高軍波,彭榮勝
(1.信陽師范學(xué)院城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,河南信陽464000;2.信陽師范學(xué)院經(jīng)濟(jì)與管理科學(xué)學(xué)院,河南信陽464000)
人類消費(fèi)的生態(tài)足跡(Ecological Footprint,EF)自20世紀(jì)80年代以來就已經(jīng)超過了地球的生產(chǎn)能力,到2003年已經(jīng)超過20%[1],說明地球的可再生能力已經(jīng)不能滿足人類的消費(fèi)需求。《Living Planet Report》研究顯示,化石能源消耗而產(chǎn)生的CO2排放足跡占據(jù)各國生態(tài)足跡構(gòu)成的很大比重,其中中國化石能源消耗產(chǎn)生的碳排放足跡占總生態(tài)足跡的47.5%[2]。早在2000年中國因化石燃料所排放的CO2就已經(jīng)占全球排放量的10.6%,且近年來對石油和煤炭等化石能源的需求以年均3.2%速度遞增,據(jù)預(yù)測將在2011年取代美國成為全球最大的能源消費(fèi)國[3],是名副其實的“碳排放”大戶。所以CO2排放不僅進(jìn)一步加劇了生態(tài)環(huán)境的惡化,且遭致國際社會對中國限排溫室氣體的巨大壓力,因此,對化石能源消耗所產(chǎn)生的環(huán)境影響的研究尤顯重要。自2001年以來,國外就有一些學(xué)者陸續(xù)以生態(tài)足跡的方法對化石能源排放進(jìn)行研究[4-5],國內(nèi)學(xué)者對生態(tài)足跡的研究開始于1991年[6-7],但基于生態(tài)足跡理論方法對化石能源消費(fèi)進(jìn)行的相關(guān)研究還不多見。本文對河南省1995-2008年間生態(tài)足跡及化石能源利用效率進(jìn)行定量評價,探求省域社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展程度及化石能源利用效率的動態(tài)趨勢。
生態(tài)足跡是通過測定特定區(qū)域、特定人口,為了維持自身生存而利用自然的量來評估人類對生態(tài)系統(tǒng)的影響[8]。它側(cè)重于生態(tài)理念的可持續(xù)發(fā)展量化,具有形象、綜合、易于理解的特點(diǎn),能夠表達(dá)人類消費(fèi)對生態(tài)系統(tǒng)占用的相對大小,并揭示其發(fā)展趨勢和主要矛盾,已經(jīng)成為國際公認(rèn)具有吸引力的評價自然資源消耗的生態(tài)指標(biāo)。生態(tài)足跡模型包括區(qū)域生態(tài)足跡、生態(tài)承載力和生態(tài)盈余/赤字三組方程:
1.1.1 生態(tài)足跡計算
式中:EF——區(qū)域生態(tài)足跡;ef——人均生態(tài)足跡;N——人口數(shù);ai——i種物質(zhì)人均占用的生物生產(chǎn)面積 ;ci——i物質(zhì)的人均消費(fèi)量 ;pi——i種物質(zhì)的世界平均生產(chǎn)能力;ri——均衡因子;i——消費(fèi)的物質(zhì)種類。
1.1.2 生態(tài)承載力計算
式中:EC——區(qū)域生態(tài)承載力;ec——人均生態(tài)承載力;N ——人口數(shù);j——生物生產(chǎn)面積類型;aj——人均實際占有的生物生產(chǎn)面積;rj——均衡因子;yj——產(chǎn)量因子。
1.1.3 生態(tài)盈余/生態(tài)赤字模型
公式(3)的結(jié)果表征區(qū)域生態(tài)可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài);若為正,則該區(qū)域為生態(tài)盈余;反之,則該區(qū)域為生態(tài)赤字,生態(tài)需求已經(jīng)超出該地區(qū)的生態(tài)承載能力,處于不可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。
化石能源是由保留在地殼中的動植物遺骸經(jīng)過一系列物理化學(xué)變化形成的燃料,具體包括煤、石油以及天然氣。由于機(jī)體遺骸形成的化石能源中富含大量的碳元素,在其燃燒過程中會形成大量的CO2氣體,且目前化石能源占人類生產(chǎn)生活所需初級能源的80%以上,因此化石能源消耗是影響區(qū)域可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)及碳排放規(guī)模的關(guān)鍵。
化石能源足跡的計算是將能源的消費(fèi)量轉(zhuǎn)化為消納化石能源燃燒而排放出的CO2生產(chǎn)土地的面積,即化石能源用地。需要說明的是,化石能源用地類型在實際生活中并不單獨(dú)存在,而是Wackernagel在構(gòu)建生態(tài)足跡理論時假設(shè)出的一種用于吸收由于化石能源利用而排放出CO2的虛擬土地類型。由于現(xiàn)實中排放出的CO2主要被森林所吸收,可將化石能源燃燒過程中排放出碳元素的含量轉(zhuǎn)化為吸收這些碳元素所需森林的面積,所以要維持區(qū)域可持續(xù)發(fā)展就需要有足夠的林地來吸收CO2,故可以選擇化石能源足跡面積對人均林地面積的占有比例,來評價能源足跡對生態(tài)系統(tǒng)的壓力[6]。
化石能源足跡計量模型為:
式中:FEF——總化石能源足跡;efe——人均化石能源足跡;N ——人口數(shù);i——化石能源種類;cei——i類化石能源的人均消費(fèi)量;pe——化石能源的能源密度,即世界單位化石能源的平均發(fā)熱標(biāo)準(zhǔn),每噸標(biāo)準(zhǔn)煤平均發(fā)熱29.4 GJ;pci——單位i類化石能源發(fā)熱量的碳元素排放標(biāo)準(zhǔn),它隨著化石能源分子結(jié)構(gòu)的不同而存在著差異,煤、石油、天然氣的碳密度分別為0.026 ,0.020,0.015[9];ε——權(quán)衡因子,即世界平均水平下消納1單位碳元素所需的森林面積 。
生態(tài)足跡模型將生物生產(chǎn)性土地折算為耕地、林地、草地、水域、化石燃料用地(能源用地)、建筑用地等6類。由于不同類型的生物生產(chǎn)用地的生態(tài)生產(chǎn)力不同,為了便于衡量,需要對各類生物生產(chǎn)面積乘以均衡因子,將這些具有不同生態(tài)生產(chǎn)力的生物生產(chǎn)面積轉(zhuǎn)化為具有相同生態(tài)生產(chǎn)力的面積,然后相加計算生態(tài)足跡和生態(tài)承載力。6類生態(tài)生產(chǎn)用地的均衡因子分別為:森林、化石能源用地為1.1,耕地、建筑用地為2.8,草地為0.5,海洋為 0.2。在計算生態(tài)足跡的供給(生態(tài)承載力)時,由于不同國家或地區(qū)的資源稟賦不同,同樣需要引入產(chǎn)量因子進(jìn)行調(diào)整,產(chǎn)量因子是某個國家或地區(qū)某類型土地的平均生產(chǎn)力與世界同類土地的平均生產(chǎn)力的比率。為了便于比較,本文計算過程中的產(chǎn)量因子取Wackernagel對中國生態(tài)足跡的計算取值,耕地為1.66,草地為0.19,林地為 0.91,水域是1[10]。
河南省生態(tài)足跡核算主要計算生物資源的消費(fèi)和能源的消費(fèi)兩大類?;谫Y料可取性,本文暫沒考慮區(qū)域貿(mào)易調(diào)整。采取世界環(huán)境與發(fā)展委員會報告的建議,留出12%的生物生產(chǎn)面積以保護(hù)生物多樣性,因此在生態(tài)承載力計算時扣除12%的生物多樣性保護(hù)面積。根據(jù)河南省統(tǒng)計年鑒(1996-2009)數(shù)據(jù),1995-2008年河南省生態(tài)足跡和生態(tài)承載力的計算結(jié)果如表1和表2所示。
2008年河南省人均生態(tài)足跡為2.613 hm2,是1995年的2.075倍,年均增長0.11 m2。河南省生態(tài)足跡達(dá)到或接近國內(nèi)一些特大城市水平(2003年北京 2.132 hm2[11],上海 2.64 hm2[12],廣州 2.5 m2[13]),也超過全球人均生態(tài)足跡(2003年為2.2 hm2[14]),是同期省域人均生態(tài)承載力的4.61倍,說明河南省對自然資源的利用超出了生態(tài)承載力的范圍和自然的再生能力,省域社會經(jīng)濟(jì)處于不可持續(xù)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。
在生態(tài)足跡構(gòu)成上,2008年河南化石能源用地足跡、耕地足跡和草地足跡分別為0.928,0.765,0.694 hm2,占人均總足跡的比重分別是 35.5%、29.2%、26.6%,是生態(tài)足跡的主要構(gòu)成部分,其比重遠(yuǎn)高于其他用地類型,且有持續(xù)上升趨勢,說明河南的經(jīng)濟(jì)發(fā)展仍是以傳統(tǒng)的種植業(yè)和工業(yè)為主,農(nóng)業(yè)所占比重較大,對自然資源過度依賴。在生態(tài)足跡動態(tài)變化幅度上,人均化石能源足跡增長速度最快,從0.236 hm2提升到0.928 hm2,是1995年的3.93倍,表現(xiàn)出與20世紀(jì)90年代中期以來河南省快速工業(yè)化、城市化進(jìn)程相一致的特征;與耕地、草地、水域、化石能源及建筑用地生態(tài)足跡的持續(xù)增長趨勢不同,河南省林地生態(tài)足跡變化動態(tài)呈先遞減后回升的趨勢,其中在1995-2003年間林地足跡迅速下降,而2004年以后則有緩慢增長態(tài)勢,說明河南省先后實施的天然林保護(hù)、退耕還林、通道綠化及對生態(tài)狀況脆弱、生態(tài)地位突出的重點(diǎn)地區(qū)進(jìn)行集中治理的重點(diǎn)生態(tài)工程取得了顯著成效,但要持續(xù)珍惜和保護(hù)森林資源,以不斷提高社會經(jīng)濟(jì)環(huán)境承載力。
表1 1995一 2008年河南省人均生態(tài)足跡 hm2/人
如表2所示,1995-2008年河南省人均生態(tài)承載力保持持續(xù)提升,從1995年 0.382 hm2增長的2008年0.567 hm2,14 a均增長了0.182 hm2。生態(tài)承載力提升主要體現(xiàn)在耕地、林地和建筑用地承載力的緩慢增長,而草地和水域生態(tài)承載力基本不變,表明過去14 a間省域土地利用類型格局變化總體不大,限制其所能夠提供的資源和維持經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的可持續(xù)性能力。隨著人口的增加和人們生活水平的提高,不僅對糧食的需求,而且由食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)的改變帶來的對草地生產(chǎn)出的肉類、禽蛋類等動物類產(chǎn)品的需求也增加,且隨著城市化、工業(yè)化進(jìn)程的加快,原有的土地生態(tài)承載力將無法滿足人們物質(zhì)文化生活發(fā)展的需要,區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展將面臨嚴(yán)峻壓力。
如表3所示,從總體規(guī)模上看,河南省生態(tài)承載力始終小于生態(tài)足跡,且生態(tài)赤字規(guī)模持續(xù)增長,從1995年的0.876 hm2提升到2008年的 2.046 hm2,增加了1.34倍。在變化趨勢上,1996-2000年間年均增長0.009 hm2,為省域生態(tài)赤字緩慢增長階段;而在2002-2008年,河南生態(tài)赤字年均增長0.115 hm2,是省域生態(tài)赤字快速增長階段,表明河南省域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展對資源的需求超過區(qū)域自然環(huán)境的生產(chǎn)能力,且區(qū)域生態(tài)安全有持續(xù)惡化趨勢。另外,通過比較每類土地類型的人均生態(tài)赤字/盈余的平均值發(fā)現(xiàn),河南省近14 a間土地類型的生態(tài)赤字大小序列分別為:化石能源用地(-0.928 hm2)>草地(-0.694 hm2)>耕地(-0.345 hm2)>水域(-0.058 hm2)>建筑(-0.029 hm2);而林地從2004年開始由生態(tài)赤字轉(zhuǎn)為生態(tài)盈余,人均生態(tài)盈余規(guī)模較小,且具有持續(xù)波動特征。河南省生態(tài)赤字主要是由化石能源足跡快速增長引起的,占人均生態(tài)赤字總規(guī)模的45.6%,其原因一方面在于河南省城市化、工業(yè)化進(jìn)程增加了對煤、石油、天然氣等化石能源的需求;另一方面是河南省經(jīng)濟(jì)增長方式粗放、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理及技術(shù)水平與管理水平落后導(dǎo)致了能源利用效率不高,加劇了生態(tài)環(huán)境的惡化。因此,從化石能源利用效率視角分析省域生態(tài)環(huán)境安全的動態(tài)變化。
表2 1995一2008年河南省人均生態(tài)承載力 hm2/人
表3 1995一2008年河南省人均生態(tài)盈余/赤字 hm2/人
從河南省統(tǒng)計年鑒(1996-2009)查找近14 a的煤(包括原煤、焦炭)、石油(包括原油、汽油、煤油和柴油)、天然氣3類化石能源的消耗規(guī)模,并將其換算成標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量,再將各類能源的標(biāo)煤量轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的熱量,乘以不同化石能源碳元素排放系數(shù)和“碳吸收”所需森林面積的均衡因子。通過公式(4)計算,可以得出1995年以來河南省的人均化石能源足跡(詳見表4)。
表4 1995一2008年河南省人均化石能源足跡
如表4所示,河南省人均化石足跡在1995-2008年間是一個“先劇增、后緩減、再持續(xù)增長”的過程。其中在1995-1996年有一個迅速的增長,從0.236 1 hm2增加到 0.319 8 hm2;然后在1996-1999年有緩慢降低趨勢,人均化石足跡從0.319 8 hm2降低到0.301 9 hm2;從2000年開始,河南省人均化石能源足跡進(jìn)入一個持續(xù)增長過程,2008年增加到0.677 6 hm2,是2000年的 2.1倍。從宏觀層面看,1995-1999年是中國能源資源相對過剩時期,加上經(jīng)濟(jì)緊縮政策,使河南和全國其他地區(qū)一樣,對煤炭等化石能源的消耗相對減少。但在“十五”以后,河南省城市化、工業(yè)化加速,國民經(jīng)濟(jì)進(jìn)入以重化工業(yè)為主導(dǎo)的新增長階段,一系列外部因素使河南經(jīng)濟(jì)的快速增長帶動了能源消耗的不斷攀升,致使能源足跡不斷增大?;谏鲜鲈颍瑢?dǎo)致了河南省人均化石能源總足跡出現(xiàn)先減后增的現(xiàn)象。
化石能源足跡產(chǎn)值體現(xiàn)單位化石能源足跡產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)價值,定義為人均GDP與人均化石能源足跡的比值。人均化石能源足跡產(chǎn)值分析可將區(qū)域經(jīng)濟(jì)與能源、生態(tài)環(huán)境發(fā)展定量化處理,探索其能源效益與發(fā)展趨勢。對河南省1995-2008年化石能源足跡產(chǎn)值計算,結(jié)果表明自1995年起,河南省化石能源足跡產(chǎn)值呈增加趨勢,從1.396 5萬元/hm2增長到2008年的2.891 5萬元/hm2,為1995年的 2.07倍。化石能源足跡產(chǎn)值動態(tài)表明,河南省近14 a來經(jīng)濟(jì)發(fā)展良好,單位土地面積產(chǎn)值增加,能源利用效率不斷提高,單位能源足跡所創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)價值不斷增加。但是,由于 1995-2008年河南省人均GDP增加到5.9倍,遠(yuǎn)高于同期化石能源足跡產(chǎn)值增長速度,說明經(jīng)濟(jì)增長對化石能源的依賴還比較明顯。
化石能源足跡強(qiáng)度則是能源足跡與GDP的比值,表征每增加一個單位GDP所需要占用的化石能源足跡面積?;茉醋阚E強(qiáng)度越大則能耗越大,能源足跡效益越差。計算結(jié)果表明河南省14 a來的化石能源足跡強(qiáng)度走勢良好,1995年單位GDP所需占用的化石能源足跡面積最高,為0.716 1 hm2/萬元,最低值為2008年的0.345 8 hm2/萬元,僅是 1995年的48%,說明河南省化石能源利用效率在逐漸提高,單位土地面積產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)價值逐漸增加。
圖1 河南省1995-2008年化石能源足跡產(chǎn)值、強(qiáng)度與人均GDP增長的關(guān)系
化石能源消費(fèi)所排放的CO2在進(jìn)入大氣環(huán)境后,除海洋吸收部分以外,主要依靠森林植被通過光合作用的形式吸收。我們可以構(gòu)建化石能源足跡的生態(tài)壓力指數(shù),即用人均化石能源足跡與人均擁有的林地(包括森林和草地)面積的比值來表征化石能源消費(fèi)對自然生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的壓力大小。比值越大,表明化石能源足跡的生態(tài)壓力越大,區(qū)域生態(tài)安全程度越低;反之,壓力亦小,區(qū)域生態(tài)環(huán)境越安全。
如圖2所示,河南省化石能源的生態(tài)壓力指數(shù)呈波動式變化趨勢。其中在1996-1999年間呈遞減趨勢,而從2000年開始,化石能源生態(tài)壓力指數(shù)持續(xù)遞增,并于2006年達(dá)到最高值,爾后開始回落,開始新的緩解調(diào)整。在壓力指數(shù)規(guī)模上,1995年最低,但也高達(dá)9.77,2006年的壓力指數(shù)最高值超過20,說明河南省人均化石能源足跡面積已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過同期人均林地(包括草地和園地)面積,省域化石能源足跡的生態(tài)壓力大。雖然河南省林業(yè)廳數(shù)據(jù)顯示,2008年全省有林地面積增加到336.6萬hm2,森林覆蓋率也提高到20.16%。但省域人均林地面積僅為0.033 8 hm2,近14 a來人均林地面積僅增加了0.009 6 hm2。而同期河南省工業(yè)化、城市化快速推進(jìn),對化石能源需求量不斷增加,導(dǎo)致人均化石能源足跡面積持續(xù)增長。由此共同導(dǎo)致河南省化石能源足跡的生態(tài)壓力指數(shù)持續(xù)增長,區(qū)域生態(tài)安全面臨嚴(yán)峻威脅,必須引起足夠重視。
圖2 河南省1995-2008年生態(tài)環(huán)境壓力指數(shù)動態(tài)變化
基于生態(tài)足跡理論模型對河南省1995-2008年生態(tài)空間占用及化石能源利用效率進(jìn)行了時間序列的動態(tài)測度和分析,得出如下結(jié)論:河南省14 a來的生態(tài)空間占用需求快速增長,其中化石能源及耕地足跡是河南省生態(tài)空間占用的構(gòu)成主體,而同期生態(tài)承載力卻改善有限,導(dǎo)致省域生態(tài)壓力指數(shù)持續(xù)增長,并于2006年達(dá)到峰值。河南省1995-2008年間化石能源足跡產(chǎn)值穩(wěn)步上升,且化石能源足跡強(qiáng)度逐漸減小,表明河南省化石能源利用效率不斷提高,經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整已現(xiàn)成效。
為了減少人均化石能源足跡和總的生態(tài)足跡,降低河南省社會經(jīng)濟(jì)活動對生態(tài)環(huán)境的影響程度,可采取如下措施:(1)進(jìn)一步調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu),加快經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)向能源節(jié)約型和集約化的轉(zhuǎn)變。徹底放棄粗放的經(jīng)濟(jì)增長方式,利用循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式發(fā)展經(jīng)濟(jì);提高能源使用效率,發(fā)展清潔能源和可再生能源,并大力推廣減排過濾技術(shù),盡量減少單位能耗的排放量,降低環(huán)境所承載的負(fù)荷;(2)提高城市化質(zhì)量,優(yōu)化城鎮(zhèn)人口素質(zhì)和規(guī)模,推動節(jié)約化石能源和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和消費(fèi)模式的形成,并逐步完善節(jié)約化石能源和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的法律和政策,形成可持續(xù)發(fā)展的體制機(jī)制;(3)加快生態(tài)文明建設(shè),加大植樹造林力度,提高植被覆蓋率,減少對環(huán)境和植被的破壞;進(jìn)一步開展土地整理和復(fù)墾,增加土地儲備資源,加大植樹造林力度,保護(hù)森林資源;增強(qiáng)環(huán)境的化石能源承載力,有效控制生態(tài)赤字;(4)調(diào)整和優(yōu)化國民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的重點(diǎn)應(yīng)該是大力發(fā)展低能耗、高附加值的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè),大力發(fā)展新興生產(chǎn)服務(wù)業(yè)和生活服務(wù)業(yè),積極發(fā)展環(huán)保產(chǎn)業(yè),提高它們在國民經(jīng)濟(jì)中所占的比重。
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