摘要 基于生态足迹模型计算2012—2020年福州市人均水资源生态足迹和生态承载力，并运用水资源可持续指数、万元GDP水资源生态足迹以及水资源负载指数分析福州市水资源的可持续利用状况。结果表明，福州市2012—2020年人均水资源生态足迹变化不大，2020年比2012年上升了1.5%，农业用水足迹和工业用水足迹是水资源生态足迹的主要类型。人均水资源承载力2020年比2012年降低了80.0%。水资源生态盈余始终存在，但明显减少。万元GDP水资源生态足迹的降低，表明福州市水资源利用率在提升。水资源负载指数增加，说明福州市水资源利用潜力在下降，某些年份甚至需要从其他流域调水。

关键词 水资源生态足迹；水资源生态承载力；水资源负载指数；福州市

中图分类号 X 24文献标识码 A文章编号 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

水資源是区域社会经济发展的重要资源条件，即便是在水资源较为丰富的地区，其水资源利用数量或方式不合理的问题也时有发生。水资源利用的可持续与否，会对区域经济社会发展造成不可忽视的影响，维持水资源可持续利用是推动生态文明建设、保障区域生态安全的重要环节。

生态足迹法是度量人类活动占用自然资本和地区生态系统的承载能力之间关系的定量方法［1］。水资源生态足迹能够较为直观地反映水资源的开发利用情况，因其计算简便、结果直观，被广泛应用于研究中。我国许多学者运用生态足迹法从不同方面进行水资源相关研究，如杜轶等［2］、杨晓霖等［3］、张羽等［4］分别研究了山西省、西南地区、沁蟒河流域的水资源生态足迹和承载力的变化特征；邵骏等［5］研究了长江流域水生态足迹的驱动因素；李从欣等［6］、周飞等［7］、朱彤等［8］、张义敏等［9］先后评价了北京市、上海市、呼包鄂榆城市群、广东省及珠三角九市的水资源利用的可持续性；夏军等［10］探讨了博阳湖流域水资源的生态安全；翟琴琴等［11］、谢利英等［12］、井沛然等［13］进一步将水资源状况和区域经济相联系，先后研究了西安市、甘肃省、浙江省的水资源利用与经济增长的关系。该研究基于福州市基础资料，运用生态足迹模型，计算并分析2012—2020年福州市水资源生态足迹和生态承载力，进而选用水资源可持续指数、万元GDP水资源生态足迹以及水资源负载指数等指标，评价福州市水资源的可持续利用情况，以期为推动福州市的可持续高质量发展提供参考建议。

1 资料与方法

1.1 研究区域概况

福州市是福建省省会，为沿海城市，全市总面积12 251 km2，海岸线长，2020年末常住人口715.41万（不含平潭），实现地区生产总值10 020.02亿元［14］。福州市年平均气温20～25 ℃，年降水量900～2 100 mm。闽江自西北向东南穿城而过，从水口镇流入福州，从长乐流入东海，在福州境内约150 km，福州市内多条内河均与闽江联通，水资源十分丰富［14］。

1.2 数据来源 该研究所涉及的基础数据中，福州市人口总数、地区GDP等数据引用自《福州统计年鉴》（2013—2021年）［14］和《福建统计年鉴》（2013—2021年）［15］，降水量、水资源总量、产水模数、总用水量等数据引用自《福州市水资源公报》（2013—2021年）［16］。

1.3 研究方法

1.3.1 水資源生态足迹模型。

水资源生态足迹表示某区域生产生活对水资源的消耗状况，其计算方法是将研究区域的水资源消费量折合成生产用地面积，再经均衡因子调整后，转成全球范围可比较的土地面积［6，8，17-20］。计算公式如下：

式中：EFW为区域水资源总生态足迹（hm2）；N为区域人口数；efW为区域人均水资源生态足迹（hm2）；γW为水资源全球均衡因子；W为区域消耗的水资源量（m3）；PW为全球多年平均产水模数（m3/hm2）。其中，参考相关研究文献［6，8，17-20］，γW采用世界自然基金会建议的参数值5.19，而PW取值为3 140 m3/hm2。

1.3.2 水资源生态承载力模型。

水资源生态承载力是指某区域在某段时间内可持续提供的水资源的最高值，在计算时，通常仅将区域水资源总量的40%用于满足人口经济社会发展消费，60%是用于维持区域生态的可持续性［6，8，17-20］。计算公式如下：

式中：ECW为区域水资源总生态承载力（hm2）；ecW为区域人均水资源生态承载力（hm2）；Q为区域水资源总量（m3）；Ψ为区域水资源产量因子，用区域产水模数与全球产水模数相比可得［6，8，17-20］。

1.3.3 水资源生态盈亏。

水资源生态盈亏（EDW）计算公式如下：

若EDW>0，则区域水资源存在生态盈余；若EDW=0，则水资源的消耗和承载力达到平衡的临界状态；若EDW<0，则存在生态赤字［6，8，17-20］。

1.3.4 水资源可持续指数。

水资源可持续指数（SIW）计算公式如下：

依照相关研究文献可知，若SIW≥0.80，表示区域水资源利用状态呈现强可持续性；0.65≤SIW＜0.80，表示呈现中可持续性；0.50≤SIW＜0.65，表示呈现弱可持续性；0.35≤SIW＜0.50，表示呈现出弱不可持续性；0.20≤SIW＜0.35，表示呈现出中不可持续性；0＜SIW＜0.20，则表示呈现出强不可持续性［17，20-21］。

1.3.5 万元GDP水资源生态足迹。

万元GDP水资源生态足迹（GW）计算公式如下：

GW越大，表示水资源利用效率越低；反之，则水资源利用效率高［6，8，19-21］。

1.3.6 水资源负载指数。

水资源负载指数（c）兼顾考虑地区年降水量、人口总数、生产总值和水资源总体规模各项指标的共同作用，用以评价地区水资源利用程度和后续开发条件，进而评估地区水资源生态安全［6，8，22］。计算公式如下：

式中：k是降水系数；G′是研究区域GDP（亿元）；R是降水量（mm）；N为区域人口数（万人）；Q为水资源总量（亿m3）。水资源负载指数参照表1进行分级。

2 结果与分析

2.1 水资源产量因子

经计算，2012—2020年福州市水资源产量因子分别为3.264、2.325、2.666、2.962、4.694、2.573、1.968、2.532、1.551。

2.2 水资源生态足迹分析

用基础数据和产量因子计算出2012—2020年福州市人均水资源生态足迹、生态承载力和生态盈余，见表2。福州市人均水资源生态足迹可以按照用水类型分为农业用水、工业用水、城镇公共用水、生活用水和生态用水足迹，这5类用水足迹分别占水资源生态足迹的比例见图1。将各年的降水量和人均水资源生态承载力进行比较，见图2。

从表2可以看出，2012—2020年福州市人均水资源生态足迹总体呈现先降后升的趋势，均值为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年逐渐下降，研究期间最低值出现在2016年，为0.607 hm2；之后至2020年，除了2019年较上年有所下降之外，其余各年都逐渐上升，2020年达到研究期间最高值（0.683 hm2），相比于2012年上升了1.5%。由表2和图1可知，2012—2020年福州市人均水资源生态足迹各部分的构成比例有所变化，但各组分的占比从大到小排序始终为工业用水、农业用水、生活用水、城镇公共用水、生态用水足迹，其中，人均工业用水和农业用水足迹之和一直占人均水资源生态足迹的70%以上。人均工业用水足迹在2012—2016年逐渐下降，后振荡上升，但总体降低，2020年比2012年减少了0.025 hm2，下降幅度为8.1%。人均农业用水足迹始终小幅度上下波动，最高值是2013年的0.246 hm2，最低值是2019年的0.196 hm2，也是总体降低，2020年比2012年减少了0.013 hm2，下降幅度为5.6%。人均生活用水足迹在2012—2019年始终保持平稳，2020年上升较多，2020年比2012年增加了0.021 hm2，上升幅度为29.6%。人均城镇公共用水足迹逐年增加，2020年比2012年增加了0.025 hm2，增长幅度达到了78.1%，虽然增长的数值不多，但是变动幅度为5个组分中最大的。人均生态用水足迹先下降后上升，2020年比2012年增加了0.001 hm2，增加幅度仅为3.6%，是研究期间5个组分中总体变动幅度最小的。

从表2和图2可以看到，研究期间，福州市人均水资源生态承载力先降后升再降的趋势。2013年较2012年大幅降低之后，逐年上升至研究期间最高值，为2016年的6.847 hm2，之后到2020年，除了2019年比上年略有上升，其余年份都是逐渐降低，尤其是2020年达到研究期间的最低值（0.707 hm2），相比于2012年下降了80.0%。由图2可知，福州市降水量同样是先在2013年较2012年降低，然后在2016年之前逐年上升，而在2016—2020年，除2018年较上年稍微上升之外，其他年份始终降低；研究期间的降水量最高值同样是在2016年，为2 316.5 mm，最低值也同样是在2020年，为1 230.2 mm。福州市水资源生态承载力在一定程度上是因为受到各年降水量的影响而呈现相似的变化趋势。

由表2可知，福州市水资源在研究期间每个年份都存在生态盈余，人均生态盈余和人均生态承载力的变化走势相近。但人均生态盈余在各个年份之间差异较大，最大的是2016年的6.240 hm2，最小值是2020年的0.024 hm2。这表明水资源虽然当前还是可持续利用的状态，但其可持续性是不稳定的。

2.3 水资源可持续指数分析

将基础数据代入公式（4），计算得到福州市水资源可持续指数（SIW），见图3。由图3可知，2012—2020年福州市水资源可持续指数较高的是2012年的0.840、2015年的0.814和2016年的0.919，表明这3年的水资源利用状态为强可持续性；2013、2014、2017和2019年水资源可持续指数分别为0.720、0.775、0.758、0.755，表明这4年水资源利用状态处于中可持续性；指数较低的是2018年的0.632和2020年的0.509，表明这2年水资源利用状态呈现弱可持续性。研究期间，水资源可持续指数的均值为0.747，总体来说水资源利用状态是中可持续性的。

2.4 万元GDP水资源生态足迹分析

运用公式（5）计算出福州市万元GDP水资源生态足迹（GW），见图4。由图4可知，2012—2020年福州市万元GDP水资源生态足迹稳步降低，2020年相比2012年下降了0.082 hm2/万元，降幅达58.6%，福州市水资源的利用效率提升显著。

2.5 水资源负载指数分析

运用公式（6）、（7）计算福州市水资源负载指数（c），并根据表1进行分级，见表3。由表3可知，福州市水资源负载指数有增长的趋势。2012—2017年水资源负载指数分级为 Ⅱ 级，说明水资源的利用程度高，导致水资源开发困难较大；2018—2020年水资源负载指数分级为I级，尤其是2020年，指数达到了研究期间最高值（22.264），表明这3年福州市水资源利用程度已经很高，而水资源继续开发利用的潜力小、难度大，甚至需从外部其他流域引水调用，才能给本地较大的用水壓力提供缓解的可能，以保障福州市水资源的生态安全。

3 结论与建议

3.1 结论

（1）在研究期间，福州市人均水资源生态足迹先降后升，总体上升，这表明福州市居民对水资源的需求在增加。工业用水和农业用水足迹是水资源生态足迹中贡献较大的2个类型，但从数值上和占比上均呈现降低趋势，从2012年的80.4%降至2020年的73.8%。这是由于近年来福州市大力推行产业结构调整，整改了一些耗水量大的工业企业，而农业上也通过调整种植方式和灌溉手段等措施，尽可能避免水资源的损耗和浪费，提升了农业用水效率。而生活用水、城镇公共用水、生态用水足迹虽然占比较小，但是均在上升。居民消费和生活需求的扩大，在一定程度上造成城镇公共用水和生活用水足迹的上升幅度较大，进而导致了人均水资源生态足迹的上升。研究期间，人均水资源生态承载力先降后升再降，总体下降，降水量的变化在较大程度上影响了水资源生态承载力的变动。虽然福州市水资源禀赋较好，2012—2020年水资源都存在生态盈余，但生态盈余在减少，前景不乐观。

（2）在研究期间，福州市水资源总的来说是处于中可持续利用状态，但水资源可持续指数呈现波动变化，总体上呈明显降低趋势，表明水资源利用状态正在向不可持续的方向发展。

（3）从万元GDP水资源生态足迹可以看出，福州市水资源利用效率在研究期间不断提高。这是因为近年来福州市对产业结构进行不断优化和调整，并执行严格的水资源管理制度，达到了一定的成效，生态文明建设取得了一定的成绩。

（4）研究期间福州市水资源负载指数从 Ⅱ 级往 Ⅰ 级发展。虽然福州市是一个水资源丰富的城市，但由于用水量随社会经济发展而逐年增长，造成水资源开发利用程度越来越高，给福州市水资源生态安全带来严重的潜在威胁。

3.2 建议

福州市水资源的可持续利用和生态安全状况是堪忧的，需要采取一定措施加以预防和改善。福州市应继续深化工农业节水技术革新，构建水资源供给保障体系；利用水库调节，优化水量调度；紧抓水土保持，防止生态破坏；继续坚持河湖长制，修订完善河湖长工作职责和考核机制，修编完善全市“一河（湖）一档一策”；保护水资源，减少污染排放，治理受污染水体，提升水环境总体质量；促进居民消费和生活方式转变，节约用水；相关部门应持续提升管理水资源的能力，确保水资源利用的安全性、可持续性以及与地区发展的协调性。

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基金项目 福建省自然科学基金项目（2021J011020）。

作者简介 薛若晗（1978—），女，福建福州人，讲师，硕士，从事生态环境研究。

收稿日期 2022-08-21