基于ESTDA模型的中国水生态足迹及水生态压力评价

基于水足迹视角,测度了中国31个省份2000-2018年的水生态足迹广度、深度及水生态压力,采用ESTDA框架对其时空动态特征进行分析。结果表明：①研究期内,中国水生态足迹总量呈波动上升态势;水生态承载力波动幅度较大,空间分布格局整体呈现自东南向西北逐渐较少的趋势。②水生态足迹广度与水生态承载力呈同步变化趋势,整体上已接近水资源可提供的流量资本上限,各省市水生态足迹深度差异较大。③研究期内,水生态压力指数小于1的区域与水生态足迹深度为1的区域相吻合,水生态压力指数大于1的区域主要分布在华北及西北地区。④LISA时间路径表明,水生态足迹广度、深度及水生态压力的整体空间格局均具有较强的稳定性;三者的局部空间结构在空间依赖方向上的稳定性依次加强;空间格局演化的空间整合性呈现水生态足迹深度 > 水生态压力 > 水生态足迹广度,空间上,水生态足迹广度正向协同增长省份主要集中于南方省份,而水生态足迹深度和水生态压力正向协同增长区则分布于华北、西北地区;各要素的空间分布格局表现出较强的路径依赖及锁定特征。     

中国省际水足迹强度收敛的空间计量分析

计算了1997—2010年中国31个省市的水足迹强度,整体呈现明显下降趋势;运用全局Moran's I指数探讨中国各省市水足迹强度空间自相关模式,发现1997—2010年水足迹强度显示出全局正的自相关,自相关程度逐年增大。基于省际水足迹强度的面板数据,空间计量收敛分析结果表明中国各省市水足迹强度存在绝对β收敛,空间因素在水足迹强度收敛过程中起到重要作用。在考虑了空间效应情况下,收敛时间明显延长。通过条件β收敛检验,人均GDP、人均水足迹、工业水足迹强度、教育经费比重、外商直接投资、市场化程度均在不同程度上影响着水足迹强度收敛。在标准条件β收敛模型中人均GDP和工业水足迹强度分别正向和负向显著影响水足迹强度的收敛,而在空间滞后模型和空间误差模型中的条件β收敛中只有人均水足迹负向显著影响水足迹强度的收敛。最后对中国水资源利用效率健康发展提出了相应的政策建议。     

三江平原粮食作物生产水足迹时空特征及影响因素

水足迹是评价人类活动对水资源开采和水环境污染程度的重要方法,对农作物生长过程的绿水足迹、蓝水足迹和灰水足迹进行量化和分析,可以为农业用水综合评价和用水管理提供指导。以三江平原为研究区域量化粮食作物生产水足迹的时空特征,揭示粮食生产对区域水资源的占用情况,并分析水足迹的影响因素。结果表明:(1)三江平原粮食生产水足迹总量在2005-2018年间呈显著增加趋势,其中绿水足迹、蓝水足迹和灰水足迹在水足迹总量中的占比历年平均为28%、8%和64%;(2)粮食生产水足迹空间差异明显,在地市尺度,佳木斯市水足迹最高,占三江平原总量的47%,在县区尺度,富锦市、依兰县和桦南县是水足迹热点地区;(3)只考虑蓝水足迹,粮食生产给三江平原水资源造成轻度压力,而同时考虑蓝水和灰水足迹,粮食生产给三江平原水资源造成重度压力;各地市间水资源压力有较大差异,其中佳木斯市负担了该区域将近一半的粮食产量,水资源压力最高,鹤岗市则水资源压力最低;(4)降雨量、灌溉水利用效率、化肥施用量、粮食种植结构和作物单产水平等都会影响粮食作物生产水足迹,其中蓝水足迹响应种植结构的变化最敏感,灰水足迹响应化肥施用量的变化最敏感,而水足迹总量响应作物单产水平的变化最敏感。因此,建议减少化肥施用量、提高作物单产水平和优化作物种植结构纳入区域水资源可持续管理之中。     

中国生态地理区城市水资源利用效率时空分异特征

我国水资源面临的形势十分严峻，水资源短缺、水污染严重、水生态环境恶化等问题突出，已成为制约社会经济可持续发展的主要瓶颈。基于分类数据包络分析（Categorical DEA）对2007-2016年中国生态地理区城市水资源利用效率进行测算，对其时间变化、空间分布以及空间收敛性进行分析。结果表明：1）2007-2016年期间全国城市水资源利用效率总体处于低效率状态，随时间高低交错波动式发展，整体呈先降后升势态；2）生态地理区城市水资源利用综合效率由高到低依次为温带干旱区、温带半干旱区、温带半湿润区、温带湿润区、亚热带湿润区，呈西北向东南逐渐递减的空间分布格局，生态地理区纯技术效率区间差异较大，但空间分布规律不显著，区域规模效率间差距小，且无明显空间分布规律；3）纯技术效率低效是制约全国水资源利用综合效率提升的主要因素，生态地理区间纯技术效率巨大差距导致全国纯技术效率整体低效，也是全国水资源利用综合效率低效的根本原因；4）生态地理区水资源利用综合效率区域差距逐渐缩小，主要是因为高效率区域效率值向低效率区域靠拢，区域间低效向高效的"追赶效应"不明显。     

中国生态地理区城市水资源利用效率及影响因素

水资源利用效率是落实最严水资源管理制度和水生态文明建设的重要内容,是中国国民经济社会发展的重要战略问题。通过分类数据包络分析模型对2007-2016年中国生态地理区城市水资源利用效率进行测算,分析全国和生态地理区城市水资源利用效率特征,采用Tobit回归模型探讨中国和生态地理区城市用水效率的影响因素。研究结果表明：我国城市水资源利用效率普遍较低,全国水资源效率均值呈现先下降后上升波动式发展,全国城市间用水效率差距在缩小。生态地理区水资源利用效率差异显著,温带干旱区、温带半干旱区、温带半湿润区、温带湿润区和亚热带湿润区用水效率依次递减,区域间水资源效率差异在逐渐减小。城市人口、土地利用结构、经济发展水平、产业结构与全国城市水资源利用效率呈显著正相关,而城市供水、用水结构、水资源管理政策则表现为显著负相关性。     

水足迹研究进展

水为生命之源,水资源的合理分配与科学管理是区域可持续发展与流域综合管理的核心环节;水足迹作为一种全面核算人类活动对水资源真实占用的综合指标,将人类消费终端与水资源利用密切关联,为维护流域水资源安全、提高区域水资源利用效率提供了重要的科学依据,已成为当前国际水资源管理的前沿研究领域。在明确水足迹及水资源生态足迹相关概念的基础上,对比分析了水足迹与生态足迹、水资源生态足迹模型的异同,明晰了过程、产品及区域等不同研究对象的水足迹核算方法,系统梳理了产品和区域水足迹评价、基于水足迹的区域水资源安全研究、区域水足迹可持续性分析等水足迹主要研究内容的近今进展,并展望了进一步的重点研究方向,即水足迹综合研究、水足迹评价不确定性分析、水足迹与物质流核算的关联研究,以及基于足迹整合的可持续发展多维测度等。     

河南省夏玉米生产水足迹区域差异

作物生产水足迹是衡量整个作物生产过程中水资源利用状况的综合指标,能清晰地反映出水资源消耗类型、数量以及用水效率,为农业水资源管理评价提供了全新的思路。本研究在计算玉米单产的基础上,分析了1990—2015年河南省6个玉米种植区生产水足迹的时空差异。结果表明:河南省玉米生产水足迹呈现先波动下降后趋于平稳的态势;不同产区的生产水足迹差别较大,其中豫西玉米生产水足迹最高,豫东、豫中南、豫北的生产水足迹低于河南省平均值;绿水是河南省玉米生产需水的主要组成部分,占生产水足迹的80%以上;在时空分布上,均表现为生育期间降水量越低,绿水生产足迹所占比越高;基于对6个玉米种植区水足迹的分析,建议对豫西、豫南等玉米生产水足迹较高的区域,应推广抗逆性强的品种,提高水分利用效率,缩减玉米种植面积,而豫东、豫中南和豫北3个区域玉米生产水足迹较低,属于玉米种植优势地区,应保持或扩大玉米种植面积。     

基于投入产出方法的甘肃省水足迹及虚拟水贸易研究

随着社会化进程的加快,地处西北内陆的甘肃省正面临日益严峻的水资源短缺危机,社会经济发展受到一定程度的制约,水生态环境也呈现出恶化的趋势。水足迹是近年来提出的衡量人类活动对于水生态系统影响的指标,能够帮助决策者制定水资源管理及保护的政策,从而实现地区水资源的可持续利用。运用单区域投入产出方法计算并分析了甘肃省1997、2002和2007年第一产业、第二产业和第三产业部门的虚拟水强度、水足迹以及虚拟水贸易情况。结果显示:(1)甘肃省第一产业的虚拟水强度最高,但呈现出逐年下降的趋势,水足迹也因此有所下降;(2)虚拟水贸易方面,甘肃省以虚拟水净出口为主,尤其是第一产业,每年虚拟水净出口量约全省总水资源量的10%。建议甘肃省继续巩固已有的节水成果,调整产业结构,大力发展节水型产业和高新技术产业。同时建议适当调整贸易格局,合理控制虚拟水出口,以缓解当地水资源短缺危机,保障地区水安全与生态安全。     

基于空间面板STIRPAT模型的水足迹影响因素分析——以山东省为例

随着中国水资源供需矛盾加剧，虚拟水成为地区水资源管理中不可或缺的一环，为提高地区水资源综合利用效率和探索水资源区域一体化管理提供了新思路。采用"自下而上"法核算了山东省17个城市农业、工业、生活、生态与灰水足迹，在分析2009-2018年水足迹时空分布规律基础上，综合运用探索性空间数据分析方法、面板数据STIRPAT模型和空间杜宾模型，揭示了水足迹的空间自相关特征，量化分析了人口数量、富裕程度、技术进步、城镇化和产业升级等影响因素对水足迹的本地影响效应与空间溢出效应。结果显示：①2009-2018年山东省水足迹总量均呈现波动上升的变化趋势；空间布局上呈现东部沿海和西部平原水足迹高，中部山地水足迹低的特点。②山东省水足迹具有正向的空间自相关性，相比地理位置相邻，水足迹的空间相关性受人口数量因素影响更大，表现出明显的"高高"聚集和"低低"聚集特征，但是受到经济因素的主要影响，区域间水足迹空间相关性随时间发展逐渐下降。③人口数量是山东省水足迹增长的重要来源，经济增长是推动各地区间水资源竞争关系的最重要因素。城镇化能够缓解本地水资源压力，技术进步和产业升级不仅能缓解本地水资源压力，而且通过空间溢出效应有效缓解临近地区水资源压力，是实施水资源区域一体化管理策略的重要着眼点。     

中国水生态足迹广度、深度评价及空间格局

运用生态足迹方法对水资源进行流量资本和存量资本区分,测算分析了中国31个省市1997—2014年的水生态足迹广度与深度。结果显示:(1)中国的水生态足迹广度受年际水资源量丰枯影响,总体呈波动趋势;各省市的水生态足迹广度存在着明显差异,南方地区水生态足迹广度普遍大于北方地区;(2)研究期内,中国的水生态足迹深度只有1998年为1,其余年份的水资源流量资本已不能满足人类生产生活的需求,需要消耗水资源存量资本;各省市之间水生态足迹深度相差较大,整体上北方高南方低,其中14个省份18年的平均水生态足迹深度为1,平均水生态足迹深度最高的地区是宁夏的308.12;(3)运用空间自相关方法对31个省市的水生态足迹广度和深度进行分析得出,中国省际水生态足迹广度与深度均存在明显的空间集聚现象。水生态足迹广度H-H集聚地区主要集中在中国南方地区,水生态足迹深度H-H集聚地区主要集中在中国北方地区。通过对全国水生态足迹广度与深度的测度分析为水生态足迹分析提供新的研究方法,同时也为区域水资源可持续利用提供理论依据。     

中国省际灰水足迹测度及荷载系数的空间关联分析

借鉴Hoekstra等提出的灰水足迹计算公式,从农业、工业及生活三方面计算了1998—2012年中国31个省市(自治区)的灰水足迹及其灰水足迹荷载系数。结果表明:1研究期间全国灰水足迹呈现波动趋势,1998年至2006年的灰水足迹呈现波动上升趋势;2007年开始,全国灰水足迹呈现下降趋势;农业在总灰水足迹的贡献率最高、工业最低;231个省市(自治区)15a灰水足迹荷载系数整体呈现小幅波动趋势。在全国内部也存在着明显的地区差异,大体分为5类,分别为高荷载地区、较高荷载区、中度荷载区、较低荷载区、低荷载区。3借助全局与局部空间自相关对全国31个省市(自治区)灰水足迹荷载系数进行空间关联格局分析可知,中国省级灰水足迹存在空间集聚现象且集聚现象逐渐减弱,其中H-H集聚区主要集中在华北地区,L-L集聚区主要集中在南方与青藏地区。通过全国灰水足迹测度与灰水足迹荷载系数空间关联格局分析为灰水足迹分析提供新的研究思路同时为区域可持续发展提供理论支持。     

中国人均灰水生态足迹变化驱动效应测度及时空分异

将传统灰水足迹和水生态足迹方法相结合,运用扩展的Kaya恒等式和LMDI指数分解方法对中国各省市的人均灰水生态足迹变化的驱动因素进行测度分析,充分考虑了资本和劳动力因素,选取经济活度效应,资本深化效应,资本效率效应,足迹强度效应,环境效率效应5个效应对人均灰水生态足迹变化的影响,结合ISODATA聚类模型对各效应进行空间聚类,从而分析各效应的空间特征。结果显示:中国人均灰水生态足迹产出变化是这5种因素共同作用的结果,资本深化效应和经济活度效应具有增量效应特点,而环境效率效应、足迹强度效应、资本效率效应呈减量效应特点;在各驱动效应的的强弱对比中,资本深化效应和足迹强度效应的特征较为明显。经济发展带动了科技进步也使得用水效率不断提高是足迹强度效应呈减量效应的主要原因;而工业化阶段经济向资本密集型转变是资本效率下降的主要原因。研究对中国灰水生态变化与资本要素之间的关系进行了探讨,对环保政策的调整及水资源可持续利用研究具有一定的参考价值。     

Comprehensive evaluation of eco-environmental resources in the main grain-producing areas of China

By evaluating the eco-environmental resources of China's major grain-producing regions, the development status of the eco-environmental resources in major grain-producing regions of China was clarified. This is of great significance in maintaining green and sustainable agricultural development and ensuring food security. This paper takes 13 major grain-producing regions in China as the study area, constructs the eco-environment index system by using the Driver-Pressure-State-Impact-Response (DPSIR). The average annual growth rate represents the dynamic changes of each indicator, and the random forest model by using Jupyter Notebook is selected to evaluate the current state of development of the eco-environment resources from 2005 to 2020. The combination of dynamic and static evaluation of the eco-environmental resources is more conducive to decision makers to keep abreast of developments in the eco-environmental resources. The results show that: Firstly, there are differences between static and dynamic conditions that more number of important indicators in static conditions than in dynamic conditions, and the number of important indicators located at the driving force criterion level is higher. Secondly, under static conditions, the evaluation results of eco-environmental resources show an overall upward trend (4.10 in 2005 and 4.65 in 2020); under dynamic conditions, the evaluation results of eco-environmental resources show an overall downward trend (4.35 in 2005 and 4.13 in 2020). Thirdly, there are differences in spatial distribution. Under static conditions, the spatial distribution of regional eco-environmental resource levels is generally “high in the north and low in the south”, while under dynamic conditions, it is “high in the south and low in the north”. Finally, according to the different important indicators in the north and south, the northern region should develop plans to increase the penetration rate of agricultural mechanization and improve the efficiency of water resources utilization, while the southern region should pay more attention to the development of green agriculture, accelerate the construction of urbanization, and improve the efficiency of water resources utilization.     

甘肃省生境质量变化的图谱特征

生境质量是影响地区生态系统服务价值和保护地球生态系统中生物多样性的重要因素。以地处三大自然区交汇带的甘肃省为研究对象,在定量估算地区2000—2018年生境质量水平基础上,基于图谱变化分析理论和InVEST模型,探索地区生境质量时空分异格局及其图谱转移状态和变化强度。结果表明: 2000—2018年,甘肃省生境质量总体维持中等水平并略有提升,在空间上自北向南呈逐级递增的阶梯式变化特征,在数量上则高低并存;从图谱转移视角分析,甘肃省生境质量格局较为稳定,未发生状态转移的图谱单元占主导,而在发生了生境质量状态转移的图谱单元中,“较高较低”、“较高高”、“较高低”这6类状态间的互换转移最显著,空间分布也较为集聚; “北剧南和”是甘肃省生境质量变化强度的主要格局,自北向南依次为“强变区”、“复合区”、“温缓区”和“平和区”4类变化强度区。     

基于灰水足迹的中国城市水资源可持续利用综合评价

随着城市化的快速发展，中国城市水资源面临着水资源短缺与水环境恶化等挑战，因此加强城市水资源可持续利用对于中国可持续发展具有重要意义。基于灰水足迹核算对2016年中国地级市水资源可持续利用情况进行综合评价。研究结果表明：（1）中国城市灰水足迹水平差异大，平均值为23.40×10⁸ m³，主要集中在20.00×10⁸ m³以下。中国城市农业源灰水足迹比例占比主要在70%以上，工业源比例占比主要在20%以下，而生活源比例占比在40%以下；（2）全国灰水经济生产率在12.45-857.31元/m³范围内，地区差异明显。33%城市灰水足迹荷载系数均大于1，全国地级市灰水足迹荷载系数平均值为1.16，城市水资源利用已对水环境产生污染压力，用水不可持续；（3）城市水资源开发率与灰水足迹荷载系数呈一定程度的正相关关系，说明了城市发展对水资源利用的"量"和"质"的压力作用具有一定的协同关系；（4）水资源可持续利用程度呈现大型城市 > 特大型城市 > 超大型城市 > 中小型城市，城市发展一定程度上有助于水资源的可持续利用，但发展规模过大可能会造成用水高产而护水低效的现象。因地制宜的实行水资源循环经济发展模式以及适时纳入灰水足迹核算与管理体系，是当前城市化大背景下实现水资源可持续利用的重要途径。     

能值生态足迹模型的改进——以海南为例

通过对比总结现有能值生态足迹模型研究成果,从能值密度、能值生态承载力、能值生态指标分类和整合等方面分析了模型存在的问题,在此基础上,构建了消费端和供给端构建足迹账户体系,并提出能值生态足迹和能值生态承载力模型的改进和优化。利用改进模型,实证分析了2000—2016年海南生态经济系统的变化特征。结果表明:(1)能源账户和生物产品账户足迹大幅增加。污染账户和建设用地账户足迹状态稳定。(2)生产承载力随着技术进步不断提高,而环境承载力随着人类对环境资源的占用强度增加不断下降。(3)海南生态环境整体表现为生态盈余,但污染账户、能源账户盈余缩减,2011年能源账户开始出现生态赤字。通过足迹账户的构建,能够更清晰地追踪各账户和各类土地能值生态足迹、能值生态承载力以及能值生态盈余/赤字产生的变化,能值生态足迹模型改进之后能够更客观反映区域生态经济系统状况,为地区有针对性开展环境管理和保护提供依据。     

我国水资源生态足迹分析与预测

生态足迹模型的提出为水资源可持续利用的定量评价提供了新思路.通过构建水资源生态足迹和水资源生态承载力的计算模型,对我国1949～2007年水资源的可持续利用状况作出了客观的评价,并运用ARIMA模型对我国水资源生态足迹变动趋势作出深入的研究.结果表明,1949～2007年,我国人均水资源生态承载力总体上呈下降态势,而人均水资源生态足迹则逐年上升,从而造成人均水资源生态赤字逐渐增大,我国水资源处于一种不安全状态.运用ARIMA(2,1,3)模型的预测结果表明,2008～2012年,我国人均水资源生态足迹将继续呈上升态势,水危机形势将日益严峻.在此基础上,针对我国水资源的可持续利用问题提出了一组政策建议.