蘇 慧，張仲伍*，張興毅，王 娟

(1.山西師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，山西 臨汾 041000；2.山西省發(fā)展和改革委員會宏觀研究院，山西 太原 030000)

【研究意義】隨著經(jīng)濟深入發(fā)展，資源與環(huán)境的矛盾進一步突顯，生態(tài)環(huán)境惡化嚴重，對區(qū)域經(jīng)濟的可持續(xù)產(chǎn)生了嚴重影響，生態(tài)經(jīng)濟的建設(shè)迫在眉睫?？沙掷m(xù)發(fā)展注重于經(jīng)濟增長模式的長遠發(fā)展，生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)將自然生態(tài)系統(tǒng)和社會經(jīng)濟系統(tǒng)有機結(jié)合，系統(tǒng)內(nèi)部存在著各種物質(zhì)和能量的交換。【前人研究進展】能值理論創(chuàng)立于20世紀80年代，創(chuàng)立者是美國著名生態(tài)學(xué)家H.T.Odum等[1]。我國學(xué)者藍盛芳等[3]對能值理論進行了一系列研究，能值方法被廣泛應(yīng)用于海洋生態(tài)系統(tǒng)[4-5]、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)[6-11]、城市生態(tài)系統(tǒng)[12-16]、生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)[17-23]等系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展研究。在能值理論分析生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展研究中，嚴茂超等[17]運用能值理論，對主要能值指標進行了系統(tǒng)研究，并與其它國家進行了比較分析，為西藏可持續(xù)發(fā)展提供建議；杜鵬等[18]選取了七項能值指標研究甘肅生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展；李松等[19]通過繪制生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值表和能值計算，利用幾何平均數(shù)分析了貴州省可持續(xù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢；孫玥等[20]基于能值理論構(gòu)建了遼寧省生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)評價體系，對遼寧省生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的發(fā)展趨勢以及可持續(xù)能力進行了全面評價；王鵬等[21]通過計算2010-2015年寧夏各能值指標，繪制寧夏生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)評價表，分析其可持續(xù)發(fā)展狀況；王鵬成[22]等基于能值理論對威海市生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力進行定量研究；卓瑪措等[23]通過繪制能值分析表和建立能值評價體系對青海省生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力進行評估，對其提出相應(yīng)的可持續(xù)建議。從研究內(nèi)容來看，國內(nèi)學(xué)者主要集中于研究區(qū)域能值以及可持續(xù)發(fā)展的時間變化特征[24]，關(guān)于生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的能值評估和可持續(xù)狀況空間變化的研究較少?！颈狙芯壳腥朦c】本文在計算山西省各市域能值指標的基礎(chǔ)上，運用ArcGis自然斷點法分析各地區(qū)可持續(xù)發(fā)展能力的空間特征和區(qū)域差異?！緮M解決的關(guān)鍵問題】為山西省生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)目前存在的問題提供方法建議和理論依據(jù)，提高區(qū)域經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展能力。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

山西省位于黃河中游東岸，總面積15.67萬km2，地處黃土高原，地貌復(fù)雜，山巒疊嶂，總體東北高西南低。山西省屬于典型的溫帶季風(fēng)氣候，降水時空分布不均勻，集中于夏季，且受地形因素影響較大。山西省礦產(chǎn)資源豐富，多種礦產(chǎn)資源出口量居全國前列，尤其是煤炭資源的儲量以及開采量長期以來高居全國首位，在我國經(jīng)濟發(fā)展和能源安全方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。全省經(jīng)濟發(fā)展主要依賴于資源和環(huán)境，長期的粗放型經(jīng)濟造成了比較嚴重的結(jié)構(gòu)型污染，環(huán)境惡化迅速蔓延，生態(tài)破壞日趨嚴重。隨著城市化快速發(fā)展，資源環(huán)境壓力不斷增大，與經(jīng)濟的矛盾進一步凸顯。增強可持續(xù)發(fā)展能力，建設(shè)生態(tài)經(jīng)濟是解決山西經(jīng)濟問題的首要途徑。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

本文數(shù)據(jù)主要來源于2016山西省年鑒，山西省資源調(diào)查報告以及山西省環(huán)境質(zhì)量公報等資料。研究中所涉及到的太陽能值轉(zhuǎn)換率主要來源于前人研究成果[3]，能值折算系數(shù)來源于文獻[25-26]，采用9.44×1024sej/a全球能值基準值。

圖1 山西省行政區(qū)劃Fig.1 Shanxi province administrative division

1.3 研究方法

1.3.1 能值理論 在能值理論中用太陽能值來衡量某種物質(zhì)的能量，即流動或儲存的能量含有的太陽能，單位是太陽能焦耳(sej)[1]。單位能量或物質(zhì)所含的太陽能量稱為太陽能值轉(zhuǎn)換率[3]，其單位是太陽能焦耳/焦耳(克)，即sej/j或sej/g[3]。某物質(zhì)的能值計算方法為：能值(sej)= 能值轉(zhuǎn)換率(sej/j)×能量(j)[4]。能值理論使不同種類的能量可以進行比較，將經(jīng)濟、自然、社會子系統(tǒng)有機結(jié)合起來。

1.3.2 ArcGis自然斷點法 自然斷點法作為一種統(tǒng)計方法，它根據(jù)數(shù)值統(tǒng)計分布規(guī)律分級，可以使類與類之間的不同最大化[6]。運用自然斷點法可以將一組數(shù)據(jù)分為若干級別，便于對數(shù)據(jù)進行比較和歸類。將自然斷點法與ArcGis軟件相結(jié)合，有助于進一步分析數(shù)據(jù)的空間差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 山西省生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值結(jié)果分析

山西省生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值評價表中可更新資源有太陽能、風(fēng)能、雨水化學(xué)能、雨水勢能、地球旋轉(zhuǎn)能；可更新資源產(chǎn)品包括糧食、油料、蔬菜、水果、肉類、牛奶、水產(chǎn)品、禽蛋等；不可更新資源包括原煤、電力、水泥、鋼材、生鐵、化肥、焦炭；貨幣流包括進出口貿(mào)易；廢棄物包括固體廢物和廢水(表1)。

山西省生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值總量為2.39×1024sej，其中可更新資源能值2.96×1023sej；不可更新資源能值2.10×1024sej，其比重達到87.62 %，說明不可更新資源在生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)中占主導(dǎo)地位，未來山西經(jīng)濟發(fā)展應(yīng)當注重可更新資源的開采利用。

表1 山西省生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值統(tǒng)計

從能值指標項目來看，山西省生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)中的24個能值指標中，能值最高的前兩位分別是電力和原煤，說明山西省的煤炭資源以及火力發(fā)電是生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)中的關(guān)鍵因素。從能值總量空間分布來看，山西11個市域能值總量從大到小依次是大同、朔州、長治、忻州、晉中、呂梁、晉城、太原、臨汾、運城、陽泉。大同市煤炭資源豐富，能值總量最大，應(yīng)該加快可更新資源的開發(fā)和經(jīng)濟轉(zhuǎn)型。陽泉市土地面積小，資源相對較少，生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值總量最小。

2.2 山西省生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展分析

依據(jù)能值理論，結(jié)合山西省生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)可持續(xù)性特征，以2016年山西省生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分別從社會、經(jīng)濟和自然3個子系統(tǒng)以及生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展綜合評價四個方面，分析山西生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)可持續(xù)水平以及區(qū)域差異(表2)。

表2 山西省生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)可持續(xù)指標評價

表3 山西省生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)可持續(xù)指標分級

利用ArcGis空間分析工具，分析山西省生態(tài)經(jīng)濟體系可持續(xù)發(fā)展評價指標的空間特征與差異(圖1)。利用自然斷點法對各可持續(xù)發(fā)展指標進行分級，將所有指標分為3個等級(表3)。

2.2.1 社會子系統(tǒng)分析 本文選取能值密度和人均能值2個指標分析社會子系統(tǒng)。

2.2.2 經(jīng)濟子系統(tǒng)分析 本文選取能值貨幣比和能值交換率(EER)作為經(jīng)濟子系統(tǒng)評價指標。

能值貨幣比率是指某地區(qū)單位貨幣相當?shù)哪苤盗縖3]，該指標越大，表示單位貨幣購買的能值量愈大，地區(qū)經(jīng)濟開發(fā)程度愈低。大同、朔州和忻州屬于Ⅰ級區(qū)，大同和朔州經(jīng)濟增長主要依靠自然資源開發(fā)，忻州經(jīng)濟開發(fā)晚，經(jīng)濟開發(fā)程度低，所以能值貨幣比率高；陽泉、呂梁、長治、晉中，晉城，臨汾屬于Ⅱ級區(qū)，這幾個市域經(jīng)濟開發(fā)程度中等；太原和運城屬于Ⅲ級區(qū)，說明其經(jīng)濟發(fā)展水平高，能值貨幣比率小。

2.2.3 自然子系統(tǒng)分析 本文選取環(huán)境負載率(ELR)、可更新資源比作為自然子系統(tǒng)評價指標。

圖2 山西省生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值空間分布Fig.2 Spatial distribution of energy value of ecological economic system in Shanxi province

2.2.4 山西省生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展綜合分析 生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展指標主要有能值產(chǎn)出率(EYR)、能值可持續(xù)指標(ESI)、能值可持續(xù)發(fā)展指標(EISD)等。

3 結(jié)論與討論

本文基于能值理論，構(gòu)建社會、經(jīng)濟、自然3個子系統(tǒng)以及可持續(xù)發(fā)展綜合評價體系，對山西省生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的運行狀態(tài)、可持續(xù)發(fā)展水平及其區(qū)域差異進行研究。

(1)2016年，山西省生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值總量2.39×1024sej，其中不可更新資源能值2.10×1024sej，其比重達到87.62 %，以不可更新資源占主導(dǎo)地位的生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值結(jié)構(gòu)使山西省缺乏良好的資源基礎(chǔ)，可持續(xù)能力低，表明今后應(yīng)該加大對可更新資源開發(fā)力度，提高生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)可持續(xù)能力。

(2)山西省各市域社會子系統(tǒng)能值指標存在較大差異。能值密度與各市經(jīng)濟發(fā)展水平比較吻合，經(jīng)濟發(fā)展水平較高或資源開發(fā)較早的太原、大同、陽泉、朔州等地能值密度高。人均能值與人口和能值總量有關(guān)，最高的是人口較少的朔州，說明朔州居民生活水平高。

(3)經(jīng)濟子系統(tǒng)方面，能值貨幣比率反映地區(qū)經(jīng)濟開發(fā)程度，大同、朔州、忻州3個市域的能值貨幣比高，說明這些地區(qū)過度依賴傳統(tǒng)資源，經(jīng)濟開發(fā)程度低；能值交換率反映系統(tǒng)經(jīng)濟發(fā)達程度，與經(jīng)濟發(fā)展水平基本一致。

(4)自然子系統(tǒng)方面，環(huán)境負載率和可更新資源比率都反映經(jīng)濟對生態(tài)環(huán)境的壓力，可更新資源比率高的地區(qū)，環(huán)境負載率低；反之，環(huán)境負載率高的地區(qū)，都是對傳統(tǒng)資源依賴大的地區(qū)。大同、陽泉、太原、朔州等傳統(tǒng)資源型城市生態(tài)環(huán)境壓力大，環(huán)境負載率高。

(5)從山西省生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)可持續(xù)性來看，能值產(chǎn)出率反映系統(tǒng)對外經(jīng)濟貢獻的程度，忻州市對外經(jīng)濟貢獻最大；能值可持續(xù)指標反映經(jīng)濟發(fā)展類型，晉中生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)發(fā)展最具潛力和活力；能值可持續(xù)發(fā)展指標反映系統(tǒng)可持續(xù)狀況和能力，運城可持續(xù)發(fā)展能力最好。

基于能值分析方法，可以將經(jīng)濟、自然、社會子系統(tǒng)作為一個整機進行研究，解決了不同單位能量進行比較評價的問題。通過建立可持續(xù)發(fā)展評價體系，將生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)作為一個整體，多角度，更全面地對區(qū)域可持續(xù)能力和水平做出科學(xué)客觀的評估。能值理論及分析方法在生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展研究、生態(tài)經(jīng)濟效率的評估方面將發(fā)揮越來越重重要的作用。