|
作者：谢辉 1.引言 Introduction 人类与自然界的共同和谐发展是当今社会所面临的最紧迫的问题之一。
;中国改革开放二十多年来，经济的飞速增长大大提高改善了人民的生活质量水平， 但同时也引起了资源的严重衰竭和环境的持续退化。自20世纪90年代以来，实现社会经济的可持续发展已被提上各国政府的议事日程。如何定量评估自然资源对 社会财富的贡献，建立有效的资源管理模式以保证社会经济的持续发展更是生态经济学研究的热点内容。 人类社会生态经济系统属于能量系统, 系统各组分的相互作用均涉及能量的流动、转化、储存。但传统的能量分析存在着较大缺点，即不同类型、不同性质的能量不能进行加减与比较，不能评估自然资源的真实价值，故无法反映自然界对人类的巨大贡献[1]。20 世纪80年代后期美国著名生态学家H.T.Odum，提出了研究生态经济系统结构和功能的新理论--能值（Emergy，英文拼写带一个字母"M"）理 论,并以太阳能值（Solar Emergy）为统一尺度,解决了不同类型能量之间无法进行核算的问题。它涵盖了所有的投入来源,既反映生态效益,又体现经济效益，从而大大促进了自然系 统和经济系统能量研究的发展。 该理论在国际学术界引起强烈反响，被广泛用于国家或地区发展决策、农业、生态系统管理、能源材料等各个领域的环境政策制订[6~10]，如森林重建[2]、水利工程建设的决策[3]、LCA生命周期理论完善[4]、污水处理工艺的选择[5]。能值分析已逐渐发展成熟为一套完整的综合环境评估模式，经常被用来量化环境系统的结构和表现，以辅助环境政策的制定。 我国学者于20世纪90年代中期也相继开始应用能值理论到生态经济系统的分析中,并进行了许多实例研究[12~16]。 重庆作为长江上游最大的经济中心、西南工商业重镇和水陆交通枢纽,在国家西部大开发战略中占有重要的地位。本文使用能值理论,从新角度全面科学的分析了重 庆市的生态经济系统,为重庆市尽早实现社会、经济、生态协调可持续发展的目标，顺利实施西部大开发战略提供了科学参考与建议。 2.研究对象与方法 Materials and Methods 2.1 重庆市概况 重庆市地处青藏高原与长江中下游平原的过渡地带，位于长江、嘉陵江汇合处。介于东经105°17′～110°11′，北纬28°10′～32° 13′之间。东邻湖北、湖南，南靠贵州，西接四川，北连陕西，是长江上游最大的经济中心。1997年3月全国人民代表大会决定，改重庆为中央直辖市。重庆 地势由南北向长江河谷逐渐降低，西北部和中部以丘陵、低山为主，东南部靠大巴山和武陵山两座大山脉，地形复杂，山地、丘陵多，平坝少，其中山地占 75.8%，丘陵占18.2%，台地占3.6%，平原占2.4%。重庆幅员面积82,403平方公里，南北长450公里，东西宽470公里。2002年全 市共辖15个区，4个县级市，21个县。重庆属中亚热带湿润季风气候，具有冬暖夏热，湿润多阴，光热同季，无霜期长，雨量充沛等特点。2002年全年平均 气温18.8℃左右，年总降雨量1430.6毫米[11]。 2.2 能值评估方法 Emergy Evaluation Methodology 2.2.1能值分析的理论基础[1,21] 能值(Emergy)：一种流动或贮存的能量中所包含的另一种类别能量的数量，称为该能量的能值。Odum进一步解 释为：产生一种产品或劳务所需直接和间接投入的有效能（Available energy)总和。地球上任何形式的能量均源于太阳能,故常以太阳能为基准来衡量各种能量的能值。任何资源、产品或劳务在形成过程中所需直接和间接应用 的太阳能之量,就是其所具有的太阳能值(Solar emergy)，单位为太阳能焦耳(Solar emjoules，简写为sej）。 能值转换率(Transformity)：每单位有效能所具有的能值，即单位能量（J）或物质（g）相当于多少太阳能焦耳的能值转化而来。单位 为sej/J或sej/g。它是衡量不同类别能量的能质(Energy quality)尺度,与系统的能量等级密切相关。某种能量的能值转换率愈高，表明该能量的能质和能级愈高。 能值分析以能值为基准，把生态经济系统中不同种类、不可比较的能量转换成同一标准的能值来衡量和分析,从中评价其在系统中的作用和地 位；综合 分析系统中各种生态流(能量流、物质流、货币流和信息流)，得出一系列能值综合指标(Emergy Indices)，定量分析系统的结构功能特征与生态经济效益[16]。 2.2.2城市生态经济系统能值分析的基本步骤 首先全面搜集重庆市的各项基本资料，然后将各项资源整理分类并保存，绘制能值系统图解。接着分析所得资料, 编制能值分析表，进行能值计算，其中太阳能值由原始数据和太阳能值转换率相乘而得，能值货币价值由太阳能值和当年的能值货币比率相乘而得。根据研究对象和 目的，使用能值分析表的相关数据，建立能值分析指标体系, 计算反映系统能值特征和功能的各种能值指标，定量评价研究内容。最后根据所得各项能值指标和分析结果，阐述重庆市的生态效益和可持续发展性。 3.结果与分析 Results and Discussion 3.1 重庆市生态经济系统的能值分析 依据2002年重庆市的主要国民经济统计指标[11]，运用能值分析理论，形成重庆市生态经济系统能值分析结果表1～3。 重庆市2002年的总能值用量(U)为1.52E+23sej，包括各类免费使用的可再生资源、不可再生资源及进口能值的贡献，与重庆市的国民 生产总值相比, 得其能值货币比率为6.40E+12sej/$，比率较高，类似于世界不发达国家或地区的情况。可再生环境资源(R) (包括雨水、地球循环) 的能值占总能值用量的12%。 重庆市内部集约使用的化石燃料、矿物、肥料及其它地质物质(如水能等)的能值(N1)占重庆市总能值用量的43％。大部分化石燃料、矿产品等都 用于内部使用。外部流入重庆市的经济能值包括原料(F)、商品(G)及旅游，其中，进口的燃料矿物等原料(F)占外部流入经济能值总量86.80%，进口 的燃料(F)、商品物质(G)等购入能值占重庆市总能值用量的23％。包括内部使用的矿产及无需付费的环境资源在内，重庆市2002年总能值用量的77 %来自内部资源，23％的能值用量来自于购入的燃料、商品及国内外的旅游。进口能值与出口能值的比率为2.78，进口能值高于出口能值。 | Table 1. EMERGY Evaluation of Resource Basis for Chongqing 表1.重庆市基础资源能值评估表 | | | | | | | | | | | Note 编号 | Item
项目 | Raw Units 原始数据 | | Transformity 能值转换率 | Solar Emergy 太阳能值 | EmDollars 能值货币价值 | | | | | | (sej/unit) * | (E17 sej) | (E9 US$) | | RENEWABLE RESOURCES: 可再生资源 | | | | | | | 1 | Sunlight 太阳能 | 1.93E+20 | J | 1 | 1932.4 | 349.3 | | 2 | Rain, chemical 雨水化学能 | 4.66E+17 | J | 30500 | 142035.2 | 25676.2 | | 3 | Rain, geopotential雨水势能 | 9.24E+16 | J | 47000 | 43420.3 | 7849.2 | | 4 | Wind, kinetic energy风能 | 7.65E+16 | J | 2450 | 1874.5 | 338.9 | | 5 | Earth Cycle地球循环 | 1.19E+17 | J | 58000 | 69300.9 | 12527.8 | | | | | | | | | | INDIGENOUS RENEWABLE ENERGY: 本地可再生资源 | | | | | | 6 | Hydroelectricity水电 | 4.86E+15 | J | 3.36E+05 | 16329.6 | 2952.0 | | 7 | Agriculture Production农产品 | 1.51E+17 | J | 3.36E+05 | 508251.4 | 91878.3 | | 8 | Livestock Production畜产品 | 6.38E+15 | J | 3.36E+06 | 214350.0 | 38748.8 | | 9 | Fisheries Production水产品 | 8.86E+14 | J | 3.36E+06 | 29761.5 | 5380.1 | | 10 | Fuelwood Production薪材 | 3.53E+16 | J | 2.21E+04 | 7802.2 | 1410.4 | | 11 | Forest Extraction木材 | 4.01E+17 | J | 2.21E+04 | 88548.2 | 16007.1 | | | | | | | | | | NONRENEWABLE SOURCES FROM WITHIN SYSTEM:
系统内不可再生资源 | | | | 12 | Natural Gas天然气 | 2.18E+17 | J | 5.88E+04 | 127998.0 | 23138.6 | | 13 | Electricity 电力 | 6.17E+16 | J | 3.36E+05 | 207144.0 | 32358.3 | | 14 | Coal煤炭 | 3.51E+17 | J | 6.69E+04 | 234961.2 | 42474.7 | | 15 | Limestone and fertilizers 石灰石和肥料 | 1.72E+13 | g | 3.31E+08 | 56814.2 | 10270.5 | | 16 | Metals金属 | 6.09E+12 | g | 4.95E+08 | 30137.0 | 5448.0 | | 17 | Soil losses土壤流失 | 1.16E+13 | g | 1.68E+09 | 195267.7 | 35299.2 | | 18 | Topsoil losses表层土流失 | 7.88E+15 | J | 7.40E+04 | 5832.7 | 1054.4 | | | | | | | | | | IMPORTS AND OUTSIDE SOURCES:进口 | | | | | | 19 | Fuels燃料 | 3.35E+17 | J | 1.03E+05 | 344318.5 | 62243.6 | | 20 | Metals金属 | 4.26E+07 | $ | 6.65E+09 | 708.1 | 128.0 | | 21 | Minerals矿产品 | 8.21E+07 | $ | 5.38E+09 | 1363.4 | 246.5 | | 22 | Food & ag. Products农产品 | 7.10E+05 | $ | 3.36E+05 | 11.8 | 2.1 | | 23 | Livestock, meat, fish 畜产品，肉类，鱼类 | 8.30E+05 | $ | 3.36E+06 | 13.8 | 2.5 | | 24 | Plastics & rubber 塑料和橡胶 | 1.41E+07 | $ | 1.11E+05 | 234.4 | 42.4 | | 25 | Chemicals化学产品 | 5.82E+07 | $ | 1.48E+10 | 966.8 | 174.8 | | 26 | Finished materials精巧原料 | 6.23E+06 | $ | 2.73E+09 | 103.5 | 18.7 | | 27 | Mach.& trans equip. 机械、运输、设备 | 4.30E+08 | $ | 6.70E+09 | 7138.1 | 1290.4 | | 28 | Tourism旅游 | 2.65E+09 | $ | 1.66E+12 | 44073.9 | 7967.4 | | | | | | | | | | EXPORTS:出口 | | | | | | | 29 | Food & ag. products农产品 | 2.28E+14 | J | 3.36E+05 | 765.7 | 138.4 | | 30 | Livestock, meat, fish 畜产品，肉类，鱼类 | 2.54E+13 | J | 3.36E+06 | 854.2 | 154.4 | | 31 | Finished materials精巧原料 | 1.23E+09 | g | 7.36E+08 | 9.1 | 1.6 | | 32 | Fuels燃料 | 8.33E+16 | J | 5.88E+04 | 48992.3 | 8856.5 | | 33 | Metals金属 | 2.12E+11 | g | 2.78E+09 | 5899.8 | 1066.5 | | 34 | Minerals矿产品 | 1.06E+09 | g | 1.97E+09 | 20.9 | 3.8 | | 35 | Chemicals化学产品 | 2.06E+09 | g | 1.48E+10 | 305.2 | 55.2 | | 36 | Mach. & trans equip. 机械、运输、设备 | 5.47E+08 | $ | 6.70E+09 | 9082.3 | 1641.8 | | 37 | Plastics & rubber 塑料和橡胶 | 3.51E+13 | J | 1.11E+05 | 38.9 | 7.0 | | 38 | Service in exports进口劳务 | 7.96E+07 | $ | 5.53E+12 | 4402.8 | 795.9 | | 注：原始数据(Raw Units)来源于文献[11] 能值转换率(Transformity)引自文献[1,17~21] | | | | Table 2. Summary of Flows of the Chongqing 表2. 重庆市能值流量概况表 | | | | Variable | Item | Solar Emergy | Dollars | | 变量 | 项目 | (E17 sej/y) | 货币价值 | | R | Renewable sources (rain, earth cycle) 可再生资源 | 185455.47 | | | N | Nonrenewable resources from within Chongqing
不可再生资源 | 984266.70 | | | N0 | Dispersed Rural Source 较粗放使用的资源 | 327212.20 | | | N1 | Concentrated Use 集约使用的资源 | 657054.50 | | | N2 | Exported without Use 未经加工直接出口的原材料 | 55218.17 | | | F | Imported Fuels and Minerals进口的燃料及矿物 | 346390.10 | | | G | Imported Goods 进口的商品 | 8468.34 | | | E | Dollars Received for Exports 出口所得货币量 | | 7.96E+07 | | P1E | Emergy Value of Goods and Service Exports
出口的商品及矿物的能值量 | 71063.37 | | | X | Gross National Product $ 国民生产总值 | | 2.38E+10 | | P2 | World emergy/$ ratio, used in imports 世界能值货币比率 | 1.66E+12 | | | P1 | Chongqing Emergy/$ ratio重庆能值货币比率 | 6.40E+12 | | | Table 3. Indices using emergy for overview of Chongqing 表3. 重庆市能值分析指标体系 | | | Item
项目 | Name of Index
指标 | Expression
表达式 | Quantity 数量 | | 1 | Renewable emergy flow 可再生资源能值流量 | R | 1.85E+22 | | 2 | Flow from indigenous nonrenewable | | | | | reserves本地非可再生资源能值流量 | N | 9.84E+22 | | 3 | Flow of imported emergy进口能值流量 | F+G | 3.55E+22 | | 4 | Total emergy inflows总能值输入流量 | R+N+F+G | 1.52E+23 | | 5 | Total emergy used, U 总能值用量 | N0+N1+R+F+G | 1.52E+23 | | 6 | Total exported emergy总出口能值量 | P1E | 7.11E+21 | | 7 | Emergy self-sufficiency能值自给率 | (NO+N1+R)/U | 0.77 | | 8 | Imports minus exports净进口能值 | (F+G)-(N2+B+P1E) | 2.29E+22 | | 9 | Export to Imports输出输入能值的比例 | (N2+P1E)/(F+G) | 0.36 | | 10 | Fraction used, locally renewable 可再生资源占总能值使用量的比例 | R/U | 0.12 | | 11 | Fraction of use purchased 购入能值占总能值使用量的比例 | (F+G)/U | 0.23 | | 12 | Fraction of use that is free 免费能值占总能值使用量的比例 | (R+N0)/U | 0.34 | | 13 | Ratio of concentrated to rural
集约使用的与粗放使用的资源之比 | (F+G+N1)/(R+N0) | 1.97 | | 14 | Use per unit area, Empower Density
能值功率密度 | U/(area ha) | 1.85E+16 | | 15 | Use per person人均能值用量 | U/population | 4.91E+15 | | 16 | Renewable carrying capacity | CITY POPULATION = | 3.11E+07 | | | at present living standard 在目前生活标准下可再生资源所能承载人口 | (R/U) (population) | 3.78E+06 | | 17 | Developed carrying capacity | | | | | at same living standard 在目前生活标准下同时考虑可再生资源与进口资源所能承载人口 | 8(R/U)(population) | 3.02E+07 | | 18 | Ratio of use to GNP, | | | | | emergy/dollar ratio 能值货币比率 | P1=U/GNP | 6.40E+12 | | 19 | Ratio of electricity to use 电力使用占总能值用量的比率 | (el)/U | 17% | | 20 | Fuel use per person人均燃料用量能值 | fuel/population | 1.11E+15 | | 21 | Environment Loading Ratio环境负荷率 | (N+ Import)/R | 7.22E+00 | 3.2 重庆市能值分析指标的比较研究 通过比较世界不同国家或地区的一系列能值分析指标,可以了解一个国家或地区的经济发展潜力, 资源利用状况，评估其在世界各国中所处的等级地位[15]。如表4所示，重庆市的能值分析指标与部分国家进行了比较。 能值自给率反映了一个国家或地区自给自足的能力。系统接受外界高品质的能值反馈，可以有效利用更多的资源，有利于本身总能值的增长，以保持竞争 力。发达国家技术先进、财富雄厚，能值自给率较低，且进口能值与出口能值的比值往往较高，这对经济发展起到了重要的作用。重庆市的能值自给率为77%，基 本相当于印度、泰国等发展中国家水平，远高于荷兰、瑞士、西班牙等发达国家（均未超过50％）。美国的高能值自给率应归因于其巨大的能值总量。 环境负荷率是系统不可再生资源能值（包括本地不可再生资源能值和进口能值）与本地可再生资源能值的比率, 代表了环境所承担的压力，对生态经济系统的运行具有预警作用。高负荷率说明生态经济系统中高强度的能值利用，环境资源承受了经济发展的较大压力，系统平衡 容易破坏。重庆市的环境负荷率为7.22，根据Brown和Ulgiati的建议，3～10之间均属于中等负荷[22]，这一指标与美国、瑞典、瑞士等发达国家基本持平。 能值货币比率是当年总能值用量与国民生产总值的比率。每一美元代表的实际能值量是不相同的。不发达国家或地区直接使用了许多取自自然环境的免费 能值资源，其能值货币比率较高。而发达国家或地区习惯于进口大量廉价能值资源，花费的货币能值大大低于采购资源的真实能值。重庆的能值货币比率略低于世界 平均水平，高于瑞典、美国、荷兰、日本等发达国家。 能值功率密度描述了单位面积上的能值流动情况。它能反映一个国家或地区的经济发展水平。工业化国家或区域的能值功率密度远高于带有浓厚农村经济特征的不发达国家或地区。重庆市2002年能值功率密度为18.50×1015sej/ha·a ，高于印度、泰国等发展中国家以及澳大利亚、瑞典等发达国家。较高的能值功率密度反映出经济活动位于一片面积狭小的区域内，空间密度非常高，这意味着土地是重庆市未来经济发展的限制因子。 电能是由普通燃料转换升级而成的高品质能量。大力使用电能有助于以最优方式和最大限度利用其他低品质的能量。电能在总能值用量中所占的比重可以 反映一个国家或地区的工业化程度。重庆市电能用量占总能值用量的17%，但仍低于日本、瑞士、美国等发达国家。这表明重庆市虽然有一定的工业基础，但相对 于发达国家还有相当差距，并且其电能几乎全部由火电构成，水电用量仅占总能值用量的1.07％。 人均能值用量是总能值用量与该国家或地区总人口的比率。由于考虑到所有能值资源对社会财富的真实贡献，相比人均国民生产总值，它更有效的反映了人民平均生活质量。重庆市的人均能值仅为4.91×1015sej，略高于世界水平，但却远远低于其他绝大多数发达国家。虽然重庆市能值的绝对总量不少，但因为人口众多，居民生活水平质量较低。 | Table 4 Comparisons indices based for emergy analysis in Chongqing and other countries 表4. 重庆市的能值分析指标与部分国家的比较 | | 国家或地区 | 环境 负荷率 | 能值货币比率(E+12sej/$) | 能值自给率(%) | 能值功率密度 (E+15sej/ha·a) | 电能占总能值用量(%) | 年人均能值用量(E +15sej/人) | | 重庆 | 7.22 | 6.40 | 77 | 18.50 | 17.00 | 4.91 | | 澳大利亚 | 0.86 | 6.37 | 92 | 1. 42 | 6. 80 | 59. 00 | | 瑞典 | 7. 04 | 2. 57 | 46 | 10. 00 | 23. 50 | 48. 35 | | 新几内亚 | 0. 15 | 46. 77 | 96 | 2. 63 | 0. 80 | 34. 74 | | 美国 | 7. 06 | 2. 55 | 77 | 7. 00 | 20. 00 | 29. 25 | | 荷兰 | 15. 90 | 2. 23 | 23 | 100. 00 | 10. 00 | 26. 44 | | 新西兰 | 0. 81 | 3. 04 | 60 | 1. 94 | 15. 00 | 25. 52 | | 利比亚 | 0. 09 | 34. 70 | 92 | 4. 10 | 1. 00 | 35. 77 | | 意大利 | 9. 47 | 1. 46 | 38 | 42. 03 | 14. 00 | 22. 00 | | 巴西 | 0. 75 | 8. 33 | 91 | 2. 08 | 8. 00 | 14. 73 | | 多米尼加 | 2. 67 | 8. 75 | 69 | 8. 80 | < 0. 01 | 8. 75 | | 西班牙 | 7. 20 | 1. 46 | 24 | 3. 12 | 22. 00 | 1. 56 | | 波兰 | 19. 78 | 6. 00 | 66 | 10. 60 | 18. 00 | 9. 58 | | 厄瓜多尔 | 0. 54 | 8. 68 | 94 | 3. 40 | 3. 20 | 10. 72 | | 瑞士 | 7. 44 | 0. 72 | 19 | 17. 70 | 32. 00 | 11. 51 | | 日本 | － | 2. 14 | 31 | 41. 09 | 26. 10 | 12. 64 | | 泰国 | 1. 04 | 3. 50 | 70 | 2. 15 | 10. 80 | 3. 18 | | 印度 | 1. 02 | 6. 37 | 88 | 2. 05 | 10. 00 | 1. 07 | | 世界 | 1. 15 | 4. 05 | － | 1. 36 | 13. 20 | 3. 86 | 注: 重庆市的数据来自本研究，其他数据引自文献[15,21] 4 结论与建议 以上分析可以看出，重庆市经济的高速发展是建立在自然环境压力不断增加的基础上,重经济效益轻生态效益,长期以往重庆的经济发展效率和竞争力将 会不断下降。从长远利益和宏观角度出发，重庆市应充分发挥自身的资源优势,协调各种能值来源的比例,提高经济发展的竞争力和能值结构的合理性。根据最大功 率原则和生态经济学的基本原理，对重庆市生态经济系统的可持续发展提出以下建议。 4.1.生态经济系统通过接收外部高品质的能值财富反馈, 有效使用可利用的能值财富，以保持旺盛的竞争力，获得最大限度的增长。重庆市的能值自给率较高，随着经济的发展，环境压力日渐增大，应进一步加大对外开放 程度，广泛引进外来能值，更充分的利用区域外的能值财富，同时更重视高层次人才、高新技术和管理经验等大量创造性科技能值的引进、吸收和创新。 4.2.重庆市在目前生活标准下可再生资源所能承载的人口为378万人.同时考虑可再生资源与进口资源所能承载的人口为3020万人.重庆市 2002年人口数为3110万人,已超过可再生资源所能承载人数的8.23倍。重庆市的能值密度较大，表明由于人多地少而高强度利用的土地资源将会成为制 约重庆市未来社会经济可持续发展的因素。尤其是重庆市政治经济中心--渝中半岛，是全国高楼密度最高的地区，土地资源已相当紧缺。因此应当合理规划重庆市 的土地资源，大力加快新开发区和新卫星城镇的建设，以降低某些区域沉重的环境承载量，并控制人口的适度增长。 4.3.重庆市2002年总能值用量中,不可再生资源能值占了相当大的比例,说明重庆市的经济增长拉动,主要依靠原材料的持续投入和高强度利用 来实现。这种高资源消耗型经济增长模式,实际上是以牺牲环境为代价的发展，不符合当今社会可持续发展的目标要求。因此必须加快改革步伐，调整目前的经济产 业结构,大力引进高新科学技术与高层次人才，不断提高能值的利用率。 4.4重庆市具有相当丰富的旅游资源，应充分发挥自身的资源优势。旅游业的净能值产出率一直比较高，应加大旅游业的投入开发，对旅游资源进行整体包装和策划，全面整治和规范旅游市场，以争取早日将重庆建设为"长江上游旅游中心"。
|
