福建省1990～2008年能源足跡強度及生態(tài)壓力分析

劉建興，許 肅

(1.福州大學紫金礦業(yè)學院，福建 福州 350008；2.福州大學環(huán)境與資源學院，福建 福州 350008)

工業(yè)化和城市化發(fā)展，不僅要消耗大量的資源和能源，占用耕地等生態(tài)土地，同時也產(chǎn)生許多對自然生態(tài)環(huán)境造成巨大沖擊和破壞的污染物。生態(tài)足跡為測度分析某區(qū)域(經(jīng)濟系統(tǒng))的資源占用與生態(tài)壓力提供了新的研究視角。該方法自20世紀90年代初提出以來，已在國內(nèi)外得到廣泛應用[1-3]，在能源生態(tài)足跡領域也有一定的應用研究成果[4-7]。

福建省作為海峽西岸經(jīng)濟區(qū)的主體，如何在快速經(jīng)濟增長的同時，合理、充分地使用能源并控制其產(chǎn)生的生態(tài)壓力，是該區(qū)域?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)發(fā)展面臨的一項重大研究課題。

本文利用生態(tài)足跡理論和方法，通過對1992～2008年福建省能源足跡以及生態(tài)壓力加以分析，并與中國能源足跡指標做以比較，測度分析該區(qū)域能源消費對生態(tài)環(huán)境造成的沖擊和影響，進而對存在的問題和發(fā)展提出一些建議。

1 能源生態(tài)足跡的概念與計算分析方法

1.1 能源生態(tài)足跡與生態(tài)承載力的概念與計算方法

1.1.1 能源生態(tài)足跡的概念與計算方法

生態(tài)足跡的基本思想是把資源消費轉(zhuǎn)換為占用的生態(tài)生產(chǎn)性土地面積，用以度量人類消費活動對生態(tài)環(huán)境的沖擊[1]。能源消費占用的生態(tài)土地即為能源生態(tài)足跡(Energy ecological footprint)，簡稱能源足跡。占用土地的類型，包括水電站等直接占用的建設用地(耕地)，也包括吸收化石能源排放的CO2而需要預留的林地。能源生態(tài)足跡的計算，用本地能源消費量除世界平均能源足跡，可求出各類能源的生態(tài)占地[1]。世界平均能源足跡采用能地比(Energy to land ratio)估算，即每公頃土地能夠產(chǎn)生多少焦耳的能源。

某一區(qū)域(經(jīng)濟體)能源消費所占用的生態(tài)足跡EFe可表示為：

(1)

式中：K為能源熱值換算系數(shù)，此處1t標準煤=29.3GJ；Qi為某一地區(qū)某年第i種能源消費量，單位為噸標準煤，能源主要包括煤、石油、天然氣、攜帶能源以及核能、風能、水電、生物能、薪炭等；γi為第i種能源占用的土地類型對應的均衡因子；Pi為第i種能源世界平均生產(chǎn)力，單位GJ/hm2；N指區(qū)域人口。需要說明的是，一般所研究的區(qū)域為陸地，不包括海域面積，故能源占用的生態(tài)足跡實際值需再乘以2/3的系數(shù)[6-7]。

1.1.2 能源生態(tài)承載力概念和計算方法

土地是為人類提供資源和各種生態(tài)服務、支撐人類社會發(fā)展的最根本資源。幾乎所有生物性物質(zhì)和能源等礦產(chǎn)都來源于土地，社會代謝所產(chǎn)生的廢棄物也靠土地來容納和生長在其上的生物來降解、吸收。為實現(xiàn)強可持續(xù)性目標和生態(tài)系統(tǒng)良性發(fā)展，人類資源與能源的消費必須考慮土地的承受能力。

按照傳統(tǒng)生態(tài)足跡理論，假定能源消費占用土地為林地。為抵消能源消費的環(huán)境沖擊，需要有大面積的森林來吸收溫室氣體，但人們沒有為能源足跡提供預留的林地。由于假設“不同類型的土地的使用是互斥的”，林地僅用以供給木材等林產(chǎn)品需求的足跡。實際上，現(xiàn)實中，林地(也包括牧草地等生態(tài)土地)不僅提供林產(chǎn)品，同時也提供了包括吸納CO2排放在內(nèi)的一系列生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)代謝服務功能[1,7]。研究表明，陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)中，森林和草原占總碳蓄積量93%[8]。故本文將林地(牧草地)等作為吸收化石能源燃燒排放的溫室氣體的生態(tài)土地供給定義為能源生態(tài)承載力。

能源生態(tài)承載力(Energy ecological carrying capacity)ECe可表達為：

(2)

式中：Si是區(qū)域第i類生態(tài)土地的面積；λi是區(qū)域第i類土地的產(chǎn)量系數(shù)，用該類土地在這個區(qū)域的平均生產(chǎn)力yi與同類土地的全球平均生產(chǎn)力Yi之比表示，γi是等量因子以及N區(qū)域人口，含義同式(1)；一般地，i主要對應林地、牧草地這兩種生態(tài)地供給類型，其他陸地生態(tài)土地碳蓄積量較小，暫不考慮。

1.2 能源足跡分析指標

1.2.1 能源足跡生態(tài)壓力指數(shù)與生態(tài)承載度

將能源足跡(需求)與生態(tài)承載力(供給)的比例定義為能源足跡壓力指數(shù)(Ecological Pressure Intensity of Energy Footprint)。該指數(shù)可表示為EPI=EFe/ECe。能源生態(tài)足跡壓力指數(shù)表征能源消費對自然生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的壓力大小，該指標越大，表明資源的供需矛盾越大，區(qū)域生態(tài)壓力也越大。能源足跡生態(tài)壓力指數(shù)的倒數(shù)定義為能源生態(tài)承載度(Energy Footprint Carrying ratio)，該指標反映反映一個靜點區(qū)域環(huán)境所承受的壓力的程度。該指標越大，表明區(qū)域自然生態(tài)系統(tǒng)承受能力越大。

1.2.2 能源足跡的強度與生態(tài)效率

能源足跡強度(Energy Footprint Intensity)是指單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能源消費所占用的生態(tài)土地。該指標的高低，反映了區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展所付出的生態(tài)代價(自然資本)，也反映了資源利用水平。將生態(tài)足跡強度的倒數(shù)定義為生態(tài)效率，即單位生態(tài)足跡的經(jīng)濟產(chǎn)出值。生態(tài)效率可用以定量表征區(qū)域資源利用效益的高低。

1.2.3 能源足跡的經(jīng)濟彈性與脫鉤率

能源足跡的經(jīng)濟彈性(Elasticity Analysis)，定義為某一時期一個區(qū)域或經(jīng)濟體國內(nèi)生產(chǎn)總值變化1%，能源足跡變化的百分比。該指標反映了區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展所要求的能源足跡增長情況。

脫鉤(Decoupling)可用來衡量資源消費、環(huán)境壓力與經(jīng)濟增長之間的相互關系[8]。借鑒OECD的定義，此處引入能源足跡脫鉤率的概念，即能源足跡的經(jīng)濟脫鉤率=能源足跡年均增長速度-經(jīng)濟年均增長速度。某一時期，如果經(jīng)濟增長率高于能源足跡增長率，稱為相對脫鉤，倘若經(jīng)濟保持增長，而能源足跡不變或反而減少，稱為絕對脫鉤。

能源足跡的經(jīng)濟彈性與脫鉤率指標，可用來洞悉生態(tài)壓力變化與經(jīng)濟增長的關系或規(guī)律，從而為能源可持續(xù)利用相關決策分析提供參考信息。

2 福建省能源足跡分析與比較

2.1 福建省能源足跡分析

為闡明后續(xù)計算結(jié)果，現(xiàn)對所用的數(shù)據(jù)資料做如下說明：消費量數(shù)據(jù)按噸標準煤折合系數(shù)按29.3GJ/t計算；煤炭、石油、天然氣足跡均衡因子按林地計算；可再生能源提供的生產(chǎn)力比化石能源高，水電和風電按建設用地(耕地)計算，全球平均能源足跡取值均為1000 GJ/hm2[1]；林地面積指有林地面積；牧草地面積來自福建省國土資源廳土地變更調(diào)查匯總的數(shù)據(jù)(http://www.fjsq.gov.cn/showtext.asp?ToBook=58&index=65)；產(chǎn)量系數(shù)數(shù)據(jù)因資料限制，且為便于國際比較，此處參考WWF中國的產(chǎn)量系數(shù)(Living Planet Report,2006)。應用上述方法以及福建省統(tǒng)計年鑒和資料，對福建省能源足跡加以計算分析，結(jié)果如表1和圖1所示。

表1 福建省1990～2008年能源生態(tài)足跡分析指標

表1計算結(jié)果看，1990～2008年，福建省能源生態(tài)足跡總體呈上升趨勢，年均增長率9.27%。生態(tài)壓力指數(shù)由1990年的1.33升值到2008年的5.08，年均升幅7.74%，這說明維持這一期間經(jīng)濟增長的能源消耗，對本地區(qū)生態(tài)環(huán)境造成的沖擊和壓力在不斷增長；與此同時，生態(tài)承載度由1990年75%降低到2008年的20%，呈現(xiàn)大幅下降，年均下降率為7.18%，這說明一方面，能源足跡增長過快，應予以重視，而另一方面，生態(tài)承載力供給水平增長緩慢，自然資本開發(fā)潛力有限或仍有很大開發(fā)潛力(福建省牧草地97%尚未開發(fā)利用)。總體看，GDP增加1%，能源足跡增幅為0.56%，能源足跡年均增長率低于人均GDP年均增長水平，以能源足跡表征的生態(tài)壓力與以GDP表征的經(jīng)濟發(fā)展水平，表現(xiàn)出“相對脫鉤”的趨勢。

圖1 福建省1990～2008年能源生態(tài)足跡

圖1揭示研究期煤炭和石油構(gòu)成能源足跡的最大兩部分，且自2001年有明顯的增幅，尤其是煤炭。雖然水電能源消費占有一定比重(20%左右)，風電能源近年也有較快的發(fā)展，但是它們在能源足跡結(jié)構(gòu)所占比重較低，石油和天然氣等化石能源發(fā)展較慢，這表明當前和今后很長時期，煤炭占據(jù)主導地位的能源足跡(消費)結(jié)構(gòu)對區(qū)域生態(tài)壓力仍有顯著影響。

2.2 福建能源足跡分析指標與中國的比較

將本文計算結(jié)果與有關研究加以比較[5,9]，對福建省能源足跡指標進一步分析(為具有可比性，文獻5能源足跡乘以2/3，并采用文獻[9]能源生態(tài)承載力的數(shù)據(jù))，結(jié)果如圖2所示。

圖2 福建省能源足跡強度和生態(tài)壓力與中國比較

從能源生態(tài)壓力看，研究期福建省能源壓力低于我國平均水平；從發(fā)展過程看，福建省近年來增長速率較快，已接近我國平均水平。具體而言：總體看，福建省能源足跡強度小于我國平均水平。從發(fā)展過程看，1990～2000年，福建省能源足跡強度指標雖有所下降，但下降幅度顯著小于我國平均水平；2001～2005年，福建省能源足跡強度小幅上升，而同期我國平均水平緩慢下降；2006～2008年，福建省能源足跡強度和我國平均水平均呈現(xiàn)下降趨勢，但前者下降幅度緩于后者?？偟内厔菘?，研究期福建省能源足跡強度與我國平均水平呈緩慢下降趨勢，而前者降幅小于后者，后期兩者該指標漸趨于同一水平。

3 結(jié)論與建議

能源是經(jīng)濟發(fā)展的驅(qū)動力，也是CO2排放的主要源頭[10]。本研究通過對福建省1990～2008年能源足跡研究并與中國平均水平加以比較，對這一期間區(qū)域經(jīng)濟增長驅(qū)動的能源消費生態(tài)占用及相應的生態(tài)壓力做了較深入的分析。研究結(jié)論如下：①研究期福建省能源生態(tài)足跡呈上升趨勢，幅度遠超過同期承載力水平，生態(tài)壓力指數(shù)不斷增高，其中煤炭占據(jù)主導地位的消費結(jié)構(gòu)對其影響巨大。②福建省生態(tài)壓力增長率低于經(jīng)濟增長幅度，研究其總體經(jīng)濟成長與生態(tài)壓力上升之間呈現(xiàn)“相對脫鉤”的關系。③與我國平均水平相比較，福建省能源生態(tài)壓力低于中國平均水平，且近年來能源生態(tài)壓力指數(shù)增幅較快；福建省生態(tài)占用強度較高且降低幅度較低，這體現(xiàn)了該區(qū)域經(jīng)濟增長所付出的自然生態(tài)資本高于中國平均水平，能源利用效率有待改善提高。

基于以上分析，對福建省能源使用和區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展提出以下建議：①堅持經(jīng)濟發(fā)展過程中全方位推進循環(huán)經(jīng)濟和生態(tài)經(jīng)濟的戰(zhàn)略，通過產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和升級，不斷加強能源的合理配置和充分挖潛，高度重視提高能源利用效率；②利用本土自然地理優(yōu)勢，積極調(diào)整能源結(jié)構(gòu)控制煤炭消費，擴大石油天然氣優(yōu)質(zhì)資源比重，充分挖潛水電、大力發(fā)展風能等優(yōu)勢生物能源，減緩生態(tài)壓力不斷增長和升級的趨勢。③加強有關研究的力度。比如對區(qū)域經(jīng)濟系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源生態(tài)壓力的關系，發(fā)展生物質(zhì)能源對改善生態(tài)壓力的影響，以及如何發(fā)揮區(qū)位優(yōu)勢提高能源利用率，從而降低生態(tài)壓力等問題可展開深入研究。

[1] Wackernagel M, Rees W. E. Our Ecological Footprint: Reducing Human Impact on the earth [M]. Gabriela Island: New Society Publishers, 1996.

[2] Wackernagel M, Onisto L, Bello P, et al. national natural capital accounting with the ecological footprint concept [J]. Ecological Economics, 1999,29(3): 375-390.

[3] Gernot Sto¨glehner.Ecological footprint — a tool for assessing sustainable energy supplies [J]. Journal of Cleaner Production 2003(11):267-277.

[4] 李智,等.中國1996～2005年能源生態(tài)足跡與效率動態(tài)測度與分析[J].資源科學.2007, 29(6):54-60.

[5] 鄒艷芬.中國能源生態(tài)足跡效率估計[J].中國礦業(yè), 2009,18(8):57-59.

[6] 龔葳,張承中,劉艷華.西安市能源生態(tài)足跡動態(tài)變化及效應分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學,2009,37(16):7568-7570.

[7] 朱永杰,岳瑞鋒.中國森林提供化石能源用地的定量研究[J].林業(yè)科學,2008,44(9):20-25.

[8] 謝鴻宇,等.基于碳循環(huán)的化石能源及電力生態(tài)足跡[J].生態(tài)學報,2008，28(4):1729-1735.

[9] 劉建興,顧曉薇,王青，等.中國經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)足跡的關系研究[J].資源科學,2005,27(5):33-39.

[10] 高峰,孫成權(quán),曲建升.全球變化研究的新認識——IPCC第三次氣候評價報告第一工作組概要[J].地球科學進展,2001,16 (3) :442-445.