侯林秀 溫 璐* 張雪峰 王立新 趙 吉 杜鳳蓮

(1.內(nèi)蒙古大學(xué) 生態(tài)與環(huán)境學(xué)院/草原生態(tài)安全省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心/ 內(nèi)蒙古草地生態(tài)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，呼和浩特 010021； 2.內(nèi)蒙古科技大學(xué) 包頭師范學(xué)院 資源與環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014030； 3.內(nèi)蒙古大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，呼和浩特 010021)

保證水資源供應(yīng)是保障正常生產(chǎn)和生活的必要條件，但隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口增加和城市化進(jìn)程推進(jìn)，水資源供應(yīng)面臨的壓力越來(lái)越受到廣泛關(guān)注[1-3]。正確合理評(píng)價(jià)區(qū)域水資源利用狀況和壓力水平，是配置水資源、實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用的重要前提[4-5]。水足跡是指為維持人類日常消費(fèi)的產(chǎn)品及服務(wù)而消耗的淡水資源總量，可以分為藍(lán)水足跡、綠水足跡和灰水足跡，分別用以反映人類活動(dòng)消耗的可見水、植物蒸騰水以及稀釋污染負(fù)荷所需要的淡水資源，通過(guò)量化水足跡可以有效表征區(qū)域水資源消耗總量[6]。已有研究針對(duì)不同區(qū)域水資源展開，如：蘇明濤等[7]通過(guò)對(duì)吉林省三種農(nóng)作物在不同生長(zhǎng)條件下的水足跡計(jì)算得出作物生長(zhǎng)更加依賴于綠水；農(nóng)業(yè)水足跡在漢江干流水足跡中占比最大且上游的水資源可持續(xù)利用水平更高[8]；中國(guó)城鎮(zhèn)居民食物消費(fèi)水足跡隨著人口增多、食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變以及城鎮(zhèn)化進(jìn)程的推進(jìn)不斷增長(zhǎng)[9]；楊文娟等[10]的研究表明河南省碳足跡和水足跡不匹配的現(xiàn)象在各行業(yè)中普遍存在。上述研究大多集中于農(nóng)作物藍(lán)綠水計(jì)算、區(qū)域或流域水量分析以及單個(gè)生產(chǎn)部門的水足跡構(gòu)成等，對(duì)特定區(qū)域考慮其空間差異在較大時(shí)間尺度，同時(shí)從水量和水質(zhì)層面整體分析其水足跡動(dòng)態(tài)特征，并根據(jù)不同空間定位和用水結(jié)構(gòu)特征提出未來(lái)水資源發(fā)展建設(shè)性意見的研究相對(duì)較少。

內(nèi)蒙古地區(qū)地域遼闊，由于地理位置和氣候條件的差異，導(dǎo)致不同盟市間存在不同的水資源問(wèn)題。對(duì)整個(gè)內(nèi)蒙古區(qū)域進(jìn)行整體水足跡核算，難以適用于所有地方的水資源管理實(shí)踐，因此，以盟市為基本單元進(jìn)行水足跡核算對(duì)當(dāng)?shù)厮Y源管理更具現(xiàn)實(shí)意義，同時(shí)，通過(guò)對(duì)較大時(shí)間尺度(1998—2018年)不同盟市間的水足跡變化趨勢(shì)和用水結(jié)構(gòu)對(duì)比，既有助于了解內(nèi)蒙古地區(qū)缺水現(xiàn)狀的空間分布和發(fā)展規(guī)律，更有利于在未來(lái)精準(zhǔn)把握綠色發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展要義，以有效減緩半干旱區(qū)域水資源脅迫。目前關(guān)于內(nèi)蒙古地區(qū)的水資源相關(guān)研究鮮有涉及藍(lán)水、綠水、灰水足跡的年際間各地區(qū)對(duì)比的分析。因此，本研究擬以內(nèi)蒙古地區(qū)為研究對(duì)象，利用水足跡量化方法，以期分析1998—2018年區(qū)域水資源利用狀況并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行水資源評(píng)價(jià)，為更好地進(jìn)行水資源管理和配置提供理論參考。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

內(nèi)蒙古自治區(qū)位于北緯37°24′～53°23′，東經(jīng)97°12′～126°04′，總面積約118.3萬(wàn)km2，下轄9個(gè)地級(jí)市、3個(gè)盟；地貌以高原為主，西部地區(qū)屬溫帶大陸性氣候，東部地區(qū)為中溫帶季風(fēng)氣候，降雨集中在夏季，受地形和海洋遠(yuǎn)近的影響，自東向西逐漸遞減，全區(qū)水資源在空間上的分布極不均勻。區(qū)內(nèi)主要水系有黃河、額爾古納河、嫩江、西遼河、海灤河等，2018年全區(qū)水資源總量461.52億m3，較多年平均值減少15.5%，多數(shù)地區(qū)水資源緊缺。

1.2 研究方法

1.2.1水足跡量化方法

區(qū)域水足跡包括藍(lán)水足跡、綠水足跡和灰水足跡，計(jì)算公式[11]如下：

WFP=WFPblue+WFPgreen+WFPgrey

(1)

式中：WFP為總水足跡，m3/a；WFPblue為藍(lán)水足跡，m3/a；WFPgreen為綠水足跡，m3/a；WFPgrey為灰水足跡，m3/a。

藍(lán)水足跡指對(duì)地表水或地下水的消耗[6]，由農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活、生態(tài)藍(lán)水足跡組成，其中工業(yè)部門、生活部門和生態(tài)藍(lán)水足跡分別用各部門用水量與耗水率相乘而得[12]；農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡指農(nóng)業(yè)灌溉對(duì)地表水、地下水消耗[13]，計(jì)算公式為：

WFblue=10ETblue/Y

(2)

式中：WFblue為農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡，m3/a；ETblue為藍(lán)水蒸散發(fā)，mm/d；Y為作物產(chǎn)量，t/a；10為轉(zhuǎn)化系數(shù)。

綠水足跡指作物生長(zhǎng)的降雨消耗，計(jì)算公式如下：

WFPgreen=10ETgreen/Y

(3)

式中：WFPgreen為綠水足跡，m3/a；ETgreen為綠水蒸散發(fā)，mm/d；Y為作物產(chǎn)量，t/a；10為轉(zhuǎn)化系數(shù)。

ETblue和ETgreen參考文獻(xiàn)[12]根據(jù)彭曼公式計(jì)算，主要涉及有效降水量、日照時(shí)長(zhǎng)、平均氣溫、平均氣壓、平均風(fēng)速、平均水汽壓、相對(duì)濕度等氣象數(shù)據(jù)。

灰水足跡選擇點(diǎn)源污染灰水足跡和面源污染灰水足跡中的較大值[14-15]，其中點(diǎn)源污染是指工業(yè)和生活部門在用水過(guò)程中產(chǎn)生的污染，以化學(xué)需氧量為指標(biāo)；面源污染為農(nóng)業(yè)部門污染，以氮元素為指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算[16]：

(4)

(5)

式中：WFgrey為點(diǎn)源污染灰水足跡，m3/a；WFagr-grey為面源污染灰水足跡，m3/a；L為污染物排放負(fù)荷，kg/a；Cmax為達(dá)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的污染物最高濃度，kg/m3；Cnat為水體污染物初始濃度，kg/m3；α為氮肥淋失率；Appl為氮肥施用量，kg/a。

1.2.2水資源評(píng)價(jià)方法

借鑒已有研究方法[12,17-18]，對(duì)區(qū)域水資源利用現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，具體計(jì)算方法見表1。

表1 基于水足跡的區(qū)域水資源利用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Table 1 Indicator system of evaluating regional water resources utilization based on water footprint method

1.3 數(shù)據(jù)來(lái)源

水資源總量、各部門用水量以及耗水率等數(shù)據(jù)來(lái)自《內(nèi)蒙古自治區(qū)水資源公報(bào)》[19]，相關(guān)氣象數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)，工業(yè)和生活廢水化學(xué)需氧量(COD)排放量取自《內(nèi)蒙古自治區(qū)環(huán)境質(zhì)量狀況公報(bào)》[20]；本研究以我國(guó)GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[21]為指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)《內(nèi)蒙古自治區(qū)水資源公報(bào)》中水質(zhì)統(tǒng)計(jì)，選擇Ⅲ類水COD標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量濃度作為計(jì)算工業(yè)和生活部門灰水足跡的依據(jù)[16]，即Cmax=0.02 kg/m3。采用上述標(biāo)準(zhǔn)中硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)濃度限值作為計(jì)算農(nóng)業(yè)部門灰水足跡的依據(jù)。氮肥施用量來(lái)源于《內(nèi)蒙古自治區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒》[22]；氮肥淋溶率選取內(nèi)蒙古地區(qū)氮肥淋溶流失率10.84%[23]；Cnat為污染物質(zhì)在水體中的原始濃度，假設(shè)為0[24]。

2 結(jié)果與分析

2.1 全研究區(qū)總水足跡及其構(gòu)成

1998—2018年內(nèi)蒙古地區(qū)各部門水足跡大小如表2所示。由表2可知：全區(qū)總水足跡中，農(nóng)業(yè)藍(lán)水和綠水足跡始終占主導(dǎo)地位，其年平均值分別是320.52和176.60 億m3，二者在總水足跡中所占比例分別為72.43%和82.97%，表明農(nóng)業(yè)是內(nèi)蒙古地區(qū)水資源消耗的主要部門，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)給區(qū)域水資源帶來(lái)較大壓力；工業(yè)藍(lán)水足跡于2013年前緩慢增長(zhǎng)，2014—2018年呈下降趨勢(shì)，2003年之前研究區(qū)工業(yè)生產(chǎn)總值逐年上升，2013年研究區(qū)全面落實(shí)黨的十八大會(huì)議精神，在重大發(fā)展戰(zhàn)略部署中加快轉(zhuǎn)型升級(jí)，在一定程度上促進(jìn)工業(yè)藍(lán)水足跡的下降；1998—2018年生活藍(lán)水足跡為3.39～7.60 億m3，年際間變化幅度較小；生態(tài)藍(lán)水足跡2003—2018年增長(zhǎng)16.18 億m3，增長(zhǎng)率為344.26%?？傊芯繀^(qū)居民生活用水結(jié)構(gòu)近些年并未發(fā)生顯著改變，生態(tài)用水量大幅增加與近些年大規(guī)模生態(tài)建設(shè)有關(guān)，相關(guān)研究也顯示研究區(qū)植被面積增加[25]，植被生產(chǎn)力以增加為主，尤其森林和荒漠生態(tài)區(qū)植被生產(chǎn)力增加顯著[26]。

表2 1998—2018年內(nèi)蒙古地區(qū)水足跡構(gòu)成Table 2 Water footprint consumption of Inner Mongolia from 1998 to 2018 億m3

此外，1998—2018年全區(qū)灰水足跡始終取決于生活和工業(yè)灰水足跡之和，2006年之后生活灰水足跡占比較大，但生活廢水排放給區(qū)域水質(zhì)凈化造成一定程度壓力。農(nóng)業(yè)灰水足跡總體呈上升趨勢(shì)，到2015年達(dá)最大，2015年后呈緩慢降低趨勢(shì)，農(nóng)業(yè)灰水足跡自2013年起已超過(guò)工業(yè)灰水足跡，究其原因是氮肥施用量增加所造成的農(nóng)業(yè)灰水足跡增加，同樣可能會(huì)給區(qū)域水質(zhì)帶來(lái)不可忽視的負(fù)面影響。

2.2 各地級(jí)市總水足跡及其構(gòu)成

2.2.1藍(lán)水足跡

由圖1可見1998—2018年各地級(jí)市農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡波動(dòng)變化，且地級(jí)市間差異較大，其中烏海和阿拉善地區(qū)最低，2018年占比僅為全區(qū)的0.17%和3.18%，與當(dāng)?shù)馗孛娣e有限和農(nóng)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r有關(guān)，但阿拉善地區(qū)2018年農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡較1998年增長(zhǎng)404.43%，受到當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)觀光農(nóng)業(yè)發(fā)展的影響?！栋⒗泼?016年政府工作報(bào)告》中指出，要進(jìn)一步加快轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，包括“優(yōu)化一產(chǎn)，重點(diǎn)發(fā)展種植與養(yǎng)殖有機(jī)結(jié)合的生態(tài)農(nóng)牧業(yè)；做大三產(chǎn)，大力發(fā)展旅游專業(yè)村、農(nóng)牧家旅游點(diǎn)”[27]；同年阿拉善地區(qū)將“農(nóng)田牧場(chǎng)變景區(qū)、農(nóng)畜產(chǎn)品變旅游產(chǎn)品、農(nóng)牧民變?nèi)a(chǎn)服務(wù)人員”作為發(fā)展生態(tài)觀光農(nóng)業(yè)的主攻方向，打造生態(tài)農(nóng)業(yè)與旅游發(fā)展新業(yè)態(tài)，例如阿左旗大力推進(jìn)休閑農(nóng)牧業(yè)及鄉(xiāng)村旅游示范旗(縣)的創(chuàng)建，塔日阿圖嘎查建立100余畝溫室大棚并與周邊傳統(tǒng)農(nóng)田農(nóng)業(yè)有機(jī)結(jié)合，形成觀光、旅游、采摘于一體的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，帶動(dòng)其他生產(chǎn)模式相近的地區(qū)開展生態(tài)觀光農(nóng)業(yè)建設(shè)。巴彥淖爾、通遼和赤峰分別是年均農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡排名前三的地區(qū)，其中通遼和赤峰耕地面積較大，分別為107.16×104和108.30×104hm2，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較好，是內(nèi)蒙古地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要區(qū)域，這一結(jié)論與之前研究結(jié)果即通遼和赤峰市是內(nèi)蒙古農(nóng)畜產(chǎn)品生產(chǎn)基地和農(nóng)業(yè)資源保護(hù)的核心區(qū)域一致[28]。雖然巴彥淖爾耕地面積與上述兩個(gè)地區(qū)相比相對(duì)較小，為57.44×104hm2，但其有效降水量在作物生長(zhǎng)季僅為119.04 mm，使得在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中需要更多的灌溉水以滿足作物生長(zhǎng)的需要。

各地級(jí)市間工業(yè)藍(lán)水足跡差異較小，總體上2011年之前均呈上升趨勢(shì)，2013年后有所下降。依托于21世紀(jì)初內(nèi)蒙古地區(qū)大力推進(jìn)工業(yè)發(fā)展以及當(dāng)時(shí)工業(yè)產(chǎn)值增速穩(wěn)居全國(guó)第一的背景，各地級(jí)市工業(yè)藍(lán)水足跡大多在2010—2013年達(dá)到最大值，十八大以來(lái)，全區(qū)將工業(yè)發(fā)展重點(diǎn)轉(zhuǎn)移為創(chuàng)新轉(zhuǎn)型，圍繞綠色發(fā)展理念優(yōu)化升級(jí)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，工業(yè)藍(lán)水足跡開始出現(xiàn)下降趨勢(shì)。烏蘭察布工業(yè)藍(lán)水足跡處于全區(qū)末位，與其工業(yè)基礎(chǔ)和發(fā)展條件較差、工業(yè)發(fā)展相對(duì)較慢、工業(yè)項(xiàng)目規(guī)模偏小有關(guān)。

1998—2018年各地級(jí)市生活藍(lán)水足跡總體呈緩慢上升趨勢(shì)，其中赤峰地區(qū)最高，阿拉善地區(qū)最低，兩市在2018年相差1.10 億m3，與兩地常住人口數(shù)量差異較大(相差415.49 萬(wàn)人)的情況相符。自2003年起各地級(jí)市生態(tài)藍(lán)水足跡均呈上升趨勢(shì)，其中阿拉善地區(qū)生態(tài)藍(lán)水足跡最高且增速快，2018年達(dá)6.89 億m3，主要受到近年來(lái)西部生態(tài)脆弱區(qū)環(huán)境治理項(xiàng)目等的影響[29]；“十二五”時(shí)期呼倫湖生態(tài)環(huán)境綜合治理工程的大力推進(jìn)使得呼倫貝爾地區(qū)生態(tài)藍(lán)水足跡發(fā)生一定變化，2010年較前年增長(zhǎng)375.56%，到2018年增至4.76 億m3；烏蘭察布生態(tài)藍(lán)水足跡最小，2018年僅為0.1 億m3。

1998—2018年內(nèi)蒙古各地級(jí)市人均藍(lán)水足跡用水結(jié)構(gòu)組成結(jié)果見圖1。由圖1可知：各地級(jí)市人均藍(lán)水足跡差異顯著，研究期間阿拉善和巴彥淖爾地區(qū)人均藍(lán)水足跡均值最高，且與其他地區(qū)差異顯著，烏海地區(qū)最低。阿拉善地區(qū)人均藍(lán)水足跡為烏海的12.55 倍，其人均農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活、生態(tài)藍(lán)水足跡均為全區(qū)前二的水平，其中人均生態(tài)藍(lán)水足跡更是遙遙領(lǐng)先，主要原因是該地區(qū)人口數(shù)量較少，至2018年僅為24.94 萬(wàn)人；從各地區(qū)用水結(jié)構(gòu)來(lái)看，除阿拉善和烏海地區(qū)之外，其余各地級(jí)市均為人均農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡較高，同樣說(shuō)明總體上農(nóng)業(yè)是研究區(qū)用水量依賴度高的產(chǎn)業(yè)，其中巴彥淖爾地區(qū)人均農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡全區(qū)最高，與當(dāng)?shù)厥茄芯繀^(qū)主要糧食產(chǎn)區(qū)有關(guān)，發(fā)展節(jié)水技術(shù)、優(yōu)化作物布局均有助于減小區(qū)域農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡，進(jìn)而緩解區(qū)域水資源壓力。人均生活藍(lán)水足跡在人均藍(lán)水足跡中占比最小，且在各地級(jí)市之間差距不大，除鄂爾多斯和阿拉善地區(qū)超過(guò)40 m3/人以外，其余地區(qū)均為25 m3/人左右，說(shuō)明生活藍(lán)水足跡基本是由人口數(shù)量所決定的。烏蘭察布為人均工業(yè)藍(lán)水足跡最少的地區(qū)，與其總工業(yè)藍(lán)水足跡結(jié)果一致，而該地區(qū)人均農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡為人均工業(yè)藍(lán)水足跡的109.46 倍，進(jìn)一步反映了該地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉是用水大戶[30]。

圖1 1998—2018年內(nèi)蒙古各地級(jí)市人均藍(lán)水足跡用水結(jié)構(gòu)組成Fig.1 Water utilization structure of per capita blue water footprint of each city in Inner Mongolia from 1998 to 2018

2.2.2綠水足跡

1998—2018年內(nèi)蒙古地區(qū)綠水足跡構(gòu)成結(jié)果見圖2。由于綠水足跡受氣象因素等的影響，研究區(qū)總綠水足跡在20年間呈現(xiàn)波動(dòng)變化的整體趨勢(shì)。由圖2可知：呼倫貝爾、赤峰、通遼、興安盟地區(qū)綠水足跡較高，研究期間年均值均高于24 億m3，阿拉善和烏海地區(qū)綠水足跡最低，年均值不足0.3 億m3，根據(jù)綠水足跡的計(jì)算公式，降水量的差異可能是造成地區(qū)差異顯著的主要原因。阿拉善和烏海地區(qū)降雨量不足，在作物生長(zhǎng)季分別為70.89 mm、152.37 mm，同時(shí)由于烏海地區(qū)面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他地區(qū)，耕地面積和農(nóng)作物產(chǎn)量較少，因此其綠水足跡和農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡在全區(qū)均最低。呼倫貝爾、赤峰和通遼的耕地面積始終為全區(qū)前三，降水相對(duì)比較充沛，基本可以滿足作物生長(zhǎng)所需。

圖2 1998—2018年內(nèi)蒙古地區(qū)綠水足跡構(gòu)成Fig.2 Green water footprint consumption of Inner Mongolia from 1998 to 2018

2.2.3人均及平均耕地面積藍(lán)綠水足跡

1998—2018年內(nèi)蒙古各地級(jí)市人均、平均耕地面積藍(lán)綠水足跡空間差異如圖3所示。分別對(duì)比各地區(qū)人均藍(lán)水足跡和平均耕地面積農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡以及人均、平均耕地面積綠水足跡，可以看出結(jié)果基本一致。阿拉善和巴彥淖爾人均藍(lán)水足跡和平均耕地面積農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡為全區(qū)最大，但人均和平均耕地面積綠水足跡相對(duì)較小，這與當(dāng)?shù)亟涤炅枯^少，無(wú)法在作物生長(zhǎng)期間提供足夠水資源有關(guān)，因此只能依靠灌溉，而灌溉用水量增加使得當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡較大，興安盟則呈現(xiàn)相反的規(guī)律。

圖3 1998—2018年內(nèi)蒙古各地級(jí)市人均及平均耕地面積藍(lán)、綠水足跡空間差異Fig.3 Spatial differences of per capita and average cultivated area blue/green water footprint of every city from 1998 to 2018

呼和浩特和烏蘭察布兩個(gè)地區(qū)位置相鄰且總藍(lán)水足跡和綠水足跡均相差不大，但由于兩個(gè)地區(qū)發(fā)展定位和城市特征不同，烏蘭察布耕地面積為呼和浩特的1.55 倍，人口數(shù)量?jī)H為呼和浩特的76.14%。從人口和耕地面積兩個(gè)層面進(jìn)行分析，兩個(gè)地區(qū)所承受的水資源壓力呈現(xiàn)不一樣的特征。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面，呼和浩特單位耕地面積消耗更多的水資源，而烏蘭察布人均消耗水資源更多，所以在后續(xù)水資源配置實(shí)踐中，應(yīng)充分考慮不同要素的影響，以實(shí)現(xiàn)水資源的高效利用。

2.3 水資源利用評(píng)價(jià)

圖4反映1998—2018年內(nèi)蒙古地區(qū)水資源壓力指數(shù)、水質(zhì)性缺水指數(shù)和水足跡經(jīng)濟(jì)效益的走勢(shì)。其中水資源壓力指數(shù)沒(méi)有明顯變化規(guī)律，但一直處于較高水平，年均值為0.86，說(shuō)明全區(qū)始終面臨著可利用水資源不足以供給生產(chǎn)生活生態(tài)需水的問(wèn)題，這主要是由藍(lán)水資源消耗引起的。西部大開發(fā)戰(zhàn)略實(shí)施十年間，研究區(qū)相繼建成綽勒、尼爾基、萬(wàn)家寨水利樞紐等一大批控制性大中型骨干工程[31]，這些工程的建成使用有效緩解了2010年之前內(nèi)蒙古水利基礎(chǔ)設(shè)施相對(duì)薄弱、部分地區(qū)地下水超采現(xiàn)象嚴(yán)重的問(wèn)題?！笆濉币詠?lái)，內(nèi)蒙古繼續(xù)加大水利項(xiàng)目投入，實(shí)施重點(diǎn)水庫(kù)樞紐和調(diào)水工程，緩解區(qū)域水資源供水壓力。2007年內(nèi)蒙古地區(qū)水資源總量為295.86 億m3，2013年為959.91 億m3，2013年水資源壓力指數(shù)與2007年相比減小了81.50%，該期間水資源壓力指數(shù)整體呈下降趨勢(shì)。2013—2017年水資源壓力指數(shù)逐年上升，主要是區(qū)域藍(lán)水足跡的增多導(dǎo)致的，其中起主要作用的是農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡，農(nóng)業(yè)灌溉用水成為區(qū)域水資源壓力的主要影響因素。區(qū)域水質(zhì)性短缺指數(shù)較為穩(wěn)定，年平均值為0.32，說(shuō)明研究區(qū)總體上尚不存在水質(zhì)性缺水問(wèn)題。全區(qū)水足跡經(jīng)濟(jì)效益于2012年前持續(xù)增長(zhǎng)，且增長(zhǎng)速度較快，之后有所降低，到2018年又小幅上升，水足跡效益的增長(zhǎng)說(shuō)明消耗等量水資源所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值越來(lái)越多，是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)化創(chuàng)新和綠色發(fā)展的體現(xiàn)。

圖4 1999—2018年內(nèi)蒙古水資源壓力指數(shù)(a)、水質(zhì)性缺水指數(shù)(b)和水足跡經(jīng)濟(jì)效益變化趨勢(shì)(c)Fig.4 Index of water pressure (a), water quality degradation (b) and water footprint economic benefits (c) of Inner Mongolia variation tendency from 1999 to 2018

各地級(jí)市水資源壓力指數(shù)和水足跡經(jīng)濟(jì)效益在1999—2018年的變化趨勢(shì)見圖5。兩個(gè)指標(biāo)在不同地區(qū)之間均差距顯著，只有呼倫貝爾、興安盟和阿拉善地區(qū)在部分年間水資源壓力程度為低或中-低，其余盟市均始終處于高水資源壓力狀態(tài)，其中烏海、巴彥淖爾的水資源壓力更為嚴(yán)重。雖然烏海地區(qū)藍(lán)水足跡和綠水足跡均為全區(qū)最低，但由于其轄市面積小、可利用水資源量少，現(xiàn)有的水足跡量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其可以承受的范圍，同時(shí)其水足跡經(jīng)濟(jì)效益顯著高于其他地區(qū)，說(shuō)明水資源利用為區(qū)域發(fā)展帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益和積極的社會(huì)影響，但在后續(xù)發(fā)展中必須堅(jiān)持走可持續(xù)發(fā)展道路，把生態(tài)保護(hù)放在首位。呼倫貝爾和興安盟地區(qū)目前面臨水資源壓力相對(duì)較低，水資源開發(fā)潛力相對(duì)較大，可以通過(guò)促進(jìn)水資源合理利用、優(yōu)化水資源配置提高其經(jīng)濟(jì)效益。

圖5 1999—2018年內(nèi)蒙古各地級(jí)市水資源壓力指數(shù)(a)和水足跡經(jīng)濟(jì)效益變化趨勢(shì)(b)Fig.5 Variation tendency of water pressure index (a) and water footprint economic benefits (b) of every city from 1999 to 2018

2.4 水足跡影響因素

為找到影響內(nèi)蒙古地區(qū)農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡和綠水足跡的顯著變量，對(duì)其分別進(jìn)行逐步回歸分析，結(jié)果如表3所示。耕地面積、降水量和作物產(chǎn)量這三個(gè)變量被保留，其中耕地面積對(duì)農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡和綠水足跡的影響更為顯著，相關(guān)系數(shù)分別是1.434和0.387，均為正向影響；降水量對(duì)研究區(qū)農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡為負(fù)向影響，而對(duì)綠水足跡為正向影響；作物產(chǎn)量對(duì)綠水足跡影響顯著，為正向；其他自變量在逐步回歸中被去除，表明日照時(shí)長(zhǎng)、相對(duì)濕度、人口數(shù)量與內(nèi)蒙古地區(qū)農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡和綠水足跡之間均不存在顯著相關(guān)性。

表3 1998—2018年內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡、綠水足跡的逐步回歸分析Table 3 Multiple linear regression analysis of the agricultural blue water footprintand green water footprint of Inner Mongolia from 1998 to 2018

對(duì)1998—2018年內(nèi)蒙古各地級(jí)市耕地面積、降水量、水資源總量和水資源壓力年均值進(jìn)行計(jì)算，以期分析造成不同地區(qū)之間水資源壓力差距顯著的原因，結(jié)果見表4。由表4可知：呼倫貝爾、興安盟和錫林郭勒盟單位耕地面積可用水資源量較高，農(nóng)業(yè)種植用水對(duì)區(qū)域水資源造成的壓力相對(duì)較小。反觀巴彥淖爾、烏蘭察布和包頭，單位耕地面積可用水資源量遠(yuǎn)小于其他地區(qū)，這與巴彥淖爾是我國(guó)主要糧食產(chǎn)區(qū)和灌溉區(qū)[32]、烏蘭察布種植大戶過(guò)度集約利用[33]以及包頭農(nóng)業(yè)灌溉水量不足[34]有關(guān)，這些現(xiàn)象的發(fā)生使得區(qū)域水資源壓力增大，合理配置農(nóng)業(yè)用水是當(dāng)下關(guān)鍵任務(wù)。烏海地區(qū)水資源壓力遠(yuǎn)超于其他地區(qū)，最直接原因是其水資源總量極其匱乏，地下水超采、濫采和優(yōu)質(zhì)低用對(duì)水資源環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重威脅，地下水位下降速度逐年加快，部分區(qū)域已形成降落漏斗[35]，加強(qiáng)水源涵養(yǎng)，提高用水效率是重中之重。

表4 1998—2018年各地級(jí)市部分指標(biāo)年均值對(duì)比Table 4 Average of some indicators of every city from 1998 to 2018

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡和綠水足跡之和體現(xiàn)農(nóng)業(yè)種植的水資源消耗量，在研究區(qū)總水足跡中占比最大，年均值為80.30%，二者在農(nóng)業(yè)水資源消耗中平均占比分別為63.91%和36.09%，說(shuō)明研究區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展更依賴于灌溉水。將內(nèi)蒙古地區(qū)農(nóng)業(yè)水足跡構(gòu)成與河北[36]和新疆地區(qū)[37]進(jìn)行對(duì)比，在較長(zhǎng)的時(shí)間跨度下，河北地區(qū)綠水足跡與農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡占比始終相差不大，多年平均差值僅為2.90%；而新疆地區(qū)同樣表現(xiàn)為農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡顯著高于綠水足跡，1988—2015年間，新疆地區(qū)綠水足跡占比平均為17.05%，說(shuō)明區(qū)域農(nóng)業(yè)用水結(jié)構(gòu)與降水量有較為密切的關(guān)系，綠水足跡在干旱條件下更低。

表3的研究結(jié)果表明農(nóng)作物種植面積增大會(huì)導(dǎo)致農(nóng)業(yè)需水(包括降雨和灌溉用水)增多，與新疆地區(qū)農(nóng)業(yè)水足跡增長(zhǎng)的核心驅(qū)動(dòng)因素是農(nóng)作物種植規(guī)模擴(kuò)張[37]的研究結(jié)果一致。內(nèi)蒙古地區(qū)農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡、綠水足跡和氣象因素的相關(guān)性分析結(jié)果與山西省[38]對(duì)比可知，兩省農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡與降水量均呈顯著負(fù)相關(guān)，但包括降水量、日照時(shí)長(zhǎng)和相對(duì)濕度在內(nèi)的氣象因素對(duì)于內(nèi)蒙古地區(qū)綠水足跡的影響與農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡相反，而山西省并不呈現(xiàn)此規(guī)律，說(shuō)明內(nèi)蒙古作為干旱半干旱區(qū)域，其綠水足跡對(duì)氣象因素尤其是降水量的依賴度更高。全國(guó)尺度的研究[39]與本研究結(jié)果均表明內(nèi)蒙古地區(qū)農(nóng)業(yè)水資源短缺狀況已超出全國(guó)平均值，由于研究區(qū)藍(lán)水足跡占據(jù)總水足跡的主導(dǎo)地位，為保障區(qū)域生態(tài)安全，需把降低藍(lán)水足跡尤其是農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡作為調(diào)整用水結(jié)構(gòu)的工作著力點(diǎn)。

研究區(qū)整體水資源壓力較高，年均值為0.86，與其他省級(jí)行政區(qū)[17]對(duì)比，內(nèi)蒙古地區(qū)水資源壓力位于全國(guó)前列，由表4可知：烏海、巴彥淖爾、包頭和烏蘭察布地區(qū)年均水資源壓力指數(shù)已超過(guò)全國(guó)水資源壓力指數(shù)最高的寧夏地區(qū)(壓力指數(shù)為4.07)，研究區(qū)水資源環(huán)境問(wèn)題亟待解決，控制區(qū)域水足跡、緩解用水壓力是可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程中不容忽視的重要任務(wù)。

3.2 結(jié)論

本研究從藍(lán)水、綠水、灰水層面定量分析了內(nèi)蒙古地區(qū)1998—2018年水足跡時(shí)空變化規(guī)律，得出以下結(jié)論：

1)1998—2018年內(nèi)蒙古地區(qū)總水足跡整體呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢(shì)，其中農(nóng)業(yè)藍(lán)綠水足跡占總水足跡主導(dǎo)地位，工業(yè)藍(lán)水足跡和生態(tài)藍(lán)水足跡均保持增長(zhǎng)趨勢(shì)。因此優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，限制高耗水行業(yè)發(fā)展對(duì)研究區(qū)尤為重要；

2)各地級(jí)市間人均藍(lán)綠水足跡差異明顯，農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡在人均藍(lán)水足跡中占比更高，人均農(nóng)業(yè)藍(lán)綠水足跡最多的地級(jí)市分別是巴彥淖爾和興安盟，究其原因與當(dāng)?shù)貧庀髼l件、作物種植規(guī)模和人口數(shù)量密切相關(guān)，大力發(fā)展節(jié)水技術(shù)、提高用水效率、改變灌溉方式、優(yōu)化作物布局可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)水足跡的有效控制；

3)灰水足跡始終由生活和工業(yè)灰水足跡所決定，雖然研究期間研究區(qū)總體水質(zhì)性短缺指數(shù)較低，尚且不存在水質(zhì)性缺水問(wèn)題，但近年來(lái)農(nóng)業(yè)灰水足跡增幅明顯，為防止水質(zhì)惡化，可適當(dāng)控制氮肥施用量，提高氮肥利用率，同時(shí)考慮將其他污染物納入?yún)^(qū)域灰水足跡量化分析；

4)全區(qū)整體水資源壓力較高，水資源環(huán)境問(wèn)題亟待解決。雖然烏海地區(qū)水足跡總量最低、人均藍(lán)綠水足跡最少，但由于其水資源極其匱乏，水資源壓力顯著高于其他地區(qū)。為保障區(qū)域生態(tài)安全，需根據(jù)各地區(qū)實(shí)際情況制定具體水足跡減量目標(biāo)，通過(guò)制定相關(guān)激勵(lì)機(jī)制，如水足跡稅、水足跡減量補(bǔ)貼等，引導(dǎo)全社會(huì)投入到控制水資源壓力的實(shí)際行動(dòng)中。