中国与非洲农产品贸易虚拟水流动及节水效应研究

贾焰，张仁陟，张军（1.甘肃农业大学资源与环境学院，甘肃 兰州 730070；2.农业部对外经济合作中心，北京 100125；3.甘肃省节水农业工程技术研究中心，甘肃 兰州 730070）



中国与非洲农产品贸易虚拟水流动及节水效应研究

贾焰1，2，张仁陟1，3*，张军1，3
（1.甘肃农业大学资源与环境学院，甘肃 兰州 730070；2.农业部对外经济合作中心，北京 100125；
3.甘肃省节水农业工程技术研究中心，甘肃 兰州 730070）

虚拟水贸易作为一种调节工具，已成为水资源紧缺国家或地区增加本国或本地虚拟水、平衡区域水资源、缓解国家和地区的水资源短缺状况、保障本国或区域的水资源安全与粮食安全的重要手段之一。利用2003－2012年中国与非洲各国农产品贸易数据计算了中非农产品虚拟水流特征及其节水效应。结果表明，2003－2012年中国从非洲进口虚拟水总量为769.71×108m3，向非洲出口虚拟水总量为427.27×108m3，总体表现为虚拟水净进口。中国进口的虚拟水主要来源于莫桑比克、南非、布基纳法索、贝宁及马里等国家；中国出口的虚拟水主要流向南非、摩洛哥和科特迪瓦等国。中国虚拟水进口的农产品种类主要为棉花和果品等；而出口虚拟水产品主要为茶叶，其次是谷物和畜产品。中非虚拟水净贸易表现为水资源利用效率低的地区输向水资源利用效率高的地区，中非农产品贸易虚拟水为双方农产品消费需求和水资源保障提供支撑，却在全球尺度上造成年均5.91×108m3水资源的浪费，从全球水资源的高效利用角度看是不可持续的。

虚拟水；农产品贸易；节水效应；中国；非洲

http://cyxb.lzu.edu.cn

贾焰，张仁陟，张军.中国与非洲农产品贸易虚拟水流动及节水效应研究.草业学报，2016，25（5）：192-201.

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“虚拟水”是英国学者Allan［1］于1993年首次提出的概念，是指在生产产品和服务过程中所消耗的水资源量。这一概念的提出为水资源管理提供了全新的视角，研究产品的虚拟水含量及计算国家（地区）之间虚拟水流动特征成为水资源研究的热点［2-7］。研究发现缺水国家（地区）能够从富水国家（地区）进口水资源密集型产品和服务来缓解本国（地区）的水资源压力，虚拟水贸易逐渐被公认为解决区域水资源短缺问题、提高全球水资源配置效率的有效措施［8-11］。可见虚拟水贸易作为一种调节工具，通过出口高效益低耗水产品，进口本地没有足够水资源生产的农产品，间接增加水资源紧缺地区的水资源供应，从而解决了水资源短缺和粮食安全问题［12-13］。

目前中国农田灌溉面积6×107h m2，灌溉用水缺口约300×108m3。根据国家水资源发展规划，未来15年农业可用水量将维持零增长，农业缺水形势日益严峻［14］。相比工业和服务业，农产品生产的过程中消耗的水资源更多。赵旭等［15］基于中国投入产出表计算发现我国农业水足迹最终需求占总最终需求的8.1%，但我国农业领域的国内水足迹为1746×108m3，占国内水足迹总量的54%。严冬等［4］研究发现通过调整粮食生产耗水和产量可以改变粮食流通格局，进而实现虚拟水流动状态的优化。可见，研究农产品国际贸易的虚拟水流动对于优化水资源配置效率具有重要意义。

近年来，随着新型伙伴关系的建立，中国和非洲农产品贸易发展速度较快，贸易总额逐年增加，规模不断扩大，2013年双边农产品贸易额超过50亿美元，中国与非洲农产品贸易在中国农产品贸易中所占份额不断提高。与我国相似，农业在大部分非洲国家是具有重要地位的基础产业，一些非洲国家也面临着严重的水资源危机，可见研究中国与非洲农产品贸易中的虚拟水问题具有重要的现实意义。本研究通过计算2003－2012年间中非农产品贸易虚拟水量，分析中非农产品贸易虚拟水量的时空变化，以期为优化中非农产品贸易和生产结构、合理利用水资源提供依据。

1 材料与方法

1.1 虚拟水计算

计算一个国家（或地区）的虚拟水贸易量，采用这一国家（或地区）进（出）口农产品贸易量乘以其相应的虚拟水含量。其计算公式如下：

式中，V W Te，i，c，t为第t年出口国e向进口国i出口农产品c的虚拟水贸易量，CTe，i，c，t为第t年出口国e向进口国i进口农产品c的贸易量，S W De，c为出口国e农产品c的虚拟水含量。

在t年，进口国i的农产品虚拟水进口总量为其从所有国家（或地区）进口的所有农产品虚拟水贸易量之和（GV WIi，t），计算公式如下：

在t年，出口国e的农产品虚拟水进口总量为其向所有国家（或地区）出口的所有农产品虚拟水贸易量之和（GV WIe，t），计算公式如下：

一个国家在t年虚拟水净进口量（N V WIt），即虚拟水贸易平衡量为t年虚拟水进口量减去t年虚拟水出口量，计算公式如下：

对于单位农产品的虚拟水含量（表1），本文采用灌溉制度方法，在最优或者非最优的条件下根据每天的土壤水分平衡模拟作物整个生长季的蒸腾量，由此得到的作物蒸腾量称为校正后的作物实际蒸腾量。利用灌溉制度方法计算作物实际蒸腾量的公式如下：

式中，ETa为作物实际蒸腾量，Kc为作物系数，Ks为水分胁迫系数，ET0为参考作物蒸散量。

作物系数Kc是一个无量纲的系数，反映农作物本身生物学特性以及各具体作物与参考作物在表面植被覆盖、空气动力学阻力以及生理与物理特征方面的差异，与作物高度、土壤表面反射率、覆盖层阻力和土壤蒸发等相关。决定Kc取值大小的主要因素是农作物品种气候条件以及生长的阶段。本文采用Crop-W at软件中提供的作物系数。

水分胁迫系数Ks是描述水分胁迫对作物蒸腾影响。水分胁迫是指因土壤水分不足或外液的渗透压高，植物可利用水分缺乏而生长明显受到抑制的现象。当没有土壤水分胁迫时，Ks＝1；当存在土壤水分限制条件时，Ks＜1，具体计算公式如下：

式中，S［t］为时间t的实际有效土壤水分，Smax［t］为时间t在作物根部区域的最大有效土壤水分，p为不存在水分胁迫时作物可以从根部区域提取的水分占最大有效土壤水分的比例。S［t］、Smax［t］、p由降水量、灌溉和土壤数据确定。水分胁迫系数使用的各个国家和地区农业生产灌溉情况和数据来源于Portm ann等［16］在2010年的研究成果。

表1 中非主要农作物的单位虚拟水含量比较Table 1 The virtual water content of crops in China and Africa　m3/t

1.2 节水效应

某一种产品在贸易中的节水效应由下列公式计算：

式中，W为水资源节约量（m3），当W＞0，为全球节约水资源，反之，浪费水资源；M为产品贸易量（t）；V W Ci和V W Co为产品输入区和输出区的单位产品虚拟水含量（m3/t）。

1.3 数据来源

本文的气象数据主要从联合国粮农组织的C LI M W A T数据库中获取；各作物种植和收获时间数据来源于美国农业部；计算单位作物虚拟水含量使用的中国各省、直辖市、自治区各种农产品的产量和单位面积产量数据来源于《中国统计年鉴》；非洲各国各种农产品的产量和单位面积产量数据来源于世界粮农组织数据（http://data.fao.org/statistics）；农产品贸易数据来源于中国海关进出口统计数据库。本文选取了H S6位编码的2003－2012年中国农作物产品、动物及其畜产品进出口非洲总量在1000 t以上的具体产品，计算中非农产品的虚拟水贸易量。

2 结果与分析

2.1 中非农产品贸易虚拟水的年际变化

2003－2012年中国进口农产品虚拟水量呈波动变化（图1），2003年中国进口虚拟水量最低，为26.04×108m3；2011年中国进口虚拟水量达到最多，为178.39×108m3，其主要原因是2011年从莫桑比克进口农产品虚拟水量大幅度增加，其中以植物纤维、棉花和芝麻的进口量增加较大，分别比2010年增加了35，212和19倍，另外还进口了花生仁等5种从未进口过的农产品。2003－2012年中国出口农产品虚拟水量比较平缓（图1），介于（31.81～50.83）×108m3。

图1 2003－2012年中国从非洲进出口农产品虚拟水贸易量Fig.1 The variation of virtual water in agricultural trade between China and Africa during 2003－2012

2003－2012年间，中国从非洲进口虚拟水总量为769.71×108m3，向非洲出口虚拟水总量为427.27×108m3，总体表现为顺差，即虚拟水净进口，这在一定程度上可以缓解中国水资源危机。虚拟水净进口量的年际变化趋势和中国进口虚拟水量的变化具有一致性，呈现波动性变化趋势，除2003年中国对非洲的农产品虚拟水量为－22.78×108m3，表现为贸易逆差外，2004－2012年间均为贸易顺差，表现为虚拟水净进口。

2.2 中非农产品贸易虚拟水的国家分布

2.2.1 中国进口虚拟水的国家分布 表2列出了2003－2012年中国主要进口农产品虚拟水的非洲国家，10年来累计进口农产品虚拟水总量为650.24×108m3。由表2可知，2003－2012年中国进口虚拟水最大的国家是莫桑比克，农产品虚拟水进口量为111.35×108m3，其次是南非、布基纳法索和贝宁，农产品虚拟水进口量分别为102.84×108m3、76.52×108m3和60.35×108m3。中国从这4个国家进口农产品虚拟水量占从非洲进口总量的53.9%，这表明中国进口虚拟水国家分布具有相对集中的特点。

表2 2003－2012年中国主要进口虚拟水的非洲国家分布Table 2 The import virtual water from Africa to China during 2003－2012　　×108m3

由表2可知，2011年中国农产品虚拟水进口量最大为168.12×108m3、2006年为80.44×108m3、2010年为71.86×108m3，2003年最少为21.89×108m3。2011年明显高于其他年份，其主要原因是2011年从莫桑比克进口农产品虚拟水量增加较大，占2011年从非洲其他国家进口农产品虚拟水总量的58%，2011年中从莫桑比克进口了蓖麻油及其分离品、其他固体糖及未加香料或着色剂的糖浆、废棉（包括废棉线）、未加糖或其他甜物质的可可粉和花生仁5种从未进口过的产品，而且进口的纺织用植物纤维、未梳的棉花和芝麻3类产品是2011年的35，212和20倍，从而造成了2011年从莫桑比克进口虚拟水量很高。

2.2.2 中国出口虚拟水的国家分布 表3为2003－2012年中国主要出口农产品虚拟水的国家分布，10年来累计出口农产品虚拟水总量为352.09×108m3。由表3可知，2003－2012年间，中国出口虚拟水最大的国家是南非，10年间累计虚拟水出口量为85.43×108m3，其次是摩洛哥，为67.43×108m3，中国对这两个国家出口虚拟水量之和占总出口量的43.4%，这表明中国出口虚拟水国家分布也具有相对集中的特点。由表3可知，2003年中国农产品虚拟水出口量最大，为40.68×108m3，2012年为39.65×108m3，2011年为39.40×108m3，2005年最少，为25.72×108m3。

表3 2003－2012年间中国主要出口虚拟水的非洲国家分布Table 3 The export virtual water from China to Africa during 2003－2012　　×108m3

2.3 中非农产品贸易虚拟水的产品结构特征

2.3.1 中国进口虚拟水的产品构成 2003－2012年间中国主要进口农产品虚拟水的产品构成见表4，由表4可知，中国从非洲进口虚拟水较多农产品主要为棉花、果品、畜产品、麻类、植物油、烟草等产品，其中棉花的年均虚拟水进口量最大，为3959.0×106m3，其次是果品和畜产品，年均虚拟水进口量分别为2014.1×106m3和1289.7×106m3；中国从非洲进口的奶类和肉类虚拟水则较少，均不足0.1×106m3。

由表4可知，各类农产品水足迹在各个年份间差异比较大，2011年棉花、果品和畜产品虚拟水进口量最大，分别为8647.3×106m3，5463.4×106m3和2864.2×106m3，是10年间进口最多。2003年麻类虚拟水进口量最大为240.3×106m3。2010年植物油虚拟水进口量最大，为365.7×106m3。2012年烟草虚拟水进口量最大，为155.3×106m3。

2.3.2 中国出口虚拟水的产品构成 2003－2012年间中国出口虚拟水的产品构成见表5，由表5可知，中国出口非洲虚拟水较多的农产品主要为茶叶、谷物、畜产品、蔬菜、豆类、糖类和果品等，其中以茶叶出口虚拟水量最大，年均出口量为1578.1×106m3，其次是谷物和畜产品，年均虚拟水出口分别为828.2×106m3和599.5×106m3；蔬菜、豆类、糖类和果品，年均虚拟水出口分别为346.8×106m3，344.5×106m3，240.8×106m3以及173.1×106m3。

表4 2003－2012年间中国进口虚拟水的产品构成Table 4 The import virtual water of agricultural products types from Africa during 2003－2012　　×106m3

表5 2003－2012年间中国出口虚拟水的产品构成Table 5 The export virtual water of agricultural products types to Africa during 2003－2012　　×106m3

由表5可知，中国出口非洲农产品虚拟水含量年际间存在一定的差异。相对而言出口量最大的茶叶比较稳定，年际间的波动不是非常剧烈，2011年最大，为1887.8×106m3，2003年最少，为1343.1×106m3。谷物2003年最高，为2533.6×106m3，2012年最低，为363.0×106m3，从2006年开始中国出口非洲的谷物虚拟水量呈现持续下降的态势。而蔬菜从2003年来呈现持续增加的态势，从2003年的56.5×106m3增加至2012年的657.9×106m3；果品虚拟水从2007年呈现持续增加态势，到2012年达到最高，为293.1×106m3；其他的农产品虚拟水出口量呈现出不规则的变化态势。中国对非洲出口不同农产品变化趋势，反映出中国对非洲出口农产品结构发生了一定变化，即粮食作物出口减少，其他经济作物有所增加。

2.4 中非农产品贸易虚拟水的节水效应分析

由于产品种类较多，为便于分析，本研究按照一般的农产品归类方法将产品分为18个类别，并以此为基础、利用节水效应公式计算了2003－2012年间中非农产品虚拟水贸易的节水效应（表6和表7）。

表6 2003－2012年中国出口农产品的节水效应Table 6 The water savings associated with the export of agricultural products during 2003－2012，China　　×106m3

表7 2003－2012年中国进口各类别农产品的虚拟水贸易的节水效应Table 7 The water savings associated with the import of agricultural products during 2003－2012，China　　×106m3

2003－2012年间中国出口农产品的节水效应见表6，由表6可知，从总体上来看，在2003－2012年，中国出口农产品贸易虚拟水能在全球尺度上节约水资源，这是因为中国总体上农产品水分利用效率高于非洲，但不同年份间中国出口农产品贸易虚拟水的节水效应不同，总体上呈逐渐降低的趋势，2003年节水效应最明显，为5429.8×106m3。对不同产品而言，节水效应也不同。谷物、畜产品、豆类、饮料、蔬菜和果品等产品出口能在全球尺度上节约水资源，其中谷物的年均节水效应高达1742.7×106m3；奶类、糖类和茶叶则与之相反，表现为浪费水资源，其中茶叶年均浪费量最大，为294.2×106m3。而烟叶和肉类的节水效应不明显。

与中国出口农产品的节水效应相比，中国进口农产品贸易虚拟水在2003－2012年间，总体上表现为全球尺度上浪费水资源（表7），中国进口农产品虚拟水贸易造成的全球水资源浪费量年均高于1000.0×106m3，但不同年份水资源的浪费量不同，其中2011年最多，为5826.0×106m3。进口产品不同，水资源浪费量也不同，在各类产品中，进口棉花水资源浪费量最大，年均值为1714.6×106m3，这是由于非洲棉花单位产品虚拟水含量（9000 m3/t）显著大幅高于中国棉花单位产品的虚拟水量（5300 m3/t）；其次是畜产品、果品和麻类等。仅进口糖类和茶叶能在全球尺度上节约水资源，但节约量相对较少。

图2为2003－2012年间中非农产品贸易虚拟水节水效应的变化，由图2可知，在2003－2012年间，中非农产品贸易虚拟水节水效应呈波动性降低趋势，总体上表现为水资源的浪费，总量为59.12×108m3。具体来说，除2003年和2008年总体上表现为节约水资源外，其余年份都表现为浪费水资源。其中在2003年中非农产品贸易虚拟水具有明显的正效应，在全球尺度上节水43.0×108m3。2011年中非农产品贸易虚拟水对全球节水的负效应最大，浪费了约44.41× 108m3的水资源。总体来看，由于中国处于虚拟水净进口地位，而中国水资源利用效率高于非洲地区，所以中非农产品贸易在全球尺度上年均浪费了大约5.91× 108m3的水资源。可见，尽管中非农产品虚拟水贸易可以为双方农产品消费需求和水资源保障提供支撑，然而，从全球水资源的高效利用角度看，则造成了水资源的浪费，是不可持续的。

图2 2003－2012年中非虚拟水贸易节水效应的变化Fig.2 The variation of water savings though agricultural products trade between China and Africa during 2003－2012

3 结论与讨论

中非农产品贸易虚拟水具有明显的时间变化。2003－2012年间，中国从非洲进口虚拟水总量为769.71× 108m3，向非洲出口虚拟水总量为427.27×108m3，总体表现为虚拟水净进口。中国进口虚拟水量呈波动性变化，其变化范围为（26.04～178.39）×108m3；中国出口虚拟水量则变化不大，在（31.81～50.83）×108m3范围内波动。

中国虚拟水进口的产品种类主要为棉花、果品和畜产品等，而虚拟水出口的种类则主要为茶叶，其次是谷物和畜产品。中非农产品贸易虚拟水的国家分布具有相对集中的特点，中国进口虚拟水的国家主要来源于莫桑比克、南非和布基纳法索等国家，表现为早期中国进口虚拟水的非洲国家多分布于非洲北部，到近年，则主要集中在非洲南部和东部，中部和北部的国家不断减少。中国出口的虚拟水主要流向南非、摩洛哥和科特迪瓦等国，主要集中在非洲北部和南部国家，而中部国家较少。

中非虚拟水净贸易表现为水资源利用效率低的地区输向水资源利用效率高的地区，这造成在全球尺度上年均产生5.91×108m3的水资源浪费的负面效应。中非虚拟水贸易为双方农产品消费需求和水资源保障提供支撑，然而，从全球水资源的高效利用角度看则不可持续。

农业是水资源消耗大户，中国和非洲都不是水资源丰富的地区，中非之间的农产品贸易也是虚拟水贸易，出于不同国家战略的需求，中非之间农产品贸易需认真考虑、研究虚拟水流动特征，为实现全球、中国和非洲各自节水利益考虑，也为实现区域层次的水资源可持续利用和生态环境保护提供依据［17］。张雄化［18］研究表明水分利用效率与虚拟水的进出口量存在相关性，同时虚拟水出口较少的区域生态效率较高，虚拟水进口较多的区域环境效率较低。刘渝［19］认为农产品虚拟水贸易除了受水资源要素自身的稀缺程度影响外，还受到农产品的生产技术水平，农产品的交易价格以及资源消耗率等因素的作用，为进一步深入探讨中非之间的农产品贸易结构提供了新的思路，结合本文研究成果，从全球、中国和非洲3个不同的视角提出节水策略，通过虚拟水贸易的方式补充实体水的不足，减少因为缺水而造成的粮食安全问题［20］。

从实现全球节水的角度看，中国从非洲进口糖类和茶叶类具有全球节水效应，而进口其他农产品不具有全球节水效应，特别是从非洲进口棉花、畜产品、果品和麻类造成较大的水资源浪费。因此，从全球节水角度看不应从非洲进口棉花、畜产品、果品和麻类等虚拟水含量高的农产品。

从中国实现节水的角度看，中国可从埃及进口小麦；从尼日利亚进口大豆；从埃及和南非进口甘蔗；从尼日利亚进口腰果；从科特迪瓦进口天然橡胶；从津巴布韦进口烟叶等这些虚拟水含量低于中国的农产品。

从实现非洲节水的角度看，中国出口非洲的农产品主要为水稻、玉米、大麦、谷子、高粱、籽棉、花生和橡胶等虚拟水含量明显低于非洲的农产品。

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Evaluation of virtual water flow associated with agriculturaltrade between China and Africa and implications for water saving between China and Africa

JIA Yan1，2，Z H A N G Ren-Zhi1，3*，Z H A N G Jun1，3
1.Collegeof Resourcesand Environmental Science，Gansu Agricultural University，Lanzhou 730070，China；2.Foreign Economic Cooperation Center，Ministry of Agriculture，Beijing 100125，China；3.Research Center of Water-saving Agriculture of Gansu Province，Lanzhou 730070，China

Virtual water trade is a useful tool for international resource adjustm ent and has already beco m e an im portant m eans for countries or regions facing a scarcity of water resources to trade surplus resources in order to alleviate serious water shortage，so as to guarantee food security and sufficient water supply for essential needs.H ere we calculate the quantity of virtual water represented by agricultural trade between China and Africa fro m 2003 to 2012.T he virtual water transfer features distinctive geographic and te m poral pattern.Fro m 2003 to 2012，the total a m ount of virtual water China im ported fro m Africa was 769.71×108m3，the average virtual water was 76.97×108m3/year，w hile the quantity exported to Africa was 427.27×108m3.H ence there is a net im port of virtual water.T he countries that are m ajor suppliers of virtual water to China are M oza mbique，South Africa，Burkina Faso，Benin and M ali.T he m ajor African im porters of virtual water fro m Chinaare South Africa，M orocco，and the Ivory Coast.T he agricultural products contributing m ost to virtual water im port by China fro m Africa are cotton，fruits and anim al products；w hile products contributing significantly to visual water exports fro m China to Africa are tea，cereals and anim al products.T he overall balance of virtual water trade between China and Africa m oves agricultural products fro m areas with low efficiency of water use to areas of higher efficiency of water use.T his creates a negative im pact on global water use efficiency，and a waste of 5.91×108m3of water.Fro m a bilateral perspective，the virtual water transfer associated with agricultural trade between China and Africa has desirable water use efficiency benefits for both sides.H owever，fro m a global perspective，wasteful virtual water transfer such as this is not sustainable.

virtual water；agricultural trade；saving water effects；China；Africa

.E-m ail：zhangrz＠gsau.edu.cn

10.11686/cyxb2015238

2015-05-12；改回日期：2015-06-29

国家自然科学基金项目（31160269，31571594），国家科技支撑计划（2012 B A D14 B03），甘肃省高校基本科研业务费（041013）和甘肃省自然科学基金（1506 RJZ A003）资助。

贾焰（1973-），女，陕西西安人，在读博士。E-m ail：jiacalen＠sina.com