江西省2007-2011年水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力動態(tài)特征

孟麗紅, 葉志平， 袁素芬, 劉光旭

(1.贛南師范學院 地理與規(guī)劃學院， 江西 贛州 341000； 2.廣東環(huán)境保護工程職業(yè)學院， 廣東 佛山 5282161)

江西省2007-2011年水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力動態(tài)特征

孟麗紅1, 葉志平1， 袁素芬2, 劉光旭1

(1.贛南師范學院 地理與規(guī)劃學院， 江西 贛州 341000； 2.廣東環(huán)境保護工程職業(yè)學院， 廣東 佛山 5282161)

摘要：[目的] 為定量評價江西省水資源可持續(xù)發(fā)展狀態(tài)。[方法] 以水資源生態(tài)足跡的基本原理和計算模型為基礎，分析了江西省2007—2011年水資源生態(tài)足跡、生態(tài)承載力和水資源負載指數(shù)的動態(tài)變化。[結果] 2007—2011年江西省水資源生態(tài)承載力整體上呈現(xiàn)增加的趨勢，從2007年的2.029 12×108hm2增加到2010年的4.151 51×108hm2?？偹Y源生態(tài)足跡5 a整體上呈現(xiàn)增加的趨勢，從2007年的3.882 09×107hm2增加到2011年的4.344 7×107hm2。萬元GDP生態(tài)足跡呈逐漸增加的勢，水資源利用率有所降低。[結論] 水資源生態(tài)足跡的變化與社會經濟發(fā)展密切相關。應該充分調整產業(yè)結構，合理調度、利用水資源，促進江西省整個社會經濟的持續(xù)發(fā)展。

關鍵詞：江西?。?生態(tài)足跡； 生態(tài)承載力； 水資源負載指數(shù)

水資源是人類社會不可替代的重要資源。隨著水資源短缺形勢的日益嚴峻，時空分布不均勻，人口、生產力、資源的匹配狀況不理想、生態(tài)與環(huán)境相對脆弱，以及在區(qū)域水資源的開發(fā)利用中存在種種問題，使得區(qū)域可持續(xù)發(fā)展在很大程度上取決于水資源的可持續(xù)開發(fā)利用[1]。國內相關研究主要從生態(tài)足跡理論出發(fā)，評價水資源生態(tài)壓力和可持續(xù)利用狀況。生態(tài)足跡是衡量資源可持續(xù)利用的一種綜合核算的工具，主要用于某一區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的定量測度和評價[2]。這一理論是由William E．Rees于1992年提出的，其學生Wackernagel等對其計算原理及方法進行了進一步的發(fā)展和完善，指的是一定區(qū)域范圍內生產所有人口消費的資源并吸納其產生的廢棄物需要的生物生產性面積[3]。生態(tài)足跡反映出區(qū)域的資源需求水平，生態(tài)承載力則反映出區(qū)域的資源供給能力，揭示了人類持續(xù)生存和發(fā)展的生態(tài)閾值。通過計算區(qū)域生態(tài)足跡(總供給)與生態(tài)承載力(總需求)之間的差值——生態(tài)赤字或生態(tài)盈余，可以衡量不同層次的區(qū)域可持續(xù)發(fā)展狀況，對未來社會經濟發(fā)展做出科學規(guī)劃和建議[4]。

國內外學者對傳統(tǒng)生態(tài)足跡模型的研究從靜態(tài)轉向動態(tài),從定性轉為定量,從單一要素轉向多要素乃至整個生態(tài)系統(tǒng),朝著回顧性、動態(tài)性和預測性多元方向發(fā)展[5-7]。Haberl等對長時間段生態(tài)足跡計算方法進行探討，分別采用恒定世界單產、可變世界單產和可變地方實際單產法計算了奧地利1926—1955年的生態(tài)足跡[8]；Wackernagel等分別采用全球年平均產量和當?shù)貙嶋H年平均產量計算了菲律賓、韓國、奧地利3國1961—1999年的生態(tài)足跡和實際土地需求[9]。國內學者對生態(tài)足跡的實證研究范圍逐步擴大，涵蓋國家[10-11]、省市行政區(qū)[12-14]、行業(yè)[15]、產品[16]等各個層次；利用生態(tài)足跡數(shù)學模型和以統(tǒng)計數(shù)據為基礎，計算生態(tài)足跡、生態(tài)承載力并分析生態(tài)赤字產生的原因[17-22]。水資源是一種同時具有經濟價值和社會價值的自然資源，對維持生態(tài)環(huán)境和進行社會生產具有不可替代的地位和作用，即Wackernagel的生態(tài)模型在計算中縮小了水資源用途的范圍[7]。為解決這一問題，黃林楠等將水資源用地作為第Ⅶ類土地類型，納入生態(tài)足跡計算，并建立了水資源生態(tài)足跡的計算模型[23]。目前已有多名學者對水資源生態(tài)足跡模型的基本理論、計算方法進行了進一步的探討，并對陜西、寧夏、黑龍江、疏勒河流域等地區(qū)的水資源生態(tài)足跡進行了實證分析研究[24-29]。

江西省位于長江中下游南岸，是水資源大省，但是水資源在時空分布上表現(xiàn)出極為不均的特點,同時面臨洪澇干旱災害頻繁[30]；水資源供需矛盾較突出，水資源開發(fā)利用率偏低；水環(huán)境日益惡化等問題[31]。根據Wackernagel的生態(tài)足跡計算模型，葉長盛等利用生態(tài)足跡模型對江西省2004年的生態(tài)足跡進行了計算和分析,結果表明江西省2004年人均生態(tài)足跡1.640 6 hm2,人均生態(tài)承載力0.767 2 hm2,人均生態(tài)赤字0.873 4 hm2,已處于不可持續(xù)發(fā)展狀態(tài)[32]。目前為止，對江西省水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力的研究尚是空白。

鑒于此，本文應用水資源生態(tài)足跡模型，對江西省2007—2011年水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力動態(tài)特征進行分析，以期對江西省水資源開發(fā)利用和科學管理、區(qū)域可持續(xù)發(fā)展評估與規(guī)劃方面提供一定的參考依據。

1研究區(qū)概況與數(shù)據來源

1.1　研究區(qū)概況

江西省河流眾多,流域面積大于10 km2的河流有3 700余條,絕大部分河流匯入鄱陽湖流域,形成鄱陽湖水系。鄱陽湖水系主要有贛江、撫河、信江、饒河、修河5大河流,流域面積均在1.00×104km2以上,其中贛江為鄱陽湖5大河流之首,是江西省第一大河流,流域總面積8.28×104km2,外州水文站以上面積8.09×104km2。此外還有直接入湖的清豐山溪、潼津河、漳田河、博陽河等河流,鄱陽湖流域匯水面積1.622×105km2,其中江西境內面積1.567×105km2,占全省面積94%,直接流入長江或流向省外河流的流域面積占全省的6%[30]。

隨著人口的增加和經濟的發(fā)展,江西省的水資源用量逐年增加。到2050年,預計江西省總人口將達到6 027萬人,人均擁有水資源量將減少到2 300 m3左右,屆時水資源緊張狀況將進一步加劇。

1.2　數(shù)據來源

人均消耗水資源量(W)、水資源總量(Q)等數(shù)據來源于(2007—2011年江西省水資源公報》，人口數(shù)和GDP數(shù)據來源于歷年的《江西省統(tǒng)計年鑒》。具體數(shù)值見表1。

2研究方法

2.1　水資源生態(tài)足跡模型

水資源生態(tài)足跡可以定義為：任何已知人口(某個人、一個城市、一個區(qū)域或全球)的水資源足跡是生產這些人口所消耗的所有資源所需要的水資源量。這里的所有資源既包括人類生活所必須的直接消耗的水資源，也包括為人類提供生態(tài)系統(tǒng)服務和功能的環(huán)境資源[33]。根據Wackernagel的生態(tài)足跡模型,水資源生態(tài)足跡如同其他各個賬戶，將消耗的水資源量轉化為相應賬戶的生產面積—水資源用地面積。因此，在水資源生態(tài)足跡下建立5個水資源生態(tài)足跡二級賬戶，分別為農業(yè)用水、工業(yè)用水、城鎮(zhèn)公共用水、生活用水和生態(tài)環(huán)境用水。農業(yè)用水包括農田灌溉用水、林牧漁畜用水。工業(yè)用水主要指工業(yè)生產過程所用的水。城鎮(zhèn)公共用水主要指建筑業(yè)和服務業(yè)用水。生活用水包括城鎮(zhèn)生活用水和農村生活用水，生態(tài)環(huán)境用水指河道外通過供水工程的供水量，不包括降水,徑流自然滿足的水量，包括城市環(huán)境用水和農村生態(tài)用水量。其計算公式分別為：

EFa=γw×(Wa/pw)

(1)

EFi=γw×(Wi/pw)

為鼓勵社會資本投資鄉(xiāng)村旅游，今年10月，國家出臺了系列配套政策，包括加大對鄉(xiāng)村旅游債券融資支持力度、探索建立鄉(xiāng)村旅游產業(yè)投資基金、加大對鄉(xiāng)村旅游貸款支持力度等?！斗桨浮诽岢觯膭詈鸵龑耖g投資通過PPP、公建民營等方式參與有一定收益的鄉(xiāng)村基礎設施建設和運營。扶持有條件的農戶修繕、改造自有住房發(fā)展民宿。鼓勵城鎮(zhèn)有意愿的組織和個人通過租賃民房開辦民宿。

(2)

EFc=γw×(Wc/pw)

(3)

EFl=γw×(Wl/pw)

(4)

EFe=γw×(We/pw)

(5)

EFw=γw×(W/pw)

(6)

式中：EFa——農業(yè)用水生態(tài)足跡(hm2)；γw——水資源的全球均衡因子；Wa——農業(yè)用水量(m3)；pw——水資源全球平均生產能力(m3/hm2)； EFi——工業(yè)用水生態(tài)足跡(hm2)；Wi——工業(yè)用水量； EFc——城鎮(zhèn)公共用水生態(tài)足跡(hm2)；Wc——城鎮(zhèn)公共用水量； EFl——生活用水生態(tài)足跡(hm2)；Wl——生活用水量； EFe——生態(tài)環(huán)境用水生態(tài)足跡(hm2)；We——生態(tài)環(huán)境用水量； EFw——總水資源生態(tài)足跡；W——水資源用水總量。其中因子γw和pw的確定方法主要參照黃林楠等[23]的研究結果：水資源全球均衡因子γw是某種生物生產面積的均衡因子等于該類生物生產面積的平均生態(tài)生產力除以全球各類生物生產面積的平均生態(tài)生產力。所以，水資源的全球均衡因子等于水資源生物生產面積的平均生態(tài)生產力除以全球各類生物生產面積的平均生態(tài)生產力。為便于比較,本研究選擇根據WWF2002確定的水資源均衡因子5.19作為計算值。水資源全球平均生產能力pw:采用水文學中的產水模數(shù)來描述水資源生產能力，根據學者研究結果，世界水資源平均生產能力為3 140 m3/hm2。

2.2　水資源生態(tài)承載力模型[23]

基于生態(tài)足跡模型的水資源承載力兼具自然屬性、社會屬性以及空間屬性，為某一區(qū)域存某一具體歷史發(fā)展階段，水資源最大供給量可供支持該區(qū)域資源、環(huán)境和社會(生產、生活和生態(tài))可持續(xù)發(fā)展的能力，即水資源對生態(tài)系統(tǒng)和經濟系統(tǒng)良性發(fā)展的支撐能力。

ECw=N×ecw=0.4×ψ×γw×Q/pw

(7)

式中：ECw——水資源承載力(hm2)；N——人口數(shù)； ecw——人均水資源承載力(hm2/人)；γw——水資源的全球均衡因子；ψ——區(qū)域水資源的產量因子,為該區(qū)域水資源平均生產能力與世界水資源平均生產能力的比值，2007—2011年江西省水資源平均生產能力為86.84×104m3/km2，世界水資源平均生產能力為31.4×104m3/km2[23],計算得出江西省水資源產量因子為2.76。Q——水資源總量(m3)；pw——水資源全球平均生產能力(m3/hm2)。一個國家和地區(qū)的水資源承載力中60%用于維持生態(tài)環(huán)境，因此在水資源承載力的計算中要乘以系數(shù)0.4。

2.3　水資源生態(tài)盈余和水資源生態(tài)赤字

將區(qū)域內水資源消耗產生的生態(tài)足跡和生態(tài)承載力相比較，就會產生水資源生態(tài)赤字和水資源生態(tài)盈余，此指標可用來判斷研究區(qū)域內水資源的可持續(xù)利用情況[34]。

水資源生態(tài)盈余(赤字)= ECw-EFw

(8)

當ECw>EFw時，水資源生態(tài)盈余；當ECw=EFw時，水資源生態(tài)平衡；當ECw

2.4　萬元GDP水資源生態(tài)足跡

萬元GDP水資源生態(tài)足跡是指區(qū)域水資源生態(tài)足跡與地區(qū)內生產總值GDP的比值，可以用來衡量水資源的利用效率，其值越小表示水資源利用效率越高，反之越低，計算公式如下[34]：

萬元GDP水資源生態(tài)足跡=EFw/GDP

(9)

2.5　水資源負載指數(shù)

水資源負載指數(shù)用于描述區(qū)域水資源的開發(fā)利用前景，其物理意義是區(qū)域水資源量與人口和國內生產總值決定的水資源需求量的關系，反映了區(qū)域水資源的利用水平及今后水資源開發(fā)的難易程度，水資源負載指數(shù)分為5個等級(見表2)，其計算公式為[35]：

(10)

式中：c——水資源負載指數(shù)；p——人口(萬人)；G——國內生產總值(億元)；W——水資源總量(億m3)；k——與降水有關的系數(shù)，其取值如下公式：

(11)

表2　水資源負載指數(shù)分級

3結果與分析

3.1　江西省歷年水資源生態(tài)足跡與水資源承載力

計算2007—2011年江西省農業(yè)用水、工業(yè)用水、城鎮(zhèn)公共用水、生活用水和生態(tài)環(huán)境用水5個水資源賬戶的生態(tài)足跡(表3)。由表3可以看出，江西省農業(yè)用水生態(tài)足跡遠遠高于其他4個水資源賬戶生態(tài)足跡。2007—2011年平均農業(yè)用水生態(tài)足跡為2.684×107hm2，占總生態(tài)足跡的66.09%，農業(yè)用水生態(tài)足跡整體呈增加趨勢，2009年最高達到2.913×107hm2；其次是比例較大的是工業(yè)用水生態(tài)足跡，平均為9.575×106hm2，占總生態(tài)足跡的23.57%。工業(yè)用水生態(tài)足跡除2009，2010兩年有所下降外，總體呈現(xiàn)上升的趨勢；生活用水生態(tài)足跡平均為3.101×106hm2，占總生態(tài)足跡的7.63%。生活用水生態(tài)足跡一直保持穩(wěn)定上升趨勢，從2007年2.812×106hm2增加到2011年3.349×106hm2。城鎮(zhèn)公共用水足跡平均為6.059×105hm2，占總生態(tài)足跡的1.5%；生態(tài)環(huán)境用水生態(tài)足跡平均為4.875×105hm2，占總生態(tài)足跡的1.2%。生態(tài)環(huán)境用水生態(tài)足跡整體呈上升趨勢，尤其2009年和2010年分別達到7.884×105hm2和6.429×105hm2，表明江西省生態(tài)環(huán)境治理越來越受到政府的重視。

同時2007-2011年江西省總水資源生態(tài)足跡整體上呈現(xiàn)增加的趨勢，最高的是2011年總水資源生態(tài)足跡達到4.345×107hm2，主要原因是農業(yè)用水量和工業(yè)用水量的增加。2007—11年江西省水資源承載力整體上呈現(xiàn)增加的趨勢，尤其2010年增加幅度最大，達到4.152×108hm2, 水資源承載力的變化與區(qū)域降水量有密切關系，江西省水資源承載力與降水量之間相關系數(shù)為0.99(見圖1)。2007—2011年江西省出現(xiàn)不同程度的生態(tài)盈余，2010年達到最大值。2007—2011年江西省萬元GDP生態(tài)足跡呈逐漸增加的趨勢，從2007年的1.41 hm2增加到2011年的2.66 hm2，表明水資源利用率有所降低(見表3)。

表3　江西省歷年水資源生態(tài)足跡與生態(tài)承載力

從表4可以看出，從2007年到2011年，江西省人均水資源生態(tài)足跡總量保持在0.89~0.96 hm2/人之間，在各年份之間的變化不太大，最高值出現(xiàn)在2009和2011年，整體呈上升的趨勢。人均水資源承載力承載力除2011年有所降低以外，整體呈增加的趨勢，2010年達到最高值為9.30 hm2/人；從2007—2011年全省出現(xiàn)不同程度的生態(tài)盈余，最大值出現(xiàn)在2008年?？傮w來說，2007—2011年江西省經濟快速發(fā)展，生活用水、工業(yè)用水量隨之增加，同時政府對生態(tài)環(huán)境也越來越重視。因此，江西省總生態(tài)足跡仍會持續(xù)增加，通過產業(yè)結構調整，改變農業(yè)用水足跡過大的問題，增大生態(tài)環(huán)境用水，實現(xiàn)江西省生態(tài)環(huán)境的修復和保護。

圖1　江西省水資源承載力與降水量之間的關系

3.2　江西省水資源負載指數(shù)

為進一步研究江西省水資源利用情況，計算了江西省水資源負載指數(shù)(表5)，水資源負載指數(shù)是關于降水、人口、經濟規(guī)模以及水資源總量的一個綜合指標，綜合反應了區(qū)域水資源利用程度。由表5可知，2007—2011年江西省水資源負載指數(shù)變化趨勢不大，2007，2008，2010年水資源負載指數(shù)為Ⅳ，水資源利用程度低，開發(fā)潛力大，開發(fā)條件較容易。2009年和2011年水資源利用程度中等，潛力較大，開發(fā)條件中等。總體來說，江西省水資源利用程度較低，開發(fā)潛力較大。據統(tǒng)計,1999—2006年,江西省水資源的開發(fā)利用平均為14.5%。其中2006年為12.62%,低于同年全國23%的平均水平。另外,江西省的11個地市中, 2006年僅南昌、新余的水開發(fā)利用率超過20%,其余縣市都較低。因此,要進一步提高開發(fā)利用率,就必須深入分析水資源及環(huán)境的承載能力,也應充分考慮經濟有效性；而對于水資源開發(fā)率相對較低的地區(qū),則應該提高水的利用效率,充分發(fā)掘水資源的最大利用潛能。

表4　江西省歷年人均生態(tài)足跡、人均生態(tài)承載力與生態(tài)盈余　hm2

表5　江西省2007-2011年水資源負載指數(shù)分級

4結 論

(1) 2007—2011年江西省水資源承載力呈現(xiàn)波動上升的趨勢，從2007年的2.029×108hm2增加到2010年的4.152×108hm2，其主要原因是江西省降水量的增加。水資源總生態(tài)足跡5 a里整體上呈現(xiàn)增加的趨勢，農業(yè)用水足跡、工業(yè)用水足跡和生活用水足跡以及生態(tài)環(huán)境用水足跡整體均呈上升趨勢，表明江西省經濟快速發(fā)展，生活用水、工業(yè)用水量隨之增加，同時政府對生態(tài)環(huán)境也越來越重視。2007—2011年江西省萬元GDP生態(tài)足跡呈逐漸增加的趨勢，表明水資源利用率有所降低。

(2) 從總體而言，江西省水資源豐富，水資源生態(tài)承載力較高，各年出現(xiàn)不同程度的生態(tài)盈余，但水資源生態(tài)足跡各種賬戶占的比重差距較大，農業(yè)用水生態(tài)足跡比重最大，占總生態(tài)足跡的66.09%，且利用率很低(灌溉水利用率只有30%~40%)。水資源生態(tài)足跡各種賬戶之間的變化反映出江西省產業(yè)調整的變化。應該根據江西省水資源的分布情況進行產業(yè)調整，提高水資源利用效率，尤其是提高農業(yè)用水的重復利用率，促進江西省整個社會經濟的可持續(xù)發(fā)展。

(3) 江西省水資源人均生態(tài)足跡相對較低，對水資源的開發(fā)利用程度不高，水資源的整體開發(fā)潛力較大。江西省水資源主要來自于降水，水資源承載力與降水量相關聯(lián)，在枯水年，水資源承載力降低，導致生態(tài)盈余減少，對水資源的可持續(xù)利用造成影響。應該加大水利工程的利用和建設，提高江西省蓄、提、引水的能力，提升對干旱災害的應對能力。

(4) 江西省地處我國南方濕潤地區(qū),水資源相對豐沛,但同時需水量也大,單位水的效益較低。隨著經濟社會的發(fā)展，用水量的不斷增長和用水結構的變化，水資源供需矛盾日益突出,只有保護水資源、合理并可持續(xù)開發(fā)利用水資源，達到人與水環(huán)境的協(xié)調統(tǒng)一，水資源才能真正為社會經濟的可持續(xù)發(fā)展服務。

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Dynamic Characteristics of Ecological Footprint and Ecological Carrying Capacity of Water Resources in Jiangxi Province During 2007-2011

MENG Lihong1, YE Zhiping1, YUAN Sufen2, LIU Guangxu1

(1.SchoolofGeographyandPlanning，GannanNormalUniversity，Ganzhou，Jiangxi341000,China;

2.GuangdongVocationalCollegeofEnvironmentalProtectionEngineering,Foshan,Guangdong528216,China)

Abstract：[Objective] To evaluate the sustainable development condition of water resources in Jiangxi Province.[Methods] Based on the principle and calculation model of water resources ecological footprint, the ecological footprint and ecological carrying capacity of water resources in the years from 2007 to 2011 were analyzed.[Results] The total water resources capacity gradually increased from 2.029 12×108hm2in 2007 to 4.151 51×108hm2in 2010. The total ecological footprint of water resources increased in the past five years, and it increased from 3.882 09×107hm2in 2007 to 4.344 7×107hm2in 2011, and the water resources ecological footprint of per ten thousand yuan GDP in Jiangxi Province continued to increase. This indicated that the utilization of water resources in Jiangxi Province gradually decreased in the past five years. [Conclusion] The changes of ecological footprint of water resources are closely related to socio-economic development. People should adjust the industrial structure fully, manage and use of water resources rationally, to promote the sustainable development of the overall socio-economy of Jiangxi Province.

Keywords:Jiangxi Province; ecological footprint; ecological capacity; load index of water resources

文獻標識碼：A

文章編號：1000-288X(2015)01-0256-06

中圖分類號：X821

收稿日期：2014-01-10修回日期：2014-05-12

資助項目：江西省教育廳科技項目“江西省水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力時空分析”(GJJ14671); 贛南師范學院招標課題“贛江流域水資源生態(tài)足跡與生態(tài)承載力研究”(14zb19); 國家自然科學基金項目“中國土壤系統(tǒng)分類水耕人為土微形態(tài)診斷指標研究”(41301226)

第一作者：孟麗紅(1981—),女(漢族),云南省宣威市人,博士,講師,研究生導師,主要從事水資源評價。E-mail:mlh8158@163.com。