基于生態足跡模型的水資源可持續利用研究——以江蘇省為例

冷建飛，張　倩

(河海大學 商學院，南京　211100)

基于生態足跡模型的水資源可持續利用研究——以江蘇省為例

冷建飛，張倩

(河海大學 商學院，南京211100)

摘要：利用水資源生態足跡理論計算分析了江蘇省2005—2012年的水資源生態足跡、生態承載力，發現江蘇省水資源利用一直處于生態赤字的極不安全狀態。為進一步研究導致生態赤字的原因，首次將生態赤字、萬元GDP生態足跡這2個評價指標應用到第一產業、第二產業、第三產業這3個主要三級賬戶中。結果顯示：第一產業水資源生態足跡最大，第二產業次之，二者之和占總生態足跡的90%以上，且均超過水資源生態足跡承載力，這是造成水資源赤字和水資源生態壓力指數較高的重要原因。最后提出建議，以期為區域水資源的合理利用提供依據。

關鍵詞：生態足跡模型；生態承載力；水資源；可持續利用

ResearchofSustainableUtilizationofWaterResources

BasedonEcologicalFootprintModel:

隨著社會的不斷發展，人類對水的需求量逐年增加，水的需求與供給之間的矛盾越來越突出。可持續發展問題和人類與自然的和諧相處已受到全社會的高度關注，深入開展水資源可持續利用研究，實現水資源的可持續開發、利用、保護及其定量評價顯得更加迫切和重要。

生態足跡法(ecologicalfootprint)是一種定量評價區域可持續發展程度的方法，于20世紀90年代由Rees和Wackernagel提出。該方法由生態足跡模型、生態承載力模型組成[1-2]。這種定量評價的方法不僅為水資源可持續利用提供了新思路，而且由于其具體、形象和可操作性強的特點，已被許多國家和地區的相關研究所廣泛采用。在目前的研究中，從生態足跡角度來評價水資源消耗通常有2種途徑：一是水生態足跡(waterecologicalfootprint)，即將水資源相關消耗轉化為水域面積(hm2)計算，吳志峰等[3]、黃林楠等[4]、譚秀娟等[5]都是從此角度出發進行研究；二是水足跡(waterfootprint)，這是一個在虛擬水(virtualwater)基礎上產生的概念，即將水資源的相關消耗轉化成水資源量(m3)來計算，鄧曉軍等[6]、周文華等[7]均從此角度探討了水資源的可持續利用問題。兩者的基本思路一致，但計算方法和表達方式不同。

生態足跡模型在經過一系列的修正與完善后，作為可持續發展的評價方法之一，已受到了相當程度的關注及應用。譚秀娟等[5]以生態足跡模型為基本方法構建水資源可持續利用評價指標，以反映水資源可持續利用的整體狀況、可持續利用程度以及以水資源利用效率，客觀地評價了我國1949—2007年的水資源可持續利用情況。黃林楠等[4]對水資源賬戶進行了劃分，按水資源利用的一般分類將其劃分為3個二級賬戶，分別是生活用水足跡、生產用水足跡和生態需水足跡，分析測算了1998—2003年江蘇省水資源生態足跡和生態承載力。吳志峰等[3]則采用了另外一種分類方式，將水生態足跡二級賬戶分類為淡水、水產品、水污染，但由于水體污染數據難以獲得并考慮到污水凈化的復雜性，沒有計算出水污染生態足跡的貢獻。洪輝和付娜[8]則用同樣的分類方法進一步計算了水污染生態足跡。張義[9]、劉子剛等[10]分別以某地方為例，根據當地具體情況對水資源可持續利用做出評價。

然而，目前學術界運用生態足跡模型在對水資源可持續利用的研究中，水資源賬戶的分類通常只劃分到二級賬戶，很少有劃分出三級賬戶進行測算的。為了更加明確地反映生態足跡的組成部分，發掘近年來生態赤字嚴重、生態足跡壓力指數居高不下的真正原因，本文以江蘇省為例，采用黃林楠等的分類方式，不僅研究了生活、生產、生態用水足跡二級賬戶，而且著重分析了二級賬戶下增設的第一、第二和第三產業的三級賬戶。同時，我們注意到：雖然江蘇省降水豐沛，水資源豐富，但空間分布不均勻，人均水資源量小于全國人均水平，水資源開發利用的不合理所引發的水資源生態系統的破壞和生態承載力的下降等問題已經不容忽視，有必要對江蘇省水資源利用效率進行全面、詳細的評價。

1水生態足跡模型的構建

1.1　水資源生態足跡模型

將生態足跡的概念引入水資源范疇內即為水資源生態足跡，反映人類對水資源的占用情況。根據用水用戶特性，可將水資源生態足跡賬戶劃分為3個二級賬戶，分別是生活用水足跡、生產用水足跡和生態用水足跡。其中，生活用水足跡是指某一段時間內居民的日常活動產生的用水需求，包括農村居民用水和城鎮居民用水；生產用水是指滿足社會不斷發展的生產過程所需的用水，包括第一、第二和第三產業用水；生態用水則指區域生態環境的改善對水資源的需求，包括河道內用水與河道外用水。水資源生態足跡計算模型可表示為

其中：EFw為水資源生態足跡(hm2)；N為區域人口數(人)；efw為人均水資源生態足跡(hm2/人)；γw為水資源全球均衡因子；W為水資源消耗量(m3)；Pw為水資源世界平均生產能力(m3/ hm2)。

1.2　水生態承載力模型

水資源生態承載力定義：在某一特定階段，為了支持某區域資源、社會和環境(生活、生產和生態)的可持續發展的水資源最大供給量，反映水資源的供給情況，模型為

其中：ECw為水資源生態承載力(hm2)；ecw為人均水資源生態承載力(hm2/人)；φw為研究區域水資源產量因子；Q為水資源總量(m3)；0.4為水資源合理開發利用率。

2基于生態足跡模型的水資源可持續利用評價指標

2.1　水生態赤字(盈余)模型

水生態赤字(盈余)模型是水生態足跡和水生態承載力比較的結果，反映人類對水資源的利用是否超過水資源承載力，衡量水資源可持續狀況，公式為

Erd=EFw-ECw

當Erd<0時，該地區處于生態盈余狀態，表明該區域的水資源量足以支持人類對其消費，有利于可持續發展；當Erd>0時，該地區處于生態赤字狀態，表明該區域人口對水資源的消費模式和水平超出了自然生態系統所提供的水生態容量，不利于可持續發展；Erd=0時，表明水資源的利用處于平衡狀態。

2.2　水資源生態壓力指數

在衡量區域水資源的可持續利用情況時僅使用人均水資源生態赤字(盈余)存在一定局限性。水資源生態壓力指數能較好地完善其不足，定義為某一區域人均水資源生態足跡相對人均水資源生態承載力的比率，公式為

EPIw=efw/ecw

當01時，表明該區域未實現水資源的可持續利用，供給量已小于消耗量，且EPIw越大，水資源利用的安全程度越低；當0.5

表1　壓力指數等級

2.3　萬元GDP水生態足跡

萬元GDP水資源生態足跡是指區域水資源生態足跡與區域國內生產總值(GDP)的比值，能較為客觀地衡量水資源利用效率，反映某地區的經濟增長方式[5]，其公式為

萬元GDP水資源生態足跡=EFw/GDP

計算結果越小，表明水資源利用效率越高；反之，則利用效率越低。

3以江蘇省為例的水資源利用評價

3.1　水資源及相關數據來源

本文假設研究區域內水資源均勻分布，即單位面積所擁有的水量相同。區域總用水量、區域內水資源總量、生活用水量、生活用水量、生產用水量、生態用水量、三大產業用水量來源于2005—2012年《江蘇省水資源公報》[9]。江蘇省人口數、江蘇省土地面積來源于《江蘇省統計年鑒》[10-12]，區域平均生產能力根據歷年水資源總量和江蘇省土地面積推算得出。均衡因子和產量因子取自黃林楠等[4]的計算所得，產量因子yw=1.02，均衡因子γw=5.19。

3.2　江蘇省水生態足跡分析

依據生態足跡理論及其計算方法，將生產用水賬戶劃分成第一、第二和第三產業進行計算和分析，計算結果如表2和圖1所示。根據分析可得：

1) 人均水資源生態足跡呈現出波動式的上升，由2005年的0.809hm2/人上升到2012年的1.034 hm2/人，凈增長0.225 hm2/人，漲幅為27.8%。2007年和2011年人均水資源生態足跡較小，主要由于這兩年區域水資源平均生產力較高，與水資源污染、水資源保護有較大的關系，且與人口、消費變化相關。人均水資源生態承載力略有降低，基本維持在0.280~2.295 hm2/人。因此，生態赤字的大小主要取決于人均水資源生態足跡的變化，具有一致性。

2) 曲線圖表明：生態赤字在0.50~0.75hm2/人范圍內變化，呈整體上升趨勢，表明區域的發展是通過消耗資源來彌補生態承載力的不足，不利于水資源的可持續利用。

表2　江蘇省歷年水資源生態足跡評價指標

圖1　江蘇省2005—2012年人均水資源生態足跡、生態承載力、生態赤字的變化趨勢

3.3　江蘇省水資源生態壓力指數分析

為評判江蘇省水資源所處安全等級，計算了2005—2012年水資源生態壓力指數。從圖2可知：近年來江蘇省水資源生態足跡壓力指數呈現波動式上升狀態，從2005年的2.717上升到2012年的3.626，整體升幅為25.07%，且大于2.0。根據水資源生態壓力指數劃分標準可知：江蘇省的水資源利用一直處于極不安全的狀態，說明自然狀態下難以全方位維護良好的水資源生態系統，水資源生態環境趨于惡化。

3.4　江蘇省萬元GDP水資源生態足跡分析

水資源作為重要的生產要素，與區域經濟發展密切相關。根據計算得出萬元GDP水資源生態足跡，用來反映水資源的利用效率。

由圖3可知：萬元GDP生態足跡從2005年的0.330下降到2012年的0.152，反映水資源的利用效率呈現逐年提升的狀態。隨著我國經濟結構的轉型，水資源利用分布結構也在發生著巨大的變化。同時，政府和企業投入更多的資金和人力進行技術革新和設備改造，使生產用水量減少，水資源重復利用率提高，因此萬元GDP生態足跡呈現大幅下降趨勢。

圖2　水資源生態足跡壓力指數

圖3　萬元GDP水資源生態足跡

3.5　生產用水下的三級賬戶生態足跡分析

從用水結構來看：江蘇省生產用水所占比例較高，近年來一直維持在90%以上，是用水量的主體部分。生產用水又分為三大產業用水，其中：第一產業主要包括農業、林業、畜牧業；第二產業主要包括一般工業和建筑業；第三產業主要包括餐飲業和服務業。研究這三者水資源生態足跡和所占比重的變化能夠反映江蘇省經濟發展和產業結構變化。各產業人均水資源生態足跡見圖4。

隨著經濟的發展，人們對于用水量的需求也在不斷增大。由圖5可見：第一產業水資源生態足跡以年平均1.93%的增長速度上升，第二產業和第三產業水資源生態足跡分別以年平均0.48%、2.5%的年平均增長率上升。由數據可得：第一產業和第三產業水資源生態足跡所占比重呈上升趨勢，而第二產業水資源生態足跡比重表現為下降趨勢，這與產業的水資源消費情況、技術手段更新、水資源重復利用率都有密切的關系。為了更加具體詳細地分析各產業水資源利用效率情況，將萬元GDP水資源生態足跡理論引入到第一、第二、第三產業水資源賬戶中，結果如圖5所示。

圖4　各產業人均水資源生態足跡

圖5　各產業萬元GDPS水資源生態足跡分析

如圖5可見：第一、第二、第三產業萬元GDP水資源生態足跡下降，水資源利用效率不斷提高。橫向比較，第一產業萬元GDP生態足跡是第二產業萬元GDP生態足跡的9~14倍，是第三產業萬元GDP生態足跡的120~170倍。究其原因：一方面，不同產業之間用水方式不同，第一產業中的農業、林業、畜牧業都需要大量的水資源維持生命，對于水資源的要求較高、需求量大；另外一方面，我國的第一產業用水方式粗獷，缺乏先進的灌溉技術，導致了大量的水資源浪費，這也是第一產業水資源利用效率低下的原因。結合圖4、5分析可得：江蘇省第一、第二產業生態足跡所占比重較大，是生態足跡構成的最主要部分，高達90%左右。第一、第二產業水資源生態足跡均超過水資源生態承載力。因此，改變目前承臺赤字關鍵在于加強對第一、第二產業水資源的管理，投入一定的人力、物力進行技術革新。

4結論

本文運用水生態足跡模型對江蘇省2005—2012年水資源生態足跡、水資源生態承載力、水資源生態赤字(盈余)、水資源生態壓力指數以及萬元GDP水資源生態足跡進行分析計算，并對第一、第二、第三產業賬戶進行重點分析，客觀地評價了水資源的可持續利用狀況。研究結果表明：

1) 江蘇省的水資源利用狀態表現為赤字，水資源消耗與供給矛盾日益突出；水資源生態壓力指數大于2.0，處于極不安全的狀態；萬元GDP水資源生態足跡隨著經濟的發展和技術的更新顯示出下降的趨勢，表明水資源的利用效率有所提高。

2) 通過對三級賬戶水生態足跡的分析得出：第一產業水資源生態足跡最大，第二產業次之，二者之和占總生態足跡的90%以上，且均超過水資源生態承載力，這是造成水生態赤字、水資源生態壓力指數較高的重要原因。

3) 通過分析各產業萬元GDP生態足跡可得出：第一產業萬元GDP生態足跡是第二產業的 9~14倍，是第三產業的120~170倍，說明第一產業對水資源的消耗極大，且對水資源利用效率極低，應該加強提高農業、林業、畜牧業用水效率的研究，不斷推廣新技術，通過技術進步提高水資源利用效率。

要實現江蘇省水資源可持續利用與發展，需采取以下措施：首先，提高行為主體的資源保護意識，建立節約型水資源社會的生產和消費體系；其次，采用節水設施技術和生物高新技術，依靠科技進步提高水資源利用效率；最后，加強水生態系統的保護，合理開發水資源，提高水生態承載力。

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(責任編輯陳艷)

收稿日期：2014-12-19

基金項目：江蘇省教育廳高校哲學社會科學研究項目(2012SJD790025)

作者簡介：冷建飛(1978—)，男，江蘇淮安人，博士，講師，主要從事水經濟與管理研究。

doi:10.3969/j.issn.1674-8425(z).2015.07.010

中圖分類號：X82

文獻標識碼：A

文章編號：1674-8425(2015)07-0054-06

TakingJiangsuProvinceasExample

LENGJian-fei,ZHANGQian

(BusinessSchool,HohaiUniversity,Nanjing211100,China)

Abstract:The ecological footprint, ecological carrying capacity of water resources in Jiangsu province in 2005-2012 were analyzed by using the theory of water resources ecological footprint, and we found that the water resource utilization in Jiangsu province has been in a state of extremely unsafe ecological deficit. To further study the cause of the ecological deficit, for the first time the evaluation indexes which are ecological deficit and the ecological footprint of ten thousand Yuan GDP were applied to three major tertiary accounts which are the primary industry, secondary industry and tertiary industry. Results showed that water ecological footprint of the first industrial is the largest, and the second is industry, and the sum of the above two accounts for over 90% of the total ecological footprint and both are more than the water resources bearing capacity, which are the main reasons that cause the deficit of water resources and higher water resources ecological pressure index. Finally we put forward suggestions in order to provide the basis for reasonable use of regional water.

Key words:ecological footprint model; ecological carrying capacity; water resources; sustainable utilization

引用格式：冷建飛，張倩.基于生態足跡模型的水資源可持續利用研究——以江蘇省為例[J].重慶理工大學學報：自然科學版，2015(7):54-59.

Citationformat：LENGJian-fei,ZHANGQian.ResearchofSustainableUtilizationofWaterResourcesBasedonEcologicalFootprintModel:TakingJiangsuProvinceasExample[J].JournalofChongqingUniversityofTechnology:NaturalScience，2015(7):54-59.