余小璐，周游游，胡宝清
（广西师范学院地理科学与规划学院／北部湾环境演变与资源利用省部共建教育部重点实验室／广西地表过程
与智能模拟重点实验室，南宁 ５３０００１）
摘要：水足迹方法能够真实地反映一个国家或地区各行业水资源占用情况，是当前国际水资源研究领域的热点。从水足迹理论出发，结合广西各行业用水数据，利用世界粮农组织（ＦＡＯ）推荐的农作物需水量ＣＲＯＰＷＡＴ计算软件与ＣＬＩＭＷＡＴ气象数据库，估算了２０１１年广西水足迹及相关评价指标。结果表明，２０１１年广西水足迹为７５４．８５亿ｍ３，人均水足迹为１ ６２５．１ ｍ３，水资源压力指数为５５．８９％，进口依赖度为１２．５２％，自给率为８７．４８％；农作物产品用水量最多，其次为动物产品，而农作物用水量中，粮食、甘蔗所占比例最大。与中国其他地区及平均水平相比，广西人均水足迹、自给率、进口依赖度高于中国平均水平。因此，应加强工业用水、农业灌溉用水效率，提高重复利用率，建议增加粮食调入量，优化本地甘蔗种植模式，发展本地粮食种植业。
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关键词 ：水足迹；水资源；评价指标；广西
中图分类号：Ｆ０６２．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：０４３９－８１１４（２０１５）０４－０８５２－０６
ＤＯＩ：１０．１４０８８／ｊ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎ０４３９－８１１４．２０１５．０４．０２０
收稿日期：２０１４－０８－１５
基金项目：广西北部湾重大基础研究专项（２０１１ＧＸＮＳＦＥ０１８００３）；广西北部湾重大基础研究专项（２０１２ＧＸＮＳＦＥＡ０５３００１）；国家自然科学基金项目（４１３６１０２２）
作者简介：余小璐（１９８９－），女，河南南阳人，硕士研究生，研究方向为地理环境与健康，（电话）１８３７６６５２８５０（电子信箱）ｙｕｘｌ０８９＠１６３．ｃｏｍ；
通讯作者，胡宝清（１９６６－），男，江西临川人，教授，博士，主要从事脆弱环境演变与整治研究，（电话）０７７１－３１０５００９（电子信箱）ｈｂｑ１２３０＠ｇｘｔｃ．ｅｄｕ．ｃｎ。
１９９３年英国学者Ｔｏｎｙ Ａｌｌａｎ首次提出了虚拟水的概念［１］。２００２年荷兰特文特大学水资源专家Ａｒｊｅｎ Ｙ． Ｈｏｅｋｓｔｒａ等以虚拟水理论为核心思想提出了水足迹（Ｗａｔｅｒ Ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ）理论，将其定义为任何已知人口（一个国家、一个地区或一个人） 在一定时间内消费的所有产品和服务所需要的水资源数量。
水足迹在一个全新的视角下讨论人类对水资源的利用程度，能较真实地反映水资源利用的分配情况。随着广西经济的快速发展，各行业水资源使用与消费问题愈趋紧张。利用水足迹理论方法，探讨高效使用与合理消费水资源，是解决当前水资源问题的一个有效的途径。自从提出水足迹概念以来，各国学者对该领域进行了大量的研究，计算得出全球水足迹为７ ４５０×109 ｍ３／ａ，全球人均水足迹为１ ２４０ ｍ３／ａ，中国人均水足迹为７００ ｍ３／ａ，并计算了全球各主要国家农作物、乳畜产品的水足迹，给出了水足迹的核算方法与水足迹可持续评价方法。国内的研究，盖力强等［３］引入了水足迹理论，通过构建分区指标体系，将中国水流域分为水及水产品供给、水资源生境支持、水资源环境调节、水域休憩服务４类水生态功能区。马静等［４］将全国分为２个一级区、８个二级区，计算了各区域农产品虚拟水含量，并探讨了国际和国内虚拟水流量。邓晓军［５］计算了四川、重庆、上海、山东等省市的水足迹，并讨论了水资源可持续利用的方法建议。蔡燕等［６］运用投入产出方法研究了黄河流域各省三大产业用水系数，并分析了流域总水足迹及分布情况。广西水资源及各行业利用具有其独特的地域特点，而从水足迹理论出发研究其可持续利用的报道较少。本研究通过对２０１１年广西水足迹的估算和分析以及与其他省份对比的研究，揭示广西行业水资源真实利用情况与利用水平，为未来水资源可持续利用提供科学依据。
１ 研究方法与数据来源
所用的广西工、农业进出口贸易数据来源于《广西统计年鉴》，本地居民生活、工业用水量及生态环境用水量数据来源于《广西水资源公报》，气象数据来源于ＣＬＩＭＷＡＴ数据库并通过中国气象科学共享服务平台中广西各气象站点数据对其校对，动物产品虚拟水数据来源于文献［２］的研究成果。采用红壤来代入计算并通过查阅《广西土壤》、《广西土种志》、《农业科技常用数据手册》等，对土壤参数进行修订。农作物部分，查阅《农业常用数据资料》、《广西稻种资料论文选集》、《中国大豆品种志》、《中国花生品种志》、《中国木薯产业发展研究》、《中国玉米品种及其系谱》等书刊，对软件中作物生育期、收获播种日期、作物生物学特性等参数进行修订。
目前水足迹的计算方法主要有４种。第一种为“自下而上”法（Ｂｏｔｔｏｍ－ｕｐ Ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ）［７］，该方法能更好地体现消费结构对区域水足迹的影响，但因其需要大量详细的数据支撑，较少被运用到水足迹计算中。第二种为“自上而下”法（Ｔｏｐ－ｄｏｗｎ Ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ），该方法能快速地核算并说明国家、省市区域尺度的水足迹总体状况，并且能体现区域各行业水足迹结构［８］。第三种为产品生命周期评价法（Ｌｉｆｅ Ｃｙｃｌｅ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ，ＬＣＡ）［９］，用以计算不同产品在整个生命周期（原材料生产、产品加工、消费、废弃处理等）中水资源的消耗量及其影响，该方法所需数据量大，且较难获取，目前应用较少。第四种为投入产出方法（Ｉｎｐｕｔ Ｏｕｔｐｕｔ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ，ＩＯＡ）［１０］，其利用投入产出表来计算所有生产和消费部门的水足迹和虚拟水贸易量。本研究利用第二种自上而下方法，核算出不同行业部门用水量及贸易量，加和求得广西水足迹。最后将计算得到的广西水足迹及相关指标与中国其他省市及世界其他国家作对比分析，以反映广西当前水足迹及水资源利用情况，为广西水资源可持续利用提出一些观点建议。
１．１ 自上而下法
水足迹等于生产该国家或地区本地居民所消费的所有产品和服务的水资源需求总量与该国家或地区的进口虚拟水总量的代数和。公式表示如下：
ＷＦ＝ＩＷＦＰ＋ＥＷＦＰ （１）
式中，ＷＦ为一个国家或地区的水足迹；ＥＷＦＰ为本地消费的那部分进口虚拟水总量，即外部水足迹；ＩＷＦＰ为生产该国家或地区本地居民所消费的所有产品和服务的水资源需求总量，即内部水足迹。ＩＷＦＰ计算公式为：
ＩＷＦＰ＝ＡＷＵ＋ＩＷＷ＋ＤＷＷ＋ＥＷＷ－ＶＷＥｄｏｍ （２）
式中，ＡＷＵ为农业生产需水量，包括农作物耗水量与动物产品耗水量，其中农作物耗水量又包括绿水（降雨入渗水量）与蓝水（灌溉水量）。ＩＷＷ为本地工业生产耗水量，ＤＷＷ为本地居民生活消耗水量，ＥＷＷ为本地生态环境用水量，ＶＷＥｄｏｍ为出口虚拟水量。
外部水足迹（ＥＷＦＰ）计算公式为：
ＥＷＦＰ＝ＶＷＩ－ＶＷＥｒｅ－ｅｘｐｏｒｔ （３）
式中，ＶＷＩ为进口虚拟水量，ＶＷＥｒｅ－ｅｘｐｏｒｔ为向其他国家输出的进口产品再出口的虚拟水量，由于该部分水量较少，且缺乏数据，故未纳入计算。
１．２ 虚拟水的计算
人类生产生活中直接利用的水资源量很少，绝大部分水资源是以虚拟水的形式蕴藏在产品或服务的背后。虚拟水量是水足迹计算中的核心步骤。
１．２．１ 农作物产品的虚拟水 农作物产品需水量受气象条件、作物类型、土壤条件及种植时间等制约。某一区域作物ｃ虚拟水的计算公式为：
ＳＷＤｃ＝ＣＷＲｃ／ＣＹｃ （４）
式中，ＳＷＤｃ为该区域作物ｃ的虚拟水含量；ＣＹｃ为作物ｃ的产量；ＣＷＲｃ为作物ｃ生长期内需水量，用生长期内土壤蒸发蒸腾水量（ＥＴｃ）累积值表示，ＥＴｃ用公式表示为：
ＥＴｃ＝Ｋｃ×ＥＴ０ （５）
式中，ＥＴｃ为作物ｃ生长期内土壤蒸发蒸腾水量；Ｋｃ为作物系数，即实际作物相对于参考作物特征差异。ＥＴ０为参考下垫面的土壤蒸发蒸腾量。该部分核算由Ｃｒｏｐｗａｔ软件完成。
初级农作物产品需经过一系列生产加工等流程才能转化为最终产品，故最终产品所含虚拟水量要包含生产加工过程中所耗费的水量，其数值等于初级产品虚拟水量除以初级产品最终产品率。
１．２．２ 动物产品的虚拟水 动物产品虚拟水组成大致分为3部分，包括生产和加工饲料用水量，即饲料生产过程中加工用水与饲料作物中所含虚拟水；动物饮用水量，即动物从出生至屠宰或死亡整个生长过程中饮用水量；生产服务用水量，即清洁圈舍用水与屠宰加工用水。动物产品虚拟水量数据教育期刊网 http://www.jyqkw.com
参考文献［２］对中国动物产品虚拟水的计算结果（下同），见表１。
１．２．３ 虚拟水贸易 进出口产品可以分为农作物产品、动物产品与工业产品。为求科学性，本研究虚拟水贸易计算中每种进出口农作物产品、动物产品虚拟水含量采用全国平均数值，并乘以其相应进出口量，最后将各产品虚拟水量相加求得总贸易虚拟水量。其中，各农作物产品虚拟水量借鉴文献［１１］和［１２］对中国农产品虚拟水含量研究成果，见表２。工业产品由于其种类繁杂性，不易计算，按当年工业用水总量除以当年全部工业增加值，然后再乘以工业产品进出口总额来计算其虚拟水量，工业用水量数据查阅水资源公报，工业增加值数据查阅国民经济和社会发展统计公报。
１．２．４ 工业用水、居民生活用水及生态环境用水 工业用水、居民生活用水与生态环境用水数据取自水资源公报。
１．３ 相关评价指标
１．３．１ 人均水足迹 人均水足迹（ＷＦｐｃ）反映的是个人消费的产品和服务中所含全部水量，其值等于区域水足迹与区域常住人口数的比值。
１．３．２ 水资源压力指数 水资源压力指数（ＷＳ）是衡量一个地区缺水状况的指标。其值等于该国家或地区居民消费的水足迹与可更新水资源量的比值。压力指数越大，表明该地区缺水情况越严重；相反，压力指数越小，则可供该地区利用的水资源量越充足。
１．３．３ 水资源进口依赖度 水资源进口依赖度（ＷＤ）定义为该地区外部水足迹与区域水足迹的比值。依赖度的值越大，表明该地区居民生活及社会发展越依靠其他地区水资源输入；相反，则依赖程度越小。
１．３．４ 水资源自给率 水资源自给率（ＷＳＳ）定义为该地区内部水足迹与区域水足迹的比值。其数值也等于１－WＤ。若各种所需水资源都来自本地，那么水自给率就为１００％。若该地区的商品和服务所需水基本依靠进口，即外部水足迹远大于内部水足迹，则水资源自给率接近于０。
２ 结果与分析
２．１ 农作物产品用水量
广西陆地总面积中，山地与丘陵共占５０．１％，岩溶石山又占其１９．７％［１４］。由于山地多、平原少，岩溶石山面积广布的地貌构造特点，使得广西农田具有小块、分散、土肥质量差，且高度集中于山间盆地、河流冲积平原等特点，农作物种植结构也独具特色。由表３可见，本地生产的粮食用水量为１４４．３１亿ｍ3，占农作物产品用水量的３８．１８％。广西本地粮食作物包括水稻、玉米、大豆、薯类等，其用水量构成见图１。从各产品用水量数值可以看出，甘蔗用水量仅次于粮食，为１２３．５９ 亿ｍ3，占农作物用水量的３２．７％。甘蔗作为热带与亚热带地区一种耐旱的经济作物，适应广西水热充沛，丘陵、台地居多［１５］，土壤保水能力差、土壤肥力不高等自然条件，且经济效益高，近几十年来广西境内种植面积大幅上升，由１９９０年３２万hm2增加到２０１１年１０９万hm2，见图２。
２．２ 动物产品用水量
本地产品服务用水中动物产品用水量仅次于农作物，为２１３．４１亿ｍ3。本地动物产品中水产品的用水量最大，达到６４．９６亿ｍ3，其次为猪肉与禽肉，分别为５３．００亿ｍ3、４７．０３亿ｍ3。兔肉与牛奶用水量最少，仅为０．２４亿ｍ3与０．８９亿ｍ3，与广西肉类市场消费结构相符。水产品产量虽不及猪肉，但其所含虚拟水量是猪肉的２．２６倍，故总用水量比猪肉大。虽本地牛肉产量仅１４．２７万吨，但牛肉虚拟水含量大，故应控制本地牛肉产量，以进口牛肉为主。２０１１年广西生猪产业产值达到６０８亿元，占农林牧渔产值的２２％；猪肉产量２３９．７９万吨，占广西肉类总产量的６１．３％［１６］，生猪生产已成为广西农业经济重要的支柱产业［１７］。近五六十年来生猪出栏量持续增长，猪肉除了供应本地市场消费外，还有部分供应粤港澳地区。
２．３ 广西内部水足迹
从表４可见，广西本地产品服务用水中农作物产品用水量最多，为３７７．９５亿ｍ3，占５５．２９％。其次为动物产品用水量，占３１．２２％。居民生活用水与工业用水分别占４．４２％、８．２９％，生态环境用水最少，仅占０．７７％。
２．４ 虚拟水贸易
通过查找统计年鉴及水资源公报，２０１１年广西出口工业产品总额６５３．５９５亿元（２０１１年１２月３０日美元汇率６．３００ ９，下同）。进口工业产品３８７．８５９亿元，进口产品中动物产品数量较少，未计入。广西虚拟水贸易中，出口水量为２３．２０亿ｍ3，进口水量为９４．５３亿ｍ3，净进口水量为７１．３３亿ｍ3，可见广西虚拟水贸易以进口为主。动物产品所含虚拟水量以出口为主，出口约１３亿ｍ3水量。而农作物产品进口水量远大于出口，为出口的３１倍，净进口８７亿ｍ3水量。工业产品主要为出口水量，净出口３亿ｍ3。见表５。
进口农作物产品中，大豆进口３２９万t，折合水量３５．４亿ｍ3（广西大豆主要从巴西进口，取Ｈｏｅｋｓｔｒａ在２００４年研究成果［２］中巴西大豆虚拟水含量１．７０６ ｍ３／ｋｇ计算），占进口农作物产品水量的３９．３１％。广西大豆种植面积近年来受甘蔗、木薯等经济作物推广种植的冲击，较90年代及20世纪初大幅下降［１８］，由90年代２０多万hm2减至近年来10万hm2左右（图２），自产大豆远满足不了需求，故需要大量进口。出口虚拟水量以动物产品为主，占全部出口水量的５４．９５％，而其中生猪与猪肉共出口水量８．９亿ｍ3，占动物产品出口水量的６９．６０％。见表５。
２．５ 水足迹及相关评价指标分析
２０１１年广西水足迹总量为７５４．８５亿ｍ3，与张蕾［１９］的研究成果相符。内部水足迹为６６０．３２亿ｍ3，外部水足迹为９４．５３亿ｍ3。根据２０１１年末广西常住人口４ ６４５万人，得广西人均水足迹为１ ６２５．１ ｍ3。通过查阅水资源公报及统计资料，可获得广西水资源量数据，代入计算可得水资源压力指数为５５．８９％，进口依赖度为１２．５2％，水资源自给率为８７．48％（表６）。本研究参考２００８年以来中国不同省市水足迹研究成果［２０－２７］及国际水利环境工程学院（ＵＮＥＳＣＯ－ＩＨＥ）对世界各国水足迹的研究成果，将主要评价指标与中国其他地区及世界各国相对比，结果见图３。从图３中可知，２０１1年广西人均水足迹处于较高水平，远高于中国平均水平（７０２ ｍ3），仅次于江苏省、俄罗斯、美国与石河子市。２０１１年广西人均用水量为６５２．０ ｍ3，而相比人均水足迹，余下９７３．１ ｍ3水量以虚拟水形式消耗了。从图４看出广西水资源自给率低于我国平均水平，略高于江苏省，总体上位于各国及省市中等水平。图５显示了广西压力指数高于我国平均水平。图６显示广西进口依赖度高于中国平均水平，总体上处于中等水平。
３ 小结与讨论
３．１ 小结
本研究依据水足迹理论，对广西水足迹及相关指标进行核算分析，得到以下结论。
１）２０１１年广西水足迹总量为７５４．８５亿ｍ3，其中内部水足迹为６６０．３２亿ｍ3，外部水足迹为９４．５３ 亿ｍ3，人均水足迹为１ ６２５．１ ｍ3。
２）本地农作物产品中粮食作物所需水量最多，但甘蔗作为广西重要的一种经济作物，其需水量仅次于粮食作物，消耗水量占农作物用水量的３２．７％，是广西虚拟水结构的一大特色。
３）通过将水足迹评价指标与其他省份与国家比较可见，人均水足迹、进口依赖度及压力指数高于我国平均水平，水资源自给率低于中国平均水平。其中广西人均水足迹为中国平均水平的２．３倍，下一步应重点研究个人消费结构的优化及节水策略。
３．２ 讨论
据联合国粮农组织（ＦＡＯ）研究，人均最低日食热值水平为９．６×１０６ Ｊ。据中国国情，卫生部门推荐每人日食热值水平为１０×１０６ Ｊ可以满足正常人营养需要［２８］。据此，考虑中国粮食的构成，得出中国人均消费４０７ ｋｇ粮食即可达到营养安全需求。经计算，２０１１年广西粮食缺口６８６万吨，有近１ ７００ 万人的粮食缺口，故应在现有土地资源、水资源基础上加大粮食调入，且要适当控制甘蔗播种面积，优化甘蔗种植模式，发展本地粮食种植业，实现本地自产与外部输入双管齐下。
广西水资源充沛，多年平均降雨量为１ ８９３亿ｍ3，居全国各省第四位。相比之下，耕地资源比较紧缺，２０１１年广西耕地面积占土地面积的１７．７５％，人均耕地面积０．０８１ ｈｍ２，低于全国平均水平０．０９ hm2［２９］。如何在保持现有土地资源、水资源的同时，对水资源优化配置是一项关系到广西未来发展的重要课题。
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（责任编辑 彭西甜）