福州市水資源生態足跡與生態承載力分析

摘要 基于生態足跡模型計算2012—2020年福州市人均水資源生態足跡和生態承載力，并運用水資源可持續指數、萬元GDP水資源生態足跡以及水資源負載指數分析福州市水資源的可持續利用狀況。結果表明，福州市2012—2020年人均水資源生態足跡變化不大，2020年比2012年上升了1.5%，農業用水足跡和工業用水足跡是水資源生態足跡的主要類型。人均水資源承載力2020年比2012年降低了80.0%。水資源生態盈余始終存在，但明顯減少。萬元GDP水資源生態足跡的降低，表明福州市水資源利用率在提升。水資源負載指數增加，說明福州市水資源利用潛力在下降，某些年份甚至需要從其他流域調水。

關鍵詞 水資源生態足跡；水資源生態承載力；水資源負載指數；福州市

中圖分類號 X 24文獻標識碼 A文章編號 0517-6611（2023）15-0047-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.15.012

Analysis of Ecological Footprint and Ecological Carrying Capacity of Water Resources in Fuzhou City

XUE Ruo-han

（College of Geography and Oceanography， Minjiang University， Fuzhou， Fujian 350108）

Abstract Based on the ecological footprint model， the per capita water resources ecological footprint and ecological carrying capacity of Fuzhou City from 2012 to 2020 were calculated.The sustainable utilization of water resources in Fuzhou City was analyzed by using the sustainable index of water resources， the water resources ecological footprint per ten-thousand-yuan GDP and the load index of water resources.The results showed that the per capita water resources ecological footprint of Fuzhou City did not change significantly from 2012 to 2020.In 2020， it increased by 1.5% compared with 2012.Agricultural water resources ecological footprint and industrial water resources ecological footprint were the main types of water resources ecological footprint.In 2020， the per capita ecological carrying capacity of water resources decreased by 80.0% compared with 2012.The ecological surplus of water resources always existed， but it was obviously decreasing.The water resources ecological footprint per ten-thousand-yuan GDP decreased， the utilization rate of water resources in Fuzhou City was increasing.The increase of water resource load index indicates that the water resource utilization potential of Fuzhou City was decreasing， and in some years， it was even necessary to transfer water from other basins.

Key words Ecological footprint of water resources; Ecological carrying capacity of water resources; Load index of water resources; Fuzhou City

水資源是區域社會經濟發展的重要資源條件，即便是在水資源較為豐富的地區，其水資源利用數量或方式不合理的問題也時有發生。水資源利用的可持續與否，會對區域經濟社會發展造成不可忽視的影響，維持水資源可持續利用是推動生態文明建設、保障區域生態安全的重要環節。

生態足跡法是度量人類活動占用自然資本和地區生態系統的承載能力之間關系的定量方法［1］。水資源生態足跡能夠較為直觀地反映水資源的開發利用情況，因其計算簡便、結果直觀，被廣泛應用于研究中。我國許多學者運用生態足跡法從不同方面進行水資源相關研究，如杜軼等［2］、楊曉霖等［3］、張羽等［4］分別研究了山西省、西南地區、沁蟒河流域的水資源生態足跡和承載力的變化特征；邵駿等［5］研究了長江流域水生態足跡的驅動因素；李從欣等［6］、周飛等［7］、朱彤等［8］、張義敏等［9］先后評價了北京市、上海市、呼包鄂榆城市群、廣東省及珠三角九市的水資源利用的可持續性；夏軍等［10］探討了博陽湖流域水資源的生態安全；翟琴琴等［11］、謝利英等［12］、井沛然等［13］進一步將水資源狀況和區域經濟相聯系，先后研究了西安市、甘肅省、浙江省的水資源利用與經濟增長的關系。該研究基于福州市基礎資料，運用生態足跡模型，計算并分析2012—2020年福州市水資源生態足跡和生態承載力，進而選用水資源可持續指數、萬元GDP水資源生態足跡以及水資源負載指數等指標，評價福州市水資源的可持續利用情況，以期為推動福州市的可持續高質量發展提供參考建議。

1 資料與方法

1.1 研究區域概況

福州市是福建省省會，為沿海城市，全市總面積12 251 km2，海岸線長，2020年末常住人口715.41萬（不含平潭），實現地區生產總值10 020.02億元［14］。福州市年平均氣溫20～25 ℃，年降水量900～2 100 mm。閩江自西北向東南穿城而過，從水口鎮流入福州，從長樂流入東海，在福州境內約150 km，福州市內多條內河均與閩江聯通，水資源十分豐富［14］。

1.2 數據來源 該研究所涉及的基礎數據中，福州市人口總數、地區GDP等數據引用自《福州統計年鑒》（2013—2021年）［14］和《福建統計年鑒》（2013—2021年）［15］，降水量、水資源總量、產水模數、總用水量等數據引用自《福州市水資源公報》（2013—2021年）［16］。

1.3 研究方法

1.3.1 水資源生態足跡模型。

水資源生態足跡表示某區域生產生活對水資源的消耗狀況，其計算方法是將研究區域的水資源消費量折合成生產用地面積，再經均衡因子調整后，轉成全球范圍可比較的土地面積［6，8，17-20］。計算公式如下：

式中：EFW為區域水資源總生態足跡（hm2）；N為區域人口數；efW為區域人均水資源生態足跡（hm2）；γW為水資源全球均衡因子；W為區域消耗的水資源量（m3）；PW為全球多年平均產水模數（m3/hm2）。其中，參考相關研究文獻［6，8，17-20］，γW采用世界自然基金會建議的參數值5.19，而PW取值為3 140 m3/hm2。

1.3.2 水資源生態承載力模型。

水資源生態承載力是指某區域在某段時間內可持續提供的水資源的最高值，在計算時，通常僅將區域水資源總量的40%用于滿足人口經濟社會發展消費，60%是用于維持區域生態的可持續性［6，8，17-20］。計算公式如下：

式中：ECW為區域水資源總生態承載力（hm2）；ecW為區域人均水資源生態承載力（hm2）；Q為區域水資源總量（m3）；Ψ為區域水資源產量因子，用區域產水模數與全球產水模數相比可得［6，8，17-20］。

1.3.3 水資源生態盈虧。

水資源生態盈虧（EDW）計算公式如下：

若EDW>0，則區域水資源存在生態盈余；若EDW=0，則水資源的消耗和承載力達到平衡的臨界狀態；若EDW<0，則存在生態赤字［6，8，17-20］。

1.3.4 水資源可持續指數。

水資源可持續指數（SIW）計算公式如下：

依照相關研究文獻可知，若SIW≥0.80，表示區域水資源利用狀態呈現強可持續性；0.65≤SIW＜0.80，表示呈現中可持續性；0.50≤SIW＜0.65，表示呈現弱可持續性；0.35≤SIW＜0.50，表示呈現出弱不可持續性；0.20≤SIW＜0.35，表示呈現出中不可持續性；0＜SIW＜0.20，則表示呈現出強不可持續性［17，20-21］。

1.3.5 萬元GDP水資源生態足跡。

萬元GDP水資源生態足跡（GW）計算公式如下：

GW越大，表示水資源利用效率越低；反之，則水資源利用效率高［6，8，19-21］。

1.3.6 水資源負載指數。

水資源負載指數（c）兼顧考慮地區年降水量、人口總數、生產總值和水資源總體規模各項指標的共同作用，用以評價地區水資源利用程度和后續開發條件，進而評估地區水資源生態安全［6，8，22］。計算公式如下：

式中：k是降水系數；G′是研究區域GDP（億元）；R是降水量（mm）；N為區域人口數（萬人）；Q為水資源總量（億m3）。水資源負載指數參照表1進行分級。

2 結果與分析

2.1 水資源產量因子

經計算，2012—2020年福州市水資源產量因子分別為3.264、2.325、2.666、2.962、4.694、2.573、1.968、2.532、1.551。

2.2 水資源生態足跡分析

用基礎數據和產量因子計算出2012—2020年福州市人均水資源生態足跡、生態承載力和生態盈余，見表2。福州市人均水資源生態足跡可以按照用水類型分為農業用水、工業用水、城鎮公共用水、生活用水和生態用水足跡，這5類用水足跡分別占水資源生態足跡的比例見圖1。將各年的降水量和人均水資源生態承載力進行比較，見圖2。

從表2可以看出，2012—2020年福州市人均水資源生態足跡總體呈現先降后升的趨勢，均值為0.650 hm2，各年的升降幅度均不大。其中，2013和2012年基本持平，2013—2016年逐漸下降，研究期間最低值出現在2016年，為0.607 hm2；之后至2020年，除了2019年較上年有所下降之外，其余各年都逐漸上升，2020年達到研究期間最高值（0.683 hm2），相比于2012年上升了1.5%。由表2和圖1可知，2012—2020年福州市人均水資源生態足跡各部分的構成比例有所變化，但各組分的占比從大到小排序始終為工業用水、農業用水、生活用水、城鎮公共用水、生態用水足跡，其中，人均工業用水和農業用水足跡之和一直占人均水資源生態足跡的70%以上。人均工業用水足跡在2012—2016年逐漸下降，后振蕩上升，但總體降低，2020年比2012年減少了0.025 hm2，下降幅度為8.1%。人均農業用水足跡始終小幅度上下波動，最高值是2013年的0.246 hm2，最低值是2019年的0.196 hm2，也是總體降低，2020年比2012年減少了0.013 hm2，下降幅度為5.6%。人均生活用水足跡在2012—2019年始終保持平穩，2020年上升較多，2020年比2012年增加了0.021 hm2，上升幅度為29.6%。人均城鎮公共用水足跡逐年增加，2020年比2012年增加了0.025 hm2，增長幅度達到了78.1%，雖然增長的數值不多，但是變動幅度為5個組分中最大的。人均生態用水足跡先下降后上升，2020年比2012年增加了0.001 hm2，增加幅度僅為3.6%，是研究期間5個組分中總體變動幅度最小的。

從表2和圖2可以看到，研究期間，福州市人均水資源生態承載力先降后升再降的趨勢。2013年較2012年大幅降低之后，逐年上升至研究期間最高值，為2016年的6.847 hm2，之后到2020年，除了2019年比上年略有上升，其余年份都是逐漸降低，尤其是2020年達到研究期間的最低值（0.707 hm2），相比于2012年下降了80.0%。由圖2可知，福州市降水量同樣是先在2013年較2012年降低，然后在2016年之前逐年上升，而在2016—2020年，除2018年較上年稍微上升之外，其他年份始終降低；研究期間的降水量最高值同樣是在2016年，為2 316.5 mm，最低值也同樣是在2020年，為1 230.2 mm。福州市水資源生態承載力在一定程度上是因為受到各年降水量的影響而呈現相似的變化趨勢。

由表2可知，福州市水資源在研究期間每個年份都存在生態盈余，人均生態盈余和人均生態承載力的變化走勢相近。但人均生態盈余在各個年份之間差異較大，最大的是2016年的6.240 hm2，最小值是2020年的0.024 hm2。這表明水資源雖然當前還是可持續利用的狀態，但其可持續性是不穩定的。

2.3 水資源可持續指數分析

將基礎數據代入公式（4），計算得到福州市水資源可持續指數（SIW），見圖3。由圖3可知，2012—2020年福州市水資源可持續指數較高的是2012年的0.840、2015年的0.814和2016年的0.919，表明這3年的水資源利用狀態為強可持續性；2013、2014、2017和2019年水資源可持續指數分別為0.720、0.775、0.758、0.755，表明這4年水資源利用狀態處于中可持續性；指數較低的是2018年的0.632和2020年的0.509，表明這2年水資源利用狀態呈現弱可持續性。研究期間，水資源可持續指數的均值為0.747，總體來說水資源利用狀態是中可持續性的。

2.4 萬元GDP水資源生態足跡分析

運用公式（5）計算出福州市萬元GDP水資源生態足跡（GW），見圖4。由圖4可知，2012—2020年福州市萬元GDP水資源生態足跡穩步降低，2020年相比2012年下降了0.082 hm2/萬元，降幅達58.6%，福州市水資源的利用效率提升顯著。

2.5 水資源負載指數分析

運用公式（6）、（7）計算福州市水資源負載指數（c），并根據表1進行分級，見表3。由表3可知，福州市水資源負載指數有增長的趨勢。2012—2017年水資源負載指數分級為 Ⅱ 級，說明水資源的利用程度高，導致水資源開發困難較大；2018—2020年水資源負載指數分級為I級，尤其是2020年，指數達到了研究期間最高值（22.264），表明這3年福州市水資源利用程度已經很高，而水資源繼續開發利用的潛力小、難度大，甚至需從外部其他流域引水調用，才能給本地較大的用水壓力提供緩解的可能，以保障福州市水資源的生態安全。

3 結論與建議

3.1 結論

（1）在研究期間，福州市人均水資源生態足跡先降后升，總體上升，這表明福州市居民對水資源的需求在增加。工業用水和農業用水足跡是水資源生態足跡中貢獻較大的2個類型，但從數值上和占比上均呈現降低趨勢，從2012年的80.4%降至2020年的73.8%。這是由于近年來福州市大力推行產業結構調整，整改了一些耗水量大的工業企業，而農業上也通過調整種植方式和灌溉手段等措施，盡可能避免水資源的損耗和浪費，提升了農業用水效率。而生活用水、城鎮公共用水、生態用水足跡雖然占比較小，但是均在上升。居民消費和生活需求的擴大，在一定程度上造成城鎮公共用水和生活用水足跡的上升幅度較大，進而導致了人均水資源生態足跡的上升。研究期間，人均水資源生態承載力先降后升再降，總體下降，降水量的變化在較大程度上影響了水資源生態承載力的變動。雖然福州市水資源稟賦較好，2012—2020年水資源都存在生態盈余，但生態盈余在減少，前景不樂觀。

（2）在研究期間，福州市水資源總的來說是處于中可持續利用狀態，但水資源可持續指數呈現波動變化，總體上呈明顯降低趨勢，表明水資源利用狀態正在向不可持續的方向發展。

（3）從萬元GDP水資源生態足跡可以看出，福州市水資源利用效率在研究期間不斷提高。這是因為近年來福州市對產業結構進行不斷優化和調整，并執行嚴格的水資源管理制度，達到了一定的成效，生態文明建設取得了一定的成績。

（4）研究期間福州市水資源負載指數從 Ⅱ 級往 Ⅰ 級發展。雖然福州市是一個水資源豐富的城市，但由于用水量隨社會經濟發展而逐年增長，造成水資源開發利用程度越來越高，給福州市水資源生態安全帶來嚴重的潛在威脅。

3.2 建議

福州市水資源的可持續利用和生態安全狀況是堪憂的，需要采取一定措施加以預防和改善。福州市應繼續深化工農業節水技術革新，構建水資源供給保障體系；利用水庫調節，優化水量調度；緊抓水土保持，防止生態破壞；繼續堅持河湖長制，修訂完善河湖長工作職責和考核機制，修編完善全市“一河（湖）一檔一策”；保護水資源，減少污染排放，治理受污染水體，提升水環境總體質量；促進居民消費和生活方式轉變，節約用水；相關部門應持續提升管理水資源的能力，確保水資源利用的安全性、可持續性以及與地區發展的協調性。

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基金項目 福建省自然科學基金項目（2021J011020）。

作者簡介 薛若晗（1978—），女，福建福州人，講師，碩士，從事生態環境研究。

收稿日期 2022-08-21