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    基于能值分析的西安市三個(gè)發(fā)展核心區(qū)可持續(xù)性研究

    2018-05-31 07:37:36王智宇馬俊杰李鵬飛楊煜岑
    地球環(huán)境學(xué)報(bào) 2018年2期
    關(guān)鍵詞:能值指標(biāo)生態(tài)

    王智宇,馬俊杰,李鵬飛,趙 丹,滕 騰,楊煜岑

    隨著人口規(guī)模不斷擴(kuò)大和社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展,人類(lèi)與自然環(huán)境之間的矛盾愈發(fā)突出,如何降低人類(lèi)活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的影響,已成為國(guó)內(nèi)外生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),為了評(píng)價(jià)區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力,能值分析被廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域的定量研究之中。

    能值分析理論和方法由美國(guó)著名生態(tài)學(xué)家Odum于20世紀(jì)80年代創(chuàng)立,許多國(guó)內(nèi)外學(xué)者也對(duì)能值分析實(shí)際利用進(jìn)行了大量研究。Ulgiati et al(1994)為評(píng)價(jià)意大利可持續(xù)發(fā)展和資源利用情況,對(duì)其社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和自然生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行了能值分析;Nelson et al(2001)基于能值分析得出了濕地系統(tǒng)處理污水比傳統(tǒng)污水處理工藝具有更好的效果;Vassallo et al(2007)通過(guò)能值分析,對(duì)意大利拉斯佩齊亞海灣近海魚(yú)類(lèi)養(yǎng)殖系統(tǒng)的生態(tài)環(huán)境可持續(xù)性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

    國(guó)內(nèi)能值研究起始于Lan et al(1998)的研究,他們利用能值理論與方法評(píng)估我國(guó)農(nóng)業(yè)總體生產(chǎn),為穩(wěn)定發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供合理的科學(xué)依據(jù);隋春花和藍(lán)盛芳(2006)基于能值分析,從復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的角度,對(duì)廣州和上海的生態(tài)能值流動(dòng)進(jìn)行比較,評(píng)價(jià)了廣州城市生態(tài)系統(tǒng)自然環(huán)境現(xiàn)狀和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展;楊卓翔等(2012)基于對(duì)深圳市三個(gè)小型農(nóng)場(chǎng)——碧嶺、西麗、山海的能值流計(jì)算,分析討論了三個(gè)生態(tài)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的差異與發(fā)展;孫玥等(2014)通過(guò)能值分析理論,評(píng)估了2000 —?2010年遼寧省生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的可持續(xù)程度;黃洵和黃民生(2015)以福建省泉州市為例,運(yùn)用能值分析的方法對(duì)研究區(qū)可持續(xù)發(fā)展水平與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)直接的動(dòng)態(tài)關(guān)系進(jìn)行了討論;鄧健等(2016)基于能值分析,客觀評(píng)價(jià)及比較了退耕還林后黃土高原典型小流域不同種植業(yè)發(fā)展模式的可持續(xù)性。

    能值分析能夠把生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的定量分析,為生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的定量分析提供共同的度量標(biāo)準(zhǔn),有利于生態(tài)流流量綜合分析(隋春花等,2006)。以往的研究多為大尺度區(qū)域發(fā)展趨勢(shì)的研究,本文從能值分析出發(fā),旨在分析小尺度區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值流及可持續(xù)性的差異,對(duì)研究區(qū)的可持續(xù)發(fā)展提出合理的建議和科學(xué)依據(jù)。

    1 研究區(qū)域與研究方法

    1.1 研究區(qū)域

    灞橋區(qū)位于西安城區(qū)東部,地理坐標(biāo)為東經(jīng)108°59′ —?109°16′,北緯 34°10′ —?34°27′(圖 1)。全區(qū)總面積332平方公里,常住人口60.82萬(wàn)人。近年來(lái),政府大力推動(dòng)了該區(qū)內(nèi)的國(guó)際港務(wù)區(qū)和以灞橋區(qū)及未央?yún)^(qū)為主體的浐灞生態(tài)區(qū)建設(shè),以提升區(qū)域整體外貿(mào)實(shí)力與生態(tài)水平。2014年,全區(qū)生產(chǎn)總值為309.73億元,其中第二產(chǎn)業(yè)占比約47%,第三產(chǎn)業(yè)占比約48%。

    雁塔區(qū)地處西安城區(qū)南部,是西安市城市核心區(qū),地理坐標(biāo)為東經(jīng) 108°10′ —?109°02′,北緯34°10′ —?34°15′(圖 1),全區(qū)總面積 151 平方公里,常住人口120萬(wàn),該區(qū)內(nèi)有國(guó)家級(jí)文化產(chǎn)業(yè)示范區(qū)——曲江新區(qū),科教實(shí)力和旅游資源為其核心競(jìng)爭(zhēng)力。2014年,全區(qū)生產(chǎn)總值為1114.46億元,其中第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比重近70%。

    未央?yún)^(qū)坐落于西安城區(qū)北部,現(xiàn)西安市人民政府駐地,地理坐標(biāo)為東經(jīng) 108°47′ —?109°02′,北緯34°14′ —?34°26′(圖 1),全區(qū)總面積 262 km2。該區(qū)內(nèi)有國(guó)家級(jí)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū),已成為區(qū)域新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)和投資熱點(diǎn)。2014年,全區(qū)生產(chǎn)總值703億元,其中第二產(chǎn)業(yè)占比約53%,第三產(chǎn)業(yè)占比約46%。

    三個(gè)區(qū)同處西安市原核心區(qū)外,近年其名稱(chēng)也從原來(lái)的“郊三區(qū)”變?yōu)椤俺橇鶇^(qū)”中的區(qū)域,現(xiàn)階段已成為西安市建設(shè)與發(fā)展的主要空間,政府相繼在三個(gè)區(qū)內(nèi)建立建成多個(gè)開(kāi)發(fā)區(qū),如浐灞生態(tài)區(qū)、國(guó)際港務(wù)區(qū)、經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)及曲江新區(qū)等,這三個(gè)區(qū)是西安市目前的發(fā)展核心區(qū)。

    圖1 研究區(qū)位置圖Fig.1 Location of study area

    1.2 研究方法

    本文所采用的數(shù)據(jù)來(lái)自《西安市統(tǒng)計(jì)年鑒》、《陜西省統(tǒng)計(jì)年鑒》、各相關(guān)部門(mén)的資料及實(shí)地調(diào)查。借鑒Odum于2000年對(duì)太陽(yáng)能、潮汐能及地?zé)崮艿哪苤盗鲃?dòng)情況研究,即Odum根據(jù)相對(duì)精確的能值流數(shù)據(jù),通過(guò)三者的聯(lián)立方程計(jì)算得出全球能值基準(zhǔn)為 1.58×1025sej· a?1(Brown and Ulgiati,2010),應(yīng)用藍(lán)盛芳和欽佩(2001)、Odum(1996)的相關(guān)理論和方法,對(duì)西安市三個(gè)發(fā)展核心區(qū)可持續(xù)性進(jìn)行研究。

    首先,利用ArcGIS繪制出了研究區(qū)土地利用類(lèi)型圖(圖2),將其分為草地、林地、水體、未利用地、城市用地及耕地六類(lèi),其中草地、林地、水體及未利用地為生態(tài)環(huán)境系統(tǒng),城市用地及耕地為社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng),以此繪制出生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)的空間分布圖(圖3)。其次,綜合分析三個(gè)區(qū)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中能值流情況,結(jié)合城市復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的思想建立能值評(píng)價(jià)指標(biāo),利用能值轉(zhuǎn)換率將不同單位的能值評(píng)價(jià)指標(biāo)轉(zhuǎn)換為太陽(yáng)能值,對(duì)三個(gè)區(qū)的主要指標(biāo)進(jìn)行能值分析。最后,提出能值利用效率,并據(jù)此構(gòu)建新的系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展程度評(píng)價(jià)指標(biāo),更準(zhǔn)確地分析子系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展程度。

    能值分析建立在Odum創(chuàng)立的能量符號(hào)語(yǔ)言系統(tǒng)之上,圖4是生態(tài)環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)能值分析概況圖。由圖可知,部分自然可更新資源及不可更新資源產(chǎn)品會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)有一定的影響,并作用于社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng),同時(shí)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)會(huì)有一定的輸入能值和輸出能值(出口量與廢棄物排放)。本研究基于復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)視角,將生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)分為生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)進(jìn)行分析,討論生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的可持續(xù)程度。

    圖2 研究區(qū)土地利用類(lèi)型圖Fig.2 Land utilization of study area

    圖3 研究區(qū)子系統(tǒng)分布圖Fig.3 Subsystem distribution in study area

    圖4 生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值分析Fig.4 Emergy analysis of the eco-economic system

    2 結(jié)果與分析

    2.1 子系統(tǒng)分析

    2.1.1 生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)

    研究區(qū)主要景觀類(lèi)型為自然河流、水體景觀、城市綠地、道路防護(hù)綠地以及少量城市森林,水體指標(biāo)主要為可更新資源能值的計(jì)算(李占玲等,2005),綠地指標(biāo)涉及到可更新資源能值、不可更新投入能值、自然資本貯存量、生態(tài)產(chǎn)出及經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出的計(jì)算。故可更新資源指標(biāo)部分?jǐn)?shù)據(jù)為三個(gè)區(qū)水體及綠地的能值流總和,其余生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)的能值指標(biāo)主要將綠地作為研究基礎(chǔ),通過(guò)《西安市統(tǒng)計(jì)年鑒》整理2014年西安市灞橋區(qū)、雁塔區(qū)及未央?yún)^(qū)的原始數(shù)據(jù),并查閱相應(yīng)的能值轉(zhuǎn)換率,計(jì)算出各項(xiàng)指標(biāo)的太陽(yáng)能值(藍(lán)盛芳和欽佩,2002),編制生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)能值分析表(表1)。

    由表1可以看出,雁塔區(qū)的可更新資源能值較低,為9.87×1018sej,其太陽(yáng)能、風(fēng)能、雨化學(xué)能和雨勢(shì)能都相對(duì)較少。灞橋區(qū)和未央?yún)^(qū)可更新生態(tài)投入能值為 2.12×1019sej和 1.73×1019sej,基本持平。灞橋區(qū)不可更新投入能值為6.63×1021sej,分別為未央?yún)^(qū)及雁塔區(qū)的1.98倍和1.03倍,這是由于灞橋區(qū)通過(guò)浐灞生態(tài)區(qū)建設(shè),累計(jì)新增綠化面積1600公頃,形成林地1964公頃,森林覆蓋率達(dá)15%(白嘉和張會(huì)新,2011),提高了不可更新生態(tài)投入。

    灞橋區(qū)的生態(tài)產(chǎn)出和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出為1.88×1021sej和8.15×1020sej,雁塔區(qū)生態(tài)產(chǎn)出和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出分別為灞橋區(qū)的17.2%和46.5%,未央?yún)^(qū)生態(tài)產(chǎn)出和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出分別為灞橋區(qū)的84.6%和81.0%。這是因?yàn)槲靼彩姓甏罅I(yíng)造生態(tài)浐灞的理念,對(duì)主體位于灞橋區(qū)的浐灞生態(tài)區(qū),進(jìn)行集中治理污染物排放和垃圾回收再利用,并建設(shè)浐灞濕地公園、舉辦世界園藝博覽會(huì)等,在開(kāi)發(fā)該區(qū)旅游資源的同時(shí),也提高了該區(qū)的生態(tài)修復(fù)力與可持續(xù)發(fā)展能力。而雁塔區(qū)和未央?yún)^(qū)的可持續(xù)性與生態(tài)環(huán)境密不可分,多功能城市核心區(qū)及新型工業(yè)園區(qū)的發(fā)展不可避免會(huì)限制生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)產(chǎn)生的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

    2.1.2 社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)

    通過(guò)資料收集,整理出能夠反映2014年西安市灞橋區(qū)、雁塔區(qū)和未央?yún)^(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況的能值指標(biāo),通過(guò)上文中的能值計(jì)算方法計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)的太陽(yáng)能值(藍(lán)盛芳和欽佩,2002),編制社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)主要資源能值分析表(表2),以此對(duì)三個(gè)區(qū)域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值流情況進(jìn)行定量分析。

    由表2可以看出,灞橋區(qū)的可更新資源產(chǎn)品能值和輸入能值相對(duì)較高,分別為1.12×1021sej和7.68×1021sej,主要原因是該區(qū)農(nóng)業(yè)用地1.9萬(wàn)公頃,以都市農(nóng)業(yè)為主導(dǎo)(陳大鵬和劉小紅,2011),通過(guò)推進(jìn)農(nóng)業(yè)多元化發(fā)展,區(qū)畜牧產(chǎn)品能值達(dá)到7.24×1020sej,水產(chǎn)品能值 1.38×1020sej,農(nóng)作物產(chǎn)品能值2.58×1020sej;同時(shí),位于灞橋區(qū)的“西安國(guó)際港務(wù)區(qū)”是沿海國(guó)際港口多種港務(wù)功能在西安的集中服務(wù)區(qū)(金青梅和張慧麗,2011),該區(qū)2014年利用外資額達(dá)到1.19億美元,國(guó)際旅游收入1.43億美元。

    表1 2014年生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)能值分析Tab.1 Emergy analysis of the ecological environmental subsystem in 2014

    表2 2014年社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值分析Tab.2 Emergy analysis of main resources of social economic subsystem in 2014

    雁塔區(qū)各項(xiàng)指標(biāo)都低于其他兩個(gè)區(qū)??筛沦Y源能值3.35×1020sej,僅為灞橋區(qū)的30%;不可更新資源能值4.96×1020sej,為灞橋區(qū)和未央?yún)^(qū)的53%及43%;輸入能值3.56×1021sej,為灞橋區(qū)和未央?yún)^(qū)的46%及57%;輸出能值2.60×1024sej,為灞橋區(qū)和未央?yún)^(qū)的60%及51%。雁塔區(qū)隨著近些年建設(shè)成為城市核心區(qū),主要發(fā)展科研教育、高科技產(chǎn)業(yè)及社會(huì)文化建設(shè)等第三產(chǎn)業(yè),本地可更新資源較少,對(duì)外界輸入能值依賴(lài)較低,輸出能值也相對(duì)較低。

    未央?yún)^(qū)不可更新資源能值及出口能值較大,分別為 1.17×1021sej和 5.13×1021sej,由于該區(qū)內(nèi)的國(guó)家級(jí)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)為新型工業(yè)園區(qū)(王曉峰等,2012),雖然合理規(guī)劃了城市綠化帶,但不可更新資源能值依然以工業(yè)生產(chǎn)能值為主,工業(yè)“三廢”排放量較其他兩個(gè)區(qū)域也相對(duì)較高,固廢排放量能值為1.69×1021sej。

    2.2 綜合指標(biāo)分析

    2.2.1 基于能值利用效率的系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展程度???指標(biāo)構(gòu)建

    生態(tài)學(xué)家Brown and Ulgiati(1997)提出了城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)ESI,并定義ESI的值為能值產(chǎn)出率(NEYR)與生態(tài)負(fù)載率(ELR)之比。陸宏芳等(2002)認(rèn)為ESI指標(biāo)中單純的運(yùn)用能值產(chǎn)出率不盡合理,因?yàn)槟苤诞a(chǎn)出涵蓋了廢物流能值的產(chǎn)出,廢物流能值現(xiàn)階段不可被人類(lèi)利用,反而會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)造成影響,即能值產(chǎn)出率(NEYR)大,并不能完全說(shuō)明有利于人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展,他們提出了評(píng)價(jià)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力的能值指標(biāo)(EISD),即能值交換率(EER)與能值產(chǎn)出率(NEYR)的乘積再除以生態(tài)負(fù)載率(ELR)。

    本文借鑒以上兩種思想,構(gòu)建基于能值利用效率的系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展程度指標(biāo)(EUSDI,emergy utilization sustainable development index)??紤]到輸出能值中包括出口額能值及廢物流能值,出口額會(huì)帶給系統(tǒng)一定的有益回饋,也可以說(shuō)為系統(tǒng)發(fā)展所利用,而廢棄物目前階段不利于系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展,因此提出能值利用效率(EUE,emergy utilization eきciency)的概念,即城市生態(tài)復(fù)合系統(tǒng)對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)能值的利用程度,能值利用效率(EUE)與系統(tǒng)的發(fā)展成正比,計(jì)算公式如下:

    式中:W為廢棄物能值,U為系統(tǒng)總能值用量。

    根據(jù)陸宏芳等構(gòu)建評(píng)價(jià)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力的能值指標(biāo)(EISD)的思想,能值利用效率(EUE)、能值產(chǎn)出率(NEYR)與生態(tài)負(fù)載率(ELR)之間無(wú)相關(guān)關(guān)系,綜合考慮社會(huì)經(jīng)濟(jì)目前的發(fā)展與生態(tài)環(huán)境面臨的壓力,構(gòu)建基于能值利用效率(EUE)的系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展程度指標(biāo)(EUSDI),計(jì)算公式如下:

    基于能值利用效率的系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展程度指標(biāo)(EUSDI)數(shù)值越高,說(shuō)明系統(tǒng)內(nèi)部在面臨一定程度環(huán)境負(fù)荷時(shí),其社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展程度越好,可持續(xù)發(fā)展能力越強(qiáng)。

    2.2.2 生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)綜合指標(biāo)分析

    根據(jù)上文生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)和社會(huì)環(huán)境子系統(tǒng)能值分析整理計(jì)算出的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),選出合適的城市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)綜合指標(biāo),通過(guò)公式對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行歸納與計(jì)算(藍(lán)盛芳和欽佩,2002),繪制2014年灞橋區(qū)、雁塔區(qū)和未央?yún)^(qū)的城市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)主要能值指標(biāo)比較表(表3)。

    由表3可以看出,2014年西安市灞橋區(qū)的人均能值(EPP)為2.70×1016,分別為雁塔區(qū)的4.2倍和未央?yún)^(qū)的1.6倍。三個(gè)區(qū)人均能值偏低,說(shuō)明人均可支配能值較少,生活水平仍有待提高(表4)。雁塔區(qū)人均能值較低是由于該區(qū)作為城市核心區(qū)(吳文恒等,2012),人口過(guò)于集中,數(shù)量達(dá)到119.74萬(wàn)人,該區(qū)人口承載量為6.02×105人,實(shí)際人口為承載量的1.99倍,反映出有限的自然資源承載了過(guò)量的人口,對(duì)該區(qū)的生態(tài)環(huán)境造成很大壓力。因此,該區(qū)在建設(shè)城市核心功能區(qū)的同時(shí),需考慮城市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展,協(xié)調(diào)好人口基數(shù)增長(zhǎng)與自然資源利用的關(guān)系。

    2014年西安市灞橋區(qū)、雁塔區(qū)和未央?yún)^(qū)的能值自給率(ESR)分別為53.25%、54.12%及56.32%,遠(yuǎn)低于西安市及我國(guó)的平均水平,高于北京市約1.4 — 1.6倍,略高于天津及廈門(mén)(表4)。說(shuō)明三個(gè)區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展主要依靠本地資源的開(kāi)發(fā)與消耗,社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的可持續(xù)性程度較低,過(guò)度地使用本地資源會(huì)出現(xiàn)自然資源短缺及生態(tài)環(huán)境惡化的現(xiàn)象,應(yīng)當(dāng)有效地利用現(xiàn)有自然資源,平衡社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系。

    2014年灞橋區(qū)、雁塔區(qū)和未央?yún)^(qū)的能值貨幣 比 分 別 為 3.26×1012sej · $?1、4.30×1011sej · $?1及1.25×1012sej · $?1,三個(gè)區(qū)均低于全國(guó)其他主要城市(表4),說(shuō)明單位能值投入的產(chǎn)出價(jià)值較低,自然資源對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)較少,開(kāi)發(fā)程度較大(劉薇,2010)。

    表3 城市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)主要能值指標(biāo)比較表Tab.3 Comparison of main emergy index of urban eco-economic system in 2014

    未央?yún)^(qū)2014年的生態(tài)負(fù)載率(ELR)為33.58,是灞橋區(qū)的2.56倍、雁塔區(qū)的1.61倍,說(shuō)明未央?yún)^(qū)城市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)發(fā)展是建立在不可更新資源消耗的基礎(chǔ)之上(孫玥等,2014)。未央?yún)^(qū)輸入能值占總能值用量比重43.70%,不可更新資源利用能值占53.43%,可更新資源占比僅為2.89%,未央?yún)^(qū)主要依靠外界輸入能值和不可更新資源的利用,對(duì)生態(tài)環(huán)境有一定的壓力,使得該區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展可持續(xù)性較低。因此,應(yīng)當(dāng)合理開(kāi)發(fā)利用不可更新資源,減小不可更新資源的大量消耗對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的影響。

    能值密度(EPA)是反映區(qū)域能值集約利用強(qiáng)度和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度的重要指標(biāo)(楊卓翔等,2012)。三個(gè)區(qū)域能值密度基本持平,在5.13×1013—?5.40×1013sej · m?2,高于全國(guó)其他主要城市,說(shuō)明三個(gè)區(qū)能值利用效率和集約利用強(qiáng)度較高。

    能值受益率(EER)是通過(guò)一個(gè)地區(qū)的進(jìn)出口貿(mào)易得失來(lái)反映該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況(王楠楠等,2013)。由表3可以看出,2014年灞橋區(qū)、雁塔區(qū)和未央?yún)^(qū)的能值受益率分別為0.2643、0.3346、0.4370,高于北京、天津、福州等城市(表4),但受益率仍然較低,說(shuō)明三個(gè)區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)欠發(fā)達(dá),輸出能值占總能值用量的比重較小,外貿(mào)過(guò)程中處于不利的環(huán)境,會(huì)對(duì)自身社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成影響。因此,三個(gè)區(qū)應(yīng)當(dāng)在建設(shè)城市發(fā)展核心區(qū)的同時(shí),增加出口額帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益及生態(tài)環(huán)境產(chǎn)出帶來(lái)的生態(tài)效益,以增強(qiáng)區(qū)域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)發(fā)展。

    能值投資率(EIR)是反映經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度與環(huán)境負(fù)載程度的指標(biāo),數(shù)值越小說(shuō)明系統(tǒng)發(fā)展程度低,對(duì)環(huán)境依賴(lài)強(qiáng),數(shù)值越大說(shuō)明系統(tǒng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度高,對(duì)環(huán)境依賴(lài)程度較弱(王楠楠等,2013),灞橋、雁塔及未央分別為0.8784、0.8466及0.7758,與天津水平基本相同(表4),低于廈門(mén),高于其它各個(gè)城市。從數(shù)值可以看出,輸入能值與本地自然資源能值比值接近于1,反映了三個(gè)區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度相對(duì)較好,對(duì)環(huán)境的依賴(lài)性仍然較強(qiáng)。

    表4 西安市三個(gè)區(qū)域主要能值指標(biāo)與其它地區(qū)的比較Tab.4 Comparison of main emergy indicators between three regions in Xi’an and other regions

    可持續(xù)發(fā)展指數(shù)由生態(tài)學(xué)家Brown and Ulgiati(1997)提出,發(fā)達(dá)國(guó)家ESI<1,發(fā)展中國(guó)家1<ESI<10,2014年灞橋區(qū)、雁塔區(qū)和未央?yún)^(qū)的ESI分別為0.1630、0.1064、0.0682。本文基于能值利用效率,排除系統(tǒng)產(chǎn)出能值中廢物流能值的危害影響,構(gòu)建出新指標(biāo)EUSDI,在考慮資源利用結(jié)構(gòu)與廢物流影響的情況下,綜合能值利用情況反映系統(tǒng)的發(fā)展程度,使結(jié)果更加準(zhǔn)確切合實(shí)際。結(jié)果表明灞橋區(qū)、雁塔區(qū)和未央?yún)^(qū)的EUSDI分別為0.1545,0.0906、0.0579,說(shuō)明三個(gè)區(qū)達(dá)到發(fā)達(dá)地區(qū)社會(huì)發(fā)展的水平,但可持續(xù)發(fā)展程度較低,單位環(huán)境壓力下產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益依然較少,從長(zhǎng)遠(yuǎn)階段考慮可持續(xù)發(fā)展競(jìng)爭(zhēng)力較弱,遠(yuǎn)低于西安市(9.68)可持續(xù)發(fā)展程度。

    3 結(jié)論與討論

    3.1 結(jié)論

    本文將藍(lán)盛芳和Odum的能值分析方法與理論、Brown and Ulgiati(1997)提出的ESI評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)以及陸宏芳等(2005)的城市復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)能值分析研究相結(jié)合,基于對(duì)西安市灞橋區(qū)、雁塔區(qū)和未央?yún)^(qū)的能值計(jì)算分析,構(gòu)建了適用于現(xiàn)階段生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)實(shí)際情況的可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)(EUSDI),分析了三個(gè)區(qū)的發(fā)展現(xiàn)狀與可持續(xù)程度。結(jié)果表明,2014年灞橋區(qū)的可持續(xù)發(fā)展指數(shù)最高(0.1545),雁塔區(qū)次之(0.0906),未央?yún)^(qū)最低(0.0579)。

    3.1.1 EUSDI與ESI比較分析

    本文基于生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值利用效率(EUE),構(gòu)建出新的系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)(EUSDI)。同ESI相比,三個(gè)區(qū)EUSDI的計(jì)算值較小,這與EUSDI指標(biāo)構(gòu)建中的思路相吻合。區(qū)別為ESI的計(jì)算過(guò)程中能值產(chǎn)出涵蓋了廢物流能值,而EUSDI的計(jì)算中,能值產(chǎn)出排除了對(duì)系統(tǒng)無(wú)利用價(jià)值的廢物流。這二者都與系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展程度成正比,而EUSDI能夠兼顧系統(tǒng)實(shí)際利用能值流的情況,即能值利用效率為系統(tǒng)實(shí)際對(duì)能值的利用程度,而能值產(chǎn)出中廢物流通過(guò)現(xiàn)階段的技術(shù)并不能提供環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益。

    綜上所述,EUSDI指標(biāo)能夠從系統(tǒng)的實(shí)際情況出發(fā),并考慮廢物流對(duì)系統(tǒng)的影響,所得出的可持續(xù)發(fā)展指數(shù)較為切合實(shí)際。但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,廢物流能值會(huì)變?yōu)榫哂欣脙r(jià)值的資源,故此方法需要根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際情況不斷改善更新,以求具有可行性與實(shí)踐性。

    3.1.2 三個(gè)區(qū)發(fā)展共性分析

    三個(gè)區(qū)同其他區(qū)域相比較,能值自給率和能值貨幣比相對(duì)較低,說(shuō)明三個(gè)發(fā)展核心區(qū)現(xiàn)有的自然資源并不能滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求,單位能值的產(chǎn)出價(jià)值較低,導(dǎo)致自然資源對(duì)于社會(huì)發(fā)展的貢獻(xiàn)較少,未能合理地利用資源,從而產(chǎn)生了環(huán)境與發(fā)展的矛盾;同時(shí),三個(gè)區(qū)生態(tài)負(fù)載率,能值收益率基本高于其他區(qū)域,反映出三個(gè)發(fā)展核心區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為依賴(lài)內(nèi)部不可更新資源與外部輸入產(chǎn)品,一方面會(huì)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部環(huán)境造成較大的壓力,另一方面也限制了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展;最后,三個(gè)區(qū)能值投資率雖然較其它區(qū)域較高,但系統(tǒng)外部輸入能值與本地資源利用能值較為接近,可以看出社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的發(fā)展相對(duì)較好,然而對(duì)環(huán)境的依賴(lài)性仍然較強(qiáng),其發(fā)展與內(nèi)部自給、外部輸入二者密不可分。

    3.1.3 三個(gè)區(qū)可持續(xù)發(fā)展指數(shù)(EUSDI)差異性???分析

    灞橋區(qū)可持續(xù)發(fā)展指數(shù)為三個(gè)區(qū)最高(0.1545),主要原因是該區(qū)廢棄物能值比較低(0.0519),使得系統(tǒng)的能值利用效率較高(94.81%),能值對(duì)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)相對(duì)較大。同時(shí),生態(tài)負(fù)載率與輸入能值、不可更新資源能值及可更新資源能值有直接聯(lián)系,灞橋區(qū)較為依賴(lài)不可更新資源與外部輸入產(chǎn)品,體現(xiàn)為不可更新資源消耗占總能值的46.2%,能值產(chǎn)出率較低,但由于該區(qū)可更新資源較多,使得生態(tài)負(fù)載率在三個(gè)區(qū)中相對(duì)較小。綜上,能值利用效率較高、生態(tài)負(fù)載率較低是灞橋區(qū)可持續(xù)發(fā)展程度較高的主要因素,但較為依賴(lài)不可更新資源及外部輸入產(chǎn)品。因此,該區(qū)應(yīng)當(dāng)合理利用本地現(xiàn)有不可更新資源,加強(qiáng)外貿(mào)力度。

    雁塔區(qū)可持續(xù)發(fā)展指數(shù)為0.0906,該區(qū)的主要問(wèn)題有三點(diǎn):第一是該區(qū)土地利用多為城市建設(shè)用地,本地可更新資源較少,可更新資源能值為三個(gè)區(qū)中最低(3.55×1020sej),這導(dǎo)致生態(tài)負(fù)載率較高,同時(shí)該區(qū)廢物流占總能值比重較大,致使能值利用效率較低(86.57%);第二是在發(fā)展社會(huì)經(jīng)濟(jì)的同時(shí)忽略了生態(tài)建設(shè),生態(tài)產(chǎn)出能值為三個(gè)區(qū)中最低(3.35×1021sej),使得能值產(chǎn)出率較低,反映出該區(qū)較為依賴(lài)外界輸入產(chǎn)品;第三是人口數(shù)量遠(yuǎn)大于人口承載量(實(shí)際人口數(shù)量為人口承載量的1.99倍),人們對(duì)于資源及環(huán)境的需求大于生態(tài)環(huán)境自身所能承受的能力。因此,雁塔區(qū)最好能兼顧社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)建設(shè)的協(xié)同發(fā)展,在發(fā)展社會(huì)經(jīng)濟(jì)的同時(shí)注重改善生態(tài)環(huán)境,協(xié)調(diào)過(guò)量人口與資源環(huán)境的關(guān)系,以提升雁塔區(qū)的可持續(xù)發(fā)展程度。

    未央?yún)^(qū)的可持續(xù)發(fā)展指數(shù)為三個(gè)區(qū)中最低(0.0579),該區(qū)內(nèi)的國(guó)家級(jí)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)定位為新型工業(yè)園區(qū),“新型”體現(xiàn)在從事工業(yè)生產(chǎn)的同時(shí)兼顧周邊的綠化,減少對(duì)環(huán)境的污染。然而,從事工業(yè)生產(chǎn)不可避免會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)造成影響,該區(qū)內(nèi)主要存在兩個(gè)問(wèn)題:第一是不可更新資源利用過(guò)多(占總能值比重53.4%),其中多為工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中產(chǎn)生的能值,可更新資源較少(4.13×1020sej),導(dǎo)致該區(qū)生態(tài)負(fù)載率較高(33.58);第二是輸出能值中廢物流能值為三個(gè)區(qū)最高(2.34×1021sej),主要為工業(yè)“三廢”的排放,這也導(dǎo)致該區(qū)的能值利用效率較低(84.93%)。以上兩點(diǎn)是導(dǎo)致未央?yún)^(qū)可持續(xù)發(fā)展指數(shù)較低的主要因素。因此,該區(qū)可適當(dāng)由第二產(chǎn)業(yè)向第三產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型,從而降低不可更新資源的開(kāi)發(fā)利用,同時(shí)重視現(xiàn)有工業(yè)生產(chǎn)中廢棄物排放造成的環(huán)境問(wèn)題,提高能值利用效率,降低工業(yè)污染在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的影響。

    3.2 討論

    本文通過(guò)能值分析的方法與理論,對(duì)2014年西安市灞橋區(qū)、雁塔區(qū)和未央?yún)^(qū)的環(huán)境現(xiàn)狀做了分析,能夠較為全面地反映生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展現(xiàn)狀。具體從以下兩方面體現(xiàn):

    (1)能值分析方法將生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)兩個(gè)子系統(tǒng)層面有效地結(jié)合起來(lái),定量分析三個(gè)區(qū)域的生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)指標(biāo),能夠較為全面地反映系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展程度。

    (2)基于能值利用效率的系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展指數(shù)(EUSDI)是在前人研究的基礎(chǔ)上合理構(gòu)建,能夠兼顧生態(tài)環(huán)境壓力、資源利用效率與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,可以較為準(zhǔn)確地反映生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的實(shí)際發(fā)展情況。

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