权重系数;Pi为区域虚拟水战略优势度评价值。计算结果越大,优势度就越高,反之,优势度就越低,数值大小保持在0～1之间。

根据上述计算步骤,得出全国除台湾、香港、澳门以外31个省(市、区)粮食生产优势度的综合评价得分(表3)。并绘制出中国区域粮食生产优势度空间分布图(图2)。

表3 虚拟水战略背景下中国各省(市、区)粮食生产优势度评价结果Tab.3 Evaluation scores of regional gra i n production predom inant degree in China under virtual water strategy

图2 虚拟水战略背景下中国粮食生产空间布局理想模式Fig.2 Ideal spatial distribution of gra i n production in China under the background of virtual water strategy

2.2.5 结果分析。结合图2和表3可以看出,虚拟水战略背景下中国粮食生产空间布局理想模式具有高优势度和低优势度区带状相间分布规律。从图2可以看出,全国粮食生产优势度地域有规律地分成4个地带,2个高优势度带和2个低优势度带,依次由东南的低优势度带向北部边境沿线高优势度带相间展布。主低优势度带由分布在我国中纬度地区的西藏、青海、甘肃、陕西、山西、北京、天津和辽宁组成,主要由我国的西北和华北诸省组成,水土资源条件差是其得分低的主要原因,其中,北京、天津和辽宁得分低的原因还要归咎于工业和城市化发展导致的非农水资源需求高;次低优势度带分布在东南沿海,主要包括江苏、上海、浙江、福建和广东。这些省份水土资源条件较好,按理说应该成为我国粮食生产的高优势度区,其得分不高主要应该归咎于经济快速发展所导致的过高非农水资源需求,其次,东南地区粮食生产现状也是其得分低的原因之一。由于经济发展水平高,粮食生产的比较效益低下,种粮积极性不高。主高优势度带由黑龙江、吉林、内蒙古和新疆4个省区组成,该区域目前是我国极为重要的粮食生产基地,其得分高的主要原因是历史和现实所导致的其粮食生产基础好,远远高于其他省份的得分;次高优势度带由山东、河南、安徽、江西、湖南、云南和海南7个省组成,它们基本可以分成两种类型,山东、河南和安徽属于粮食生产基础好的类型,海南、云南、湖南和江西则属于水资源条件好的类型。

3 粮食生产空间布局优化措施

经过分析和对比可以发现,中国现有粮食生产布局与虚拟水战略背景下的中国理想粮食生产布局有较大的出入。因此,依据上述研究结果,对比我国粮食生产的布局现状和虚拟水战略背景下的理想布局模式,分类提出新形势下我国粮食生产布局的优化方向。为便于讨论,构建粮食空间布局调整指数(粮食空间布局调整指数=区域粮食生产优势度排名—区域粮食生产现状排名)(表3),调整指数为负说明粮食生产现状排名大于粮食生产优势度排名,即该区域有条件和义务生产更多的粮食为全国的粮食安全和水资源安全服务,但是却没有发挥区域水土资源优势,需要增加粮食生产;调整指数为正说明粮食生产现状排名小于粮食生产优势度排名,即该区域已经超额贡献出了其水土资源条件许可的粮食产量,为全国的粮食安全和水资源安全做出了超额贡献,区域水土资源超负荷工作,可以适当减少粮食生产来降低水土资源的压力;调整指数为零或接近于零,说明区域粮食生产现状与其理想模式比较吻合,粮食生产可不作大的调整。

3.1 粮食生产布局合理型

将调整指数介于[-5,5]之间的所有省份归为该类型,包括黑龙江、吉林、内蒙古、河南、安徽、湖南、山东、湖北、重庆、四川、贵州、西藏、陕西、甘肃、北京和青海共16个省(市、区)。进一步研究发现,黑龙江、吉林、内蒙古、四川和青海5个省区调整指数为零,意味着它们在虚拟水战略背景下基本不需要进行粮食生产的调整,黑龙江、内蒙古和吉林由于其优越的水土资源条件和粮食生产基础,在今后一定时期内仍将承担起我国商品粮生产基地的重任,为我国的粮食安全和虚拟水战略的实施服务;四川在粮食生产方面需要贯彻国家政策,不要松懈粮食生产工作,稳固其在全国的地位。而青海则由于其在全国重要的生态服务地位不宜扩大粮食生产。湖南、贵州、河南和安徽4个省的调整指数为负值,说明水土资源的潜力还没有发挥出来,虚拟水战略背景下需要适当加大粮食生产的力度。重庆、陕西、北京、甘肃、山东、湖北和西藏7个省(市、区)的调整指数为正,说明区域水土资源存在超负荷运行现象,虚拟水战略背景下可以适当减少粮食生产以减轻水土资源压力。

3.2 粮食生产布局过密型

辽宁、天津、江苏、上海、宁夏、山西和河北7个省(市、区)的调整指数大于5,其中,辽宁、天津和江苏3个地区大于10。说明这些区域要么水土资源欠佳而超负荷进行粮食生产(宁夏、山西、河北),要么经济发展速度快而导致非农水资源需求压力大(天津、上海),要么是两者兼而有之(辽宁、江苏),最终导致其农业水资源开发程度高、非农水资源需求大,水资源供需矛盾比较突出。虚拟水战略背景下,这些区域应该有规划有步骤地逐渐减少粮食生产,节省的农业灌溉用水一部分归还生态系统,以利于生态系统的健康运行,一部分用于日益增加的非农水资源需求。

3.3 粮食生产布局过疏型

海南、广西、广东、福建、云南、新疆、浙江和江西8省区的调整指数小于-5,其中,海南、广西、广东和福建4地区小于-10。说明这些区域水土资源条件良好,但是,当前它们的粮食产量却与它们的水土资源条件极不对称。为配合我国干旱缺水地区虚拟水战略的成功实施,该类型区域应该采取措施调动农民种粮的积极性、充分发挥区域水土资源优势,为国家的粮食安全和水资源安全(输出更多的虚拟水资源)做出应有的贡献。

参考文献:

[1] Allan J A.VirtualWater:A Long Term Solution forWater ShortMiddle Eastern Economies?[EB/OL].(2005-03-12)[2009-03-01].http://www.soas.ac.uk/Geography/WaterIssues/OccasionalPapers/home.html.

[2] 程国栋.虚拟水:中国水资源安全战略的新思路[J].中国科学院院刊,2003,18(4):260-265.

[3] 徐中民,龙爱华,张志强.虚拟水的理论方法及其在甘肃省的应用[J].地理学报,2003,58(6):861-869.

[4] 邹君,杨玉蓉,毛德华.湖南省虚拟水战略初步研究[J].地域研究与开发,2008,27(3):75-78.

[5] Dabrowski J M,et al.Agricultural I mpacts on Water Quality and I mplications forVirtualWater Trading Decisions[J].Ecol Econ,2008(7):16.

[6] 邹君,杨玉蓉,黄翅勤.中国区域虚拟水战略优势度评价[J].地理科学,2009,29(1):78-82.

[7] Chapagain A K,Orr S.An I mproved Water Footprint MethodologyLinking Global Consumption to LocalWater Resources:A Case of Spanish Tomatoes[J].Journal of EnvironmentalManagement,2008,32(6):73-81.

[8] 王新华,徐中民,龙爱华.中国2000年水足迹的初步计算分析[J].冰川冻土,2005,27(5):774-780.

[9] Dabo Guan,Klaus Hubacek.Assessment of Regional Trade and VirtualWater Flows in China[J].Ecological Economics,2006,28(2):22-29.

[10] 周姣,史安娜.区域虚拟水贸易计算方法及实证[J].中国人口·资源与环境,2008,18(4):184-188;

[11] Esther VeláZquez.Water Trade in Andalusia.Virtual Water:An AlternativeWay toManageWaterUse[J]. Ecological Economics,2007,32(5):201-208.

[12] 马静,汪党献,Hoekstra A Y.虚拟水贸易在我国粮食安全问题中的应用[J].水科学进展,2006,17(1): 102-107.

[13] 邹君,杨玉蓉.虚拟水战略背景下的湖南省水资源安全对策[J].人民长江,2008,53(11):6-9.

[14] 刘毅,贾若祥,侯晓丽.中国区域水资源可持续利用评价及类型划分[J].环境科学,2005(1):42-46.

[15] 孙志才,张蕾.我国农产品虚拟水-地资源区域时空差异演变[J].资源科学,2009,31(1):84-93.

Study on Spatial Adjustment of Food Production under the Background of VirtualWater Stategy

Zou Jun1,2,Xie Yangyan1,LiBohua1,Tian Yaping1,Mao Dehua2
(1.Resources Environm ent and Tourism M anagem ent Depar tm ent,Hengyang No rm al University,Hengyang 4210081,China;2.College of Resource and Environm ent,Hunan No rm al University,Changsha410081,China)

First,spatial distribution statusof food production in China was analyzed using the index of per capita food production of agricultural population.It is found that the spatial distribution of food production in China has a characteristic of the North is heavier than the South and the center ismore than the sides.The principal highvalue area is in the northeast and InnerMongolia,the minor high-value area is assembled by several central provinces such as Henan,Anhui,Shandong,Jiangsu,Hunan,Jiangxi and Chongqing and so on.The principal lowvalue area locates in the southeast along the coast,the minor low-value area is assembled bymany provinces of the southwest and northwest.Second,in order to probe the ideal spatial distribution model of food production under the background of virtualwater strategy,the concept of regional food production predominant degree was put for ward and its influencing factors were analyzed,the regional food production predominant degree in each province were calculated.Itwas found that there are 2 high-value zones and 2 low-value zoneswhich are phase distribution.Last, the index of food production distribution adjustmentwas built and calculated to instruct us give different adjust ment counter measures.

food;the background of virtualwater strategy;spatial distribution;adjust ment;China

book=0,ebook=114

F323.213

:A

:1003-2363(2010)05-0022-06

2009-03-11;

:2010-07-29

教育部人文社科项目(08JA790033);湖南省教育厅青年项目(08B008);湖南省人文地理重点建设专业资助项目;湖南省高校科技创新团队支持计划资助项目

邹君(1973-),男,湖南邵阳人,副教授,博士,主要从事水资源利用与区域经济研究,(E-mail)zoujun4@163.com。