基于能值生態(tài)足跡的西安市生態(tài)承載力現(xiàn)狀研究

趙德芳

（西安文理學(xué)院，陜西 西安 710075）

能值分析理論由美國著名生態(tài)學(xué)家Odum于20世紀(jì)80年代提出，并應(yīng)用于生態(tài)系統(tǒng)自組織過程行為及功能研究。能值是指生產(chǎn)某種類別的能量所包含或需要的另一類別能量的數(shù)量。能值分析的核心是以能值為基準(zhǔn)，將研究系統(tǒng)中不同種類、不可比較的能量轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行比較。太陽能值(solar emergy)是能值分析的統(tǒng)一標(biāo)度，其計(jì)算方法是:任何流動的或貯存狀態(tài)的能量所包含的太陽能的量[1]。

Zhao等[2]應(yīng)用能值理論對生態(tài)足跡模型進(jìn)行了改進(jìn)，構(gòu)建了能值生態(tài)足跡模型，將研究區(qū)域的各種能量流、物質(zhì)流轉(zhuǎn)化為太陽能值(Solar Emergy,單位:sej)，并引入能值密度概念，研究區(qū)域的能量流和物質(zhì)流轉(zhuǎn)化為生物生產(chǎn)性土地面積，從而得出能值生態(tài)足跡、能值生態(tài)承載力和生態(tài)盈余或生態(tài)赤字，進(jìn)而定量分析研究區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展現(xiàn)狀。以往西安市生態(tài)足跡的計(jì)算主要采用傳統(tǒng)生態(tài)足跡方法[3]，本文中運(yùn)用能值理論對西安市生態(tài)足跡進(jìn)行計(jì)算，分析生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r，以期為決策部門制定相關(guān)政策提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

西安市位于中國大陸腹地黃河流域中部的關(guān)中盆地，東經(jīng)107°40′～109°49′和北緯 33°39′c～34°45′之間。 南倚我國重要的南北分界線——秦嶺山脈，北靠渭河平原，地勢平坦，土壤肥沃，面積10108 km2。西安市作為我國西北地區(qū)政治、經(jīng)濟(jì)、文化、交通中心和隴海蘭新地帶規(guī)模最大的中心城市，土地開發(fā)利用較早。近年來隨著西部大開發(fā)的推進(jìn)，西安市經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城鎮(zhèn)建設(shè)急劇擴(kuò)大，土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化，生態(tài)承載力急劇下降。

1.2 資料來源

本文采用的原始數(shù)據(jù)來源于《西安統(tǒng)計(jì)年鑒2002－2010》[4]，能量轉(zhuǎn)換率來源于《中國耕作制度》[5]，能值轉(zhuǎn)換率來源于《生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值分析》[6]。

1.3 研究方法

具體分析步驟如下[2,7-8]：①區(qū)分研究區(qū)域的可更新資源和不可更新資源，計(jì)算可更新資源的太陽能值。借助全球平均能值密度(p1)，計(jì)算得出能值生態(tài)承載力（公式1）。②選取可更新資源中最大值作為區(qū)域總能值，除以區(qū)域土地面積(hm2)，得到區(qū)域能值密度(p2)。③劃分生產(chǎn)及消費(fèi)項(xiàng)目，建立細(xì)化的各項(xiàng)目總賬戶，并與6大類生物生產(chǎn)性土地一一對應(yīng)。總賬戶包括生物資源消費(fèi)和能源資源消費(fèi)，生物資源消費(fèi)含農(nóng)林牧漁等產(chǎn)品，能源資源賬戶含煤炭類、油氣類和電力。計(jì)算各賬戶對應(yīng)的太陽能值，借助區(qū)域能值密度(p2)，得到能值生態(tài)足跡（公式2）。④計(jì)算生態(tài)盈余或生態(tài)赤字，當(dāng)能值生態(tài)足跡小于能值生態(tài)承載力時(shí)為生態(tài)盈余，反之為生態(tài)赤字，該值在某種程度上可以定量反映一個(gè)地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r（公式3）。⑤萬元GDP能值生態(tài)足跡,簡稱萬元GDP，是指每產(chǎn)生1萬元GDP所占用的生態(tài)足跡，萬元GDP生態(tài)足跡越高，說明資源的利用效率越低。這個(gè)指標(biāo)較好地反映了GDP與自然條件狀況、土地生產(chǎn)潛力和區(qū)域發(fā)展水平之間的密切關(guān)系，以及資源利用的效率（公式4）。

式中，EC為能值生態(tài)承載力、N為總?cè)丝跀?shù)、ec為人均能值生態(tài)承載力、0.88是為了扣除12%的生物多樣性修正(WCED)；e為可更新資源的人均太陽能值、p1為全球平均能值密度、EF為能值生態(tài)足跡、ef為人均能值生態(tài)足跡、Ai為第i種資源的人均能值生態(tài)足跡、ci為第i種資源的人均能值、p2為區(qū)域能值密度、ED為生態(tài)赤字、ES為生態(tài)盈余。

需要注意的是：①由于不可更新資源的再生速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于人類的消耗速度，其總量將日益減少，只有可更新資源才具有可持續(xù)性，因此，選取可更新資源計(jì)算生態(tài)承載力[9]。②能值生態(tài)足跡由兩部分構(gòu)成，即生物資源消費(fèi)對應(yīng)的足跡和能源資源消費(fèi)對應(yīng)的足跡。因此，在能值生態(tài)足跡的計(jì)算中，生物資源消費(fèi)對應(yīng)足跡是生產(chǎn)足跡，能源資源消費(fèi)對應(yīng)足跡是消費(fèi)足跡。③在將生產(chǎn)及消費(fèi)項(xiàng)目與6大類生物生產(chǎn)性土地對應(yīng)的過程中，部分研究人員就賬戶的劃分存在著差異，主要體現(xiàn)在豬肉和禽蛋2個(gè)項(xiàng)目。在陳春峰等[9]研究中，豬肉和禽蛋是屬于耕地類生物生產(chǎn)性土地，本研究采用使用陳春峰等[9]分類劃分方式。

2 結(jié)果與分析

2.1 能值生態(tài)承載力

根據(jù)Odum等[1]的研究，全球平均總能值為1.583E+25sej，全球面積為5.1E+10hm2，故全球能值密度(p1)為3.104E+14sej/hm2。利用原始數(shù)據(jù)，參考公式1，計(jì)算得出研究區(qū)域的人均能值生態(tài)承載力為0.259323hm2/cap，扣除12%的生物多樣性修正，西安市2010年實(shí)際可利用的人均能值生態(tài)承載力為0.228204hm2/cap。

2.2 能值生態(tài)足跡

根據(jù)生產(chǎn)力大小，生態(tài)足跡將地球表面的生物生產(chǎn)性土地分為6大類，即化石能源用地、耕地(Arable land)、牧草地、林地、建筑用地以及可提供人類食用的生物(主要針對魚類)淡水以及咸水水域。其中化石能源用地包括原煤、焦炭、汽油、柴油、原油、汽油、煤油、燃料油和天然氣；建筑用地包括熱力、電力；耕地包括糧食、棉花、玉米、豆類、油料、豬肉、禽肉、禽蛋等;而牛羊肉和牛奶則包含在牧草地中；林地主要包括水果、生漆、板栗、花椒；水域以水產(chǎn)品來衡量。從表1可以看出研究區(qū)域可更新資源能值總量為6.82E+20sej，得到區(qū)域能值密度(p2)為6.74E+14sej/hm2。根據(jù)公式2計(jì)算出2010西安市人均能值生態(tài)足跡為7.0918hm2/cap。

六大類生物生產(chǎn)性土地的人均能值生態(tài)足跡分別為：耕地為1.4933hm2/cap，林地為 0.3951hm2/cap，草地為 0.5343hm2/cap，水域?yàn)?.02317hm2/cap，化石能源用地為1.9162hm2/cap，建設(shè)用地為2.7298hm2/cap。

在西安市2010年能值生態(tài)足跡構(gòu)成中，建筑用地達(dá)到38.5%，位居第一；其次是化石能源用地、耕地、草地和林地，分別為27%，21.1%，7.5%和5.6%，水域所占比例最小，只有0.3%，說明西安市2010的消費(fèi)主要體現(xiàn)在能源（特別是原煤）、建筑用地和農(nóng)產(chǎn)品（特別是糧食、水果、豬肉、牛奶、禽蛋）的消費(fèi)上。

2.3 生態(tài)赤字

根據(jù)前面的分析，得出2010西安市實(shí)際可利用的人均能值生態(tài)承載力為0.228204hm2/cap，人均能值生態(tài)足跡為7.0918hm2/cap。得出2010年西安市生態(tài)赤字為6.8636hm2/cap，表明該地區(qū)的人類負(fù)荷超過了其生態(tài)容量。要滿足其人口在現(xiàn)有生活水平下的消費(fèi)需求，該地區(qū)要么從地區(qū)之外進(jìn)口欠缺的資源以平衡生態(tài)足跡，要么通過消耗自然資本彌補(bǔ)收入供給流通的不足。

2.4 萬元GDP

萬元GDP足跡可以反映區(qū)域的資源利用效益。2010年西安市人均GDP為33843元，人均能值生態(tài)足跡為7.0918hm2/cap，依據(jù)公式4，得到萬元GDP為1.849658hm2。而根據(jù)徐中民等[10]的研究結(jié)果,1999年我國萬元GDP人均生態(tài)足跡的平均值為2.037hm2，北京為1.55hm2，天津?yàn)?.592hm2，上海為0.819hm2。若忽略年限計(jì)算方法差異，比較可以看出，西安市的資源利用效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于這些一線城市，甚至低于國家平均水平。由于資源利用水平與科技發(fā)展水平息息相關(guān)，該指標(biāo)反映出西安市的科技發(fā)展水平較低。相對而言，西安市資源利用效率進(jìn)一步的提升空間和潛力都很大。

3 討論

從上面的分析中可以看出，西安市資源利用效率較低，導(dǎo)致生態(tài)赤字較大，萬元GDP過高。因此，西安市必須以建設(shè)資源節(jié)約型社會為發(fā)展目的，提升科技發(fā)展水平，提高資源利用效率。同時(shí)，還應(yīng)該注意到，西安市林地和水域占用的人均能值生態(tài)足跡過低，建設(shè)用地和化石能源較高。因此，一方面，需要優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，調(diào)整各產(chǎn)業(yè)比例，提高高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)在規(guī)模以上工業(yè)總產(chǎn)值所占的比重；另一方面，需要改善能源結(jié)構(gòu)，加大可更新能源的開發(fā)利用，提升其在總能源中的利用比例。同時(shí)加強(qiáng)環(huán)境污染監(jiān)管和控制力度，保護(hù)生態(tài)環(huán)境與自然資源。

［1］Odum H T.Environmental accounting:emergy and environmental decision making[M].New York:John Wiley,1996.

［2］Zhao S,Li Z Z,Li W L.A Modified Method of Ecological Footprint Calculation and its Application[J].Ecological Modelling,2005(185):65-75.

［3］楊梅煥，曹明明.西安市生態(tài)足跡和生態(tài)承載力動態(tài)測度分析[J].西北大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008，38（6）：1024－1028.

［4］西安市統(tǒng)計(jì)局.西安市統(tǒng)計(jì)年鑒[M].北京：中國統(tǒng)計(jì)出版社，2011.

［5］劉巽浩,牟正國.中國耕作制度[M].北京:農(nóng)業(yè)出版社，1993.

［6］嚴(yán)茂超，李海濤，程鵬，等.中國農(nóng)林牧漁主要產(chǎn)品能值分析[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2004，24(3):146-158.

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［9］陳春鋒，王宏燕，肖篤寧，等.基于傳統(tǒng)足跡方法和能值生態(tài)足跡方法的黑龍江省可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)比較[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2008，19(11):2544-2549.

［10］徐中民，張志強(qiáng).中國1999年生態(tài)足跡計(jì)算與發(fā)展能力分析[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2003，14(2):280-285.