山東省水生態(tài)足跡時(shí)空分布與驅(qū)動(dòng)效應(yīng)研究

陳正雷 陳星

摘 要：利用改進(jìn)的水生態(tài)足跡模型計(jì)算了山東省2007—2016年的水生態(tài)足跡和水生態(tài)承載力，分析評(píng)價(jià)了近年來山東省水生態(tài)足跡的動(dòng)態(tài)變化與空間分布情況，并基于LMDI構(gòu)建的水資源生態(tài)足跡分解模型分析了經(jīng)濟(jì)、結(jié)構(gòu)、技術(shù)與人口效應(yīng)的驅(qū)動(dòng)效果，結(jié)果表明：2007—2016年山東省人均水資源生態(tài)赤字呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，水環(huán)境生態(tài)赤字2010年前后差異明顯，2010年后赤字值激增;2016年各市的人均水環(huán)境生態(tài)赤字均大于水資源生態(tài)赤字;經(jīng)濟(jì)、結(jié)構(gòu)與人口效應(yīng)對(duì)山東省水資源生態(tài)足跡的增長起正向驅(qū)動(dòng)作用，技術(shù)效應(yīng)則起抑制作用。

關(guān)鍵詞：水生態(tài)足跡;水生態(tài)赤字;水資源;LMDI模型;山東省

中圖分類號(hào)：TV213.4;X24 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.04.015

Abstract： This paper used the improved water ecological footprint model to calculate the water ecological footprint and water ecological surplus/deficit of Shandong Province from 2007 to 2016， and analyzed the dynamic and spatial distribution of water ecological footprint in Shandong Province in recent years， then used LMDI to construct a water ecological footprint decomposition model to analyze the driving effects of economy， structure， technology and population effects. The results show that the ecological deficit of per capita water resources in Shandong Province show a volatility trend from 2007 to 2016， the difference between the water environment and ecological deficit is obvious around 2010 and the deficit value has been increased sharply after 2010. Besides， the per capita water environment deficit of each city in 2016 is greater than that the water deficit and the results of water resources ecological footprint decomposition show that the economic， structural and population effects positively promote the growth of water resources ecological footprint in Shandong Province，then the technical effect correspondingly negatively inhibits.

Key words： water ecological footprint; water ecological deficit; water resources; LMDI model; Shandong Province

生態(tài)足跡（Ecological Footprint）的概念最初由加拿大經(jīng)濟(jì)學(xué)家Wiiliam Rees于1992年提出[1]。范曉秋[2]基于傳統(tǒng)的生態(tài)足跡模型建立了水資源賬戶來表述水資源的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境功能。洪輝[3]將水資源賬戶定義為傳統(tǒng)生態(tài)足跡模型中水域賬戶的外擴(kuò)，它包括淡水、水污染和水產(chǎn)品生態(tài)足跡3個(gè)二級(jí)賬戶。楊建軍等[4]、劉子剛等[5]分別計(jì)算了西安市、湖州市多年的水生態(tài)足跡。目前，國內(nèi)水生態(tài)足跡研究主要集中在模型改進(jìn)、測(cè)度分析和模擬預(yù)測(cè)等方面。張義等[6]利用改進(jìn)的水資源生態(tài)足跡模型計(jì)算分析了2003—2010年廣西水資源生態(tài)足跡的變化趨勢(shì);關(guān)格格等[7]利用水資源生態(tài)足跡模型分析了山西省2005—2013年用水生態(tài)足跡和生態(tài)承載力的動(dòng)態(tài)變化，并結(jié)合水資源可持續(xù)發(fā)展的各項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)了山西省水資源利用和發(fā)展的狀況;金昌盛等[8]基于生態(tài)足跡模型測(cè)算了長江經(jīng)濟(jì)帶及其各個(gè)?。ㄊ校┑娜司Y源生態(tài)盈虧，并運(yùn)用灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測(cè)了2016—2025年人均水資源生態(tài)足跡發(fā)展變化的趨勢(shì)。水生態(tài)足跡及其相關(guān)研究模型與方法已成為研究區(qū)域水資源利用狀況，判斷水資源、水環(huán)境承載能力，以及評(píng)估區(qū)域可持續(xù)發(fā)展能力的重要方式。

山東省人均水資源占有量?jī)H有350 m3左右，屬于嚴(yán)重缺水地區(qū)。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)并重的今天，如何在保證山東省經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的前提下，兼顧水資源的合理利用和水環(huán)境的有效保護(hù)，已成為制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的一大瓶頸。筆者基于水生態(tài)足跡的相關(guān)理論，計(jì)算并分析了山東省各市的水生態(tài)承載力及利用狀況，以期為山東省水資源的開發(fā)和合理利用提供參考。

1 研究區(qū)概況

山東省位于黃河下游，陸域總面積15.71萬km2，涉及黃河、淮河、海河三大流域，境內(nèi)河網(wǎng)密布，黃河、京杭大運(yùn)河是省內(nèi)兩大主要河道。山東省氣候?qū)倥瘻貛Ъ撅L(fēng)氣候類型，年降水量為550～950 mm，降水年內(nèi)分布很不均勻，夏季降水量占全年降水量的50%以上。此外，山東省還是中國的經(jīng)濟(jì)第三大省、人口第二大省，國內(nèi)生產(chǎn)總值穩(wěn)居全國第三名。

2 研究方法

2.1 改進(jìn)的水生態(tài)足跡與水生態(tài)承載力模型

3 結(jié)果與分析

3.1 資料來源

采用的人口數(shù)、水資源總量、年降水量、國內(nèi)生產(chǎn)總值、2007—2016年用水明細(xì)、有機(jī)物、氨氮排放量以及山東省各市相關(guān)數(shù)據(jù)等來源于《山東省統(tǒng)計(jì)年鑒》和《山東省水資源公報(bào)》。

3.2 山東省水生態(tài)足跡與水生態(tài)承載力計(jì)算分析

（1）水資源和水環(huán)境賬戶計(jì)算結(jié)果分析。根據(jù)改進(jìn)的水生態(tài)足跡和承載力模型計(jì)算得到山東省2007—2016年人均水資源用水足跡及人均水資源承載力、人均水環(huán)境用水足跡及人均水環(huán)境承載力，見表1。從表1可以看出，2007—2016年山東省人均N足跡均大于人均COD足跡，說明山東省近年來水環(huán)境污染壓力主要來自于氮污染;2011—2015年，山東省人均COD、N足跡分別為0.227 0～0.261 7 hm2/人和0.393 2～0.456 5 hm2/人，相較其他年份數(shù)值明顯偏大，可見山東省雖然在“十二五”期間經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，但是以持續(xù)增長的環(huán)境污染為代價(jià)的。

（2）山東省水生態(tài)足跡、水生態(tài)承載力分析。根據(jù)水生態(tài)赤字的計(jì)算模型，山東省2007—2016年人均水資源、水環(huán)境賬戶生態(tài)赤字和相應(yīng)變化曲線見圖1和圖2。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，2007—2016年山東省人均水資源生態(tài)足跡呈逐漸減小趨勢(shì)，人均水資源承載力呈波動(dòng)減小趨勢(shì)，且下降幅度明顯大于生態(tài)足跡的，因此人均水資源生態(tài)赤字呈波動(dòng)上升趨勢(shì)。可以看出，水資源承載力是影響山東省2007—2016年水資源生態(tài)赤字變化的主要因素。山東省水資源主要來源于區(qū)域降水，而山東省年際降水量波動(dòng)較大，因此山東省年際水資源承載力波動(dòng)較大。此外，2007—2016年山東省人均水環(huán)境生態(tài)赤字的變化規(guī)律與人均水環(huán)境生態(tài)足跡的變化規(guī)律一致，說明水環(huán)境生態(tài)足跡是影響山東省水環(huán)境生態(tài)赤字變化的主要因素。趨勢(shì)線顯示2011—2015年水環(huán)境生態(tài)赤字為0.4 hm2/人左右，區(qū)域面臨著嚴(yán)重的水環(huán)境壓力?？傮w來說，2007—2016年山東省人均水環(huán)境生態(tài)赤字均大于人均水資源生態(tài)赤字，水污染是制約區(qū)域發(fā)展的主要因素。

根據(jù)水生態(tài)壓力指數(shù)的涵義與計(jì)算模型，計(jì)算得到山東省2007—2016年水生態(tài)壓力指數(shù)，見表2。從表2可以看出，2007—2016年山東省水資源、水環(huán)境生態(tài)壓力指數(shù)均大于1，表明山東省現(xiàn)狀水資源、水環(huán)境處于不安全狀態(tài)，水資源量越來越難以支撐高速發(fā)展的社會(huì)經(jīng)濟(jì);從數(shù)值上來看，水環(huán)境生態(tài)壓力指數(shù)更為“病態(tài)”，2015年壓力指數(shù)達(dá)到了40以上，2014年甚至達(dá)到了140以上，說明山東省水污染壓力遠(yuǎn)大于水資源壓力，今后的經(jīng)濟(jì)發(fā)展必須要重視水污染治理、水環(huán)境整治工作。

（3）山東省各市水生態(tài)足跡、水生態(tài)承載力對(duì)比。山東省包括濟(jì)南、青島等17個(gè)市，2016年人均水資源、水環(huán)境赤字計(jì)算結(jié)果見圖3。從圖3可以看出，2016年山東省各市人均水環(huán)境生態(tài)赤字均大于相應(yīng)的水資源生態(tài)赤字。橫向?qū)Ρ葋砜矗?016年東營市水資源生態(tài)赤字是17個(gè)市中最大的，從當(dāng)年水量數(shù)據(jù)分析，2016年東營市水資源量是總用水量的50%左右，即區(qū)域一半用水來自于其他市的引調(diào)水，水資源量稀缺，而區(qū)域水資源量是影響水資源生態(tài)足跡的關(guān)鍵因素;萊蕪市和臨沂市的水資源生態(tài)赤字較小，這與其用水量占區(qū)域水資源總量比例小有關(guān)。水環(huán)境生態(tài)赤字方面，除青島市外，2016年山東省各市的赤字都超過了0.10，面臨的水環(huán)境問題較為嚴(yán)重。

（4）基于LMDI的水資源生態(tài)足跡模型計(jì)算結(jié)果。以2007年為基準(zhǔn)年，根據(jù)基于LMDI的水資源生態(tài)足跡分解模型，山東省2007—2016年水資源生態(tài)足跡見圖4。由圖4可知，經(jīng)濟(jì)效應(yīng)、結(jié)構(gòu)效應(yīng)和人口效應(yīng)為正值，對(duì)水資源生態(tài)足跡的增大起正向驅(qū)動(dòng)效果，其中經(jīng)濟(jì)效應(yīng)的驅(qū)動(dòng)作用很強(qiáng)，說明近年來山東省經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展導(dǎo)致水資源的需求增加，各方面用水量的增多導(dǎo)致水資源生態(tài)足跡增大;結(jié)構(gòu)效應(yīng)也起到了很強(qiáng)的正向驅(qū)動(dòng)效果，雖然2007—2016年山東省生活、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)尤其是農(nóng)業(yè)灌溉用水量呈逐年減小趨勢(shì)，但由于生產(chǎn)生活用水量基數(shù)大，因此其對(duì)總的結(jié)構(gòu)效應(yīng)的影響較小，而近年來山東省工業(yè)和服務(wù)業(yè)的快速發(fā)展帶來的工業(yè)、生態(tài)用水量增加導(dǎo)致水資源生態(tài)足跡增大，是結(jié)構(gòu)效應(yīng)起正向驅(qū)動(dòng)作用的最主要原因;人口效應(yīng)雖然均為正值，但是數(shù)值都在0附近波動(dòng)，驅(qū)動(dòng)作用最弱;技術(shù)效應(yīng)為負(fù)值，對(duì)水資源生態(tài)足跡的增大起負(fù)向驅(qū)動(dòng)效果，且負(fù)向驅(qū)動(dòng)的效果呈逐年上升趨勢(shì)，生產(chǎn)技術(shù)的提高是山東省2007—2016年人均水資源生態(tài)足跡呈微弱下降趨勢(shì)的最主要原因，創(chuàng)新技術(shù)手段、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)將成為未來山東省水資源可持續(xù)利用的重要保障。

3 結(jié) 論

（1）2007—2016年山東省人均水資源生態(tài)足跡呈逐漸減小趨勢(shì)，人均水資源承載力呈波動(dòng)減小趨勢(shì)且下降幅度明顯大于生態(tài)足跡的，因此人均水資源生態(tài)赤字呈波動(dòng)上升趨勢(shì)。此外，2007—2016年山東省人均水環(huán)境生態(tài)赤字的變化規(guī)律與水環(huán)境生態(tài)足跡的變化規(guī)律一致，說明水環(huán)境生態(tài)足跡是影響近年山東省水環(huán)境生態(tài)赤字變化的主要因素?？傮w來說，2007—2016年山東省人均水環(huán)境生態(tài)赤字均大于水資源生態(tài)赤字，水污染是制約區(qū)域發(fā)展的主要因素。

（2）2007—2016年山東省的水資源、水環(huán)境生態(tài)壓力指數(shù)均大于1，表明山東省現(xiàn)狀水資源、水環(huán)境處于不安全狀態(tài)，水資源量越來越難以支撐高速發(fā)展的社會(huì)經(jīng)濟(jì);從數(shù)值上來看，水環(huán)境生態(tài)壓力指數(shù)更為“病態(tài)”。

（3）2016年山東省各市的人均水環(huán)境生態(tài)赤字均大于相應(yīng)的水資源生態(tài)赤字。橫向?qū)Ρ葋砜矗?016年東營市水資源生態(tài)赤字是17個(gè)市中最大的，萊蕪和臨沂的水資源生態(tài)赤字較小。水環(huán)境生態(tài)赤字方面，除青島市外，2016年山東省各市的赤字都超過了0.10，面臨的水環(huán)境問題較為嚴(yán)重。

（4）由山東省2007—2016年水資源生態(tài)足跡分解結(jié)果可知，經(jīng)濟(jì)效應(yīng)、結(jié)構(gòu)效應(yīng)與人口效應(yīng)對(duì)山東省水資源生態(tài)足跡增長起正向驅(qū)動(dòng)作用，技術(shù)效應(yīng)對(duì)山東省水資源生態(tài)足跡增長起抑制作用。

總體來看，山東省水資源總量不足、人均占有量少、水資源地區(qū)分布不均勻且年際年內(nèi)變化劇烈。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，山東省水環(huán)境污染問題較為嚴(yán)重;此外，近年來山東省雖然經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，但是發(fā)展的同時(shí)沒有處理好與水生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間的關(guān)系。為了滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及人民對(duì)于水資源需求、水環(huán)境改善的迫切愿望，堅(jiān)持最嚴(yán)格水資源管理制度，重視水資源科學(xué)開發(fā)與合理利用，探索新型環(huán)境與經(jīng)濟(jì)雙贏的發(fā)展模式，實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用已刻不容緩。

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【責(zé)任編輯 呂艷梅】