基于水足跡的河南省農業水資源利用研究

(許昌學院 城鄉規劃與園林學院，河南 許昌 461000)

隨著經濟、城市化的快速發展以及人們生活水平的提高，水資源供需矛盾日益突出.Allan[1]等提出的水足跡理論從經濟角度將實體水和產品中虛擬水連接起來，能有效解釋人類活動與水資源消耗的隱性關系[2]，為水資源評價提供了新視角[3].國外研究體現在大尺度的計算[4]以及水資源安全[5]等方面；國內研究集中在典型地區水足跡的計算與分析[6]、某一農產品水足跡計算[7]等方面.相關研究表明[8]，農業用水占到用水總量70%以上.河南省作為我國的農業大省，多年平均水資源總量為437.13×108m3，人均水量和畝均水量分別為全國的1/5和1/6[9]，加上近年來人口增長和消費模式的改變，水資源供需關系日益嚴峻.基于此，本研究從農業水足跡角度分析河南省各地市農業水資源利用效益，以期為河南省農業水資源持續利用提供參考.

1 研究區概況

河南省位于北緯31°23′～36°22′、東經110°21′～116°39′之間，處于北亞熱帶和暖溫帶地區.全省多年平均氣溫為12～16 ℃，年降水量600～1000 mm，降雨量約50%集中在夏季，年均日照1 285.7～2 292.9 h，無霜期201～285 d，為多種作物的生長提供適宜的水、熱、氣等條件.2015年河南省農業總產值7 641.3×108元，居全國第二位，其中糧食、油料、水果、肉類、煙葉產量分別占全國產量的9.7%、16.9%、9.7%、8.2%、10.1%.2015年全省水資源總量287.2×108m3，占全國總量的1.03%，人均水資源量占全國人均14.89%.

2 研究方法

2.1 數據來源

本文數據來源于2007～2016年河南省統計年鑒、2006～2014年河南省水資源公報、2016年中國統計年鑒，以及國內關于農畜產品單位質量虛擬水含量的相關研究成果等.

2.2 計算方法

2.2.1 農業水足跡的計算

根據水足跡定義，農業水足跡等于研究區農業水資源利用量加上輸入的農畜產品虛擬水量，再減去輸出的農畜產品虛擬水含量，表達式為：

AWF=WFi+WFe=(AWU-AVe)+(AVi+AVe,r),

(1)

式中：AWF為農業水足跡；WFi是內部水足跡，為生產研究區農畜產品和服務所消耗的水資源量之和減去該區域輸出的虛擬水量AVe；WFe是外部水足跡，為該區域消費的進口的農畜產品虛擬水量AVi減去向外輸出的進口農畜產品再出口的虛擬水量AVe，r，即研究區的農業水足跡等于農業生產用水量與農畜產品虛擬水貿易量的和.

(1)農業生產用水量

(2)

其中，Pi為第i種農畜產品的產量(kg)，VWCi為第i種農畜產品的單位虛擬水含量(m3/kg).

(2)農畜產品貿易量

由于河南省的貿易數據統計粗略，缺乏詳細的農畜產品貿易量，故此本文采用間接估算法，即通過對比產品生產數據以及居民的消費數據，假設某種農畜產品的消費數據大于生產數據時，其差額為進口貿易量，反之為出口貿易量.農畜產品消費數據由2007-2016年的河南省統計年鑒整理而得.

2.2.2 農業水資源利用指標

基于農業水足跡的農業水資源利用研究，主要通過表征水資源利用效率的農業水足跡強度和區域水資源緊缺狀況的水資源匱乏度兩個指標展開分析.

(1)水資源匱乏度

水資源匱乏度是指區域的農業水足跡與區域可更新水資源量的比值，數值越大，表明地區缺水越嚴重.

(3)

(2)農業水足跡強度

農業水足跡強度是農業水足跡與地區總產值的比值(m3/104元)，是反應農業水資源利用效率高低的指標，農業水足跡強度越小，水資源利用率就越高.

(4)

3 結果與分析

3.1 農業水足跡及其結構

圖1 10 a平均農業水足跡結構

河南省農作物虛擬水借鑒國內相關成果，由公式(1)、(2)計算農業水足跡并將其分成糧食、經濟作物、畜產品、水產品等四類，得到河南省各地2006～2015年的10a平均農業水足跡結構組成(圖1).

河南省農業水足跡10 a凈增長33.54×108m3，農業水足跡最高的是南陽市，其后依次為鄭州市、周口市、駐馬店市，最低的是濟源市.南陽市10 a平均常住人口1 007.4萬人，比鄭州市多164.9萬人，位居全省第一；食物消費結構方面，南陽市糧食與畜產品消耗量全省最高，糧食占農業水足跡總量45%，畜產品占30.5%，其中人均牛肉消耗1.082 kg/a，僅次于信陽1.686 kg/a和鄭州1.378 kg/a，居全省第三，而畜產品中牛肉的虛擬水含量最高.另外，由圖1可知，鄭州市與周口市的農業水足跡分別為296.2×108m3和295.9×108m3，兩地區的糧食、經濟作物、畜產品結構分別為25.7838.0029.88和45.1525.6923.90，研究期內平均常住人口為842.5萬人和924.8萬人，鄭州以較少的人口數量和偏高的畜產品及經濟作物消耗得到與人口數量與糧食消耗較多的周口市相當的農業水足跡總量.綜合分析可知，影響農業水足跡的主要因素是區域的人口數量和食物消費結構.

3.2 農業水資源利用時空分析

3.2.1 時間序列變化

河南省各地級市農業水資源匱乏度普遍增加(圖2)，平均增高53.89%，而農業水足跡強度下降顯著(圖3)，這表明各地市水資源利用效率明顯提升，但區域的發展水平差異顯著.其中，駐馬店的降幅最多，10a間減少399.89 m3/104元，年均降低率達到7.09%;其次是周口,年均降低率為6.99%；這說明水自然條件相對較好的地區通過采取合理的發展策略、調整產業結構等措施充分提高了水的利用效率.

圖2 水資源匱乏度時間序列

圖3 農業水足跡強度時間序列

3.2.2 空間聚類分析

根據系統聚類的原理，用SPSS18.0對河南省農業水足跡強度及水資源匱乏度進行系統聚類分析，采用歐式距離法進行分類，再利用ARCGIS10.2繪制聚類結果的空間分布(圖4).

圖4 河南省農業水足跡強度及水資源匱乏度空間聚類

從圖4(a)可知，農業水足跡強度南北差異明顯，水資源利用效益較好的有鄭州、許昌、焦作、濟源、洛陽、三門峽等地，其中鄭州農業水足跡強度僅為72.59 m3/104元，駐馬店、信陽、周口三地的農業水足跡強度為5類，水資源利用有較大的提升空間.圖4(b)表明，鄭州的水資源匱乏度高達305.49%，信陽、三門峽、南陽、駐馬店、濟源的水資源匱乏度相對較低，其中信陽、三門峽、南陽三地區的水資源匱乏度分別為51.78%、51.65%和76.65%，全省13個地市的水資源匱乏度超過100%，表明河南省各地市水資源分配不均且整體缺水.

3.3 農業水足跡與經濟的關系

圖5 可知，2006～2015年間，河南省GDP、第一產業穩步增長的同時農業水足跡增長緩慢.其中，2006～2011年，河南省實體水資源量大于農業水足跡，對應的產值相對較低，但GDP以16.83%、第一產業以11.42%的增長率快速發展，表明這一時期水資源的供給基本可以滿足經濟發展的需求；2011～2015年，河南省實體水資源量低于農業水足跡，同時GDP增長率僅為8.21%，第一產業增長率為4.65%，明顯低于上一時段，即水資源供給已經影響到經濟發展的速度，此時虛擬水發揮重要作用.

4 結論

運用水足跡理論，對河南省2006～2015年18個地市的農業水資源利用效率進行分析，結果表明，河南省農業水足跡總量增長緩慢；水資源分布的空間差異明顯，屬于水資源緊缺地區.全省農業水資源效益從2006年的1 805.02 m3/104元降低到2015年的991.22 m3/104元，水資源利用效率大幅提高，其中駐馬店市最顯著，其次為周口.同時，農業水足跡與產值的關系表明，水資源的有效供給是經濟增長的有力保障.

圖5 農業水足跡與經濟增長關系

綜合來看，實現河南農業的可持續發展，除了應適當控制缺水地區的畜牧養殖規模、發展低耗水農業類型，以及大力推廣高效節水種、養技術以外，還應結合虛擬水理論，改變農產品貿易關系.此外，減少食物損失和浪費也是有效緩解水資源緊缺的途徑之一.