基于LMDI法的寧夏水資源生態足跡影響因素分析

王雙 李王成 李晨 董亞萍 趙研 王興

摘 要：在構建水資源生態足跡模型的基礎上，應用LMDI模型對寧夏水資源生態足跡進行了影響因素分析。結果表明：研究期內寧夏總水資源生態足跡呈減小的趨勢，就各個用水賬戶來看，引起總水資源生態足跡減小的主要原因是農業水資源生態足跡的減小;研究期內萬元GDP水資源生態足跡穩步下降，說明水資源的利用效率持續增高;近年來寧夏水資源呈現生態赤字，但赤字明顯減小，說明寧夏水資源利用模式正在向利于可持續發展的方向發展。分解寧夏水資源生態足跡因素可知，結構效應、經濟效應與人口效應為正值，對寧夏水資源生態足跡增長起促進作用;技術效應為負值，對寧夏水資源生態足跡增長起抑制作用。

關鍵詞：水資源;生態足跡;LMDI;寧夏

中圖分類號 TV211.1 文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2018）24-0084-4

Abstract：Based on the construction of water resources ecological footprint model，this paper applies LMDI model to decompose the influencing factors of Ningxia water resources ecological footprint. The results show that the ecological footprint of Ningxia's total water resources has a decreasing trend during the study period. As far as the water accounts are concerned，the main reason for the reduction of the overall water resources ecological footprint is the reduction of the ecological footprint of agricultural water resources. The ecological footprint of water resources in Yuan GDP has steadily declined，indicating that the utilization efficiency of water resources has continued to increase. In recent years，the water resources in Ningxia have shown an ecological deficit，but the deficit has decreased significantly，indicating that the water use model in Ningxia is developing in a direction that is conducive to sustainable development. According to the factor decomposition of Ningxia's water resources ecological footprint，the structural effect，economic effect and population effect are positive，which promotes the growth of water resources ecological footprint in Ningxia; the technical effect is negative，which inhibits the growth of Ningxia's water resources ecological footprint.

Key words：Water resources;Ecological footprint;LMDI;Ningxia

近年來，隨著人口增長和經濟的快速發展，對水資源需求的不斷增加，以及水污染和水資源時空分布不均，水資源供需矛盾不斷升級，嚴重威脅著經濟和社會的可持續發展[1]。水資源是許多國家和地區城市發展的限制因子，水資源的可持續發展是世界各國關注的熱點問題[2]。

William E. Rees和Mathis Wackernagel于20世紀90年代初提出了生態足跡模型，以合理地評估地球的自然資源消耗[3-7]。生態足跡主要表征為在一定的經濟、人口規模條件下，能夠維持自然環境進化以及水資源消費所必需的水資源用地面積[8]。由于這個概念直觀，具體，易于使用和普及，引起了許多學者的青睞，被廣泛應用于水資源領域，并逐漸演變為基于虛擬水理論和生態足跡模型的水足跡模型[9]。

本研究應用水資源生態足跡模型，對寧夏地區2003—2016年水資源生態足跡、水資源生態承載力等指標進行核算，并運用LMDI模型分析了寧夏水資源生態足跡的影響因素。

1 研究區概況

寧夏回族自治區位于黃河上游，東鄰陜西省，西、北部接內蒙古自治區，西南、南部和東南部與甘肅省相連。南北長約456km，東西寬約250km，總面積約6.64萬km2。屬典型的大陸性半濕潤半干旱氣候，具有冬季寒冷綿長，夏季較短，降水稀少，氣候干燥，風大沙多，南部較寒冷，北部較溫暖等特點。全區年平均水面蒸發量在1250mm左右，是中國水面蒸發量較大的省區之一。

2 研究方法

2.1 水資源生態足跡

2.1.1 水資源生態足跡模型 為與寧夏水資源公報口徑相同，將水資源生態足跡分為農業用水、工業用水、城鎮生活用水和農村人畜用水4類。水資源生態足跡的計算模型[10]如下表示：

式中：i為第i種水資源利用類型;EFi為第i類水資源生態足跡，hm2;N為人口數;efi為第i類水資源人均生態足跡，hm2/cap;γ為水資源全球均衡因子，取5.19;W為消耗的水資源量，m3;Pw為水資源全球平均生產能力，3140m3/hm2。

2.1.2 水資源生態承載力 水資源生態承載力是指在能夠保證某一區域在某一發展階段內社會、環境以及資源可持續發展的前提下，可供給的最大水資源量 [11]。計算模型如下[12]：

式中：ECw為水資源生態承載力（hm2）;N為人口數;ecw為人均水資源生態承載力（hm2/cap）;γ為水資源全球均衡因子，取5.19;ψ為區域水資源的產量因子取0.78;Q為水資源總量（m3）;Pw為水資源全球平均生產能力（m3/hm2）;一個地區的水資源中只有40%用于人類活動，因此在水資源生態承載力的計算中要乘以系數0.4。

2.1.3 水資源生態盈余（赤字） 有關專家學者為了較直觀的表征一個地區水資源開發利用的程度，提出了水資源生態盈余和水資源生態赤字的概念，即將水資源生態承載力與水資源生態足跡作比較，如結果為正值，表示該地區水資源生態盈余，若結果為負值，表示該地區水資源生態赤字[13]。具體如下：

2.1.4 萬元GDP水資源生態足跡 通過計算某一區域特定時間段內的水資源生態足跡與該地區GDP（萬元）的比值，來衡量區域水資源的利用效率[14]。萬元GDP水資源生態足跡模型為：

2.2 指數分解模型 指數分解法是將一個相對復雜的指標進行分解成，使其分解成若干個分析與實行較為簡易的子指標，再對每一個子指標進行研究，其中LMDI法在有效地解決分解過程中出現的殘差和“0”值方面表現的較為出色，被眾多學者廣泛應用[15]。本文利用LMDI模型構建水資源生態足跡指數分解模型如下：

式中：[sit=efiteft]，[it=eftyt]，[rt=ytpt];efit為第t時期第i類水資源生態足跡（Mhm2）;eft為第t時期水資源總生態足跡（Mhm2）;yt為第t時期國內生產總值GDP（104元）;pt為第t時期的常住人口數（104人）;sit為第t時期第i類水資源利用占總水資源生態足跡的比重，代表的是結構效應;it為第t時期單位GDP水資源生態足跡，代表技術效應;γt為第t時期人均GDP，代表的是經濟效應;pt代表的是人口效應;Δef為總水資源生態足跡變化量（Mhm2/a）;eft、ef0分別代表第t年和基準年的水資源生態足跡（Mhm2）;Δefs、Δefi、Δefr、Δefp分別表示水足跡結構因素、技術因素、經濟因素和常住人口因素所引起的水足跡變化量（Mhm2/a）。

利用LMDI分解法對上式進行分解，結果如下所示：

2.3 數據來源 本文所用水資源數據來源于2003—2016年《寧夏水資源公報》，GDP、常駐人口等數據來源于2004—2017年《寧夏統計年鑒》。

3 結果與分析

3.1 寧夏水資源生態足跡動態 表1和圖1為2003—2016年寧夏水資源生態足跡核算結果及趨勢曲線圖。從表1和圖1可以看出，寧夏地區用水產業分布存在巨大懸殊，在農業用水、工業用水、城鎮生活用水、農村人畜用水4類水資源生態足跡中，農業用水占比最高，研究期內均值為554.8萬hm2，平均占比為91.47%，2003、2004、2005年甚至達到94%以上。其次為工業用水生態足跡，再次為農村人畜用水生態足跡，城鎮生活用水生態足跡占比最低。

總體上看，研究期內寧夏水資源生態足跡呈現先增后減的趨勢，2003—2005年寧夏總水資源生態足跡以年均37.71萬hm2/a的速率快速增長，在2005年達到最大值667.56萬hm2，之后呈現波動下降的趨勢，在2016年達到研究期內最小值553.46萬hm2，這得益政府貫徹落實“三條紅線”，實施“四項制度”，控制用水總量，提高用水效率，加強污染治理。從構成上來看，農業用水生態足跡與總水資源生態足跡趨勢大體相同，2003—2005年以54.39萬hm2/a的速率快速增長，并于2005年達到最大值647.37萬hm2，隨后波動下降至2016年的480.44萬hm2，下降了187.12萬hm2，這與近年來寧夏大力發展節水灌溉技術及部分地區水田改旱田，使得農業用水效率提高、農業用水量縮減有關。工業用水生態足跡呈現持續上升趨勢，由2003年的17.14萬hm2，上升到2016年的51.65萬hm2，增加了3倍有余，年均增長速率為2.65萬hm2/a，這與寧夏第二產業的快速發展有關。隨著人口增長與城鎮化發展，城鎮生活用水生態足跡亦呈現上升趨勢，在2003—2016年間由最初的4.73萬hm2，上升到10.28萬hm2，增加了2倍有余。相比之下，農村人畜用水生態足跡較為穩定，多年來保持在11萬hm2左右。

水資源生態承載力是指在某一地區的某一具體歷史發展階段，水資源最大供給量可供支持該區域資源、環境和社會（生態、生產和生活）可持續發展的能力。從表1與圖2可以看出，寧夏水資源生態承載力隨時間發展大致可分為3個階段：2003—2007年呈現先上升后下降的趨勢，2007—2011年基本保持穩定，2011—2016年有波動下降的趨勢。其中最大值出現在2005、2006年，分別為402.63萬hm2、400.33萬hm2;最小值出現在2003年，為330.15萬hm2。

從表1與圖2亦可以看出，歷年來寧夏水資源生態盈余（赤字）均為負值，赤字最大值出現在2008年，為-292.20萬hm2;最小值出現在2016年，為-218.82萬hm2。寧夏地處內陸干旱區，用水來源主要依靠黃河上游來水，當地地表水資源匱乏，而水資源的需求量又比較大，導致水資源生態承載力較低，加之人口眾多，且當地產業以農業為主，耗費大量水資源，所以水資源呈現生態赤字，但近些年赤字明顯減小，說明節水灌溉技術的高速發展與廣泛應用取得了顯著成效，寧夏水資源利用模式在向利于可持續發展的方向發展。

萬元GDP水資源生態足跡可以在一定程度上反映水資源的利用效率，其數值越小，水資源的利用效率就越高。13年間，寧夏萬元GDP水資源生態足跡穩步下降，由2003年的1.27hm2，下降到2016年的0.17hm2，差距達7.47倍，說明寧夏水資源利用效率持續升高，這得益于近年來寧夏工商業的快速發展，使得水資源的經濟效益顯著提高。人均水資源生態足跡自2005年達到最大值1.14hm2之后開始下降，2016年下降到0.82hm2，而13年間寧夏常駐人口數由最初的580萬增加到674萬，人口增長必定引起生產、生活用水的需求量增加，導致人均水資源生態足跡下降。

3.2 寧夏水資源生態足跡影響因素 為了進一步探討寧夏水資源生態足跡的影響因素，以2003年為基準年，采用LMDI模型對其進行因素分解，并繪制趨勢圖（表2、圖3）。從表2和圖2可以看出，結構效應、經濟效應與人口效應為正值，對寧夏水資源生態足跡增長起促進作用，其中經濟效應>結構效應>人口效應;技術效應為負值，對寧夏水資源生態足跡增長起抑制作用。

經濟效應在寧夏水資源生態足跡增長中占主導地位，2003—2016年呈持續上升的趨勢，于2016年達到最大值1005.17萬hm2，年均增長率高達74.63%，這是因為寧夏經濟高速發展，對水資源的需求逐步增加。

2003—2016年間，結構效應總體呈上升趨勢，僅次于經濟效應，只在2008年出現明顯回落，考慮可能是受到了金融危機的影響，2008年以后持續增長，并于2016年超過了經濟效應，結構效應對水生態足跡應該具有的抑制作用沒有發揮出來，一定程度上說明寧夏水資源生態足跡結構不合理，進一步調整產業結構將會對寧夏水資源的可持續利用發揮重要作用。

人口效應對水資源生態足跡增長同樣起促進作用，但效果不顯著。研究期內使得寧夏水資源生態足跡增長83.9萬hm2，人口效應對寧夏水資源生態足跡增長的促進作用遠遠不及經濟效應和結構效應顯著，這是由于13年來寧夏人口增長相對緩慢。

技術效應對抑制水資源生態足跡的增長起重要作用，且抑制作用逐年增大，由2004年的-51.13萬hm2到2016年的-1099.97萬hm2。優化產業結構、提高用水效率是寧夏水資源可持續利用的重要保障。

4 結論

本研究運用水資源生態足跡模型對2003—2016年寧夏水資源生態足跡進行核算，應用LMDI模型對寧夏水資源生態足跡進行因素分解，主要得出以下結論：

（1）在農業用水、工業用水、城鎮生活用水、農村人畜用水四類水資源生態足跡中，農業用水占比最高，研究期內其均值為554.8萬hm2，平均占比為91.47%，2003、2004、2005年甚至達到94%以上。

（2）近年來，寧夏水資源生態承載力變化不大，水資源生態呈現赤字，但赤字明顯減小，說明寧夏水資源利用模式正在朝利于可持續發展的方向發展。

（3）13年間，寧夏萬元GDP水資源生態足跡穩步下降，由2003年的1.27hm2下降到2016年的0.17hm2，差距達7.47倍。說明寧夏水資源利用效率持續升高，這得益于近年來寧夏工商業的快速發展，使得水資源的經濟效益顯著提高。

（4）通過對寧夏水資源生態足跡進行因素分解可知，結構效應、經濟效應與人口效應為正值，對寧夏水資源生態足跡增長起促進作用;技術效應為負值，對寧夏水資源生態足跡增長起抑制作用。

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（責編：張宏民）