基于改進模型的廣西北部灣經(jīng)濟區(qū)水污染生態(tài)足跡時空分析

張義，程戀婷

(河池學(xué)院 經(jīng)濟與管理學(xué)院，廣西 宜州 546300)

基于改進模型的廣西北部灣經(jīng)濟區(qū)水污染生態(tài)足跡時空分析

張義，程戀婷

(河池學(xué)院 經(jīng)濟與管理學(xué)院，廣西 宜州 546300)

當(dāng)前的水污染生態(tài)足跡模型存在較大不足：明顯低估水污染程度；水資源均衡因子值可靠性不高；水資源產(chǎn)量因子多余；無法區(qū)分水環(huán)境承載力與水資源承載力。為此，我們對原模型進行了如下改進：從點源和面源角度核算排放到水體的多種污染物；棄用均衡因子和產(chǎn)量因子；單獨核算水環(huán)境承載力。接下來以2008-2013年的廣西北部灣經(jīng)濟區(qū)為例進行了計算與分析。計算所需的數(shù)據(jù)來自相應(yīng)年份的廣西水資源公報、廣西統(tǒng)計年鑒、廣西環(huán)保廳內(nèi)部資料。核算結(jié)果表明：(1)經(jīng)濟區(qū)及其各市均為氮污染水生態(tài)足跡最大，磷污染水生態(tài)足跡次之，有機物污染水生態(tài)足跡最小。該地區(qū)有機物污染足跡呈下降趨勢，2008-2010年最大驅(qū)動因子為工業(yè)賬戶，2011-2013年則為城鎮(zhèn)生活賬戶；氮/磷污染足跡總體表現(xiàn)為上升，其最大影響因子來自畜禽養(yǎng)殖賬戶。各市3種水污染生態(tài)足跡大小排序不一致，其變化趨勢也各異。(2)經(jīng)濟區(qū)水環(huán)境承載力先降后升，總體略呈上升趨勢；內(nèi)部非常不平衡，其中，防城港市該值很大，其他3市則較小。(3)基于水環(huán)境生態(tài)盈虧和水環(huán)境生態(tài)壓力指數(shù)，經(jīng)濟區(qū)水環(huán)境安全度較差；內(nèi)部差異顯著，其中，防城港市很好，欽州市和北海市較差，南寧市很差。最后，提出了改善該地區(qū)水環(huán)境狀況的建議，同時指出了改進模型的優(yōu)點及有待進一步研究的幾個問題。

水污染生態(tài)足跡；水環(huán)境承載力；水環(huán)境生態(tài)盈虧；水環(huán)境生態(tài)壓力指數(shù)；廣西北部灣經(jīng)濟區(qū)

生態(tài)足跡是由生態(tài)經(jīng)濟學(xué)家Rees和Wackernagel于20世紀90年代初提出的衡量自然資源可持續(xù)利用的方法，近年來在全球范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。它的優(yōu)點主要是角度新穎、形象生動、容易理解、可操作性強、研究結(jié)果可比性高，但也存在諸多不足[1]73-77。水資源生態(tài)足跡是研究者針對傳統(tǒng)生態(tài)足跡忽略水域水資源供給和水質(zhì)凈化功能而提出來的。它通過建立水資源用地這一新的土地類型將人類對上述兩種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的占用納入生態(tài)足跡核算框架，一般包括淡水生態(tài)足跡和水污染生態(tài)足跡。其中，淡水生態(tài)足跡反映人類在生產(chǎn)生活過程中對淡水資源的消費，該方面的研究成果眾多且其核算方法高度一致[2-4]；水污染生態(tài)足跡反映的則是人類活動排放的廢棄物對水環(huán)境凈化功能的占用程度，該方面的研究成果較少，測算方法各異且存在某些不足之處。洪輝[5]構(gòu)建的水污染生態(tài)足跡模型(使用者相對較多)的主要問題有：僅核算點源污染而未考慮面源污染，并且僅測算未達標廢污水占用的水資源用地，故明顯低估水污染生態(tài)足跡；水資源均衡因子值計算方法迥異于其他均衡因子值估值方法；水資源產(chǎn)量因子多余；無法區(qū)分水環(huán)境承載力與水資源承載力[6]。段錦等[7]、于冰等[8]提出的水污染生態(tài)足跡計算方法是基于水域?qū)ξ鬯奈{能力，而實際上應(yīng)核算的是污水中的污染物對水環(huán)境凈化功能的占用狀況，同時不同來源污水中的污染物濃度也是不相同的，因而這種核算精確度較差。白鈺等[9]將水污染物占用生態(tài)足跡的方式分為“污染物處理”和“污染物危害”兩類，重復(fù)計算了水污染對水生態(tài)系統(tǒng)的占用。另外，以貨幣為媒介將水污染生態(tài)足跡轉(zhuǎn)化為水產(chǎn)品生態(tài)足跡也存在是否適宜的問題。閔慶文等[10]明確提出并界定了“基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的生態(tài)足跡”概念，并對其中的污染足跡的基本理論與模型進行了闡釋與構(gòu)建，為水污染生態(tài)足跡的研究提供了理論基礎(chǔ)。焦雯珺等[11]利用該污染足跡模型的簡化版開展了案例研究，但從中可以發(fā)現(xiàn)該模型中的某些參數(shù)值(如污染物吸納服務(wù)供給因子)很難得到，因而推廣不易。因此水污染生態(tài)足跡研究有待進一步深入。本文在洪輝構(gòu)建的模型的基礎(chǔ)上提出了改進的水污染生態(tài)足跡模型，并以之核算了廣西北部灣經(jīng)濟區(qū)2008-2013年的水污染生態(tài)足跡、水環(huán)境承載力、水環(huán)境生態(tài)赤字及水環(huán)境生態(tài)壓力指數(shù)，同時分析其時空特征，以期有益于水生態(tài)足跡研究并為該地區(qū)水資源(環(huán)境)科學(xué)管理與可持續(xù)利用提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

廣西北部灣經(jīng)濟區(qū)位于廣西南部，主要包括南寧市、北海市、欽州市和防城港市4個地級市。區(qū)域范圍東經(jīng)107°20′-109°47′，北緯20°26′-24°03′，東連廣東省及玉林市，南瀕臨北部灣，與海南省隔海相望，西南與越南和崇左市毗鄰，北與貴港市、來賓市、河池市、百色市等相連。它是我國西部大開發(fā)地區(qū)唯一的沿海區(qū)域，區(qū)位優(yōu)勢明顯，戰(zhàn)略地位突出。經(jīng)濟區(qū)總面積4.22萬km2，約占廣西總面積的18%；2013年末總?cè)丝? 383.37萬，約占廣西同期總?cè)丝诘?6%；2013年末地區(qū)生產(chǎn)總值為4 817.43億元，約占廣西同期地區(qū)生產(chǎn)總值的34%。經(jīng)濟區(qū)多年平均水資源量為349.6億m3，約占廣西水資源總量的18%。境內(nèi)的水系為珠江流域西江水系和桂南沿海諸河水系，前者的主要河流是郁江、右江、左江、紅水河、清水江，后者主要包括南流江、欽江、大風(fēng)江、茅嶺江、防城河。經(jīng)濟區(qū)自2008年上升為國家戰(zhàn)略以來經(jīng)濟快速發(fā)展，但與此同時其水環(huán)境承受的壓力亦顯著增加。

2 研究方法與參數(shù)取值

2.1 改進的水污染生態(tài)足跡模型

本模型包括水污染生態(tài)足跡、水環(huán)境承載力、水環(huán)境生態(tài)盈虧和水環(huán)境生態(tài)壓力指數(shù)4個核算項目。水污染生態(tài)足跡指吸納(稀釋和凈化)一定人口產(chǎn)生的水體污染物所需要的水資源用地面積[6]。它反映的是人類活動對水生態(tài)系統(tǒng)水質(zhì)凈化功能的占用情況，其計算思路如下：先核算將某區(qū)域人類排放到水體的污染物稀釋到Ⅲ類水質(zhì)標準所需消耗的水資源量(如此處理的理由是Ⅲ類水基本能夠維持水體的生態(tài)服務(wù)功能，而低于此標準的水體的生態(tài)服務(wù)功能會衰退或喪失[12])，然后以之除以水資源全球平均生產(chǎn)能力就可以得到該地區(qū)水污染生態(tài)足跡。本文選取具有代表性的氮、磷和有機物作為研究內(nèi)容，以其中的最大污染足跡作為最終水污染生態(tài)足跡(因為這三種污染物在環(huán)境影響上具有明顯重疊效應(yīng)[13])。基于生態(tài)足跡的水環(huán)境承載力是指某區(qū)域水體能夠被繼續(xù)使用并仍保持良好生態(tài)系統(tǒng)時所能提供的用于容納污染物的水資源用地面積，它反映的是水生態(tài)系統(tǒng)水質(zhì)凈化功能的供給能力。兩者之差為水環(huán)境生態(tài)盈虧，用來反映人類對水環(huán)境凈化功能的占用是否可持續(xù)，盈余為可持續(xù)，赤字為不可持續(xù)。兩者之比為水環(huán)境生態(tài)壓力指數(shù)，可用來反映研究區(qū)域水環(huán)境承受的壓力狀況或水環(huán)境安全程度，具體劃分標準見表1。

表1 水環(huán)境生態(tài)壓力指數(shù)的等級劃分標準

注：見參考文獻[14]

改進模型可表示為：

(1)

ECWE=0.88×(QWP/PW)

(2)

QWP=WQ-(QR×K)

(3)

EDWE(ESWE)=ECWE-EFWP

(4)

EPIWE=EFWP/ECWE

(5)

式中，EFWP、EFNP、EFPP和EFCODP分別為水污染生態(tài)足跡、氮污染水生態(tài)足跡、磷污染水生態(tài)足跡和有機物污染水生態(tài)足跡(hm2)；CCOD、CN和CP為分別為研究區(qū)排入水體的有機物、總氮和總磷量(g)；UN、UP和UCOD分別為Ⅲ類水質(zhì)標準中的總氮、總磷和化學(xué)需氧量含量上限(g/m3)；PW為水資源世界平均生產(chǎn)能力(m3/hm2)；ECWE為研究區(qū)水環(huán)境承載力(hm2)；0.88來自傳統(tǒng)生態(tài)足跡模型，指的是承載力中保留12%用于生物多樣性保護；QW、QWP和QR分別為研究區(qū)水資源總量、用于接納污染物的水量和取水量(m3)；K為研究區(qū)綜合耗水率；EDWE/ESWE為研究區(qū)水環(huán)境生態(tài)赤字或盈余(hm2)，其中，大于0為盈余狀態(tài)，小于0為赤字狀態(tài)，等于0為臨界狀態(tài)；EPIWE為研究區(qū)水環(huán)境生態(tài)壓力指數(shù)。

本模型舍棄了水資源均衡因子，這是因為：均衡因子很難獲得其合理取值[15]；而且水資源均衡因子值來自價值量評價法，而生態(tài)足跡模型中的其他均衡因子值來自物質(zhì)量評價法，不同方法求出的參數(shù)使其模型的有效性受到明顯影響[6]。

因為研究區(qū)水資源總量除以水資源全球平均生產(chǎn)能力得到的即是全球意義上的水資源用地面積，故棄用傳統(tǒng)模型中的水資源產(chǎn)量因子。如果保留它，其后果是：一方面低估了水資源貧乏地區(qū)的水環(huán)境承載力(因水資源產(chǎn)量因子小于1)，另一方面則高估了水資源豐富地區(qū)的水環(huán)境承載力(因水資源產(chǎn)量因子大于1)，因而不能比較準確地反映研究區(qū)水環(huán)境承載力狀況。

2.2 數(shù)據(jù)來源和參數(shù)取值

研究區(qū)水資源總量、取水量和綜合耗水率來自《廣西壯族自治區(qū)水資源公報》。人口數(shù)據(jù)來自研究區(qū)統(tǒng)計年鑒。水資源世界平均生產(chǎn)能力取3 140 m3/hm2[2]。Ⅲ類水質(zhì)標準中的化學(xué)需氧量、總氮和總磷含量上限分別取20 mg/L、1.0 mg/L和0.2 mg/L[17]。

受數(shù)據(jù)限制，本研究主要估算研究區(qū)城鎮(zhèn)及農(nóng)村生活污水、工業(yè)廢水、耕地地面徑流和畜禽養(yǎng)殖向水生態(tài)系統(tǒng)排放的化學(xué)需氧量、總氮和總磷量。其中，工業(yè)和城鎮(zhèn)生活化學(xué)需氧量入水量來自廣西環(huán)保廳內(nèi)部資料，城鎮(zhèn)生活氮/磷入水量及其他污染源產(chǎn)生的污染物的入水量通過以下方法估算(由于數(shù)據(jù)難以獲得，沒有估算工業(yè)廢水中的總氮、總磷量)。

研究區(qū)城鎮(zhèn)生活污水中的總氮/總磷排放量估算方法如下：

CP1=P1-E1=(3 650×RT×F1)-TW×(D1-D0)/1 000

(6)

D1=P1/EW×1 000

(7)

式中，CP1為城鎮(zhèn)生活污水總氮/總磷排放量(kg/a)；P1為城鎮(zhèn)生活污水總氮/總磷產(chǎn)生量(kg/a)；E1為污水處理廠去掉的總氮/總磷量(kg/a)；RT為城鎮(zhèn)居民常住人口(104人)；F1為城鎮(zhèn)生活污水總氮/總磷人均產(chǎn)生系數(shù)，具體取值來自文獻[18]；TW為污水處理廠處理的污水量(m3)，可從研究區(qū)統(tǒng)計年鑒獲得；DI為污水進廠時總氮/總磷濃度(mg/L)；DO為污水出廠時總氮/總磷濃度(mg/L)，根據(jù)污水處理廠出水一級標準的B標準取值[19]，其中總氮濃度取20 mg/L，總磷濃度取1.5 mg/L；EW為城鎮(zhèn)居民生活污水排放量(m3)，可從研究區(qū)統(tǒng)計年鑒獲得。

研究區(qū)農(nóng)村生活污水中的化學(xué)需氧量、總氮、總磷排放量估算方法如下：

CP2=P2×β1=(3 650×RC×F2)×β1

(8)

式中，CP2為農(nóng)村生活污水污染物(化學(xué)需氧量/總氮/總磷)排放量(kg/a)；P2為農(nóng)村生活污水污染物(化學(xué)需氧量、總氮、總磷)產(chǎn)生量(kg/a)；β1為農(nóng)村生活污染物(化學(xué)需氧量、總氮、總磷)入河系數(shù)，一般取值為0.2-0.5[20]30，本文取0.35；RC為農(nóng)村人口數(shù)(104人)；F2為農(nóng)村生活污水污染物人均產(chǎn)生系數(shù)(g/人·d)，本文分別取16.4 g/人·d(化學(xué)需氧量)、5 g/人·d(總氮)、0.44 g/人·d(總磷)[20]31。

耕地地面徑流中的化學(xué)需氧量、總氮、總磷入河量可根據(jù)式(9)計算得到：

CP3=(M1×F3)×β2×γ1

(9)

式中，CP3為耕地污染物(化學(xué)需氧量/總氮/總磷)入河量(t/a)；M1為耕地面積(km2)，可從研究區(qū)統(tǒng)計年鑒獲得；β2為耕地污染物入河系數(shù)，取0.2(文獻[20]中取值范圍的中間值)；γ1為修正系數(shù)[20]31，當(dāng)耕地化肥施用量在25 kg以下時取0.8-1.0(本文取0.9)，當(dāng)施用量在25-35 kg時取1.0-1.2(本文取1.1)，當(dāng)施用量在35 kg以上時取1.2-1.5(本文取1.3)，耕地化肥使用量可從研究區(qū)統(tǒng)計年鑒獲得；F3為耕地排污系數(shù)，分別取0.067 t/km2(化學(xué)需氧量)[20]31、2.2 t/km2(總氮)[6]、0.16 t/km2(總磷)[6]。

畜禽養(yǎng)殖(本文主要考慮豬、牛、羊和家禽養(yǎng)殖)向水體排放的化學(xué)需氧量、總氮、總磷的估算方法如下[21]：

CP4=(N×F4)×C×β3

(10)

式中，CP4為畜禽養(yǎng)殖向水體排放的化學(xué)需氧量/總氮/總磷(kg/a)；N為畜禽飼養(yǎng)量(萬頭、只)，可從研究區(qū)統(tǒng)計年鑒獲得；F4為畜禽糞便排泄系數(shù)(kg/a);C為單位質(zhì)量畜禽糞便中化學(xué)需氧量/總氮/總磷含量(%);β3為畜禽糞便中化學(xué)需氧量/總氮/總磷入水率(%)，各參數(shù)取值見表2。

表2 畜禽糞便排泄系數(shù)、養(yǎng)分含量和入水率

注：數(shù)據(jù)來源于文獻[22]第26，77-78頁。

3 結(jié)果與分析

3.1 廣西北部灣經(jīng)濟區(qū)水污染生態(tài)足跡時空分析

3.1.1 廣西北部灣經(jīng)濟區(qū)水污染生態(tài)足跡動態(tài)分析

2008-2013年，經(jīng)濟區(qū)人均有機物污染水生態(tài)足跡介于0.307 7-0.459 4 hm2之間，期間呈明顯下降趨勢(年均降幅為6.60%)(圖1)。這反映出近年來經(jīng)濟區(qū)有機物污染對水體的壓力大幅下降。進一步分析其二級賬戶可以發(fā)現(xiàn)：工業(yè)賬戶值迅速下降(年均降幅高達13.42%)，城鎮(zhèn)生活賬戶值也有明顯下降(年均降幅為4.13%)，農(nóng)村生活賬戶、畜禽賬戶和耕地賬戶值變化很小，表明經(jīng)濟區(qū)有機物污染水生態(tài)足跡的跌落主要來自工業(yè)有機物和城鎮(zhèn)生活有機物的減排。從均值來看，城鎮(zhèn)生活賬戶年均值(0.141 0 hm2)及所占比例(36%左右)最大，緊隨其后的是工業(yè)賬戶(年均值和比例分別為0.125 2 hm2和32%左右)，畜禽養(yǎng)殖賬戶次之(年均值和比例分別為0.102 8 hm2和26%左右)，農(nóng)村生活賬戶(年均值和比例分別為0.018 8 hm2和5%左右)，耕地賬戶微不足道(年均值和比例分別為0.000 2 hm2和0.06%左右)，表明該足跡的最大驅(qū)動因子來自城鎮(zhèn)生活，其次是工業(yè)和畜禽養(yǎng)殖。但從走向來看，工業(yè)賬戶貢獻率呈明顯下降趨勢，說明其驅(qū)動力在減弱，尤其是最近3年所占比例由首位降至第3位；城鎮(zhèn)生活賬戶貢獻率呈上升態(tài)勢，說明其驅(qū)動力逐漸增強；畜禽養(yǎng)殖賬戶比重上升較快，最近3年所占比例已超工業(yè)賬戶；其他賬戶變化較小。

圖1 2008-2013年廣西北部灣經(jīng)濟區(qū)人均有機物污染水生態(tài)足跡

經(jīng)濟區(qū)人均氮污染水生態(tài)足跡介于1.294 6-1.438 6 hm2之間，其走向為先升后降，總體略呈上升態(tài)勢(年均增幅為1.13%)(見圖2)。這說明近年來經(jīng)濟區(qū)氮污染對水體的壓力有所上升。其中，城鎮(zhèn)生活賬戶和畜禽養(yǎng)殖賬戶值波動中呈上升走向(年均增幅分別為2.36%和1.22%)，農(nóng)村生活賬戶和耕地賬戶值變化較小，說明經(jīng)濟區(qū)氮污染水生態(tài)足跡的上升主要來自城鎮(zhèn)生活和畜禽養(yǎng)殖氮排放的增加。從均值來看，畜禽養(yǎng)殖賬戶是主體(年均值和比例分別為0.803 1 hm2和59%左右)，其次是城鎮(zhèn)生活賬戶(年均值和比例分別為0.261 8 hm2和19%左右)，農(nóng)村生活賬戶和耕地賬戶相對較小(年均值分別為0.151 0 hm2和0.141 8 hm2，所占比例分別為11%和10%左右)，表明該足跡的最大驅(qū)動因子來自畜禽養(yǎng)殖。從時間序列來看，各賬戶貢獻率變化相對較小，說明該足跡的驅(qū)動機制沒有明顯改變。

圖2 2008-2013年廣西北部灣經(jīng)濟區(qū)人均氮污染水生態(tài)足跡

經(jīng)濟區(qū)人均磷污染水生態(tài)足跡處于0.935 8-1.045 7 hm2之間，期間表現(xiàn)為先升后降，總體呈增長趨勢(年均增幅為1.69%，見圖3)。經(jīng)分析，經(jīng)濟區(qū)磷污染水生態(tài)足跡的上升也主要來自城鎮(zhèn)生活賬戶和畜禽養(yǎng)殖賬戶。從均值來看，畜禽養(yǎng)殖賬戶占絕對優(yōu)勢(年均值和比例分別為0.792 2 hm2和79%左右)，城鎮(zhèn)生活賬戶年均值和比例分別為0.102 5 hm2和10%左右)，農(nóng)村生活賬戶和耕地賬戶年均值(分別為0.051 9 hm2和0.051 6 hm2)和所占比例(均為5%左右)較小，表明該足跡的主要驅(qū)動因子源自畜禽養(yǎng)殖。各賬戶貢獻率變化相對較小，說明該足跡的驅(qū)動格局也沒有發(fā)生多大變化。

圖3 2008-2013年廣西北部灣經(jīng)濟區(qū)人均磷污染水生態(tài)足跡

3種水污染生態(tài)足跡中，氮污染水生態(tài)足跡最大，磷污染水生態(tài)足跡次之，有機物污染水生態(tài)足跡最小，故以氮污染水生態(tài)足跡作為最終水污染生態(tài)足跡。

3.1.2 廣西北部灣經(jīng)濟區(qū)水污染生態(tài)足跡空間分析

2008-2013年，經(jīng)濟區(qū)內(nèi)各市人均有機物污染水生態(tài)足跡介于0.239 7-0.683 9 hm2之間(見圖4)，年度最大最小值比介于1.46-2.19之間，說明其空間差異度不大。基于年均值(見圖4)，各市大小排序為防城港>北海>南寧>欽州。從走向來看(見圖4)，各市皆呈下降趨勢(其中，欽州市和北海市年均降幅9%左右，南寧市和防城港市年均降幅約5%)，這說明各市有機污染物排放對當(dāng)?shù)厮w的壓力日益減輕，主因是其工業(yè)和城鎮(zhèn)生活化學(xué)需氧量排放量降幅非常明顯。進一步分析其二級賬戶可以發(fā)現(xiàn)(見表3)：防城港市和北海市最大驅(qū)動力分別來自工業(yè)賬戶和城鎮(zhèn)生活賬戶(其年均貢獻率分別約為52%和44%)；南寧市和欽州市2008-2010年最大驅(qū)動力源自工業(yè)賬戶(其貢獻率介于36-43%之間)，2011-2013年則為城鎮(zhèn)生活賬戶(其貢獻率介于38-43%之間)。第二位驅(qū)動因子方面，防城港市是城鎮(zhèn)生活賬戶(其年均貢獻率約為30%左右)；北海市2008-2010年為工業(yè)賬戶，2011-2013年則為畜禽養(yǎng)殖和工業(yè)賬戶，其年均貢獻率分別約為27%和29%；南寧市和欽州市2008-2010年為城鎮(zhèn)生活賬戶(其年均貢獻率分別約為30%和34%)，2011-2013年則為畜禽養(yǎng)殖賬戶(其年均貢獻率分別約為35%和36%)。從時間序列來看(見表3)，南寧市和欽州市的城鎮(zhèn)生活賬戶和畜禽養(yǎng)殖賬戶的驅(qū)動力正明顯增強而工業(yè)賬戶的驅(qū)動力日漸減弱；北海市城鎮(zhèn)生活賬戶驅(qū)動力弱化明顯而其畜禽養(yǎng)殖賬戶驅(qū)動力日益增強；防城港市的各類賬戶貢獻率變化相對較小，說明其該足跡的驅(qū)動機制沒有明顯改變。

圖4 2008-2013年廣西北部灣經(jīng)濟區(qū)各市人均有機物污染水生態(tài)足跡

年份各賬戶占南寧有機物污染水生態(tài)足跡比例各賬戶占北海有機物污染水生態(tài)足跡比例城鎮(zhèn)生活農(nóng)村生活耕地畜禽養(yǎng)殖工業(yè)城鎮(zhèn)生活農(nóng)村生活耕地畜禽養(yǎng)殖工業(yè)200829.534.130.0625.1341.1551.203.270.0317.2228.28200930.554.180.0726.0739.1353.613.370.0418.2024.79201031.364.070.0628.5136.0048.833.690.0419.0128.43201142.774.620.0832.6319.9036.075.560.0629.6528.67201239.194.830.0835.6920.2136.405.240.0529.5228.79201342.285.000.0836.3516.2735.375.680.0631.2727.63均值35.954.470.0730.7328.7843.584.470.0424.1427.76年份各賬戶占防城港有機物污染水生態(tài)足跡比例各賬戶占欽州有機物污染水生態(tài)足跡比例城鎮(zhèn)生活農(nóng)村生活耕地畜禽養(yǎng)殖工業(yè)城鎮(zhèn)生活農(nóng)村生活耕地畜禽養(yǎng)殖工業(yè)200828.943.340.0411.7855.9033.564.940.0318.7642.71200930.793.300.0511.9953.8733.634.890.0219.3042.17201030.722.810.0411.6254.8034.845.520.0320.7138.90201131.503.430.0515.0949.9238.189.390.0535.9916.37201231.423.410.0616.1448.9639.259.040.0536.7414.92201331.403.830.0616.9447.7740.279.320.0537.6712.67均值30.803.350.0513.9351.8736.627.180.0428.2027.96

2008-2013年，經(jīng)濟區(qū)內(nèi)各市人均氮污染水生態(tài)足跡介于0.905 9-1.738 8 hm2之間(見圖5)，年度最大最小值比介于1.55-1.77之間，說明其空間差異度相對較小。基于年均值(見圖5)，各市大小排序為南寧>防城港>北海>欽州。從走向來看(見圖5)，南寧市和欽州市總體呈上升趨勢，說明它們的氮排放對其水體的壓力在加大；北海市和防城港市大體表現(xiàn)為下降，表明這2個地區(qū)的氮排放對其水體的壓力在減輕。進一步分析其二級賬戶可以發(fā)現(xiàn)(見表4)：畜禽養(yǎng)殖賬戶是各市氮污染水生態(tài)足跡的最大驅(qū)動因子，前者對后者的年均貢獻率介于50-64%之間。南寧市、北海市和防城港市該足跡的第二位驅(qū)動因子是城鎮(zhèn)生活賬戶(其年均貢獻率介于20-29%之間)；欽州市該足跡的第二位驅(qū)動因子則為農(nóng)村生活賬戶(其年均貢獻率為16%左右)。從時間序列來看(見表4)，防城港市的城鎮(zhèn)生活賬戶的驅(qū)動力在減弱同時其畜禽養(yǎng)殖賬戶的驅(qū)動力在增強；其余地區(qū)的各類賬戶貢獻率變化較小，說明它們該足跡的驅(qū)動機制沒有明顯改變。

圖5 2008-2013年廣西北部灣經(jīng)濟區(qū)各市人均氮污染水生態(tài)足跡

年份各賬戶占南寧氮污染水生態(tài)足跡比例各賬戶占北海氮污染水生態(tài)足跡比例城鎮(zhèn)生活農(nóng)村生活耕地畜禽養(yǎng)殖城鎮(zhèn)生活農(nóng)村生活耕地畜禽養(yǎng)殖200817.4711.7211.0759.7325.508.429.1156.98200917.6911.5112.1658.6522.068.729.6759.55201018.4610.1810.9660.3917.689.739.9562.63201126.039.3510.4154.2218.999.289.7262.01201218.979.9311.3159.7818.968.899.5262.63201322.589.6110.5257.2818.459.179.5862.80均值20.2010.3811.0758.3420.289.039.5961.10年份各賬戶占防城港氮污染水生態(tài)足跡比例各賬戶占欽州氮污染水生態(tài)足跡比例城鎮(zhèn)生活農(nóng)村生活耕地畜禽養(yǎng)殖城鎮(zhèn)生活農(nóng)村生活耕地畜禽養(yǎng)殖200836.247.9911.2244.5510.6216.408.2264.76200933.618.0312.6045.7610.0016.117.9365.97201030.237.6413.1149.0310.8416.727.5064.94201123.467.9814.2454.3116.2315.248.4360.10201224.577.4513.6854.2914.8014.848.3162.05201324.637.9713.3254.089.3915.718.6366.26均值28.797.8413.0350.3411.9815.848.1764.01

2008-2013年，經(jīng)濟區(qū)內(nèi)各市人均磷污染水生態(tài)足跡介于0.791 1-1.168 6 hm2之間(見圖6)，年度最大最小值比介于1.21-1.48之間，說明其空間差異度較小。基于年均值(見圖6)，各市大小排序為南寧>北海>欽州>防城港。從走向來看(見圖6)，南寧市和欽州市總體呈上升趨勢，防城港市大體表現(xiàn)為下降，北海市則呈波動態(tài)勢。各市磷污染水生態(tài)足跡的驅(qū)動機制與其氮污染水生態(tài)足跡驅(qū)動機制基本相同，不過前者的畜禽養(yǎng)殖賬戶貢獻率要明顯大于后者(前者年均貢獻率介于66-85%之間)(見表5)。

圖6 2008-2013年廣西北部灣經(jīng)濟區(qū)各市人均磷污染水生態(tài)足跡

年份各賬戶占南寧磷污染水生態(tài)足跡比例各賬戶占北海磷污染水生態(tài)足跡比例城鎮(zhèn)生活農(nóng)村生活耕地畜禽養(yǎng)殖城鎮(zhèn)生活農(nóng)村生活耕地畜禽養(yǎng)殖20089.775.095.9579.1915.945.494.6973.8920099.644.906.4179.0612.875.524.8376.78201010.484.455.9379.149.815.944.7979.46201115.524.085.6374.7610.495.674.6979.15201210.254.145.8479.7710.375.404.5679.67201312.934.125.5877.3710.065.554.5879.82年均值11.434.465.8978.2211.595.594.6978.13年份各賬戶占防城港磷污染水生態(tài)足跡比例各賬戶占欽州磷污染水生態(tài)足跡比例城鎮(zhèn)生活農(nóng)村生活耕地畜禽養(yǎng)殖城鎮(zhèn)生活農(nóng)村生活耕地畜禽養(yǎng)殖200826.855.917.6059.644.316.883.1585.66200924.485.858.4161.263.996.683.0086.33201021.235.408.4764.904.376.972.8685.80201115.675.438.8570.046.826.553.3183.33201216.265.048.4770.236.096.273.2184.44201316.245.388.2370.153.756.513.2786.46年均值20.125.508.3466.044.896.643.1385.34

各市3種水污染生態(tài)足跡中均為氮污染足跡最大，磷污染足跡次之，有機物污染足跡最小，故以其中的氮污染足跡作為最終水污染生態(tài)足跡。

3.2 廣西北部灣經(jīng)濟區(qū)水環(huán)境承載力、生態(tài)盈虧及生態(tài)壓力時空分析

3.2.1 廣西北部灣經(jīng)濟區(qū)水環(huán)境承載力、生態(tài)盈虧及生態(tài)壓力動態(tài)分析

2008-2013年，經(jīng)濟區(qū)人均水環(huán)境承載力介于0.447 6-0.823 5 hm2之間，其走向為先降后升，總體略呈上升趨勢(期末值相對期初值增加2.36%，見圖7)。

當(dāng)以化學(xué)需氧量作為評價對象時，經(jīng)濟區(qū)除2009年外均表現(xiàn)為水環(huán)境生態(tài)盈虧，其人均盈虧值居于-0.005 2-0.515 8 hm2之間(見圖7)，說明該地區(qū)有機污染物對水體的壓力基本在其承載力范圍內(nèi)；當(dāng)以氮、磷作為評價對象時，經(jīng)濟區(qū)歷年均呈赤字狀態(tài)，其人均赤字值分別介于0.490 1-0.890 9 hm2之間和0.131 4-0.515 1 hm2之間(見圖7)，說明該地區(qū)氮、磷排放對當(dāng)?shù)厮h(huán)境的壓力已超過其承載力。由于氮污染水生態(tài)足跡是三種污染足跡中的最大值，故最終水環(huán)境生態(tài)盈虧狀況由該評價對象體現(xiàn)。由此可以認為，經(jīng)濟區(qū)歷年水環(huán)境均處于不安全狀態(tài)。其走向與人均水環(huán)境承載力基本一致，這主要是因為經(jīng)濟區(qū)歷年人均水污染生態(tài)足跡變化相對較小而其歷年人均水環(huán)境承載力變化較大。

圖7 2008-2013年廣西北部灣經(jīng)濟區(qū)人均水環(huán)境承載力、水環(huán)境生態(tài)盈虧和水環(huán)境生態(tài)壓力指數(shù)

當(dāng)以化學(xué)需氧量作為評價對象時，經(jīng)濟區(qū)歷年水環(huán)境生態(tài)壓力指數(shù)介于0.373 6-1.011 6之間(見圖7)，其中2009年和2010年經(jīng)濟區(qū)水環(huán)境處于稍不安全和臨界水平，其余年份則為很安全或較安全水平，說明該地區(qū)有機污染物排放對當(dāng)?shù)厮w的壓力相對較小；當(dāng)以氮、磷作為評價對象時，該指數(shù)均超過1(見圖7)，說明該地區(qū)氮、磷排放使當(dāng)?shù)厮h(huán)境處于不安全狀態(tài)。基于前述，最終水環(huán)境生態(tài)壓力狀況由氮污染足跡估算結(jié)果反映，由此可以認為，經(jīng)濟區(qū)近年來水環(huán)境安全度較差(較不安全和很不安全年份各占一半)。因為歷年人均水污染生態(tài)足跡變幅相對較小，所以水環(huán)境生態(tài)壓力指數(shù)變化趨勢主要由人均水環(huán)境承載力決定。

3.2.2 廣西北部灣經(jīng)濟區(qū)水環(huán)境承載力、生態(tài)盈虧及生態(tài)壓力空間分析

2008-2013年，各市人均水環(huán)境承載力介于0.230 4-3.378 0 hm2之間，其中，防城港市人均水環(huán)境承載力很高(年均值高達2.7hm2)，而其他3市則相對低很多(年均值介于0.4-0.7 hm2之間)(見圖8)，說明經(jīng)濟區(qū)內(nèi)部水環(huán)境承載力非常不平衡。從走向來看，各市波動明顯，說明其水環(huán)境承載力不穩(wěn)定。從圖8、表6可以看出，各市人均水環(huán)境承載力高低與其經(jīng)濟社會發(fā)展水平關(guān)聯(lián)度較小，而與其水資源豐裕度及人口密度相關(guān)性較大。

圖8 2008-2013年廣西北部灣經(jīng)濟區(qū)各市人均水環(huán)境承載力

行政分區(qū)多年平均人均GDP(元/人)多年平均人均水資源量(m3/人)水資源平均生產(chǎn)能力(m3/hm2)南寧1657416766260北海2252018769670防城港23479901512334欽州1033722509834

注：人均GDP和人均水資源量原始數(shù)據(jù)來自《廣西統(tǒng)計年鑒》；水資源平均生產(chǎn)能力數(shù)據(jù)來自《廣西水功能區(qū)修訂報告》[23]

各市人均水環(huán)境生態(tài)盈虧值處于-1.329 0-2.005 4 hm2之間。其中，防城港市歷年水環(huán)境均表現(xiàn)為生態(tài)盈余，說明該地區(qū)水環(huán)境安全狀況很好；其余地區(qū)所有年份均呈赤字水平，說明它們的水環(huán)境安全狀況較差(見圖9)。

圖9 2008-2013年廣西北部灣經(jīng)濟區(qū)各市人均水環(huán)境生態(tài)盈虧

各市水環(huán)境生態(tài)壓力指數(shù)居于0.401 8-5.621 7之間(見圖10)。基于該指數(shù)，防城港市有3個年份表現(xiàn)為水環(huán)境很安全水平，2個年份為較安全水平，其水環(huán)境生態(tài)壓力指數(shù)最大值僅0.809 2，說明它的水環(huán)境安全狀況很好，這主要是因為它的水環(huán)境承載力很高。欽州市和北海市水環(huán)境安全狀況較差(欽州市僅2年為稍不安全，其余年份為很不安全或較不安全；北海市3年為很不安全，3年為較不安全)，這是因為：它們的水污染生態(tài)足跡雖相對較低，但其水環(huán)境承載力更低。南寧市所有年份均為很不安全(其水環(huán)境生態(tài)壓力指數(shù)年均值高達3.9)，說明其水環(huán)境安全狀況很差，這是由于該市水污染生態(tài)足跡較高同時其水環(huán)境承載力又很低。

圖10 2008-2013年廣西北部灣經(jīng)濟區(qū)各市水環(huán)境生態(tài)壓力指數(shù)

4 結(jié)論與建議

2008-2013年，廣西北部灣經(jīng)濟區(qū)及其各市均為氮污染水生態(tài)足跡最大，磷污染水生態(tài)足跡次之，有機物污染水生態(tài)足跡最小。該地區(qū)有機物污染足跡呈下降趨勢，前3年最大驅(qū)動因子為工業(yè)賬戶，后3年則為城鎮(zhèn)生活賬戶；氮/磷污染足跡總體表現(xiàn)為上升，其最大影響因子來自畜禽養(yǎng)殖賬戶。各市3種水污染生態(tài)足跡大小排序不一致，其變化趨勢也各異，說明經(jīng)濟區(qū)水污染生態(tài)足跡空間差異明顯。經(jīng)濟區(qū)水環(huán)境承載力先降后升，總體略呈上升趨勢；內(nèi)部非常不平衡，其中，防城港市該值很大，其他3市則較小。基于水環(huán)境生態(tài)盈虧和水環(huán)境生態(tài)壓力指數(shù)，經(jīng)濟區(qū)水環(huán)境安全度較差，其內(nèi)部差異顯著：防城港市很好，欽州市和北海市較差，南寧市很差。

為改善經(jīng)濟區(qū)水環(huán)境狀況，首先應(yīng)大幅降低該地區(qū)畜禽養(yǎng)殖業(yè)氮、磷排放量，這要求：1)控制畜禽養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模(尤其是南寧市)；2)合理調(diào)整養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)，例如減少牛養(yǎng)殖量，擴大羊養(yǎng)殖規(guī)模；3)各地要科學(xué)劃定畜禽養(yǎng)殖禁養(yǎng)區(qū)，并依法關(guān)閉和搬遷禁養(yǎng)區(qū)內(nèi)的畜禽養(yǎng)殖場(小區(qū))和養(yǎng)殖專業(yè)戶；4)各地要根據(jù)養(yǎng)殖方式、規(guī)模和自身條件采用適宜的防治技術(shù)。其次，應(yīng)提高經(jīng)濟區(qū)城鎮(zhèn)生活污水污染防治能力。為此，應(yīng)加強城鎮(zhèn)污水處理廠配套管網(wǎng)工程建設(shè)，對于新建污水處理設(shè)施，必須“廠網(wǎng)并舉，管網(wǎng)先行”；已建和在建的城鎮(zhèn)污水處理廠要加快管網(wǎng)建設(shè)，提高城鎮(zhèn)污水處理率。現(xiàn)有合流制排水系統(tǒng)應(yīng)加快實施雨污分流改造，難以改造的，應(yīng)采取截流、調(diào)蓄和治理等措施。再次，加大工業(yè)廢水防治力度：加強造紙、制糖、酒精、淀粉、紡織、制革、有色金屬、電鍍等主要污染企業(yè)的治理，實行更嚴格的淘汰制度；新建以接納工業(yè)廢水為主的集中式污水處理廠必須配套建設(shè)脫氮除磷設(shè)施，已建的污水處理廠按新的排放限值進行提標改造。另外，隨著該地區(qū)農(nóng)民生活水平的提高，農(nóng)村生活污水排放量及其中污染物濃度也隨之上升，故應(yīng)建設(shè)適宜的污水收集系統(tǒng)，采用最佳可行技術(shù)實現(xiàn)污水的資源化利用。

相對于傳統(tǒng)水污染生態(tài)模型，改進模型的優(yōu)點主要有：比較全面的核算了研究區(qū)水污染生態(tài)足跡；比較準確的衡量了研究區(qū)水環(huán)境承載力；避免了均衡因子取值困難；水污染生態(tài)足跡只與水環(huán)境承載力比較，解決了賬戶匯總計算的問題。但該模型仍存在某些不足：核算項目仍不完整。例如，沒有考慮船舶等流動污染源和城鄉(xiāng)垃圾對水體的污染，也沒有估算水體對溫室氣體的吸納功能；由于問題的復(fù)雜性以及人力物力財力不足，本研究僅從稀釋角度估算研究區(qū)水環(huán)境承載力，而實際上水環(huán)境承載力大小與水域特性(如幾何特征、水文特征、物理自凈能力、化學(xué)自凈能力、生物降解)、水環(huán)境功能要求、污染物質(zhì)特性、排污方式等因素密切相關(guān)[20]5；本研究采用的水環(huán)境生態(tài)壓力等級標準主要參考他人相關(guān)研究成果，這雖具有一定合理性但有必要研究確定適用于該模型的等級標準。這些問題的解決有待于進一步深入研究。

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[責(zé)任編輯 韋志巧]

Spatio-temporal Analysis of Water Pollution Ecological Footprint of Guangxi North Gulf Economic Zone Based on an Improved Model

ZHANG Yi, CHENG Lianting

(College of Economics and Management, Hechi University, Yizhou， Guangxi 546300, China)

The current water pollution ecological footprint model had a big problem. Thus, this papershows an improved model, and takes the Guangxi North Gulf Economic Zone in 2008-2013 as an example for calculation and analysis. The result showed that: (1) The ecological footprint of the economic zone and its cities were mostly polluted by nitrogen, and the secondly by phosphorus, and organic pollutants were the least. The organic pollution footprint decreased, and the nitrogen/phosphorus pollution footprint showed increase trend. In these cities, the size of the 3 kinds of water pollution ecological footprint did not show consistency, and theirchange trends were also varied. (2) The water environment carrying capacity of the economic zone first dropped and then rose, and overall showed upward slight trends. Its interior was very unbalance, and the water environment carrying capacity of Fangchenggang city was high, but the other 3 cities were very low. (3) Based on water environment ecological surplus/deficit and water environment ecological pressure index, water environment security of the economic zone was poor, but there are significant differences in water environment security among different cities. Water environment security in Fangchenggang city is good, but water environment security in Qinzhou city and Beihai city are worse than that in Fangchenggang city, and the Nanning city is the worst.

water pollutant ecological footprint; water environment; carrying capacity; ecological surplus/deficit; water environment ecological pressure index; Guangxi North Gulf Economic Zone

X824

A

1672-9021(2017)02-0001-13

張義(1978-)，男，湖南湘潭人，河池學(xué)院經(jīng)濟與管理學(xué)院副教授，博士，主要研究方向：生態(tài)(資源)經(jīng)濟學(xué)，生態(tài)安全。

廣西哲學(xué)社會科學(xué)規(guī)劃一般項目(13BJY022)。

2017-01-16