連古城自然保護區(qū)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的能值分析＊

王天強，湯萃文，2，齊國翠，陳建強

（1.蘭州交通大學(xué) 環(huán)境與市政工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所 凍土工程國家重點實驗室，甘肅 蘭州 730000）

20世紀(jì)80年代，由美國著名生態(tài)學(xué)家、系統(tǒng)能 量分析先驅(qū)ODUM H.T.創(chuàng)立的能值（emergy）分析理論和方法是目前生態(tài)經(jīng)濟學(xué)主要的研究方法之一。與經(jīng)濟學(xué)統(tǒng)計中以貨幣作為衡量指標(biāo)相比，能值的提出及應(yīng)用顯示出其統(tǒng)計過程更全面、更科學(xué)［1］，將能值作為基準(zhǔn)，可衡量和比較生態(tài)系統(tǒng)或生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)中不同等級能量的真實價值與貢獻［2］。

近10年來，能值分析理論方法和應(yīng)用研究活躍，尤其對國家或地區(qū)、自然資源、工農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的能值分析，發(fā)表論著逾百篇（部）［3］。國際上，研究的對象主要集中于國家和地區(qū)層面的資源環(huán)境、社會經(jīng)濟發(fā)展的能值分析、具體生態(tài)系統(tǒng)和經(jīng)濟系統(tǒng)的能值分析以及能值理論和方法研究等［4］。我國自20世紀(jì)90年代掀起能值理論研究浪潮以來，能值理論研究應(yīng)用于多個領(lǐng)域，包括國家、省、市、自然保護區(qū)等生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的能值評估；農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)、城市生態(tài)系統(tǒng)、環(huán)境與資源、廢水處理、生態(tài)工程和工業(yè)的能值評價［5］。當(dāng)前在人口、資源與環(huán)境之間矛盾越來越突出的背景下，我國學(xué)者運用能值理論和分析方法對西北地區(qū)的生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的研究產(chǎn)生濃厚的興趣。如劉海清［6］對蘭州市生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)進行能值分析及其可持續(xù)性評價；湯萃文等［7－8］基于能值分析理論對甘肅天?？h2007年生態(tài)足跡進行研究，并對西北天?？h2009年生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)進行能值分析，進而豐富了我國生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)發(fā)展的研究。本文在參考前人的基礎(chǔ)上，針對西北地區(qū)異常嚴峻的沙漠化問題，將生態(tài)環(huán)境十分脆弱、大型荒漠生態(tài)系統(tǒng)類型的甘肅民勤連古城自然保護區(qū)作為研究對象，應(yīng)用能值理論和分析方法對保護區(qū)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)2007—2011年的能值變化情況作綜合分析，旨在為制定提高生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的產(chǎn)出能力以及提高生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)能力的措施提供科學(xué)依據(jù)與建議，從而為整個保護區(qū)的可持續(xù)發(fā)展提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

甘肅民勤連古城國家級自然保護區(qū)位于騰格里沙漠和巴丹吉林沙漠的交匯處，地理位置縱跨北緯38°05′～39°06′，橫跨東經(jīng)103°02′～104°02′，海拔約1 180～1 500m，地處我國典型荒漠地帶的河西走廊東段石洋河下游地區(qū)，是全國沙漠危害最嚴重的地區(qū)之一，也是沙塵暴的主要策源地，以沙漠化和鹽漬化為特征的荒漠化土地急劇擴展，在荒漠地區(qū)也極具代表性。其生態(tài)環(huán)境十分脆弱，干旱、風(fēng)沙、沙塵暴、干熱風(fēng)等自然災(zāi)害頻繁而嚴重，困擾和阻礙著周邊地區(qū)社會經(jīng)濟的發(fā)展。為防止荒漠化的繼續(xù)擴大、保護生物多樣性和可持續(xù)發(fā)展，甘肅省各級人民政府加強了生態(tài)環(huán)境建設(shè)，將連古城保護區(qū)面積擴大到389 882.5hm2，總面積占民勤縣土地面積的25%，涉及16個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。保護區(qū)是我國面積最大的荒漠生態(tài)類型的國家級自然保護區(qū)，也是荒漠生態(tài)系統(tǒng)研究的天然實驗室，它的建設(shè)與發(fā)展對防沙治沙、保護荒漠生態(tài)環(huán)境具有十分重要的意義。

保護區(qū)水熱狀況屬溫帶大陸性極干旱氣候類型，具有典型的蒙新沙漠氣候特征。表現(xiàn)為常年干燥、風(fēng)沙肆虐、雨量少而集中、日照充足、蒸發(fā)強烈、晝夜溫差懸殊。地帶性土壤為灰棕漠土，且風(fēng)沙土面積較大。保護區(qū)屬重要荒漠生態(tài)系統(tǒng)和典型荒漠野生動植物分布區(qū)，具有地帶典型性、生物多樣性、稀有物種的特殊性、自然生態(tài)的完整性等特征，生態(tài)質(zhì)量較高，具有較高的學(xué)術(shù)和科研價值。保護區(qū)呈半環(huán)拱衛(wèi)著民勤綠洲，在風(fēng)沙前沿扼守著民勤綠洲和河西走廊的“腰部”，生態(tài)區(qū)位十分重要。

1.2 研究方法

能值分析理論可將各種不可比較的能量統(tǒng)一為太陽能值后，再來分析生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的運行特征和發(fā)展的可持續(xù)性，從而大大促進了對自然生態(tài)系統(tǒng)和人類經(jīng)濟系統(tǒng)能量研究的發(fā)展［9－10］。研究主要包括建立概念性的生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)、能值計算、能值指標(biāo)估算3個方面［4］。本文在參考前人的基礎(chǔ)上將能值分析過程分為4步：① 基本資料收集。收集研究區(qū)域的自然地理及有關(guān)經(jīng)濟資料（包括地圖及統(tǒng)計資料）。② 編制能值投入產(chǎn)出表（表1）。在步驟①的基礎(chǔ)上，運用能值分析理論，計算出相應(yīng)的各項能值，得到保護區(qū)能值投入產(chǎn)出表（表1）。③ 對系統(tǒng)圖歸類集結(jié)。為簡化②的復(fù)雜系統(tǒng)圖，將重要的類似項目歸并，形成了生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值指標(biāo)匯總表（表2）。④ 綜合分析與政策建議。根據(jù)分析指標(biāo)，提出結(jié)論和合理的政策建議。

1.3 研究數(shù)據(jù)

研究區(qū)自然環(huán)境資源及社會經(jīng)濟狀況數(shù)據(jù)主要來源于《保護區(qū)管理局編制規(guī)劃》、《甘肅統(tǒng)計年鑒（2007—2012）》、《甘肅民勤連古城自然保護區(qū)科學(xué)考察集》、《西北植物學(xué)》以及文獻［9］～文獻［15］，并且采用實地調(diào)查以及訪問農(nóng)戶等方式獲得原始的數(shù)據(jù)。能值指標(biāo)的計算參考文獻［4－10］等的研究，將各物質(zhì)、能量和服務(wù)折算成太陽能值量，編制能值指標(biāo)進行分析。

2 連古城自然保護區(qū)能值分析

2.1 連古城自然保護區(qū)能量流動基本情況

連古城自然保護區(qū)能量流動包括自然環(huán)境系統(tǒng)、農(nóng)村生產(chǎn)系統(tǒng)和城市系統(tǒng)。太陽能、風(fēng)、雨等可再生資源被自然環(huán)境、農(nóng)村體系吸收，再生與不可再生的礦物資源、化石燃料相結(jié)合產(chǎn)生當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟所需的能量物質(zhì)。同時社會經(jīng)濟系統(tǒng)反饋各種物品、服務(wù)（如肥料、技術(shù)）給農(nóng)村生產(chǎn)系統(tǒng)。當(dāng)?shù)禺a(chǎn)生的廢棄物也釋放回自然環(huán)境和農(nóng)村生產(chǎn)系統(tǒng)。

2.2 連古城自然保護區(qū)能值的投入產(chǎn)出分析

在收集了連古城保護區(qū)的自然地理、社會經(jīng)濟等方面的基礎(chǔ)資料的基礎(chǔ)上，運用能值分析理論，計算出相應(yīng)的各項能值，得到保護區(qū)能值投入產(chǎn)出表（見表1）。表1中保護區(qū)投入有可更新資源和不可更新資源的投入。其中可更新資源投入有太陽輻射能、降雨潛能、水資源等的投入；不可更新資源投入包括表土流失、社會投入和其他的投入；而保護區(qū)能值的產(chǎn)出分為直接產(chǎn)出和間接產(chǎn)出。

保護區(qū)能值的投入和產(chǎn)出情況（表1）表明：環(huán)境對荒漠生態(tài)系統(tǒng)的投入較高，社會投入很低。而保護區(qū)產(chǎn)出尤其間接產(chǎn)出價值十分可觀，如果再加上其他價值，如科考價值，改善和保護環(huán)境的生態(tài)價值及其他社會價值，總體來說就是投入低、產(chǎn)出高，如長期如此對保護區(qū)可持續(xù)發(fā)展有很大的影響。

表1 2011年連古城自然保護區(qū)能值的投入產(chǎn)出Table 1 Energy input and output in Liangucheng Natural Reserve in 2011

2.3 連古城自然保護區(qū)能值的變化分析

根據(jù)研究區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)2007—2011的能值變化情況，將重要的類似項目歸并后形成了生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值指標(biāo)匯總表（見表2）。

表2 連古城自然保護區(qū)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)2007—2011年生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值指標(biāo)匯總表Table 2 Energy indicators for eco－economic system of Liangucheng Natural Reserve from 2007to 2011

由表2可知，連古城自然保護區(qū)的凈能值產(chǎn)出率由2007年的2.116降到2011年的1.902。凈能值產(chǎn)出率反映系統(tǒng)在獲得經(jīng)濟輸入能值上是否具有優(yōu)勢，這在一定程度上反映了系統(tǒng)的持續(xù)性發(fā)展?fàn)顩r［13］。ODUM認為，如果一個系統(tǒng)的凈能值產(chǎn)出率小于另一個系統(tǒng)的凈能值產(chǎn)出率，那么該系統(tǒng)獲得經(jīng)濟投資的機會和數(shù)額就會小于另一系統(tǒng)，從而降低該系統(tǒng)獲得經(jīng)濟投入能值的競爭能力，最終會被凈能值產(chǎn)出率高的系統(tǒng)所替代。

連古城自然保護區(qū)的能值投資比由2007年的3.930升高到2011年的6.332，升幅較大。能值投資比反映了利用經(jīng)濟系統(tǒng)輸入能值與環(huán)境能值的關(guān)系。經(jīng)濟輸入能值越高，生產(chǎn)的經(jīng)濟成本就越高，能值投資比也就越大。在環(huán)境能值投入和產(chǎn)出一定的情況下，經(jīng)濟投入能值越少，該比值就越小，相應(yīng)地其產(chǎn)品的經(jīng)濟成本就越低，從而增加了產(chǎn)品在市場上的競爭能力。

環(huán)境負荷率由2007年的0.816升高到2011年的1.564，5年間變化很大。環(huán)境負荷率升高表明系統(tǒng)在能值利用上的技術(shù)水平提高，另一方面也反映了當(dāng)?shù)丨h(huán)境所承受的壓力變大；非常高的環(huán)境負荷率意味著經(jīng)濟活動對當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境產(chǎn)生過大壓力，甚至可能會超過生態(tài)環(huán)境的承載能力。

能值持續(xù)性指數(shù)由2007年的2.592減小到2011年的1.216，反映了其生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的不可更新環(huán)境投入和輔助能值投入的產(chǎn)出能力不斷降低。

3 結(jié)論與討論

能值理論和方法把社會、經(jīng)濟和自然3個亞系統(tǒng)有機統(tǒng)一起來，定量分析自然和人類社會經(jīng)濟的真實價值，從而為環(huán)境資源和經(jīng)濟的評估提供客觀標(biāo)準(zhǔn)。本文以能值為基準(zhǔn)，主要從凈能值產(chǎn)出率、能值投資比、環(huán)境負荷率和能值持續(xù)性指數(shù)等方面對連古城自然保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)進行了定量分析，得出以下結(jié)果：連古城自然保護區(qū)的凈能值產(chǎn)出率由2007年的2.116降到2011年的1.902；能值投資比由2007年的3.930升高到2011年的6.332，升幅較大；環(huán)境負荷率顯著變化，由2007年的0.816升高到2011年的1.564；能值持續(xù)性指數(shù)不斷降低，由2007年的2.592減小到2011年的1.216。

根據(jù)能值分析理論，一個系統(tǒng)如果有適度的能值自給率、較高的人均能值消耗量、相對較低的環(huán)境負荷率，那么，該系統(tǒng)將能與外界環(huán)境保持良好的能量、物質(zhì)和熵的交換，提高自身的準(zhǔn)自動平衡能力，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。2007—2011年連古城自然保護區(qū)能值自給率、人均能值不斷降低，而環(huán)境負載率不斷提高，系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)ESI值也不斷降低，所以保護區(qū)經(jīng)濟系統(tǒng)極為不發(fā)達，屬于消費型經(jīng)濟系統(tǒng)。從環(huán)境經(jīng)濟系統(tǒng)的運行過程來看，保護區(qū)經(jīng)濟發(fā)展是建立在過度消耗資源和環(huán)境退化基礎(chǔ)上的，其發(fā)展不可持續(xù)。因此，政府需優(yōu)化連古城保護區(qū)系統(tǒng)能量投入結(jié)構(gòu)，如對稀缺水資源應(yīng)賦予一定的價格以抑制其使用和在能值投入中所占比例，同時采用發(fā)展林果業(yè)、藥草和其他經(jīng)濟作物等有效措施以最大程度地實現(xiàn)能值的最佳匹配，增加保護區(qū)產(chǎn)業(yè)鏈，提高保護區(qū)的經(jīng)濟能力。另外，盡量減少對不可更新自然資源的利用，嚴格控制人口，降低對環(huán)境系統(tǒng)的破壞和壓力，以增強連古城自然保護區(qū)的可持續(xù)性，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

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