中国钾盐消费规律与需求预测

牛新生，王安建，郑绵平

(1.中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037；2.自然资源部盐湖资源与环境重点实验室，北京 100037；3.中国地质科学院全球矿产资源战略研究中心，北京 100037)

钾盐是可溶性的含钾盐类矿物，是钾肥和含钾肥料的最主要矿物原料，85%～95%的钾盐用于制作钾肥。截至2018年底，我国已成为全球第一大钾盐、钾肥消费国，因此，探讨钾盐、钾肥的消费规律并对国家的中期、长期钾盐需求做出预测，是指导钾盐未来产业发展的重要依据。

以往钾盐需求预测的主要方法有：①根据钾盐消费的年均增长率外推未来钾盐消费，如趋势预测法[1]；②根据人口粮食增长率预测钾肥需求量[2]；③根据氮、磷、钾肥的消费比例关系判断钾肥消费情况[3]；④数理统计法[4]；⑤谷物系数法[5]；⑥综合多种因素的作物体系-专家模型法[6]。以上方法的预测结果多局限于2020年之前，对中期、长期的预测结果相对较少；部分预测方法(如趋势预测法)的预测结果出现单向增长，长期来看，这并不符合钾盐的实际消费情况；此外，部分预测方法仅停留在理论探讨阶段，开展钾盐消费的中长期预测十分必要。

先期工业化国家的实际经验表明，人均能源和重要矿产资源的消费具有“S”形规律[7-13]，“S”形规律揭示了人类经济社会发展过程中资源消费的极限与周期问题[14]，已被广泛用于全球及中国一次能源、粗钢、铜、铝等矿产资源需求预测[9,15-18]。与其他传统预测方法相比，这一方法基于对先期工业化国家资源消费规律的高度概括和总结，注重长周期的宏观消费规律分析，更加适用于资源需求的中期、长期预测。张艳等[19]初步论证了单位耕地面积化肥施用量随着经济的发展呈“S”形规律；唐尧[20]基于“S”形规律尝试了对钾盐的需求预测，认为中国与法国的单位耕地钾肥量消费量相近。在此基础上，本文拟运用资源消费“S”形规律的思路，对先期工业化国家的钾盐、钾肥消费规律做出多层次的总结，建立合适的预测模型，进而预测我国2030年之前的钾盐消费需求。

1 需求预测方法与模型

由于大部分的钾盐用作钾肥(本文取90%)，因此，钾盐的消费实际是钾肥的消费，对钾盐消费规律的分析实际是对钾肥消费规律的分析。下文中，所有涉及钾盐、钾肥的量纲均以折纯的K2O计算，人均GDP均以1990年盖凯美元为计量单位。盖凯美元是可用于不同国家系统对比的一种通用国际元，是一个假定的货币单位，通常把1990年作为对比的基准年，下文中简称美元。我们分别从钾肥消费时间曲线、人均GDP-人均钾肥消费量、单位耕地粮食产量-单位耕地钾肥施用量、人均GDP-单位耕地钾肥施用量、人均GDP-钾肥施用总量五种关系对发达国家的钾肥消费规律进行探讨，同时，将中国、印度、巴西作为发展中国家的代表与主要发达国家进行对比分析。

1) 钾肥消费时间曲线。发达国家的钾肥消费时间曲线表明，无论是人均钾肥消费的消费轨迹，还是单位耕地面积的钾肥消费轨迹，均具有明显的顶点现象(图1和图2)。西方主要发达国家均已度过峰值时刻并开始下降，但在具体时间节点上有所不同。

人均钾肥消费方面，日本最早在1960年代中期就已经达到了人均钾肥消费的顶点，而德国一直是钾肥生产大国，矿物钾肥的使用历史较长，钾盐资源丰富，其人均钾肥消费量在1970年代初期达到了顶峰，多数发达国家如美国、法国、英国、加拿大、意大利等在1970年代中期至1980年代中期达到消费顶点，澳大利亚和西班牙直到2000年左右才迎来钾肥消费的峰值时刻(图1)。2000年以来，西方主要发达国家的钾肥消费趋势逐渐归于平缓，达到相对稳定的状态。

单位耕地钾肥消费方面，主要发达国家也已先后达到钾肥消费的峰值(图2)，峰值时刻呈波次递进的特点，并在峰值时刻之后逐步下降至相对稳定的水平上，其峰值区间介于1970～2010年之间。

图1 1961～2016年全球主要发达国家人均钾肥消费趋势Fig.1 Per capita consumption trend of potassic fertilizer of developed countries from 1961 to 2016(资料来源：文献[21]和文献[22])

与发达国家不同，主要发展中国家如中国、印度和巴西等国的钾肥消费均未达到钾肥消费的峰值阶段，人均钾肥消费量和单位耕地面积的钾肥消费量仍处于持续增长的阶段(图3和图4)。

图2 1961～2016年全球主要发达国家单位耕地面积的钾肥消费趋势Fig.2 Per arable land potassic fertilizer consumption of developed countries from 1961 to 2016(注：加拿大和澳大利亚的钾肥消费值进行了放大2倍处理；资料来源：文献[21]～[23])

图3 1961～2016年主要发展中国家人均钾肥消费趋势Fig.3 Per capita consumption trends of potassic fertilizer of developing countries from 1961 to 2016(资料来源：文献[21]～[23])

图4 1961～2016年主要发展中国家单位耕地面积的钾肥消费趋势图Fig.4 Per arable land potassic fertilizer consumption of developing countries from 1961 to 2016(资料来源：文献[21]和文献[22])

2) 人均GDP-人均钾肥消费量。从人均GDP和人均钾肥消费量的关系来看，大部分发达国家的曲线大致呈“S”形(图5)。各发达国家人均钾肥消费量达到顶点时的人均GDP并不一致，峰值时刻分布相对分散。其中，德国由于自己是主要钾盐生产国，因此其在人均GDP约11 000美元的时候就达到了消费顶点；日本由于耕地奇缺，较为依赖化肥对耕地肥力的提升，也在人均GDP约11 000美元的时候就达到了消费顶点。其他发达国家如美国、英国、法国、意大利、加拿大、澳大利亚、西班牙等国在人均GDP 14 000～20 000美元时达到消费顶点，之后呈持续下降趋势，在一定阶段时趋势变缓并逐渐稳定，“S”形轨迹非常明显。需要注意的是，图5中法国和德国曲线并不像美国、英国等呈现典型“S”形，而是略呈倒“U”形[19]，之所以呈现这种形态，一是10 000美元以下时刻两国的人均钾肥消费量数据缺乏;二是两国的人均钾肥消费量峰值相对较高。造成这一现象的原因可能与两国人均钾肥量消费的意外降低有关，如德国所经历的东西德合并事件等因素，事实上，两国近十年的消费数据已经基本处于相对平稳的状态，因此，这种倒“U”形实际上是倒“S”形峰值拉高变形后的结果。

与发达国家不同，发展中国家中国、印度、巴西的钾肥消费仍处于增长过程中，中国已经接近钾肥消费的零增长点，巴西则处于钾肥消费的快速增长阶段(图5)。

图5 全球代表性国家人均GDP与人均钾肥消费量关系图Fig.5 Per capita GDP and per capita consumption trends of potassic fertilizer of typical countries(资料来源：文献[21]和文献[22])

人均GDP和人均钾肥消费量的关系表明，当经济起飞时，人均钾肥消费量随人均GDP快速增长而同步增长，随着人均收入的增加，人均钾肥消费量增速趋缓，并在某一GDP值时增速为零，此时人均钾肥消费量达到顶点，其后开始逐渐降低。由于不同国家和地区经济发展水平、所处经济发展阶段和土壤肥力、种植结构等影响因素的不同，钾肥消费增长的起点、增长速率、峰值到来的时间点存在差异。

3) 单位耕地粮食产量-单位耕地钾肥施用量。从单位耕地钾肥施用量与单位耕地粮食产量关系来看，主要发达国家美国、英国、法国、澳大利亚、德国、日本、意大利、加拿大、西班牙等国钾肥消费轨迹存在明显的顶点，整体轨迹呈倒“U”形(图6)，这个特点说明农作物对钾肥的需求不是传统认识上的“多多益善”，证明了钾肥应用的一个基本规律，即钾肥的使用不是粮食增产丰收的唯一影响因素。在早期的农业生产活动中，钾肥的投入对粮食作物的增产、增收至关重要，但随着科学技术的进步和种植条件的改善，粮食作物的丰收对钾肥投入的依赖性逐渐降低。发达国家已经走到了倒“U”形的右边，而发展中国家如中国、印度、巴西等仍处于“爬升”阶段，这也就解释了各发达国家钾肥消费的峰值现象。

图6 全球代表性国家单位耕地粮食产量与单位耕地钾肥施用量关系图Fig.6 Grain yield per arable land and per arable land potassic fertilizer consumption of typical counties(注：加拿大和澳大利亚的钾肥消费值进行了放大2倍处理；资料来源：文献[21]和文献[22])

4) 人均GDP-单位耕地钾肥施用量。从人均GDP与单位耕地钾肥施用量关系图来看，主要发达国家单位耕地钾肥消费量的轨迹也是呈倒“S”形轨迹(图7)。德国是工业化时期主要的钾肥供应国，钾肥在德国农业的发展过程中得到了充分的应用。因此钾肥消费的峰值时刻较早，在人均GDP略高于11 000美元时，其单位耕地的钾肥施用量达到了顶点，日本、英国、意大利、法国、美国、加拿大和西班牙等大多数发达国家均在人均GDP 12 000～18 000美元时，单位耕地的钾肥施用量达到了最大值，之后开始持续下降，澳大利亚在人均GDP约20 000美元时，单位耕地的钾肥施用量达到顶点。与之形成对比的是，由于中国、印度、巴西等国的经济发展程度仍远未达到发达国家水平，人均GDP相对较低，仍处于钾肥消费增长的快速阶段。

图7 全球代表性国家单位耕地钾肥消费量与人均GDP关系轨迹图Fig.7 Per arable land potassic fertilizer consumption and per capita GDP of typical counties(注：加拿大和澳大利亚的钾肥消费值进行了放大4倍处理；资料来源：文献[21]～[23])

5) 人均GDP-钾肥施用总量。与单位耕地钾肥施用量轨迹图相比，人均GDP-钾肥施用总量关系图具有与之类似的特点，各国的钾肥消费总量轨迹均具有明显的顶点，大致呈倒“S”形。具体分析各发达国家钾肥消费的轨迹，其消费特点各有不同，根据单位耕地的钾肥施用量、单位耕地的粮食产量、钾肥消费峰值的达到时刻和国土面积等参数，可以进一步将发达国家分为三类消费类型。

第一类国家是钾肥消费的“密集型”国家。此类国家国土面积中等，单位面积耕地钾肥施用量较大，且单位耕地的粮食产量较高，人均GDP相对较低的11 000～16 000美元就达到了钾肥消费的峰值，代表性国家有英国、德国、法国、意大利、日本和西班牙(图8)，由于德国和法国钾肥消费量的“异常高”现象，并不具有普遍性，因此在预测模型中予以舍弃。

第二类国家是钾肥消费的“稀疏型”国家。此类国家国土面积较大，单位耕地面积钾肥施用量较小，单位耕地的粮食产量较小，人均GDP 19 000～20 000美元时才达到钾肥消费的峰值(图9)，以澳大利亚和加拿大两国为主要代表。

图8 钾肥消费“密集型”国家钾肥消费总量与人均GDP关系轨迹图Fig.8 Total potassic consumption and per capita GDP of “intensive” countries(资料来源：文献[21]和文献[23])

图9 钾肥消费“稀疏型”国家钾肥消费总量与人均GDP关系轨迹图Fig.9 Total potassic consumption and per capita GDP of “sparse” countries(资料来源：文献[21]和文献[23])

第三类国家是钾肥消费的“中间型”国家。以美国为主要代表，其特点是国土面积较大，耕地较多，且人口众多，为农业大国、强国，单位耕地钾肥消费量较大，钾肥消费的峰值时刻位于前两类国家之间，美国的峰值时刻人均GDP为18 000美元。我们认为，中国、印度、巴西也属于此类国家，根据图10可知，中国、印度、巴西的钾肥消费总量仍远未到达顶点，中国相对巴西、印度更加接近峰值时刻。

需要指出的是，钾肥施用总量、单位耕地钾肥施用量和人均钾肥消费消费量三者的人均GDP分布图均呈倒“S”形轨迹，甚至峰值时刻也基本相同，但三者仍略有不同。相比人均钾肥消费量，单位耕地钾肥施用量轨迹分布趋同性更强，“S”形变化幅度更明显，原因在于钾肥直接作用于耕地，单位耕地钾肥施用量的表达更加客观，而钾肥施用总量轨迹的本质与单位耕地钾肥施用量相同，是钾肥消费总量曲线变化的直接表达，根据趋势变化，便于直接用来预测未来的钾肥需求情况。

图10 “中间型”国家钾肥消费总量与人均GDP关系轨迹图Fig.10 Total potassic consumption and per capita GDP of “medial” countries(资料来源：文献[21]～[23])

2 需求预测方法、模型及指标体系

根据前述的钾盐、钾肥消费分析，我们认为资源消费预测的“S”形模型同样适用于钾盐、钾肥的消费预测，其规律适用于广大的发展中国家的需求预测，在总结钾肥消费规律的基础之上，建立了钾盐、钾肥需求预测的指标体系和方法。

1) 需求预测的指标体系。①理论基础：前述发达国家的实例表明，人均钾肥消费量、单位耕地的钾肥消费量和钾肥的施用总量分别与人均GDP呈倒“S”形轨迹，依据国家消费类型的不同有三类不同情况，分别为密集型(以中等国土面积国家如法国、英国等国为代表)、中间型(以美国为代表)和稀疏型(以澳大利亚为代表)，其峰值时刻分别对应人均GDP 15 000美元、18 000美元和22 000美元；发达国家单位耕地粮食产量与单位耕地的钾肥消费呈倒“U”形轨迹，即耕地的钾肥消费存在顶点，从理论上解释了钾肥消费峰值时刻形成的原因。②主要指标：人均GDP、人均钾肥消费量、单位耕地钾肥施用量，预测体系(图11)。③人均GDP：包括国内生产总值和人口总数两项指标，这是决定钾肥需求的根本因素，人均GDP是衡量经济发展水平的重要指数，在定量的研究体系中，将人均GDP作为预测模型的自变量用于钾盐、钾肥需求预测中。④人均钾肥消费量：衡量不同国家和地区钾肥消费水平的重要指标，其峰值相对分散。⑤钾肥施用量：包括单位耕地钾肥施用量和钾肥施用总量，是衡量不同国家和地区单位耕地钾肥使用的重要指标，不仅可以体现不同农业发展阶段的钾肥消费规律，更能准确反映钾肥消费速度的变化轨迹。

图11 钾肥、钾盐需求预测指标体系Fig.11 Forecast index system of potash and potassic fertilizer demand

2) 预测过程。首先，建立预测国耕地钾肥或钾盐施用量与人均GDP的历史轨迹；其次，选取参照国类型，并选取参照国和预测国的转变点参数；再次，根据预测国经济发展规划或GDP增长趋势，确定预测区间人均GDP的增长方案；最后，按照GDP增长趋势，在预测国所属增长区内，按照其增长模式进行分段预测。

3 钾盐消费需求预测

综合考察发达国家的钾肥消费规律，我们认为中国的钾肥消费属于“中间型”，可与美国类比，理由有以下几方面:①我国国土面积广大，特别是与美国相比，地理纬度相当且同为农业大国，对钾肥的长远需求情况类似;②不同于法国、英国、日本等国，这些国家在达到钾肥的消费顶点后，需求量锐减，而我国是拥有13亿人口的消费大国，农业生产的安全事关13亿人口的饭碗，因此，即使将来我国的钾肥消费到达顶点，也不会出现钾肥需求量锐减的情况，而将逐步递减，并最终稳定在一定的需求水平上;③我国耕地虽然总体数量较大，但是人均耕地面积较少，这就需要单位耕地面积拥有较高的粮食产量，也决定了钾肥需求的必然性、高效性和长期性，因此钾肥消费的特点也不同于“稀疏型”国家。

由于钾肥几乎占据了钾盐产品的全部，钾盐与钾肥的消费轨迹十分相近，根据以上分析，得出中国钾盐的消费曲线，并对其未来的发展轨迹做出了趋势线推测(图12)。由图12可知，在人均GDP为5 000美元之前，我国钾盐消费处于快速上升区间，人均GDP达到5 000～18 000美元时钾盐消费处于减速度下降区间，人均GDP约18 000美元时，我国钾盐消费将达到顶点，根据趋势线推测峰值为1 400万t K2O，此后，我国的钾盐消费将呈逐渐下降的态势，推测至人均GDP约25 000美元时，我国钾盐的年消费量约为1 200万t K2O。

对于未来的人均GDP数值，按照中国经济发展增速分高、中、低三种情景预测，中国2019～2030年GDP年均增长率设定见表1。

图12 中国人均GDP与钾盐消费预测关系图Fig.12 Per capita GDP and potash consumption prediction in China

表1 2019～2030年人均GDP增速设定Table 1 Per capita GDP set from 2019 to 2030

增速组别2019年2020～2024年2026～2030年高速度/%7.06.05.0中速度/%6.55.04.0低速度/%6.04.03.0

以2015年GDP(采用美国咨商局的GK数据标准)和最新获得的2016～2018数据为基准，再根据2019～2030年的人口预测，则可以计算得到三种不同增速情况下相应的人均GDP数据，然后根据此数据在图12读取相应的钾盐消费数据。据此预测，在高速度增长的情况下，我国最快在2025年迎来钾盐消费的峰值，中速度增长情况下，这一时间是2026年，低速度增长情况下，最迟将于2028年迎来钾盐消费的峰值。

4 结论和建议

1) 钾肥消费的“S”形规律是客观存在的。钾盐的消费规律研究表明，钾盐、钾肥的消费具有与大宗矿产资源相类似的消费规律。在经济的快速发展阶段，与人类对其他矿产资源的需求规律类似，人类社会对营养物质的消费量也是逐步提升的，而这些营养物质主要是通过农业生产获得的，当经济发展到一定水平以后，营养物质的来源更加多样化，生产效率进一步提高，人类社会对钾盐、钾肥的消费将出现下降趋势，这种规律表现出来的形态就是明显的“S”形。

2) 我国的钾盐消费也将遵循“S”形规律，即随着国民经济发展和人均GDP的不断提高，钾盐消费量将呈持续增长态势，目前仍处于增长阶段，在人均GDP达到18 000美元时，我国的钾盐消费将达到峰值阶段，这一时间大约在2025～2028年间，峰值约为1 400万t K2O，峰值年份取决于人均GDP的变化情况，度过峰值阶段之后，钾盐消费量将逐步下降，并最终稳定在一定的合理水平，形成“S”形的消费轨迹。

3) 与美国类似，未来相当长的一段时间内，我国都将是全球最主要的钾盐消费国，即使度过消费峰值阶段，也将长期保持相对较高的消费量，对钾盐资源的供应形成较大压力。

4) 面对钾盐资源匮乏的严峻现实，实现钾盐供应多元化是保障我国农业生产安全的必然趋势。首先，应立足国内，努力在境内实现钾盐找矿的较大突破，特别是海相钾盐找矿的突破；其次，我国在境外已经有若干企业在从事钾盐开采，应继续鼓励中资企业在国外开拓钾盐市场，不断提升我国在国际钾盐、钾肥市场的话语权；最后，实现钾盐进口国的多元化，避免受制于人。