晶质石墨产品国际贸易网络演化特征研究

张翠芝，董志良,3，安海岗，刘 森，蒋培祥

(1.河北地质大学城市地质与工程学院，河北 石家庄 050031；2.河北省矿产资源战略与管理研究基地，河北 石家庄 050031；3.河北地质大学自然资源资产资本研究中心，河北 石家庄 050031)

石墨是一种非金属矿产资源，具有耐高温性、导电导热性、抗热震性、抗腐蚀性等优良性能，被广泛应用于传统工业领域(如冶金、铸造等)。随着2010年石墨烯的发现，石墨的应用逐步扩展到新兴产业领域(如新能源、新材料等)。石墨烯材料是从石墨中剥离出来的二维晶体，具有良好的透光性、柔韧性、导电性等性能，在电子信息、节能环保、生物医药等领域的应用前景广阔。目前对石墨烯的研究与开发还处于初级阶段，上游的石墨烯制备阶段和中游各类石墨烯生产阶段已经形成，但下游产业链尚未形成[1]。随着这些新材料、新科技的发展，石墨作为制备石墨烯的基础材料，未来在战略新兴领域的应用会越来越广泛。

在《全国矿产资源规划(2016—2020年)》中，晶质石墨被纳入战略性矿产目录，为24种战略性矿产之一。近几年，石墨在新兴产业中的利用程度不断提高，新兴产业石墨需求快速增长，需求增长主要集中在晶质石墨。2018年全球晶质石墨的贸易量约为674.6 kt，供应较为集中，主要出口国为中国、莫桑比克、马达加斯加、巴西、德国、印度等。其中，中国是第一大晶质石墨出口国，2018年出口总量约为320.4 kt，占世界出口量的47.50%，主要出口到韩国、日本、欧盟、印度、德国等国家和地区；莫桑比克是世界第二大晶质石墨出口国，2018年出口总量约为67.2 kt，占比9.96%，主要出口到中国、欧盟、德国等国家和地区；马达加斯加是世界第三大晶质石墨出口国，2018年出口总量约为58.6 kt，占比8.69%，主要出口到中国、欧盟、美国等国家和地区。世界晶质石墨的主要进口国家和地区有欧盟、美国、德国、韩国、日本等，且这些国家和地区主要进口来源于中国，中国晶质石墨主要进口于莫桑比克和马达加斯加，进口总量中有87.99%来源于这两个国家。晶质石墨是中国的战略性矿产资源，据中国地质调查局预测，到2020年晶质石墨全球需求量达到950 kt，新兴产业需求占比将超过45%，到2030年将达到1 350 kt，新兴产业需求占比将进一步提高[2]。

作为与战略性新兴产业关联紧密的关键矿产之一，石墨在新能源新材料领域的应用潜力不断被挖掘，使得全球石墨市场需求有巨大的增长潜力，根据美国地质调查局数据，世界各国石墨资源禀赋差异极大，石墨储量相对集中分布在少数几个国家[3]。国际贸易是国家经济的重要组成部分，而全球石墨贸易是解决石墨资源供需不平衡的主要途径，各国为了发展自身经济，大多通过国际贸易的形式获取石墨产品，并且主要获取晶质石墨产品。因此，把握未来晶质石墨产品在全球的贸易格局演化尤为重要，从而可以制定更加合理的贸易策略，提高在贸易中的影响力和主动性。

目前关于石墨贸易的研究主要集中在石墨国际贸易格局[4]、中国当前对石墨产品的开采使用状况及供给需求分析[5]、石墨消费结构演变与贸易格局[6]以及中国石墨出口全球战略[7]等视角。根据客观事实，石墨国际贸易是由很多参与石墨贸易的国家以及参与国之间的贸易往来关系构成的复杂系统，这一系统可以通过构造复杂网络进行研究与分析。自小世界性[8]和无标度性[9]被提出，学术界开始了对复杂网络理论的研究热潮，包括物理[10]、社会[11]、自然科学[12]、金融经济学[13]、管理科学与工程[14]以及国际贸易[15]等多个领域。在国际贸易领域的研究中，不少学者使用复杂网络理论进行相关分析。陈光等[16]通过构建全球锂贸易网络，分析了锂贸易社区的演变；贾祥英等[17]基于复杂网络理论对全球大宗矿产的贸易格局演变和产生演变的影响因素进行了分析；苗媛媛等[18]根据复杂网络理论构建了铅矿国际贸易网络，针对全球铅矿贸易网络的演变特征进行分析，得出了全球铅矿贸易逐步走向全球化的结论；刘森等[19]依据复杂网络理论，通过构建黄金中游产品的复杂网络，得出该贸易规模逐步扩大但少数国家占据大部分贸易份额的趋势有所增加的结论。基于复杂网络视角对晶质石墨产品国际贸易演化的研究相对较少，因此本文选择复杂网络理论来分析晶质石墨产品国际贸易网络演化特征。

本文使用2009—2018年的晶质石墨产品国际贸易数据，构建晶质石墨产品国际贸易有向加权网络。通过对贸易网络中节点度值和节点加权度值分布特征的分析，说明晶质石墨产品国际贸易网络具有幂律分布的特征，然后对贸易网络的整体特征、贸易层次化及贸易演化特征进行分析，最后识别出晶质石墨产品国际贸易中影响力较强的枢纽国家和核心国家。

1 数据和方法

本文数据选自联合国统计司贸易数据库(UN Comtrade)，研究对象晶质石墨的HS编码为2504，选取的时间区间为2009—2018年，经过对数据的预处理得出10年间共有217个国家或地区参与晶质石墨产品国际贸易。

本文建立以参与国为节点，以参与国之间存在贸易关系为连边的贸易网络，其中，边的方向与贸易流动方向一致，以贸易量作为贸易连边的权重来衡量国家间贸易关系的强弱，构建每年晶质石墨产品有向加权复杂贸易网络，2009—2018年共计10个贸易网络。以邻接矩阵A(t)表示网络，见式(1)。

(1)

式中，ai,j(t)为t年第i国向第j国出口的晶质石墨产品贸易量。

根据表1构建晶质石墨产品国际贸易复杂网络图(图1)，图中的节点表示参与晶质石墨产品贸易的国家，若两国之间存在贸易关系，则对应图中两节点之间存在连边；图中连线越密集表示贸易关联程度越强。由图1可知，晶质石墨产品国际贸易网络纵横交错，由于全球晶质石墨资源分布不均衡、各国经济发展水平有差异以及政策制度不同等多方面因素的影响，使得贸易国在贸易网络中处于不同的地位，图中用五角星标注了参与国际晶质石墨产品贸易中具有较大影响力的国家。

图1 2018年晶质石墨产品国际贸易复杂网络图

表1 2018年全球晶质石墨产品贸易量前十位国家

2 晶质石墨产品国际贸易格局演化特征分析

2.1 晶质石墨产品国际贸易网络中贸易国数量分布特征

2.1.1 贸易网络中节点度值的幂律分布特征

事实上，复杂网络异质性普遍存在于自然界以及社会生活中，很多网络中的节点度值符合幂律分布的特征。网络中节点分布极不均匀，大部分节点拥有相对较小的度值，只有小部分节点占据较大度值。在双对数坐标里，分别计算2009—2018年贸易网络节点度分布的拟合函数(表2)。 计算结果表明，R2围绕0.870 0上下波动，波动幅度在±0.01之间，表明随着时间的改变，国际晶质石墨产品贸易网络的节点度值符合幂律分布的特征。

表2 网络节点度分布的拟合函数

通过分析图2可知，晶质石墨产品贸易网络中节点度值的分布符合幂律分布，说明在国际晶质石墨产品贸易网络中，贸易核心国家更容易吸引新参与贸易的国家与之产生贸易往来关系。

图2 网络节点度分布拟合函数

2.1.2 网络中节点加权度值的分布特征

在国际晶质石墨产品贸易复杂网络中，节点加权度值表示当年节点国家的贸易量，节点的加权度越大，表示节点国家当年参与的贸易量越大。图3为2009—2018年晶质石墨产品贸易量的国家比重，表示具有不同贸易总额的国家数量占当年所有参与国的比重情况。由图3可知，2009—2012年各条曲线变化明显呈上升趋势，说明这四年内参与晶质石墨产品贸易的国家数量逐年增多，贸易关系向全球化方向发展。而2012—2013年，各曲线明显呈下降趋势，表明越来越少的国家占据着大部分的贸易份额，贸易形势逐步趋于集中化，符合幂律分布的特征，即较少的国家占据着大部分的资源，在贸易网络中表现为居于主导地位的国家越来越集中。以2013年为转折点，各条曲线连续三年都呈上升趋势，从2016开始，各条曲线又呈下降趋势，核心国家数量逐渐减少，国际贸易程度更加紧密，晶质石墨产品贸易整体趋于全球化。

(注：50%、60%、70%、80%表示当年不同国家贸易量的倒序累加所占总贸易量的比例。)

上文对贸易网络中的节点度值和节点加权度值的分布特征进行了分析，得出晶质石墨产品贸易网络中的节点国家数量和贸易量的分布都满足幂律分布的特征，即少部分国家参与全球贸易中大部分贸易量，在晶质石墨产品国际贸易中占据主导地位。随着贸易全球化的发展，节点度值的极差逐渐缩小，表明参与晶质石墨产品贸易的国家数量逐渐增多，使得贸易全球化趋势更加明显。节点加权度值整体呈上升趋势，表示贸易集中化程度在减弱，贸易关系沿均衡化方向发展，但贸易核心国家仍在全球贸易份额上起重要作用。

2.2 贸易网络整体特征分析

网络中节点度值是指与节点直接相连的其他节点的数量总和，加权度值是指与节点直接相连的边的权重之和。平均度值是指网络中所有节点度值的平均值，平均加权度值是指网络中所有节点加权度的平均值。在国际贸易的现实意义中，节点度值表示与参与晶质石墨产品贸易国家存在贸易关系的国家数量，度值越高，与之有贸易关系的国家数量就越多。加权度值表示该国与其他国家之间的贸易量，某国家的加权度值越大，说明该国家的贸易总量越大。节点国家的平均度值体现了贸易网络整体的连接情况，平均度值越大，表明网络中存在贸易关系的国家数量越多。平均加权度值代表的是对整体晶质石墨产品贸易网络活跃度的衡量，平均加权度值越大，表明整体贸易规模越大。

节点n的度值Fn计算见式(2)。

(2)

式中：N为总节点数；m和n分别为网络中的节点，当m和n之间存在连边时，记f(m,n)=1，否则为0。

节点n的加权度值Gn计算见式(3)。

(3)

节点的平均加权度计算见式(4)

(4)

式中，N为节点总数。

晶质石墨产品贸易网络的平均度值与平均加权度值演化如图4所示。由图4可知，2009—2018年参与晶质石墨产品贸易的国家节点数量整体呈先上升后下降再上升趋势。2009—2018年网络中平均度整体呈下降趋势，说明贸易国家之间的贸易伙伴数量有所下降，晶质石墨产品贸易流通性变弱。整体来看，网络中平均加权度有较大涨幅，说明全球晶质石墨产品贸易量增大。其中，2009—2012年晶质石墨产品贸易量呈递增趋势；2012—2014年贸易量骤然下降，这是由于2012年以来全球经济持续低迷，面对金融危机的洗礼以及全球经济疲软的影响，晶质石墨的进出口贸易量以及参与晶质石墨产品贸易的国家数量整体呈下降趋势；从2015年开始，随着全球经济的稳步提升，参与晶质石墨产品贸易的国家数量和全球晶质石墨产品贸易量逐步呈上升趋势。

图4 2009—2018年晶质石墨产品贸易网络的平均度值与平均加权度值演化曲线

2.3 贸易层次化分析

表3给出了2009—2018年间国际晶质石墨产品贸易网络的集聚系数，其变化范围是0.362～0.462，最大极差为0.1，系数变化幅度较小，整体呈上升趋势，2013—2017年间波动较为显著，2015—2016年间晶质石墨产品贸易网络的集聚系数大幅度下降，是由于国际金融市场较为震荡，导致全球晶质石墨产品贸易量减少，出现总需求不足的局面，贸易伙伴关系变得相对分散。

表3 2009—2018年晶质石墨产品国际贸易网络平均集聚系数

通过复杂网络指标中的节点度值和节点的聚类系数，对晶质石墨产品贸易网络的层次特征进行分析。节点度值表示与节点国家存在贸易关系的国家数量总和，节点的聚类系数表示节点国家的聚集程度，聚集系数越大，意味着节点国家具有更加严密的结构性，在国际贸易中的影响力更大。由图5可知，网络节点分布具有层次性，这一特征体现在贸易合作国数量相近的国家群体基本处于同一层次，处于同一层次的节点国家的聚类系数相差较小，集聚程度相似，在国际贸易中的影响力相近。分析表3可知，2009—2018年晶质石墨产品国际贸易网络的平均聚集系数整体呈上升趋势，说明晶质石墨产品的国际贸易发展处于相对平稳的状态，各贸易国之间的关系比较稳定。

图5 2018年晶质石墨节点度与集聚系数的关系

2.4 贸易枢纽国家分析

在晶质石墨产品国际贸易网络中，中介中心性反映了节点国家在晶质石墨产品贸易流动中的传导作用和控制能力。节点国家的中介中心性越大，表示该国在全球晶质石墨产品贸易中传导作用越强，控制能力也越强，该国的政策变动和价格调整将对整个贸易网络产生强烈影响。节点中介中心性的计算见式(5)。

Cmn(m)=Lmn(m)/Lmn

(5)

在晶质石墨产品国际贸易复杂网络中，如果节点m和节点n之间存在Lmn个捷径，Lmn(m)表示节点m和节点n之间存在的经过节点p的捷径数目；Cmn(m)表示第三个节点p对节点m和节点n的控制强度，即节点m处于节点m和节点n之间的晶质石墨产品贸易捷径上的概率。

表4为2009—2018年中介中心性排名前五位国家和地区。由表4可知，2009—2018年南非和美国一直处于前五位之中，其中，南非有7次居于首位，美国有8次居于前两位，说明这两个国家对晶质石墨产品国际贸易的控制能力较强，处于贸易的核心地位，其价格变动和政策调整对全球晶质石墨产品贸易变化产生相对较大的影响。与美国和南非相比，德国、中国和印度三国的贸易排名波动较大，对晶质石墨产品贸易的控制能力相对不稳定。

表4 2009—2018年中介中心性排名前五位国家和地区

2.5 贸易核心国家(地区)分析

通过计算各国家或地区的加权入度值和加权出度值，并进行排名，以探究各个国家或地区对晶质石墨进出口贸易的影响(剔除了未列明的地区)。

图6显示了2009—2018年晶质石墨产品贸易前十位国家或地区加权入度排名情况，年份下面有阴影代表所对应的贸易国在当年的贸易进口量处于前十位之内，反之，则代表相应年份该国家或地区没有处于贸易进口量的前十位。其中，日本、韩国、美国和德国排名较高，说明这四个国家拥有最高的晶质石墨产品贸易进口量，是稳定的进口国，这些国家对晶质石墨的消费能力以及加工再生产的能力较强。随着贸易市场及科学技术的不断发展，进口大国的排名发生了一些变化，其中，荷兰、印度和马来西亚也较为稳定的位居前列，成为重要的进口国家。

图6 2009—2018年晶质石墨产品贸易前十位国家或地区加权入度排名

图7显示了2009—2018年晶质石墨产品贸易前十位国家或地区加权出度排名，年份下面有阴影代表所对应的贸易国和地区在当年的贸易出口量处于前十位之内，反之，则代表相应年份该国家或地区没有处于贸易进口量的前十位。其中，中国、巴西、美国、德国、加拿大和墨西哥是稳定的出口国，表明这些国家的晶质石墨资源比较丰富，与这些国家相比，挪威出口量也相对平稳，自2014年开始，朝鲜减少了出口贸易量，出口国地位发生了巨大变化，从2015年起，马达加斯加开始进入晶质石墨产品贸易出口大国行列，成为重要的出口大国。

图7 2009—2018年晶质石墨产品贸易前十位国家或地区加权出度排名

由图6和图7可知，美国和德国的加权出入度排名均靠前，但两国的晶质石墨资源较少，需要从国外大量进口，两国利用高水平的研发技术，对低价进口的晶质石墨初级产品进行精加工处理，之后向需要进口高档晶质石墨产品的国家高价出售，其石墨产业技术水平和深加工能力处于世界领先地位。

3 结论与建议

3.1 结论

1) 随着时间的不断变化，晶质石墨产品贸易网络整体范畴呈扩大趋势，越来越多的国家参与晶质石墨产品贸易，同时参与国之间的贸易关系也在不断增强，全球晶质石墨产品贸易行业发展趋势良好。

2) 晶质石墨产品国际贸易网络中节点国家的贸易合作国数量和贸易份额均服从幂律分布的特征，即少数国家拥有大量的贸易份额且与较多的参与国之间存在贸易关系。南非、美国、德国、中国等为晶质石墨产品的贸易核心国家，建议参与晶质石墨产品贸易的其他国家多与处于贸易核心地位的国家建立贸易合作关系，在全球贸易出现波动时其晶质石墨产品贸易的稳定性和晶质石墨供需的安全性能够得到更高程度的保障。

3) 通过研究晶质石墨产品贸易的整体格局，发现国际晶质石墨产品贸易不仅具有无标度网络特性，而且存在明显的层次化特征。聚集系数在小范围内浮动，但整体呈上升趋势，说明从全球视角来看，晶质石墨产品贸易发展处于相对平稳状态，参与晶质石墨产品贸易的国家中除中国和美国之间有较大波动外，其他国家的关系相对稳定。中美贸易战对两国的晶质石墨产业发展产生了负面影响，由于中国是晶质石墨资源丰富的国家，而晶质石墨是美国对外依存度较高的矿产品，因此贸易战对美国的影响更为明显。贸易战整体上破坏了国际贸易规则和秩序，打破了贸易格局和治理体系。

4) 南非和美国在全球晶质石墨的国际进出口贸易中排名均位于前列，对国际贸易的控制能力较强，处于重要的枢纽地位。晶质石墨产品贸易的参与国可以通过观测这两国的晶质石墨产品贸易趋势来适当调整自己的贸易份额。

5) 在晶质石墨产品国际贸易中处于贸易核心地位的进口国家，如日本、韩国、美国、德国和荷兰是拥有丰富晶质石墨资源国家的首选贸易伙伴；处于贸易核心地位的出口国家，如中国、巴西、美国、德国、加拿大和墨西哥是赋存晶质石墨资源的国家，对于拥有晶质石墨深加工技术但本国晶质石墨资源较少的国家来说，与这些国家建立贸易关系是较好的选择。

3.2 建议

1) 从出口方面考虑，加强我国与石墨资源不足或需求量大的国家的贸易合作，如美国、德国、日本、韩国、荷兰等，从进口方面考虑，加强我国与出口量大的国家的贸易联系，如美国、德国、加拿大、墨西哥、巴西等，构建多元化石墨贸易格局，降低石墨供需风险，强化石墨贸易联系。

2) 在石墨产业链供需得到有效保障的同时，大力鼓励科技创新，提倡探索研发技术，促进我国目前仍以冶金、铸造为代表的传统产业向战略新兴产业的发展，积极倡导开发和研制生产高附加值石墨产品，在石墨的战略新兴产业领域，我国应重点关注锂电池、燃料电池、计算机芯片、手机触摸屏等领域，进一步提高石墨产品在国际贸易中的竞争力和影响力。

3) 整合优质资源，提高石墨利用价值，支持石墨产业的上中下游企业建立石墨资源产业园区，推动多种技术工艺组合，多种资源综合利用，采用先进的石墨矿产采选矿加工工艺，鼓励生产过程“零排放”，持续提升国内高端晶质石墨产品生产能力和产量，与国际先进资源企业合作，共同维持市场稳定，真正将中国的晶质石墨资源优势转化为经济优势。