基于能值分析的山西省生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展評價

王偉， 郭曉佳

山西師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院， 山西 臨汾 041000

1 研究區(qū)概況

中華人民共和國成立以來，山西省依托豐富的煤炭資源，發(fā)展煤炭、電力等重工業(yè)，成為我國重要的能源基地，支撐著中國四分之一的煤炭輸出.21世紀(jì)以來，山西省的經(jīng)濟建設(shè)取得了長足發(fā)展，經(jīng)濟總量不斷擴大，經(jīng)濟地位不斷增強，百姓的生活狀況也日益不斷的改善.但是，為了保障國家社會經(jīng)濟的持續(xù)穩(wěn)定增長，山西長久以來穩(wěn)定不斷地輸出著資源，走的是最低層次的發(fā)展道路.煤炭、焦化、冶金、電力、裝備制造、煤化工等產(chǎn)業(yè)占工業(yè)主導(dǎo)地位，為此山西省付出了環(huán)境，社會等方面的一系列慘重代價[1].山西省(34°34′～40°44′N，110°14′～114°33′E)，位于我國二級階梯與三級階梯交界處，黃河的中段，全省總面積15.67 萬km2，人口3 648萬.氣候條件為典型的溫帶大季風(fēng)氣候.年平均降雨量在400 mm到600 mm之間[2].山西省煤鐵儲藏量極其豐富且質(zhì)地優(yōu)良，新世紀(jì)以來山西省經(jīng)濟發(fā)展迅速，但近年來受國際能源價格暴跌的影響，煤鐵等能源價格持續(xù)走低，山西省經(jīng)濟呈下行態(tài)勢，財政收入為負(fù)指數(shù)，全國31省市墊底.GDP增速也嚴(yán)重下滑，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級勢不可擋.所以本文運用能值分析的方法演繹山西省進入新世紀(jì)，17年來的生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)運行發(fā)展?fàn)顩r，分析山西省的社會經(jīng)濟發(fā)展的實際情況與生態(tài)可持續(xù)性狀況之間的相互關(guān)系.

2 研究方法

2.1 能值分析理論

本文采用的能值分析法是由美國科學(xué)家Odum H T在20世紀(jì)后期創(chuàng)立的一種統(tǒng)計比較方法.它把某種物質(zhì)里所包含的能量轉(zhuǎn)化成統(tǒng)一的能量流，再通過能值轉(zhuǎn)換率這一度量標(biāo)準(zhǔn)，將生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)中參與運行的所有物質(zhì)與產(chǎn)品所包含的能量轉(zhuǎn)化成統(tǒng)一的度量單位——太陽能焦耳(sej)，再進行定量分析[3]，公式：能值(sej)= 能值轉(zhuǎn)換率(sej/j)× 能量(j)[4]，為定量研究生態(tài)系統(tǒng)對社會經(jīng)濟發(fā)展的貢獻程度提供了新的方法.能值分析理論與方法在20世紀(jì)90年代被引入我國，被學(xué)者們廣泛應(yīng)用于城市，農(nóng)業(yè)、礦業(yè)、生態(tài)、經(jīng)濟、旅游等諸多領(lǐng)域(表1).

2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

表1 CNKI能值分析類文獻數(shù)量情況統(tǒng)計Tab.1 CNKI Energy analysis class literature statistics

其中，王衛(wèi)文和曹福祥等其他學(xué)者對江西省的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)進行了綜合能值分析，表明江西省農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)在能值利用技術(shù)上不斷提高，同時所面臨的環(huán)境壓力卻越來越大，從而指導(dǎo)江西省農(nóng)業(yè)系統(tǒng)作整體性的提升，改變粗放的農(nóng)業(yè)發(fā)展模式，促進其向現(xiàn)代高科技農(nóng)業(yè)，集約型農(nóng)業(yè)的方向發(fā)展[5].孫鑰、周建和甘卓亭等分別對遼寧省、河南省以及陜西省生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)作了以能值分析為基礎(chǔ)的可持續(xù)性研究，提出了針對研究區(qū)內(nèi)部的可持續(xù)發(fā)展對策[6～8].王楠楠、章錦河等針對九寨溝自然保護區(qū)的旅游系統(tǒng)進行了多種能值體系的研究，得出九寨溝的可持續(xù)發(fā)展能力處于中等水平[9].孫玉峰、張小洪等對礦區(qū)循環(huán)經(jīng)濟系統(tǒng)以及城市污水生態(tài)處理系統(tǒng)進行了能值分析系統(tǒng)研究，研究結(jié)果與各自研究區(qū)實際發(fā)展趨勢基本一致，對礦區(qū)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，提高生態(tài)效率有重要指導(dǎo)意義，對城市污水處理系統(tǒng)的加強與改善以及區(qū)域的可持續(xù)性健康發(fā)展有高度的意義[10，11].因此，能值分析法的廣泛應(yīng)用與研究對地區(qū)發(fā)展甚至產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)戰(zhàn)略的制定，有著重要的價值[12].

3 實證分析

本文通過對CNKI關(guān)于能值分析類文獻梳理情況(表1)并遵循科學(xué)性、可操作性、時效性的原則，結(jié)合山西省資源環(huán)境、社會經(jīng)濟實際情況構(gòu)建了山西省經(jīng)濟系統(tǒng)能值評估體系.

表2 山西省生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值評估體系Tab.2 Shanxi Province eco-economic system emergy evaluation system

注：本文的相關(guān)原始數(shù)據(jù)來自于山西省統(tǒng)計年鑒(2001-2017)以及其他相關(guān)資料[13].

表3 山西省生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值指標(biāo)匯總表Tab.3 Shanxi Province eco-economic system emergy index summary table

3.1 山西省主要能值流量

從圖1可以看出，在山西省的整個生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值當(dāng)中，從2000年到2016年可更新資源能值波動幅度較大，在2003年達到了17年來的峰值，其余年份的變化情況也沒有穩(wěn)定的規(guī)律.不可更新資源能值17年來一直處于持續(xù)上升態(tài)勢，近兩年有下降趨勢出現(xiàn).輸出能值和反饋輸入能值二者2012年之前一直都呈波動性上升態(tài)勢，但是2012年之后開始出現(xiàn)下降趨勢，這是由于2012年之后能源價格暴跌并且山西省經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的原因造成的.從圖1和圖2幾種主要的能值量當(dāng)中可以看出，山西省的生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)中，不可更新資源能值和工業(yè)系統(tǒng)輸入能值的占比很大，經(jīng)濟發(fā)展?fàn)顩r屬于高污染，高耗能的發(fā)展模式，從可持續(xù)發(fā)展的角度，經(jīng)濟發(fā)展急需轉(zhuǎn)型，需要走循環(huán)經(jīng)濟的道路，從而擺脫依賴消耗型工業(yè)發(fā)展經(jīng)濟的不可持續(xù)道路.

圖1 生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的能值流量Fig.1 Emergy flow of Eco-economic system 圖2 生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的工業(yè)能值流量Fig.2 Industrial emergy flow of Eco-economic system

3.2 山西省社會亞系統(tǒng)評價

人均能值量(EPP)是區(qū)域經(jīng)濟質(zhì)量好壞的關(guān)鍵性指標(biāo)，也是居民生活水平質(zhì)量好壞的重要標(biāo)志.能值密度(EPA)可用來評價能值集約度的強度.人口承載量(PCC)指某地區(qū)，在特定的時間段內(nèi)，依據(jù)區(qū)域的地理狀況，利用自然資源、生產(chǎn)條件、智力因素等多方面能夠容納的合理人口數(shù)量.從2000年到2013年，山西省的人均能值量，一直處于持續(xù)上升態(tài)勢，近三年來上升趨勢減緩并在2013年開始出現(xiàn)緩慢下降趨勢,人口承載量從2000年到2016年經(jīng)歷了上升、下降、緩慢上升、快速上升的變化歷程，表明千禧年以來隨著國內(nèi)能源市場的火熱，山西省大力發(fā)展能源產(chǎn)業(yè)，山西省的人口承載能力隨著資源的消耗在降低，與持續(xù)上漲的人口數(shù)量不相匹配，而后，隨著政策的調(diào)整，山西產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級，PCC在逐漸回升.山西省近些年來的經(jīng)濟增長模式就是依賴能源礦產(chǎn)開發(fā)，重化工業(yè)帶動的方式.山西省能源資源儲有量必然下降，而人口數(shù)量以及人均消耗的能值量卻在上升，圖3、圖4充分反映了山西省的實際狀況.

圖3 生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的社會亞系統(tǒng)評價指標(biāo)Fig.3 The social subsystem assessment index of Eco-economic system圖4 生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的社會亞系統(tǒng)評價指標(biāo)Fig.4 The social subsystem assessment index of Eco-economic system

3.3 山西省經(jīng)濟亞系統(tǒng)評價

能值產(chǎn)出率(NEYR)是經(jīng)濟系統(tǒng)產(chǎn)出的能值與投入的能值之比，是產(chǎn)業(yè)效益好壞的重要指標(biāo)，它的值越高表明產(chǎn)業(yè)效益越高，反之效益越低.從圖5可以明顯看出，山西省17年來，凈能值產(chǎn)出率在下降，從2.5～3之間下降到2以下保持平穩(wěn).表明投入相同能值的基礎(chǔ)上，得到的產(chǎn)出較之以前發(fā)生了明顯的下降，這主要是由于山西從過去的純資源輸出型工業(yè)系統(tǒng)逐漸轉(zhuǎn)型，向今天的綜合型工業(yè)過渡的結(jié)果.近年來，國際能源價格大幅度下滑，而單一的不可持續(xù)輸出能源型工業(yè)是極度不可取的，一方面污染環(huán)境，破壞生態(tài)，另一方面，這種傳統(tǒng)工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展方式的不可持續(xù)性給山西省的經(jīng)濟發(fā)展埋下重大隱患，而山西省經(jīng)濟業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型尚未取得成功，所以導(dǎo)致近些年來山西省經(jīng)濟走勢持續(xù)下滑.

能值交換率(EER)是指經(jīng)濟系統(tǒng)運行過程中對外貿(mào)易能值的得失情況，值越大，在對外貿(mào)易中越有利，從圖5可知，山西省17年來EER值始終處于比較低的水平且還在持續(xù)的下降，表明山西省對外貿(mào)易處于弱勢地位，經(jīng)濟發(fā)達程度低.這是由于山西省企業(yè)效益值低下，低附加值產(chǎn)品占出口產(chǎn)品比重大，這與山西省的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)層次太低有直接關(guān)系，社會在進步，而山西省卻被落下了.

能值貨幣比率(EDR)是從能值角度來衡量經(jīng)濟系統(tǒng)中所取得財富所花費的能值流量，值越低，說明獲得相同量的經(jīng)濟產(chǎn)出的能值量代價越低，也就代表經(jīng)濟水平相對過去越發(fā)達.從圖6可知，自2000年以來山西省能值貨幣比率一直在波動下降，說明雖然產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)落后，但是山西省的經(jīng)濟發(fā)展依然取得了很大的成果.

能值投資率(EIR)為社會經(jīng)濟系統(tǒng)反饋能值與自然環(huán)境系統(tǒng)的投入能值之比，是用來衡量經(jīng)濟活動的競爭力程度和資源環(huán)境負(fù)載程度的指標(biāo).從圖中可以看出，2000年到2016年，整體上呈增長趨勢，其值從0.6提升到1.1，從2000年到2002年處于快速增長階段，之后，一直持續(xù)性上升.能值投入的增加表明山西省的經(jīng)濟呈發(fā)展態(tài)勢，而近幾年來，漲幅下降的原因主要是山西經(jīng)濟結(jié)構(gòu)正在進行轉(zhuǎn)型，對煤鐵資源進行限制性開采以及傳統(tǒng)能源市場的不景氣.所以山西的經(jīng)濟轉(zhuǎn)冷是山西省經(jīng)濟結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型必須要面對的陣痛.

圖5 生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的經(jīng)濟亞系統(tǒng)評價指標(biāo)Fig.5 The Index of economic subsystem evaluation of Eco-economic System圖6 生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的經(jīng)濟亞系統(tǒng)評價指標(biāo)Fig.6 The Index of economic subsystem evaluation of Eco-economic System

3.4 山西省自然亞系統(tǒng)評價

廢棄物能值(EMW)指工業(yè)經(jīng)濟系統(tǒng)運行中所產(chǎn)出的廢棄物的能值量.廢棄物能值比率(EWR)是指經(jīng)濟系統(tǒng)對于廢棄物的利用率.山西省17年來，廢棄物能值一直呈加速上升趨勢，增長量特別大，上升幅度達到好幾倍，而廢棄物能值比率也在相應(yīng)提高，與廢棄物能值的增長趨勢大致吻合，說明山西省工業(yè)實力越來越強.節(jié)能減排意識提高的同時，技術(shù)力量和環(huán)保手段也在提高.同時應(yīng)該針對不同的廢棄物采用不同的利用方式，并且對廢棄物能值指標(biāo)體系進行改善，從廢棄物處理的角度去提升生態(tài)經(jīng)濟發(fā)展的可持續(xù)性[10].

圖7 生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的自然亞系統(tǒng)評價指標(biāo)Fig.7 Natural subsystem evaluation index of Eco-economic system圖8 生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的自然亞系統(tǒng)評價指標(biāo)Fig.8 Natural subsystem evaluation index of Eco-economic system

環(huán)境負(fù)荷率(ELR)為不可更新資源能值總量及生態(tài)經(jīng)濟當(dāng)中輸入能值總量之和與可更新資源能值總量之比.從圖中看出17年來，山西省環(huán)境負(fù)荷率從0.77上升到1.74,增長幅度達到2000年時的2.5倍左右，期間趨勢呈波動性上漲，但漲幅巨大，說明山西省這17年來的不可更新資源消耗量極大，工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展對能源的依賴性極大，能值可持續(xù)指標(biāo)(ESI)為凈能值產(chǎn)出率(NEYR)與環(huán)境負(fù)荷率之比.山西省能值可持續(xù)指標(biāo)17年來逐年降低，且降低幅度較大，能值可持續(xù)指標(biāo)從大約3.5下降到大約1左右,表明山西省的生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)效益逐漸提高，更富有潛力，過去的糟糕狀況日趨改善，可持續(xù)性逐步增強.

3.5 山西省生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展區(qū)際比較

由表4可以看出，山西省人均能值量要遠(yuǎn)低于中國的其他幾個省區(qū)，甚至低于全國09年的平均水平，而人均能值量從生態(tài)經(jīng)濟能量學(xué)角度來衡量人們的物質(zhì)豐富程度以及生活水平的優(yōu)劣.表明山西省老百姓的平均生活質(zhì)量要低于其他省區(qū)，山西省的可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)為1.11.根據(jù)前人的論證說明，ESI值在1～10之間說明區(qū)域經(jīng)濟系統(tǒng)富有發(fā)展?jié)摿Γ鳨SI>10是經(jīng)濟欠發(fā)達的象征，表明對資源深層次的開發(fā)利用不夠，當(dāng)ESI<1時，經(jīng)濟系統(tǒng)特征為消費型經(jīng)濟系統(tǒng)，此時系統(tǒng)的進口資源和勞務(wù)能值量在總能值使用量當(dāng)中所占比重特別大[14].表明山西省生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的發(fā)展富有潛力，可持續(xù)性在增強.說明自2008年以來，受國際能源市場影響以及山西省主動進行的對產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型和企業(yè)的深化改革還是卓有成效的.

表4 山西省經(jīng)濟系統(tǒng)指標(biāo)與其他地區(qū)的比較Tab.4 Comparison of economic system indicators in Shanxi with other areas

4 結(jié)論與建議

4.1 基本結(jié)論

依據(jù)山西省新世紀(jì)17年來的能值流量以及能值指標(biāo)情況可以看出，環(huán)境負(fù)荷率(ELR)指數(shù)，在2000年到2016年期間飛速攀升，說明山西省這17年來的不可更新資源消耗量極大，第二產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展對資源的依賴性極大.山西省能值可持續(xù)指標(biāo)(ESI)17年來逐年降低，表明隨著科技的發(fā)展，生產(chǎn)工藝的改進，山西省的生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)效率逐漸提高.2016年山西省能值可持續(xù)指標(biāo)(ESI)為1.11，相比其他省份區(qū)域經(jīng)濟系統(tǒng)富有潛力，雖然山西省主動進行的對產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型和企業(yè)的深化改革已經(jīng)取得了一定成績，但是多年來粗放型的發(fā)展方式帶來的一系列環(huán)境問題短時間內(nèi)不可能徹底的扭轉(zhuǎn)，山西省發(fā)展改革的任務(wù)依然艱巨.

4.2 政策建議

(1)重點打造有區(qū)域特色的綠色產(chǎn)業(yè)，提高山西省生態(tài)文明建設(shè)的水平和層次.努力降低不可更新資源投入，從山西省實際出發(fā)，圍繞資源開發(fā)，資源利用，廢棄物再生，社會消耗等四個環(huán)節(jié)重點打造清潔能源，非耗能型，可持續(xù)性的服務(wù)產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈整體提升全省生態(tài)文明的建設(shè)水平.

(2)實施創(chuàng)新驅(qū)動，提升可持續(xù)發(fā)展水平.加大科學(xué)技術(shù)力量投入和努力引進先進的生產(chǎn)工藝以及管理理念，培育自主創(chuàng)新能力，提高企業(yè)的科技競爭力，圍繞山西省現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)規(guī)劃，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局，目的在于降低能源資源的浪費，實現(xiàn)山西經(jīng)濟可持續(xù)性水平的快速發(fā)展.

(3)實施品牌戰(zhàn)略，依據(jù)山西省的資源以及文化優(yōu)勢，重點打造一批涵蓋裝備制造，能源，特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)品，文化旅游項目等全方位，多領(lǐng)域的優(yōu)秀帶頭企業(yè)，將零散的旅游資源整合成系統(tǒng)的旅游產(chǎn)品，形成有山西特色的旅游一條龍產(chǎn)業(yè)，如晉南歷史文化一條龍旅游等，真正打造有競爭力的旅游產(chǎn)業(yè)，為山西省社會經(jīng)濟發(fā)展打造良好氛圍.

(4)積極踴躍參與“一帶一路”的國家戰(zhàn)略規(guī)劃，搭乘國家戰(zhàn)略快班車，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，輸出過剩的產(chǎn)能.實施積極的開放政策，加強與外省之間的全方位合作，加強與外部的交通和信息聯(lián)系，進而實現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施的互聯(lián)互通以及人才、信息、資金等要素的高效配置，帶動山西大融入、大發(fā)展.

5 討論

生態(tài)環(huán)境等要素比如廢棄物能值等被建設(shè)性的納入能值分析的參考范圍內(nèi),能夠?qū)ρ芯繀^(qū)的具體發(fā)展情況作出生態(tài)范疇的參考及其對經(jīng)濟發(fā)展的影響，彌補了傳統(tǒng)方式對研究區(qū)經(jīng)濟發(fā)展研究唯GDP論的不足.但是能值分析法還存在著許多難以解決的問題.

文章的絕大多數(shù)數(shù)據(jù)都來自于中國及各省區(qū)的統(tǒng)計數(shù)據(jù),而不同年份的統(tǒng)計數(shù)據(jù)其統(tǒng)計口徑和統(tǒng)計內(nèi)容都可能有差異,給得出的研究結(jié)果帶來不確定性.

能值轉(zhuǎn)換率是純理論性的范疇,其正確性需要打一個問號,在具體的運用過程中,往往會借鑒前人的研究數(shù)據(jù)和結(jié)果,而不同區(qū)域的不同物質(zhì)的能值轉(zhuǎn)換率會受到區(qū)域差異比如自然、經(jīng)濟、社會等的影響,能值轉(zhuǎn)換率的糾正使用是嚴(yán)重的問題.

能值分析指標(biāo)體系作為定量分析的結(jié)構(gòu)表征,關(guān)鍵在于建立一個科學(xué)合理的可根據(jù)研究區(qū)、研究內(nèi)容的具體差異可調(diào)整參數(shù)的科學(xué)指標(biāo)體系,這樣能值分析法才能放心、合理的使用,以便于發(fā)揮其優(yōu)勢,這是研究者應(yīng)該深入考慮探討的問題.