基于能值生態(tài)足跡的江蘇省可持續(xù)發(fā)展分析

吳瑾

0 引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來江蘇省的經(jīng)濟(jì)依然保持較快的增長，從2001—2015年地區(qū)生產(chǎn)總值增加了6.4倍，長期位列全國第二。經(jīng)濟(jì)長期高速增長的同時(shí)對環(huán)境的破壞和資源的消耗較大，人們的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和資源環(huán)境之間的矛盾與日俱增。如何在保證經(jīng)濟(jì)發(fā)展的前提下，不破壞資源環(huán)境，實(shí)現(xiàn)江蘇省的可持續(xù)發(fā)展問題亟待解決。本文采用能值生態(tài)足跡法，將人們對自然資源及其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的消耗程度與生態(tài)系統(tǒng)的承受能力之間相聯(lián)系，計(jì)算并分析江蘇省人均能值生態(tài)足跡、可再生資源的能值生態(tài)承載力和生態(tài)協(xié)調(diào)能力的動(dòng)態(tài)變化情況，以此來監(jiān)測可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程，讓決策者、學(xué)者和公眾準(zhǔn)確地了解人們對自然資本利用的狀況，從而更科學(xué)地制定未來可持續(xù)發(fā)展的相關(guān)政策措施。

1 能值生態(tài)足跡模型的計(jì)算過程

將能值理論與傳統(tǒng)生態(tài)足跡模型相結(jié)合，分析研究區(qū)域的生態(tài)承載力與生態(tài)需求之間的盈虧及協(xié)調(diào)性情況，以此判斷江蘇省的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r。

1.1 人均能值生態(tài)承載力的計(jì)算過程

首先，計(jì)算出太陽光、風(fēng)、雨等可再生資源的能量，這些能量主要是太陽輻射能、風(fēng)能、雨水勢能、雨水化學(xué)能和地球旋轉(zhuǎn)能。其計(jì)算公式如下：

太陽輻射能=土地面積*太陽光平均輻射量

風(fēng)能=高度*密度*渦流擴(kuò)散系數(shù)*風(fēng)速梯度*面積

雨水勢能=土地面積*某區(qū)域平均海拔高度*年降水量*密度*重力加速度

雨水化學(xué)能=某區(qū)域土地面積*年降水量*吉布斯自由能

地球旋轉(zhuǎn)能=土地面積*熱通量

第二，將這五種能量通過能量轉(zhuǎn)換率統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成太陽能值，以便于比較并計(jì)算五種可再生資源的總太陽能值。太陽輻射能、風(fēng)能、雨水勢能、雨水化學(xué)能和地球旋轉(zhuǎn)能的太 陽 能 值 轉(zhuǎn) 換 率 分 別 為 1sej/J、623sej/J、8888sej/J、15444sej/J和29000sej/J。

第三，計(jì)算研究區(qū)可再生資源的總太陽能值。由于自然界中的資源包含的能量主要來自太陽輻射，故為了避免重復(fù)計(jì)算，一般把五種能量的太陽能值中數(shù)值最大的一項(xiàng)作為研究區(qū)域的總太陽能值。用總太陽能值除以研究區(qū)域的總?cè)丝跀?shù)便可得到人均太陽能值。

最后，計(jì)算人均能值生態(tài)承載力。其計(jì)算公式如下：人均能值生態(tài)承載力=人均太陽能值/全球平均能值密度

1.2 人均能值生態(tài)足跡的計(jì)算過程

首先，將人類主要消費(fèi)的各項(xiàng)資源通過能量折算系數(shù)轉(zhuǎn)換成各自所包含的能量，再利用太陽能值轉(zhuǎn)換率將各項(xiàng)資源包含的能量統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成太陽能值。利用對應(yīng)的太陽能值除以總?cè)藬?shù)，便得到人均能值。

其次，計(jì)算區(qū)域能值密度。計(jì)算公式為：

區(qū)域能值密度=區(qū)域總太陽能值/區(qū)域土地面積

最后，計(jì)算人均能值生態(tài)足跡。其計(jì)算公式如下：

人均能值生態(tài)足跡=人均能值/區(qū)域平均能值密度

1.3 能值生態(tài)協(xié)調(diào)系數(shù)的計(jì)算過程

能值生態(tài)協(xié)調(diào)系數(shù)是用來判斷生態(tài)需求和生態(tài)供給之間是否達(dá)到協(xié)調(diào)狀態(tài)。該系數(shù)的取值范圍為1～1.414之間，該系數(shù)等于1時(shí)，表明生態(tài)需求與生態(tài)供給的協(xié)調(diào)性最差，生態(tài)處于嚴(yán)重失衡狀態(tài)；該系數(shù)等于1.414時(shí)，說明該區(qū)域的生態(tài)需求與生態(tài)供給的協(xié)調(diào)性最好，生態(tài)系統(tǒng)處于供需均衡狀態(tài)。即生態(tài)協(xié)調(diào)系數(shù)越接近1.414，則生態(tài)協(xié)調(diào)性越好。若用rec代表人均能值生態(tài)承載力，ref代表人均能值生態(tài)足跡，則能值生態(tài)協(xié)調(diào)系數(shù)的計(jì)算公式如下：

2 江蘇省人均能值生態(tài)承載力動(dòng)態(tài)分析

能值生態(tài)承載力是計(jì)算研究區(qū)域可再生資源能夠提供給居民的生態(tài)生產(chǎn)性土地面積，反映研究區(qū)域的生態(tài)供給能力。根據(jù)上述人均能值生態(tài)承載力的計(jì)算方法，計(jì)算2001—2015年間的江蘇省人均能值生態(tài)承載力。所需數(shù)據(jù)來自于《江蘇省統(tǒng)計(jì)年鑒》和《生態(tài)系統(tǒng)能值分析》。由于短期內(nèi)江蘇省的大環(huán)境沒有發(fā)生變化，故2001—2015年的太陽輻射能、風(fēng)能、地球旋轉(zhuǎn)能值均沒有變化；另外，由于江蘇省屬于東部沿海省份，雨水較多，且雨水化學(xué)能的太陽能值是五大能值里面最大的，故將其作為江蘇省的總太陽能值。計(jì)算結(jié)果見表1。

從表1可知，生態(tài)承載力由太陽輻射能、風(fēng)能、雨水勢能、雨水化學(xué)能和地球旋轉(zhuǎn)能構(gòu)成，其中對江蘇省生態(tài)承載力貢獻(xiàn)最大的是雨水化學(xué)能，其次是地球旋轉(zhuǎn)能。2001—2015年江蘇省的人均能值生態(tài)承載力在這15年間變化都不大，均在0.35hm2/人左右波動(dòng)，但總體呈現(xiàn)緩慢下降趨勢，這表明江蘇省的生態(tài)承載力較小，且生態(tài)供給能力逐漸下降，生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和恢復(fù)功能減弱，可再生資源出現(xiàn)異常變化。在2003年、2009年和2015年江蘇省的人均能值生態(tài)承載力一反常態(tài)呈現(xiàn)較大漲幅，這主要是由于這3個(gè)年份的降雨量較其他年份豐沛，從而使得能值生態(tài)承載力增加。生態(tài)承載力與人類的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)密切相關(guān)，其下降將制約人類的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，不利于江蘇省的可持續(xù)發(fā)展。性土地類型主要有耕地、林地、牧草地、水域、化石燃料用地和建筑用地。屬于耕地類型的消費(fèi)資源主要有麥子、稻谷、玉米、薯類、大豆、蠶豌豆、棉花、花生、油菜籽、麻類、甘薯、蔬菜和茶葉等；屬于林地的主要有水果和林產(chǎn)品；屬于牧草地的主要有豬肉、牛肉、羊肉、禽肉、奶產(chǎn)品和禽蛋；屬于水域的主要是水產(chǎn)品；屬于化石燃料用地的主要是煤炭和原油；屬于建筑用地的主要是電力。按照人均能值生態(tài)足跡的計(jì)算方法，計(jì)算2001—2015年這15年間的江蘇省人均能值生態(tài)足跡。所需的江蘇省土地面積、總?cè)丝跀?shù)、消費(fèi)資源的產(chǎn)量數(shù)據(jù)、能量折算系數(shù)和太陽能值轉(zhuǎn)換率來自于《江蘇省統(tǒng)計(jì)年鑒》《生態(tài)系統(tǒng)能值分析》《農(nóng)業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)手冊》。計(jì)算結(jié)果見表2。

表22001 —2015年江蘇省人均能值生態(tài)足跡（單位：hm2/人）

3 江蘇省人均能值生態(tài)足跡動(dòng)態(tài)分析

能值生態(tài)足跡是用來計(jì)算研究區(qū)域居民消費(fèi)過程中的生態(tài)需求面積，即資源消費(fèi)和廢棄物排放所需要的生物生產(chǎn)性土地面積，反映該區(qū)域的生態(tài)需求情況。生物生產(chǎn)

表12001 —2015年江蘇省人均能值生態(tài)承載力

由表2中的數(shù)據(jù)可知：進(jìn)入21世紀(jì)以來，江蘇省人均能值生態(tài)足跡一直呈現(xiàn)不斷上升的態(tài)勢，從2001年的6.54123 hm2/人一路上升到2015年的11.63206hm2/人，短短十五年的時(shí)間，江蘇省人均能值生態(tài)足跡就上升了77.82%。這說明江蘇省居民消費(fèi)過程中的生態(tài)需求越來越大，經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對生態(tài)環(huán)境的壓力與日俱增，這將制約江蘇省經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展能力。

從能值生態(tài)足跡的構(gòu)成來看，21世紀(jì)伊始，即2001—

2002年江蘇省不同類型生物生產(chǎn)性土地的人均能值生態(tài)足跡在總?cè)司苤瞪鷳B(tài)足跡中所占比例最高的3類依次為牧草地、化石燃料用地和耕地，這說明在這段時(shí)間江蘇省居民對農(nóng)產(chǎn)品和畜產(chǎn)品的消耗較多，且在經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)活動(dòng)中對煤炭和原油等能源消耗較大，經(jīng)濟(jì)屬于快速發(fā)展階段。2003—2009年間，不同類型生物生產(chǎn)性土地的人均能值生態(tài)足跡在總?cè)司苤瞪鷳B(tài)足跡中所占比重的大小較前一階段有所不同，對江蘇省人均能值生態(tài)足跡影響最大的3類生物生產(chǎn)性土地依次是牧草地、化石燃料用地和建筑用地。2010—2011年江蘇省生物生產(chǎn)性土地的人均能值生態(tài)足跡對總?cè)司苤瞪鷳B(tài)足跡貢獻(xiàn)最大的前三位依次是化石燃料用地、牧草地和建筑用地。隨著江蘇省經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，能源需求進(jìn)一步增加，致使2012—2015年生物生產(chǎn)性土地對總?cè)司苤瞪鷳B(tài)足跡影響最大的前三位排名發(fā)生較大變化，依次是建筑用地、化石燃料用地和牧草地?？梢?，2001—2015年江蘇省的耕地、林地、牧草地、水域的人均能值生態(tài)足跡占總?cè)司苤瞪鷳B(tài)足跡的比重均呈現(xiàn)下降趨勢，而化石燃料用地和建筑用地的人均能值生態(tài)足跡卻呈現(xiàn)不斷上升的態(tài)勢。即江蘇省能值生態(tài)足跡的上升主要來自于化石燃料用地和建筑用地的能值生態(tài)足跡的增加，這說明江蘇省能源消耗速度較快，且經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對生態(tài)的需求主要是為了滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類生活所需的能源需求。

4 江蘇省生態(tài)協(xié)調(diào)性與生態(tài)盈虧動(dòng)態(tài)分析

按照世界環(huán)境與發(fā)展委員會(huì)的建議，出于保護(hù)生物多樣性的需要，生態(tài)承載力中要扣除12%以研究區(qū)域的實(shí)際生態(tài)承載力，據(jù)此得到江蘇省2001—2015年的實(shí)際人均能值生態(tài)承載力；能值生態(tài)協(xié)調(diào)系數(shù)是用來反映生態(tài)需求和生態(tài)供給是否平衡的重要指標(biāo)；能值生態(tài)盈虧是由人均能值生態(tài)足跡與實(shí)際人均能值生態(tài)承載力之差得到的，用來反映人們的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)是否在生態(tài)環(huán)境的可承受范圍之內(nèi)。具體計(jì)算結(jié)果見表3。

表32001 —2015年江蘇省生態(tài)協(xié)調(diào)性及生態(tài)盈虧情況

由表3可知：2001—2015年江蘇省的能值生態(tài)系數(shù)略大于1且不斷接近于1，表明江蘇省這15年來生態(tài)需求與生態(tài)供給的協(xié)調(diào)性極差，生態(tài)環(huán)境處于嚴(yán)重失衡狀態(tài)，并且這種失衡狀態(tài)不但沒有好轉(zhuǎn)反而愈發(fā)的嚴(yán)重。而能值生態(tài)盈虧可用來進(jìn)一步判斷具體的失衡情況，若能值生態(tài)盈虧為負(fù)數(shù)，則為生態(tài)赤字，表明該區(qū)域的生態(tài)失衡狀態(tài)屬于生態(tài)供給小于生態(tài)需求；若能值生態(tài)盈虧為正數(shù)，則為生態(tài)盈余，表明該區(qū)域的生態(tài)失衡屬于生態(tài)供給大于生態(tài)需求的狀況。根據(jù)表3中生態(tài)盈虧的數(shù)值為負(fù)數(shù)，說明這一時(shí)期江蘇省生態(tài)環(huán)境是處于生態(tài)承載力遠(yuǎn)小于生態(tài)需求的一種嚴(yán)重失衡狀態(tài)。并且通過數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)這種生態(tài)失衡的狀態(tài)越來越嚴(yán)重，生態(tài)赤字逐年擴(kuò)大，從2001年的人均能值生態(tài)赤字-6.2185 hm2/人，擴(kuò)大到2015年的-11.2335 hm2/人，15年的時(shí)間里江蘇省的生態(tài)赤字增加了80.65%，人們的生產(chǎn)和消費(fèi)活動(dòng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了大自然的承受范圍，處于經(jīng)濟(jì)不可持續(xù)狀態(tài)。這與江蘇省的快速發(fā)展，對資源尤其是能源資源的大量消耗密不可分。

5 結(jié)論與建議

2001—2015年江蘇省的人均能值生態(tài)承載力不斷下降，而人均能值生態(tài)足跡連年上升，導(dǎo)致生態(tài)赤字呈現(xiàn)不斷擴(kuò)大的態(tài)勢，生態(tài)系統(tǒng)處于生態(tài)環(huán)境的供給能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于人們生產(chǎn)和消費(fèi)需求的一種嚴(yán)重失衡狀態(tài)。這使得江蘇省的可持續(xù)發(fā)展面臨巨大挑戰(zhàn)，生態(tài)足跡和生態(tài)承載力之間的矛盾亟待解決。生態(tài)承載力是有限的，重點(diǎn)在如何減少生態(tài)足跡。而江蘇省能值生態(tài)足跡的上升主要來自于化石燃料用地和建筑用地的能值生態(tài)足跡的增加，即煤炭、原油和電力等能源消耗較大?？梢?，減少江蘇省能值生態(tài)足跡的關(guān)鍵在如何減少煤炭、原油等能源資源的消耗。針對此，需做到：繼續(xù)堅(jiān)定不移的治理和保護(hù)耕地、林地、牧草地和水域；不斷轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長方式，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，加快服務(wù)業(yè)的發(fā)展；進(jìn)一步提高研發(fā)能力，探尋煤炭、原油的替代能源，開發(fā)利用綠色環(huán)保的新能源；加大可再生資源的利用，增加風(fēng)能和太陽能等清潔能源的使用范圍，綜合利用海洋、河流、湖泊等水域資源。

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