山東省水生態足跡時空分布與驅動效應研究

陳正雷 陳星

摘 要：利用改進的水生態足跡模型計算了山東省2007—2016年的水生態足跡和水生態承載力，分析評價了近年來山東省水生態足跡的動態變化與空間分布情況，并基于LMDI構建的水資源生態足跡分解模型分析了經濟、結構、技術與人口效應的驅動效果，結果表明：2007—2016年山東省人均水資源生態赤字呈波動上升趨勢，水環境生態赤字2010年前后差異明顯，2010年后赤字值激增;2016年各市的人均水環境生態赤字均大于水資源生態赤字;經濟、結構與人口效應對山東省水資源生態足跡的增長起正向驅動作用，技術效應則起抑制作用。

關鍵詞：水生態足跡;水生態赤字;水資源;LMDI模型;山東省

中圖分類號：TV213.4;X24 ? 文獻標志碼：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

生態足跡（Ecological Footprint）的概念最初由加拿大經濟學家Wiiliam Rees于1992年提出[1]。范曉秋[2]基于傳統的生態足跡模型建立了水資源賬戶來表述水資源的社會經濟和生態環境功能。洪輝[3]將水資源賬戶定義為傳統生態足跡模型中水域賬戶的外擴，它包括淡水、水污染和水產品生態足跡3個二級賬戶。楊建軍等[4]、劉子剛等[5]分別計算了西安市、湖州市多年的水生態足跡。目前，國內水生態足跡研究主要集中在模型改進、測度分析和模擬預測等方面。張義等[6]利用改進的水資源生態足跡模型計算分析了2003—2010年廣西水資源生態足跡的變化趨勢;關格格等[7]利用水資源生態足跡模型分析了山西省2005—2013年用水生態足跡和生態承載力的動態變化，并結合水資源可持續發展的各項指標評價了山西省水資源利用和發展的狀況;金昌盛等[8]基于生態足跡模型測算了長江經濟帶及其各個省（市）的人均水資源生態盈虧，并運用灰色神經網絡模型預測了2016—2025年人均水資源生態足跡發展變化的趨勢。水生態足跡及其相關研究模型與方法已成為研究區域水資源利用狀況，判斷水資源、水環境承載能力，以及評估區域可持續發展能力的重要方式。

山東省人均水資源占有量僅有350 m3左右，屬于嚴重缺水地區。在經濟發展與環境保護并重的今天，如何在保證山東省經濟社會發展的前提下，兼顧水資源的合理利用和水環境的有效保護，已成為制約經濟社會發展的一大瓶頸。筆者基于水生態足跡的相關理論，計算并分析了山東省各市的水生態承載力及利用狀況，以期為山東省水資源的開發和合理利用提供參考。

1 研究區概況

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，境內河網密布，黃河、京杭大運河是省內兩大主要河道。山東省氣候屬暖溫帶季風氣候類型，年降水量為550～950 mm，降水年內分布很不均勻，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濟第三大省、人口第二大省，國內生產總值穩居全國第三名。

2 研究方法

2.1 改進的水生態足跡與水生態承載力模型

3 結果與分析

3.1 資料來源

采用的人口數、水資源總量、年降水量、國內生產總值、2007—2016年用水明細、有機物、氨氮排放量以及山東省各市相關數據等來源于《山東省統計年鑒》和《山東省水資源公報》。

3.2 山東省水生態足跡與水生態承載力計算分析

（1）水資源和水環境賬戶計算結果分析。根據改進的水生態足跡和承載力模型計算得到山東省2007—2016年人均水資源用水足跡及人均水資源承載力、人均水環境用水足跡及人均水環境承載力，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，相較其他年份數值明顯偏大，可見山東省雖然在“十二五”期間經濟迅速發展，但是以持續增長的環境污染為代價的。

（2）山東省水生態足跡、水生態承載力分析。根據水生態赤字的計算模型，山東省2007—2016年人均水資源、水環境賬戶生態赤字和相應變化曲線見圖1和圖2。根據計算結果，2007—2016年山東省人均水資源生態足跡呈逐漸減小趨勢，人均水資源承載力呈波動減小趨勢，且下降幅度明顯大于生態足跡的，因此人均水資源生態赤字呈波動上升趨勢。可以看出，水資源承載力是影響山東省2007—2016年水資源生態赤字變化的主要因素。山東省水資源主要來源于區域降水，而山東省年際降水量波動較大，因此山東省年際水資源承載力波動較大。此外，2007—2016年山東省人均水環境生態赤字的變化規律與人均水環境生態足跡的變化規律一致，說明水環境生態足跡是影響山東省水環境生態赤字變化的主要因素。趨勢線顯示2011—2015年水環境生態赤字為0.4 hm2/人左右，區域面臨著嚴重的水環境壓力。總體來說，2007—2016年山東省人均水環境生態赤字均大于人均水資源生態赤字，水污染是制約區域發展的主要因素。

根據水生態壓力指數的涵義與計算模型，計算得到山東省2007—2016年水生態壓力指數，見表2。從表2可以看出，2007—2016年山東省水資源、水環境生態壓力指數均大于1，表明山東省現狀水資源、水環境處于不安全狀態，水資源量越來越難以支撐高速發展的社會經濟;從數值上來看，水環境生態壓力指數更為“病態”，2015年壓力指數達到了40以上，2014年甚至達到了140以上，說明山東省水污染壓力遠大于水資源壓力，今后的經濟發展必須要重視水污染治理、水環境整治工作。

（3）山東省各市水生態足跡、水生態承載力對比。山東省包括濟南、青島等17個市，2016年人均水資源、水環境赤字計算結果見圖3。從圖3可以看出，2016年山東省各市人均水環境生態赤字均大于相應的水資源生態赤字。橫向對比來看，2016年東營市水資源生態赤字是17個市中最大的，從當年水量數據分析，2016年東營市水資源量是總用水量的50%左右，即區域一半用水來自于其他市的引調水，水資源量稀缺，而區域水資源量是影響水資源生態足跡的關鍵因素;萊蕪市和臨沂市的水資源生態赤字較小，這與其用水量占區域水資源總量比例小有關。水環境生態赤字方面，除青島市外，2016年山東省各市的赤字都超過了0.10，面臨的水環境問題較為嚴重。

（4）基于LMDI的水資源生態足跡模型計算結果。以2007年為基準年，根據基于LMDI的水資源生態足跡分解模型，山東省2007—2016年水資源生態足跡見圖4。由圖4可知，經濟效應、結構效應和人口效應為正值，對水資源生態足跡的增大起正向驅動效果，其中經濟效應的驅動作用很強，說明近年來山東省經濟的飛速發展導致水資源的需求增加，各方面用水量的增多導致水資源生態足跡增大;結構效應也起到了很強的正向驅動效果，雖然2007—2016年山東省生活、農業生產尤其是農業灌溉用水量呈逐年減小趨勢，但由于生產生活用水量基數大，因此其對總的結構效應的影響較小，而近年來山東省工業和服務業的快速發展帶來的工業、生態用水量增加導致水資源生態足跡增大，是結構效應起正向驅動作用的最主要原因;人口效應雖然均為正值，但是數值都在0附近波動，驅動作用最弱;技術效應為負值，對水資源生態足跡的增大起負向驅動效果，且負向驅動的效果呈逐年上升趨勢，生產技術的提高是山東省2007—2016年人均水資源生態足跡呈微弱下降趨勢的最主要原因，創新技術手段、優化產業結構將成為未來山東省水資源可持續利用的重要保障。

3 結 論

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

（2）2007—2016年山東省的水資源、水環境生態壓力指數均大于1，表明山東省現狀水資源、水環境處于不安全狀態，水資源量越來越難以支撐高速發展的社會經濟;從數值上來看，水環境生態壓力指數更為“病態”。

（3）2016年山東省各市的人均水環境生態赤字均大于相應的水資源生態赤字。橫向對比來看，2016年東營市水資源生態赤字是17個市中最大的，萊蕪和臨沂的水資源生態赤字較小。水環境生態赤字方面，除青島市外，2016年山東省各市的赤字都超過了0.10，面臨的水環境問題較為嚴重。

（4）由山東省2007—2016年水資源生態足跡分解結果可知，經濟效應、結構效應與人口效應對山東省水資源生態足跡增長起正向驅動作用，技術效應對山東省水資源生態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、水資源地區分布不均勻且年際年內變化劇烈。根據計算結果，山東省水環境污染問題較為嚴重;此外，近年來山東省雖然經濟發展迅速，但是發展的同時沒有處理好與水生態環境保護之間的關系。為了滿足社會經濟的發展及人民對于水資源需求、水環境改善的迫切愿望，堅持最嚴格水資源管理制度，重視水資源科學開發與合理利用，探索新型環境與經濟雙贏的發展模式，實現水資源的可持續利用已刻不容緩。

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【責任編輯 呂艷梅】