基于能值改进生态足迹模型的广东省1978_2006年生态经济系统分析

北京大学学报(自然科学版)网络版(预印本),2009年第1期,2009203230

ActaScientiarumNaturaliumUniversitatisPekinensis(OnlineFirst),No.1,Mar.30,2009

论文编号:pkuxbw2009013　http:ΠΠ

基于能值改进生态足迹模型的广东省

1978—2006年生态经济系统分析

赵志强

1,2

　高江波　李双成

11,

　王仰麟

1

11北京大学城市与环境学院,北京100871;21北京大学深圳研究生院,城市人居环境科学与技术重点实验室,深圳518055; 通讯作者,E2mail:scli@

摘要　采用基于能值改进的生态足迹模型,考察了广东省1978—2006年人均消费足迹和人均产出承载力变化过程,发现都是增长的过程,且产出承载力的增长速度高于消费足迹增长。分别对生物资源账户、能源账户、工业账户、劳务和贸易账户进行分析,研究消费足迹和产出承载力的结构特征以及变化趋势,非生物资源消费足迹占据了主要地位,30年改革开放的制度变化,广泛的区域分工以及产品贸易与流通,。关键词　能值分析;生态足迹;生态经济系统;中图分类号　X321

Eco2economicSystemUsingaModified

2BEcologicalFootprintModel:ACaseStudy

inGuangdongProvince(197822006)

ZHAOZhiqiang

1,2

,GAOJiangbo,LIShuangcheng

11,

,WANGYanglin

1

11CollegeofUrbanandEnvironmentalSciences,PekingUniversity,Beijing100871;21TheKeyLaboratoryforEnvironmentalandUrban

Sciences,ShenzhenGraduateSchool,PekingUniversity,Shenzhen518055; CorrespondingAuthor,E2mail:scli@

Abstract　Byusingamodifiedemergy2basedecologicalfootprintmodel,theauthorsaccountedandanalyzedthechangingprocessesofthepercapitaconsumptionecologicalfootprintandlocaloutputecologicalcarryingcapacityinGuangdongProvincefrom1978to2006.Growthtrendwasfoundinbothprocesses,andthegrowthrateoftheoutputcarryingcapacitywashigherthanconsumptionecologicalfootprint.Theauthorsresearchedthestructuralcharacteristicsandtrendsofconsumptionecologicalfootprintandlocaloutputecologicalcarryingcapacityaccordingtothedifferentaccountsofbiologicalresources,energyresources,industry,humanresourceandtraderespectively.Thegrowthofthenon2biologicalresourcesconsumptionfootprintwasthemostimportantpartofthegrowthoftotalconsumption,whilethegrowthofproductoutputcarryingcapacityalsobenefitedfromthesecondmajorindustrialdevelopment.ExtensivetradeandthecontinuousimprovementofhumanresourcessincereformandopeninguppolicywerethemajorreasonsforcontinuousimprovementofcarryingcapacityinGuangdongProvince.Keywords　emergyanalysis;ecologicalfootprintmodel;eco2economicsystem;sustainability;GuangdongProvince

社会、生态、经济以及区域可持续发展已经成为广泛关注与研究的热点,而分析人与自然、环境与经济的关系,是实现社会经济可持续发展面临的重要基本问题。度量区域“社会2生态2经济”复合系统的

国家自然科学基金资助项目(40635028,40771001)收稿日期:2008209211;修回日期:2008211226

物质、能量、信息以及货币流动对区域可持续发展的

贡献依然是科学研究的难题。随着评价方法的发展,对区域生态经济复合系统的价值核算与系统评价方法也从定性分析逐步发展为定量分析。20世

76

　pkuxbw2009013赵志强等:基于能值改进生态足迹模型的广东省1978—2006年生态经济系统分析　

[125]

纪80年代提出的能值分析理论和90年代提出

[6211]

的生态足迹模型为生态系统和生态经济系统的定量分析研究开拓了新途径。

作为泛珠三角区域中经济发展水平和国际化水平较高的地区,广东是该区域合作的主核心区,是我国改革开放的前沿试验地,其环境治理、产业结构调整和市场经济体制改革等众多经验在一定程度上影响着我国其他区域社会、生态和经济的发展。因此,研究广东社会经济系统可持续性对我国区域社会经济健康可持续发展具有理论和实践意义。本文运用能值分析,分生物资源账户、能源账户、工业账户、劳务和贸易账户对广东省1978—2006年人均消费足迹和人均产出承载力进行研究,并对广东省社会经济系统综合可持续发展能力进行判断,尝试了运用能值分析评价区域可持续性的方法。

束和矛盾逐渐突出,成为亟待解决的重要问题。

112　研究方法

生态足迹概念首先由加拿大生态经济学家Rees在1992年提出,并在博士研究生Wackernagel

[6]

的协助下将其完善和发展,形成完整的生态足迹模型

[7211]

。生态足迹法从需求角度计算生态足迹的大

小,从供给角度计算生态承载力的大小,比较二者的大小能够判断一个国家或区域的生产消费活动是否处于当地的生态系统承载力范围之内,并通过生态赤字或生态盈余计算来表达和评价区域的可持续发展状况。

生态足迹方法因其简单的算法以及提供全球可比的参照指标而得到迅速推广和应用。不少学者在缺陷,、忽视区域、空间互斥性假设的、方法。如Bicknell等

[19]

[12218]

1　研究区域与研究方法

111　研究区概况

广东省位于岭南,°

13′—25°31′N,109°39′—800km,、江西、湖南、广西、海南、。广东省北依南岭山脉、东北为武夷山脉,南临南海,海岸线3368km(不含岛屿海岸线),居全国第一位。全境地势北高南低,北部、东北部和西部都有较高山脉,中部和南部沿海地区多为低丘、台地或平原,山地和丘陵约占62%,台地和平原约占38%。

广东属于东亚季风区,从北向南分别为中亚热带、南亚热带和热带气候,是全国光、热和水资源最丰富的地区之一。全省平均日照时数为174518h,年平均气温2213℃。广东降水充沛,年平均降水量在1300～2500mm之间,全省平均为1777mm,降雨的空间分布基本上也呈南高北低的趋势。土地资源

2

总量丰富,陆域面积17179万km,其中宜农地434

22

万hm,宜林地1100万hm,但总体处于人多地少状态。除此之外,广东为稀有金属和有色金属之乡,多种矿物储量居全国首位;动植物种类繁多,海洋资源也极其丰富。

广东省现辖21个地级市,据调查测算,2005年年末全省常住人口为9194万,在全国省、市、自治区中居第3位,其中省外流动人口为1635189万,占全省常住人口总量的1718%。广东省经济以加工制造业和第三产业为主,2007年全省生产总值达30673171亿元。近年来,经济发展与资源环境的约

77

。针对这

些问题,许多学者提供了具有建设性的改进意见和

提出的基于投入产出分析的

生态足迹模型,利用投入产出表的产品信息流追踪和计算最终消费的生态足迹格局,可以有效衡量社会经济代谢的生态影响。其良好的结构性,一定程度弥补了基本模型在识别环境影响的真实发生位置、组分构成及在产业间的相互联系等不足。结合了系统生态、能量生态和生态经济原理的能值理论和分析方法是美国著名生态学家、系统能量分析先驱Odum为首于20世纪80年代创立的

[125]

。能值分析,是通过太阳能值转换率将不同类

别、难以直接比较的能量形式转化成统一的太阳能值来进行比较,把自然生态系统有形的资源供给、无形的生态系统服务和社会经济系统物质生产与人类消费有机的联系起来,从而首次将自然资本的价值纳入环境经济系统范畴。能值和能值转换率揭示了能量的质量、等级真实价值,通过能值产出率、净能值产出率、能值交换率等一系列的能值指标来评价人类社会与自然系统的可持续的水平。因此,一些学者尝试了用能值理论来改进生态足迹方法研究

[16217,24227]

[20223]

,取得了长足进步。能值方法从系统论出

发,基于流量计算、细分能值转换率以及将人类劳务纳入系统评价等优势特质,可以弥补传统生态足迹模型的部分缺陷。本文的研究方法就是基于能值改进的生态足迹模型。

[17]

　北京大学学报(自然科学版)网络版(预印本)2009年第1期　

2　基于能值改进的生态足迹模型

基于能值改进的生态足迹改进模型步骤和方[17]

法如下。

1)计算全球公顷能值密度。全球公顷能值密度P是能值与生态承载面积的互换基础,单位sejΠghm,计算公式为

P=

,GEC

[17]

2

承载力流通在区域发展中的作用,从而衡量研究区域的可持续发展状况。

3　结果与分析

依据《广东统计年鉴(1982—2007)》,分别从生物资源账户、能源账户和工业产值账户计算广东省生态足迹与本地生态承载力,同时计量劳务与贸易对应的生态承载力数值。最后,综合分析广东省的生态盈余与赤字状况。

[28]

(1)

式中,GEI为全球一年的所有自然能值输入,GEC为全球一年所有生态承载力。根据计算,2004年

142

的全球公顷能值密度为14101×10sejΠghm。

2)计算生态承载力。本地产品产出生态承载力计算3类主要生产项目:生物资源产出、能源资源产出和工业产品产出。计算公式为

n

n

i

311　生物资源账户生态足迹与承载力

生物资源消费数据根据统计年鉴分城市居民和农村居民消费调查数据计算而得,主要包含农作产品(包括粮食、蔬菜、食用油、水果、茶叶等)、畜产品(包括猪牛羊肉、禽肉、禽蛋、牛奶等)和水产品等消费项目。如图1所示,费,。不到30年间人均消

22006年的410

2

。从消费足迹结构上看,畜产品,2006年达到70%,而人均消费足迹的增量也主要由畜产品的消费增长引起;农作物产品消费足迹基本维持在稳定的数值而比重在不断下降;渔产品处于平缓的上升状态。这反映了人们物质生活水平的提高,随着经济快速发展与收入的提高以及城市化的过程,人们对肉类、鲜奶、禽蛋、鱼类等高营养高能量食品的需求快速增加。在农产品子账户下也反映了同样的趋势,粮食的消费比重在下降,而水果、蔬菜等消费不断上升。

生物资源产品产出账户下,分农作物产品、畜产品和渔产品3类。农产品主要包括粮食作物、糖蔗

、

OEC=

i=1

∑c

=

i=1

∑(y

i

×Ti)ΠP,(2)

式中,OEC表示人均产品产出承载力;i表示资源

类型;ci表示第i;yi示第i种资源的人均生产量;Ti转换率;P3):生物资源消费、,各类别下又具体划分详细消费项目。计算公式为

n

n

i

Ef=

i=1

∑a

=

i=1

∑(x

i

×Ti)ΠP,(3)

式中,Ef表示人均生态足迹;i表示资源类型;ai表示第i种资源的人均生态足迹;xi表示第i种资源的人均消费量;Ti表示第i种资源的能值转换率;P表示单位全球公顷能值密度。

4)计算本地劳务以及进出口对应生态承载力流通。人类在生态经济系统的贡献用区域人口劳务收入衡量,其数值乘以全球能值Π货币比率转换为能值,再换算为对应的生态承载力。生态承载力的流通通过区域产品的进出口实现,鉴于产品进出口统计的不完全,用当年区域进出口货币总额乘以全球能值Π货币比率,再转换为生态承载力作为替代。计算公式为

MEC=MpΠPeΠm,

(4)

图1　广东省生物资源产品产出生态承载力供给

和产品消费生态足迹(1978—2006年)Fig11　Localoutputecologicalcarryingcapacityand

ecologicalfootprintofbiologicalresourcesinGuangdongProvince(197822006)

78

式中,MEC为人均劳务收入或进出口值代表的人均货币承载力,Mp为人均劳务收入或人均进出口货币额,PeΠm为能值Π货币比率。

5)综合评价系统可持续发展度。分别计算生

态赤字或盈余,综合分析区域劳务生态承载力以及

　pkuxbw2009013赵志强等:基于能值改进生态足迹模型的广东省1978—2006年生态经济系统分析　

花生、蔬菜、水果、蚕茧和茶叶等;畜产品主要包括肉类、禽蛋和牛奶;渔产品以鱼类和虾类等为主。从图1可以看到,1978—2000年间广东省人均生物资源产品产出生态承载力基本处于稳定的上升阶段,之后趋于平缓。从总量上看,2006年的人均生物资源产出承载力是1978年的两倍多。而从组成结构看,农作物产品的比例以及绝对值呈下降趋势,1992年之后这种趋势更加明显;生物资源产品产出承载力的上升主要得益于畜产品和渔产品账户的持续增长。这种结构反映了广东省农业结构的调整,是伴随人们生活质量提高以及消费市场结构的变化而自然产生的农业结构优化与提升。

从图2可见,生物资源账户在1978—2001年之间人均生态承载处于盈余状态,在1990年代初期达到最高,1990年代中期开始急剧下降,至2001年之后处于赤字状态,并有逐渐增大的趋势。从3个子账户来看,农作物产品和畜产品账户与整个生物资源账户保持了较为一致的波动状态,的波动幅度更大,化趋势,从1980年代中,生物资源账户,这和经济发展的阶段息息相关。随着收入的提高,人们对于粮食作物的直接消费降低,而对于肉类、鲜奶、禽蛋等需求快速增加,当地的畜产品生产增长速度已无法满足人口增长及消费习惯引起的需求剧增。

在能源消费结构中,生活能源消费仅占很小的比例(2006年为10%),且增长速度缓慢,大比例的能源消费进入制造业(2006年为55%)等生产领域。

整体终端能源消费结构中(图4),原煤消费比例不断下降;油品消费比例相对稳定于20%～25%之间;电力消费比例则不断上升,从30%左右上升至今年的50%左右。生活能源的消费在90年代中期之前以煤和电力为主,近些年煤炭消费所占的比例不断下降,而汽油、液化石油气和电力消费的绝对值增加的同时比例也在不断上升。煤油和柴油消费量所占比例不足百分之一。能源生产结构中,则呈现原煤比例急剧下降,原油比例急剧上升,电力比例相对平缓上升的趋势,近些年天然气的生产也在快速增长的过程中。

313　、,。人类不仅仅是生态足迹的产生者,也是承载力的产生者。人类本身就具有自组织特性,社会的不断进步得益于人类对社会的贡献大于其消费。人的技能、知识、经验等使人具有经济生产能力,体现为无形价值形

[17]

式,是人类生产系统得以维持的必要条件。对人类劳务贡献的衡量,用劳动者报酬来作为替代指标。作为开放系统的特征,商品贸易代表了本地承载力与外地的交换与流动。

由于工业产品以及进出口商品的种类繁多,具体统计数据的不完全,以及能值分析方法中高级工业品的能值转换率的缺乏,因此采用工业产值和贸易货币值来衡量承载力的生产与进出口贸易。对于工业产值、劳务收入以及进出口值,

依据每年的汇率

312　能源账户生态足迹与承载力

图3显示广东省的能源账户生产承载力与消费足迹状况。能源消费足迹逐年上升,而生产承载力

缓慢上升并逐渐趋于平稳,因此广东省能源生态赤字逐年增加且在1990年代中后期进入快速增长期

。

图2　广东省生物资源产品生态盈余(1978—2006年)Fig12　Ecologicalsurplusanddeficitofbiologicalresources

inGuangdongProvince(197822006)

79

图3　广东省能源账户生态足迹与生态承载力

变化(1978—2006年)

Fig13　Ecologicalfootprintandcarryingcapacityofenergy

resourcesinGuangdongProvince(197822006)

　北京大学学报(自然科学版)网络版(预印本)2009年第1期　

图4　广东省能源生产与消费构成结构(1990—2006年)

Fig14　ThepercentageofenergyproductionandconsumptioninGuangdongProvince(199022006)

均衡价以及物价指数做了相应的调整,换算为2004

年的美元值。

图5和6分别计算了基于2004年全球能值Π货币比率和基于中国2004年的能值Π货币比率的各项承载力。由于中国相对较低资源、资本和劳务价格,中国的能值Π货币比率远远高于全球能值Π货币比率,因此基于中国能值Π值较大。口贸易基地,外两个市场,。

结果显示,工业产值承载力、劳务收入和进出口值对应的人均承载力值与生物资源和能源账户人均消费足迹值和产品产出承载力值位于同一数量级。从时间变化看,近十年工业产值、劳务与贸易承载力都处于快速的增长。这与近十年来广东省产业结构的调整与升级密不可分,同时与加入WTO之后中国经济的开放程度大大增加相关。人均净出口生态承载力为正值,广东省为周边区域发展做出了巨大贡献。

依据统计年鉴数据考察近十年的进出口结构,初级产品属于净进口状态,而其在进出口中所占的比例不足10%,其中农产品则占更小的比例;金属制品、机械设备、电器及电子产品等机电产品和以计算机及通信技术产品为代表的高新技术产品大量出口,且数额快速增长;仪器仪表和电子技术产品等工业制成品则处于净进口,且快速增长。进出口的结构变化也反映了工业的快速增长与结构变化。

图6　基于中国能值Π货币比率的广东省人均工业、

劳务与进出口生态承载(1978—2006年)

Fig16　Carryingcapacityofindustrialoutput,laborserviceand

currencybasedonChineseemergyΠ|SratioinGuangdongProvince(197822006)图5　基于全球能值Π货币比率的广东省人均工业、

劳务与进出口生态承载(1978—2006年)

Fig15　Carryingcapacityofindustrialoutput,laborserviceand

currencybasedonglobalemergyΠ|SratioinGuangdongProvince(197822006

)

314　生态总足迹与总承载力

利用生物资源账户消费足迹和产品承载力估算广东省消费总足迹和总产品承载力,进而估算生态承载力盈余或赤字状态。

农村居民和城镇居民人均生物资源消费足迹

,

80

分别除以农村和城镇居民消费恩格尔系数,得到农村居民和城镇居民人均消费总足迹。如图7所示,非生物资源消费足迹的增长速度远远快于生物资源消费足迹,近十年的增长尤其迅速。其中,城镇居民非生物资源消费足迹的增长远远超过农村居民消费增长速度,正反映了城乡居民收入差距的扩大过程。

与生态总足迹计算方法类似,按照广东省第一

　pkuxbw2009013赵志强等:基于能值改进生态足迹模型的广东省1978—2006年生态经济系统分析　

速度。基于改进模型的研究,广东省的处于相对可持

续的发展状态。改革开放的制度变化,广泛的区域分工以及产品贸易与流通,同时人力资本的不断提升都是广东省承载力不断提升的重要原因。

2)在总量上升的同时,产出承载力和消费足迹都显示了明显的结构变化特征。消费总足迹的增长中,非生物资源消费足迹占据了主要地位,代表了广泛的生活质量提高与需求层次的变化,同时城乡居民消费足迹的差距有扩大趋势。产品产出承载力变化也主要得益于工业的发展,第一产业产出承载力

图7　广东省人均消费足迹变化(1978—2006年)

Fig17　EcologicalfootprintinGuangdongProvince(197822006)

的比例不断下降,正是工业化与现代化的特征。分账户的数据也显示了同样的趋势,生物资源账户显示消费等级提升的同时,产品产出结构也有了相应的结构优化;能源账户的消费足迹与生产承载力的。

产业产值占一二产业总值比例来估算产品产出总承载力。人均生态承载盈余是人均产品产出总承载力与人均消费总足迹的差额,如图8所示。可以看到改革开放尤其是20世纪90年代以后,广东省从传总承载力的上升过程。泛分工合作和贸易过程,而快速发展,

4　并结合传统生态足迹模型从供给和需求角度分析的特点,来计算生态足迹和生态承载力。产出承载力基于详细分类产出计算,与传统分土地类型计算相比更接近现实世界,并能反映综合功能。与传统生态足迹模型所采用的全球平均生产力、均衡因子、产量因子等参数相比,改进生态足迹模型所采用的能值转换率、能值密度等参数更加稳定

[17,24225]

;能值转换率反映能量和物质在生态经济

图8　广东省人均生态承载盈余变化(1978—2006年)

Fig18　SurplusofecologicalCarryingcapacityinGuangdong

Province(197822006)

系统中的等级,可以反映区域消费层次和区域承载

[17]

结构。在地理多样性和区域分工广泛存在的背景下,广东省发展高科技而低能耗的清洁工业,实现产业等级的提升是其提升区域综合承载力的重要内容,也是其可持续发展的途径。

2)本研究采用全球生态承载面积而不是区域土地面积作为全球公顷能值密度计算依据,是有别于部分同类研究

[25227]

总体而言,广东省依据比较优势发展制造业,进行产业结构的优化与升级,从最初利用区位优势发展出口导向战略发展,逐渐产生集聚优势,同时伴随了人力资源条件的不断改善与资本积累过程。在外部环境稳定的状况下,广东省将处于持续而稳定的发展过程,而承载力盈余也将为其进一步的发展奠定基础,也为其他区域的发展贡献力量。

的地方。关注进出口以及劳务

在区域承载力中的作用也是一种研究探索。同时,本研究在关注总量变化的同时,分别从生物资源、能源、工业产品等账户考虑产品承载力与消费足迹结构的组成与变化,对于指导未来的区域发展政策具有更加重要的现实意义。

3)计算方法上仍然有可改进之处。生物资源账户和能源账户统计数据相对完全和确切,能值理论也提供了相应的能值转换率,因此,两个账户上得到的产出承载力和消费足迹都与真实值接近。而工业产品账户、劳务以及贸易账户用产值替代产出,尽

81

4　结论与讨论

411　结论

1)1978—2006年广东省人均消费足迹和人均产

出承载力都是上升的过程,产出承载力上升的速度超过足迹上升速度,因此,承载盈余也是上升的趋势,而且最近十年的上升速度远远产过了前面20年的上升

　北京大学学报(自然科学版)网络版(预印本)2009年第1期　

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Ecological

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ktm1.html