王鵬成， 鄭國璋

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

基于能值理論的城市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展研究
——以山東省威海市為例

王鵬成， 鄭國璋*

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

近年來，關(guān)于城市復(fù)合系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展研究一直以來是人文地理學(xué)研究的重要領(lǐng)域.但基于能值理論對城市可持續(xù)發(fā)展能力的定量研究多集中在某一年度或某不連續(xù)的幾個(gè)年度，缺乏對某一地區(qū)的持續(xù)動(dòng)態(tài)研究，使得研究具有很大偶然性和預(yù)見性[1].以2005年～2014年的威海市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)為研究對象，運(yùn)用能值理論對其可持續(xù)發(fā)展能力進(jìn)行定量分析.從系統(tǒng)能值流10 a的動(dòng)態(tài)變化中發(fā)現(xiàn)：1)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的能值總量、經(jīng)濟(jì)反饋輸出能值、不可更新資源能值總體呈現(xiàn)快速增加的態(tài)勢，可更新資源能值和經(jīng)濟(jì)反饋輸入能值變化不大；2)環(huán)境負(fù)載率從2005年的1.21上升到2014年2.11，2008年達(dá)到十年中環(huán)境負(fù)載率的最大值2.18，總體呈現(xiàn)不斷上升的趨勢；3)ESI的數(shù)值在3.5～7.5之間波動(dòng)，EISD的數(shù)值在1～3之間波動(dòng)，兩個(gè)指標(biāo)在數(shù)值上總體波動(dòng)較大，并且總體態(tài)勢呈現(xiàn)下降的趨勢.上述發(fā)現(xiàn)表明：1)威海市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的高品質(zhì)的能值不斷流出，雖然整個(gè)系統(tǒng)的能值總量在增加但是系統(tǒng)真正獲得能值財(cái)富在相對減少；2)威海市在社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)自然生態(tài)系統(tǒng)正在承受著越來越大的環(huán)境壓力，應(yīng)該引起重視；3)威海市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力一般并且在反復(fù)波動(dòng)中呈現(xiàn)減弱的趨勢.

威海市； 能值理論； 生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)； 可持續(xù)發(fā)展

“城市病”，作為城市化進(jìn)程中的一種普遍現(xiàn)象，無法回避的出現(xiàn)在我國的城市化進(jìn)程中.相比西方發(fā)達(dá)的資本主義國家，我國的城市化進(jìn)程具有起步晚，地域差異大，發(fā)展勢頭強(qiáng)勁的特點(diǎn).建國尤其是改革開放以來，我國的城市化率不斷攀升，城市人口數(shù)量不斷上升，1949年～1980年期間我國的城市化率由10.64%上升到19.39%.31年期間增加了8.75個(gè)百分點(diǎn)，平均每年增加0.28個(gè)百分點(diǎn)，1980年～2015年期間我國的城市化率由19.39%上升到56.10%，36年期間增加了36.71個(gè)百分點(diǎn)，平均每年增加1.04個(gè)百分點(diǎn).在我國人口基數(shù)大和城市化進(jìn)程時(shí)間短的前提下，如此大規(guī)模，快速化的城市化現(xiàn)象實(shí)屬罕見.短時(shí)內(nèi)的快速城市化使我國的城市化問題集中爆發(fā)出來，如何解決好人與自然的和諧共生，實(shí)現(xiàn)城市發(fā)展的綠色化，生態(tài)化，可持續(xù)化顯得尤為緊迫.城市可持續(xù)發(fā)展能力的定量研究成為城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)[2].在眾多的測評城市可持續(xù)發(fā)展能力的理論和模型中，能值理論以太陽能值為基準(zhǔn)單位進(jìn)行換算，實(shí)現(xiàn)了不同系統(tǒng)能量之間的統(tǒng)一換算和分析，成為連接生態(tài)學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)的橋梁，具有其他理論和模型所不具備的優(yōu)點(diǎn).能值分析理論則對對正確分析人類與自然、環(huán)境及社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的相互關(guān)系，及制定可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略有重要作用[3].

威海市作為山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)圈的重要組成部分，具有一定的代表性，且目前幾乎沒有學(xué)者采用能值理論對威海市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展能力進(jìn)行定量研究.通過能值理論對威海市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力的定量分析，其研究結(jié)果對山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)的其他城市具有一定的參考價(jià)值.因此無論是基于理論或是實(shí)踐角度都具有一定的研究意義.

1理論基礎(chǔ)

1.1能值理論的形成與發(fā)展

在能值分析理論正式提出之前，克里夫獎(jiǎng)得主Odum H T在能量分析理論的基礎(chǔ)上經(jīng)過了長達(dá)20多年的研究.Odum H T在20C60～90S的研究中，一直試圖在尋找能夠使能物流、信息流、貨幣流，三大系統(tǒng)之間的能量流進(jìn)行內(nèi)關(guān)聯(lián)的基準(zhǔn)單位，具體發(fā)展過程如表1所示.Odum H T于1987年正式提出能值概念，標(biāo)志著能值分析理論的正式確立，從而使能物流、貨幣流、信息流三大系統(tǒng)之間的能量流以太陽能值為標(biāo)準(zhǔn)單位實(shí)現(xiàn)內(nèi)在關(guān)聯(lián)，進(jìn)行定量分析.因此美國也就成為能值理論的發(fā)源地，并且作為中心地在國際間向其他國家和地區(qū)進(jìn)行傳播.第一階段由美國向瑞典，瑞士，意大利等發(fā)達(dá)的西方國家進(jìn)行傳播.第二階段由美國向亞非拉等發(fā)展中國家進(jìn)行傳播，比如中國，印度，墨西哥，厄瓜多爾，泰國，朝鮮，韓國等，具體如圖1所示.

表1 能值理論的形成過程

圖1 能值理論在國際間的傳播Fig.1 Emergy value theory in international communication

1.2能值分析理論的基本概念

1.2.1能值 能值是一個(gè)新的科學(xué)概念和度量標(biāo)準(zhǔn)[4]，能值分析理論的創(chuàng)始人Odum.HT將能值概念定義為：一種流動(dòng)或儲(chǔ)存的能量所包含另一種類別能量的數(shù)量，稱為該能量的能值.生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的不同類型的能量都直接或是間接由太陽能轉(zhuǎn)化，太陽能是最本源也是最重要的能源形式.因此以太陽能值為基準(zhǔn)單位來衡量不同系統(tǒng)之間的能量，可以將不可直接比較，不同來源，不同類別等級(jí)的能量進(jìn)行統(tǒng)一的比較和評價(jià).

1.2.2能值轉(zhuǎn)化率 能值轉(zhuǎn)化率是從熱力學(xué)和生態(tài)系統(tǒng)食物鏈中引申出來的一個(gè)概念，是指某種能量轉(zhuǎn)化成能值時(shí)所需要另一種能量的數(shù)量.這里的另一種能量即指太陽能值，計(jì)量單位為焦耳，縮寫為Sej.在不同的能值轉(zhuǎn)化率下不同的能質(zhì)量被轉(zhuǎn)化成了不同類型等級(jí)的能量，一般來說在能量數(shù)量同等的前提下，該能量經(jīng)過能值轉(zhuǎn)化率之后得到的能值高，則表明該能量在系統(tǒng)中所處的等級(jí)高，并且能值轉(zhuǎn)化率也高，反之亦然.

1.2.3能值分析 能值分析是指將自然界和人類社會(huì)中不可直接比較的能量轉(zhuǎn)化為以太陽能值為基準(zhǔn)單位的能量流，克服了傳統(tǒng)能量分析方法中不同類別能量難以比較的問題，將傳統(tǒng)貨幣分析方法并不考慮的環(huán)境貢獻(xiàn)加入分析當(dāng)中[5]，實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)間內(nèi)在功能的對接和定量分析.能值分析依據(jù)能值指標(biāo)體系中的相關(guān)指標(biāo)確定不同能量流在整個(gè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的地位和作用，實(shí)現(xiàn)對生態(tài)經(jīng)濟(jì)復(fù)合系統(tǒng)進(jìn)行全面客觀的評析.

1.3能值理論的指標(biāo)體系

能值分析理論的指標(biāo)體系能夠?qū)Ψ仙鷳B(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的各種能量流進(jìn)行系統(tǒng)地分析和定量評價(jià)，客觀反應(yīng)出生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的真實(shí)狀況，折射出社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)與自然生態(tài)系統(tǒng)之間的關(guān)系，有利于正確處理人與自然地關(guān)系，更好地走可持續(xù)發(fā)展的道路，實(shí)現(xiàn)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)地和諧發(fā)展.能值分析理論的指標(biāo)體系由一般指標(biāo)、評價(jià)指標(biāo)、可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)3個(gè)小的體系構(gòu)成.能值分析指標(biāo)體系的選取要根據(jù)具體情況因地制宜的選取，各地區(qū)能值指標(biāo)體系的構(gòu)成也不完全相同，因此也無法將所有的能值指標(biāo)體系詳盡列舉，筆者只能將一些通用的一些指標(biāo)體系進(jìn)行列舉，具體如表2所示.

表2 能值指標(biāo)體系

2威海市簡況

威海市(36°41'～37°35'N，121°11'～122°42'E)，位于中國海岸線的最東段，山東省地級(jí)市，我國早期對外開放的14個(gè)沿海開放城市之一，是大陸距離韓國和日本最近的城市.威海市東西最大橫距 135 km，南北最大縱距 81 km，總面積 5797 km2其中市區(qū)面積 777 km2，海岸線長985.9 km.威海市下轄2市7區(qū)：榮成市、乳山市、環(huán)翠區(qū)、文登區(qū)、南海新區(qū)、經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)(國家級(jí))、火炬高技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)(國家級(jí))、臨港經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)(國家級(jí))、進(jìn)出口加工保稅區(qū)(國家級(jí))，市政府駐地位于環(huán)翠區(qū).威海市氣候類型屬于深受海洋影響的溫帶大陸性季風(fēng)氣候.威海市屬于山脈低矮、起伏緩和、谷寬坡緩的波狀低山丘陵區(qū)，并且無客水入境，大江大河較少.威海市位于東部地區(qū)，作為半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)圈的地級(jí)市之一，威海市社會(huì)經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá).2005年～2014年間威海市的人均總收入(如圖2)、人均可支配收入(如圖2)都呈現(xiàn)不斷增長的趨勢.不僅在經(jīng)濟(jì)發(fā)展上威海市取得突出的成績，在科教文衛(wèi)等方面也領(lǐng)先全國平均水平.

圖2 2005年～2014年威海市居民收入條形Fig.2 Residents income bar in Weihai City from 2005 to 2014

3實(shí)例分析

3.1數(shù)據(jù)來源

原始數(shù)據(jù)主要來源于《威海市統(tǒng)計(jì)年鑒》、《山東省統(tǒng)計(jì)年鑒》.生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的能量折算系數(shù)和能值轉(zhuǎn)換率主要參照Odum[6-8]、藍(lán)盛芳[9-12]、隋春花[12]的研究成果.

3.2威海市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的能值計(jì)算

威海市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的能值計(jì)算具體分為可更新資源能值計(jì)算、可更新資源產(chǎn)品能值計(jì)算、不可更新資源產(chǎn)品能值計(jì)算、系統(tǒng)輸入與輸出能值計(jì)算、廢棄物能值計(jì)算五部分，具體計(jì)算步驟就不在此一一展現(xiàn)，下面只展示可更新資源能值計(jì)算.可更新資源能值的計(jì)算包括太陽能、風(fēng)能、雨水化學(xué)能、雨水勢能、潮汐能、地球旋轉(zhuǎn)能，經(jīng)過初步計(jì)算得到相關(guān)數(shù)據(jù)后再參照對應(yīng)的能值轉(zhuǎn)換率(如表3)，進(jìn)行轉(zhuǎn)換即可得到最終的能值.

1) 太陽能

太陽能=土地面積*太陽年均輻射量=

5.797(E+09)m2*5434 J/m2=

3.1501E+19 J;

土地面積=5797 km2(威海市統(tǒng)計(jì)年鑒)=

5.797E+09 m2;

威海市太陽年均輻射量=5434 J/m2(威海市統(tǒng)計(jì)年鑒).

2) 風(fēng)能

風(fēng)能=(高度*空氣密度)*渦流擴(kuò)散系數(shù)*

風(fēng)速梯度*總面積=

(1000 m)* (1.23 kg/m3)*(12.95 m3/sec)*

(3.93*10-3m/sec/m)2*

(3.154*107 sec/a)m2=

7.75928E+06 J/m2*5.797E+09 m2=

4.4981E+16 J.

3)雨水化學(xué)能

雨水化學(xué)能=土地面積*

降水的吉布斯自由能*水的密度*

年降水量=5.797E+09 m2*1.0E+

06 g/m3*4.94 J/g*0.9529 m=

2.7288E+16 J;

降水量的吉布斯自由能=4.94 J/g;

2005年的降水量=952.9mm (威海市統(tǒng)計(jì)年鑒);

水的密度=1.0E+6 g/m.

4) 雨水勢能

雨水勢能=土地面積*平均海拔*

水的密度*重力加速度*年降水量=

5.797E+09 m2*61.3 m*1.0E+

06 g/m3*9.8 m/s*0.9529 m=

3.4825E+18*0.9529 J=

3.3184E+18 J;

威海市平均海拔=61.3 m (威海市統(tǒng)計(jì)年鑒);

2005年的降水量=952.9 mm (威海市統(tǒng)計(jì)年鑒).

5) 潮汐能

潮汐能=海岸大陸架面積*0.5*

潮汐次數(shù)*潮高的平方*海水的密度*

重力加速度=3.0948E+16 J;

威海市海岸線長度為985.9 km2;

威海年均是潮汐次數(shù)為730次;

威海市所在海域潮高為2.5 m;

海水的密度為1.025E+06 g/m3.

6)地球旋轉(zhuǎn)能

地球旋轉(zhuǎn)能=區(qū)域面積*熱通量=

5.797E+09 m2*1.0E+06 J/m2=

5.797E+15 J.

從《威海市統(tǒng)計(jì)年鑒》、《山東統(tǒng)計(jì)年鑒》中獲得的關(guān)于威海市2005年～2014年的數(shù)據(jù)參照相應(yīng)的能量折算系數(shù)(如表3)和能值轉(zhuǎn)換率(如表4)進(jìn)行計(jì)算得到2005年～2014年威海市的能值流量表，由于字?jǐn)?shù)原因筆者只列舉了2010年～2015年威海市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的能值流量表(如表5).

表3 資源產(chǎn)品能量折算系數(shù)表

表4 部分項(xiàng)目太陽能值轉(zhuǎn)化率表

表5 2010年～2014年威海市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值流量

續(xù)表5

3.3威海市2005年～2014年生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值變化分析

3.3.1能值總量及其結(jié)構(gòu)分析 2005年～2014年威海市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值結(jié)構(gòu)變化趨勢如圖3所示，就總體趨勢而言，除廢棄物能值呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)下降趨勢外，其余能值流均呈現(xiàn)上升的態(tài)勢.2005年～2014年中威海市的能值總量呈現(xiàn)波浪式的增加，期間有增有減，但總體趨勢上是增加的，2005年與2014年相比，能值總量在數(shù)值上從1.3077E+23sej變?yōu)?.0474E+23sej，增加7.3970E+22sej，而期間的波動(dòng)變化具體表現(xiàn)為：能值總量在2005年～2007年快速增長，受全球金融危機(jī)影響后在2008年快速下降，直到2010年才呈現(xiàn)緩慢回升的態(tài)勢，并在2012年達(dá)到最大值，2.2908E+23sej，之后2013年下降，2014年反彈.從2005年～2014年威海市的能值總量變化可以看出威海市的社會(huì)經(jīng)濟(jì)是發(fā)展的.

圖3 2005年～2014年威海市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值結(jié)構(gòu)變化趨勢圖Fig.3 The tread chart of emergy structure change in Weihai eco-economic system from 2005 to 2014

在能值總量的構(gòu)成中，不可更新資源能值所占比重最大，占能值總量的百分比一直穩(wěn)定在40%～56%之間，總體變化趨勢與能值總量十年中的總體變化趨勢呈現(xiàn)一致性，并且十年中的增速是較為明顯的.生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的可更新資源能值受自然環(huán)境的影響較大，而自然環(huán)境具有相對穩(wěn)定性，故威海市的可更新資源能值在十年中只有小幅度的波動(dòng)，總體變化卻是不大的.可更新資源能值在數(shù)值上從2005年的5.9570E+22變?yōu)?014年的6.5921E+22sej，增加了6.351E+21sej，增長幅度較小.2005年～2014年中威海市的系統(tǒng)反饋輸出能值是快速增長的，在數(shù)值上年均增長5.7551E+21sej，僅2009年與2008年相比在數(shù)值上是下降的，其余年份均是增加的.威海市十年間經(jīng)反饋輸入能值的變化表明威海市除2007年～2009年受全球金融危機(jī)的影響導(dǎo)致社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度有所減慢外，其余年份社會(huì)經(jīng)濟(jì)均是快速發(fā)展的.從2005年至2014年，威海市的經(jīng)濟(jì)反饋輸入能值呈現(xiàn)持續(xù)增長的態(tài)勢，但增速緩慢，十年間僅僅增長了9.042E+21sej.

3.3.2人均能值使用量與人均電力能值分析 人均能值使用量與人均電力能值共同點(diǎn)是都能比較客觀全面的反應(yīng)出所在地區(qū)人們生活的水準(zhǔn)，不同之處在于人均電力能值還能反應(yīng)出該地區(qū)人們生活方式的環(huán)保綠色.人均能值使用量作為能值總量與地區(qū)人口數(shù)量之比其數(shù)值變化受兩者影響，由于威海市2005年～2014年常住人口數(shù)量變化不大，故如圖4所示2005年～2014年期間威海市人均能值使用量的變化趨勢與2005年～2014年威海市能值總量的變化趨勢大致相同.十年中，威海市的人均能值變化趨勢是波動(dòng)增加的，這表明人們的生活水平是提升的.電力作為高品質(zhì)的二次能源，具有清潔、高效的特點(diǎn)，對環(huán)境的污染較小.人均電力能值使用量較高不僅表明該地區(qū)人們的生活水準(zhǔn)較高，也表明該地區(qū)人們的生活方式更加綠色環(huán)保.由圖4可知，2005年～2014年期間威海市的人均電力能值時(shí)持續(xù)緩慢上升的，表明人們生活水準(zhǔn)在不斷提升的同時(shí)生活方式也更加的綠色健康.

圖4 2005年～2014年威海市人均能值以及人均電力能值變化趨勢圖Fig.4 Per capita emergy and per capita electricity change trend chart in Weihai City from 2005 to 2014

3.3.3能值自給率、能值交換率、電力能值比率分析 如圖5所示，2005年～2014年威海市的能值交換率中間雖有小幅度波動(dòng)，但總體呈現(xiàn)出現(xiàn)將的趨勢，從2005年的39.67%變?yōu)?014年的25.8%.總體下降的能值交換率表明威海市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過程中系統(tǒng)本身真正的受益越來越少.雖然威海市的能值財(cái)富是不斷增加的但是增長速度卻是逐漸下降的.威海市的能值自給率十年中比較穩(wěn)定，一直在87%上下兩個(gè)百分點(diǎn)之間浮動(dòng)，這表明威海市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的自我開發(fā)程度高而穩(wěn)定，自給自足的能力強(qiáng).威海市2005年～2014年電力能值比率呈現(xiàn)波動(dòng)上升，但浮動(dòng)不大，在上下3個(gè)百分點(diǎn)左右，到2014年電力能值比率達(dá)到20%.十年間的電力能值比率變化表明：威海市的科技化水平、工業(yè)化水平是不斷上升的，但也存在提高幅度不大的問題.

圖5 2005年～2014年威海市能值自給率、能值交換率、電力能值比率變化曲線圖Fig.5 The value of self-sufficiency rate， the value of the exchange rate， the rate of change in the power of the curve chart in Weihai City from 2005 to 2014

3.3.4能值貨幣比率分析 能值貨幣比率與地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平呈反比例的關(guān)系.能值貨幣比率越小則該地區(qū)經(jīng)濟(jì)越發(fā)達(dá)，一般來說，發(fā)達(dá)國家的能值貨幣比率低于發(fā)展中國家的能值貨幣比率，城市地區(qū)低于農(nóng)村地區(qū).由圖6可知，2005年～2014年威海市的能值貨幣比率總體呈現(xiàn)快速下降的趨勢的.2005年～2006年、2010年～2011年兩段時(shí)間內(nèi)，威海市的能值貨幣相對穩(wěn)定的，說明威海市在同一段時(shí)間內(nèi)能能值總量的增幅是小于或是等于GDP的增幅的.2006年～2010年、2010年～2014年兩段時(shí)間內(nèi)，威海市的能值貨幣比率是快速下降的，說明威海市的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平總體是提高的.

圖6 2005年～2014年威海市能值貨幣比率變化曲線圖Fig.6 The value of the change in the rate of change in the curve char in Weihai City from 2005 to 2014

3.3.5廢棄物能值比率分析 廢棄物能值比率作為廢棄物能值占能值總量的百分比，可以反映出系統(tǒng)對資源的利用效率.如果委屈無能值比率低則說明該地區(qū)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)對資源的利用效率高，產(chǎn)生的廢棄物能值相對較少，也從側(cè)面反映出該丟生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展能力較好，如圖7所示，2005年～2014年期間，威海市的廢棄物能值比率呈現(xiàn)波動(dòng)下降的趨勢.2005年～2007年廢棄物能值比率從0.76%下降到0.47%，但是2008年急速反彈并在2009年達(dá)到十年間的最高值0.83%，2009年～2011年之間持續(xù)下降，2011年～2014年又由小幅度上升.縱觀威海市廢棄物能值比率的十年變化趨勢，沒有一年達(dá)到0.9%，表明威海市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)對資源的利用效率較高，可持續(xù)發(fā)展能值一般.2005年～2014年中能值廢棄物比率的反復(fù)升降，表明相關(guān)部門對有關(guān)政策環(huán)境保護(hù)政策執(zhí)行力度具有搖擺性.

圖7 2005年～2014年威海市廢棄物能值比率變化趨勢圖Fig.7 Waste emergy ratio change trend chart in Weihai City from 2005 to 2014

3.3.6環(huán)境負(fù)載率與能值產(chǎn)出率分析 環(huán)境負(fù)載率作為生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)發(fā)展的警示性指標(biāo)，一方面體現(xiàn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的強(qiáng)度，另一方面體現(xiàn)自然生態(tài)系所承受的環(huán)境壓力.由圖8可知，2005年～2014年威海市的環(huán)境負(fù)載率雖然總體數(shù)值不大但趨勢是上升的，從2005年的1.21上升到2014年2.11，2008年達(dá)到十年環(huán)境負(fù)載率的最大值2.18.2008年～2010年環(huán)境負(fù)載率持續(xù)下降，2011年～2014年呈現(xiàn)緩慢上升.十年間的環(huán)境負(fù)載率變化趨勢表明威海市2005年～2014年中社會(huì)經(jīng)濟(jì)是快速發(fā)展的，但隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展自然生態(tài)系統(tǒng)承受著越來越大的壓力.

能值產(chǎn)出率表明系統(tǒng)的產(chǎn)出效率，能值產(chǎn)出率高表明系統(tǒng)的生產(chǎn)效率高經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的競爭力大.由圖8可知2005年～2014年威海市的能值產(chǎn)出率在7.0～8.5之間小幅度浮動(dòng)，10 a之中的最大值和最小值分別是2007年的8.41和2013年的7.07.2005年～2007年能值產(chǎn)出率的浮動(dòng)不大，2007年～2010年、2011年～2013年兩段時(shí)間內(nèi)威海市的能值產(chǎn)出率均呈現(xiàn)持續(xù)下降的趨勢，表明這兩段時(shí)間內(nèi)威海市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率低下，處于一種高耗能低產(chǎn)出的狀態(tài).2010年～2011年、2013年～2014年兩段時(shí)間內(nèi)威海市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的能值產(chǎn)出率是上升的，但從時(shí)間點(diǎn)來看，這兩段時(shí)間分別出現(xiàn)在2007年～2010年、2011年～2013年能值產(chǎn)出效率持續(xù)下降之后.在某種程度上說明威海市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)存在一定的問題，總是在能值產(chǎn)出率持續(xù)下降一段時(shí)間后，才開始意識(shí)到并進(jìn)行一定程度的調(diào)整，但是這種調(diào)整又不具有堅(jiān)定性，以致能值產(chǎn)出率在略有提高后又呈現(xiàn)持續(xù)下降.從威海市十年間能值產(chǎn)出率的變化中發(fā)現(xiàn):能值產(chǎn)出率雖然不算很低，但是十年之中提升幅度不大，并且來回波動(dòng).因此威海市相關(guān)部門需要制定具有針對性的政策并堅(jiān)定執(zhí)行，以實(shí)現(xiàn)能值產(chǎn)出率的穩(wěn)定大幅提高.

3.3.7能值可持續(xù)指標(biāo)與系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力的能值指標(biāo)分析 能值可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)與系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力的能值指標(biāo)都能夠衡量系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的能值，但后者是前者的改進(jìn)，將環(huán)境交換率與能值產(chǎn)出率的乘積作為分子，分母不變.EISD對系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的評價(jià)更為合理和客觀.

由圖9所示，2005年～2014年威海市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系能值可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)在3～7之間大幅度擺動(dòng)，10 a中最大值為2015年的6.6，最小值為2008年的3.8.2005年～2006年、2007年～2008年、2009年～2013年3段時(shí)間內(nèi)威海市能值可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)均呈下降趨勢，2006年～2007年、2008年～2009年、2013年～2014年3段時(shí)間內(nèi)則均呈上升趨勢.按照能值可持續(xù)性等價(jià)劃分可知，10 a間威海市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)比較具有活力和競爭力，但可持續(xù)發(fā)展能力一般，10 a中只有小部分時(shí)間屬于強(qiáng)度可持續(xù)，大部分時(shí)間屬于中度可持續(xù)，同時(shí)系統(tǒng)可持續(xù)的穩(wěn)定性較差.系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力的能值指標(biāo)將環(huán)境交換率與能值產(chǎn)出率的乘積作為分子，分母不變后，在數(shù)值上是要小于能值可持續(xù)指標(biāo).如圖9所示，威海市的EISD在2005年～2014年期間總體變化趨勢與ESI的變化趨勢大致相似，但在數(shù)值上卻是要小的.從2005年～2014年威海市EISD的變化趨勢中可以發(fā)現(xiàn)：威海市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)具有一定的可持續(xù)發(fā)展能力，但其波動(dòng)性較大，穩(wěn)定性較差.

圖9 2005年～2014年威海市ESI、EISD變化趨勢圖Fig.9 ESI and EISD change trend char in Weihai City from 2005 to 2014

4威海市在可持續(xù)發(fā)展中存在的問題及對策研究

4.1存在的問題

4.1.1不可更新資源能值占能值總量的比重過高 2005年～2014年威海市不可更新資源能值，在能值總量的構(gòu)成比重中，一直是所占比重最大的部分，10 a間所占能值總量的百分比相對穩(wěn)定的維持在40%～56%之間，一直高于經(jīng)濟(jì)反饋輸入能值和可更新資源能值所占的百分比.

4.1.2能值產(chǎn)出率提升速度過慢 威海市能值產(chǎn)出率10 a間波動(dòng)不大，在數(shù)值上處于中等水平，這表明威海市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率處于中等水平，10 a中系統(tǒng)的生產(chǎn)效率沒有大幅度的提高，經(jīng)濟(jì)實(shí)體的競爭力仍在原地徘徊.

4.1.3能值交換率不斷下降 威海市能值交換率10 a中一直保持在20%～40%之間，呈現(xiàn)持續(xù)下降的趨勢.威海市10 a中能值交換率的持續(xù)下降表明威海市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中能值財(cái)富流出的越來越多相反能值財(cái)富的流入量卻是越來越少的，整個(gè)系統(tǒng)獲的真正能值財(cái)富是不斷減少的，這將不利于威海市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力的提高.

4.1.4資源環(huán)境負(fù)載率越來越高 2005年～2014年威海市資源環(huán)境的負(fù)載率在數(shù)值上總體較低，在整體態(tài)勢上呈現(xiàn)持續(xù)上升.威海市10 a中環(huán)境負(fù)載率的變化特點(diǎn)，一方面表明威海市自然生態(tài)系統(tǒng)的整體壓力還不是很大，系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展能力相對較好，另一方面表明威海市的生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和強(qiáng)度的不斷提高環(huán)境壓力越來越大，系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力遭到不斷削弱.

4.1.5可持續(xù)發(fā)展能力一般且穩(wěn)定性差 由2005年～2014年威海市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的ESI和EISD變化特點(diǎn)可知，威海市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系ESI的數(shù)值在3.5～7.5之間波動(dòng)，EISD的數(shù)值在1～3之間波動(dòng)，兩個(gè)指標(biāo)在數(shù)值上總體波動(dòng)較大，并且總體態(tài)勢呈現(xiàn)下降的趨勢.通過對威海市10 a間ESI和EISD變化特點(diǎn)的分析，可以總結(jié)出以下幾點(diǎn)：1)威海市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力一般；2)10a中威海市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展能力大部分時(shí)間屬于中度可持續(xù)只有一少部分時(shí)間屬于強(qiáng)度可持續(xù)；3)威海市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展能力穩(wěn)定性差，極易出現(xiàn)大幅度的擺動(dòng).

4.2對策及建議

4.2.1政府層面

1) 牢固樹立可持續(xù)發(fā)展的理念，并堅(jiān)定不移的執(zhí)行.政府相關(guān)職能部門不可以將可持續(xù)發(fā)展理念作為書面文件束之高閣，應(yīng)該將可持續(xù)發(fā)展的理念落實(shí)到實(shí)際行動(dòng)中去，并且堅(jiān)定不移的執(zhí)行，要堅(jiān)持政策在執(zhí)行過程中的一致性與連貫性，不應(yīng)看到系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力在一段時(shí)間內(nèi)聯(lián)系提高后，就放松政策的執(zhí)行力度，從而導(dǎo)致系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力有所降低.政策執(zhí)行的松動(dòng)在某種程度上容易導(dǎo)致系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的能力出現(xiàn)反復(fù)擺動(dòng).

2) 加強(qiáng)對清潔能源的開發(fā)利用，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu).政府應(yīng)該加強(qiáng)對風(fēng)能、太陽能、天然氣、核能等清潔能源的開發(fā)利用，減少對石油、煤炭等高污染能源的使用，提高清潔能源在能源結(jié)構(gòu)中的比例.清潔能源在能源結(jié)構(gòu)中比例的提高必將減少污染物的排放，廢棄物能值的減少將有利于實(shí)現(xiàn)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展.威海市不可更新能源能值比重過高，占到系統(tǒng)能值總量的40%～56%，更應(yīng)該提高清潔能源在能源結(jié)構(gòu)中的使用比例，減少對石油和煤炭等傳統(tǒng)能源的依賴.在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)上，必須提高低耗能、低污染、高產(chǎn)出產(chǎn)業(yè)的比重，降低高耗能、高污染、低產(chǎn)出產(chǎn)業(yè)的比重，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，促進(jìn)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展.

3) 重視高科技尤其是尖端人才的效用，提高系統(tǒng)能值產(chǎn)出率.科技進(jìn)步帶來生產(chǎn)力的巨大飛躍，足以顛覆固有的社會(huì)生產(chǎn)關(guān)系，進(jìn)而影響社會(huì)的發(fā)展進(jìn)程.威海市政府應(yīng)該重視高科技對社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的促進(jìn)作用，通過將引進(jìn)的高科技應(yīng)用到社會(huì)生產(chǎn)上，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能值產(chǎn)出率的提高.在引進(jìn)高科技的同時(shí)，威海市政府更應(yīng)該引進(jìn)高端人才，因?yàn)楦呖萍荚从诩舛说娜瞬?威海市在2005年～2014 10 a的發(fā)展中系統(tǒng)能值產(chǎn)出效率停滯不前，沒有大幅度提高，因此威海市政府應(yīng)該將引進(jìn)的高科技和尖端人才視為一種先進(jìn)的生產(chǎn)力，注入到原有的生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中，為其帶來活力，以實(shí)現(xiàn)威海市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值產(chǎn)率的大幅提高.

4) 注重引進(jìn)高能值資源，提高系統(tǒng)的能值交換率.生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)是一個(gè)不斷進(jìn)行產(chǎn)出以及輸入的耗散結(jié)構(gòu)，要想使生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)在能值流的產(chǎn)出和輸入的過程獲得較大的受益，就要注意輸入與輸出能值流的品質(zhì).威海市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)近10 a的能值交換率不斷下降，表明系統(tǒng)輸出的大多是高品質(zhì)的能值資源而輸入的卻是一些低品質(zhì)的能值資源，系統(tǒng)真正獲得的能值財(cái)富在不斷減少.因此威海市政府應(yīng)從系統(tǒng)外輸入高品質(zhì)的能值資源以提高威海市不斷下降的能值交換率，進(jìn)而促進(jìn)威海市可持續(xù)發(fā)展能力的提高.

4.2.2社會(huì)層面

1) 企業(yè)單位既要注重經(jīng)濟(jì)效益，也要擔(dān)負(fù)環(huán)保義務(wù).企業(yè)單位，作為社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的重要組成部分，以盈利為目的.傳統(tǒng)的工業(yè)時(shí)代企業(yè)只顧追逐利益，不顧對自然環(huán)境的破壞造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染以及環(huán)境災(zāi)害.在可持續(xù)發(fā)展理念深入人心的現(xiàn)代，企業(yè)單位不能夠不顧對自然環(huán)境的破壞僅僅追逐經(jīng)濟(jì)效益.企業(yè)單位應(yīng)該在追逐經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也要關(guān)注環(huán)境效益、生態(tài)效益，擔(dān)負(fù)起自身所應(yīng)當(dāng)承擔(dān)的保護(hù)環(huán)境的義務(wù).

2) 企業(yè)單位要注重高科技的運(yùn)用以及生產(chǎn)設(shè)備的更新?lián)Q代企業(yè)單位應(yīng)當(dāng)通過高新科技以及生產(chǎn)設(shè)備的更新?lián)Q代實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的綠色化、低碳化，生產(chǎn)效率的高效化.企業(yè)單位“三化”的實(shí)現(xiàn)必將大大減少“三廢”的排放，在提高自身經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)切實(shí)保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)了生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)地可持續(xù)發(fā)展.

3) 媒體輿論要做好“宣傳員”和“監(jiān)視器”的雙重角色媒體輿論一方面要大力宣傳可持續(xù)發(fā)展理念的必要性以及重要意義，另一方也要做好社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的“監(jiān)視器”，將那些破壞社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的事件“記錄”下來，并向全社會(huì)曝光.媒體輿論做好“宣傳員”和“監(jiān)視器”的雙重角色將有利于促進(jìn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展.

4.2.3個(gè)人層面

1) 形成節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的意識(shí).個(gè)人應(yīng)清楚的意識(shí)到浪費(fèi)資源、破壞環(huán)境對人類和大自然的雙向危害，深刻的覺察到人與大自然的和諧共生以及社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展對人類和大自然的雙向福音.自覺提高吱聲的環(huán)境保護(hù)意識(shí)，積極將節(jié)約資源保護(hù)環(huán)境落實(shí)到自己的日常生活中去，為實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧共生以及人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)自己的一份力量.

2) 倡導(dǎo)綠色生活、低碳生活.在自己的日常生活中盡量實(shí)現(xiàn)生活方式的綠色化、低碳化.在日常上下班的路途中盡量少地使用思私家車，盡量多地乘坐公交車、地鐵等公共交通工具，以減少石化能源的使用和排放，從而實(shí)現(xiàn)低碳出行.拒絕使用一次性紙杯和筷子，間接保護(hù)森林資源.盡量使用太陽能、天然氣、水電能等清潔能源，盡量不用石油、煤炭、火電能等對環(huán)境污染較重的石化能源，是實(shí)現(xiàn)生活方式的綠色化、低碳化.

[1] 孫興麗. 河北省 2005 ～ 2014 年生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)發(fā)展趨勢及可持續(xù)性評價(jià)[J].生態(tài)經(jīng)濟(jì)， 2016(4):100-104．

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Sustainable development of urban eco-economic system based on energy theory——a case study of Weihai city， Shandong Province

WANG Pengcheng， ZHENG Guozhang

(School of Geographical Sciences，Shanxi Normal University， Linfen， Shanxi 041000)

In recent years， sustainable development of urban complex system has been an important research field of human geography. In this paper， the ecological economic system of Weihai city from 2005 to 2014 was studied， and the sustainable development capacity of the ecological economic system was quantitatively analyzed by using the theory of energy value. It is found from the dynamic change of value flow in ten years that: 1) the energy amount， economic output feedback energy and nonrenewable resource value generally showed a rapid increase trend， while renewable resource value and economic value of feedback input changed little; 2) environmental load rate from 1.21 in 2005 to 2.11 in 2014 and reach the maximum of 2.18 in 2008， presenting an overall rising trend; 3) the value of ESI fluctuated between 3.5 to 7.5 and the EISD value fluctuated between 1 to 3. These two indicators exhibited overall downward fluctuation trend in the value. These findings indicate that: 1) the ecological economic system of Weihai city in the high-quality energy is flowing out continuously. The total energy value of the whole system increased while wealth value that the system actually obtained relatively reduced; 2) in the rapid social and economic development， ecological system of Weihai City is facing more and more environmental pressure， which should be paid attention to; (3) the sustainable development of ecological economic system in Weihai city is in general and tends to decrease in repeated fluctuations．

Weihai city; energy value theory; eco-economic system; sustainable development

2016-12-08.

山西師范大學(xué)科技開發(fā)與應(yīng)用基金(ZK1402);山西省軟科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目(2008041032-03).

1000-1190(2017)03-0378-11

F062.2

A

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