基于能值分析的城市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)可持續(xù)性評(píng)價(jià)
——以天津市為例

胡 彪，苑 凱，李新龍，牛亭云，關(guān)玉瓊

（1.天津理工大學(xué)，天津 300384；2.廈門(mén)大學(xué)，福建廈門(mén) 361005；3.北京大學(xué)，北京 100084）

城市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)在社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境可持續(xù)性問(wèn)題上發(fā)揮著關(guān)鍵作用。盡管城市總面積只占世界總土地面積的2%左右，但卻貢獻(xiàn)了全球生產(chǎn)總值（GDP）的70%；世界人口的一半以上生活在城市中，然而，城市也承擔(dān)了超過(guò)60%的全球能源消耗、70%的全球溫室氣體排放和70%的全球廢物［1］。作為世界上最大的發(fā)展中國(guó)家，中國(guó)的城市聚集與快速增長(zhǎng)的城市人口更面臨巨大的挑戰(zhàn)。近年來(lái)，中國(guó)許多城市通過(guò)發(fā)展可再生能源、建立生態(tài)目標(biāo)評(píng)價(jià)體系、加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)和恢復(fù)等措施，制定了一系列促進(jìn)生態(tài)文明進(jìn)步的政策，如馬程等［2］以北京市生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)為例,利用能值評(píng)估方法評(píng)估該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),分析各生態(tài)系統(tǒng)及其與城市系統(tǒng)之間的服務(wù)流動(dòng)和依賴關(guān)系，提出在未來(lái)的發(fā)展規(guī)劃中對(duì)森林和水域生態(tài)系統(tǒng)的保育應(yīng)給予足夠關(guān)注的政策啟示；徐麗婷等［3］以長(zhǎng)江三角洲城市群為案例區(qū)，運(yùn)用熵值-TOPSIS 模型評(píng)價(jià)城市生態(tài)化水平的變化及差異，指出未來(lái)生態(tài)城市建設(shè)應(yīng)立足城市自身發(fā)展?fàn)顩r，因地制宜地提升城市生態(tài)化水平，建設(shè)高質(zhì)量生態(tài)城市的政策建議。在“雙碳”目標(biāo)背景下對(duì)中國(guó)的城市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)可持續(xù)性評(píng)估，有關(guān)評(píng)估結(jié)果可以為城市管理者提供城市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)可持續(xù)性的影響因素，并為其制定有關(guān)行動(dòng)和政策提供依據(jù)。

1 文獻(xiàn)回顧

國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)采用不同的研究方法評(píng)估社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境系統(tǒng)可持續(xù)性。其中，Tang 等［4］基于SBM-DEA 效率研究方法研究新陳代謝可持續(xù)性核算在城市中的應(yīng)用；Brown 等［5］基于全生命周期理論展開(kāi)對(duì)熱電與光伏發(fā)電的邊界和投資對(duì)城市可持續(xù)性發(fā)展的研究；Pan［6］等利用水足跡研究鉛酸電池回收對(duì)城市可持續(xù)性評(píng)價(jià)的影響；Geng 等［7］利用物質(zhì)流分析中國(guó)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)；Su 等［8］基于環(huán)境污染集成的能值分析方法研究中國(guó)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的可持續(xù)性；Liu 等［9］利用能值分析對(duì)北京市城市生活用水代謝系統(tǒng)的可持續(xù)性進(jìn)行評(píng)價(jià)；Reza 等［10］基于能值的生命周期評(píng)價(jià)（Em-LCA）對(duì)城市基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)可持續(xù)性進(jìn)行評(píng)價(jià)；喻鋒等［11］基于能值分析和生態(tài)用地分類展開(kāi)對(duì)中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值核算的研究；陳亮等［12］以北京市為案例,采用能值分析方法對(duì)其自然資本存量及自然資本持續(xù)度進(jìn)行評(píng)價(jià)；胡彪等［13］利用耦合協(xié)調(diào)度模型展開(kāi)對(duì)區(qū)域科技創(chuàng)新與生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展及可持續(xù)性研究。

然而，上述研究所采用的方法最初并不是針對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)這類具有反饋特性的整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的，因此大多忽略了不同物質(zhì)、能量和服務(wù)之間質(zhì)的差異以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和自然環(huán)境之間相互作用的復(fù)雜性。而Shen 等［14］、Ulgiati 等［15］、Zhang 等［16］、Nimmanterdwong 等［17］和Cao 等［18］的研究均表明，基于能量和生態(tài)熱力學(xué)原理的能值分析法（emergy analysis）可以把所有不同類型的能量、資源、產(chǎn)品甚至勞動(dòng)和服務(wù)轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一維度的太陽(yáng)能，更客觀地評(píng)估非市場(chǎng)投入活動(dòng)，彌補(bǔ)缺少市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)分析的不足，反映自然資源和生態(tài)服務(wù)的實(shí)際成本。同時(shí)有研究指出，能值分析法對(duì)物質(zhì)的流動(dòng)以及能量傳遞的深刻分析，使其成為系統(tǒng)分析與可持續(xù)評(píng)估的必要工具［19］。此外，從研究對(duì)象上看，目前運(yùn)用能值分析法的研究主要從產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)、國(guó)家、區(qū)域、省份、生態(tài)城市系統(tǒng)等不同層面來(lái)展開(kāi)。如，李春發(fā)等［20］以天津?yàn)I海新區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)為研究對(duì)象，基于能值分析法對(duì)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性進(jìn)行研究；李志龍等［21］以武陵山片區(qū)為研究對(duì)象，基于能值理論對(duì)旅游生態(tài)化進(jìn)行測(cè)度及空間異質(zhì)性分析；Pan 等［22］以全球國(guó)家為研究對(duì)象展開(kāi)環(huán)境核算方法的研究分析；Cohen 等［23］基于能值合成法展開(kāi)對(duì)肯尼亞多尺度土壤侵蝕的環(huán)境成本的研究；Pan等［24］以四川省為研究對(duì)象，基于能值評(píng)價(jià)方法對(duì)工業(yè)園區(qū)進(jìn)行評(píng)價(jià)與改進(jìn)分析；Wang 等［25］基于能值理論展開(kāi)對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的優(yōu)化與評(píng)價(jià)；Li 等［26］以山東日照市為例，基于能值分析方法對(duì)生態(tài)城市系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析。

因此，本研究基于能值分析理論，以天津市為例，分析其生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)在環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)3 個(gè)維度下的綜合績(jī)效水平，以期為政府決策者和城市管理者在改善區(qū)域可持續(xù)發(fā)展方面提供參考。

2 研究方法與數(shù)據(jù)

能值分析法以生態(tài)熱力學(xué)理論為基礎(chǔ)，由美國(guó)生態(tài)學(xué)家Odum［27］5提出，Brown 等［28］隨后對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)描述。陳亮等［12］認(rèn)為能值分析法可以將消耗的自然資源納入生產(chǎn)成本進(jìn)行衡量，以評(píng)估自然資源對(duì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的貢獻(xiàn)。能值分析法以能值轉(zhuǎn)換率（unit emergy value）作為轉(zhuǎn)換系數(shù)，將各種物質(zhì)轉(zhuǎn)換為能值進(jìn)行計(jì)算，并將能值定義為生產(chǎn)任何一單位產(chǎn)品或服務(wù)的直接或間接需求能量的總量，單位為sej。地球生物圈能值基準(zhǔn)（global emergy baseline）是指每年向地球上的生物圈輸入的總能值。能值基準(zhǔn)被修訂過(guò)許多次，本研究參考Shen 等［14］的做法，采用最新的能值基準(zhǔn)GEB2016，其值為12E+24 sej/a。

能值分析法的基本步驟如下：首先，收集評(píng)估對(duì)象基本信息和數(shù)據(jù)并確定系統(tǒng)邊界；其次，繪制系統(tǒng)能流圖，描繪系統(tǒng)各層面的輸入和輸出關(guān)系，同時(shí)構(gòu)建能值評(píng)價(jià)指標(biāo)，并通過(guò)每項(xiàng)輸入能流的原始數(shù)據(jù)乘以該項(xiàng)能值轉(zhuǎn)換率（UEV）得到相應(yīng)的能值數(shù)據(jù)；最后分析能值指標(biāo)，綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)的可持續(xù)性發(fā)展指數(shù)。

2.1 范圍與邊界

天津市作為中國(guó)4 個(gè)直轄市之一，地處山東半島與遼寧半島交匯點(diǎn)，處于環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈的核心位置，城市配套設(shè)施完善，交通發(fā)達(dá)，全市總面積達(dá)11 966.45 km2［29］，管轄16 個(gè)市轄區(qū)，為大陸性季風(fēng)氣候。

根據(jù)Odum［27］5提出的能值理論，能值流入城市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)主要包括4 個(gè)組成部分：（1）可再生資源能值（R），是每天從環(huán)境中自然流入的一個(gè)系統(tǒng)，包括陽(yáng)光、風(fēng)、雨（位勢(shì)）、雨（化學(xué)）和地?zé)崮?，其中地?zé)崾侵敢晕粍?shì)和化學(xué)勢(shì)的形式儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)化的可用能量［7］。（2）不可再生資源（LN），包括煤炭、汽油、柴油和表土流失［10］。（3）購(gòu)買和外部來(lái)源（IN），指不可再生能源的能值從研究區(qū)域外獲得的資源，通常包括燃料（煤、原油、天然氣、汽油、柴油、石油、焦炭）、水泥、鋼鐵、化肥、旅游、服務(wù)和進(jìn)口，以及從外部購(gòu)買的其他有關(guān)物品［10］。（4）流入市場(chǎng)能值（EXP），指在研究區(qū)域系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)出的產(chǎn)品和服務(wù)通過(guò)市場(chǎng)交易形式流出。本研究中的城市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，輸入的資源為燃料、電、商品、機(jī)器、勞動(dòng)力、服務(wù)以及可再生資源［14］，輸出的是廢物排放量能值及產(chǎn)品與服務(wù)能值，系統(tǒng)的物質(zhì)能量流動(dòng)過(guò)程如圖1 所示。

圖1 生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)物質(zhì)能量流動(dòng)過(guò)程

2.2 構(gòu)建能值指標(biāo)

構(gòu)建涵蓋社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和自然環(huán)境3 個(gè)子系統(tǒng)的系列績(jī)效指標(biāo)來(lái)評(píng)估天津市的經(jīng)濟(jì)和資源利用發(fā)展?fàn)顩r，對(duì)天津市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)進(jìn)行能值分析與評(píng)價(jià)。具體指標(biāo)如表1 所示。

表1 天津市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

表1（續(xù)）

2.3 量化生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)

Diaz 等［30］提出的IPBES 概念框架將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分為調(diào)節(jié)服務(wù)、管理服務(wù)和文化服務(wù)3 類。為了評(píng)估環(huán)境對(duì)存在于現(xiàn)有市場(chǎng)外部的人類活動(dòng)所作的貢獻(xiàn)，本研究將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)量化為能量或能量質(zhì)量值，并僅重點(diǎn)考慮調(diào)節(jié)服務(wù)和文化服務(wù)的量化。

（1）調(diào)節(jié)服務(wù)?？紤]到天津市的經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和森林覆蓋率，參考Su 等［8］的方法，將固碳和O2的釋放、污染治理、水源保護(hù)和土壤保持被視為調(diào)節(jié)服務(wù)。其中：

碳固存和O2釋放的一般方程如下：

參考Zhang 等［16］研究，主要以大自然吸收SO2和減緩粉塵方面的作用來(lái)衡量污染治理。公式如下：

式（4）（5）中：Ew為水資源保護(hù)的能值；Qw為保護(hù)水資源的量；ρ 為水的密度（103kg/m3）；G為水能量的吉布斯指數(shù)（4.94×109J/kg）；Tw為相應(yīng)的能值轉(zhuǎn)化率（sej/J）；P 為年平均降雨量（m）；E 為年均蒸發(fā)量（m）。

式（6）～（9）中：Esw為土壤保持力的能值；Qsw為土壤的數(shù)量保留率；為表土能量轉(zhuǎn)換率，參考Cohen 等［23］的做法，平均值按中國(guó)亞熱帶表土熱值（19.42×103J/g）；Tsw是相應(yīng)的能值轉(zhuǎn)換率；RKLS 為潛在土壤流失量；USLE 為實(shí)際土壤流失量；Q 為降雨侵蝕力；K 為土壤可蝕性；LS 為坡長(zhǎng)梯度系數(shù)；C 為作物管理因子；S 為支持實(shí)踐因素。

（2）生態(tài)系統(tǒng)文化服務(wù)。如趙士洞等［31］根據(jù)《千年生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估》（2005 年）總結(jié)提出文化服務(wù)指非物質(zhì)利益，即人們從生態(tài)系統(tǒng)中獲得精神財(cái)富、認(rèn)知能力和智慧發(fā)展、反思、娛樂(lè)和審美體驗(yàn)，包括知識(shí)體系、社會(huì)關(guān)系和審美價(jià)值觀。但是Daniel等［32］認(rèn)為，與其他物質(zhì)服務(wù)相比，文化服務(wù)是無(wú)形的非物質(zhì)，很難區(qū)分和識(shí)別文化服務(wù)的真正價(jià)值。結(jié)合實(shí)際情況和數(shù)據(jù)可得性，借鑒Fang 等［33］采用差旅成本法、選擇顯示偏好來(lái)評(píng)估娛樂(lè)活動(dòng)帶來(lái)的生態(tài)旅游效益的做法，本研究把生態(tài)旅游收入作為文化服務(wù)價(jià)值的原始數(shù)據(jù)，以其與能值轉(zhuǎn)換率的乘積來(lái)表示文化服務(wù)的能值。

2.4 敏感性分析

鑒于敏感性分析有助于量化模型參數(shù)對(duì)模型輸出結(jié)果的影響，因此借鑒Cho 等［34］的研究，采用OAT方法（每次改變一個(gè)因素），用于分析不同能值流入對(duì)系統(tǒng)可持續(xù)性指數(shù)的影響；試驗(yàn)結(jié)束后，再根據(jù)Shen 等［14］的做法分別計(jì)算R、LN 和IN 等3 個(gè)能值流入，即分別增加和減少30%時(shí)對(duì)應(yīng)的ESI、EYR 和ELR 的變化情況，這些變化的絕對(duì)差異反映了可持續(xù)性發(fā)展指數(shù)對(duì)系統(tǒng)能值流入量的敏感性。

2.5 數(shù)據(jù)來(lái)源與流程圖

本研究的研究范圍為整個(gè)天津市行政管理區(qū)域，其中材料、能源和經(jīng)濟(jì)方面的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)自2009—2021 年《天津統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒》等。研究的步驟和流程如圖2 所示。

圖2 研究分析步驟和流程

3 結(jié)果分析

3.1 生態(tài)系統(tǒng)能流能值分析

對(duì)2008—2020 年研究期間，采取以4 年為間隔分別選取2008、2012、2016 和2020 年作為代表。如表2 所示，天津市可再生資源的能值整體呈下降趨勢(shì)，2020 年較2008 年下降8.94%，其中2008、2012、2016 和2020 年的能值占整個(gè)系統(tǒng)總能值的比例分別為44%、33%、25%和19%，占比逐年下降；不可再生資源整體呈上升趨勢(shì)，2020 年較2008年上升58.6%，年均增幅達(dá)4.88%，其中2008、2012、2016 和2020 年的能值占整個(gè)系統(tǒng)總能值的比例分別為2.82%、2.67%、2.61%和2.12%，占比逐年下降；購(gòu)買和外部來(lái)源整體呈上升趨勢(shì)，2020年較2008 年上升214%，年均增幅達(dá)17.83%，其中2008、2012、2016 和2020 年的能值占整個(gè)系統(tǒng)總能值的比例分別為53%、64%、72%和79%，逐年上升態(tài)勢(shì)；流入市場(chǎng)能值整體呈上升趨勢(shì)，2020 年較2008 年上升204.69%，年均增幅達(dá)17.06%。

表2 天津市生態(tài)系統(tǒng)的能流能值統(tǒng)計(jì)

3.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能值分析

如 表3 所 示，2008 年、2012 年、2016 年和2020 年天津市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的總能值分別為5.63E+22 sej、1.07E+23 sej、1.30E+23 sej 和1.67E+23 sej，其中調(diào)節(jié)服務(wù)功能占整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的比例較高，分別為96.1%、95.3%、95.4%、94.0%。調(diào)節(jié)服務(wù)功能中，水源保護(hù)指標(biāo)能值最高，2008 年、2012 年、2016 年和2020 年水源保護(hù)能值占整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總能值的比例分別為81.5%、82.4%、81.5%和80.8%，其他種類的能值占比小于10%。

表3 天津市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能值統(tǒng)計(jì)結(jié)果

3.3 能值指標(biāo)分析

天津市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)整體評(píng)價(jià)分析結(jié)果如表4所示。具體分析如下：

表4 2008—2020 年天津市社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境子系統(tǒng)能值指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

（1）社會(huì)子系統(tǒng)能值分析。2008—2020 年，天津市從外界輸入能值量呈現(xiàn)逐年增加的態(tài)勢(shì)，增速明顯，年均增速達(dá)17.87%，反映出天津市近10年來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)外界的依賴性和需求性不斷增強(qiáng)；人均可再生資源量整體上不斷下降，且降速明顯，年均減少達(dá)6.93%，反映出天津市可再生資源方面壓力不斷增高，需加強(qiáng)對(duì)可再生資源的開(kāi)發(fā)與利用，使可再生資源能值不斷創(chuàng)造新高度；人均能值量整體呈現(xiàn)不斷上升趨勢(shì)，年均增長(zhǎng)幅度達(dá)6.57%，反映出天津市居民生活水平與質(zhì)量不斷提高，經(jīng)濟(jì)取得了較快發(fā)展；人均不可再生資源需求量不斷提高，年均增長(zhǎng)幅度達(dá)13.40%，反映出天津市經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展需優(yōu)化更新升級(jí)，迫切需要減少對(duì)不可再生能源的需求與依賴，以更好地發(fā)展和利用清潔能源與可再生能源，助推經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型發(fā)展；能值密度增幅明顯，年均增長(zhǎng)幅度達(dá)9.27%，反映出天津市工業(yè)基礎(chǔ)比較發(fā)達(dá)，經(jīng)濟(jì)活動(dòng)較活躍。

（2）經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)能值分析。2008—2020 年，天津市電力能值比年均增幅達(dá)2.87%，反映出天津市的信息化和工業(yè)化水平發(fā)展速度較慢，因此需加大科技研發(fā)力度，借助大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)、淘汰落后產(chǎn)業(yè)，推進(jìn)重工業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型，以數(shù)字技術(shù)助推產(chǎn)業(yè)高級(jí)化、智能化發(fā)展；能值貨幣比年均下降1.86%，說(shuō)明天津市現(xiàn)代化發(fā)展水平不斷上升，全市生產(chǎn)總值增速相對(duì)緩慢，單位貨幣所獲得的自然生態(tài)價(jià)值在逐漸減少，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展越來(lái)越依賴于外部購(gòu)買；能值交換率從2008 年的0.81上升到2020 年的0.84，增長(zhǎng)較慢，增幅為3.7%，說(shuō)明天津市勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)規(guī)模較大，迫切需向知識(shí)密集型的集約發(fā)展轉(zhuǎn)型，提高輸入輸出效率；能值產(chǎn)出率從2008 年的1.89 下降到2020 年的1.27，下降幅度達(dá)32.8%，說(shuō)明近10 年來(lái)天津市受產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)區(qū)位與資源匱乏的影響較大，為滿足經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需不斷輸入能值，而能值輸入增長(zhǎng)了314%，進(jìn)一步表明天津市未來(lái)迫切需要發(fā)展先進(jìn)綠色制造業(yè)與新能源等新興產(chǎn)業(yè)；能值投資率整體處于上升趨勢(shì)，從2008 年0.53 上漲到2020 年的0.79，增長(zhǎng)幅度達(dá)49.06%，說(shuō)明天津市大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)建設(shè)，政府和社會(huì)資本不斷涌入，為經(jīng)濟(jì)注入活力；能值輸出比從2008 年的0.65 上漲到2020 年的0.94，增幅明顯，達(dá)44.62%，表明天津市能值輸出能力隨著科技的進(jìn)步在逐步增強(qiáng)。

（3）環(huán)境子系統(tǒng)能值分析。2008—2020 年，天津市能值自給率整體上不斷下降，從2008 年的0.47 下降到2020 年的0.21，下降幅度達(dá)55.3%，說(shuō)明天津市本地資源已不能滿足其經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的需求，對(duì)區(qū)域外資源的依賴逐漸加強(qiáng)；可再生資源比從2008 年的0.44 降到2020 年的0.19，下降幅度達(dá)56.8%，說(shuō)明天津市經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)能源結(jié)構(gòu)的需求更多依賴于不可再生資源的消耗，迫切需要建立和完善循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展體系，攻克綠色技術(shù)創(chuàng)新難關(guān)，改善和優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)；環(huán)境負(fù)載率從2008 年的1.25上升到2020 年的4.23，環(huán)境負(fù)載壓力增長(zhǎng)幅度達(dá)238%，可見(jiàn)近10 年來(lái)天津市經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)環(huán)境造成的壓力巨大，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)力仍主要來(lái)源于高強(qiáng)度的資源開(kāi)發(fā)與環(huán)境脅迫；可持續(xù)發(fā)展指數(shù)（ESI）1）在2008 年為1.51，說(shuō)明2008 年前后天津市處于經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)發(fā)展階段；2012 年到2020 年可持續(xù)發(fā)展指數(shù)一直小于1，表明天津市2012 年之后經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度變緩，開(kāi)始逐步向高消費(fèi)、低產(chǎn)出發(fā)展，發(fā)展?jié)摿ψ內(nèi)酰瑓^(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)環(huán)境壓力較大，可持續(xù)發(fā)展能力有待提高；能值可持續(xù)發(fā)展指數(shù)整體上處于下降趨勢(shì)，從2008 年的1.22 下降到2020 年的0.25，降速明顯，年均降速幅度達(dá)6.63%，表明隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，天津市的生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)可持續(xù)性在不斷下降，因此加強(qiáng)對(duì)生態(tài)和環(huán)境的有效控制已迫在眉睫。

3.4 敏感性分析

根據(jù)表5 可知，對(duì)于天津市的生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)：（1）當(dāng)R 減少30% 時(shí)，2008 年、2012 年、2016年和2020 年ESI 指數(shù)分別減少39.07%、36.84%、34.78%、33.33%；當(dāng)R 增加30%時(shí)，ESI 指數(shù)分別是原來(lái)的27.66 倍、34.57 倍、38.67 倍、51.23 倍，且EYR 和ELR 同樣表現(xiàn)出較高的敏感性，增幅比較明顯，但是當(dāng)R 增加30%時(shí)，ESI 全部大于10 代表經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)狀態(tài)，因此要在系統(tǒng)原本能流投入的基礎(chǔ)上適度增加R 的投入量，以更有效地提高區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展水平。（2）當(dāng)LN 減少或增加30%時(shí)，對(duì)ESI、EYR 和ELR 影響都不大。（3）當(dāng)IN 減 少30% 時(shí)，2008 年、2012 年、2016 年和2020 年的ESI 指數(shù)分別增加68.21%、63.16%、56.52%、53.33%，且ESI 指數(shù)的值都在1～10 之間，表明該系統(tǒng)可持續(xù)性發(fā)展比較具有潛力；當(dāng)IN增加30%時(shí)，2008 年、2012 年、2016 年和2020 年的ESI 指數(shù)分別減少30.46%、28.95%、28.26%、26.67%，同時(shí)EYR 和ELR 也同樣表現(xiàn)出較高的敏感性。綜上表明，R、IN 的投入量變化對(duì)整個(gè)區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展水平影響較大，即系統(tǒng)對(duì)這兩種能流的敏感性比較高，其中R 的投入量需適度，投入過(guò)高與過(guò)低都不適當(dāng)，但I(xiàn)N 投入量的減少將會(huì)大幅提升系統(tǒng)的可持續(xù)性發(fā)展水平與潛力。

表5 天津市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)敏感性分析結(jié)果

4 結(jié)論與啟示

天津市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的總能值用量主要由可再生資源能值、當(dāng)?shù)夭豢稍偕Y源、購(gòu)買和外部來(lái)源三部分構(gòu)成。其中，購(gòu)買和外部來(lái)源2008—2020 年整體上呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，2020 年較2008 年上升幅度達(dá)214%，年均增幅17.83%；當(dāng)?shù)夭豢稍偕Y源2020年較2008 年上升幅度達(dá)58.6%；可再生資源能值處于下降趨勢(shì)。說(shuō)明天津市經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展主要以外部能值輸入及當(dāng)?shù)夭豢稍偕Y源的消耗來(lái)拉動(dòng)。

天津市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的能值自給率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，表明本地資源已不能滿足自身經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展需求，區(qū)域發(fā)展對(duì)外界的依賴程度在增強(qiáng)，系統(tǒng)安全性、可持續(xù)性較低；環(huán)境負(fù)載率持續(xù)增長(zhǎng)，環(huán)境負(fù)載壓力增長(zhǎng)幅度達(dá)238%，且系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展指數(shù)下降，系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展?jié)摿ψ內(nèi)?，表明天津市?jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)生態(tài)環(huán)境造成極大壓力，自然生態(tài)系統(tǒng)功能不斷減弱，系統(tǒng)處于超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。因此，優(yōu)化天津市能源利用結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)新能源和提高可再生資源利用水平是迫切需要解決的問(wèn)題。

天津市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的能值交換率整體處于上升狀態(tài)，雖然系統(tǒng)的能值產(chǎn)出率逐年下降，但考慮到天津市所處發(fā)展階段，其能值產(chǎn)出率將會(huì)隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)和新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換的逐步完成而大幅提高；此外，系統(tǒng)的能值密度和人均能值量呈現(xiàn)逐年增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，且高于國(guó)內(nèi)很多其他發(fā)達(dá)地區(qū)，表明天津市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的能值集約水平高、居民生活幸福度高。

天津市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)中，調(diào)節(jié)服務(wù)功能占整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能值的比例最高；生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的能值流中，可再生資源能值、當(dāng)?shù)夭豢稍偕Y源投入量的變化對(duì)整個(gè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的可持續(xù)性發(fā)展指數(shù)影響較大，表明系統(tǒng)對(duì)這兩種能值流的敏感性比較高。

針對(duì)天津市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)，未來(lái)一個(gè)時(shí)期內(nèi)，天津市需逐步建立和完善循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展體系，不斷發(fā)展綠色創(chuàng)新技術(shù)，改善產(chǎn)業(yè)和能源消耗結(jié)構(gòu)，培育一批新興綠色產(chǎn)業(yè)，降低對(duì)不可再生資源和外部資源與環(huán)境的依賴性，適度開(kāi)發(fā)當(dāng)?shù)乜稍偕Y源，逐步提高可持續(xù)發(fā)展能力，建設(shè)資源節(jié)約型與環(huán)境友好型城市。

注釋：

1）可持續(xù)性發(fā)展指數(shù)（ESI）用于評(píng)價(jià)城市與城市經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展?jié)摿?。根?jù)布朗和烏爾賈蒂的定義，當(dāng)1 ≤ESI ≤10，表明區(qū)域發(fā)展處于經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)階段，有較大的發(fā)展?jié)摿?；?dāng)ESI＞10，表明區(qū)域發(fā)展處于經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)的發(fā)展階段；ESI＜1，表明區(qū)域發(fā)展處于高消費(fèi)、低產(chǎn)出的發(fā)達(dá)階段。