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2019 , Vol. 39 >Issue 4: 155 - 163

DOI: https://doi.org/10.15957/j.cnki.jjdl.2019.04.019

三农、土地与生态

中国杂交水稻向撒哈拉以南非洲转移的影响模拟——基于全球局部均衡模型

  • 王静怡 , 1 ,
  • 张悦 , 2, ※ ,
  • 陈志钢 3, 4 ,
  • 聂凤英 2
展开
  • 1.中国农业科学院 农业经济与发展研究所，中国 北京 100081
  • 2.中国农业科学院 农业信息研究所，中国 北京 100081
  • 3.浙江大学 中国农村发展研究院，中国浙江 杭州 310058
  • 4.国际食物政策研究所，中国 北京 100081
※张悦（1986—），女，河北沧州人，博士，助理研究员。主要研究方向为中国对外农业援助、投资与贸易。E-mail：。

王静怡（1990—），女，河北邯郸人，博士研究生。主要研究方向为农业经济理论与政策。E-mail：。

收稿日期: 2018-10-09

  修回日期: 2019-01-19

  网络出版日期: 2025-04-23

基金资助

国家自然科学基金国际合作项目(71761147005)

中国农业科学院创新工程项目(CAAS-ASTIP-2016-AII)

收起

Assessing the Impacts of Chinese Hybrid Rice in Sub-Saharan Africa

  • WANG Jingyi , 1 ,
  • ZHANG Yue , 2, ※ ,
  • CHEN Kevin 3, 4 ,
  • NIE Fengying 2
Expand
  • 1. Institute of Agricultural Economics and Development，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100081，China
  • 2. Agricultural Information Institute，Chinese Academy of Agricultural Science，Beijing 100081，China
  • 3. China Academy for Rural Development，Zhejiang University，Hangzhou 310058，Zhejiang，China
  • 4. International Food Policy Research Institute，Beijing 100081，China

Received date: 2018-10-09

  Revised date: 2019-01-19

  Online published: 2025-04-23

Fold

摘要

利用国际农产品贸易政策分析模型，设定撒哈拉以南非洲11个主要水稻生产国家在2020—2040年采纳中国杂交水稻的两种模拟情景，第一种情景为仅在灌溉区采纳，第二种情景为灌溉区和雨养区同时采纳，两种情景的最大采纳率分别为5%、20%和50%，以考察非洲国家推广中国杂交水稻的影响。结果显示，当在11国灌溉区推广杂交稻的情境下，11个国家的水稻平均单产和收获面积都有所增加，塞拉利昂、马里和几内亚将在2030年实现水稻净出口；若主要水稻生产国能够加强农田水利灌溉建设，在雨养区推广中国杂交水稻，则在20%和50%的最大采纳率情况下，撒哈拉以南非洲将分别在2036和2030年实现水稻净出口。因此，撒哈拉以南非洲具有很大的水稻生产潜力，但能否实现取决于良种的采纳率和水利设施的建设和完善。对此，可将发展杂交水稻作为中非农业合作领域的重点，不仅为稳定全球粮食安全做出贡献，还能一定程度上满足中国的水稻需求。

关键词： 中非农业合作; 杂交水稻; 撒哈拉以南非洲; 情景模拟; IMPACT模型; 粮食安全; 灌溉区

本文引用格式

王静怡 , 张悦 , 陈志钢 , 聂凤英 . 中国杂交水稻向撒哈拉以南非洲转移的影响模拟——基于全球局部均衡模型[J]. 经济地理, 2019 , 39(4) : 155 -163 . DOI: 10.15957/j.cnki.jjdl.2019.04.019

Abstract

Based on the actual yield data collected from the experimental centers, it is assumed that 11 major rice-producing countries of SSA will adopt Chinese hybrid rice varieties by 5%, 20% and 50%, respectively, from 2020 to 2040. This paper analyzes the global and regional impacts of three scenarios, using International Model for Policy Analysis of Agricultural Commodities and Trade (IMPACT) developed by the International Food Policy Research Institute (IFPRI). It sets 2 scenarios: adopting hybrid rice in irrigated area, adopting it both in irrigated and rain-fed areas. The model predicts that the adoption of Chinese hybrid rice in SSA will increase the average rice yield and harvested rice area in these countries. Sierra Leone, Mali and Guinea will be able to achieve self-sufficiency by 2030. If the irrigation and water conservancy construction can be strengthened in SSA, and hybrid rice could be planted in the rain-fed areas, when the max adoption rates are 20% and 50%, SSA will become net exporters of rice in 2036 and 2030, respectively. So sub-Saharan Africa countries have a huge potential for rice production, and the fulfilling of it depends on the adoption rate of improved seeds and the irrigation construction. Therefore, the development of hybrid rice in Africa could be the focus of China-Africa agricultural collaboration. It will not only contribute to global food security, but also meet the need for rice in China to some extent.

Key words： Sino-African agricultural cooperation; hybrid rice; Sub-Saharan Africa; scenario simulation; IMPACT; food security; irrigated areas

水稻是世界上重要的粮食作物，但90%的耕作面积和产量集中在亚洲。据Seck估计，2035年全球水稻产量相对2010年需增加1.16亿t才能满足不断增长的水稻需求[1]。由于人口不断增长和耕地面积有限，亚洲国家越来越难以满足这一需求[2]。撒哈拉以南非洲有丰富的温、光和水资源，以及大面积未开发利用的土地，因此具有巨大的水稻种植潜力，是世界水稻生产的未来 ① ，根据其2011年的估算，若撒哈拉南部非洲能够填补旱稻、灌溉区和雨养区水稻的产量缺口，并且将水稻种植面积增加一倍，将不仅满足该地区的水稻需求，甚至能剩余500万t水稻用于出口。此外，Chandhary等认为非洲有大量适合水稻耕作的土地，未来亚洲和非洲之间若能进行水稻生产合作，将会令许多非洲国家由水稻净进口变为净出口地区[2]。
1960—2017年撒哈拉以南非洲水稻收获面积由250万hm2增长至1 200万hm2，增长了4.9倍，而同期世界水稻收获面积仅提高了1.3倍，撒哈拉以南非洲稻作面积占世界比例由2.1%上升至7.5%，同期水稻总产量由220万t增长至1 600万t，年均增长4.3%，高于世界2.5%的水平。但由于单产很低，可以推断其水稻产量的增加主要是由耕作面积扩展带来的，单产的贡献很小。1960—2017年，撒哈拉以南非洲水稻消费量与产量之间的差距越来越大，供需缺口由39万t增长至1 407万t，增长了35倍 ② 。供需缺口的不断扩大意味着撒哈拉以南非洲国家的稻米需求需要通过进口来满足。水稻大量进口，使撒哈拉以南非洲容易受到国际粮价波动的威胁，增加了国际贸易风险防范成本；此外大量外汇储备用于购进水稻，使经济的发展增加了机会成本。因此，保证水稻供给，提高自给率，成为撒哈拉以南非洲缺粮国家的重要目标。
单产低主要是由于非洲国家水稻品种落后、良种覆盖率低所导致[3]，在各种农业技术中，品种改良对农业增产的贡献最大[4-5]，因此选择新技术特别是使用优良品种成为非洲提高水稻产量的重要方式，其中杂交水稻技术被联合国粮农组织推为首选的粮食增产技术。中国杂交水稻育种技术走在世界前列，其推广面积占中国水稻总种植面积的一半以上，使中国水稻平均产量提高20%以上[6-8]。2000—2010年，一些撒哈拉以南非洲国家成功试种了中国的杂交水稻，2009年召开的西部非洲农业投资研讨会上，非洲农业专家建议大力推广中国的杂交水稻技术，提高稻米产量，保障粮食安全；2010年召开的中非农业合作专题论坛上，各非洲国家代表表示希望中国继续其在非洲转让农业技术[9]。根据中国水稻专家在非洲进行的杂交水稻品种比对试验结果，中国杂交水稻单产较非洲当地品种有很大的优势。在改善非洲的粮食安全状况、提高粮食产量、让更多非洲人民免于饥饿威胁方面，中国杂交水稻有较大的潜力。
在采纳农业新技术的影响评估方法方面，有学者通过倾向得分匹配法[10]、双重差分模型法[11]、经济剩余法和成本收益法[12-13]等方法研究良种采纳的影响，这些方法虽然能够比较采纳新技术前后的区别，但研究规模仅限于一个地区，无法分析对其他国家或地区甚至在全球范围的影响；分析的时间范围短，无法对未来情况进行模拟预测。相比之下，一般或局部均衡模型具有独特的优势，包含多个国家和多个产品，能够模拟一个外生变量变动在世界范围内的影响，例如不同国家和不同产品相应的供需变化。Huang通过中国转基因棉花微观层面的调研和实验数据，运用GTAP模型，模拟了中国生物技术发展、转基因作物商品化对农产品产量、贸易和人民福利的影响，发现福利的增加远高于生物技术研发的支出[14]；Rosegrant等用国际农产品贸易政策分析模型（IMPACT）模型模拟了在全球小麦、玉米和水稻生产范围内采纳免耕技术、灌溉技术和抗旱耐热品种等新技术的影响，发现几项技术的应用将对撒哈拉以南非洲和南亚地区的作物增产有显著的贡献[15]；Ignaciuk通过IMPACT模型在全球范围的模拟研究，发现增加灌溉投资、提高灌溉效率，能够降低主粮世界价格[16]。Islam通过链接作物模型和IMPAC模型，模拟了在气候变化背景下世界主要农产品生产地区采纳抗旱和耐热等改良品种的影响，并发现新品种的采纳能缓解气候变化的不利影响[17]。
相比一般或其他局部均衡模型，IMPACT模型在技术采纳影响的模拟方面有其独特的优势：首先，IMPACT模型的地理范围包括159个国家，能够模拟62种农产品市场的供需变化，其中包括了大部分粮食和经济作物，覆盖面广；其次，IMPACT设有专门的技术采纳模块，可以设置新技术的采纳率及其带来的产量提高率，而这两个比率正是分析技术采纳影响的关键指标；最后，IMPACT模型将作物的种植区域分为灌溉区和雨养区，由于水稻的种植对灌溉要求较高，这一区分将准确地模拟杂交水稻在非洲不同种植区域的产量表现。目前还未见有学者用IMPACT对非洲地区的技术采纳进行模拟分析，对此，本文将首次利用IMPACT模型，对中国水稻品种在撒哈拉以南非洲11个主要水稻生产国家的推广进行情景模拟研究，分析11个国家的水稻产量、种植面积和贸易的变化，以及撒哈拉以南非洲水稻生产的潜力，为中国农业“走出去”和农业技术援非提供借鉴和参考。

1 IMPACT模型原理和数据来源

1.1 模型和模拟原理

本研究将利用国际食物政策研究所（IFPRI）开发的IMPACT模型，模拟分析中国杂交水稻在非洲推广的影响。模型包括产品价格、供给、需求和贸易模块（图1）。其中价格模块包括生产者价格、消费者价格和世界价格；产品供给模块包括作物、畜产品和加工品的生产活动和最终产品，作物的供给由播种面积和单产决定；需求模块包括产品的食物需求、中间产品需求、饲料需求、生物燃料需求和其他需求，产品需求的影响因素有人口、GDP和消费行为的变动；通过贸易，市场供给和需求相等，达到均衡。
图1 IMPACT模型模拟原理

Fig.1 Framework of IMPACT

1.1.1 供给模块

A r e a = j , c t y , l n d A r e a I n t j , c t y , l n d × 1 + A r e a g r c t y , l n d × W F c t y , l n d W F ε × M R P j , c t y M R P 0 j , c t y A ε
M R P j . c t y . l n d = Y l d j , c t y , l n d × P N E T j , c t y
式中：j为生产活动；cty表示国家；lnd为土地类型（灌溉区或雨养区）；Area为耕作面积；AreaInt为基期耕作面积；Areagr为土地需求的外生增长率；WF为土地价格； W F ε为耕作面积的需求价格弹性；MRP0为基期边际收益产品； A ε为土地需求的边际收益产品弹性；MRP为土地的边际收益产品，Yld为作物单产；PNET为单位产出净收益。式（1）、（2）表示，土地需求由外生自然增长率、土地预测价格、土地单位产出量及其价格决定。
Y i e l d = j . c t y . l n d Y i e l d I n t j , c t y , l n d × Y i e l d I n t 2 j , c t y , l n d × P N E T j , c t y P N E T 0 j , c t y Y ε × P F F ε
式中：Yield为作物单产；YieldInt为基期产量；YieldInt2为单产自然增长率； Y ε为单产对价格的弹性；PF为投入品价格； F ε为单产的投入价格弹性。IMPACT模型假设单产随着时间发展而有所增长，这一增长趋势由历史单产增长率数据为基础推断而来[21]，称为单产的自然增长率，是外生变量，不由模型决定。除了生产投入如化肥、农药和劳动力的价格将引起单产变化以外，新技术或新品种的采纳也将对单产有很大的影响。IMPACT模型假设农业生产中新品种的使用比例随时间增长，新品种的采纳将引起单产在自然单产增长率的基础上发生变化。采纳新技术后的单产方程如下：
Y i e l d j , l n d = ∑ t e c h T e c h S h a r e j , l n d , t e c h × T e c h Y i e l d j , l n d
式中：tech为新技术；Techshare为新技术采纳面积的比例；TechYeild为新技术带来的单产。由此可见，平均单产是采纳不同新技术带来的单产以技术采纳面积为权数的加权平均值。本文中，只设定一种新技术即杂交水稻种植技术，因此平均单产为采纳杂交水稻的单产与未采纳杂交水稻的单产以采纳面积为权数的加权平均值。
Q S j , c t y = ∑ c t y , l n d A r e a j , c t y , l n d × Y i e l d j , c t y , l n d
全国的作物产量为种植面积和单产的乘积。

1.1.2 需求模块

Q D c , c t y = ∑ h Q H c , h , c t y + Q I n t e r m c , c t y + Q L c , c t y + Q B F c , c t y + Q O T H c , c t y
式中：c为产品；h为家庭类型（城市或农村）；QD为产品总需求；QH为家庭食物需求；QInterm为农业加工部门对中间产品的需求；QL为畜牧部门对饲料的需求；QOTH为其他总需求。

1.1.3 价格模块

P P j , c t y × 1 + M M J j , c t y = P C c , c t y
式中：PP为生产者价格；PC为消费者价格；MMJ为市场价格和出厂价格的差价。
P M c , c t y = P W c × E X R c t y × 1 + T M c , c t y × 1 + M M M c , c t y P E c , c t y = P W c × E X R c t y × 1 - T E c , c t y × 1 - M M E c , c t y
式中：PM为进口价格；PE为出口价格；PW为世界价格；EXR为汇率；TM为进口税（从价税）；TE为出口税（从价税）；MMM和MME分别为进口价格和出口价格与国内价格的差价。

1.1.4 贸易模块

N T c , c t y = Q S U P c , c t y - Q D c , c t y - Q S T c , c t y
式中：NT为净出口；QST为库存变动。即净出口量为一国总产出减去总需求和总库存。
∑ c t y N T c , c t y = 0
IMPACT假设年末世界产出必须和需求相等，因此净贸易量为0，是模型的闭合条件。
本文将设置非洲国家采纳中国杂交水稻技术的情景。当非洲推广中国杂交水稻后，水稻单产将提高，并导致价格下降，对此农民增加生产投入的动力和积极性可能会降低，又将导致产量下降，而价格降低导致消费增加，又促进产量提高，如此往复，市场最终将达到新的均衡。

1.2 数据来源

本研究所用的世界价格来自OECD数据库；GDP和人口数据来自WDI数据库；作物灌溉面积数据来自FAO AquaStat和OECD数据库；作物播种面积、单产、供给、畜产品数量、食物需求、饲料需求、中间产品需求、其他需求、库存变动、净出口量来自FAO数据库。模型的参数中，需求与供给的价格和收入弹性来自USDA数据库和专家意见；生产者和消费者价格支持数据来自OECD数据库；进出口税来自GTAP第七版数据库；GDP和人口增长率来自IIASA的SSP数据库。

2 模拟情景设定和结果分析

2.1 模拟情景设定

在选取模拟推广的地区范围方面，根据撒哈拉以南非洲各国水稻的收获面积和产量，选取主要的水稻生产国家。本研究中，新技术采纳对水稻生产的均衡状态造成冲击的有两个参数，即杂交水稻在当地的采纳率和产量提高率，模拟情景将围绕这两个参数进行设定。

2.1.1 采纳率设定

新技术随时间发展的采纳率不断上升，一般呈现为S型逻辑曲线，这是由于新技术由农户所知、接受推广并达到最大采纳率，需要一定的年限，因此新技术在刚推广时采纳率较低，随着时间推移，采纳率会加速增长。根据2009年AfricaRice在非洲主要水稻生产国家的调查结果，水稻新品种的平均使用时长为21年[22]，同时，结合Robinson等[21]的预测，假设2020年中国杂交水稻开始在非洲推广，在2040年达到最大采纳率。关于最大采纳率的设置，参考中国等亚洲水稻生产国的杂交水稻实际推广率。2010年，孟加拉国、印度、菲律宾、印度尼西亚和越南分别为6.8%、4.6%、4.6%、4.9%和10%[23]。以此为参考，首先设定较低采纳率的情景，即2040年撒哈拉以南非洲杂交水稻最大采纳率为5%；1974年中国开始推广杂交水稻以来，1984年采纳率达到20%，2013年达到53.37%，因此从中国经验来讲，非洲国家若能大力促进杂交水稻推广，在2040年使最大采纳率达到20%是有可能的，因此设定20%的采纳率情景；此外，由于中国杂交水稻采纳率达到了50%以上，因此还将设定更为乐观的情况，即杂交水稻在非洲的最大采纳率达到50%。

2.1.2 单产提高率设定

设定水稻产量提高率参数方面，由于中国杂交水稻在非洲处于试种阶段，目前还没有中国杂交水稻在非洲大面积种植的产量数据，但在刚果（金）、几内亚、马达加斯加、马里、尼日利亚、塞拉利昂、坦桑尼亚等非洲主要水稻生产国家，已进行了一系列中国杂交水稻与当地品种的比对试验，参试品种以“Y两优”、“中优”、“粤优”等中国优良杂交水稻品种为主。为了反映中国杂交稻的平均单产，将每个品种比对试验的中国杂交水稻的单产取平均值，见表1。
表1 中国杂交水稻在非洲试种的单产表现（单位：t/hm2）

Tab.1 Yield of Chinese hybrid rice in experiments in Africa（unit：t/hm2）

国家 中国杂交水稻平均
单产数据文献来源		 中国杂交水稻平均单产 2020年基线预测灌溉区单产 2020年基线预测雨养区单产
刚果（金） 刘荣华[24] 8.2 2.3 1.2
几内亚 彭既明[25] 7.0 2.7 1.4
喀麦隆 张军[26] 9.8 3.6 1.5
利比里亚 张建华[27] 8.2 1.4 1.2
马达加斯加 杨耀松[28]，邓竹清[29] 8.2 3.1 1.9
马里 谢特立[30] 8.7 2.2 1.3
尼日利亚 叶永印[31] 8.4 2.3 1.3
塞拉利昂 赵利华[32] 7.8 2.2 1.0
坦桑尼亚 严志[33] 8.3 3.0 1.8
乌干达 卢远华[34] 8.7 2.2 1.1
乍得 梁遂权[35] 10.1 1.7 0.9
通常情况下，当农户采纳一项新技术时，所达到的最大产量相对试验产量会有一定的折扣，Peng、刘保花等进行了不同国家和地区，小麦、玉米和水稻三大主粮的作物模型模拟产量潜力和产量差的研究，认为生产技术、投入成本、农业措施等因素限制农户的单产提高，其中水分条件和管理栽培技术是两个重要的限制因素；在水稻方面，得出水稻种植农户的单产平均实现了单产潜力的60%[36-37]。鉴于此，本文情景设定农户单产相对试验单产的折扣率为60%。因此我们将中国杂交水稻平均试验单产相对2020年基线预测单产提高率的60%，作为产量提高率参数。在第一种情景下，由于水稻种植试验是在一定的灌溉和施肥条件下进行的，首先不考虑11国的雨养区情况，仅将杂交水稻单产相对2020年基线预测的11国灌溉区单产提高率作为参数。为了考察11个非洲主要水稻生产国实现水稻生产最大潜力的影响，设置第二种模拟情景，假设11国加强农业水利灌溉投资建设，在本国水稻雨养区增加灌溉，并推广种植中国杂交水稻，该情景下，所用参数将是杂交水稻平均单产分别相对灌溉区和雨养区单产提高率的60%。两种情景下杂交水稻的最大采纳率都分别设置为5%、20%和50%，见表2。
表2 模拟情景设置

Tab.2 Scenario design

国家 模拟情景一 模拟情景二
灌溉区
单产提高率/%		 灌溉区
单产提高率/%		 雨养区
单产提高率/%
刚果（金） 157 157 359
几内亚 98 98 243
喀麦隆 105 105 326
利比里亚 281 281 340
马达加斯加 99 99 203
马里 184 184 348
尼日利亚 160 160 336
塞拉利昂 148 148 390
坦桑尼亚 108 108 217
乌干达 183 183 410
乍得 287 287 584

2.2 模拟结果分析

2.2.1 基线预测结果

本节展示了IMPACT模型基线预测结果，以比较模拟情景结果与基期情况的变化。表3为11个撒哈拉以南非洲国家基线预测2040年水稻单产和收获面积相对2020年的变化。各国水稻单产和收获面积都有所增加，其中尼日利亚、塞拉利昂、喀麦隆和乌干达水稻灌溉区单产增加超过了一半。平均单产为灌溉区和雨养区单产的加权平均，喀麦隆、乌干达和马达加斯加的平均单产增加幅度较高，分别为64.7%、58.4%和53.5%。从收获面积来看，尼日利亚的灌溉区面积增幅最大为91.2%，各国总收获面积增加幅度小于灌溉区面积的增幅。
表3 2040年相对2020年11国水稻单产和收获面积的变动（单位：%）

Tab.3 Change in rice yield and harvested area in 11 countries in 2040 compared with the year of 2020（unit：%）

国家 灌溉区单产 平均单产 灌溉区面积 总面积
喀麦隆 54.2 64.7 41.7 12.0
乍得 33.3 29.2 33.0 16.1
刚果（金） 43.9 36.4 26.6 18.9
几内亚 40.4 40.3 45.9 20.5
利比里亚 43.9 36.2 14.3 12.8
马达加斯加 46.2 53.5 43.9 23.0
马里 42.8 47.9 38.3 19.5
尼日利亚 59.6 46.7 91.2 13.8
塞拉利昂 56.6 32.5 51.7 24.2
坦桑尼亚 19.1 35.2 51.4 8.4
乌干达 52.8 58.4 58.8 12.7

数据来源：模型模拟结果。表4~表6同。

采用净出口占产量比例指标，能够在分析一国贸易条件的变化时剔除产量变化的影响。如果这一比例增长，则意味着增加的产量代替了进口量，或被用于出口，则净出口增加，贸易条件得到改善；如果这一比例下降，意味着该地区的产品需求的增加快于产量的增加，因而进口增加，净出口量占产量比例下降，贸易条件恶化。表4为2020—2040年11国水稻净出口占产量比例的基线预测结果。喀麦隆、几内亚、马达加斯加、马里和塞拉利昂的水稻净出口占产量比上升，说明产量增加，贸易改善，其中马达加斯加成为水稻净出口国家，塞拉利昂和几内亚也分别在2030和2035年出现了净出口。乍得、刚果（金）、利比里亚、坦桑尼亚和乌干达的净出口占产量比下降，逆差程度扩大，说明五国水稻产量无法满足需求量，需不断扩大进口。但总体来看撒哈拉以南非洲水稻净出口占产量比例有所提高，水稻生产和贸易情况有所改善。
表4 2020—2040年11国水稻净出口占产量比例的基线预测结果（单位：%）

Tab.4 Change in rice net trade over production in 11 countries from 2020 to 2040（unit：%）

2020 2025 2030 2035 2040
喀麦隆 -420.0 -384.7 -345.4 -323.1 -302.5
乍得 -16.5 -25.8 -35.1 -47.2 -59.8
刚果（金） 4.9 -2.5 -6.0 -7.4 -7.6
几内亚 -15.8 -9.7 -2.6 1.0 4.9
利比里亚 -187.9 -208.8 -215.4 -219.1 -220.2
马达加斯加 10.1 11.5 14.6 18.4 20.1
马里 -25.6 -26.4 -25.0 -22.0 -19.2
尼日利亚 -42.4 -43.2 -40.2 -44.4 -42.6
塞拉利昂 -3.6 -0.7 3.9 6.9 10.0
坦桑尼亚 -1.7 -3.5 -3.9 -8.3 -12.4
乌干达 -81.9 -82.9 -82.7 -85.6 -87.3
撒哈拉以南非洲 -57.4 -55.3 -50.2 -48.0 -45.2

2.2.2 灌溉区采纳杂交水稻的模拟结果

2040年在11个撒哈拉以南非洲水稻生产国的灌溉区，采纳中国杂交水稻比例分别达5%、20%和50%的情况下，各国水稻平均单产相对基线预测都有所增加（表5），其中马里、马达加斯加、乌干达、喀麦隆和乍得的单产增加幅度较大，这是因为这些国家水稻灌溉面积占总收获面积比例相对较大，其中乌干达单产增幅较大是因为乌干达水稻耕作面积很小，因此灌溉区单产的提高带动了全国平均单产的增加。收获面积为灌溉和雨养面积之和，推广中国杂交水稻使得7个国家的水稻收获面积相对基期出现增长，而刚果（金）、利比里亚、尼日利亚和塞拉利昂的收获面积则有微小幅度的下降，这是因为这四个国家的水稻灌溉面积很小，当灌溉区水稻单产增加时，在高产的激励下，一部分雨养区将被灌溉区代替，由于灌溉区单产高于雨养区，因此一单位灌溉区能够替代更多单位的雨养区，由此总面积有所下降。
表5 2040年11国水稻平均单产和收获面积相对基线预测的变化（单位：%）

Tab.5 Change in rice yield and harvested area in 11 countries in 2040 over baseline（unit：%）

单产 收获面积
AR
=5%		 AR
=20%		 AR
=50%		 AR
=5%		 AR
=20%		 AR
=50%
喀麦隆 3.2 13.1 33.7 0.5 1.9 4.2
乍得 2.0 9.0 26.4 0.4 1.3 2.6
刚果（金） 0.2 0.8 2.2 0.0 -0.2 -0.4
几内亚 1.1 4.7 12.0 0.1 0.3 0.5
利比里亚 0.2 0.7 1.9 0.0 -0.2 -0.5
马达加斯加 4.1 16.5 41.5 0.9 3.5 7.6
马里 6.9 28.0 71.8 1.7 6.1 12.7
尼日利亚 0.3 1.5 4.3 0.0 0.0 -0.1
塞拉利昂 1.2 4.7 12.0 0.0 -0.1 -0.3
坦桑尼亚 0.7 2.8 7.9 0.2 0.7 1.6
乌干达 3.0 12.7 35.2 0.7 2.5 5.6
撒哈拉以南非洲 2.0 8.1 21.2 0.3 0.9 2.0

注：AR为采纳率（Adoption Rate）。表6同。

表6为11国水稻净出口占产量比例的变化情况。虽然与基期情景相比有所改善，但乍得、刚果（金）、利比里亚和坦桑尼亚的水稻净出口占产量比例依然在下降，这是由于虽然推广中国杂交水稻后产量增加，但增加量未能满足当地的需求量的增加，因此进口量增长快于产量增长，导致该比例下降。喀麦隆、尼日利亚和乌干达的水稻净出口占产量比都有所增加，但为负数，说明增加的产量代替了一部分进口量，但仍需进口以满足本国需求。
表6 推广中国杂交水稻后11国水稻净出口占产量比例（单位：%）

Tab.6 Net trade over production of rice in 11 countries after promoting Chinese hybrid rice（unit：%）

国家 2025 2030 2035 2040 国家 国家 2025 2030 2035 2040
喀麦隆 AR=5% -383.6 -338.1 -309.6 -288.2 马里 AR=5% -25.7 -20.2 -13.2 -9.7
AR=20% -380.4 -317.4 -273.3 -250.2 AR=20% -23.7 -7.6 7.4 12.0
AR=50% -374.1 -280.7 -215.2 -190.9 AR=50% -19.9 11.7 33.2 38.0
乍得 AR=5% -25.6 -33.8 -44.3 -56.1 尼日利亚 AR=5% -43.1 -40.1 -44.1 -42.2
AR=20% -25.1 -29.6 -35.3 -45.1 AR=20% -43.1 -39.7 -43.1 -40.9
AR=50% -24.0 -21.2 -17.9 -24.0 AR=50% -43.0 -38.8 -40.7 -37.8
刚果（金） AR=5% -2.5 -5.9 -7.3 -7.5 塞拉利昂 AR=5% -0.7 4.3 7.8 11.0
AR=20% -2.5 -5.7 -7.0 -7.2 AR=20% -0.5 5.6 10.3 13.8
AR=50% -2.4 -5.3 -6.2 -6.4 AR=50% -0.2 8.0 14.9 18.9
几内亚 AR=5% -9.7 -2.1 2.0 6.0 坦桑尼亚 AR=5% -3.4 -3.6 -7.6 -11.6
AR=20% -9.4 -0.6 4.9 9.2 AR=20% -3.3 -2.5 -5.3 -8.9
AR=50% -9.0 2.4 10.3 15.0 AR=50% -3.0 -0.2 -0.6 -3.3
利比里亚 AR=5% -208.7 -215.2 -218.9 -220.0 乌干达 AR=5% -82.5 -80.0 -80.1 -80.7
AR=20% -208.7 -214.8 -218.2 -219.4 AR=20% -81.5 -72.0 -64.3 -62.5
AR=50% -208.5 -213.8 -216.4 -217.9 AR=50% -79.4 -57.0 -37.2 -32.1
马达加斯加 AR=5% 11.8 16.6 22.0 23.9 撒哈拉以南非洲 AR=5% -55.1 -48.8 -45.2 -42.1
AR=20% 12.6 22.0 31.0 33.5 AR=20% -54.5 -44.6 -37.2 -33.4
AR=50% 14.3 31.2 44.3 47.2 AR=50% -53.3 -36.7 -23.1 -18.3
随着中国杂交水稻的推广，当最大采纳率为50%时，塞拉利昂、马里和几内亚将在2030年实现本国水稻净出口。此外，马达加斯加在模拟期间一直为水稻净出口国，随着杂交水稻的推广，贸易顺差不断扩大。值得注意的是，虽然与表3的基线预测相比，乍得、刚果（金）、坦桑尼亚和利比里亚的水稻净出口产量比有所提高，但在2020—2040年的模拟期间，水稻贸易逆差现象并没有得到改善，这是因为四个国家的水稻产量无法满足本国不断增长的需求。以最大采纳率为20%的情况为例，图2为四国的水稻需求量减去产量的差值，2020—2040年，乍得、刚果（金）、坦桑尼亚和利比里亚的水稻供求差分别由1.6、-2.9、2.3和32.1万t增加至7.4、7.0、18.7和57.9万t，因此不仅增加的水稻产量无法满足本国需求，还需继续增加进口，因此贸易条件没有改善。
图2 乍得、刚果（金）、坦桑尼亚和利比里亚的水稻供求差

Fig.2 Difference between supply and demand for rice in Chad，DRC，Tanzania and Liberia

由此可见，仅在非洲灌溉区推广中国杂交水稻，对非洲水稻自给情况的改善作用并不大，撒哈拉以南非洲依然需要依赖进口满足本地区需求，但逆差规模有所减少。
撒哈拉以南非洲国家中，尼日利亚、马达加斯加、几内亚、坦桑尼亚、马里、塞拉利昂、刚果（金）、喀麦隆、利比里亚、乍得和乌干达的水稻收获面积和产量分别占撒哈拉以南非洲总体的79%，是该地区主要的水稻生产国家。非洲地区水稻灌溉区、雨养区和旱稻区面积分别占总面积的26%、38%和32%[18]，多数国家以雨养水稻为主。除马达加斯加和马里以外，其他国家灌溉水稻面积都不足总水稻种植面积的一半，尼日利亚和几内亚灌溉水稻的种植比例仅为总面积的4.5%，塞拉利昂没有水稻灌溉区。水稻种植对灌溉条件要求较高，因此为了提高水稻单产，除了采纳良种以外，提高撒哈拉以南非洲水稻的灌溉面积也是一项关键措施[19]。

2.2.3 灌溉区和雨养区同时采纳杂交水稻的模拟结果

第二种模拟情景假设11国加强农业水利灌溉投资建设，在灌溉区以外，还在5%、20%和50%的雨养土地上推广种植中国杂交水稻。当杂交水稻在11国最大采纳率为5%时，撒哈拉以南非洲水稻逆差相对基期情况有所减少，但幅度很小，说明在灌溉区和雨养区较低的采纳率依然无法对水稻贸易状况起到明显的改善作用。而当最大采纳率提升至20%和50%时，11国水稻产量将大幅度增加，撒哈拉以南非洲地区总体水稻整体净出口量增加（图3）。
图3 第二种模拟情景下撒哈拉以南非洲地区水稻净出口变化趋势

Fig.3 The change of net trade of rice in SSA under scenario 2

撒哈拉以南非洲水稻净出口增加，将对水稻国际市场产生影响。如图4所示，作为当前世界主要水稻生产和出口地区，东南亚的水稻贸易将受到较大影响，2040年，东南亚水稻净出口量在三种最大采纳率情况下，相对基期分别下降6.8%、28.6%和77.3%。2040年，世界前两位水稻生产国年泰国和越南的水稻净出口量相对基期分别下降0.9%、3.7%和10.1%，以及1.3%、5.5%和15%。非洲水稻净出口增加，将导致国际水稻市场受到冲击，水稻价格随之下降，而中国作为水稻消费和进口大国，进口将持续增加，导致水稻贸易逆差将进一步扩大，三种最大采纳率情况下，水稻净出口量分别为-376.6、-420.8和-513.6万t，与基期相比分别下降23%、97.6%和263.4%。
图4 第二种模拟情景下2040年撒哈拉以南非洲和亚洲水稻净出口量相对基线预测的变化

Fig.4 Change in net trade of rice in SSA and Asia in 2040 over baseline

因此，若非洲的主要水稻生产国家能够推广高产水稻品种，同时加强农田灌溉水利建设，则水稻产量将大幅度提升，使撒哈拉以南非洲成为水稻净出口地区，极大改善非洲的粮食安全问题。撒哈拉以南非洲具有巨大的水稻生产潜力，这一模拟结果支持了Chandhary[2]和Seck[20]的定性研究结论。

2.2.4 杂交水稻采纳率与粮食自给率关系的模拟结果

撒哈拉以南非洲具有很大的水稻生产潜力，但潜力的实现，除需要增加灌溉设施投资、完善水利建设以外，很大程度上取决于良种的采纳率。虽然中国杂交水稻产量远高于非洲平均产量，但在5%的采纳率情景下，增产效果依然很小，当提升到20%或50%时，一些国家的水稻自给状况才得到改善。粮食自给率，即粮食产量占消费量的比重，是评估一国粮食自给程度的指标，一般认为，一国粮食自给率在95%~100%之间，属于基本自给；在90%~95%之间，是可以接受的粮食安全水平；若小于90%，则粮食供求的风险就会增大。2016年联合国启动了《2030年可持续发展议程》，其中一项可持续发展目标，旨在2030年消除饥饿，实现粮食安全。图5模拟了2030年撒哈拉以南非洲在不同水稻采纳率水平下的水稻自给率，其中采纳率为在11个国家的灌溉区和雨养区同时采纳的比例。根据模拟结果，为达到90%的水稻自给率，需要33%的采纳率；若要提高水稻自给率达95%，则需要36%的采纳率。
图5 2030年撒哈拉以南非洲杂交水稻采纳率与水稻自给率

Fig.5 The adoption rates and self-sufficiency rates of hybrid rice in SSA in 2030

解决水稻自给问题、提高良种采纳率，需要非洲寻求更多的国际合作，学习各国经验，其中中国经验可以为非洲促进杂交水稻推广提供有效参考。第一，中国杂交水稻的推广离不开政府的作用，在多年的政策鼓励和财政支持下，杂交水稻品种的科研投资、种子生产和推广得到促进，特别是在杂交水稻推广早期，由于政府对品种、化肥和农药进行补贴，农民在杂交水稻种植过程中可以得到充足的生产资料，保证高质量的水稻生产。第二，中国建立了一套科研机构、种子生产商和推广机构之间强有力的合作体系，使得杂交水稻的育种研发、生产和推广阶段高效进行。第三，在中国南方水稻种植区，大量农户得到杂交水稻的高产示范和技术培训，保证了高产栽培，对推广起了积极的作用。第四，由于生态差异，适应当地生态环境的杂交水稻，未必适应其他生态地区，因此杂交水稻品种必须通过多地区和多季节的试验，保证品种适应性和高产，方能进行推广。第五，中国杂交水稻推广的成功，离不开人才的贡献，例如1995年，两系杂交水稻研发的成功，便是源于全国范围内23个研究机构几百名水稻专家九年的努力。
随着中非农业合作的加深，中国能够在非洲杂交水稻推广过程中提供有效的帮助。2015年，中非合作论坛上，中国提出将同非洲实施“十大合作计划”，“中非农业现代化合作计划”为其中之一。2018年中非合作论坛上，中国提出将在中非“十大合作计划”的基础上，重点实施“八大行动”，其中第一项行动便是促进产业发展，支持非洲在2030年前基本实现粮食安全，同非洲共同制定并实施中非农业现代化合作规划和行动计划，向非洲派遣500名高级农业专家。非洲水稻具有很大的发展潜力，未来中非农业合作可将发展杂交水稻作为合作的重点领域，中国可对非洲水稻产业多加以援助，分享杂交水稻发展经验，转让水稻种植实用技术，派遣水稻专家，帮助非洲发展和完善水稻产业。如此，不仅能够为稳定全球粮食安全做出贡献，还能一定程度上满足中国的水稻需求，具有重要的战略意义。

3 结论与启示

本研究根据中国在非洲进行的水稻品种比对试验产量数据，模拟了2020—2040年撒哈拉以南非洲主要水稻生产国采纳中国杂交水稻的影响，首先设定只在灌溉区采纳，其次设定灌溉区和雨养区同时采纳，两种情景的最大采纳率都分别设定为5%、20%和50%。得出以下结论：第一，若撒哈拉以南非洲的11个主要水稻种植国家在灌溉区推广中国杂交水稻，平均单产和收获面积有所增加，部分国家水稻贸易条件得到改善，而乍得、刚果（金）、坦桑尼亚和利比里亚水稻贸易状况虽然相对基期有所改善，但逆差依然在扩大，中国杂交稻的推广对其贸易影响不大。第二，若11个主要水稻种植国家加强农业水利灌溉投资建设，在雨养区也推广种植中国杂交水稻，当最大采纳率达到20%和50%时，撒哈拉以南非洲总体将分别在2036和2030年实现水稻净出口，且贸易顺差将继续扩大。
采纳水稻良种将为非洲实现粮食自给带来较大效益，此外，水稻高产对灌溉条件要求较高，由于非洲国家财政力量有限，建设与维护大规模水利设施成本过高，对此可以参考中国早期的水利灌溉建设经验，采纳适宜非洲地区情况的集雨措施，以及发展小规模灌溉设施，提高灌溉水稻面积。此外，杂交水稻对肥料要求也较高，目前非洲农地普遍缺肥，使得杂交水稻在农户田中推广时往往无法达到高产。由于IMPACT模型目前仅将土地分为了灌溉和雨养两种类型，还未能以肥沃程度进行区分，因此当前无法模拟施肥对水稻产量的影响。在未来的研究中，可尝试在模型中建立肥料模块，将施肥带来的产量增长纳入模型，以研究良种在不同施肥状况下的产量，为合理施肥提供参考依据。

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