高新才，馬 麗

（蘭州大學 經(jīng)濟學院，甘肅 蘭州730000）

一、引言

21世紀人類社會發(fā)展的文明成果應該以生態(tài)文明的形態(tài)體現(xiàn)出來。當前，在經(jīng)濟急速發(fā)展的時代，資源環(huán)境問題已經(jīng)成為制約人類經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸。如何正確處理人與經(jīng)濟、人與資源環(huán)境三者之間的關系，是順利實現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略問題。十八大報告提出，“把生態(tài)文明建設放在突出地位，融入經(jīng)濟建設、政治建設、文化建設、社會建設等各方面和全過程，努力建設美麗中國，實現(xiàn)中華民族永續(xù)發(fā)展?！睆氖宕髨蟾婷鞔_提出實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略到十八大再一次強調(diào)生態(tài)文明建設的重要性，足以說明黨中央進行綠色發(fā)展、循環(huán)發(fā)展、低碳發(fā)展，可持續(xù)發(fā)展的決心。本文在響應國家實現(xiàn)生態(tài)文明的指導方針前提下，嘗試應用能值生態(tài)足跡理論衡量、分析武威市的生態(tài)占用和能源消耗情況，并通過測算武威市的可持續(xù)發(fā)展狀態(tài)，期望為改善當?shù)氐漠a(chǎn)業(yè)結構提供理論依據(jù)。

武威市位于河西走廊地區(qū)東部，是甘肅省乃至西北地區(qū)最具優(yōu)勢的天然綠色農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)基地，對甘肅省的社會經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展起著重要的支撐作用。其氣候?qū)俚湫偷拇箨懶詺夂?，年平均氣?．8℃，極端氣溫最高36．6℃，最低－29．8℃。降水量60—610毫米，蒸發(fā)量1 400—3 010毫米，日照時數(shù)2 200—3 030小時，無霜期85—165天。面積33 249平方千米，常住人口1 819 700人，聚居著漢、藏、回、蒙古等38個民族。武威礦產(chǎn)資源種類多、儲量大、品位高，有各類礦點100多處、30多種，探明儲量的礦種有15種，約占全省已發(fā)現(xiàn)礦產(chǎn)的23%。武威市是一個多民族聚居、人口密度較大、水資源嚴重缺乏、生態(tài)環(huán)境極其脆弱的地區(qū)，其生態(tài)環(huán)境問題在西北地區(qū)具有一定的典型性，因而如何實現(xiàn)武威市社會經(jīng)濟與人口、資源、環(huán)境協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展，建設美麗武威，關系到甘肅省乃至西北地區(qū)的全面發(fā)展，是政府和學者們關注的焦點，這也正是本文選題的意義所在。

二、能值生態(tài)足跡相關研究介紹

國內(nèi)學者趙晟（2004年）率先嘗試將能值理論應用到甘肅省生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)中[1]，對甘肅的可持續(xù)發(fā)展程度進行測算，以便評估環(huán)境資源對經(jīng)濟造成的具體影響，首次跨越了生態(tài)足跡模型土地生產(chǎn)能力的局限，并在其后的計算中得出，傳統(tǒng)生態(tài)足跡結果為1．74hm2，能值足跡為5．15hm2[2]。張芳怡（2006年）首次提出將能值理論與生態(tài)足跡模型相結合，用能值轉(zhuǎn)換率將生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)中的各種能量流換算成相應的土地面積，放棄了以往模型使用均衡因子和產(chǎn)量因子來做轉(zhuǎn)換率，最后通過比較得出生態(tài)赤字和生態(tài)盈余，來度量該區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展狀況[3]。其他學者同樣應用能值生態(tài)足跡模型開始對各地的可持續(xù)發(fā)展狀況進行度量，主要研究尺度分為全國[4]、省級[5]、市級[6]、縣級[7]、區(qū)級[8]，同時，學者王明全（2008年）將以前傳統(tǒng)生態(tài)足跡模型的計算結果與引進能值理論后生態(tài)足跡模型的計算結果進行對照，發(fā)現(xiàn)與研究區(qū)域可持續(xù)發(fā)展狀態(tài)的衡量結果一致，但是后者得出的計算結果更為準確，能更真實地反映區(qū)域情況[9]。此外，也有學者逐漸對能值生態(tài)足跡模型做了不同程度的補充和完善。劉淼等（2008年）提出了區(qū)域能值足跡法，使得生態(tài)足跡的計算能進一步能反映區(qū)域?qū)嶋H情況和技術進步，并選取岷江上游1982—2002年的數(shù)據(jù)為樣本分別采用：生態(tài)足跡方法、能值生態(tài)足跡方法、改進的能值生態(tài)足跡方法，使用3種不同方法進行計算分析。而區(qū)域能值足跡法在應用中加大了統(tǒng)計和處理數(shù)據(jù)的難度[10]。趙志強等（2008年）學者在考慮人組織生產(chǎn)的生態(tài)承載力的前提下，將人的勞務價值、區(qū)域資源進出口都納入系統(tǒng)，進行了開放系統(tǒng)下的能值生態(tài)足跡研究，真正體現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展評價模型的綜合性、全面性，把人力資源的利用和提升當?shù)厣鷳B(tài)承載力緊密結合[11]。張雪花，李建等（2010年）提出了能值生態(tài)足跡整合模型，把實體產(chǎn)品產(chǎn)出和虛擬產(chǎn)品供給納入了生態(tài)承載力的計算中。在生態(tài)足跡的計算中，首次考慮了廢棄物排放造成的污染，并將廢棄物的生態(tài)足跡納入天津市生態(tài)足跡計算范圍，拓展了產(chǎn)品類型，使生態(tài)足跡的計算結果更加精確[12]。張東華（2012年）研究昆明地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)安全時重點計算和分析了昆明市2003—2010年水資源生態(tài)足跡狀況，此種方法的應用對分析嚴重缺水型城市的生態(tài)安全有舉足輕重的作用[13]。

綜上所述，能值生態(tài)足跡模型的應用范圍之廣可見一斑，對于區(qū)域可持續(xù)發(fā)展狀態(tài)的度量越來越細化，越深入，而模型發(fā)展也更成熟完善。本文是在以上前人研究成果的基礎上，應用改進生態(tài)足跡模型試圖對武威的可持續(xù)發(fā)展能力做出度量，試圖探索當?shù)氐目沙掷m(xù)發(fā)展瓶頸并對癥下藥。

三、模型介紹

（一）生態(tài)足跡模型（EF）

1992年，加拿大生態(tài)經(jīng)濟學家 William Rees最先提出了生態(tài)足跡概念[14]，其后在他的博士生Wackernagel的研究下形成了完整的生態(tài)足跡模型，并對模型的成立賦予一定的假設前提[15]。基本計算原理，首先依據(jù)生產(chǎn)力大小的不同，在生態(tài)足跡帳戶計算中，將生態(tài)生產(chǎn)性土地劃分為6類：耕地、林地、草地、水域、化石燃料地、建筑用地的需求面積，建立生態(tài)資源、能源資源賬戶兩個子賬戶，然后應用當量因子（即均衡因子）得到各類項目生態(tài)生產(chǎn)性土地面積，加總后得到人類消費資源占用的生態(tài)足跡面積（單位hm2）；其次計算出該地區(qū)實際的自然資源量即生態(tài)承載力，用產(chǎn)出因子將其轉(zhuǎn)換成相應的土地的面積，根據(jù)世界環(huán)境與發(fā)展委員會建議扣除12%的生物多樣性保護面積后，得到區(qū)域總的生態(tài)承載力面積（單位hm2）；最后將兩者進行對比，得出該區(qū)域處于生態(tài)盈余或者是生態(tài)赤字發(fā)展狀態(tài)。

公式中i為消費商品和投入的類型；Pi為i種消費商品的平均生產(chǎn)能力；ci為i種商品的人均消費量；Ai為人均i種交易商品折算的生物生產(chǎn)面積；N為人口數(shù)；ef為人均生態(tài)足跡，EF為總的生態(tài)足跡。

公式中EC、ec為總生態(tài)承載力和人均生態(tài)承載力；Aj、Rj、Yj分別表示j種人均生物生產(chǎn)面積、均衡因子、產(chǎn)量因子。

（3）生態(tài)盈余／赤字

當生態(tài)承載力面積超過生態(tài)足跡面積時，則出現(xiàn)生態(tài)盈余，為正值；反之當生態(tài)足跡面積超過生態(tài)承載力面積時，則為生態(tài)赤字，結果為負值。若生態(tài)足跡與生態(tài)承載力相等，則出現(xiàn)生態(tài)平衡，結果為零。

（二）能值生態(tài)足跡模型（EEF）

由H Todum在20世紀80年代后期提出的能值理論。經(jīng)過不斷發(fā)展和改革，通常在計算中把能源包含的太陽能納入能值生態(tài)足跡模型計算中，利用全球能值密度和區(qū)域能值密度得出能值生態(tài)承載力和能值生態(tài)足跡[16]，然后再進行比較從而確定區(qū)域發(fā)展水平的方法，從一定程度上彌補了生態(tài)足跡模型沒有將可更新資源納入系統(tǒng)評價的不足之處。太陽能值的單位為太陽能焦耳（Sej），是太陽能和能量轉(zhuǎn)換率的乘積。

（1）全球平均能值密度

P為全球平均能值密度，GEI全球年均總能值，GEC為全球土地總面積。

（2）能值生態(tài)承載力的計算

計算能值生態(tài)承載力時與傳統(tǒng)生態(tài)足跡模型不同的是考慮了很多可更新能源，只有可更新能源使得生態(tài)承載力、區(qū)域發(fā)展具有連續(xù)性[17]。當然依照現(xiàn)有的技術和條件，并不是所有的可再生能源都能被開發(fā)、利用，因此，一定程度上可能高估了地球的能值生態(tài)承載力。但是我們?nèi)匀粚⑻柲?、風能、雨水化學能、雨水勢能、地球旋轉(zhuǎn)能等作為集中可更新資源的能值。

EEC表示區(qū)域的人均能值生態(tài)承載力，e表示區(qū)域人均可再生資源的能值，P為全球平均能值密度。扣除12%的用作保護生物多樣性的生態(tài)承載力（摘自WCED）。

（3）能值生態(tài)足跡的計算

用能值轉(zhuǎn)化率，將消費的能量轉(zhuǎn)化為太陽能值，除以該地區(qū)的總人口得到人均太陽能值，最后換算成對應的耕地、林地、草地、化石燃料地、建筑用地的面積，求和即為該區(qū)域消費的生態(tài)足跡[18]。計算公式為：

其中P代表區(qū)域能值密度，是區(qū)域總能值與區(qū)域土地面積的比值。

EEF表示人均消費的生態(tài)足跡；i表示資源類型；ai表示第i種資源的人均生態(tài)足跡；Ci表示第i種資源的人均太陽能值。

四、能值生態(tài)足跡模型應用

（一）數(shù)據(jù)整理

首先根據(jù)《甘肅省發(fā)展年鑒（2012年）》和《武威統(tǒng)計年鑒（2012年）》中的數(shù)據(jù)資料，將原始資料劃分生產(chǎn)項目，主要劃分為生物資源和能源資源賬戶（初級工業(yè)產(chǎn)品）。生物資源細分為糧食和水產(chǎn)品等22種產(chǎn)品（根據(jù)各地的情況具體產(chǎn)品品種有差異）為生物資源賬戶產(chǎn)品，能源資源賬戶選取了煤炭等8種主要的初級工業(yè)產(chǎn)品。依據(jù)生態(tài)足跡分析方法仍然把地球表面的生物生產(chǎn)性土地分為6大種類，包括耕地、林地、草地、水域、建筑用地、化石燃料用地。其中小麥、玉米、棉花、油料作物、蔬菜對應的土地利用類型為耕地；水果、蘋果、梨、葡萄、紅棗、杏子、桃子對應的土地利用類型為林地；豬肉、牛肉、羊肉、禽蛋、奶類綿羊毛、山羊毛對應草地；水產(chǎn)品對應水域。

（二）武威市能值生態(tài)承載力

本模型中一般主要計算了太陽能、風能、雨水勢能、雨水化學能、地球旋轉(zhuǎn)能，為避免計算重復，同一性質(zhì)的能量只選取其能量最大值。由于此研究區(qū)域不靠近海，所以沒有計算潮汐能。P為全球平均能值密度（sej／hm2），GEI為全球一年的自然能值輸入（sej），GEC為全球土地面積（hm2）。根據(jù) Browm的研究可知[19]，全球年均總能值為1．583×1025sej，全球土地面積為5．10×1010hm2，因而可計算出全球平均能值密度 P為3．104×1014sej／hm2[20]。

武威市土地總面積為3．33×107hm2，2011年末總人口為181．97萬人。應用能值改進生態(tài)足跡模型，分別計算武威市2011年生態(tài)足跡和生態(tài)承載力，最后對結果進行比較。首先計算各種可更新資源的太陽能值，為避免重復計算，以其中最大能值作為區(qū)域總能值。在具體計算過程中，太陽能值＝原始能量值×能值轉(zhuǎn)換率，得到風能的太陽能值最大為9．84×1019sej，如表1所示。因此將風能作為武威市可更新資源總能值，除以區(qū)域總人口由此可以得到人均可更新資源能值為5．41×1013sej，根據(jù)（4）式對武威市人均生態(tài)承載力進行計算，采取全球平均能值密度為3．104×1014sej／hm2。得到其計算結果為人均生態(tài)承載力為0．174hm2／cap，扣除12%生物多樣性保護面積之后為0．153 hm2／cap。文中所用的能量轉(zhuǎn)換率參照已有研究結果[21]。

表1 可更新資源太陽能值

（三）武威市能值生態(tài)足跡

將武威市可更新資源總能值除以該區(qū)域土地面積就可以得到區(qū)域能值密度為2．95×1015sej／hm2。生物資源消費賬戶分為農(nóng)產(chǎn)品、畜產(chǎn)品、林產(chǎn)品和水產(chǎn)品等四大類，將各種生物資源的消費量通過基于能值分析的生態(tài)足跡模型轉(zhuǎn)化為提供這類消費需要的生物生產(chǎn)面積。然后根據(jù)（5）式分別計算出武威市2011年度各種消費賬戶項目的人均生態(tài)足跡為3．15 hm2／cap，詳細計算結果如表2和表3所示。其中生物資源賬戶的人均生態(tài)足跡為1．45 hm2／cap，能源資源賬戶的人均生態(tài)足跡為1．70hm2／cap。

表2 能源賬戶能值生態(tài)足跡

表3 生物資源賬戶能值生態(tài)足跡

（四）萬元GDP生態(tài)足跡計算與資源利用效率分析

指產(chǎn)生每萬元GDP所占用的生態(tài)足跡，表示研究區(qū)域內(nèi)每增加一萬元的生產(chǎn)值所需要的生態(tài)足跡大小，即每萬元生產(chǎn)所消耗的自然資源及生態(tài)服務的量。測算結果能較好地反映資源利用效率。萬元GDP生態(tài)足跡越大說明資源利用率越小，反之，萬元GDP生態(tài)足跡越小則資源的利用率越大[22]。這一指標主要用來象征資源利用效率上的差異程度。萬元GDP生態(tài)足跡的計算公式：

萬元GDP生態(tài)足跡＝總人口生態(tài)足跡÷GDP

2011年武威市的GDP為2 728 505萬元，人均生態(tài)足跡為3．15 hm2／cap，得到武威市的萬元GDP生態(tài)足跡為2．10 hm2／萬元。可以看出，武威市每一萬元生產(chǎn)值所消耗的自然資源及生態(tài)服務量較大，資源的整體利用效率較低。

（五）生態(tài)壓力指數(shù)計算及生態(tài)安全等級評價

生態(tài)壓力指數(shù)也稱生態(tài)足跡強度指數(shù)，表示單位生態(tài)承載力面積上所能承載的生態(tài)足跡[23]。生態(tài)壓力指數(shù)的計算公式：生態(tài)足跡強度指數(shù) ＝生態(tài)足跡÷生態(tài)承載力

依據(jù)蘭葉霞（2006年）的研究成果，將生態(tài)壓力指數(shù)劃分為6個等級。生態(tài)壓力指數(shù)小于0．50很安全，0．50－0．80較安全，0．81－1．0稍不安全，1．01－1．50較不安全，1．51－2．00很不安全，大于2．00極不安全。武威市人均生態(tài)承載力為0．153hm2／cap，人均生態(tài)足跡為3．15hm2／cap，則生態(tài)壓力指數(shù)為20．58。區(qū)域的生態(tài)安全受到威脅，且EFI大于2越多，表示生態(tài)不安全的程度越高。依據(jù)武威市2011年生態(tài)壓力指數(shù)的狀況處于極不安全等級，需對當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境給與高度重視。

五、計算結果分析

（一）表2與表3的計算結果

2011武威市人均生態(tài)承載力為0．153hm2／cap，人均生態(tài)總足跡為3．15 hm2／cap，人均生態(tài)赤字為－2．997hm2／cap，表明武威市生態(tài)足跡明顯超過了原有的生態(tài)承載力。其中所占比例最大的是能源用地（99．85%），其它土地類型從大到小依次為草地（49．6%）＞耕地（45．2%）＞林地（5．18%）＞水域（0．39%）＞建筑用地，表明化石燃料用地、草地、耕地、林地和水域的環(huán)境負荷較大，武威市主要以能源、畜牧產(chǎn)品、農(nóng)產(chǎn)品的消費為主，目前的發(fā)展處于不可持續(xù)狀態(tài)。

（二）能值—生態(tài)足跡模型與傳統(tǒng)模型計算結果的比較

表4 傳統(tǒng)生態(tài)足跡模型計算結果

將改進后模型和傳統(tǒng)生態(tài)足跡模型的計算結果進行比較。結果表明，引進能值改進后模型計算出的人均生態(tài)承載力值是0．153 hm2／cap，傳統(tǒng)生態(tài)足跡模型計算出來的人均生態(tài)承載力是0．625hm2／cap，二者相差4．1倍；改進后的人均生態(tài)足跡為3．15hm2／cap，人均生態(tài)足跡是改進后的可利用的人均生態(tài)承載力的20．6倍；傳統(tǒng)方法得出的人均生態(tài)足跡為3．61hm2／cap，改進后的和改進前的人均生態(tài)足跡相差0．46 hm2／cap。其中生物資源賬戶人均生態(tài)足跡是2．08 hm2／cap，初級能源賬戶的人均生態(tài)足跡是1．53 hm2／cap。而改進后的生物資源賬戶的人均生態(tài)足跡為1．45 hm2／cap，能源資源賬戶的人均生態(tài)足跡為1．7hm2／cap。改進前和改進后差距較小。改進后的人均生態(tài)赤字為－2．997hm2／cap，改進前的人均生態(tài)赤字為－2．9 885 hm2／cap，二者較為接近。傳統(tǒng)生態(tài)足跡模型中人均生態(tài)足跡構成比例中，化石能源用地所占比例最大約為42．2%，然后依次為耕地（36．2% ）、草地（20．3%）、林地（1%）、建筑用地和水域最小，同樣體現(xiàn)了武威市的消費主要體現(xiàn)在對能源以及農(nóng)產(chǎn)品、畜產(chǎn)品的消費上（詳細計算結果參見表4）。傳統(tǒng)模型計算生態(tài)承載力和生態(tài)足跡方法引進均衡因子和產(chǎn)量因子，使得計算結果低估了實際承載力和生態(tài)足跡。而改進后的計算基礎是具體產(chǎn)品的產(chǎn)出值，能全面地計算不同土地類型的綜合性產(chǎn)出。本文測算出武威市的平均能值密度是2．95×1015sej／hm2，同樣的計算方法得到甘肅省能值密度是5．65×1009sej／hm2，全國平均能值密度1．32×1011sej／hm2[24]。三者進行比較得出武威市的能值密度遠高于甘肅省和全國平均水平，說明武威市經(jīng)濟系統(tǒng)開發(fā)程度處于較高的水平，面臨較大的環(huán)境壓力。

六、結語

本文運用基于能值改進的生態(tài)足跡模型以及傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的生態(tài)足跡模型分別計算了武威市的生態(tài)足跡和生態(tài)承載力，均得出生態(tài)足跡超出了生態(tài)承載力，當?shù)靥幱诓豢沙掷m(xù)發(fā)展經(jīng)濟狀態(tài)的結果。但是，在實際計算過程中遇到的問題有：例如武威市的當歸、黨參等其他中藥材產(chǎn)量沒有納入到本地產(chǎn)品生物資源賬戶的計算中來，因為沒有相應的能量折算系數(shù)和能量轉(zhuǎn)換率去轉(zhuǎn)換，使得最終的計算結果低估了生態(tài)足跡值。此外，由于當?shù)氐臄?shù)據(jù)資料有限，各種資源產(chǎn)品的分類較粗，一些資源項目數(shù)據(jù)缺失，依據(jù)甘肅省的相應項目進行了簡化處理，使得最終得到的能值人均生態(tài)足跡和能值生態(tài)承載力比實際情況都偏小。因此，引進能值理論改進后的生態(tài)足跡模型的指標體系也需進一步加強，以便更好地為研究區(qū)域提供更加完整和科學的依據(jù)。

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