基于LMDI法的寧夏水資源生態(tài)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(gòu)建水資源生態(tài)足跡模型的基礎(chǔ)上，應(yīng)用LMDI模型對(duì)寧夏水資源生態(tài)足跡進(jìn)行了影響因素分析。結(jié)果表明：研究期內(nèi)寧夏總水資源生態(tài)足跡呈減小的趨勢(shì)，就各個(gè)用水賬戶來(lái)看，引起總水資源生態(tài)足跡減小的主要原因是農(nóng)業(yè)水資源生態(tài)足跡的減小;研究期內(nèi)萬(wàn)元GDP水資源生態(tài)足跡穩(wěn)步下降，說(shuō)明水資源的利用效率持續(xù)增高;近年來(lái)寧夏水資源呈現(xiàn)生態(tài)赤字，但赤字明顯減小，說(shuō)明寧夏水資源利用模式正在向利于可持續(xù)發(fā)展的方向發(fā)展。分解寧夏水資源生態(tài)足跡因素可知，結(jié)構(gòu)效應(yīng)、經(jīng)濟(jì)效應(yīng)與人口效應(yīng)為正值，對(duì)寧夏水資源生態(tài)足跡增長(zhǎng)起促進(jìn)作用;技術(shù)效應(yīng)為負(fù)值，對(duì)寧夏水資源生態(tài)足跡增長(zhǎng)起抑制作用。

關(guān)鍵詞：水資源;生態(tài)足跡;LMDI;寧夏

中圖分類號(hào) TV211.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 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(lái)，隨著人口增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)水資源需求的不斷增加，以及水污染和水資源時(shí)空分布不均，水資源供需矛盾不斷升級(jí)，嚴(yán)重威脅著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展[1]。水資源是許多國(guó)家和地區(qū)城市發(fā)展的限制因子，水資源的可持續(xù)發(fā)展是世界各國(guó)關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題[2]。

William E. Rees和Mathis Wackernagel于20世紀(jì)90年代初提出了生態(tài)足跡模型，以合理地評(píng)估地球的自然資源消耗[3-7]。生態(tài)足跡主要表征為在一定的經(jīng)濟(jì)、人口規(guī)模條件下，能夠維持自然環(huán)境進(jìn)化以及水資源消費(fèi)所必需的水資源用地面積[8]。由于這個(gè)概念直觀，具體，易于使用和普及，引起了許多學(xué)者的青睞，被廣泛應(yīng)用于水資源領(lǐng)域，并逐漸演變?yōu)榛谔摂M水理論和生態(tài)足跡模型的水足跡模型[9]。

本研究應(yīng)用水資源生態(tài)足跡模型，對(duì)寧夏地區(qū)2003—2016年水資源生態(tài)足跡、水資源生態(tài)承載力等指標(biāo)進(jìn)行核算，并運(yùn)用LMDI模型分析了寧夏水資源生態(tài)足跡的影響因素。

1 研究區(qū)概況

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

2 研究方法

2.1 水資源生態(tài)足跡

2.1.1 水資源生態(tài)足跡模型 為與寧夏水資源公報(bào)口徑相同，將水資源生態(tài)足跡分為農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、城鎮(zhèn)生活用水和農(nóng)村人畜用水4類。水資源生態(tài)足跡的計(jì)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(tài)足跡，hm2;N為人口數(shù);efi為第i類水資源人均生態(tài)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(chǎn)能力，3140m3/hm2。

2.1.2 水資源生態(tài)承載力 水資源生態(tài)承載力是指在能夠保證某一區(qū)域在某一發(fā)展階段內(nèi)社會(huì)、環(huán)境以及資源可持續(xù)發(fā)展的前提下，可供給的最大水資源量 [11]。計(jì)算模型如下[12]：

式中：ECw為水資源生態(tài)承載力（hm2）;N為人口數(shù);ecw為人均水資源生態(tài)承載力（hm2/cap）;γ為水資源全球均衡因子，取5.19;ψ為區(qū)域水資源的產(chǎn)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(chǎn)能力（m3/hm2）;一個(gè)地區(qū)的水資源中只有40%用于人類活動(dòng)，因此在水資源生態(tài)承載力的計(jì)算中要乘以系數(shù)0.4。

2.1.3 水資源生態(tài)盈余（赤字） 有關(guān)專家學(xué)者為了較直觀的表征一個(gè)地區(qū)水資源開發(fā)利用的程度，提出了水資源生態(tài)盈余和水資源生態(tài)赤字的概念，即將水資源生態(tài)承載力與水資源生態(tài)足跡作比較，如結(jié)果為正值，表示該地區(qū)水資源生態(tài)盈余，若結(jié)果為負(fù)值，表示該地區(qū)水資源生態(tài)赤字[13]。具體如下：

2.1.4 萬(wàn)元GDP水資源生態(tài)足跡 通過(guò)計(jì)算某一區(qū)域特定時(shí)間段內(nèi)的水資源生態(tài)足跡與該地區(qū)GDP（萬(wàn)元）的比值，來(lái)衡量區(qū)域水資源的利用效率[14]。萬(wàn)元GDP水資源生態(tài)足跡模型為：

2.2 指數(shù)分解模型 指數(shù)分解法是將一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的指標(biāo)進(jìn)行分解成，使其分解成若干個(gè)分析與實(shí)行較為簡(jiǎn)易的子指標(biāo)，再對(duì)每一個(gè)子指標(biāo)進(jìn)行研究，其中LMDI法在有效地解決分解過(guò)程中出現(xiàn)的殘差和“0”值方面表現(xiàn)的較為出色，被眾多學(xué)者廣泛應(yīng)用[15]。本文利用LMDI模型構(gòu)建水資源生態(tài)足跡指數(shù)分解模型如下：

式中：[sit=efiteft]，[it=eftyt]，[rt=ytpt];efit為第t時(shí)期第i類水資源生態(tài)足跡（Mhm2）;eft為第t時(shí)期水資源總生態(tài)足跡（Mhm2）;yt為第t時(shí)期國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值GDP（104元）;pt為第t時(shí)期的常住人口數(shù)（104人）;sit為第t時(shí)期第i類水資源利用占總水資源生態(tài)足跡的比重，代表的是結(jié)構(gòu)效應(yīng);it為第t時(shí)期單位GDP水資源生態(tài)足跡，代表技術(shù)效應(yīng);γt為第t時(shí)期人均GDP，代表的是經(jīng)濟(jì)效應(yīng);pt代表的是人口效應(yīng);Δef為總水資源生態(tài)足跡變化量（Mhm2/a）;eft、ef0分別代表第t年和基準(zhǔn)年的水資源生態(tài)足跡（Mhm2）;Δefs、Δefi、Δefr、Δefp分別表示水足跡結(jié)構(gòu)因素、技術(shù)因素、經(jīng)濟(jì)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(duì)上式進(jìn)行分解，結(jié)果如下所示：

2.3 數(shù)據(jù)來(lái)源 本文所用水資源數(shù)據(jù)來(lái)源于2003—2016年《寧夏水資源公報(bào)》，GDP、常駐人口等數(shù)據(jù)來(lái)源于2004—2017年《寧夏統(tǒng)計(jì)年鑒》。

3 結(jié)果與分析

3.1 寧夏水資源生態(tài)足跡動(dòng)態(tài) 表1和圖1為2003—2016年寧夏水資源生態(tài)足跡核算結(jié)果及趨勢(shì)曲線圖。從表1和圖1可以看出，寧夏地區(qū)用水產(chǎn)業(yè)分布存在巨大懸殊，在農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、城鎮(zhèn)生活用水、農(nóng)村人畜用水4類水資源生態(tài)足跡中，農(nóng)業(yè)用水占比最高，研究期內(nèi)均值為554.8萬(wàn)hm2，平均占比為91.47%，2003、2004、2005年甚至達(dá)到94%以上。其次為工業(yè)用水生態(tài)足跡，再次為農(nóng)村人畜用水生態(tài)足跡，城鎮(zhèn)生活用水生態(tài)足跡占比最低。

總體上看，研究期內(nèi)寧夏水資源生態(tài)足跡呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，2003—2005年寧夏總水資源生態(tài)足跡以年均37.71萬(wàn)hm2/a的速率快速增長(zhǎng)，在2005年達(dá)到最大值667.56萬(wàn)hm2，之后呈現(xiàn)波動(dòng)下降的趨勢(shì)，在2016年達(dá)到研究期內(nèi)最小值553.46萬(wàn)hm2，這得益政府貫徹落實(shí)“三條紅線”，實(shí)施“四項(xiàng)制度”，控制用水總量，提高用水效率，加強(qiáng)污染治理。從構(gòu)成上來(lái)看，農(nóng)業(yè)用水生態(tài)足跡與總水資源生態(tài)足跡趨勢(shì)大體相同，2003—2005年以54.39萬(wàn)hm2/a的速率快速增長(zhǎng)，并于2005年達(dá)到最大值647.37萬(wàn)hm2，隨后波動(dòng)下降至2016年的480.44萬(wàn)hm2，下降了187.12萬(wàn)hm2，這與近年來(lái)寧夏大力發(fā)展節(jié)水灌溉技術(shù)及部分地區(qū)水田改旱田，使得農(nóng)業(yè)用水效率提高、農(nóng)業(yè)用水量縮減有關(guān)。工業(yè)用水生態(tài)足跡呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢(shì)，由2003年的17.14萬(wàn)hm2，上升到2016年的51.65萬(wàn)hm2，增加了3倍有余，年均增長(zhǎng)速率為2.65萬(wàn)hm2/a，這與寧夏第二產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展有關(guān)。隨著人口增長(zhǎng)與城鎮(zhèn)化發(fā)展，城鎮(zhèn)生活用水生態(tài)足跡亦呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，在2003—2016年間由最初的4.73萬(wàn)hm2，上升到10.28萬(wàn)hm2，增加了2倍有余。相比之下，農(nóng)村人畜用水生態(tài)足跡較為穩(wěn)定，多年來(lái)保持在11萬(wàn)hm2左右。

水資源生態(tài)承載力是指在某一地區(qū)的某一具體歷史發(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(huì)（生態(tài)、生產(chǎn)和生活）可持續(xù)發(fā)展的能力。從表1與圖2可以看出，寧夏水資源生態(tài)承載力隨時(shí)間發(fā)展大致可分為3個(gè)階段：2003—2007年呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，2007—2011年基本保持穩(wěn)定，2011—2016年有波動(dòng)下降的趨勢(shì)。其中最大值出現(xiàn)在2005、2006年，分別為402.63萬(wàn)hm2、400.33萬(wàn)hm2;最小值出現(xiàn)在2003年，為330.15萬(wàn)hm2。

從表1與圖2亦可以看出，歷年來(lái)寧夏水資源生態(tài)盈余（赤字）均為負(fù)值，赤字最大值出現(xiàn)在2008年，為-292.20萬(wàn)hm2;最小值出現(xiàn)在2016年，為-218.82萬(wàn)hm2。寧夏地處內(nèi)陸干旱區(qū)，用水來(lái)源主要依靠黃河上游來(lái)水，當(dāng)?shù)氐乇硭Y源匱乏，而水資源的需求量又比較大，導(dǎo)致水資源生態(tài)承載力較低，加之人口眾多，且當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)以農(nóng)業(yè)為主，耗費(fèi)大量水資源，所以水資源呈現(xiàn)生態(tài)赤字，但近些年赤字明顯減小，說(shuō)明節(jié)水灌溉技術(shù)的高速發(fā)展與廣泛應(yīng)用取得了顯著成效，寧夏水資源利用模式在向利于可持續(xù)發(fā)展的方向發(fā)展。

萬(wàn)元GDP水資源生態(tài)足跡可以在一定程度上反映水資源的利用效率，其數(shù)值越小，水資源的利用效率就越高。13年間，寧夏萬(wàn)元GDP水資源生態(tài)足跡穩(wěn)步下降，由2003年的1.27hm2，下降到2016年的0.17hm2，差距達(dá)7.47倍，說(shuō)明寧夏水資源利用效率持續(xù)升高，這得益于近年來(lái)寧夏工商業(yè)的快速發(fā)展，使得水資源的經(jīng)濟(jì)效益顯著提高。人均水資源生態(tài)足跡自2005年達(dá)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(shù)由最初的580萬(wàn)增加到674萬(wàn)，人口增長(zhǎng)必定引起生產(chǎn)、生活用水的需求量增加，導(dǎo)致人均水資源生態(tài)足跡下降。

3.2 寧夏水資源生態(tài)足跡影響因素 為了進(jìn)一步探討寧夏水資源生態(tài)足跡的影響因素，以2003年為基準(zhǔn)年，采用LMDI模型對(duì)其進(jìn)行因素分解，并繪制趨勢(shì)圖（表2、圖3）。從表2和圖2可以看出，結(jié)構(gòu)效應(yīng)、經(jīng)濟(jì)效應(yīng)與人口效應(yīng)為正值，對(duì)寧夏水資源生態(tài)足跡增長(zhǎng)起促進(jìn)作用，其中經(jīng)濟(jì)效應(yīng)>結(jié)構(gòu)效應(yīng)>人口效應(yīng);技術(shù)效應(yīng)為負(fù)值，對(duì)寧夏水資源生態(tài)足跡增長(zhǎng)起抑制作用。

經(jīng)濟(jì)效應(yīng)在寧夏水資源生態(tài)足跡增長(zhǎng)中占主導(dǎo)地位，2003—2016年呈持續(xù)上升的趨勢(shì)，于2016年達(dá)到最大值1005.17萬(wàn)hm2，年均增長(zhǎng)率高達(dá)74.63%，這是因?yàn)閷幭慕?jīng)濟(jì)高速發(fā)展，對(duì)水資源的需求逐步增加。

2003—2016年間，結(jié)構(gòu)效應(yīng)總體呈上升趨勢(shì)，僅次于經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，只在2008年出現(xiàn)明顯回落，考慮可能是受到了金融危機(jī)的影響，2008年以后持續(xù)增長(zhǎng)，并于2016年超過(guò)了經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，結(jié)構(gòu)效應(yīng)對(duì)水生態(tài)足跡應(yīng)該具有的抑制作用沒(méi)有發(fā)揮出來(lái)，一定程度上說(shuō)明寧夏水資源生態(tài)足跡結(jié)構(gòu)不合理，進(jìn)一步調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)將會(huì)對(duì)寧夏水資源的可持續(xù)利用發(fā)揮重要作用。

人口效應(yīng)對(duì)水資源生態(tài)足跡增長(zhǎng)同樣起促進(jìn)作用，但效果不顯著。研究期內(nèi)使得寧夏水資源生態(tài)足跡增長(zhǎng)83.9萬(wàn)hm2，人口效應(yīng)對(duì)寧夏水資源生態(tài)足跡增長(zhǎng)的促進(jìn)作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和結(jié)構(gòu)效應(yīng)顯著，這是由于13年來(lái)寧夏人口增長(zhǎng)相對(duì)緩慢。

技術(shù)效應(yīng)對(duì)抑制水資源生態(tài)足跡的增長(zhǎng)起重要作用，且抑制作用逐年增大，由2004年的-51.13萬(wàn)hm2到2016年的-1099.97萬(wàn)hm2。優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、提高用水效率是寧夏水資源可持續(xù)利用的重要保障。

4 結(jié)論

本研究運(yùn)用水資源生態(tài)足跡模型對(duì)2003—2016年寧夏水資源生態(tài)足跡進(jìn)行核算，應(yīng)用LMDI模型對(duì)寧夏水資源生態(tài)足跡進(jìn)行因素分解，主要得出以下結(jié)論：

（1）在農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、城鎮(zhèn)生活用水、農(nóng)村人畜用水四類水資源生態(tài)足跡中，農(nóng)業(yè)用水占比最高，研究期內(nèi)其均值為554.8萬(wàn)hm2，平均占比為91.47%，2003、2004、2005年甚至達(dá)到94%以上。

（2）近年來(lái)，寧夏水資源生態(tài)承載力變化不大，水資源生態(tài)呈現(xiàn)赤字，但赤字明顯減小，說(shuō)明寧夏水資源利用模式正在朝利于可持續(xù)發(fā)展的方向發(fā)展。

（3）13年間，寧夏萬(wàn)元GDP水資源生態(tài)足跡穩(wěn)步下降，由2003年的1.27hm2下降到2016年的0.17hm2，差距達(dá)7.47倍。說(shuō)明寧夏水資源利用效率持續(xù)升高，這得益于近年來(lái)寧夏工商業(yè)的快速發(fā)展，使得水資源的經(jīng)濟(jì)效益顯著提高。

（4）通過(guò)對(duì)寧夏水資源生態(tài)足跡進(jìn)行因素分解可知，結(jié)構(gòu)效應(yīng)、經(jīng)濟(jì)效應(yīng)與人口效應(yīng)為正值，對(duì)寧夏水資源生態(tài)足跡增長(zhǎng)起促進(jìn)作用;技術(shù)效應(yīng)為負(fù)值，對(duì)寧夏水資源生態(tài)足跡增長(zhǎng)起抑制作用。

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（責(zé)編：張宏民）