基于引力模型的中国农业虚拟水国内贸易影响因素分析，本文主要内容关键词为：引力论文,中国农业论文,国内贸易论文,模型论文,因素论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、引言
虚拟水贸易是解决国家之间、国内不同地区之间水资源供需失衡矛盾的重要手段。世界范围内不少地区出现了水资源供需失衡问题。由于水资源储量的限制和水资源时空分布的不均，中国面临着同样的问题。虚拟水(virtual water)是指生产商品和服务所需要的水资源数量①。虚拟水贸易指缺水国家或地区通过产品和服务贸易的方式从富水国家或地区进口水资源密集型产品和服务来缓解本国或本地区的水资源压力，以实现当地水资源安全和食品安全的经济活动（刘红梅等，2010）。通过虚拟水贸易解决地区之间的水资源平衡问题越来越受到关注(Liu et al.,2009)。在农产品中，粮食是基础性产品，粮食安全备受政府和学界关注。中国是一个区域发展不平衡和资源分布不平衡的大国，这为采取虚拟水国内贸易以调剂地区之间资源余缺、实现水资源安全和粮食安全提供了决策空间。
本文在文献综述的基础上，基于经典引力模型基于分析农业虚拟水国内贸易的影响因素，然后提出中国农业虚拟水国内贸易时空引力一般模型和改进模型，并对影响中国农业虚拟水国内贸易量的因素进行实证分析，最后得出促进国内农业虚拟水贸易发展的政策启示。
本文接下来的部分安排如下：第二部分对相关文献进行梳理；第三部分依据引力理论，借鉴相关文献，对影响中国国内农业虚拟水供给、需求和贸易成本的因素进行总结；第四部分提出农业虚拟水国内贸易时空引力一般模型和改进模型，具体说明影响中国农业虚拟水国内贸易量的因素，并介绍数据来源；第五部分对上述模型进行实证检验，并对检验结果做出解释；最后是总结全文并得出政策启示。
二、文献综述
（一）虚拟水贸易
自Allan(1997)于20世纪90年代提出虚拟水概念以来，水与粮食领域的国际组织纷纷开展了对虚拟水贸易的定量研究，例如，荷兰国际水文和环境工程研究所(IHE)、世界水资源委员会(WWC)和联合国粮农组织(FAO)等，都提出了虚拟水含量的计算方法。在此基础上，出现了对地区之间通过产品和服务贸易方式所进行的虚拟水贸易流量的计算（例如Ridoutt et al.,2009），且大多数研究集中于对产品和服务中虚拟水含量及其贸易流量的定量计算、虚拟水贸易战略的可行性评价等方面，而对于虚拟水贸易影响因素的研究尚偏重于定性分析，且主要集中在国家之间虚拟水贸易的层面。至目前为止，尚鲜见对中国农业虚拟水国内贸易影响因素的实证研究，而这正是本文主要关注的内容。
（二）引力模型及农产品贸易引力模型
国际贸易量的影响因素是各国政府所关心的重大现实问题。20世纪60年代发展起来的引力模型(gravity equation or gravity model)得到了广泛的研究和应用。引力模型是局部均衡分析的方法之一，可用于分析或预测某类产业的贸易潜力，解释影响国家或地区之间贸易量的诸多因素，因此成为计量经济学中最具活力的发现之一(Leamer and Levinsohn，1995)。自Tinbergen(1962)将引力模型用于分析国际贸易的影响因素以来，采用引力模型对国际贸易进行实证研究的文献数量逐步上升(Vollrath et al.,2009)。引力模型也在农产品国际贸易和以农产品为基础的食品国际贸易的实证研究中得到了广泛应用（例如Olper and Raimondi，2008）。但是，应用引力模型对中国农业虚拟水国内贸易影响因素的实证研究还没有看到，而这正是本文要探讨的。
三、 中国农业虚拟水国内贸易经典引力模型及影响因素分析
（一）农业虚拟水国内贸易经典引力模型基本框架
引力模型一般常用来评估两个地区（或国家）之间贸易的影响因素。引力定律是指两个物体之间的相互吸引力与两者的质量成正比，而与两者之间的距离（的平方）成反比。Tinbergen(1962)和Poyhonen(1963)最早将引力模型运用于对国际（地区之间）贸易量的研究，认为一国（地区）向另一国（地区）的贸易量主要取决于两个国家（地区）的经济规模和两者之间的地理距离。本文研究的是国内贸易，因此，下面以两个地区之间的贸易来说明。两个地区之间贸易的引力模型的基本形式如(1)式：
（二）影响中国农业虚拟水国内贸易的因素
正如Linneman(1962)所指出的，贸易引力理论认为，影响国际贸易量的因素可从三个方面来分析：表征出口国家供给潜力的因素、表征进口国家需求潜力的因素、表征两国之间贸易成本的因素。本文借鉴此分析框架，也从供给、需求和贸易成本三个方面分析影响中国省际农业虚拟水贸易量的因素。
1.影响中国农业虚拟水国内贸易量的供给因素。农业虚拟水贸易的载体是农产品贸易。按照新古典增长理论，产出的增长来源于要素投入、资本积累和技术进步等。因此，相关文献就农业生产中主要的投入要素例如劳动力、土地、水、资本和技术等对农业生产（尤其是粮食生产）的作用进行了广泛的研究（例如Huang and Rozelle，1995；Zimmerman et al.,2009）。因此，可以认为，要素供给等影响农业产出的因素也是影响农业虚拟水贸易量的重要因素。
价格是农产品“供给响应”(supply response)研究中着重考虑的因素(Rahji and Adewummi，2008)。中国农户所面对的价格包括两个方面，即代表农业生产成本的生产资料价格和代表农业收益的农产品生产价格。
风险是影响农户农产品供给的重要因素。农业是典型的自然风险与社会（市场）风险交织的产业。相关文献对农户的风险态度及其反应研究较多（例如Anderson，2001；陆文聪、西爱琴，2005）。
在参照相关文献的基础上，本文拟检验的影响中国农业虚拟水国内贸易量的供给因素包括投入要素（例如劳动力、土地、水、固定资产投资、技术水平）、成本因素、收益因素和风险因素（例如市场风险和自然风险等）。对应地，选取的表征农业生产投入的指标分别为乡村人口数（用RPOP表示）、农作物总播种面积（用TA表示）、有效灌溉面积（用品EA表示）、农村固定资产投资额（用FIX表示）、粮食单位面积产量（用CA表示）；选取生产资料价格指数表征农业生产成本（用IPPI表示）、农产品生产价格指数表征农业生产收益（用PPI表示）②；选取成灾面积表征农业生产自然风险（用SA表示）③。
2.影响中国农业虚拟水国内贸易量的需求因素。一个地区对其他地区农产品的需求，主要来自本地区城镇居民④。廖永松(2003)对21世纪全国及九大区域粮食需求进行了预测，分析了不同区域粮食需求的影响因素（例如人口、收入增长、城市化水平和市场发育程度等）；Liu and Savenije(2008)分析了不同的消费模式下水资源的需求情况。本文选取城镇居民人均可支配收入（用CM表示）和城镇人口数（用CPOP表示）来表征影响需求的因素。
3.影响中国农业虚拟水国内贸易量的贸易成本因素。影响农业虚拟水国内贸易的成本因素主要为由空间距离所代表的外部环境因素和以农业政策为代表的政策因素。
空间距离意味着商品运输成本的存在，本文采用经济距离（用D表示）来度量。
政策影响制度成本。粮食政策作为农业政策的核心受到极大的关注（例如Chowdhury andHemdon，2002；王德文、黄季馄，2001；王姣、肖海峰，2006）。鉴于政策因素对农业虚拟水国内贸易影响的传导机制的复杂性及统计数据的匮乏，借鉴相关文献，本文以虚拟变量（用AP表示）来度量农业政策。
四、模型、假定与数据
（一）农业虚拟水国内贸易时空引力模型
Arbia et al.(2005)对(2)式模型进行了拓展，建立了(3)式模型⑤：
在此基础上，为了深入考察各种影响农业虚拟水供给、需求及贸易成本的因素，本文将第三部分所总结的各种因素带入时空引力一般模型，以地区i作为输出方，深入分析影响其农业虚拟水贸易的各种因素。具体而言，本文采用(5)式模型进行检验，并称(5)式模型为农业虚拟水国内贸易时空引力改进模型：
（二）基本假定
1.农业虚拟水国内贸易时空引力一般模型的假定。本文首先利用(4)式模型验证引力模型在中国农业虚拟水国内贸易量影响因素研究中的适用性，以地区i到地区j的农业虚拟水净流量(
)作为因变量，考察各变量对它的影响。所检验的经济变量及预期结果为：
第一，地区i和地区j的地区生产总值越大，表示两个地区的经济规模越大，其潜在的农业虚拟水供给能力和需求能力就越大。这两个变量对农业虚拟水贸易量应具有正向影响。
第二，地区之间的经济距离影响两者之间的贸易成本，对农业虚拟水贸易量应具有负向影响。
第三，随着农业市场化改革，农业市场化程度提高，有利于提升农产品价格，贸易阻力应该减小，它对农产品贸易（进而对农业虚拟水贸易）应具有促进作用。
2.农业虚拟水国内贸易时空引力改进模型的假定。在完成基本时空引力改进模型构建的基础上，本文站在地区i的角度，以其输出到国内其他地区j的农业虚拟水净流量()作为因变量，对影响农业虚拟水供给、需求和贸易成本的各个变量的影响进行检验。所检验的经济变量及预期结果为：
第一，地区i的相关经济变量表示影响农业虚拟水供给的因素，大致可分为两类，即促进农业虚拟水供给的因素，包括乡村人口数、农作物总播种面积、有效灌溉面积、农村固定资产投资额和粮食单位面积产量；不利于农业虚拟水供给的因素，包括成灾面积和农业生产资料价格指数。直观上看，前一类变量对农业虚拟水贸易量应具有正向影响，而后一类变量应具有负向影响。
第二，影响地区j农业虚拟水需求的两个经济变量是城镇居民人均可支配收入和城镇人口数，这两个因素都应对农业虚拟水贸易量有正向影响。
第三，经济距离对农业虚拟水贸易量应具有负向影响。
第四，走出价格“双轨制”，市场发育程度提高，有利于农业虚拟水贸易；但在市场化程度提高的同时，非农产业的比较效益优势凸显出来，各地区的资源都有可能被更多地投入非农产业中，从这个角度看，提高市场发育程度的政策也可能对农业虚拟水贸易具有阻碍作用。该变量的综合作用如何有待检验。
（三）数据说明
本文研究所使用的数据集包含了中国29个省（区、市）1980～2007年间的观察值(11)。因此，本文中，i=1，2，……，29；t=1，2，……，28。虚拟水含量计算所需数据主要来源于中国气象科学数据共享服务网(12)、《中国农业年鉴》(13)、《中国农村统计年鉴》(14)、《中国统计年鉴》(15)和中经网统计数据库(16)，个别数据来自《新中国五十五年统计汇编》(17)及各省（区、市）统计年鉴。各种与价格有关的数据均按可比价格进行了换算处理。
五、中国农业虚拟水国内贸易量影响因素的实证检验
本部分对(4)式模型和(5)式模型进行检验。(4)式模型为农业虚拟水国内贸易时空引力一般模型，本部分从总体上验证该模型的适用性；(5)式模型为农业虚拟水国内贸易时空引力改进模型，它含有更多变量，旨在深入考察各种因素对农业虚拟水贸易量的影响。为了保证面板数据的平稳性和防止伪回归，本部分首先对各变量数据进行面板单位根检验和协整检验（参见白仲林，2008），在此基础上利用拟极大似然法进行参数估计（参见Lee and Yu，2010）。
（一）农业虚拟水国内贸易时空引力一般模型的检验
1.面板单位根检验。借鉴相关文献（例如黄静、屠梅曾，2009），本文同时采用LLC、IPS、ADF-Fisher和PP-Fisher四种方法分别对(4)式模型中各变量的数据进行面板单位根检验。结果表明，对变量
原序列和其一阶差分序列
，四种方法的检验结果都接受原假设，即存在单位根，说明原序列及其一阶差分序列均非平稳；而对变量二阶差分序列
以及变量
原序列，四种方法的检验结果都拒绝原假设，即它们都不存在单位根，说明二阶差分和变量原序列为平稳序列。检验结果汇总如表1所示(19)。
2.面板协整检验。由于被解释变量为零阶单整，而解释变量中均为二阶单整，因此，变量之间可能存在协整关系。为进一步确认是否存在协整关系，本文分别采用Pedroni的7个统计量(Panel v、Panel rho、Panel PP、Panel AD、Group rho、Group PP、Group ADF)、Kao的ADF统计量和Johansen Fisher统计量进行面板协整检验。结果显示（见表2），大部分检验方法的结果在1%的显著性水平上拒绝原假设，说明各变量之间存在协整关系（即长期和稳定的均衡关系）。
3.农业虚拟水国内贸易时空引力一般模型的参数估计。(4)式模型的回归结果如表3所示。表3中同时列出了采用经典引力模型的回归结果，以便比较。
回归结果还表明，时间自相关项
、空间自相关项
和时空自相关项
都是显著的，验证了时间自相关、空间自相关和时空白相关是存在的，它们的系数表明，当期地区i的农业虚拟水贸易量受其自身滞后一期农业虚拟水贸易量和当期邻近地区农业虚拟水贸易量的正向影响，当期地区i的农业虚拟水贸易量受滞后一期邻近地区农业虚拟水贸易量的负向影响。这一结果证明了经济系统具有时空影响的特点，而经典引力模型的回归结果无法体现这种效应。(4)式模型的回归结果验证了农业虚拟水国内贸易时空引力基本模型对于分析中国农业虚拟水国内贸易量影响因素的适用性。
（二）农业虚拟水国内贸易时空引力改进模型的检验
1.面板单位根检验。同样地，对(5)式模型中各变量的数据进行面板单位根检验，结果如表4所示。
2.面板协整检验。对变量进行协整检验，结果表明（见表5），大部分检验方法的结果在1%的显著性水平上拒绝原假设，说明各组变量之间存在协整关系（即长期和稳定的均衡关系）。
3.农业虚拟水国内贸易时空引力改进模型的参数估计。由于变量
为二阶单整，将其直接代入模型回归可能会使其他变量的解释力度受到影响，因此，模型中采用该变量的一阶差分 
。(5)式模型的回归结果如表6所示。
代表农业生产投入要素的乡村人口数、农作物总播种面积、有效灌溉面积对农业虚拟水贸易量有正向影响，说明在现有技术水平下，保证一定数量的农业生产要素投入，对于国内农产品（以及农业虚拟水）的稳定供给具有不可替代的作用；该结果还表明，不仅农业虚拟水贸易量与地区水资源禀赋存在正相关关系，而且水资源不丰富的地区也可能由于耕地资源丰富而输出农业虚拟水，从这个角度看，虚拟水贸易战略不能仅着眼于水资源禀赋，而应综合考虑各种资源，并加以权衡。代表技术水平的粮食单产对农业虚拟水贸易量有正向影响，说明技术进步对提高农业产出具有重要作用。代表农业生产收益的农产品生产价格指数对农业虚拟水贸易量有正向影响，说明农户是理性的，农产品价格上升会促使更多的资源投入农业生产。代表农业生产自然风险的成灾面积对农业虚拟水贸易量有负向影响，说明自然灾害对农业生产进而对农业虚拟水贸易造成了不利影响。代表贸易成本的经济距离对农业虚拟水贸易产生了阻碍作用。
代表需求潜力的城镇居民家庭人均可支配收入增长水平和城镇人口数对农业虚拟水贸易量有正向影响，说明随着经济社会发展和城镇化，人们的收入水平增加，加上城镇人口数量不断增长，对以农产品为基础的食品需求增加，相应地也促进了农业虚拟水贸易。
回归结果还表明，时间自相关项、空间自相关项和时空自相关项都是显著的，验证了时间自相关、空间自相关和时空自相关是存在的。它们的系数表明，当期地区i的农业虚拟水贸易量受其自身滞后一期农业虚拟水贸易量和当期邻近地区农业虚拟水贸易量的正向影响，当期地区i的农业虚拟水贸易量受滞后一期邻近地区农业虚拟水贸易量的负向影响。这一结果证明了经济系统具有时空影响的特点。(5)式模型的回归结果验证了农业虚拟水国内贸易时空引力改进模型对于分析中国农业虚拟水国内贸易量影响因素的适用性。上述结论与(4)式模型一致。
(5)式模型中其他几个变量对农业虚拟水贸易量的影响方向虽与直观认识一致，但不显著，下面对此给出可能的解释。
第一，农村固定资产投资额
不显著，表明农村固定资产投资对农业虚拟水供给的促进作用不明显。一方面，这可能是统计误差造成的，由于农村统计口径曾发生过转换，相关数据存在不一致性，况且在农业生产中起更大作用的是农业固定资产存量而不是当年投资额，而对农业固定资产存量的统计本身就是一个难题；另一方面，如果排除统计误差，各地农村固定资产投资对非农产业的影响要比对农业的影响大。事实上，近年来各地区农村固定资产投资中真正用于提高农业生产能力的部分，主要是水利建设和土地整理等方面的投资，而这些可能都体现在变量有效灌溉面积
和农作物总播种面积
中了，因此，农村固定资产投资额对农业虚拟水贸易量影响不显著。
第二，农业生产资料价格指数
尽管对农业虚拟水贸易量有负向影响，但不显著。可能的原因是，虽然农业生产资料的市场化程度不断提高，但在本文研究期间的大部分时间内，各地农业生产资料价格水平大体一致，所以，它对农业虚拟水贸易量影响并不显著。
第三，农业政策
的系数为正，但该变量统计上不显著。中国农业市场化程度提高特别是粮食流通体制改革以后，地区之间农业虚拟水贸易量总体上增大了。但是，站在地区i的角度，它作为农业虚拟水的输出方，在第一产业比较效益相对较低的情况下，不会将越来越多的资源投入第一产业，从而增大农业虚拟水的输出量；相反，它更可能大力发展非农产业，以实现地区收益最大化。
六、结论及政策启示
（一）结论
本文基于中国省级面板数据，运用农业虚拟水国内贸易时空引力一般模型和改进模型，分别实证考察了中国农业虚拟水国内贸易量的影响因素。一般模型实证分析结果印证了国内地区之间农业虚拟水贸易量随各地区经济规模的扩大而增长，随经济距离的增大而降低，而以市场为导向的粮食流通体制改革对国内地区之间农业虚拟水贸易量具有促进作用。通过改进模型深入分析影响农业虚拟水供给和需求的因素，本文发现，能促进农业虚拟水国内贸易的因素包括表征农业生产投入的乡村人口数、农作物总播种面积、有效灌溉面积、粮食单位面积产量、农产品生产价格指数以及城镇居民家庭人均可支配收入和城镇人口数等，而不利于农业虚拟水国内贸易的因素为以成灾面积为代表的农业生产自然风险和以经济距离为代表的贸易成本。
当期地区i的农业虚拟水贸易量受其自身滞后一期农业虚拟水贸易量和当期邻近地区农业虚拟水贸易量的正向影响，当期地区i的农业虚拟水贸易量受滞后一期邻近地区农业虚拟水贸易量的负向影响。这一结果证明了农业虚拟水贸易具有时空影响的特点。
（二）政策启示
随着区域经济发展规模的扩大，以及城市化水平的提高和城镇居民人均收入水平的提高，农业虚拟水国内贸易量会呈现上升的趋势。在明确这一趋势的同时，要深入研究这一趋势可能引发的相关影响。
农业虚拟水贸易是解决中国水资源供需不平衡的重要措施之一。为了有效地发挥农业虚拟水资源贸易的作用和保障粮食安全，要采取措施保证富水地区稳定增加农业生产要素（劳动力、土地和水）的投入，并且注意这些要素之间的有效配置；应坚持对农业的科技投入，不断提高农业生产技术水平；应深化农业市场化改革；应加大对农业虚拟水净输出地区的农业补贴；加强综合防治措施，以应对自然灾害；加强交通等基础设施建设，以减少农产品运输的距离和成本；加强市场一体化建设，以降低制度因素造成的贸易成本。
农业虚拟水贸易时空引力模型的时空关联特点表明，为了保障农业虚拟水贸易的稳定发展，防止陷入恶性循环；在制定有关农业虚拟水贸易政策的时候，要考虑到邻近地区的经济行为对农业虚拟水输出地的影响。
注释：
①本文中虚拟水专指农产品（包括作物和畜产品）生产过程中所消耗的水，因此有时称其为农业虚拟水。
②考虑到农户对价格的反应具有滞后性，这里采用滞后一期的农产品生产价格指数。
③本文从为，农产品生产价格指数在一定程度上代表了市场风险，因此，不再单独选取指标来度量农业市场风险。
④居民消费结构随着收入水平的提高不断变化，而且城乡居民的食品消费具有不同的特点。城镇居民收入增长较快，食品消费结构中粮食产品所占比例下降，而畜牧和水产品所占比例上升；农村居民在粮食产品的消费上倾向于自给自足。因此，本文认为，选取影响农业虚拟水国内贸易量的需求因素时，采用城镇居民的相应指标优于采用一个地区内所有居民的相应指标。
⑤具体推导见刘红梅等(2010)。
⑥这种现象可通过主产区和主销区存在集聚现象的现实来表明，可能的原因是类似的自然条件、国家宏观政策的指向和地方政府行为的效仿所致。
⑦它表明，某地区作为产区或销区，一般不会发生突然转变的现实。
⑧以北京为例，北京为地区i，则除北京以外其余各个省（区、市）的加总为地区j，依此类推。
⑨假定各地区农业虚拟水产量与消费量的差额部分全部用于贸易。其中，自己消费的部分看作同自己的贸易；生产超过消费的部分全部输出（到国外或国内其他地区）；生产不足以消费的地区，不足部分通过从国外或国内其他地区输入来满足。计算公式为：虚拟水贸易（国内）净流出量＝虚拟水产量－虚拟水消费量－虚拟水（国际）净出口量。
⑩估算过程为；①根据FAO提供的彭曼公式，利用中国气象科学数据共享服务网数据，分别计算各地区每一种农产品的虚拟水含量。②利用《中国农业统计年鉴》等提供的每种农产品产量，将其与对应的虚拟水含量相乘，得到各种农产品的虚拟水产量，然后进行地区加总，计算地区农业虚拟水产量。③计算各地区农业虚拟水消费量。④计算地区农业虚拟水贸易量。按比例扣除用于出口的部分，得到该地区与国内其他地区之间的农业虚拟水贸易量。
(11)在中国大陆31个省级行政区中，将重庆的数据并入四川，西藏的数据看作异常值而未用。
(12)中国气象科学数据共享服务网(http://cdc.cma.gov.cn)。
(13)中国农业年鉴编辑委员会（编）：《中国农业年鉴》（历年），中国农业出版社。
(14)国家统计局农村社会经济调查司（编）：《中国农村统计年鉴》（历年），中国统计出版社。
(15)国家统计局（编）：《中国统计年鉴》（历年），中国统计出版社。
(16)中经网统计数据库(http://db.cei.gov.cn)。
(17)国家统计局国民经济综合统计司（编）：《新中国五十五年统计汇编》，中国统计出版社，2005年。
(18)从1992年开始，以市场化改革为导向，国家开始尝试走出价格“双轨制”，以“分区决策、分省推进”的方式进一步促进粮食购销和价格体制改革；1993年11月，国务院决定从1994年起国家定购的粮食全部实行“保量放价”；但是，粮食价格从1993年底开始持续飞涨，使改革搁浅；1995年出台的“粮食省长负责制”，标志着粮食价格形成机制和粮食流通体制改革的步伐稳步向宏观调控下的粮食价格市场形成和粮食全流通体制迈进。考虑农业生产的特性，当年的政策在下一年开始发挥作用，因此，本文选择1996年作为农业政策变量的时间节点。
(19)受篇幅的限制，中间过程在此不写出。下同。
(20)当然，由于此处对农业政策做了简化处理，该结果并不能完全反映中国农业改革的全部效应。
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