(許昌學院 城鄉(xiāng)規(guī)劃與園林學院，河南 許昌 461000)

隨著經(jīng)濟、城市化的快速發(fā)展以及人們生活水平的提高，水資源供需矛盾日益突出.Allan[1]等提出的水足跡理論從經(jīng)濟角度將實體水和產(chǎn)品中虛擬水連接起來，能有效解釋人類活動與水資源消耗的隱性關系[2]，為水資源評價提供了新視角[3].國外研究體現(xiàn)在大尺度的計算[4]以及水資源安全[5]等方面；國內(nèi)研究集中在典型地區(qū)水足跡的計算與分析[6]、某一農(nóng)產(chǎn)品水足跡計算[7]等方面.相關研究表明[8]，農(nóng)業(yè)用水占到用水總量70%以上.河南省作為我國的農(nóng)業(yè)大省，多年平均水資源總量為437.13×108m3，人均水量和畝均水量分別為全國的1/5和1/6[9]，加上近年來人口增長和消費模式的改變，水資源供需關系日益嚴峻.基于此，本研究從農(nóng)業(yè)水足跡角度分析河南省各地市農(nóng)業(yè)水資源利用效益，以期為河南省農(nóng)業(yè)水資源持續(xù)利用提供參考.

1 研究區(qū)概況

河南省位于北緯31°23′～36°22′、東經(jīng)110°21′～116°39′之間，處于北亞熱帶和暖溫帶地區(qū).全省多年平均氣溫為12～16 ℃，年降水量600～1000 mm，降雨量約50%集中在夏季，年均日照1 285.7～2 292.9 h，無霜期201～285 d，為多種作物的生長提供適宜的水、熱、氣等條件.2015年河南省農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值7 641.3×108元，居全國第二位，其中糧食、油料、水果、肉類、煙葉產(chǎn)量分別占全國產(chǎn)量的9.7%、16.9%、9.7%、8.2%、10.1%.2015年全省水資源總量287.2×108m3，占全國總量的1.03%，人均水資源量占全國人均14.89%.

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文數(shù)據(jù)來源于2007～2016年河南省統(tǒng)計年鑒、2006～2014年河南省水資源公報、2016年中國統(tǒng)計年鑒，以及國內(nèi)關于農(nóng)畜產(chǎn)品單位質量虛擬水含量的相關研究成果等.

2.2 計算方法

2.2.1 農(nóng)業(yè)水足跡的計算

根據(jù)水足跡定義，農(nóng)業(yè)水足跡等于研究區(qū)農(nóng)業(yè)水資源利用量加上輸入的農(nóng)畜產(chǎn)品虛擬水量，再減去輸出的農(nóng)畜產(chǎn)品虛擬水含量，表達式為：

AWF=WFi+WFe=(AWU-AVe)+(AVi+AVe,r),

(1)

式中：AWF為農(nóng)業(yè)水足跡；WFi是內(nèi)部水足跡，為生產(chǎn)研究區(qū)農(nóng)畜產(chǎn)品和服務所消耗的水資源量之和減去該區(qū)域輸出的虛擬水量AVe；WFe是外部水足跡，為該區(qū)域消費的進口的農(nóng)畜產(chǎn)品虛擬水量AVi減去向外輸出的進口農(nóng)畜產(chǎn)品再出口的虛擬水量AVe，r，即研究區(qū)的農(nóng)業(yè)水足跡等于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水量與農(nóng)畜產(chǎn)品虛擬水貿(mào)易量的和.

(1)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水量

(2)

其中，Pi為第i種農(nóng)畜產(chǎn)品的產(chǎn)量(kg)，VWCi為第i種農(nóng)畜產(chǎn)品的單位虛擬水含量(m3/kg).

(2)農(nóng)畜產(chǎn)品貿(mào)易量

由于河南省的貿(mào)易數(shù)據(jù)統(tǒng)計粗略，缺乏詳細的農(nóng)畜產(chǎn)品貿(mào)易量，故此本文采用間接估算法，即通過對比產(chǎn)品生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及居民的消費數(shù)據(jù)，假設某種農(nóng)畜產(chǎn)品的消費數(shù)據(jù)大于生產(chǎn)數(shù)據(jù)時，其差額為進口貿(mào)易量，反之為出口貿(mào)易量.農(nóng)畜產(chǎn)品消費數(shù)據(jù)由2007-2016年的河南省統(tǒng)計年鑒整理而得.

2.2.2 農(nóng)業(yè)水資源利用指標

基于農(nóng)業(yè)水足跡的農(nóng)業(yè)水資源利用研究，主要通過表征水資源利用效率的農(nóng)業(yè)水足跡強度和區(qū)域水資源緊缺狀況的水資源匱乏度兩個指標展開分析.

(1)水資源匱乏度

水資源匱乏度是指區(qū)域的農(nóng)業(yè)水足跡與區(qū)域可更新水資源量的比值，數(shù)值越大，表明地區(qū)缺水越嚴重.

(3)

(2)農(nóng)業(yè)水足跡強度

農(nóng)業(yè)水足跡強度是農(nóng)業(yè)水足跡與地區(qū)總產(chǎn)值的比值(m3/104元)，是反應農(nóng)業(yè)水資源利用效率高低的指標，農(nóng)業(yè)水足跡強度越小，水資源利用率就越高.

(4)

3 結果與分析

3.1 農(nóng)業(yè)水足跡及其結構

圖1 10 a平均農(nóng)業(yè)水足跡結構

河南省農(nóng)作物虛擬水借鑒國內(nèi)相關成果，由公式(1)、(2)計算農(nóng)業(yè)水足跡并將其分成糧食、經(jīng)濟作物、畜產(chǎn)品、水產(chǎn)品等四類，得到河南省各地2006～2015年的10a平均農(nóng)業(yè)水足跡結構組成(圖1).

河南省農(nóng)業(yè)水足跡10 a凈增長33.54×108m3，農(nóng)業(yè)水足跡最高的是南陽市，其后依次為鄭州市、周口市、駐馬店市，最低的是濟源市.南陽市10 a平均常住人口1 007.4萬人，比鄭州市多164.9萬人，位居全省第一；食物消費結構方面，南陽市糧食與畜產(chǎn)品消耗量全省最高，糧食占農(nóng)業(yè)水足跡總量45%，畜產(chǎn)品占30.5%，其中人均牛肉消耗1.082 kg/a，僅次于信陽1.686 kg/a和鄭州1.378 kg/a，居全省第三，而畜產(chǎn)品中牛肉的虛擬水含量最高.另外，由圖1可知，鄭州市與周口市的農(nóng)業(yè)水足跡分別為296.2×108m3和295.9×108m3，兩地區(qū)的糧食、經(jīng)濟作物、畜產(chǎn)品結構分別為25.7838.0029.88和45.1525.6923.90，研究期內(nèi)平均常住人口為842.5萬人和924.8萬人，鄭州以較少的人口數(shù)量和偏高的畜產(chǎn)品及經(jīng)濟作物消耗得到與人口數(shù)量與糧食消耗較多的周口市相當?shù)霓r(nóng)業(yè)水足跡總量.綜合分析可知，影響農(nóng)業(yè)水足跡的主要因素是區(qū)域的人口數(shù)量和食物消費結構.

3.2 農(nóng)業(yè)水資源利用時空分析

3.2.1 時間序列變化

河南省各地級市農(nóng)業(yè)水資源匱乏度普遍增加(圖2)，平均增高53.89%，而農(nóng)業(yè)水足跡強度下降顯著(圖3)，這表明各地市水資源利用效率明顯提升，但區(qū)域的發(fā)展水平差異顯著.其中，駐馬店的降幅最多，10a間減少399.89 m3/104元，年均降低率達到7.09%;其次是周口,年均降低率為6.99%；這說明水自然條件相對較好的地區(qū)通過采取合理的發(fā)展策略、調整產(chǎn)業(yè)結構等措施充分提高了水的利用效率.

圖2 水資源匱乏度時間序列

圖3 農(nóng)業(yè)水足跡強度時間序列

3.2.2 空間聚類分析

根據(jù)系統(tǒng)聚類的原理，用SPSS18.0對河南省農(nóng)業(yè)水足跡強度及水資源匱乏度進行系統(tǒng)聚類分析，采用歐式距離法進行分類，再利用ARCGIS10.2繪制聚類結果的空間分布(圖4).

圖4 河南省農(nóng)業(yè)水足跡強度及水資源匱乏度空間聚類

從圖4(a)可知，農(nóng)業(yè)水足跡強度南北差異明顯，水資源利用效益較好的有鄭州、許昌、焦作、濟源、洛陽、三門峽等地，其中鄭州農(nóng)業(yè)水足跡強度僅為72.59 m3/104元，駐馬店、信陽、周口三地的農(nóng)業(yè)水足跡強度為5類，水資源利用有較大的提升空間.圖4(b)表明，鄭州的水資源匱乏度高達305.49%，信陽、三門峽、南陽、駐馬店、濟源的水資源匱乏度相對較低，其中信陽、三門峽、南陽三地區(qū)的水資源匱乏度分別為51.78%、51.65%和76.65%，全省13個地市的水資源匱乏度超過100%，表明河南省各地市水資源分配不均且整體缺水.

3.3 農(nóng)業(yè)水足跡與經(jīng)濟的關系

圖5 可知，2006～2015年間，河南省GDP、第一產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步增長的同時農(nóng)業(yè)水足跡增長緩慢.其中，2006～2011年，河南省實體水資源量大于農(nóng)業(yè)水足跡，對應的產(chǎn)值相對較低，但GDP以16.83%、第一產(chǎn)業(yè)以11.42%的增長率快速發(fā)展，表明這一時期水資源的供給基本可以滿足經(jīng)濟發(fā)展的需求；2011～2015年，河南省實體水資源量低于農(nóng)業(yè)水足跡，同時GDP增長率僅為8.21%，第一產(chǎn)業(yè)增長率為4.65%，明顯低于上一時段，即水資源供給已經(jīng)影響到經(jīng)濟發(fā)展的速度，此時虛擬水發(fā)揮重要作用.

4 結論

運用水足跡理論，對河南省2006～2015年18個地市的農(nóng)業(yè)水資源利用效率進行分析，結果表明，河南省農(nóng)業(yè)水足跡總量增長緩慢；水資源分布的空間差異明顯，屬于水資源緊缺地區(qū).全省農(nóng)業(yè)水資源效益從2006年的1 805.02 m3/104元降低到2015年的991.22 m3/104元，水資源利用效率大幅提高，其中駐馬店市最顯著，其次為周口.同時，農(nóng)業(yè)水足跡與產(chǎn)值的關系表明，水資源的有效供給是經(jīng)濟增長的有力保障.

圖5 農(nóng)業(yè)水足跡與經(jīng)濟增長關系

綜合來看，實現(xiàn)河南農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，除了應適當控制缺水地區(qū)的畜牧養(yǎng)殖規(guī)模、發(fā)展低耗水農(nóng)業(yè)類型，以及大力推廣高效節(jié)水種、養(yǎng)技術以外，還應結合虛擬水理論，改變農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易關系.此外，減少食物損失和浪費也是有效緩解水資源緊缺的途徑之一.