李 虹,黃丹林 ,理明佳
(天津理工大學(xué)管理學(xué)院,天津300384)
資源約束條件下,資源過度開采和廢棄物排放引發(fā)的資源短缺和霧霾等環(huán)境問題日益突出。其中,化石能源的利用、農(nóng)產(chǎn)品的消耗及金屬礦產(chǎn)的開采在迅速消耗有限資源和降低生物多樣性的同時也產(chǎn)生了大量的污染物排放,嚴(yán)重制約了中國經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活質(zhì)量的提高。為更好地滿足人民的生活需求,工業(yè)經(jīng)濟系統(tǒng)需要像一個生物組織一樣運行順暢以提供必要的產(chǎn)品和服務(wù)。它從周邊環(huán)境中吸收物質(zhì)和能量,并將其轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品,然而最終某些產(chǎn)品將以廢棄物的形式被排放到環(huán)境中。經(jīng)濟系統(tǒng)的輸入端主要包括化石燃料、礦物質(zhì)、生物質(zhì)以及水分和氧氣,輸出端主要包括向水、空氣和土壤中排放的氣體及液體污染物和固體廢棄物。這種物質(zhì)流動在工業(yè)和社會代謝中是最為常見的物質(zhì)轉(zhuǎn)換過程。如何完善城市工業(yè)系統(tǒng)的物質(zhì)流動、在降低自然資源消耗的同時緩解對環(huán)境的承載壓力變得非常迫切,并且具有重要的現(xiàn)實意義。
社會代謝中的輸入和輸出流均會對環(huán)境產(chǎn)生一定的壓力。目前,人類需求的滿足(生活質(zhì)量的改善)與這種壓力成正相關(guān)性,經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的總體目標(biāo)是達到某種狀態(tài),即在人類生活質(zhì)量提高的同時,環(huán)境壓力呈現(xiàn)下降的趨勢[1],該現(xiàn)象稱為脫鉤。存在一系列表征環(huán)境壓力的指標(biāo)可以用于脫鉤分析,經(jīng)濟合作與發(fā)展組織(OECD)為探討如何打破環(huán)境質(zhì)量下降與經(jīng)濟發(fā)展之間的耦合,通過測度經(jīng)濟增長與物質(zhì)消耗、廢棄物排放等環(huán)境生態(tài)壓力的評估,提出了“脫鉤”(decoupling)概念,帶動了世界各國對各種類型經(jīng)濟活動的“脫鉤”研究。OECD曾于2002年將這些指標(biāo)運用到氣候變化、空氣污染、水體質(zhì)量、廢棄物管理和物質(zhì)使用等領(lǐng)域[2]?;贕DP的經(jīng)濟系統(tǒng)物質(zhì)流分析指標(biāo)主要集中于各個國家不同脫鉤程度驅(qū)動因素方面的研究[3-4]。R.Juknys將經(jīng)濟增長與自然資源消耗之間的脫鉤現(xiàn)象稱為初級脫鉤(primary decoupling),環(huán)境污染與經(jīng)濟增長的脫鉤稱為次級脫鉤(second decoupling)[5]。P.Tapio 在脫鉤理論研究中引入了彈性系數(shù)的方法,并對歐洲的交通業(yè)1970—2001年間經(jīng)濟增長與運輸量、CO2排放的脫鉤程度進行了測量,并將脫鉤劃分為強脫鉤、弱脫鉤、擴張連結(jié)和衰退脫鉤等,完善了脫鉤指標(biāo)體系的構(gòu)建,推動了脫鉤理論的發(fā)展[6]。
國內(nèi)學(xué)者對脫鉤理論的研究主要集中于3個視角。①對經(jīng)濟發(fā)展與資源和能源消耗脫鉤關(guān)系的研究。王鶴鳴等采用總物流分析方法對中國1998—2008年間直接物質(zhì)輸入的各項指標(biāo)進行核算,并通過測算脫鉤指數(shù)分析了經(jīng)濟發(fā)展與物質(zhì)消耗的脫鉤狀態(tài)[7];劉怡君等對中國的能源投入與經(jīng)濟增長進行了脫鉤分析[8];吳開亞等運用物質(zhì)流分析方法并結(jié)合脫鉤模型和EKC理論對安徽省經(jīng)濟增長與資源消耗、污染排放的脫鉤關(guān)系進行了研究,提出應(yīng)從資源生產(chǎn)力提高和經(jīng)濟增長方式轉(zhuǎn)變來實現(xiàn)脫鉤[9];郭守前等運用脫鉤指數(shù)方法對中國1998—2010年經(jīng)濟增長與能源消耗情況進行了脫鉤關(guān)系的研究,認(rèn)為當(dāng)前多數(shù)省份經(jīng)濟增長與能源消耗處于弱脫鉤狀態(tài)[10]。②對循環(huán)經(jīng)濟和低碳城市評價模式的研究。王崇梅等基于脫鉤理論和“3R”原則,分析了循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展模式的重要理論因子,并從生態(tài)效率改善角度提出了煙臺生態(tài)工業(yè)園循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展新模式[11];仇方道等采用脫鉤、分解因素和物質(zhì)流分析方法對徐州市經(jīng)濟發(fā)展與資源環(huán)境的脫鉤程度、驅(qū)動因素及可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)進行了分析[12];劉竹等選定了目標(biāo)層(脫鉤模式)和準(zhǔn)則層次的指標(biāo),旨在構(gòu)建城市低碳評價指標(biāo)體系,并對單位生產(chǎn)總值的污染物排放進行了測算[13]。③ 對污染物及CO2減排與經(jīng)濟增長的脫鉤關(guān)系研究。徐盈之等以制造業(yè)碳排放為研究對象,通過對拉氏因素分解方法進行改進,運用相關(guān)碳排放指數(shù)對1995—2007年之間的CO2排放的主要驅(qū)動因素做了分析[14];陸鐘武等構(gòu)建了一個定量關(guān)系表達公式,用來測算經(jīng)濟增長與廢棄物排放及資源消耗的脫鉤指數(shù)[15];岳立等基于Tapio脫鉤公式測算了CO2排放與甘肅經(jīng)濟增長的脫鉤情況[16];彭佳雯等以經(jīng)濟與能源碳排放脫鉤分析模型為基礎(chǔ),分析了二者脫鉤發(fā)展的時間和空間變化趨勢[17];仲云云等選定中國1995—2009年間29個省市的CO2排放量為研究對象,對不同省市的碳排放區(qū)域差異進行比較分析,并進一步構(gòu)建“LMDI三層完全分解模型”,得出了不同地區(qū)的9類碳排放驅(qū)動因素[18];郭承龍等對污染排放與經(jīng)濟增長的脫鉤狀態(tài)進行重新量化和分類,并對污染物排放的各個組成部分分別進行脫鉤狀態(tài)評價,最后通過脫鉤的結(jié)構(gòu)性分析提出了對策建議[19]。
當(dāng)前國內(nèi)脫鉤分析方法主要集中于使用脫鉤指數(shù)及構(gòu)建脫鉤模型對經(jīng)濟增長與資源和能源消耗及碳排放的脫鉤程度進行分析,使用物質(zhì)流指標(biāo)進行脫鉤分析的較少,大都限于直接物質(zhì)輸入(direct material input,DMI)和直接物質(zhì)輸出(direct material output,DPO)2項指標(biāo)進行研究,而鮮有對物質(zhì)流指標(biāo)做進一步細(xì)分進行更具體的研究。因此,本研究擬對物質(zhì)流指標(biāo)做進一步細(xì)分,并分別賦予其權(quán)重,研究細(xì)分指標(biāo)與經(jīng)濟增長的脫鉤程度,提出更符合實際、操作性更強的節(jié)能減排對策及建議,為生態(tài)文明建設(shè)提供一定的理論支撐。
各項原始數(shù)據(jù)主要來自于天津市、天津市各區(qū)縣以及國家在研究期間的相關(guān)統(tǒng)計資料。樣本數(shù)據(jù)主要選自《天津統(tǒng)計年鑒》(2002—2013);工業(yè)系統(tǒng)中物質(zhì)消耗及排放等數(shù)據(jù)選自《中國工業(yè)經(jīng)濟統(tǒng)計年鑒》(2002—2013)、《中國能源統(tǒng)計年鑒》(2002—2013)及《中國實物型投入產(chǎn)出表2009》;工業(yè)部門的廢水、廢渣、廢氣排放大部分?jǐn)?shù)據(jù)來自《天津環(huán)境狀況公告》、《中國環(huán)境年鑒》;能源消耗數(shù)據(jù)來自各省市統(tǒng)計年鑒。
碳排放根據(jù)天津市煤、汽油、柴油、燃料油及天然氣等能源的消耗量及《2006年IPCC國家溫室氣體排放清單指南》中的各種碳排放因子予以計算。結(jié)合國內(nèi)的實際情況,所使用的CO2排放因子主要出自《中國能源統(tǒng)計年鑒2012》、國家發(fā)展和改革委員會氣候司在《關(guān)于公布2009年中國區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)排放因子的公告》中公布的各個地區(qū)的CO2排放因子及單位換算方法,保證了測量的真實性與可信度。在對天津市工業(yè)系統(tǒng)的碳排放進行統(tǒng)計時,并未包括除CO2以外的其他溫室氣體統(tǒng)計量。碳排放測算公式如下:
式中:Ei指i部門的能源消費CO2排放量(t);Nk指燃料k的低位熱值(kJ/kg或kJ/m3);Ck指燃料k的CO2排放系數(shù)(kg/kJ或m3/kJ);Ak指i部門燃料k的消費量(kg或m3)。
根據(jù)上述數(shù)據(jù)來源及數(shù)據(jù)處理方法,獲取天津市工業(yè)系統(tǒng)物質(zhì)流輸入、輸出端的基本數(shù)據(jù)(表1)。
表1 天津市工業(yè)系統(tǒng)2001—2012物質(zhì)流輸入、輸出端基本數(shù)據(jù)Tab.1 Basic data of material flow input and output in Tianjin industry system from 2001 to 2012
經(jīng)濟增長驅(qū)動指標(biāo)選取天津市工業(yè)生產(chǎn)總值,碳排放根據(jù)天津市消耗的煤、汽油、柴油、燃料油及天然氣等能源及各種碳排放因子予以計算。天津市工業(yè)系統(tǒng)2001—2012年間CO2排放與工業(yè)經(jīng)濟增長的脫鉤分析結(jié)果(圖1)表明,2001—2012年間天津工業(yè)總產(chǎn)值和CO2排放有大幅增長趨勢,2001—2002,2003—2004,2005—2007,2009—2010,2011—2012 年間二者處于耦合狀態(tài),2002—2003,2004—2005,2007—2009,2010—2011年間二者處于相對脫鉤狀態(tài)。表述環(huán)境壓力和經(jīng)濟驅(qū)動力脫鉤關(guān)系最直接的方式是將二者在同一圖像中表示出來。從表1中可以很明顯地獲得經(jīng)濟驅(qū)動指標(biāo)的增長速率,并判斷出是呈現(xiàn)相對脫鉤還是絕對脫鉤以及脫鉤現(xiàn)象的起始時間。為了更好地在同一維度上對各個指標(biāo)的變化趨勢進行分析,分別以2001年作為基期(基期的指數(shù)為100),其他年份的指數(shù)按照實際指標(biāo)數(shù)值的比例乘以100來確定。
圖1 2001—2012年CO2排放和工業(yè)總產(chǎn)值的耦合狀態(tài)Fig.1 Coupling condition between CO2 emission and gross value of industrial output from 2001 to 2012
脫鉤現(xiàn)象也可用生態(tài)效率來表示,環(huán)境壓力變量與經(jīng)濟驅(qū)動力之間的比率稱為生態(tài)強度,反之稱為生態(tài)效率。2001—2012年天津工業(yè)系統(tǒng)碳排放生態(tài)強度的走勢(圖2)并未區(qū)分相對脫鉤和絕對脫鉤,但是可以較為明顯地看出脫鉤現(xiàn)象的關(guān)系,當(dāng)生態(tài)強度上升時,脫鉤現(xiàn)象不會發(fā)生,而當(dāng)生態(tài)強度下降時,絕對或相對脫鉤將會發(fā)生。因此,生態(tài)效率可作為脫鉤現(xiàn)象概念上的一種補充。
圖2 2001—2012年間碳排放生態(tài)強度走勢Fig.2 Trend of CO2 emission ecological intensity from 2001 to 2012
總而言之,基于經(jīng)濟系統(tǒng)物質(zhì)流分析的指標(biāo)被認(rèn)為是合適的脫鉤分析工具。區(qū)域內(nèi)物質(zhì)總輸出(total domestic output,TDO)、物質(zhì)總需求(total material requirement,TMR)、直接物質(zhì)輸入(DMI)和直接物質(zhì)輸出(DPO)等指標(biāo)已應(yīng)用于脫鉤方面的研究,OECD更傾向于使用DMI指標(biāo),一方面由于DMI數(shù)據(jù)要求比TMR要求低,另一方面是該組織認(rèn)為DMI與TMR有高度的相關(guān)性。然而最適合物質(zhì)流分析的指標(biāo)仍需進一步探索。
工業(yè)總產(chǎn)值與工業(yè)系統(tǒng)直接物質(zhì)輸入各項指標(biāo)的耦合關(guān)系分析(圖3)表明,DMI指標(biāo)中化石能源消耗在2001—2002,2008—2009,2011—2012 年間與經(jīng)濟增長呈現(xiàn)耦合關(guān)系,在其余年度均呈現(xiàn)脫鉤關(guān)系,其中2002—2004,2006—2007 年間脫鉤程度最大,而在2004—2006,2007—2008,2009—2011 年間呈現(xiàn)弱脫鉤現(xiàn)象。而金屬礦物消耗與經(jīng)濟增長呈現(xiàn)脫鉤關(guān)系的年度 有 2002—2003,2004—2005,2007—2008,2009—2010,2011—2012年,其余年度呈現(xiàn)耦合關(guān)系,其中2007—2008,2009—2010 年間脫鉤程度最大,2005—2006,2008—2009年間耦合現(xiàn)象最明顯。
圖3 工業(yè)總產(chǎn)值與DMI各項指標(biāo)的耦合分析Fig.3 Coupling analysis between gross value of industrial output and indicators of DMI
工業(yè)系統(tǒng)直接物質(zhì)輸出各項組成部分與經(jīng)濟增長的關(guān)系(生態(tài)強度)(圖4)表明,2001—2012年間CO2排放的生態(tài)強度呈現(xiàn)總體上升態(tài)勢,即CO2排放脫鉤程度整體上減弱;SO2、水體污染、固廢污染和煙塵排放量生態(tài)強度呈現(xiàn)總體下降趨勢,即脫鉤程度整體增強。
圖4 DPO各項指標(biāo)的生態(tài)強度表示Fig.4 Ecological intensity presentation of indicators of DPO
如果把這些物質(zhì)流分析指標(biāo)都放置于一張圖上表示的話,這些曲線會錯綜復(fù)雜,只能看到變量的總體走勢,因此,運用該方法進行分析具有一定的局限性。從圖中不能看出各組成部分對物質(zhì)流分析指標(biāo)的貢獻程度,如果不能判斷化石能源和金屬礦物的消耗對DMI的影響程度,則不利于政府做進一步的決策。
對特定的物質(zhì)流分析指標(biāo)賦予各個組成部分在脫鉤貢獻上的權(quán)重。權(quán)重是指組成部分對物質(zhì)流分析指標(biāo)下降貢獻的程度,而不僅僅是組成部分自身的下降程度。若進口自身相對下降50%,但進口的絕對價值在直接物質(zhì)輸入(DMI)中占的比例為20%,那么,直接物質(zhì)輸入下降中只有10%可以歸因于進口因素。權(quán)重體現(xiàn)了各個組成部分對某一個指標(biāo)去耦現(xiàn)象的貢獻程度。將這種方法運用于直接物質(zhì)輸入指標(biāo),該指標(biāo)也是綜合性最小的物質(zhì)流分析指標(biāo)之一,DMI各組成部分在脫鉤分析(從起始年開始計算)中的權(quán)重指數(shù),可以用如下公式計算:
式中:0代表起始年度;t=n-1,n為考察年度;Wf,t為0到t期間國內(nèi)化石能源輸入對直接物質(zhì)輸入脫鉤的權(quán)重指數(shù);Wm,t為0到t期間金屬礦物開采對直接物質(zhì)輸入脫鉤的權(quán)重指數(shù);I是直接物質(zhì)輸入的絕對值;J為指數(shù)價值(基期起始年度指數(shù)價值為100);F和M分別是化石能源輸入和金屬礦產(chǎn)開采的絕對值。
各組成部分的權(quán)重的比率(Rf,Rm)可按如下公式計算:
根據(jù)公式(2)和公式(3)進行測算,得出天津市2002—2012年直接物質(zhì)輸入(化石能源和金屬礦物)指標(biāo)權(quán)重的指數(shù)價值(表2,圖5)。
表2 物質(zhì)流輸入指標(biāo)脫鉤權(quán)重指數(shù)價值Tab.2 Decoupling weight index value of DMI indicators
圖5 DMI各指標(biāo)組成部分的權(quán)重圖解表示Fig.5 Weight graph presentation of indicator components of DMI
如圖5所示,Wf和Wm隨DMI同方向變化,且在2002—2011年間逐漸升高,表明化石能源輸入和金屬礦產(chǎn)開采對直接物質(zhì)輸入指標(biāo)DMI的脫鉤權(quán)重逐年增大,而Wf曲線在Wm曲線之上,表明化石能源輸入對整個DMI指標(biāo)的脫鉤影響程度要高于金屬礦產(chǎn)開采對其的影響。
同樣地,按照DMI指標(biāo)權(quán)重指數(shù)的計算方法可以求得天津市2002—2012年CO2排放、SO2排放、水體污染、固廢污染以及煙塵排放權(quán)重的指數(shù)價值(表3,圖6)。
如圖6所示,DPO各項指標(biāo)組成部分的權(quán)重在同一圖像中表示出來,2002—2012年固廢污染對DPO的脫鉤貢獻在各項組成部分中是最高的,其次是CO2、SO2、水體污染和煙塵排放權(quán)重。其中,固廢污染權(quán)重和CO2排放權(quán)重在整個期間內(nèi)增長較快,增長率分別為238.27%和149.4%,其他組成部分在2002—2004年增長速度較快,在2004—2012年增速很低,權(quán)重基本持平。
表3 各指標(biāo)脫鉤權(quán)重指數(shù)價值Tab.3 Decoupling index value of indicators
圖6 DPO各指標(biāo)組成部分的權(quán)重圖解表示Fig.6 Weight graph presentation of indicator components of DPO
采用物質(zhì)流分析和脫鉤分析理論,分析了天津市工業(yè)部門2001—2012年直接物質(zhì)輸入、直接物質(zhì)輸出和工業(yè)總產(chǎn)值之間的耦合關(guān)系。
1)CO2排放與工業(yè)總產(chǎn)值之間脫鉤及生態(tài)強度的分析結(jié)果表明,2001—2002,2003—2004,2005—2007,2009—2010,2011—2012年間二者處于耦合狀態(tài),2002—2003,2004—2005,2007—2009,2010—2011 年間二者處于相對脫鉤狀態(tài)。天津工業(yè)部門的生態(tài)強度2004,2010,2012年較高,整體上呈上升趨勢,預(yù)示著天津工業(yè)的節(jié)能減排壓力在不斷增大。
2)化石能源消耗、金屬礦產(chǎn)消耗與工業(yè)總產(chǎn)值的脫鉤及生態(tài)強度分析結(jié)果表明,化石能源消耗在2001—2002,2008—2009,2011—2012 年間與經(jīng)濟增長呈現(xiàn)耦合關(guān)系,在其余年度均呈現(xiàn)脫鉤關(guān)系,其中2002—2004,2006—2007年間脫鉤程度最大,而在 2004—2006,2007—2008,2009—2011年間呈現(xiàn)弱脫鉤現(xiàn)象,生態(tài)強度呈現(xiàn)不斷上升趨勢。而金屬礦物消耗與經(jīng)濟增長呈現(xiàn)耦合關(guān)系的年度有 2002—2003,2004—2005,2007—2008,2009—2010,2011—2012年,其余年度呈現(xiàn)脫鉤關(guān)系,其中2007—2008,2009—2010年間脫鉤程度最大,2005—2006,2008—2009年間耦合現(xiàn)象最明顯,生態(tài)強度呈現(xiàn)高速增長趨勢。表明天津高速的經(jīng)濟增長伴隨著化石能源的快速消耗,同時對金屬礦產(chǎn)的開采依存度逐年增加,城市承載力接受著嚴(yán)峻的考驗。
3)物質(zhì)輸入指標(biāo)各個組成部分的權(quán)重分析結(jié)果表明,化石能源輸入權(quán)重和金屬礦產(chǎn)開采權(quán)重與直接物質(zhì)輸入指標(biāo)變化方向一致,且在2002—2011年間逐漸升高,表明化石能源輸入和金屬礦產(chǎn)開采對直接物質(zhì)輸入指標(biāo)DMI的脫鉤權(quán)重逐年增大,而化石能源輸入權(quán)重指標(biāo)曲線在金屬礦產(chǎn)開采權(quán)重曲線之上,表明化石能源輸入對整個DMI指標(biāo)的脫鉤影響程度要高于金屬礦產(chǎn)開采對其的影響。結(jié)合生態(tài)強度分析可以看出,雖然金屬礦產(chǎn)的生態(tài)強度增長速度高于化石能源,但是化石能源對整個直接物質(zhì)輸入與經(jīng)濟增長的脫鉤貢獻更大。因此,應(yīng)該更加重視對化石能源消耗總量的控制,然而哪一種化石能源(煤炭、石油、天然氣)對化石能源總量與經(jīng)濟脫鉤的影響更大,值得進一步研究。
4)物質(zhì)輸出指標(biāo)各個組成部分的權(quán)重分析結(jié)果表明,2002—2012年固廢污染對直接物質(zhì)輸出的脫鉤貢獻在各項組成部分中是最高的,其次是CO2、SO2、水體污染和煙塵排放權(quán)重。其中,固廢污染權(quán)重和CO2排放權(quán)重在整個期間內(nèi)增長較快,增長率分別為238.27%,149.4%,其他組成部分在2002—2004年增長速度較快,在2004—2012年增速很低,權(quán)重基本持平。碳排放權(quán)重增長較快佐證了該期間化石能源輸入增速較快,說明天津市工業(yè)經(jīng)濟的快速增長帶來的化石能源高消耗導(dǎo)致了較高的碳排放;固廢權(quán)重增長較快表明天津市應(yīng)加強對固廢的循環(huán)利用,建立健全固廢污染物控制政策和法律法規(guī)體系;其中煙塵排放與工業(yè)經(jīng)濟增長在較多年份中呈現(xiàn)相對脫鉤關(guān)系,而近些年京津冀地區(qū)的霧霾問題預(yù)示了煙塵排放的較高增長已經(jīng)嚴(yán)重危及到人們的日常生活質(zhì)量。從天津市整個工業(yè)、建筑、交通三大運行系統(tǒng)綜合考慮,工業(yè)部門中煙塵排放的相對脫鉤從側(cè)面反映出了天津市建筑系統(tǒng)和交通運輸?shù)认到y(tǒng)中煙塵排放總量控制的迫切和重要性。
實現(xiàn)城市工業(yè)經(jīng)濟與物質(zhì)流各項指標(biāo)脫鉤的關(guān)鍵在于控制化石能源消耗強度、資源開采種類及強度及CO2、煙塵及固廢排放量。必須積極調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),由高消耗、粗放型的經(jīng)濟發(fā)展方式向資源節(jié)約、生態(tài)友好的方式轉(zhuǎn)變,提高能源效率以增強城市環(huán)境承載能力、提高城市運行效率、保障節(jié)能減排等國家“十二五”規(guī)劃目標(biāo)的順利實現(xiàn),促進生態(tài)文明建設(shè)的繁榮發(fā)展。
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