省際糧食貿易隱含污染與環境比較優勢研究

張玲玲,高帆帆,王宗志

(1.河海大學公共管理學院,江蘇 南京 211100; 2.南京水利科學研究院水文水資源與水利工程科學國家實驗室,江蘇 南京 210029)

糧食安全是國家穩定之本,解決14億人口基本吃飯問題事關全局,“中國碗裝中國糧”才能抵御風險、行穩致遠。通過糧食貿易向資源短缺地區轉移耕地、水資源等隱含要素,不僅保障糧食調入區糧食安全,亦緩和了該地區的水土壓力。中國突破性的實現糧食連續增產,但隱含污染轉移的問題隨之而來:一是糧食增產的背后是大規?；适┯?2020年中國農作物化肥施用量達506kg/hm2,遠高于225kg/hm2的全球化肥投入警戒標準,對農業環境產生了無法逆轉的損害;二是糧食輸出區長期依賴自然資源稟賦或者大規模勞動力、化肥投入換取經濟利益,很有可能會落入比較優勢的陷阱中;三是糧食輸出地輸出糧食后遺留的污染問題易受到貿易關系的忽視,農田面源污染的補償標準仍處于探索階段[1]。因此,開展省際糧食貿易隱含污染及其比較優勢的分析,可在一定程度上拓展農產品貿易及其環境問題的研究范圍,有助于推動中國轉型期的糧食生產和貿易格局朝著更安全、更高效的方向發展。

有關糧食貿易涉及資源環境的研究主要圍繞糧食貿易隱含資源與隱含污染兩方面展開。隱含資源方面聚焦于虛擬水、虛擬耕地等資源要素,研究其分布格局以促進糧食貿易對水土資源的長效合理利用[2-4];同時從其產生的效益探討對經濟、環境的影響[5-7]。糧食貿易隱含污染方面主要從農業面源污染展開研究,一是區域農業面源的現狀分布及原因分析研究[8];二是法律、政策、經濟、技術等方面的治理路徑研究[9];三是新技術的應用研究,包括采用各種模型對農業面源污染展開監測[10];此外還有從水足跡的角度對農業污染展開研究[11-13]。

比較優勢理論發源于絕對優勢理論,經由赫克歇爾與奧林的要素稟賦理論,以及克魯格曼和赫爾普曼引入的規模優勢和不完全競爭進一步發展完善,比較優勢也是指導農業部門生產和貿易的重要理論基礎。目前,農業部門主要將該理論應用于區域比較優勢、貿易比較優勢和環境比較優勢。區域比較優勢是分析某一產業或研究對象在時空分布格局的優勢及其演變規律[14-15]。貿易比較優勢理論是指在價格、成本等經濟方面獲得優勢,實質是競爭力的研究,即通過競爭贏得更廣闊的市場[16-17]。隨著綠色環境重要性的凸顯,環境因素也成為一項重要的生產要素,環境資源的競爭也能帶來比較優勢[18],或是測算各地區的環境綜合比較優勢[19-20]以促進農業生態環境的長效優化發展。

綜上所述,關于以糧食為載體的資源轉移研究多以國家為單位探討糧食和耕地、水資源優化配置等問題,而國內省際糧食貿易與轉移污染相互關系的相關研究較少。有關糧食貿易的比較優勢,主要是從生產的角度探討基于規模、效率的綜合比較優勢,而聚焦于由糧食貿易隱含污染所產生環境影響的比較優勢研究較少。因此本文提出了一個新的研究視角,即分析中國省際糧食輸出后給糧食輸出地帶來的污染影響及糧食貿易隱含污染的環境比較優勢。主要解決以下問題:一是在運用區域投入產出表探索糧食貿易網絡測算方法的基礎上,采用灰水足跡方法將糧食貿易與隱含氮肥污染相結合,以此分析省際糧食貿易隱含污染的轉移情況及污染強度;二是分析省際環境比較優勢的基本情況,并找出中國省際糧食貿易隱含的污染轉移規律與環境比較優勢時空分布格局。

1 研究方法和數據來源

1.1 省際糧食貿易量

省際糧食貿易網絡的測算方式主要分為兩類:一種是依據人口、糧食產量比例關系的社會公平法[21],這類方法測算簡單且缺少運輸距離和方式的考量;另一種是各類線性優化方法如糧食就近貿易模型[22]、貿易成本最小化模型[23]、最小運輸成本模型[24]以及多目標優化模型[25]。由于實際數據獲取困難,現有測算區域間糧食貿易的方法尚未能完全真實反映現實情況。區域投入產出表是近年來國內外在貿易領域及環境問題分析中廣泛使用的工具,其數據綜合考慮了各經濟部門貿易中產品數量和地區距離的影響,適用于各類宏觀貿易分析并已在省際虛擬水土資源貿易中得到應用[26]。本文基于2012年、2015年、2017年區域投入產出表創新性地提出了省際糧食貿易量的測算方法,以區域投入產出表中第一行農林牧漁產品和服務產值為基礎,得到區域農林牧漁產品和服務的投入比例系數;考慮到糧食產值僅是其中一部分,因此乘以糧食產值與農林牧漁產品和服務的比值;考慮到不同年份糧食價格的變化,采用可比價換算系列年的農產品價格指數,通過價格指數的變化衡量其他年份的糧食產出價值,反映扣除價格因素影響后的糧食實際貿易水平,測算出本地區對其他地區的糧食投入比例系數。在此基礎上,乘以本地區的糧食產量,得到省際糧食貿易量,計算公式如下:

(1)

Tij=PiRij

(2)

式中:Rij為i省向j省投入糧食占本省糧食產量比例;Oij為i省向j省投入農業部門產品產值;Ei為i省出口農業部門產品產值;ηagri為以2015年為基準年的i省的農產品價格指數(由于存在誤差值的積累,在同一個可比價序列中離基準年越近,價格吻合度越高[27]);Tgi為i省的糧食總產值;Tagri為i省的農林牧漁產品與服務總產值;Tij為i省向j省投入的糧食貿易量;Pi為i省的糧食總產量。

1.2 糧食貿易隱含污染量

灰水足跡方法結合水質和水量,能夠衡量區域水污染狀況和水資源壓力,突破對水污染的單一考量[28],為此選擇灰水足跡方法測算省際糧食貿易嵌入的隱含污染。本文考量的隱含污染主要為糧食生產中污染占比最大的氮肥污染。由于土壤普遍缺乏氮元素,中國在1998年氮肥施用就超過了安全閾值[29]且利用率不高,造成土壤肥力下降、板結化嚴重、地下水質污染甚至影響人體健康等危害,因此選擇測算氮肥灰水足跡衡量省際糧食貿易中的隱含污染。隱含氮污染的計算公式如下:

Ai=(TiPg/Pagri)Nagri

(3)

Gi=(λαAi)/(ρmax-ρnat)

(4)

式中:Ai為i省輸出糧食的氮肥施用量;Ti為i省糧食貿易輸出量;Pg為糧食作物平均產值;Pagri為i省農產品總產值;Nagri為i省農作物投入氮肥總量;Gi為i省糧食貿易隱含污染的灰水足跡;λ為污染物被水體分解時的比例系數;α為淋溶率;ρmax為硝酸鹽(氮肥主要污染物)質量濃度的最大值,ρmax=0.01kg/m3;ρnat為受納水體的初始質量濃度,由于自然條件里并無人工產生物質,因此ρnat=0。中國污染源普查數據表明:農業生產活動產生的污染物在地表、地下水中分解的λ分別為60.68%、39.32%。本文α取全國平均值18%[30],一定程度上忽略了區域差異性和作物種類等影響因素的作用[31]。

1.3 糧食貿易隱含污染強度

糧食貿易隱含污染強度是指對單位產值污染物進行稀釋時相應淡水需求量情況,或者指單位產值導致的水污染,能夠反映糧食貿易帶來的經濟效益與水污染之間的關系。通過計算各省隱含污染強度,可以掌握糧食生產引致的氮肥污染的真實情況,計算公式為

Ii=Gi/(TiPg)

(5)

式中Ii為i省的隱含污染強度。

1.4 糧食貿易隱含污染環境比較優勢

農產品貿易的比較優勢是指在糧食生產和貿易上所需成本較低從而具有的市場優勢,成本包括生產效率、生產規模、環境成本、運輸成本等?；诖?提出糧食貿易隱含污染的環境比較優勢指數,是指糧食貿易省際流動造成的動態區域隱含污染量的分布差異,是一種環境成本,即由于環境污染差異導致的生產每單位產值糧食產生的隱含污染比較量。省際糧食貿易的環境比較優勢測算公式如下:

Cij=(Ii-Ij)TijPg

(6)

式中:Cij為糧食貿易隱含污染的環境比較優勢;Ij為j省的隱含污染強度。

1.5 數據來源

區域投入產出表數據源于CEADs數據庫2012年、2015年、2017年中國除港澳臺以外的31個省(自治區、直轄市)42部門區域投入產出數據[32];水稻、小麥、玉米、大豆和薯類這五種糧食的數據來自《中國統計年鑒》;糧食作物平均產值取自《全國農產品成本收益資料匯編》(2012年、2015年、2017年),其中薯類作物由于缺乏全中國平均產值數據,因此使用大中城市露地馬鈴薯成本收益情況;31個省(自治區、直轄市)糧食年產量、農產品總產值數據、農產品總產值指數及農作物投入氮肥總量數據來源于《中國統計年鑒》(2012年、2015年、2017年)。

2 結果分析

2.1 省際糧食貿易量分析

圖1為2012年、2015年和2017年省際糧食貿易網絡,節點間連線的粗細表示貿易量的大小。

圖1 2012年、2015年、2017年中國省際糧食貿易網絡

從各省份貿易量來看,3個時間節點中河北、吉林、黑龍江、安徽、江西、湖南、甘肅、新疆,糧食輸出量一直居前10%,占據全國貿易總量74.73%;東北三省糧食輸出量年平均1464.57萬t;內蒙古2017年糧食輸出量激增,輸出量占比從2012年的1.59%增至15.67%。從貿易量變化速度來看,華北地區糧食輸出量增速達115.90%,2017年輸出量增至449.61萬t;而華東、華中、西北、西南地區糧食輸出量分別下降了51.52%、77.4%、39.35%、35.69%。

就糧食輸入情況來看,排名前十省份輸入量平均占全國貿易總量的83.68%,其中天津、江蘇、浙江、山東一直是主要的糧食輸入地;內蒙古、遼寧、河南、廣東2017年糧食調入量出現下降,山西、福建、湖北、陜西糧食輸入量均呈倍速增長?？傮w來看,除西北地區糧食輸入量增速達264.88%,其余省份糧食輸入總量均有所下降。

根據研究結果可知,東北三省由于優越的農業自然條件以及高水平機械化等因素一直是中國最主要的糧食輸出區;內蒙古在糧食貿易網絡中定位轉變,糧食輸出量由55.83萬t增至336.28萬t,這與其實施的一系列基本農田保護、耕地輪作的重農抓糧政策密不可分,使其在國家糧食貿易網絡中逐漸占據重要位置,成為中國的“北疆糧倉”。傳統的糧食產區如湖北、山東、河南、湖南、安徽等省份自身發展需求大,糧食輸出量較小;天津、浙江等經濟發達省份農村勞動力非農化、耕地非糧化率高[33],糧食增長低于全國平均水平,糧食多通過外省調入[34];而作為中國糧食主要輸出區的西北地區[35]和西南地區近年來伴隨著勞動力外流、農業結構調整、水資源壓力和生態壓力加重的形勢[36],糧食輸出量下降并且區內糧食供求自給較為均衡。

2.2 省際糧食貿易隱含污染量及強度分析

計算2012年、2015年、2017年糧食貿易隱含污染灰水足跡,結果表明中國糧食貿易隱含污染整體下降趨勢明顯,糧食貿易隱含污染量從82.42億m3下降到37.6億m3。這說明隨著經濟水平的提升、化肥施用方法的科學化、綠色農業觀念重視程度的加深,以及《農業管理條例》《化肥使用量零增長行動方案》等政策文件的出臺,化肥污染得到了有效控制。就地區差異來看,2012—2017年各省糧食貿易隱含污染量變化明顯,東北、華北、西北地區,以及安徽、云南污染最為顯著,而江西、河南、湖南糧食貿易隱含污染情況明顯好轉。除華北地區污染總量增速達111.56%,其余地區隱含污染總量均呈下降趨勢。

中國糧食貿易隱含污染強度省際差異分布與中國糧食貿易隱含污染灰水足跡分布相似。長江中下游地區、黃河中下游地區,以及新疆和云南一直是中國糧食貿易隱含污染強度最大的地區。從強度變化來看,中國糧食貿易隱含污染強度呈下降趨勢,其中西南地區最為顯著,平均下降幅度達38.52%。

2.3 省際糧食貿易隱含污染環境比較優勢分析

糧食貿易隱含污染強度系數將糧食貿易中的隱含氮污染轉化為經濟指標,結合糧食貿易量綜合分析其環境比較優勢。環境比較優勢指數越大,說明該糧食輸出地的污染成本越高,環境比較優勢越小。圖2為糧食貿易隱含污染環境比較優勢在2012年、2015年、2017年中國31個省份之間的分布,每個彩色方塊代表糧食輸出省份相對于糧食輸入省份的環境比較優勢大小。

圖2 2012年、2015年、2017年省際糧食貿易隱含污染環境比較優勢分布(單位: m3/元)

根據環境比較優勢是否大于0可劃分為環境比較優勢區和環境比較劣勢區,研究結果顯示中國區域間糧食貿易網絡中絕大多數節點表現出在貿易中的環境優勢,而河北、內蒙古、吉林、安徽、河南、云南、寧夏、新疆在貿易中付出了更多的環境成本。環境比較優勢數值較高的地區空間集聚現象明顯,如內蒙古對河北、山西,河北對山東。內蒙古耕地保有量超出1億畝(1hm2=15畝),實現了糧食調出量翻番,但對土壤環境造成了一定程度的損害;河北承接了北京大量工業企業,農村勞動力流向非農活動會使收入提高,而農業勞動力收入的提高則會帶來化肥的大量投入,從而加重土壤污染[37]。中國省際糧食貿易環境比較優勢網絡中黑龍江一直對吉林省的環境比較優勢指數最小,這是因為黑龍江是中國糧食種植單位土地氮肥施用量較小的地區之一,且吉林的隱含污染強度是黑龍江的2.72倍,因此黑龍江糧食貿易環境比較優勢明顯。

3 討 論

研究結果顯示北方地區糧食輸出量年平均達78.9%,主要原因為北方地區相對地形平坦便于農業機械化大規模使用,南方水資源條件好,但是地形限制大型農機廣泛使用;產業政策和經濟發展戰略向南方地區傾斜,形成南方抓經濟、北方抓農業的格局。2012—2017年中國省際糧食貿易總量下降39.05%,近20個省份糧食調入量呈現負增長。各地區通過嚴守耕地面積保護紅線、提高農田灌溉效率、合理使用化肥,糧食生產自給能力得以提升。省際糧食貿易網絡格局逐步由“條狀式”轉向“團塊式”,糧食輸出地保持穩定,而對于輸入地的選擇呈現明顯的就近原則與集中化趨勢。2012年糧食貿易節點橫向分布明顯,糧食輸出輻射范圍廣泛。而到2017年后糧食貿易矩陣節點集聚趨勢明顯,例如華北-東北貿易塊、東北-華東貿易塊、華中-華東貿易塊。

中國糧食貿易隱含污染的地區差異逐步凸顯,西北、東北、華北、中部地區隱含污染嚴重、區域集中性明顯。這些省份大多經濟不發達,依靠自然資源稟賦、大量農村勞動力發展農業,糧食由欠發達省份向發達省份轉移的過程中還伴隨著虛擬資源外流、環境惡化等情況,長此以往將不利于產業結構優化升級,引致“富者更富,窮者更窮”的局面。

糧食貿易隱含污染強度表示對氮肥污染進行稀釋所需的淡水量,強度系數大表明獲得單位產值糧食付出的水環境成本越大。隨著北糧南運格局的形成,北方地區面臨巨大的糧食-水-土壓力。中國省際糧食生產與貿易表現出與其水資源稟賦相反的趨勢,即由干旱、半干旱地區的灌溉密集型省份向濕潤、灌溉密集度低的省份流動。而水資源短缺也是遏制中國北方工業經濟發展的因素之一,因此這種不平衡的資源流動會加劇南北環境、經濟差距。至于耕地資源,北方地區豐富的虛擬耕地資源流向南方,但是由于北方地區單產水平低,這種糧食流向實際浪費了大量耕地資源。2009—2020年北方地區糧食產量增加了42.32%,北方地區在國內糧食貿易中的重要地位和其生態挑戰并存,為了確保中國糧食安全和經濟平穩運行,科學灌溉、安全施肥、不斷降低污染將是未來的發展方向。

整體來看,中國糧食貿易隱含污染環境比較優勢的省際差異水平逐漸降低,截至2017年省際差異只在小范圍出現,呈現“兩頭小,中間大”的橄欖形分布格局。各省份環境比較優勢整體差異縮小,一是由于部分省份農業結構調整,經濟類作物播種面積增大,糧食播種面積縮小,化肥投入量相應減少[38];二是由于國家宏觀政策調控,科學嚴格控制化肥使用,污染強度降低;三是由于糧食輸出集中化,華北、東北地區輸出量最大,而其他糧食主產區如江西、湖北等省份糧食自用率高、輸出量小。

環境比較優勢指數與該省份農業生產定位有關,非傳統糧食生產區在糧食貿易環境比較優勢中往往處于劣勢地位。根據環境比較優勢指數將污染程度分為四大類,嚴重污染省份(灰水足跡大,污染強度大),包括河北、內蒙古、云南、新疆、吉林、河南、安徽、陜西;高污染省份(灰水足跡大,污染強度小):湖南、甘肅、黑龍江;中度污染省份(灰水足跡小,污染強度大):湖北、寧夏、重慶;輕度污染省份(灰水足跡小,污染強度小):北京、天津、山西、上海、江蘇、浙江、福建、山東、廣東、廣西、海南、四川、貴州、西藏、青海。四類地區內部的糧食貿易導致的環境比較差異較小,跨類別貿易的環境比較差異較大。嚴重污染及高度污染省份為中國主要的糧食輸出區,其隱含污染總量居高不下,糧食“團塊式”的貿易方式將加劇這些省份的糧食生產環境成本。此外,環境比較優勢指數省際差異逐漸集中分布于少數省份,這與中國省際糧食貿易網絡特點的轉變一致,即貿易與環境成本差異均逐步向少數特定省份集中。

4 結 論

a.省際糧食貿易網絡格局由“條塊式”轉向“團塊式”分布,糧食輸出地集中分布于東北、華北地區。其中東北三省糧食產量平均占全國糧食總產量18.56%,糧食貿易量平均約占全國糧食量的53.97%;華北地區糧食總產量增速達47.27%,糧食貿易量增速達115.9%;華東、華中、西北、西南地區糧食輸出量分別下降51.52%、77.40%、39.35%、35.69%。

b.中國糧食貿易隱含污染總量、污染強度分布情況相似,總量下降但地區差異明顯。中國糧食貿易隱含污染總量下降54.38%,但華北地區污染總量增速達111.56%,污染集中分布于華北、西北地區,以及安徽、云南。省際糧食貿易隱含污染環境比較優勢分布可以看作一個“兩頭小,中間大”的橄欖形分布結構,即少數省份在小范圍地區表現出了明顯差異的環境比較優勢,但絕大部分省份在糧食貿易中隱含污染的環境比較優勢處于較為均衡狀態,說明整體上中國在產業結構、國家政策等因素的影響下,污染狀況得到了一定控制,但出現了差異集中化的傾向。

c.為確?？沙掷m發展,應將環境保護與促進生產統一起來,避免“高增長、高污染”模式。首先,總體上確定合理的化肥施用量保障生產,通過轉變肥料利用方式提高肥料利用率。其次,根據不同區域、不同作物生產實際和施肥需要,加強分類指導。東北地區深松整地和保護性耕作相結合;華北、中部地區周期性深耕深松和保護性耕作相結合,并注重小麥水肥耦合;西北地區推廣使用覆膜種植和高效緩釋肥料。最后,需推動區域協同治理、聯合發力,將環境成本納入農產品貿易價格中,增大對糧食輸出地的農業補償程度、發揮農產品高質量低污染的比較優勢,逐步調整產業現狀,對糧食貿易質量以及生產不匹配的地區進行優化,促進其可持續發展。