全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
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摇 摇 第 猿猿卷 第 员员期摇 摇 圆园员猿年 远月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
新一代 蕴葬灶凿泽葬贼系列卫星院蕴葬灶凿泽葬贼 愿 遥感影像新增特征及其生态环境意义 徐涵秋袁唐摇 菲 渊猿圆源怨冤噎噎噎噎
两种自然保护区设计方法要要要数学建模和计算机模拟 王宜成 渊猿圆缘愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
家域研究进展 张晋东袁灾葬灶藻泽泽葬 匀哉蕴蕴袁欧阳志云 渊猿圆远怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
浅水湖泊生态系统稳态转换的阈值判定方法 李玉照袁刘摇 永袁赵摇 磊袁等 渊猿圆愿园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
辐射传输模型多尺度反演植被理化参数研究进展 肖艳芳袁周德民袁赵文吉 渊猿圆怨员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
微囊藻毒素对陆生植物的污染途径及累积研究进展 靳红梅袁常志州 渊猿圆怨愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
个体与基础生态
年龄尧性别及季节因素对千岛湖岛屿社鼠最大活动距离的影响 叶摇 彬袁沈良良袁鲍毅新袁等 渊猿猿员员冤噎噎噎噎
寄主大小及寄生顺序对蝇蛹佣小蜂寄生策略的影响 詹月平袁周摇 敏袁贺摇 张袁等 渊猿猿员愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
两种苹果砧木根系水力结构及其 孕灾曲线水分参数对干旱胁迫的响应
张林森袁张海亭袁胡景江袁等 渊猿猿圆源冤
噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
三种根系分泌脂肪酸对花生生长和土壤酶活性的影响 刘摇 苹袁赵海军袁仲子文袁等 渊猿猿猿圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎
种群尧群落和生态系统
象山港春季网采浮游植物的分布特征及其影响因素 江志兵袁朱旭宇袁高摇 瑜袁等 渊猿猿源园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
洞头海域网采浮游植物的月际变化 朱旭宇袁黄摇 伟袁曾江宁袁等 渊猿猿缘员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
狗牙根与牛鞭草在三峡库区消落带水淹结束后的抗氧化酶活力 李兆佳袁熊高明袁邓龙强袁等 渊猿猿远圆冤噎噎噎噎
三亚岩相潮间带底栖海藻群落结构及其季节变化 陈自强袁寿摇 鹿袁廖一波袁等 渊猿猿苑园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
长期围封对不同放牧强度下草地植物和 粤酝真菌群落恢复的影响 周文萍袁向摇 丹袁胡亚军袁等 渊猿猿愿猿冤噎噎噎
北京松山自然保护区森林群落物种多样性及其神经网络预测 苏日古嘎袁张金屯袁王永霞 渊猿猿怨源冤噎噎噎噎噎
藏北高寒草地生态补偿机制与方案 刘兴元袁龙瑞军 渊猿源园源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
辽东山区次生林生态系统不同林型树干茎流的理化性质 徐天乐袁朱教君袁于立忠袁等 渊猿源员缘冤噎噎噎噎噎噎噎
施氮对亚热带樟树林土壤呼吸的影响 郑摇 威袁闫文德袁王光军袁等 渊猿源圆缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
人工高效经营雷竹林 悦韵圆 通量估算及季节变化特征 陈云飞袁江摇 洪袁周国模袁等 渊猿源猿源冤噎噎噎噎噎噎噎噎
新疆典型荒漠区单食性天花吉丁虫磷元素含量对环境的响应 王摇 晶袁 吕昭智袁宋摇 菁 渊猿源源缘冤噎噎噎噎噎噎
双斑长跗萤叶甲越冬卵在玉米田的空间分布型 张摇 聪袁葛摇 星袁赵摇 磊袁等 渊猿源缘圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
舟山群岛四个养殖獐种群遗传多样性和遗传结构 林杰君袁鲍毅新袁刘摇 军袁等 渊猿源远园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
景观尧区域和全球生态
乡镇尺度金塔绿洲时空格局变化 巩摇 杰袁谢余初袁孙摇 朋袁等 渊猿源苑园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
合并与不合并院两个相似性聚类分析方法比较 刘新涛袁刘晓光袁申摇 琪袁等 渊猿源愿园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
资源与产业生态
基于投入产出表的中国水足迹走势分析 王艳阳袁王会肖袁张摇 昕 渊猿源愿愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于 酝砸陨悦耘杂模型的气候融资模拟分析 朱潜挺袁吴摇 静袁王摇 铮 渊猿源怨怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
黄东海陆架区沉积物中磷的形态分布及生物可利用性 张小勇袁杨摇 茜袁孙摇 耀袁等 渊猿缘园怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎
鄱阳湖采砂南移扩大影响范围要要要多源遥感的证据 崔丽娟袁翟彦放袁邬国锋 渊猿缘圆园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
温度尧盐度及其互作效应对吉富罗非鱼血清 陨郧云鄄陨与生长的影响 强摇 俊袁杨摇 弘袁王摇 辉袁等 渊猿缘圆远冤噎噎噎
城乡与社会生态
福建省城镇鄄交通系统的景观分隔效应 张天海袁罗摇 涛袁邱全毅袁等 渊猿缘猿远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
研究简报
青藏高原高寒草原区工程迹地面积对其恢复植物群落特征的影响 毛摇 亮袁周摇 杰袁郭正刚 渊猿缘源苑冤噎噎噎噎
黄土山地苹果树树体不同方位液流速率分析 孟秦倩袁王摇 健袁张青峰袁等 渊猿缘缘缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢猿员源鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢猿猿鄢圆园员猿鄄园远
室室室室室室室室室室室室室室
封面图说院 清晨的天山马鹿群要要要家域是动物行为学和保护生物学的重要概念之一袁它在动物对资源环境的适应与选择袁种群
密度及社会关系等生态学过程研究中有着重要的作用遥 马鹿属于北方森林草原型动物袁在选择生境的各种要素中袁
隐蔽条件尧水源和食物的丰富度是最重要的指标遥 野生天山马鹿是中国的特产亚种袁主要分布在北天山深山海拔
员缘园园要猿愿园园皂地带的森林草原中袁在高山至谷地之间不同高度的坡面上袁马鹿按季节尧昼夜变化的不同进行采食遥
彩图及图说提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援 糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援 糟燥皂
第 33 卷第 11 期
2013 年 6 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 33,No. 11
Jun. ,2013
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2009SD鄄10)
收稿日期:2012鄄03鄄31; 摇 摇 修订日期:2012鄄11鄄19
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: huixiaowang@ bnu. edu. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201203310452
王艳阳,王会肖,张昕.基于投入产出表的中国水足迹走势分析.生态学报,2013,33(11):3488鄄3498.
Wang Y Y, Wang H X, Zhang X. China water footprint trend analysis based on input鄄output tables. Acta Ecologica Sinica,2013,33(11):3488鄄3498.
基于投入产出表的中国水足迹走势分析
王艳阳1,王会肖1,*,张摇 昕2
(1. 北京师范大学水科学研究院 水沙科学教育部重点实验室摇 北京摇 100875;
2. 中国农业大学水利与土木工程学院, 北京摇 100083)
摘要:水足迹是近年来国内外研究水资源压力的常用方法。 基于投入产出表的水足迹分析方法,分析了我国 1997—2007 年的
水足迹状况,改进了耗水系数的计算方法,研究了基于稀释理论的灰水足迹计算方法,计算了外部水足迹及额外水足迹负重以
及相应系数,分析了我国水足迹消费的商品(服务)结构。 结果表明,1997—2007 年我国年均水足迹总量为 2. 83 万亿 m3,总体
呈现下降趋势,其中蓝水足迹为 2183 亿 m3,灰水足迹为 2. 62 万亿 m3(以芋类水标准核算)。 在水足迹总量中,间接水足迹占据
比例达到 90% ,可见水资源压力的产生主要基于商品或服务的消费。 我国水足迹基本上依靠自给,同时我国承担其他国家的
水资源压力的比例很大,但是整体上呈现下降趋势。 从水足迹消费商品(服务)结构上看,与饮食相关的商品或服务占较大
比例。
关键词:水足迹; 投入产出法; 虚拟水; 水资源
China water footprint trend analysis based on input鄄output tables
WANG Yanyang1, WANG Huixiao1,*, ZHANG Xin2
1 College of Water Sciences, Beijing Normal University; Key Laboratory of Water and Sediment Sciences, Ministry of Education, Beijing 100875, China
2 College of Water Recourses and Civil Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China
Abstract: Water footprint (WF) method is a common way to study the water resources pressure in recent years. The total
water footprint of China from 1997 to 2002 were calculated by using water footprint method based on the input鄄output tables
in this paper, the method for calculating the water consumption coefficients was improved, and the method for calculating
the gray water footprint based on dilution theory was studied in the paper. The external water footprints, the extra water
footprints and the corresponding coefficients were also calculated, and the goods (services) structures of the water footprint
consumption were analyzed in this study. The results showed that the annual WF of China had a downward trend from 1997
to 2007, with an average annual of 2. 83 trillion cubic meters, in which the blue WF was 218. 3 billion cubic meters and
the gray WF was 2. 62 trillion cubic meters ( accounting to the third level surface water quality standards) . The indirect
water footprint accounted for 90% of the total WF, which meant the pressure of water resources mainly comes from the
consumption of goods or services. The WF of China depends on self鄄sufficiency largely, and at the same time China bears a
large proportion of the water pressure of other countries, but which has a it shows a downward trend on the whole. In the
sight of the structure of goods or services, the diet鄄related goods or services occupied a higher proportion of WF.
Key Words: water footprints; input鄄output table methods; virtual water; water resources
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水足迹指在一定的物质生活标准下,生产一定人群(个体、城市或国家)消费的产品和服务所需要的水资
源数量[1]。 这部分水资源数量既包括日常生活实体用水、工农业商品(服务)中的虚拟水和市政用水,同时也
包括处理人类生活生产活动排放的污水废水所需要的水资源量。 水足迹的概念实际上将实体水消费与虚拟
水消费结合起来,将对“蓝水冶(地表水及地下水)和“绿水冶 [2](降水中未形成地表水、地下水蕴藏在土壤等的
水分)的消耗结合起来,将水量和水质的变化结合起来,从更加广阔的角度展现了人们消费对水资源造成的
影响。
水足迹是 2002 年由 A. Y. Hoekstra提出的。 Hoekstra 和 Hung[3]于 2002 年初步估算了国家层面的水足
迹,Hoekstra 和 Chapagain6[4]于 2007—2008 年更加系统地估算了国家层面的水足迹。 A. Y. Hoekstra等集中
多年研究成果,编写了《水足迹分析手册》 [5],成为全面总结水足迹分析的著作,为水足迹的研究提供了样本。
我国的水足迹研究起步相对较早,龙爱华等[6]于 2003 年对我国西北 4 省区的 2000 年进行了水足迹的研究,
王爱华等[7]于 2005 年对我国的水足迹进行了初步的研究。 中国投入产出学会课题组[8]以 2002 年投入产出
表为基础进行了国民经济各生产部门水资源消耗的投入产出分析,研究了我国各生产部门实际水资源的消耗
量,成为我国水资源投入产出分析研究中最具权威性的成果。 此后,国内学者开始在水足迹和虚拟水的研究
中广泛采用投入产出法,赵旭等[9]采用投入产出法分析了我国的虚拟水贸易情况,王艳阳等[10]分析了北京市
的水足迹状况,廖明球[11]等针对投入产出表在资源环境的应用,提出了经济、资源、环境投入产出模型,推进
了投入产出模型在水资源领域的应用。 许健等[11]研究了直接消耗系数、间接消耗系数和完全消耗系数的理
论和应用方法,解决了投入产出法在虚拟水计算的应用中最为关键的问题。 另外,有学者开始在其他问题的
研究中采用水足迹方法,例如戚瑞等[13]提出了若干水足迹评价指标,并将水足迹方法应用于水资源评价,孙
克[14]等在环境影响评价中采用了水足迹指标。
当前水足迹的研究重点依然是方法体系的问题。 在一些研究中没有区分用水量和耗水量,如周娇等[15]
在虚拟水的计算中直接采用新鲜水用量而非消耗量。 其次,对基于投入产出表的灰水足迹计算还没有系统的
研究。 另外,水足迹宏观分析指标有待于完善。 目前的宏观分析中,常采用水足迹自给率,主要针对存在外部
水足迹的地区使用,而无法反映水足迹流出量大地区的状况。
本文采用基于投入产出表的水足迹计算方法,估算了 1997—2007 年中国水足迹状况;对原有蓝水足迹计
算方法进行了改进;提出了基于投入产出表的灰水足迹计算方法;对水足迹宏观评价指标进行了发展。
1摇 数据与方法
1. 1摇 用水量、耗水量与排水量
用水量指用水户对新鲜水的取用量。 耗水量指在生产生活过程中通过蒸腾、指在输水、用水过程中,通过
蒸腾蒸发、土壤吸收、产品带走、居民和牲畜饮用等各种形式消耗掉而不能回归到地表水体或地下含水层的水
量[16]。 在水足迹的概念中,强调采用的水量数据应该除去在用水过程中回到地表水源或地下水源的部分[5],
因此,应采用耗水量数据,而非用水量数据。 用水量、耗水量与排水量的关系为[17]:
Vf,j = Vco,j + Vd,j (1)
式中, Vf,j 为 j行业用水量; Vco,j 为 j行业耗水量, Vd,j 为 j行业排水量。
农业耗水量,由中国水资源公报提供的农业用水量和农业耗水率确定;第二产业耗水量由中国环境年鉴
提供的行业用水量和排水量确定;生活耗水量及第三产业耗水量由中国水资源公报提供的生活用水量、公共
用水量、家庭人均用水量和相应耗水率确定。 在总水量的平衡方面,依据中国水资源公报提供的数据对各行
业耗水量进行适当调整。
1. 2摇 用水投入产出表
依据中国统计年鉴公布的 1997 年、2000 年、2002 年、2005 年、2007 年 5 张 17 部门经济投入产出表,并考
虑环境年鉴行业用水排水数据的情况,编制 16 部门中国用水投入产出表。 投入产出表结构如图 1。
在用水投入产出表中,应用投入产出表的行模型[18],即移
n
j = 1
xij + Yi = X i ,式中 i表示横行中的某一部门; j
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图 1摇 用水投入产出表结构图
Fig. 1摇 Structure of water input鄄output table
表示纵列的某一部门; xij 表示 i部门产品提供给 j部门
作为生产消耗的数量; Yi 表示 i 部门的最终使用数量;
X i 表示 i部门的总产出数量。
定义 aij =
xij
X i
为直接消耗系数[18],定义 A = a{ }ij n伊n
为直接消耗系数矩阵[18],则行模型表达式为 AX + Y =
X ,式中 X为总产出列向量, Y 为最终使用列向量。 用
水投入产出表的完全需求矩阵定义[18] 为 B =
(E - A) -1。 摇
1. 3摇 耗水系数与排水系数
许健等[11]提出了直接用水系数、完全用水系数的
概念,本研究参照直接用水系数、完全用水系数的概念,
提出行业直接耗水系数、完全耗水系数、直接排水系数和完全排水系数。
行业直接耗水系数指生产一单位产品的过程中所消耗掉自然形态的水资源量[11],计算公式为:
fco,j = Vco,j / X j (2)
式中, fco,j 为 j行业直接耗水系数(m3 /万元); Vco,j 为 j行业耗水量(m3); X j 为 j行业总产出(万元)。
直接排水系数指生产一单位产品过程中直接排出的污废水量,计算公式为:
fd,j = Vd,j / X j (3)
式中, fd,j 为 j行业直接耗水系数(m3 /万元); Vd,j 为 j行业排水量(m3); X j 为 j行业总产出(万元)。
一个行业的完全用水系数指该行业增产一单位产品所需整个经济体系总耗水量的增加量[11],计算公
式为:
rco = fco 伊 B (4)
式中, rco 为全行业完全耗水系数行向量; fco 为全行业直接耗水系数行向量; B为完全需求矩阵。
一个行业完全排水系数指该行业增产一单位产品所需整个经济体系总排水量的增加量,计算公式为:
rd = fd 伊 B (5)
式中, rd 为全行业完全排水系数行向量; fd 为全行业直接排水系数行向量; B为完全需求矩阵。
1. 4摇 蓝水足迹与灰水足迹
水足迹包括绿水足迹、蓝水足迹和灰水足迹 3 部分,绿水足迹、蓝水足迹分别指在水资源利用中由于对绿
水和蓝水的消耗产生的水足迹,灰水足迹指由于污废水排放产生的水足迹。 绿水足迹、蓝水足迹与水资源量
的变化相关,灰水足迹同水资源质的变化相关。
本研究基于各行业的取水和排水数据,重点研究蓝水足迹和灰水足迹,绿水足迹不在本研究的范围内。
蓝水足迹包括实体水消费和虚拟水消费两部分,实体水消费指居民家庭耗水量,虚拟水消费指居民消费
和政府消费间接造成的耗水量。
居民家庭耗水量通过家庭居民用水量和生活用水耗水系数确定,依据《中国水资源公报》提供的相应年
份数据计算得到。
虚拟水消费额计算公式[19]为:
VWC j = rco,j 伊 P j (6)
式中, VWC j 为 j产品消费的虚拟水量(m3); rco,j 为 j产品完全耗水系数(m3 /万元); P j 为 j产品的消费额(万
元)。
灰水足迹的计算,一方面要考虑污废水排放量及污染物浓度,另一方面要考虑水质标准以及背景污染物
含量。 本研究中,取 COD作为特征污染物,分析灰水足迹状况。 灰水足迹计算公式[5]为:
0943 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
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WFgrey =
L
1000(cmax - cnat)
(7)
式中, WFgrey 为灰水足迹(m3); L为污染负荷(mg); cmax 为最大允许污染物浓度(mg / L); cnat 为自然条件下
水体背景污染物浓度(mg / L)。
污染负荷的计算,分为两种情况,一是居民生活直接排放污废水造成的污染负荷,计算公式如下:
Ld = 1000WWd 伊 cw,d (8)
式中, Ld 为居民生活直接排放污废水造成的污染负荷; WWd 为生活污废水排放量(m3); cw,d 为居民生活直
接排放污废水的特征污染物浓度(mg / L),由环境年鉴提供的统计值确定。
另外一种情况是有商品(服务)消费造成的污染负荷,按照虚拟排水量进行计算,公式如下:
L j = 1000VWW j 伊 cw,j (9)
式中, VWW j为 j行业虚拟排水量(m3); cw,j为 j行业特征污染物排放浓度(mg / L),本研究为 COD,工业产品由
中国环境年鉴提供的统计值确定,农业产品和第三产业以生活特征污染物排放浓度为参照确定。
定义 k j 为灰水足迹折算系数, k j =
cw,j
cmax - cnat
,则灰水足迹计算公式如下:
WFgrey,j = k j 伊 VWW j (10)
虚拟排水量计算同虚拟水计算方法类似,计算公式如下:
VWW j = rd,j 伊 P j (11)
式中, rd,j 为 j行业完全排水系数(m3 /万元)。
cmax 的取值依据《中国地表水环境质量标准》(GB3838—2002)确定,本研究分别按照芋类、郁类、吁类水
标准确定 cmax 的取值,对于 COD分别为 20mg / L,30mg / L,40mg / L。 在自然状况下,污染物含量很低,因此 cnat
= 0。
1. 5摇 外部水足迹与额外水足迹负重
伴随区域间的商品(服务)贸易,会产生虚拟水和虚拟排水量在区域间的流动,对于区域,虚拟水的净流
入计算公式[19]为:
VWI j = rco,j 伊 P j,net,imp (12)
式中, VWI j 为 j行业虚拟水净流入量; P j,net,imp 为 j行业商品(服务)净进口量(万元)。
同理,虚拟排水量的净流入计算公式为:
VWWI j = rd,j 伊 P j,net,imp (13)
式中, VWWI j 为 j行业虚拟排水量净流入量; P j,net,imp 为 j行业商品(服务)净进口量(万元)。
虚拟水净流入量与虚拟排水量净流入值反映水资源压力的转移状况,如果虚拟水(虚拟排水量)净流入
量为正值,说明本地区通过贸易方式,将水资源压力转移到其他地区;虚拟水(虚拟排水量)净流入量为负值,
说明本地区通过贸易方式,承载了其他地区的水资源压力。
如果虚拟水(虚拟排水量)净流入量为正,则定义该值为本地区的外部水足迹[20]。 外部水足迹由外部蓝
水足迹和外部灰水足迹构成,其中,外部蓝水足迹计算公式如下:
WFex,blue
移VWI j 假如 移VWI j > 0
0 假如 移VWI j 臆{ 0 (14)
外部灰水足迹计算公式如下:
WFex,grey
移k j 伊 VWWI j 假如 移k j 伊 VWWI j > 0
0 假如 移k j 伊 VWWI j 臆{ 0 (15)
如果虚拟水(虚拟排水量)净流入量为负,则定义该值的相反数为本地区的额外水足迹负重。 额外水足迹负
1943摇 11 期 摇 摇 摇 王艳阳摇 等:基于投入产出表的中国水足迹走势分析 摇
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重由额外蓝水足迹负重和额外灰水足迹构成, 其中,额外蓝水足迹负重计算公式如下:
WFep,blue
- 移VWI j 假如 移VWI j < 0
0 假如 移VWI j 逸{ 0 (16)
额外灰水足迹负重计算公式如下:
WFep,grey
- 移k j 伊 VWWI j假如 移k j 伊 VWWI j < 0
0假如 移k j 伊 VWWI j 逸 {0 (17)
在外部水足迹和额外水足迹负重概念的基础上,定义区域水足迹的两个指标,即水资源自给率和额外水足迹
负重系数。 水资源自给率[21]( WSS )反映区域的水资源自给情况,如果等于 1,说明实现完全自给,值越小说
明越依赖外部水资源,计算公式[21]如下:
WSS = (1 -
WFex
WF
) 伊 100% (18)
式中, WF为区域总水足迹,由蓝水足迹和灰水足迹构成。
额外水足迹负重系数( WEE )反映区域承载其他地区水资源压力的程度,如果等于零,说明没有承载其
他地区水资源压力,数值越大说明承载其他地区水资源压力的程度越大,计算公式如下:
WEE =
WFep
WF
伊 100% (19)
2摇 中国水足迹状况
图 2摇 中国年水足迹变化
Fig. 2摇 Water footprint of China
2. 1摇 中国水足迹构成
1997 年至 2007 年,中国年均总水足迹为 2. 83 万
亿 m3,其中蓝水足迹为 2183 亿 m3,灰水足迹为 2. 62 万
亿 m3(以三类水标准核算)。 在总水足迹中,灰水足迹
占据主导地位,灰水足迹所占比例达到了 90%以上,
1997—2007 年,灰水足迹所占比例最大时达到了 94% ,
最小年份也有 89% 。 总水足迹呈现下降趋势,年均下
降率大约为 17% ;蓝水足迹变化不明显,而灰水足迹下
降较多,年均下降率达到 18% 。 年总水足迹及其构成
的变化如图 2。
1997—2007 年,全国人均水足迹年均值为 2220m3,
其中人均蓝水足迹年均值为 170m3,灰水足迹人均值为 2050m3。 农村居民人均水足迹为 1730m3,城镇居民人
均水足迹为 2730m3。 城镇居民人均水足迹值达到了农村居民人均水足迹的 1. 5 倍。
2. 2摇 蓝水足迹消费结构
1997 年至 2007 年,由居民直接消耗实体水而产生的蓝水足迹年均值为 280 亿 m3,由虚拟水产生的蓝水
足迹年均值为 1904 亿 m3,显然,虚拟水量在蓝水足迹中占据很大比例,而实体水消耗占据的比例几乎可以忽
略。 由此可见,居民对商品和服务的消费是蓝水足迹消费的最主要方式。 图 3 表示 1997 年至 2007 年蓝水足
迹年际变化情况,可以看出,虚拟水消费总体上呈现下降趋势,但是下降程度并不明显。 实体水消费量比较
稳定。
表 1 为 1997 年至 2007 年各行业虚拟水消费状况。 农业行业产品的虚拟水消费量很大,均值达到 1060
亿 m3,占总虚拟水消费总量的 56% ;其次是食品、饮料制造及烟草制品业),达到了 287. 61 亿 m3,占虚拟水消
费总量的 15% 。 而采矿业和建筑业的虚拟水消费量很小,分别仅有 0. 70 亿 m3 和 1. 44 亿 m3,所占比例均不
足 0. 1% 。 各行业的虚拟水消费量既有增长的行业,也有下降的行业,其中年增长最快的行业是运输仓储邮
2943 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
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图 3摇 蓝水足迹年际变化
Fig. 3摇 Blue water footprint of China
政、信息传输、计算机服务和软件业其增长率为 53% ;
其次是其他服务业,其增长率为 36% 。 而年下降最快
的行业是非金属矿物制品业,其下降率为 36% ;其次是
农业,其下降率为 17% 。 变化不大的行业是房地产业、
租赁和商务服务业,金属产品制造业,采矿业。
在农村居民消费中,农业的虚拟水消费较大,达到
574. 77 亿 m3,占 73% ;其次是食品、饮料制造及烟草制
品业,达到了 106. 44 亿 m3,占 14% 。 建筑业、采矿业的
虚拟水消费较小,所占比例不足 0郾 1%在 16 个行业中,
其他服务业(16)年均增长率最大,达到了 38% ;其次是
运输仓储邮政、信息传输、计算机服务和软件业,达到了
22% 。 非金属矿物制品业年均下降率最大,达到了
43% ,其次是金属产品制造业、农业,达到了 25% 。 机设备制造业、金融业等行业变化不大。
在城镇居民消费中,农业虚拟水消费最大,达到了 474. 43 亿 m3,占 50% ;其次是食品、饮料制造及烟草制
品业,达到了 181. 17 亿 m3,占 19% 。 采矿业的虚拟水消费最小,仅为 0. 41 亿 m3,占 0. 1% ;其次为建筑业,仅
为 1. 44 亿 m3,占 0. 2% 。 在 16 个行业中,12 个行业处于增长态势,其他服务业年均增长率最大,达到了
63% ;其次是运输仓储邮政、信息传输、计算机服务和软件业,达到了 54% 。 非金属矿物制品业年均下降率最
大,达到了 34% ,其次是农业,达到了 9% 。 采矿业等行业变化不大。
在政府消费中,虚拟水消费集中在其他服务业,年均达到了 153 亿 m3,占 90% 。 其他行业所占比例很小,
甚至为零。
表 1摇 各行业虚拟水消费状况
Table 1摇 Virtual water consumption of different sectors of China
行业部门 Sectors
虚拟水总消费量 Virtual water consumption / (亿 m3)
1997 年 2000 年 2002 年 2005 年 2007 年
农、林、牧、渔业(01) 1442. 20 1267. 73 1124. 64 792. 70 677. 08
采矿业(02) 0. 61 0. 37 0. 90 1. 16 0. 49
食品、饮料制造及烟草制品业(03) 322. 31 277. 82 166. 11 243. 62 428. 22
纺织、服装及皮革产品制造业(04) 66. 17 56. 15 42. 25 70. 42 86. 34
其他制造业(05) 14. 64 9. 97 10. 21 18. 49 18. 83
炼焦、燃气、使用加工业及电力、热力及水的生产和供应业(06) 21. 93 22. 63 31. 03 50. 32 72. 57
化学工业(07) 23. 62 29. 48 17. 42 33. 19 30. 36
非金属矿物制品业(08) 5. 30 2. 63 1. 37 3. 55 0. 89
金属产品制造业(09) 5. 17 3. 69 3. 43 5. 49 4. 51
机械设备制造业(10) 50. 26 62. 84 39. 08 102. 47 107. 97
建筑业(11) 0. 00 0. 00 0. 00 0. 00 7. 18
运输仓储邮政、信息传输、计算机服务和软件业(12) 6. 52 7. 28 12. 21 42. 59 35. 65
批发零售贸易、住宿和餐饮业(13) 44. 14 47. 28 85. 13 90. 41 112. 02
房地产业、租赁和商务服务业(14) 16. 64 18. 20 6. 92 18. 12 17. 60
金融业(15) 1. 56 1. 48 4. 84 4. 36 4. 50
其他服务业(16) 87. 96 81. 15 231. 03 362. 11 303. 72
摇 摇 (01): Agriculture;(02): Mining;(03): Manufacture of foods and tobacco;(04): Manufacture of textile, footwear, caps, leather, fur, feather
(down) and its products ;(05): Manufacture of other products;(06): Processing of petroleum, coking, processing of nuclear fuel & Production and
supply of electric power and heat power ;(07): Chemical industry;(08): Manufacture of nonmetallic mineral products;(09): Manufacture of metal
products;(10): Manufacture of machinery and equipment;(11): Construction;(12): Traffic, transport and storage, post, information transmission,
computer services and software;(13): Wholesale, retail trades, hotels and catering services;(14): Real estate & leasing and business services;(15):
Financial intermediation;(16): other services
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虚拟水的消费量受两个因素影响,即完全耗水系数和消费总额。 消费总额反映商品(服务)消费结构;而
完全耗水系数与行业直接耗水及产业链相关,反映技术水平与产业结构对水足迹的影响。 从 1997 年至 2007
年各行业完全耗水系数分析,农业完全耗水系数最大,其次是食品、饮料制造及烟草制品业。 1997—2007 年
各行业的完全耗水系数呈现下降趋势,其中年均下降率最大的行业是非金属矿物制品业,房地产业、租赁和商
务服务业,达到了 20% 。 而机械设备制造业,运输仓储邮政、信息传输、计算机服务和软件业完全耗水系数变
化很小。
图 4摇 2005 年耗水系数情况
摇 Fig. 4摇 Water use coefficients of different sectors of China in 2005
01 农、林、牧、渔业;02 采矿业;03 食品、饮料制造及烟草制品业;
04纺织、服装及皮革产品制造业;05 其他制造业;06 炼焦、燃气、
使用加工业及电力、热力及水的生产和供应业;07 化学工业;08 非
金属矿物制品业;09 金属产品制造业;10 机械设备制造业;11 建
筑业;12 运输仓储邮政、信息传输、计算机服务和软件业;13 批发
零售贸易、住宿和餐饮业;14 房地产业、租赁和商务服务业;15 金
融业;16 其他服务业
各行业直接耗水系数占完全耗水系数的比例并不
相同,图 4 表示了 2005 年各行耗水系数状况。 从图中
可以看出,农业的直接耗水系数所占比例最大,达到了
77% ,其次是炼焦、燃气、使用加工业及电力、热力及水
的生产和供应业,达到了 65% 。 而机械设备制造业的
间接耗水系数所占比例最大,达到了 99% ,其次是建筑
业,达到了 97% 。 从计算结果可以看出,间接耗水系数
占完全耗水系数的比例超过 50%的行业数达到了 14
个,占总行业数目的 87. 5% ;,间接耗水系数占完全耗
水系数的比例超过 90%的行业数达到了 9 个,占总行
业数目的 64% 。 可见,多数商品(服务)中蕴含的虚拟
水主要来自生产过程中的虚拟水投入,即原材料中蕴含
的虚拟水,而非新鲜水投入。 表明,产业链的累积效应
对蓝水足迹的影响很大。
2. 3摇 灰水足迹消费结构
1997 年至 2007 年,由居民直接排放污废水而产生
的灰水足迹年均值为 0. 32 万亿 m3(按照芋类水标准核
算),由虚拟排水产生的灰水足迹年均值为 2. 3 万亿
m3。 显然,虚拟排水量在灰水足迹中占据很大比例,而实体直接排放污废水占据的比例几乎可以忽略。 由此
可见,居民对商品和服务的消费是灰水足迹消费的最主要方式。 灰水足迹总体上呈现下降趋势,年下降率为
25% 。 间接灰水足迹总体上呈现下降趋势,年均下降率为 30% ,直接灰水足迹量总体上比较稳定。
从各行业虚拟排水量状况分析,农业的年均虚拟排水量很大,达到 650 亿 m3,占总虚拟水排水量的 46% ;
其次是其他服务业,达到了 205 亿 m3,占 15% ;食品、饮料制造及烟草制品业达到了 199 亿 m3,占 14% 。 建筑
业、采矿业的虚拟排水量很小,所占比例不足 0. 1% 。 各行业的虚拟排水量总体上呈现下降趋势,非金属矿物
制品业下降最快,年均下降率达到了 57% ;其次是采矿业,年均下降率达到 39% 。 年均增长最快的行业是运
输仓储邮政、信息传输、计算机服务和软件业,其增长率为 10% ;其次是批发零售贸易、住宿和餐饮业,增长率
为 8% 。 变化不大的行业是食品、饮料制造及烟草制品业。
在农村居民消费中,农业的虚拟排水量最大,年均值达到 351. 80 亿 m3,占总量的 65% ;其次是食品、饮料
制造及烟草制品业,达到了 75 亿 m3,占 14% 。 建筑业、采矿业的虚拟排水量较小,所占比例不足 0. 1% 。 在
城镇居民消费中,农业的虚拟排水量最大,达到 290 亿 m3,占 42% ;其次是食品、饮料制造及烟草制品业,达到
了 124 亿 m3,占 18% 。 建筑业、采矿业的虚拟排水量较小,所占比例不足 0. 1% 。 在政府消费中,虚拟排水量
集中在其他服务业,年均达到了 149. 14 亿 m3,占 93% 。 其他行业所占比例很小,甚至为零。
虚拟排水量受 3 个因素影响,即灰水足迹折算系数、完全排水系数和消费总额。 消费总额反映商品(服
务)消费结构;而完全排水系数与行业直接排水及产业链相关,反映技术水平与产业结构对灰水足迹的影响;
灰水足迹折算系数与污染物的浓度、水质标准及污染物背景浓度相关,反映商品(服务)生产工艺、环境品质
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图 5摇 2005 年各行业排水系数
摇 Fig. 5摇 Water discharge coefficients of different sectors of China
in 2005
要求及现状对灰水足迹的影响。 图 6 表示了 2005 年排
水系数情况。 各行业直接排水系数占完全排水系数的
比例并不相同,农业的直接排水系数所占比例最大,达
到了 76% ;其次是炼焦、燃气、使用加工业及电力、热力
及水的生产和供应业,达到了 67% 。 而机械设备制造
业的间接排水系数所占比例最大,达到了 99% ;其次是
建筑业,达到了 97% 。 从计算结果可以看出,间接排水
系数占完全排水系数的比例超过 50%的行业数达到了
14 个,占总行业数目的 87. 5% ;,间接排水系数占完全
排水系数的比例超过 90%的行业数达到了 7 个,占总
行业数目的 44% 。 可见,多数商品(服务)中蕴含的虚
拟排水量主要来自生产过程中的虚拟排水量累积,即原
材料中蕴含的虚拟排水量,而非直接污废水排放量。 表
明,产业链的累积效应对灰水足迹的影响很大。
表 2 给出不同年份在不同水质标准要求下的灰水足迹折算系数,显然水质标准越低折算系数越小。 水质
标准越低意味着单位水体内允许容纳的污染物量越大,因此对于同样的污染负荷所需要的稀释水量越小,即
灰水足迹越小。 表 3 给出了不同年份在不同水质标准下的灰水足迹以作对比,但是本文在对水足迹进行分析
时,采用按照芋类水标准核算的结果。
表 2摇 不同年份不同水质标准下灰水足迹折算系数
Table 2摇 Conversion coefficient of gray water footprint under different water quality standards in 1997 to 2007
水质标准
Water quality standards
1997 年
生活 工业
2000 年
生活 工业
2002 年
生活 工业
2005 年
生活 工业
2007 年
生活 工业
芋类 Standard 芋 23. 7 18. 1 18. 1 16. 8 14. 1 16. 9 11. 4 15. 3 10. 4 14. 0
郁类 Standard 郁 15. 8 12. 1 12. 1 11. 2 9. 4 11. 2 7. 6 10. 2 6. 9 9. 4
吁类 Standard 吁 11. 8 9. 0 9. 1 8. 4 7. 0 8. 4 5. 7 7. 6 5. 2 7. 0
表 3摇 不同年份不同水质标准下灰水足迹(亿 m3)
Table 3摇 Gray water footprint under different water quality satndards in 1997 to 2007
水质标准 1997 年 2000 年 2002 年 2005 年 2007 年
芋类 32521 26592 25783 16924 13239
郁类 21681 17728 17188 11283 8826
吁类 16261 13296 12891 8462 6619
3. 4摇 外部水足迹与额外水足迹负重状况
1997 年至 2007 年,年均虚拟水净流出量为 360 亿 m3,年均虚拟排水量流出量为 460 亿 m3。 图 6,7 表示
了年外部水足迹(额外水足迹负重)。 总体来讲,虚拟水和虚拟排水量的净流出量呈现下降的趋势。 1997—
2007 年,中国同其他区域的水足迹交换表现为额外水足迹负重。
依据外部水足迹与额外水足迹负重状况,计算水足迹评价指标。 1997 年、2000 年、2002 年、2005 年及
2007 年水资源自给率均为 100% ,而额外水足迹负重系数为分别为 62% ,67% ,0. 4% ,3. 4% ,7. 7% 。 结果表
明,我国水资源实现自给,没有将水资源压力转移到其他地区,相反,我国承载了其他地区的水资源压力。 总
体来讲,我国水资源压力主要来自本区域内水足迹消费,额外水足迹负重对水资源压力也有一定的影响,特别
是 2000 年之前,额外水足迹负重超过 50% ,而 2000 年之后发生了很大的变化,额外水足迹负重系数明显降
低。 结果还同时表明,灰水足迹在额外水足迹负重中占据较大比例,超过了 70% ,个别年份超过了 90% ,额外
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水足迹负重对中国水资源压力的影响主要体现在灰水足迹方面。
图 6摇 虚拟水净流出(流入)状况
摇 Fig. 6摇 Net export (import) of virtual water of different sectors of
China in 1997 to 2007
图 7摇 2005 年水足迹净流出(流入)状况
摇 Fig. 7摇 Net export (import) of virtual water of different sectors of
China in 2005
3摇 讨论
本研究得出中国年均总水足迹为国年均总水足迹为 2. 83 万亿 m3,其中蓝水足迹为 2183 亿 m3,灰水足迹
为 2. 62 万亿 m3。 A. Y. Hoekstra等[22]的研究表明,中国年均水足迹为 8833. 9 亿 m3,显然本研究的结果偏
大。 一方面,本研究计算了灰水足迹,而后者的研究中没有计算该部分,因此本研究的水足迹总量高于后者;
另一方面,A. Y. Hoekstra 等] [22]的研究中,用于本国农业产品耗水量为 7711 亿 m3,除去农业用水耗水量
2374 亿 m3[16],绿水足迹约为 5337 亿 m3。 本研究没有考虑农业生产的绿水消耗,而且区分了用水与耗水量的
差别,因此蓝水足迹结果比后者的水足迹小。
蓝水足迹和灰水足迹是本文研究的重点。 蓝水足迹计算的关键点之一是要搞清楚水的真实消耗量。 本
文考虑了用水与耗水的关系,避免将排出生产系统的水计入产品水的消耗中,较真实的计算了蓝水足迹。 但
是,本文对不同行业部门蓝水消耗都认为是完全相同的“蓝水冶,没有考虑不同行业或不同地区用水质量的不
同。 这方面主要是由于分质供水目前还没有完全实现,也没有相关的数据,从这一点上看,蓝水足迹的结果没
有完全反映实际的状况。 但是不同行业或不同地区用水质量的差别主要反映供水条件的状况,不能反映国民
经济结构、生产水平、消费规模等的差别,因此认为各部门各地区是相同的“蓝水冶是合理的。
灰水足迹与蓝水足迹、绿水足迹不同,其关注的重点是水质的变化。 由于影响水质变化的物质很多,有不
同的指标衡量,同时对于不同的行业,排水中物质种类和浓度也并不相同。 本文采用 COD 作为评估的指标,
主要考虑到 COD一直是我国水环境研究关注的重点,具有代表性。 另外,不同地区的水污染物背景值也是不
同的,本文忽略该因素的影响,设定背景为无污染状况。 同时对于水质容许的污染物值也颇具有人为因素,本
文采用水环境质量标准中规定的不同类别水质的标准值进行灰水足迹的估算。 从以上因素分析,灰水足迹应
该比实际情况偏小。
4摇 结论
(1)1997 年至 2007 年,中国年均总水足迹为 2. 83 万亿 m3,其中蓝水足迹为 2183 亿 m3,灰水足迹为 2. 62
万亿 m3(以芋类水标准核算)。 在总水足迹中,灰水足迹占据主导地位,灰水足迹所占比例达到了 90%以上。
全国人均水足迹年均值为 2220m3,其中人均蓝水足迹年均值为 170m3,灰水足迹人均值为 2050m3。 农村居民
人均水足迹为 1730m3,城镇居民人均水足迹为 2730m3。 城镇居民人均水足迹值达到了农村居民人均水足迹
的 1. 5 倍。 中国水足迹总量、蓝水足迹、灰水足迹以及各行业的水足迹消费量均呈现下降的趋势。
(2)1997 年至 2007 年,由居民直接消耗实体水而产生的蓝水足迹年均值为 280 亿 m3,由虚拟水产生的蓝
水足迹年均值为 1904 亿 m3,显然,虚拟水量在蓝水足迹中占据很大比例,而实体水消耗占据的比例几乎可以
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忽略。 农业行业产品的虚拟水消费量很大达到 1060 亿 m3,占总虚拟水消费总量的 56% ;其次是食品、饮料制
造及烟草制品业),达到了 287. 61 亿 m3,占虚拟水消费总量的 15% 。 采矿业和建筑业的虚拟水消费量很小。
(3)1997 年至 2007 年,由居民直接排放污废水而产生的灰水足迹年均值为 0. 32 万亿 m3(按照芋类水标
准核算),由虚拟排水产生的灰水足迹年均值为 2. 3 万亿 m3。 显然,虚拟排水量在灰水足迹中占据很大比例,
而实体直接排放污废水占据的比例几乎可以忽略。 农业的年均虚拟排水量很大,达到 650 亿 m3,占总虚拟水
排水量的 46% ;其次是其他服务业,达到了 205 亿 m3,占 15% ;食品、饮料制造及烟草制品业达到了 199 亿
m3,占 14% 。 建筑业、采矿业的虚拟排水量很小。
(4)1997 年 / 2000 年、2002 年、2005 年、2007 年水资源自给率均为 100% ,而额外水足迹负重系数分别为
62% ,67% ,0. 4% ,3. 4% ,7. 7% 。 结果表明,我国水资源实现自给,没有将水资源压力转移到其他地区,相反,
我国承载了其他地区的水资源压力。
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叶生态学报曳是由中国科学技术协会主管袁中国生态学学会尧中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊袁创刊于 员怨愿员 年袁报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果遥 坚持野百花齐放袁百家
争鸣冶的方针袁依靠和团结广大生态学科研工作者袁探索自然奥秘袁为生态学基础理论研究搭建交流平台袁促
进生态学研究深入发展袁为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务尧为国民经济建设和发展服务遥
叶生态学报曳主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果遥 特别欢
迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章曰研究简报曰生态学新理论尧新方法尧新技术介绍曰新书评价和
学术尧科研动态及开放实验室介绍等遥
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本期责任副主编摇 朱永官摇 摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
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主摇 摇 编摇 王如松
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