基于改进模型的广西北部湾经济区水污染生态足迹时空分析

张义，程恋婷

(河池学院 经济与管理学院，广西 宜州 546300)

基于改进模型的广西北部湾经济区水污染生态足迹时空分析

张义，程恋婷

(河池学院 经济与管理学院，广西 宜州 546300)

当前的水污染生态足迹模型存在较大不足：明显低估水污染程度；水资源均衡因子值可靠性不高；水资源产量因子多余；无法区分水环境承载力与水资源承载力。为此，我们对原模型进行了如下改进：从点源和面源角度核算排放到水体的多种污染物；弃用均衡因子和产量因子；单独核算水环境承载力。接下来以2008-2013年的广西北部湾经济区为例进行了计算与分析。计算所需的数据来自相应年份的广西水资源公报、广西统计年鉴、广西环保厅内部资料。核算结果表明：(1)经济区及其各市均为氮污染水生态足迹最大，磷污染水生态足迹次之，有机物污染水生态足迹最小。该地区有机物污染足迹呈下降趋势，2008-2010年最大驱动因子为工业账户，2011-2013年则为城镇生活账户；氮/磷污染足迹总体表现为上升，其最大影响因子来自畜禽养殖账户。各市3种水污染生态足迹大小排序不一致，其变化趋势也各异。(2)经济区水环境承载力先降后升，总体略呈上升趋势；内部非常不平衡，其中，防城港市该值很大，其他3市则较小。(3)基于水环境生态盈亏和水环境生态压力指数，经济区水环境安全度较差；内部差异显著，其中，防城港市很好，钦州市和北海市较差，南宁市很差。最后，提出了改善该地区水环境状况的建议，同时指出了改进模型的优点及有待进一步研究的几个问题。

水污染生态足迹；水环境承载力；水环境生态盈亏；水环境生态压力指数；广西北部湾经济区

生态足迹是由生态经济学家Rees和Wackernagel于20世纪90年代初提出的衡量自然资源可持续利用的方法，近年来在全球范围内得到广泛应用。它的优点主要是角度新颖、形象生动、容易理解、可操作性强、研究结果可比性高，但也存在诸多不足[1]73-77。水资源生态足迹是研究者针对传统生态足迹忽略水域水资源供给和水质净化功能而提出来的。它通过建立水资源用地这一新的土地类型将人类对上述两种生态系统服务的占用纳入生态足迹核算框架，一般包括淡水生态足迹和水污染生态足迹。其中，淡水生态足迹反映人类在生产生活过程中对淡水资源的消费，该方面的研究成果众多且其核算方法高度一致[2-4]；水污染生态足迹反映的则是人类活动排放的废弃物对水环境净化功能的占用程度，该方面的研究成果较少，测算方法各异且存在某些不足之处。洪辉[5]构建的水污染生态足迹模型(使用者相对较多)的主要问题有：仅核算点源污染而未考虑面源污染，并且仅测算未达标废污水占用的水资源用地，故明显低估水污染生态足迹；水资源均衡因子值计算方法迥异于其他均衡因子值估值方法；水资源产量因子多余；无法区分水环境承载力与水资源承载力[6]。段锦等[7]、于冰等[8]提出的水污染生态足迹计算方法是基于水域对污水的吸纳能力，而实际上应核算的是污水中的污染物对水环境净化功能的占用状况，同时不同来源污水中的污染物浓度也是不相同的，因而这种核算精确度较差。白钰等[9]将水污染物占用生态足迹的方式分为“污染物处理”和“污染物危害”两类，重复计算了水污染对水生态系统的占用。另外，以货币为媒介将水污染生态足迹转化为水产品生态足迹也存在是否适宜的问题。闵庆文等[10]明确提出并界定了“基于生态系统服务的生态足迹”概念，并对其中的污染足迹的基本理论与模型进行了阐释与构建，为水污染生态足迹的研究提供了理论基础。焦雯珺等[11]利用该污染足迹模型的简化版开展了案例研究，但从中可以发现该模型中的某些参数值(如污染物吸纳服务供给因子)很难得到，因而推广不易。因此水污染生态足迹研究有待进一步深入。本文在洪辉构建的模型的基础上提出了改进的水污染生态足迹模型，并以之核算了广西北部湾经济区2008-2013年的水污染生态足迹、水环境承载力、水环境生态赤字及水环境生态压力指数，同时分析其时空特征，以期有益于水生态足迹研究并为该地区水资源(环境)科学管理与可持续利用提供参考依据。

1 研究区概况

广西北部湾经济区位于广西南部，主要包括南宁市、北海市、钦州市和防城港市4个地级市。区域范围东经107°20′-109°47′，北纬20°26′-24°03′，东连广东省及玉林市，南濒临北部湾，与海南省隔海相望，西南与越南和崇左市毗邻，北与贵港市、来宾市、河池市、百色市等相连。它是我国西部大开发地区唯一的沿海区域，区位优势明显，战略地位突出。经济区总面积4.22万km2，约占广西总面积的18%；2013年末总人口1 383.37万，约占广西同期总人口的26%；2013年末地区生产总值为4 817.43亿元，约占广西同期地区生产总值的34%。经济区多年平均水资源量为349.6亿m3，约占广西水资源总量的18%。境内的水系为珠江流域西江水系和桂南沿海诸河水系，前者的主要河流是郁江、右江、左江、红水河、清水江，后者主要包括南流江、钦江、大风江、茅岭江、防城河。经济区自2008年上升为国家战略以来经济快速发展，但与此同时其水环境承受的压力亦显著增加。

2 研究方法与参数取值

2.1 改进的水污染生态足迹模型

本模型包括水污染生态足迹、水环境承载力、水环境生态盈亏和水环境生态压力指数4个核算项目。水污染生态足迹指吸纳(稀释和净化)一定人口产生的水体污染物所需要的水资源用地面积[6]。它反映的是人类活动对水生态系统水质净化功能的占用情况，其计算思路如下：先核算将某区域人类排放到水体的污染物稀释到Ⅲ类水质标准所需消耗的水资源量(如此处理的理由是Ⅲ类水基本能够维持水体的生态服务功能，而低于此标准的水体的生态服务功能会衰退或丧失[12])，然后以之除以水资源全球平均生产能力就可以得到该地区水污染生态足迹。本文选取具有代表性的氮、磷和有机物作为研究内容，以其中的最大污染足迹作为最终水污染生态足迹(因为这三种污染物在环境影响上具有明显重叠效应[13])。基于生态足迹的水环境承载力是指某区域水体能够被继续使用并仍保持良好生态系统时所能提供的用于容纳污染物的水资源用地面积，它反映的是水生态系统水质净化功能的供给能力。两者之差为水环境生态盈亏，用来反映人类对水环境净化功能的占用是否可持续，盈余为可持续，赤字为不可持续。两者之比为水环境生态压力指数，可用来反映研究区域水环境承受的压力状况或水环境安全程度，具体划分标准见表1。

表1 水环境生态压力指数的等级划分标准

注：见参考文献[14]

改进模型可表示为：

(1)

ECWE=0.88×(QWP/PW)

(2)

QWP=WQ-(QR×K)

(3)

EDWE(ESWE)=ECWE-EFWP

(4)

EPIWE=EFWP/ECWE

(5)

式中，EFWP、EFNP、EFPP和EFCODP分别为水污染生态足迹、氮污染水生态足迹、磷污染水生态足迹和有机物污染水生态足迹(hm2)；CCOD、CN和CP为分别为研究区排入水体的有机物、总氮和总磷量(g)；UN、UP和UCOD分别为Ⅲ类水质标准中的总氮、总磷和化学需氧量含量上限(g/m3)；PW为水资源世界平均生产能力(m3/hm2)；ECWE为研究区水环境承载力(hm2)；0.88来自传统生态足迹模型，指的是承载力中保留12%用于生物多样性保护；QW、QWP和QR分别为研究区水资源总量、用于接纳污染物的水量和取水量(m3)；K为研究区综合耗水率；EDWE/ESWE为研究区水环境生态赤字或盈余(hm2)，其中，大于0为盈余状态，小于0为赤字状态，等于0为临界状态；EPIWE为研究区水环境生态压力指数。

本模型舍弃了水资源均衡因子，这是因为：均衡因子很难获得其合理取值[15]；而且水资源均衡因子值来自价值量评价法，而生态足迹模型中的其他均衡因子值来自物质量评价法，不同方法求出的参数使其模型的有效性受到明显影响[6]。

因为研究区水资源总量除以水资源全球平均生产能力得到的即是全球意义上的水资源用地面积，故弃用传统模型中的水资源产量因子。如果保留它，其后果是：一方面低估了水资源贫乏地区的水环境承载力(因水资源产量因子小于1)，另一方面则高估了水资源丰富地区的水环境承载力(因水资源产量因子大于1)，因而不能比较准确地反映研究区水环境承载力状况。

2.2 数据来源和参数取值

研究区水资源总量、取水量和综合耗水率来自《广西壮族自治区水资源公报》。人口数据来自研究区统计年鉴。水资源世界平均生产能力取3 140 m3/hm2[2]。Ⅲ类水质标准中的化学需氧量、总氮和总磷含量上限分别取20 mg/L、1.0 mg/L和0.2 mg/L[17]。

受数据限制，本研究主要估算研究区城镇及农村生活污水、工业废水、耕地地面径流和畜禽养殖向水生态系统排放的化学需氧量、总氮和总磷量。其中，工业和城镇生活化学需氧量入水量来自广西环保厅内部资料，城镇生活氮/磷入水量及其他污染源产生的污染物的入水量通过以下方法估算(由于数据难以获得，没有估算工业废水中的总氮、总磷量)。

研究区城镇生活污水中的总氮/总磷排放量估算方法如下：

CP1=P1-E1=(3 650×RT×F1)-TW×(D1-D0)/1 000

(6)

D1=P1/EW×1 000

(7)

式中，CP1为城镇生活污水总氮/总磷排放量(kg/a)；P1为城镇生活污水总氮/总磷产生量(kg/a)；E1为污水处理厂去掉的总氮/总磷量(kg/a)；RT为城镇居民常住人口(104人)；F1为城镇生活污水总氮/总磷人均产生系数，具体取值来自文献[18]；TW为污水处理厂处理的污水量(m3)，可从研究区统计年鉴获得；DI为污水进厂时总氮/总磷浓度(mg/L)；DO为污水出厂时总氮/总磷浓度(mg/L)，根据污水处理厂出水一级标准的B标准取值[19]，其中总氮浓度取20 mg/L，总磷浓度取1.5 mg/L；EW为城镇居民生活污水排放量(m3)，可从研究区统计年鉴获得。

研究区农村生活污水中的化学需氧量、总氮、总磷排放量估算方法如下：

CP2=P2×β1=(3 650×RC×F2)×β1

(8)

式中，CP2为农村生活污水污染物(化学需氧量/总氮/总磷)排放量(kg/a)；P2为农村生活污水污染物(化学需氧量、总氮、总磷)产生量(kg/a)；β1为农村生活污染物(化学需氧量、总氮、总磷)入河系数，一般取值为0.2-0.5[20]30，本文取0.35；RC为农村人口数(104人)；F2为农村生活污水污染物人均产生系数(g/人·d)，本文分别取16.4 g/人·d(化学需氧量)、5 g/人·d(总氮)、0.44 g/人·d(总磷)[20]31。

耕地地面径流中的化学需氧量、总氮、总磷入河量可根据式(9)计算得到：

CP3=(M1×F3)×β2×γ1

(9)

式中，CP3为耕地污染物(化学需氧量/总氮/总磷)入河量(t/a)；M1为耕地面积(km2)，可从研究区统计年鉴获得；β2为耕地污染物入河系数，取0.2(文献[20]中取值范围的中间值)；γ1为修正系数[20]31，当耕地化肥施用量在25 kg以下时取0.8-1.0(本文取0.9)，当施用量在25-35 kg时取1.0-1.2(本文取1.1)，当施用量在35 kg以上时取1.2-1.5(本文取1.3)，耕地化肥使用量可从研究区统计年鉴获得；F3为耕地排污系数，分别取0.067 t/km2(化学需氧量)[20]31、2.2 t/km2(总氮)[6]、0.16 t/km2(总磷)[6]。

畜禽养殖(本文主要考虑猪、牛、羊和家禽养殖)向水体排放的化学需氧量、总氮、总磷的估算方法如下[21]：

CP4=(N×F4)×C×β3

(10)

式中，CP4为畜禽养殖向水体排放的化学需氧量/总氮/总磷(kg/a)；N为畜禽饲养量(万头、只)，可从研究区统计年鉴获得；F4为畜禽粪便排泄系数(kg/a);C为单位质量畜禽粪便中化学需氧量/总氮/总磷含量(%);β3为畜禽粪便中化学需氧量/总氮/总磷入水率(%)，各参数取值见表2。

表2 畜禽粪便排泄系数、养分含量和入水率

注：数据来源于文献[22]第26，77-78页。

3 结果与分析

3.1 广西北部湾经济区水污染生态足迹时空分析

3.1.1 广西北部湾经济区水污染生态足迹动态分析

2008-2013年，经济区人均有机物污染水生态足迹介于0.307 7-0.459 4 hm2之间，期间呈明显下降趋势(年均降幅为6.60%)(图1)。这反映出近年来经济区有机物污染对水体的压力大幅下降。进一步分析其二级账户可以发现：工业账户值迅速下降(年均降幅高达13.42%)，城镇生活账户值也有明显下降(年均降幅为4.13%)，农村生活账户、畜禽账户和耕地账户值变化很小，表明经济区有机物污染水生态足迹的跌落主要来自工业有机物和城镇生活有机物的减排。从均值来看，城镇生活账户年均值(0.141 0 hm2)及所占比例(36%左右)最大，紧随其后的是工业账户(年均值和比例分别为0.125 2 hm2和32%左右)，畜禽养殖账户次之(年均值和比例分别为0.102 8 hm2和26%左右)，农村生活账户(年均值和比例分别为0.018 8 hm2和5%左右)，耕地账户微不足道(年均值和比例分别为0.000 2 hm2和0.06%左右)，表明该足迹的最大驱动因子来自城镇生活，其次是工业和畜禽养殖。但从走向来看，工业账户贡献率呈明显下降趋势，说明其驱动力在减弱，尤其是最近3年所占比例由首位降至第3位；城镇生活账户贡献率呈上升态势，说明其驱动力逐渐增强；畜禽养殖账户比重上升较快，最近3年所占比例已超工业账户；其他账户变化较小。

图1 2008-2013年广西北部湾经济区人均有机物污染水生态足迹

经济区人均氮污染水生态足迹介于1.294 6-1.438 6 hm2之间，其走向为先升后降，总体略呈上升态势(年均增幅为1.13%)(见图2)。这说明近年来经济区氮污染对水体的压力有所上升。其中，城镇生活账户和畜禽养殖账户值波动中呈上升走向(年均增幅分别为2.36%和1.22%)，农村生活账户和耕地账户值变化较小，说明经济区氮污染水生态足迹的上升主要来自城镇生活和畜禽养殖氮排放的增加。从均值来看，畜禽养殖账户是主体(年均值和比例分别为0.803 1 hm2和59%左右)，其次是城镇生活账户(年均值和比例分别为0.261 8 hm2和19%左右)，农村生活账户和耕地账户相对较小(年均值分别为0.151 0 hm2和0.141 8 hm2，所占比例分别为11%和10%左右)，表明该足迹的最大驱动因子来自畜禽养殖。从时间序列来看，各账户贡献率变化相对较小，说明该足迹的驱动机制没有明显改变。

图2 2008-2013年广西北部湾经济区人均氮污染水生态足迹

经济区人均磷污染水生态足迹处于0.935 8-1.045 7 hm2之间，期间表现为先升后降，总体呈增长趋势(年均增幅为1.69%，见图3)。经分析，经济区磷污染水生态足迹的上升也主要来自城镇生活账户和畜禽养殖账户。从均值来看，畜禽养殖账户占绝对优势(年均值和比例分别为0.792 2 hm2和79%左右)，城镇生活账户年均值和比例分别为0.102 5 hm2和10%左右)，农村生活账户和耕地账户年均值(分别为0.051 9 hm2和0.051 6 hm2)和所占比例(均为5%左右)较小，表明该足迹的主要驱动因子源自畜禽养殖。各账户贡献率变化相对较小，说明该足迹的驱动格局也没有发生多大变化。

图3 2008-2013年广西北部湾经济区人均磷污染水生态足迹

3种水污染生态足迹中，氮污染水生态足迹最大，磷污染水生态足迹次之，有机物污染水生态足迹最小，故以氮污染水生态足迹作为最终水污染生态足迹。

3.1.2 广西北部湾经济区水污染生态足迹空间分析

2008-2013年，经济区内各市人均有机物污染水生态足迹介于0.239 7-0.683 9 hm2之间(见图4)，年度最大最小值比介于1.46-2.19之间，说明其空间差异度不大。基于年均值(见图4)，各市大小排序为防城港>北海>南宁>钦州。从走向来看(见图4)，各市皆呈下降趋势(其中，钦州市和北海市年均降幅9%左右，南宁市和防城港市年均降幅约5%)，这说明各市有机污染物排放对当地水体的压力日益减轻，主因是其工业和城镇生活化学需氧量排放量降幅非常明显。进一步分析其二级账户可以发现(见表3)：防城港市和北海市最大驱动力分别来自工业账户和城镇生活账户(其年均贡献率分别约为52%和44%)；南宁市和钦州市2008-2010年最大驱动力源自工业账户(其贡献率介于36-43%之间)，2011-2013年则为城镇生活账户(其贡献率介于38-43%之间)。第二位驱动因子方面，防城港市是城镇生活账户(其年均贡献率约为30%左右)；北海市2008-2010年为工业账户，2011-2013年则为畜禽养殖和工业账户，其年均贡献率分别约为27%和29%；南宁市和钦州市2008-2010年为城镇生活账户(其年均贡献率分别约为30%和34%)，2011-2013年则为畜禽养殖账户(其年均贡献率分别约为35%和36%)。从时间序列来看(见表3)，南宁市和钦州市的城镇生活账户和畜禽养殖账户的驱动力正明显增强而工业账户的驱动力日渐减弱；北海市城镇生活账户驱动力弱化明显而其畜禽养殖账户驱动力日益增强；防城港市的各类账户贡献率变化相对较小，说明其该足迹的驱动机制没有明显改变。

图4 2008-2013年广西北部湾经济区各市人均有机物污染水生态足迹

年份各账户占南宁有机物污染水生态足迹比例各账户占北海有机物污染水生态足迹比例城镇生活农村生活耕地畜禽养殖工业城镇生活农村生活耕地畜禽养殖工业200829.534.130.0625.1341.1551.203.270.0317.2228.28200930.554.180.0726.0739.1353.613.370.0418.2024.79201031.364.070.0628.5136.0048.833.690.0419.0128.43201142.774.620.0832.6319.9036.075.560.0629.6528.67201239.194.830.0835.6920.2136.405.240.0529.5228.79201342.285.000.0836.3516.2735.375.680.0631.2727.63均值35.954.470.0730.7328.7843.584.470.0424.1427.76年份各账户占防城港有机物污染水生态足迹比例各账户占钦州有机物污染水生态足迹比例城镇生活农村生活耕地畜禽养殖工业城镇生活农村生活耕地畜禽养殖工业200828.943.340.0411.7855.9033.564.940.0318.7642.71200930.793.300.0511.9953.8733.634.890.0219.3042.17201030.722.810.0411.6254.8034.845.520.0320.7138.90201131.503.430.0515.0949.9238.189.390.0535.9916.37201231.423.410.0616.1448.9639.259.040.0536.7414.92201331.403.830.0616.9447.7740.279.320.0537.6712.67均值30.803.350.0513.9351.8736.627.180.0428.2027.96

2008-2013年，经济区内各市人均氮污染水生态足迹介于0.905 9-1.738 8 hm2之间(见图5)，年度最大最小值比介于1.55-1.77之间，说明其空间差异度相对较小。基于年均值(见图5)，各市大小排序为南宁>防城港>北海>钦州。从走向来看(见图5)，南宁市和钦州市总体呈上升趋势，说明它们的氮排放对其水体的压力在加大；北海市和防城港市大体表现为下降，表明这2个地区的氮排放对其水体的压力在减轻。进一步分析其二级账户可以发现(见表4)：畜禽养殖账户是各市氮污染水生态足迹的最大驱动因子，前者对后者的年均贡献率介于50-64%之间。南宁市、北海市和防城港市该足迹的第二位驱动因子是城镇生活账户(其年均贡献率介于20-29%之间)；钦州市该足迹的第二位驱动因子则为农村生活账户(其年均贡献率为16%左右)。从时间序列来看(见表4)，防城港市的城镇生活账户的驱动力在减弱同时其畜禽养殖账户的驱动力在增强；其余地区的各类账户贡献率变化较小，说明它们该足迹的驱动机制没有明显改变。

图5 2008-2013年广西北部湾经济区各市人均氮污染水生态足迹

年份各账户占南宁氮污染水生态足迹比例各账户占北海氮污染水生态足迹比例城镇生活农村生活耕地畜禽养殖城镇生活农村生活耕地畜禽养殖200817.4711.7211.0759.7325.508.429.1156.98200917.6911.5112.1658.6522.068.729.6759.55201018.4610.1810.9660.3917.689.739.9562.63201126.039.3510.4154.2218.999.289.7262.01201218.979.9311.3159.7818.968.899.5262.63201322.589.6110.5257.2818.459.179.5862.80均值20.2010.3811.0758.3420.289.039.5961.10年份各账户占防城港氮污染水生态足迹比例各账户占钦州氮污染水生态足迹比例城镇生活农村生活耕地畜禽养殖城镇生活农村生活耕地畜禽养殖200836.247.9911.2244.5510.6216.408.2264.76200933.618.0312.6045.7610.0016.117.9365.97201030.237.6413.1149.0310.8416.727.5064.94201123.467.9814.2454.3116.2315.248.4360.10201224.577.4513.6854.2914.8014.848.3162.05201324.637.9713.3254.089.3915.718.6366.26均值28.797.8413.0350.3411.9815.848.1764.01

2008-2013年，经济区内各市人均磷污染水生态足迹介于0.791 1-1.168 6 hm2之间(见图6)，年度最大最小值比介于1.21-1.48之间，说明其空间差异度较小。基于年均值(见图6)，各市大小排序为南宁>北海>钦州>防城港。从走向来看(见图6)，南宁市和钦州市总体呈上升趋势，防城港市大体表现为下降，北海市则呈波动态势。各市磷污染水生态足迹的驱动机制与其氮污染水生态足迹驱动机制基本相同，不过前者的畜禽养殖账户贡献率要明显大于后者(前者年均贡献率介于66-85%之间)(见表5)。

图6 2008-2013年广西北部湾经济区各市人均磷污染水生态足迹

年份各账户占南宁磷污染水生态足迹比例各账户占北海磷污染水生态足迹比例城镇生活农村生活耕地畜禽养殖城镇生活农村生活耕地畜禽养殖20089.775.095.9579.1915.945.494.6973.8920099.644.906.4179.0612.875.524.8376.78201010.484.455.9379.149.815.944.7979.46201115.524.085.6374.7610.495.674.6979.15201210.254.145.8479.7710.375.404.5679.67201312.934.125.5877.3710.065.554.5879.82年均值11.434.465.8978.2211.595.594.6978.13年份各账户占防城港磷污染水生态足迹比例各账户占钦州磷污染水生态足迹比例城镇生活农村生活耕地畜禽养殖城镇生活农村生活耕地畜禽养殖200826.855.917.6059.644.316.883.1585.66200924.485.858.4161.263.996.683.0086.33201021.235.408.4764.904.376.972.8685.80201115.675.438.8570.046.826.553.3183.33201216.265.048.4770.236.096.273.2184.44201316.245.388.2370.153.756.513.2786.46年均值20.125.508.3466.044.896.643.1385.34

各市3种水污染生态足迹中均为氮污染足迹最大，磷污染足迹次之，有机物污染足迹最小，故以其中的氮污染足迹作为最终水污染生态足迹。

3.2 广西北部湾经济区水环境承载力、生态盈亏及生态压力时空分析

3.2.1 广西北部湾经济区水环境承载力、生态盈亏及生态压力动态分析

2008-2013年，经济区人均水环境承载力介于0.447 6-0.823 5 hm2之间，其走向为先降后升，总体略呈上升趋势(期末值相对期初值增加2.36%，见图7)。

当以化学需氧量作为评价对象时，经济区除2009年外均表现为水环境生态盈亏，其人均盈亏值居于-0.005 2-0.515 8 hm2之间(见图7)，说明该地区有机污染物对水体的压力基本在其承载力范围内；当以氮、磷作为评价对象时，经济区历年均呈赤字状态，其人均赤字值分别介于0.490 1-0.890 9 hm2之间和0.131 4-0.515 1 hm2之间(见图7)，说明该地区氮、磷排放对当地水环境的压力已超过其承载力。由于氮污染水生态足迹是三种污染足迹中的最大值，故最终水环境生态盈亏状况由该评价对象体现。由此可以认为，经济区历年水环境均处于不安全状态。其走向与人均水环境承载力基本一致，这主要是因为经济区历年人均水污染生态足迹变化相对较小而其历年人均水环境承载力变化较大。

图7 2008-2013年广西北部湾经济区人均水环境承载力、水环境生态盈亏和水环境生态压力指数

当以化学需氧量作为评价对象时，经济区历年水环境生态压力指数介于0.373 6-1.011 6之间(见图7)，其中2009年和2010年经济区水环境处于稍不安全和临界水平，其余年份则为很安全或较安全水平，说明该地区有机污染物排放对当地水体的压力相对较小；当以氮、磷作为评价对象时，该指数均超过1(见图7)，说明该地区氮、磷排放使当地水环境处于不安全状态。基于前述，最终水环境生态压力状况由氮污染足迹估算结果反映，由此可以认为，经济区近年来水环境安全度较差(较不安全和很不安全年份各占一半)。因为历年人均水污染生态足迹变幅相对较小，所以水环境生态压力指数变化趋势主要由人均水环境承载力决定。

3.2.2 广西北部湾经济区水环境承载力、生态盈亏及生态压力空间分析

2008-2013年，各市人均水环境承载力介于0.230 4-3.378 0 hm2之间，其中，防城港市人均水环境承载力很高(年均值高达2.7hm2)，而其他3市则相对低很多(年均值介于0.4-0.7 hm2之间)(见图8)，说明经济区内部水环境承载力非常不平衡。从走向来看，各市波动明显，说明其水环境承载力不稳定。从图8、表6可以看出，各市人均水环境承载力高低与其经济社会发展水平关联度较小，而与其水资源丰裕度及人口密度相关性较大。

图8 2008-2013年广西北部湾经济区各市人均水环境承载力

行政分区多年平均人均GDP(元/人)多年平均人均水资源量(m3/人)水资源平均生产能力(m3/hm2)南宁1657416766260北海2252018769670防城港23479901512334钦州1033722509834

注：人均GDP和人均水资源量原始数据来自《广西统计年鉴》；水资源平均生产能力数据来自《广西水功能区修订报告》[23]

各市人均水环境生态盈亏值处于-1.329 0-2.005 4 hm2之间。其中，防城港市历年水环境均表现为生态盈余，说明该地区水环境安全状况很好；其余地区所有年份均呈赤字水平，说明它们的水环境安全状况较差(见图9)。

图9 2008-2013年广西北部湾经济区各市人均水环境生态盈亏

各市水环境生态压力指数居于0.401 8-5.621 7之间(见图10)。基于该指数，防城港市有3个年份表现为水环境很安全水平，2个年份为较安全水平，其水环境生态压力指数最大值仅0.809 2，说明它的水环境安全状况很好，这主要是因为它的水环境承载力很高。钦州市和北海市水环境安全状况较差(钦州市仅2年为稍不安全，其余年份为很不安全或较不安全；北海市3年为很不安全，3年为较不安全)，这是因为：它们的水污染生态足迹虽相对较低，但其水环境承载力更低。南宁市所有年份均为很不安全(其水环境生态压力指数年均值高达3.9)，说明其水环境安全状况很差，这是由于该市水污染生态足迹较高同时其水环境承载力又很低。

图10 2008-2013年广西北部湾经济区各市水环境生态压力指数

4 结论与建议

2008-2013年，广西北部湾经济区及其各市均为氮污染水生态足迹最大，磷污染水生态足迹次之，有机物污染水生态足迹最小。该地区有机物污染足迹呈下降趋势，前3年最大驱动因子为工业账户，后3年则为城镇生活账户；氮/磷污染足迹总体表现为上升，其最大影响因子来自畜禽养殖账户。各市3种水污染生态足迹大小排序不一致，其变化趋势也各异，说明经济区水污染生态足迹空间差异明显。经济区水环境承载力先降后升，总体略呈上升趋势；内部非常不平衡，其中，防城港市该值很大，其他3市则较小。基于水环境生态盈亏和水环境生态压力指数，经济区水环境安全度较差，其内部差异显著：防城港市很好，钦州市和北海市较差，南宁市很差。

为改善经济区水环境状况，首先应大幅降低该地区畜禽养殖业氮、磷排放量，这要求：1)控制畜禽养殖业规模(尤其是南宁市)；2)合理调整养殖结构，例如减少牛养殖量，扩大羊养殖规模；3)各地要科学划定畜禽养殖禁养区，并依法关闭和搬迁禁养区内的畜禽养殖场(小区)和养殖专业户；4)各地要根据养殖方式、规模和自身条件采用适宜的防治技术。其次，应提高经济区城镇生活污水污染防治能力。为此，应加强城镇污水处理厂配套管网工程建设，对于新建污水处理设施，必须“厂网并举，管网先行”；已建和在建的城镇污水处理厂要加快管网建设，提高城镇污水处理率。现有合流制排水系统应加快实施雨污分流改造，难以改造的，应采取截流、调蓄和治理等措施。再次，加大工业废水防治力度：加强造纸、制糖、酒精、淀粉、纺织、制革、有色金属、电镀等主要污染企业的治理，实行更严格的淘汰制度；新建以接纳工业废水为主的集中式污水处理厂必须配套建设脱氮除磷设施，已建的污水处理厂按新的排放限值进行提标改造。另外，随着该地区农民生活水平的提高，农村生活污水排放量及其中污染物浓度也随之上升，故应建设适宜的污水收集系统，采用最佳可行技术实现污水的资源化利用。

相对于传统水污染生态模型，改进模型的优点主要有：比较全面的核算了研究区水污染生态足迹；比较准确的衡量了研究区水环境承载力；避免了均衡因子取值困难；水污染生态足迹只与水环境承载力比较，解决了账户汇总计算的问题。但该模型仍存在某些不足：核算项目仍不完整。例如，没有考虑船舶等流动污染源和城乡垃圾对水体的污染，也没有估算水体对温室气体的吸纳功能；由于问题的复杂性以及人力物力财力不足，本研究仅从稀释角度估算研究区水环境承载力，而实际上水环境承载力大小与水域特性(如几何特征、水文特征、物理自净能力、化学自净能力、生物降解)、水环境功能要求、污染物质特性、排污方式等因素密切相关[20]5；本研究采用的水环境生态压力等级标准主要参考他人相关研究成果，这虽具有一定合理性但有必要研究确定适用于该模型的等级标准。这些问题的解决有待于进一步深入研究。

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[责任编辑 韦志巧]

Spatio-temporal Analysis of Water Pollution Ecological Footprint of Guangxi North Gulf Economic Zone Based on an Improved Model

ZHANG Yi, CHENG Lianting

(College of Economics and Management, Hechi University, Yizhou， Guangxi 546300, China)

The current water pollution ecological footprint model had a big problem. Thus, this papershows an improved model, and takes the Guangxi North Gulf Economic Zone in 2008-2013 as an example for calculation and analysis. The result showed that: (1) The ecological footprint of the economic zone and its cities were mostly polluted by nitrogen, and the secondly by phosphorus, and organic pollutants were the least. The organic pollution footprint decreased, and the nitrogen/phosphorus pollution footprint showed increase trend. In these cities, the size of the 3 kinds of water pollution ecological footprint did not show consistency, and theirchange trends were also varied. (2) The water environment carrying capacity of the economic zone first dropped and then rose, and overall showed upward slight trends. Its interior was very unbalance, and the water environment carrying capacity of Fangchenggang city was high, but the other 3 cities were very low. (3) Based on water environment ecological surplus/deficit and water environment ecological pressure index, water environment security of the economic zone was poor, but there are significant differences in water environment security among different cities. Water environment security in Fangchenggang city is good, but water environment security in Qinzhou city and Beihai city are worse than that in Fangchenggang city, and the Nanning city is the worst.

water pollutant ecological footprint; water environment; carrying capacity; ecological surplus/deficit; water environment ecological pressure index; Guangxi North Gulf Economic Zone

X824

A

1672-9021(2017)02-0001-13

张义(1978-)，男，湖南湘潭人，河池学院经济与管理学院副教授，博士，主要研究方向：生态(资源)经济学，生态安全。

广西哲学社会科学规划一般项目(13BJY022)。

2017-01-16