姜秋香, 李鑫瑩, 王子龍, 張雨, 曹璐

水足跡及其驅(qū)動(dòng)力研究進(jìn)展及展望

姜秋香, 李鑫瑩, 王子龍*, 張雨, 曹璐

東北農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院, 哈爾濱 150030

水足跡是一種全面核算人類活動(dòng)對(duì)水資源真實(shí)占用的綜合指標(biāo), 將人類消費(fèi)終端與水資源的利用密切聯(lián)系。水足跡理論的研究為水安全戰(zhàn)略提供了重要基礎(chǔ), 愈發(fā)成為水資源科學(xué)管理領(lǐng)域的研究的熱點(diǎn)。重點(diǎn)從水足跡的應(yīng)用范圍研究(全球、區(qū)域、流域以及產(chǎn)品層面)、水足跡驅(qū)動(dòng)力分析及水足跡可持續(xù)性評(píng)價(jià)三個(gè)方面對(duì)國內(nèi)外水足跡研究現(xiàn)狀進(jìn)行述評(píng), 總結(jié)現(xiàn)有研究存在問題, 并對(duì)其研究前景進(jìn)行了展望。

水足跡; 驅(qū)動(dòng)力分析; 可持續(xù)性評(píng)價(jià)

0 引言

水是生命之源, 是人類生存的物質(zhì)基礎(chǔ)。在高速發(fā)展的現(xiàn)代社會(huì), 人類活動(dòng)以及人類不合理的水資源利用方式不僅消耗了大量的水資源, 也使得水資源短缺和水質(zhì)惡化問題日益凸顯, 水資源愈發(fā)成為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的限制性因素[1]。面對(duì)全球水資源危機(jī)的挑戰(zhàn)愈發(fā)迫切地需要準(zhǔn)確測度人類對(duì)水資源的實(shí)際使用情況。

為了更好地衡量一個(gè)國家或地區(qū)水資源的利用狀況, Hoekstra在“虛擬水”和“生態(tài)足跡”的基礎(chǔ)上提出了水足跡概念[2]。任何已知人口(某個(gè)人、某個(gè)城市、某個(gè)區(qū)域或全球)的水足跡是生產(chǎn)這些人口消耗的全部資源所需要的水資源數(shù)量[3]。水足跡可以看作是有別于作用有限的傳統(tǒng)取水指標(biāo), 是一種對(duì)水資源占用的綜合表征[4]。水足跡分為藍(lán)水、綠水和灰水足跡, 其中, 藍(lán)水足跡是指產(chǎn)品在其供應(yīng)鏈中對(duì)藍(lán)水(地表水和地下水)資源的消耗; 綠水足跡是指產(chǎn)品對(duì)綠水(不會(huì)成為徑流的雨水和土壤水)資源的消耗; 灰水足跡是指將灰水(產(chǎn)品生產(chǎn)和使用過程中產(chǎn)生的污水)中的污染物吸收同化所需的淡水體積[5]。水足跡是一個(gè)體現(xiàn)消耗的水量、水源類型以及污染量和污染類型的多層面指標(biāo), 水足跡的所有組成部分都明確了水足跡發(fā)生的具體時(shí)間和地點(diǎn)[6]。

水足跡將水資源的消耗和污染與人類的生產(chǎn)和生活聯(lián)系起來, 不僅包括了傳統(tǒng)水資源管理理論中對(duì)的生活、生產(chǎn)和生態(tài)用水, 還揭示了隱含在商品背后的虛擬水。水足跡反映了水資源的可持續(xù)利用水平及短缺情況, 揭示了人類生產(chǎn)生活消費(fèi)與水資源利用之間的關(guān)系, 以及全球貿(mào)易與水資源管理之間的聯(lián)系, 為水資源更好地管理打下了基礎(chǔ)[7]。

1 水足跡國內(nèi)外研究進(jìn)展

自2002年水足跡理論提出以來, 得到國內(nèi)外學(xué)者廣泛青睞。水足跡評(píng)價(jià)包含設(shè)定目標(biāo)和范圍、水足跡核算、水足跡可持續(xù)性評(píng)價(jià)和制定水足跡響應(yīng)方案四個(gè)階段[5]。在閱讀大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上, 本文從水足跡的應(yīng)用范圍、驅(qū)動(dòng)力分析和水足跡可持續(xù)性評(píng)價(jià)等方面對(duì)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行相關(guān)介紹。

1.1 水足跡應(yīng)用范圍研究

水足跡研究不僅拓展了傳統(tǒng)水資源評(píng)價(jià)的內(nèi)涵, 還為評(píng)價(jià)一個(gè)國家或地區(qū)的生活、生產(chǎn)消費(fèi)類型與水資源利用定量關(guān)系提供了新思路。由于水足跡與生產(chǎn)條件、經(jīng)濟(jì)水平、產(chǎn)品類型等密不可分, 因此應(yīng)多層次、多方面和多角度的探究水足跡的研究現(xiàn)狀。

1.1.1 全球?qū)用?/p>

眾所周知, 全球淡水資源總量有限且分布極不均衡。隨著全球人口的急劇增長, 工業(yè)的迅速發(fā)展, 水資源壓力愈發(fā)嚴(yán)重, 明確水資源具體消耗及變化, 可以更好地認(rèn)識(shí)全球區(qū)際貿(mào)易和消費(fèi)模式對(duì)水資源分配產(chǎn)生的影響, 有助于在全球范圍內(nèi)對(duì)水資源進(jìn)行更加合理的管理和分配。全球尺度的水足跡研究可以作為評(píng)價(jià)人類活動(dòng)對(duì)水資源的占有、水資源利用的可持續(xù)性和公平性、以及全球水資源利用管理的有效指標(biāo)。各國研究學(xué)者針對(duì)全球?qū)用娴乃阚E已發(fā)表了多篇研究成果, 對(duì)全球的作物水足跡[8]、畜牧水足跡[9]和灰水足跡[10]等進(jìn)行了核算研究, 這些基礎(chǔ)性研究對(duì)建立全球水足跡數(shù)據(jù)庫具有一定的參考意義。Hoekstra等[11]從生產(chǎn)和消費(fèi)的角度核算了1996—2005年全球水足跡, 計(jì)算表明: 全球綠水足跡所占比重最大(74%), 農(nóng)業(yè)水足跡所占比重(67%)遠(yuǎn)高于工業(yè)和生活水足跡, 中國、印度和美國的水足跡之和占全球水足跡的比重為38%。由全球水足跡研究可知, 運(yùn)用水足跡指標(biāo)更加科學(xué)有效的利用綠水資源、配合各用水部門調(diào)控和分配全球水資源顯得尤為重要。受全球水循環(huán)和氣候變化的影響, 全球水足跡也將發(fā)生改變。Orlowsky等[12]利用水足跡分析了未來氣候變化和當(dāng)前虛擬水貿(mào)易條件下全球可利用水資源的變化, 研究表明氣候變化不僅將導(dǎo)致全球水資源減少, 同時(shí)也會(huì)帶來國家內(nèi)水足跡的減少, 通過實(shí)現(xiàn)某個(gè)國家的水資源可持續(xù)并不能緩解全球水資源減少的問題, 需要采用水消耗和水貿(mào)易模式進(jìn)行全球水資源的可持續(xù)性調(diào)整。

1.1.2 區(qū)域?qū)用?/p>

區(qū)域水足跡的研究為國家層面及省市層面水資源戰(zhàn)略提供依據(jù), 同時(shí)為全球范圍內(nèi)水資源可持續(xù)發(fā)展合作提供可能。Chouchane等[13]從經(jīng)濟(jì)角度對(duì)1996—2005年突尼斯國家水足跡進(jìn)行了分析, 發(fā)現(xiàn)對(duì)國家水足跡的貢獻(xiàn)率最大(87%)的是作物生產(chǎn)水足跡, 但作物生產(chǎn)藍(lán)水足跡僅占可再生藍(lán)水資源總量的31%, 說明突尼斯國家面臨著嚴(yán)峻水資源短缺的挑戰(zhàn)。Hess等[14]探討了英國不同的飲食方式對(duì)全球藍(lán)水足跡產(chǎn)生的影響, 認(rèn)為水足跡受飲食方式的影響有限, 可持續(xù)的、健康的生活方式可減輕英國藍(lán)水壓力。隨著水足跡研究不斷深入, 中國學(xué)者在區(qū)域尺度的水足跡核算、水足跡的時(shí)空分布及其變化規(guī)律等方面做了探索與研究。馬靜等[15]核算了中國水足跡, 計(jì)算結(jié)果表明, 經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的南方和沿海地區(qū)擁有較高的人均水足跡和水資源利用效率、較低的水足跡強(qiáng)度; 受到經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的限制, 西北地區(qū)水資源利用效率則較低, 該項(xiàng)研究對(duì)調(diào)整區(qū)域用水結(jié)構(gòu), 提高用水效率具有實(shí)際指導(dǎo)意義。郭相平等[16]對(duì)中國農(nóng)作物水足跡時(shí)空分布與影響因素進(jìn)行分析, 得出中國農(nóng)作物生產(chǎn)水足跡在時(shí)間上呈先下降后緩慢上升態(tài)勢, 空間上為從東南向西北逐漸遞減的格局; 人口密度、人均純收入和化肥施用量是農(nóng)作物生產(chǎn)水足跡時(shí)間變化的主要驅(qū)動(dòng)因子, 而降雨量、人均GDP及人均純收入對(duì)其空間分布有重要影響。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水是中國水資源的主要消耗方式之一, 嚴(yán)重制約著可用水資源的分配。崔克蓉等[17]基于水足跡理論, 對(duì)2002—2015年湖南省水稻生產(chǎn)水足跡進(jìn)行分階段研究, 分析了湖南省水稻生產(chǎn)水資源的占用情況, 并為湖南水稻生產(chǎn)水足跡的調(diào)控提出了合理建議。

1.1.3 流域?qū)用?/p>

流域是自然生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分, 也是一個(gè)具有水力聯(lián)系的系統(tǒng)單元, 流域水資源的合理利用和水源污染是水資源管理部門解決的主要問題之一。水足跡被廣泛用于評(píng)估自然水資源的有效性, 是評(píng)價(jià)流域水資源可持續(xù)利用的有效指標(biāo)。Martínez-Paz等[18]利用水文模型和決策支持水循環(huán)模擬系統(tǒng)評(píng)估了塞古拉河流域的農(nóng)業(yè)水足跡。Zeitoun M等[19]從水安全角度對(duì)1998—2004年間的尼羅河流域范圍內(nèi)的各類作物及牲畜進(jìn)行了水足跡核算, 強(qiáng)調(diào)了綠水對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要性。Li等[20]對(duì)中國海河流域的藍(lán)水和灰水足跡進(jìn)行了核算, 同時(shí)確定工業(yè)部門為該流域藍(lán)水足跡的主要貢獻(xiàn)者, 該研究從數(shù)量和質(zhì)量兩個(gè)方面綜合評(píng)價(jià)了流域水資源的稀缺性。蔡燕等[21]基于投入產(chǎn)出模型計(jì)算了2002年的黃河流域水足跡, 研究結(jié)果表明, 產(chǎn)業(yè)水足跡與用水系數(shù)和最終使用量相關(guān), 總水足跡的46.9%源于地區(qū)內(nèi)最終消費(fèi), 另53.1%源于資本積累, 三產(chǎn)業(yè)的水足跡分別占總水足跡的22.7%、64.9%和12.4%。水足跡理論可將水資源的相關(guān)問題與社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和其他活動(dòng)聯(lián)系起來, 明確人類活動(dòng)對(duì)流域生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。王奕淇等[22]將水足跡理論與機(jī)會(huì)成本法有機(jī)結(jié)合, 判斷渭河流域上、下游水生態(tài)的盈余赤字, 揭示了流域上、下游因水資源供需差異而引發(fā)的矛盾。

1.1.4 產(chǎn)品層面

產(chǎn)品水足跡指以消費(fèi)的方式被產(chǎn)品消耗的水資源, 是水資源消耗的基本形式, 包括產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中消耗的藍(lán)水、綠水和灰水足跡[23]。伊朗是世界上最大的藏紅花生產(chǎn)國和出口國, Ommolbanin等[24]計(jì)算了2008—2014年伊朗的藏紅花水足跡, 并將水足跡數(shù)值與經(jīng)濟(jì)層面相聯(lián)系, 研究表明, 在經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高的地區(qū), 可通過提高藏紅花產(chǎn)量和用水效率實(shí)現(xiàn)水足跡的提高。Schyns等[25]在研究摩洛哥不同農(nóng)產(chǎn)品水足跡與經(jīng)濟(jì)效益之間的聯(lián)系, 發(fā)現(xiàn)該國出口的主要是耗水量高而經(jīng)濟(jì)價(jià)值低的農(nóng)產(chǎn)品, 因此建議通過種植結(jié)構(gòu)調(diào)整, 實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)水資源消耗的降低和經(jīng)濟(jì)效益的提高。由于城市人口的急劇增長, 同時(shí)面臨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)、政治和文化的發(fā)展與進(jìn)步, 簡單的溫飽問題已然不能滿足人們的需求, 引導(dǎo)節(jié)水型膳食結(jié)構(gòu), 明確作物消耗單位水量所提供的營養(yǎng)物質(zhì)差異, 愈發(fā)成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)問題。孫世坤等[26]基于水足跡理論, 在量化了中國主要糧食作物重量、能量和蛋白質(zhì)水足跡的基礎(chǔ)上, 評(píng)價(jià)了各作物間及區(qū)域間三種水足跡的差異性, 探討了糧食作物消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整對(duì)生產(chǎn)端水資源消耗產(chǎn)生的影響。

1.2 水足跡驅(qū)動(dòng)力分析

隨著水足跡核算的不斷成熟與完善, 國內(nèi)外學(xué)者們逐漸將研究重點(diǎn)延伸到水足跡驅(qū)動(dòng)力分析方面。水足跡驅(qū)動(dòng)力研究對(duì)提出科學(xué)合理的水足跡減量方案, 降低人類活動(dòng)對(duì)水資源造成的壓力具有重要意義, 同時(shí)可為水資源可持續(xù)利用提供可靠的科學(xué)依據(jù)[27]。

水足跡驅(qū)動(dòng)力分析的核心與關(guān)鍵是驅(qū)動(dòng)因子的識(shí)別, 探究水足跡變化的驅(qū)動(dòng)因子, 可以挖掘水足跡變化的深層原因, 發(fā)現(xiàn)水資源利用過程中存在的問題, 為水資源合理利用方案的制定提供可調(diào)控指標(biāo)。目前, 水足跡驅(qū)動(dòng)因子識(shí)別方法有隨機(jī)回歸模型—STIRPAT(Stochastic Impacts by Regression on Population, Affluence, and Technology, STIRPAT)模型、因素分解法中的指數(shù)分解法和結(jié)構(gòu)分解法等。

1.2.1 STIRPAT模型

STIRPAT模型是專門研究人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境影響的模型, 它將影響環(huán)境的重要因素: 人口、人均財(cái)富、技術(shù)水平作為主要指標(biāo), 全面地分析各個(gè)因素對(duì)環(huán)境造成的隨機(jī)影響。近年來, 該模型在我國水足跡驅(qū)動(dòng)力分析中應(yīng)用較為廣泛。為緩解北京市農(nóng)業(yè)水資源短缺的壓力, CHEN等[28]應(yīng)用STIRPAT模型對(duì)北京市農(nóng)業(yè)水足跡變化進(jìn)行了驅(qū)動(dòng)力分析, 確定恩格爾系數(shù)是北京市農(nóng)業(yè)水足跡變化的主要驅(qū)動(dòng)因子。ZHAO等[29]進(jìn)一步拓展了STIRPAT模型, 探討了人口、財(cái)富、城市化和飲食結(jié)構(gòu)等驅(qū)動(dòng)因素對(duì)農(nóng)產(chǎn)品水足跡的影響程度, 并指出人口增長是對(duì)中國農(nóng)業(yè)水足跡影響最大的驅(qū)動(dòng)因素。

1.2.2 指數(shù)分解法

指數(shù)分解法(Index Decomposition Analysis, IDA)即把一個(gè)目標(biāo)變量的變化分解成若干個(gè)影響因素變化的組合, 通過貢獻(xiàn)率客觀辨別各個(gè)因素對(duì)目標(biāo)的影響程度。指數(shù)分解法主要有拉氏(Laspeyres)指數(shù)法和迪氏(Divisia)指數(shù)法。指數(shù)分解法的特點(diǎn)是將研究對(duì)象看成一個(gè)整體進(jìn)行分解, 可以避免需要大量數(shù)據(jù)支撐并且可以進(jìn)行長時(shí)間序列的驅(qū)動(dòng)力分析, 目前, 該方法中的對(duì)數(shù)均值迪氏分解法(Lograri-thmic mean Divisia index method, LMDI)在農(nóng)產(chǎn)品水足跡驅(qū)動(dòng)力分析中應(yīng)用較為廣泛。KANG等[30]利用LMDI模型將廈門市食物消費(fèi)水足跡的驅(qū)動(dòng)力分解為人口、食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)、食物消費(fèi)水平、用水強(qiáng)度和人口比例等因素, 研究結(jié)果表明, 2001—2012年廈門食物消費(fèi)水足跡增長率為88.69%, 人口影響是其變化的主要原因, 占總增長率的87.97%。為定量分析黑河流域中游不同時(shí)期農(nóng)業(yè)用水量的主要驅(qū)動(dòng)因素, ZHAO等[31]采用LMDI模型對(duì)中國的農(nóng)產(chǎn)品水足跡進(jìn)行驅(qū)動(dòng)力分析, 發(fā)現(xiàn)城鎮(zhèn)化、結(jié)構(gòu)效應(yīng)和技術(shù)效應(yīng)、人口和產(chǎn)品規(guī)模效應(yīng)等因素對(duì)農(nóng)產(chǎn)品水足跡的影響較大; 其中經(jīng)濟(jì)活動(dòng)效應(yīng)是促進(jìn)水足跡增長的最大積極因素, 其次是人口效應(yīng)和飲食結(jié)構(gòu)的影響, 并提出改善飲食結(jié)構(gòu)和提高各部門用水效率是控制中國農(nóng)產(chǎn)品水足跡進(jìn)一步增長的有效途徑之一。

1.2.3 結(jié)構(gòu)分解法

結(jié)構(gòu)分解法(Structural Decomposition Analysis, SDA)即通過對(duì)因變量的變化進(jìn)行分解, 從而得到與其相關(guān)的各獨(dú)立自變量多種形式變動(dòng)之和, 進(jìn)而計(jì)算某一自變量對(duì)因變量變動(dòng)帶來的影響程度。結(jié)構(gòu)分解法將與研究對(duì)象有關(guān)的技術(shù)效應(yīng)、強(qiáng)度效應(yīng)和地區(qū)內(nèi)部最終需求相互聯(lián)系, 或者通過分析地區(qū)進(jìn)口虛擬水量化地區(qū)外部因素對(duì)其產(chǎn)生的影響, 找出影響當(dāng)?shù)厮Y源的主要驅(qū)動(dòng)因素, 明確水足跡驅(qū)動(dòng)機(jī)制, 對(duì)緩解地區(qū)水資源壓力具有重要意義[32]。由于經(jīng)濟(jì)和人口的增長, 中國的水資源短缺問題日益嚴(yán)重, Fan等[33]基于輸入輸出結(jié)構(gòu)分解法識(shí)別中國水足跡變化的驅(qū)動(dòng)因素, 研究表明最重要的驅(qū)動(dòng)因素是對(duì)水足跡起到抑制作用的消耗模式, 其研究結(jié)果對(duì)緩解水資源短缺具有實(shí)際意義。Zhong等[34]分析了2002—2012年間中國水足跡的最終需求, 運(yùn)用結(jié)構(gòu)分解法分析了影響城鄉(xiāng)居民消費(fèi)水足跡的驅(qū)動(dòng)因素, 研究表明, 不同時(shí)期生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和消費(fèi)方式對(duì)水足跡的影響存在顯著差異, 無論最終需求如何, 用水效率都會(huì)抑制水足跡的增加, 節(jié)水技術(shù)和最終需求模式的變化在很大程度上有助于抵消用水增長, 該研究為從社會(huì)經(jīng)濟(jì)角度理解用水情況提供了一個(gè)有力的框架。

除以上介紹的三種方法之外, SUN等[35]利用基于基尼系數(shù)的不平等分解技術(shù)對(duì)中國各省水足跡不平等的驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行了分析, 研究表明, 農(nóng)業(yè)用水不平等的主要驅(qū)動(dòng)因素是實(shí)際用水量和用水效率, 工業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)水足跡不平等的主要原因是由實(shí)際用水量和經(jīng)濟(jì)水平造成的, 同時(shí)該研究提出了實(shí)現(xiàn)全國水足跡分布更加均勻的政策及方法。水足跡驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究方法還有多區(qū)域投入產(chǎn)出法[36]、灰色關(guān)聯(lián)度法[37]、回歸模型[38]、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型[39]等, 諸多方法在該領(lǐng)域的應(yīng)用、互補(bǔ)與拓展可獲得更全面研究結(jié)果, 但影響驅(qū)動(dòng)因素較為復(fù)雜, 涉及多方面因素, 在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上應(yīng)拓展研究深度, 使水足跡驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究更為成熟。

1.3 水足跡可持續(xù)性評(píng)價(jià)

隨著人口的增長和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展, 水資源的需求量在不斷增加, 水環(huán)境污染嚴(yán)重, 并且水資源具有時(shí)空分布不均的特性, 難以達(dá)到與人口、生產(chǎn)力、區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展及生態(tài)環(huán)境需求的協(xié)調(diào)[40]?？茖W(xué)的開展水資源可持續(xù)性評(píng)價(jià), 對(duì)水資源進(jìn)行合理開發(fā)、利用和保護(hù), 使有限的水資源發(fā)揮最大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益已成為研究熱點(diǎn)。與傳統(tǒng)水資源可持續(xù)評(píng)價(jià)指標(biāo)相比, 水足跡可以表征人類各種活動(dòng)對(duì)水資源的占用, 并且提供了明確的時(shí)空信息, 為討論水資源可持續(xù)和公平用水提供了指標(biāo), 也可為區(qū)域環(huán)境、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)影響評(píng)價(jià)奠定良好的基礎(chǔ)。水足跡可持續(xù)性評(píng)價(jià)首先根據(jù)實(shí)際水資源可用量和水環(huán)境確定可持續(xù)性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn), 其次確定水資源匱乏、水質(zhì)污染等水足跡不可持續(xù)的熱點(diǎn)區(qū)域和時(shí)間范圍, 最后根據(jù)水資源短缺程度和水污染嚴(yán)重程度, 明確水足跡可持續(xù)性問題的嚴(yán)重等級(jí), 進(jìn)而根據(jù)具體需要分析熱點(diǎn)區(qū)域產(chǎn)生的初級(jí)影響和次生影響[5]。水足跡可持續(xù)性評(píng)價(jià)的優(yōu)點(diǎn)是能以量化的方式反映水資源可持續(xù)利用的時(shí)間、空間特征、影響方式及影響程度, 從而確定水足跡減量目標(biāo), 為減少水資源使用量和提高水資源使用效率、全面評(píng)價(jià)水資源的可持續(xù)性、有效性、公平性和安全性, 以及制定水資源合理利用策略提供科學(xué)依據(jù)[7]。

水足跡可持續(xù)性評(píng)價(jià)包含不同的維度, 涵蓋了環(huán)境、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)三方面的可持續(xù)性。水足跡可持續(xù)性評(píng)價(jià)的目的是將綠水、藍(lán)水和灰水足跡與空間和時(shí)間上的可用資源進(jìn)行對(duì)比, 確定它們對(duì)水資源可持續(xù)性的影響程度。近幾年國內(nèi)外學(xué)者對(duì)該問題的關(guān)注和研究不斷深入。國外學(xué)者最早比較了水足跡與當(dāng)?shù)貙?shí)際可用水資源量, 確定了水資源匱乏的熱點(diǎn)區(qū)[41,42], 并且提出了不同的指標(biāo)和方法評(píng)估藍(lán)水可持續(xù)性[43]、綠水可持續(xù)性[44]以及氮磷對(duì)灰水的污染程度[45,46]。Ersilia等[47]通過水足跡指標(biāo)與水文、水質(zhì)模型相結(jié)合, 評(píng)估阿伊達(dá)河流域的水資源利用可持續(xù)性, 研究發(fā)現(xiàn)由于徑流無法滿足農(nóng)業(yè)灌溉和現(xiàn)有技術(shù)無法將污染物負(fù)荷降至可接受的最大濃度以下, 導(dǎo)致流域的藍(lán)水足跡和灰水足跡的不可持續(xù), 其研究結(jié)果對(duì)該流域水資源管理具有一定指導(dǎo)意義。國內(nèi)學(xué)者也從評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建和可持續(xù)性評(píng)價(jià)方面展開了相關(guān)研究。戚瑞等[48]從水足跡的組成結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)安全和可持續(xù)性能四個(gè)方面, 構(gòu)建區(qū)域水資源利用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系, 對(duì)區(qū)域水資源的利用現(xiàn)狀和可持續(xù)性進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。黃晶等[49]基于水足跡理論評(píng)價(jià)了北京市水足跡可持續(xù)性, 在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析了北京市農(nóng)業(yè)用水結(jié)構(gòu)的變化特征。周玲玲等[50]構(gòu)建了基于水足跡指標(biāo)和常規(guī)用水指標(biāo)的兩套水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)體系, 通過對(duì)比分析得出二者水資源可持續(xù)利用水平變化趨勢基本一致, 且水足跡表示的水資源消耗量指標(biāo)和行業(yè)耗水比例指標(biāo)對(duì)水資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)體系的影響更加顯著。

水足跡可持續(xù)性評(píng)價(jià)盡管是一種更科學(xué)合理的評(píng)價(jià)水資源利用的手段, 但仍具有一定的局限性。隨著水足跡理論和評(píng)價(jià)技術(shù)的不斷發(fā)展, 相關(guān)領(lǐng)域數(shù)據(jù)庫的不斷完善, 水足跡可持續(xù)性評(píng)價(jià)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性將不斷得到提高, 其在生態(tài)環(huán)境、水資源安全等應(yīng)用研究也將越來越廣泛。

2 問題與展望

水足跡概念涵蓋了看得見以及看不見的水資源, 將直接用水和間接用水聯(lián)系起來, 彌補(bǔ)了傳統(tǒng)水資源評(píng)價(jià)中只直接用水的缺點(diǎn), 具有全面反映人類消耗產(chǎn)品和服務(wù)對(duì)水資源占用的特性, 對(duì)水資源利用的效率和影響進(jìn)行定量化分析的優(yōu)點(diǎn)。雖然目前國內(nèi)外學(xué)者在水足跡核算、驅(qū)動(dòng)力分析和可持續(xù)利用評(píng)價(jià)方面進(jìn)行了大量的研究, 但水足跡研究仍需進(jìn)一步深入研究。

(1)水足跡量化手段尚不完善。目前水足跡量化手段不夠精確, 研究對(duì)象大多是主要農(nóng)作物或動(dòng)物產(chǎn)品, 對(duì)工業(yè)或第三產(chǎn)業(yè)水足跡缺乏有效的量化手段。針對(duì)該問題, 應(yīng)進(jìn)一步建立更加全面與準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型, 綜合全面分析、評(píng)價(jià)各個(gè)產(chǎn)業(yè)的水足跡情況。

(2)水足跡驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究尚不深入。水足跡驅(qū)動(dòng)力研究初期主要應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)單一驅(qū)動(dòng)因子進(jìn)行研究, 目前學(xué)者雖更加注重多方法、多層面的驅(qū)動(dòng)因子識(shí)別, 但忽視了驅(qū)動(dòng)因子間的相互影響與反饋、驅(qū)動(dòng)因子對(duì)水足跡的驅(qū)動(dòng)方向和程度等驅(qū)動(dòng)機(jī)制分析, 導(dǎo)致?lián)颂岢龅乃阚E減量政策實(shí)施效果不佳。明確水足跡驅(qū)動(dòng)機(jī)制, 有針對(duì)性的對(duì)驅(qū)動(dòng)因子進(jìn)行合理調(diào)控, 不僅可為水資源合理利用政策的制定提供依據(jù), 同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用。

(3)水足跡的可持續(xù)性評(píng)價(jià)尚不深入。目前學(xué)者對(duì)水足跡可持續(xù)性評(píng)價(jià)進(jìn)行研究時(shí), 多采用大類水足跡指標(biāo), 沒有發(fā)揮水足跡可以更為具體的、分類別的將水資源(藍(lán)水、綠水和灰水)與社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等多方面關(guān)聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)。因此, 提出科學(xué)合理的、更為全面的水足跡可持續(xù)性評(píng)價(jià)體系, 為水資源可持續(xù)利用提供科學(xué)依據(jù)和手段。

(4)水足跡應(yīng)用領(lǐng)域尚需拓展。水足跡研究初期主要圍繞水足跡核算及其空間分異與時(shí)間動(dòng)態(tài)展開研究。隨著研究的不斷深入, 各國學(xué)者將水足跡理論應(yīng)用于國際虛擬水貿(mào)易[51]、水資源稀缺性[52,53]、水環(huán)境污染[54,55]等問題的研究中。但目前研究仍處于探索階段, 研究成果尚不夠系統(tǒng)深入, 未來需要與水資源經(jīng)濟(jì)、水生態(tài)安全、水資源承載力等其他領(lǐng)域進(jìn)行交叉和深入融合。

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Research progress and prospects of water footprint and its driving force

JIANG Qiuxiang, LI Xinying, WANG Zilong*, ZHANG Yu, CAO Lu

School of Water Conservancy and Civil Engineering, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China

Water footprint is a comprehensive index to comprehensively calculate the real occupation of water resources by human activities, which closely links the human consumption terminal with the utilization of water resources. The study of water footprint theory provides an important basis for water security strategy and becomes one of the research hotspots in the field of water resources management. This study reviews the current situation of water footprint research at home and abroad from three aspects: the application of water footprint research (global, regional, watershed and product level), the analysis of water footprint driving force and the evaluation of water footprint sustainability. The innovation of this paper includes the research Angle and analysis method of water footprint driving force at home and abroad.

Water Footprint; Driving Force Analysis; Sustainability Assessment

姜秋香, 李鑫瑩, 王子龍, 等. 水足跡及其驅(qū)動(dòng)力研究進(jìn)展及展望[J]. 生態(tài)科學(xué), 2021, 40(1): 192–199.

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10.14108/j.cnki.1008-8873.2021.01.024

F062.1

A

1008-8873(2021)01-192-08

2020-03-29;

2020-04-18

國家自然科學(xué)基金(51679040); 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)“學(xué)術(shù)骨干”項(xiàng)目(18XG17); 黑龍江省普通本科高等學(xué)校青年創(chuàng)新人才培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目(UNPYSCT-2017022); 黑龍江省博士后科研啟動(dòng)基金(LBH-Q17022)

姜秋香(1982—), 女, 黑龍江佳木斯人, 博士, 副教授, 主要從事水土資源高效利用和管理，Email: jiangqiuxiang914@163.com

王子龍, 男，博士, 教授, 主要研究方向?yàn)楹畢^(qū)水土資源高效利用，Email: wang zilong2017@163.com