■ 胡立輝 HU Lihui 張德順 ZHANG Deshun

0 引言

21世紀(jì)伊始，人類科技、文化與經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，隨之而來的是人口、環(huán)境與發(fā)展壓力，世界進(jìn)入了一個(gè)全新的地質(zhì)時(shí)代——人類世（Anthropocene）[1]。在這個(gè)以“人”為核心的時(shí)代，生產(chǎn)力高度集聚在人口高密度分布的城市；同時(shí)，生物多樣性、可飲用淡水、空氣質(zhì)量與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等問題，也困擾著城市生態(tài)系統(tǒng)。目前，全球的城市化率約為60%，有一半的世界人口（35億人）生活在城市中；預(yù)計(jì)到本世紀(jì)中葉，城市化率將達(dá)70%以上，這其中約95%的城市化進(jìn)程將發(fā)生在發(fā)展中國(guó)家或后發(fā)地區(qū)。

城市是一個(gè)復(fù)雜的，以人類活動(dòng)為中心的自然－經(jīng)濟(jì)－社會(huì)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)[2]。城市生態(tài)系統(tǒng)既可看作是單獨(dú)生態(tài)系統(tǒng)，也可看作是由不同生態(tài)系統(tǒng)類型組成的復(fù)合系統(tǒng)（圖1）[3～5]。遺產(chǎn)地是人類的“共同基礎(chǔ)”（Common Ground），在其周邊建設(shè)包容、安全、具有韌性且可持續(xù)的城市，可保護(hù)、恢復(fù)和促進(jìn)可持續(xù)生態(tài)系統(tǒng)、生物多樣性等，使人類社會(huì)轉(zhuǎn)向可持續(xù)發(fā)展道路。

1 能值分析方法

能值分析方法（EA）是20 世紀(jì)80 年代由著名生態(tài)學(xué)家奧德姆（Odum H.T. ）提出的[6]，由于能值分析具有共同基準(zhǔn)的指標(biāo)體系，它能有效地有機(jī)結(jié)合城市生態(tài)系統(tǒng)中生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)三個(gè)亞系統(tǒng)。能值分析作為研究生態(tài)系統(tǒng)的量化方法，自創(chuàng)立以來被廣泛應(yīng)用于不同空間尺度、不同類型的生態(tài)系統(tǒng)中。其中，在空間層面上，包括對(duì)國(guó)家或區(qū)域[7～10]、城市或者縣域[11]，乃至自然保護(hù)區(qū)[12]等地區(qū)；在對(duì)象層面上，涵蓋了自然生態(tài)系統(tǒng)[13]、城市生態(tài)系統(tǒng)[14]、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)[15、16]、海洋生態(tài)系統(tǒng)[17、18]、行業(yè)系統(tǒng)[19、20]等多種系統(tǒng)類型。雖然世界遺產(chǎn)地有關(guān)于黃山[21]、九寨溝[22]和泰山[23]的能值研究，但大多只針對(duì)遺產(chǎn)地內(nèi)的旅游展開，與周邊城市生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)研究還相對(duì)較少。

圖1 城市復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)關(guān)系概念圖

2 研究區(qū)概況

怒江州容納了寒溫性、暖熱性等植物類型，加上縱向嶺谷的跨緯度分布與山地垂直帶譜，成為地域性植物類型組合最為豐富的地區(qū)之一，也為各種動(dòng)物的生長(zhǎng)繁衍提供了適宜的棲息地，是天然基因庫(kù)與生物多樣性熱點(diǎn)區(qū)域。三江并流遺產(chǎn)地的高黎貢山區(qū)、云嶺片區(qū)、貢山片區(qū)、片馬片區(qū)均位于橫斷山脈的怒江州境內(nèi)。

怒江州全州轄瀘水縣、福貢縣、貢山獨(dú)龍族怒族自治縣、蘭坪白族普米族自治縣4個(gè)縣，均存在地處邊疆、直過民族、深度貧困等問題，迫切需求社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。根據(jù)世界遺產(chǎn)委員會(huì)歷年的監(jiān)測(cè)報(bào)告和決議顯示，三江并流自然保護(hù)區(qū)最受關(guān)注的威脅因素是水利設(shè)施、管理規(guī)劃體系、礦業(yè)。在這樣獨(dú)特的區(qū)位與基礎(chǔ)下，研究怒江州城市復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

3 數(shù)據(jù)來源與研究方法

3.1 數(shù)據(jù)來源

本研究以1990～2017年《云南統(tǒng)計(jì)年鑒》每10年的統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源，利用《云南年鑒》《云南旅游年鑒》《怒江傈僳族自治州年鑒》等進(jìn)行訂正和查補(bǔ)，統(tǒng)計(jì)怒江州城市生態(tài)系統(tǒng)的可更新資源、不可更新資源、進(jìn)出口額、旅游收入及三廢的排放數(shù)量。能值轉(zhuǎn)換率來自前期研究[6、21、24]，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)當(dāng)前的匯率與區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況，對(duì)能值轉(zhuǎn)換率與能值貨幣比率進(jìn)行了系數(shù)調(diào)整。

3.2 研究方法

能值分析方法通過將復(fù)合系統(tǒng)中不同類別和性質(zhì)的能量與物質(zhì)直接或間接轉(zhuǎn)化為太陽(yáng)能值[25]，即量綱的歸一化處理，使它可以對(duì)由自然環(huán)境和人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)交叉形成的城市復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行量化分析。本次能值核算包括可更新資源能值、不可更新資源能值、輸入能值、輸出能值和廢棄物能值。另外，建立了城市復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)及其亞系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（表1）。

（1）可更新資源能值包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、雨水化學(xué)能、雨水勢(shì)能、地球循環(huán)能、農(nóng)林畜水等產(chǎn)品。由于環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)的循環(huán)，為排除能值重復(fù)計(jì)算，取其中最大能值——雨水化學(xué)能代表環(huán)境可更新資源能值。

（2）不可更新資源能值包括研究區(qū)域表土層年損失、工業(yè)、建筑業(yè)、農(nóng)業(yè)以及居民日常生活的能值消耗。

（3）輸入、輸出能值主要包括對(duì)進(jìn)出口產(chǎn)品、服務(wù)與貨幣所轉(zhuǎn)換的能值。

（4）因?yàn)閺U棄物分解會(huì)消耗系統(tǒng)能值，統(tǒng)計(jì)固、液、氣態(tài)廢棄物排放量作為廢物能值。

（5）能值總量包含可更新資源能值、不可更新資源能值與輸入能值，它能夠代表某一時(shí)期特定系統(tǒng)所擁有的可供支配能值資源。

表1 城市復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)能值分析指標(biāo)體系

4 結(jié)果分析

4.1 能值指標(biāo)分析

4.1.1社會(huì)亞系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)

（1）能值自給率（ESR）表征系統(tǒng)對(duì)內(nèi)部自然環(huán)境的依賴程度。能值自給率越高，說明系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)自然環(huán)境資源的利用度越高。從圖2可以看出，1990年，怒江州的能值自給率為0.98，接近于1，說明怒江州自然資源豐富，自給自足；但同時(shí)也說明對(duì)自然資源過度依賴，外部能值輸入不足，城市生態(tài)系統(tǒng)過于封閉。2016年，怒江州能值自給率下降至0.61，內(nèi)部自然資源與外部系統(tǒng)的能值交流增加，但相對(duì)于其他地區(qū)而言，依舊具有較高的能值自給率。

（2）能值產(chǎn)出率（EYR）是系統(tǒng)反饋投入效益率和系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)力。能值產(chǎn)出率越高，表明單位產(chǎn)出能值所需的復(fù)合系統(tǒng)總能值越少，生產(chǎn)效率越高，系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)力越強(qiáng)。怒江州的能值產(chǎn)出率從1990年的53.0快速下降至2000年的10.4，2000年后開始趨于穩(wěn)定狀態(tài)（圖2）。由于怒江州地處邊境，轄區(qū)4縣均為國(guó)家級(jí)貧困縣，城市基礎(chǔ)設(shè)施條件較差，前期國(guó)家財(cái)政對(duì)其投入較大，但隨著城市生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展，能值產(chǎn)出率正在逐步增加。能值交易率（ETR）即輸入能值與輸出能值的比值，也呈現(xiàn)同樣的趨勢(shì)。

（3）人均能值（EP）反映了城市生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)人們的生活水平，人均能值越高，說明系統(tǒng)內(nèi)人均占有的能值越多，生活質(zhì)量就越高。能值密度（ED）反映了城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展強(qiáng)度和等級(jí)，能值密度越高，說明區(qū)域的能值集約度越高，發(fā)展等級(jí)越高。能值貨幣比（EG）是能值總量與當(dāng)年國(guó)民生產(chǎn)總值的比值，反映了經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)現(xiàn)代化程度。根據(jù)分析，怒江州無論人均能值、能值密度，還是能值貨幣比，均顯示其區(qū)域系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)強(qiáng)度與現(xiàn)代化程度都在增加，人們的生活水平也有顯著提高（圖3）。

圖2 怒江州城市生態(tài)系統(tǒng)能值產(chǎn)出率、交易率、自給率變化趨勢(shì)

圖3 怒江州城市生態(tài)系統(tǒng)能值密度、貨幣比與人均能值變化趨勢(shì)

4.1.2 自然亞系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)

（1）環(huán)境負(fù)載率（ELR）是權(quán)衡自然環(huán)境承受力與系統(tǒng)能值利用水平的標(biāo)志。環(huán)境負(fù)載率越大，表明系統(tǒng)自然環(huán)境承受的壓力越大，能值利用強(qiáng)度與科技水平越高。但如果環(huán)境負(fù)載率過高或者長(zhǎng)期處于較高壓力，會(huì)破壞生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，造成城市生態(tài)系統(tǒng)的功能退化甚至喪失，且不可逆轉(zhuǎn)。1990～2016年，怒江州城市生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境負(fù)載率為0.21～1.78，遠(yuǎn)低于東部大城市（圖4）；但相較于甘南州（2018年0.51）[26]、泰安（2012年1.35）[23]，怒江州的環(huán)境壓力并不小，且有逐漸增大的趨勢(shì)。這與怒江州特殊的縱向嶺谷自然生態(tài)本底條件及目前開發(fā)時(shí)高頻的人為干擾有密切關(guān)系。

（2）可更新能值比（RER）用以判斷系統(tǒng)自然環(huán)境的利用潛力和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。怒江州1990年、2000年、2010年、2016年的可更新能值比分別為0.82、0.73、0.4、0.36（圖4），說明在當(dāng)下的科技水平下，生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)可利用的自然環(huán)境資源日漸減小，且系統(tǒng)內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平日益提高。

圖4 怒江州城市生態(tài)系統(tǒng)自然環(huán)境負(fù)荷變化趨勢(shì)

圖5 怒江州城市生態(tài)系統(tǒng)人口壓力與實(shí)際人口數(shù)量

圖6 怒江州城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展變化趨勢(shì)

（3）能值投資率（EIR）表征系統(tǒng)內(nèi)自然基礎(chǔ)對(duì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的容受力和經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度。怒江州1990年能值投資率僅為0.02，遠(yuǎn)低于其他地區(qū)的相應(yīng)值。隨著不可更新資源與外部能值輸入的增加，經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)環(huán)境的依賴程度逐漸減小，到2016年，能值投資率增加到0.65，但相較其他地區(qū)依舊偏低（圖4）。

（4）人口承受力（ELC）反映系統(tǒng)自然環(huán)境的人口承受能力；人口承載量（ECC）主要是指當(dāng)前科技水平下的環(huán)境資源可容人口量；實(shí)際人口數(shù)量（ACP）為當(dāng)年統(tǒng)計(jì)的區(qū)域年末人口總數(shù)。從圖5可以看出，1990～2016年，怒江州實(shí)際人口逐年上升，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于人口承載量；而整個(gè)怒江州的人口承受力更是逐年減小，兩者的人口差值越來越大。

4.1.3可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)評(píng)價(jià)

（1）能值可持續(xù)指標(biāo)（ESI）為能值產(chǎn)出率和環(huán)境負(fù)荷率之比，用于判斷城市復(fù)合系統(tǒng)發(fā)展的可持續(xù)性[27]。但可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)與系統(tǒng)發(fā)展并非呈簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。當(dāng)ESI＞10時(shí)，表示該系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)情況落后；當(dāng)ESI值處于1～10時(shí)，表示城市生態(tài)系統(tǒng)富有活力和發(fā)展?jié)摿?；?dāng)ESI＜1時(shí)，則為消費(fèi)型系統(tǒng)[14、28]。怒江州的能值可持續(xù)指標(biāo)從1990年象征極度不發(fā)達(dá)的246.5，以2000年的27.6為拐點(diǎn)，發(fā)展到2016年的1.4，怒江州城市生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)入一個(gè)富有活力且具有可持續(xù)性狀態(tài)（圖6）。

（2）能值可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)（EISD）為能值產(chǎn)出率與能值交換率的乘積與環(huán)境負(fù)荷率之比，是系統(tǒng)實(shí)際的可持續(xù)發(fā)展能力。這個(gè)指數(shù)是一個(gè)可同時(shí)兼顧社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)環(huán)境壓力的系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展性能的復(fù)合評(píng)價(jià)指標(biāo)。怒江州的實(shí)際可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)表明（圖6），2010年以后，系統(tǒng)的環(huán)境壓力明顯增加，系統(tǒng)發(fā)展態(tài)勢(shì)偏向不可持續(xù)的消費(fèi)型城市生態(tài)系統(tǒng)。

4.2 三元相圖分析

相圖最開始用于化學(xué)溶液或金屬合金中多種物質(zhì)成分共存且處于平衡狀態(tài)的圖示表達(dá)，后廣泛應(yīng)用于物理學(xué)、材料化學(xué)與地理學(xué)。國(guó)外學(xué)者將生態(tài)系統(tǒng)的能值問題用三元相圖來表達(dá)與分析，定義并闡述了相圖中各特征曲線所描述的復(fù)合系統(tǒng)生產(chǎn)過程與自然環(huán)境、經(jīng)濟(jì)社會(huì)之間的相互關(guān)系，更加有利于反映出不同的資源開發(fā)與利用模式下，系統(tǒng)資源的配置比例和發(fā)展態(tài)勢(shì)[29、30]。

4.2.1 系統(tǒng)能值利用結(jié)構(gòu)分析

圖7為1990～2016年怒江州城市生態(tài)系統(tǒng)的能值利用結(jié)構(gòu)變化相圖。從1990年的R∶N∶F = 82.3∶15.8∶1.9， 到2016年 時(shí)R∶N∶F = 36.0∶24.8∶39.2，可以看出，怒江州能值利用結(jié)構(gòu)的變化是非常劇烈的。外來反饋投入所占比例較最初值增長(zhǎng)了約20倍，這與怒江州原有的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，與后期西部開發(fā)、扶貧戰(zhàn)略等國(guó)家政策密切相關(guān)；對(duì)于自然資源的利用減少了一半，說明怒江州城市生態(tài)系統(tǒng)有明顯的發(fā)展；對(duì)可更新自然資源的利用比例甚至還減小了，這可能與遺產(chǎn)地設(shè)立后，對(duì)林木采伐、水資源開發(fā)、保護(hù)區(qū)等方面管理的加強(qiáng)有關(guān)。

4.2.2 系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展線分析

根據(jù)可持續(xù)發(fā)展指數(shù)（ESI）的定義與計(jì)算公式，ESI數(shù)值相等的線在三元相圖中被定義為可持續(xù)發(fā)展曲線。如果以三元相圖的不可更新資源N點(diǎn)為起點(diǎn)，向著可更新資源與反饋投入的RF邊方向移動(dòng)，形成可持續(xù)發(fā)展曲線族；且越靠近R點(diǎn)，ESI值越大；越靠近F點(diǎn)，ESI值越小。根據(jù)前期研究，不同ESI數(shù)值代表了城市復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)所處的不同發(fā)展階段（表2），系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展指數(shù)位于不同區(qū)域則表明其處于不同的可持續(xù)發(fā)展性能水平[31～33]。

圖8顯示了1990～2016年怒江州復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展指數(shù)所在區(qū)域，反映出系統(tǒng)所在的不同可持續(xù)性發(fā)展階段。1990～2000年，怒江州的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)處于Ⅰ類區(qū)域，社會(huì)發(fā)展階段處于初級(jí)，對(duì)資源利用不夠充分。2010～2016年，直接系統(tǒng)進(jìn)入可持續(xù)發(fā)展階段，而2016年的ESI=1.4，已經(jīng)接近于可持續(xù)發(fā)展區(qū)域的下限，且2010～2016年該可持續(xù)性指數(shù)快速降低，說明系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展性能處于下行通道。

表2 不同ESI值所代表的不同城市生態(tài)系統(tǒng)所處發(fā)展階段

5 結(jié)論

綜上所述，在分析怒江州生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)的基礎(chǔ)上，建立反映城市復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并采用多種方法與角度對(duì)能值分析的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比與擬合，從中可以得出如下結(jié)論。

圖7 怒江州城市生態(tài)系統(tǒng)能值利用結(jié)構(gòu)變化相圖

圖8 怒江州城市生態(tài)系統(tǒng)ESI所處不同可持續(xù)發(fā)展階段相圖

5.1 社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度

正如境內(nèi)的直過民族社會(huì)，怒江州城市生態(tài)系統(tǒng)從初級(jí)階段快速發(fā)展至成熟階段，系統(tǒng)內(nèi)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)強(qiáng)度、現(xiàn)代化程度與居民生活水平有顯著提高。但由于環(huán)境限制與基礎(chǔ)條件薄弱，相較東部其他地區(qū)依舊有很大的發(fā)展空間。遺產(chǎn)地周邊的友好發(fā)展對(duì)世界遺產(chǎn)的保護(hù)與管理有著巨大裨益。

5.2 自然環(huán)境壓力

根據(jù)能值投資率（EIR），怒江州內(nèi)自然環(huán)境對(duì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的容受力遠(yuǎn)低于其他地區(qū)的相應(yīng)值。但對(duì)比其他遺產(chǎn)地城市，如泰安等，怒江州的環(huán)境壓力并不小，且有逐漸增大的趨勢(shì)。怒江州的生態(tài)本底敏感脆弱，或許并不適合高頻、高強(qiáng)度的現(xiàn)代城市擴(kuò)展模式，需要繡花式地開展城市生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)與管理。

5.3 可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)

怒江州能值可持續(xù)指標(biāo)從1990年象征極度不發(fā)達(dá)的246.5，到2016年象征活力且可持續(xù)性的1.4，僅用了不到30年的時(shí)間，這個(gè)發(fā)展速度是迅速的。但伴隨這個(gè)速度的是，2010年以后系統(tǒng)的環(huán)境壓力明顯增加，可持續(xù)發(fā)展性能處于下行通道，系統(tǒng)發(fā)展偏向不可持續(xù)的消費(fèi)型城市。這對(duì)于地處邊陲、可耕地少、環(huán)境脆弱的怒江州及三江并流保護(hù)區(qū)都是一個(gè)黃色警告。基礎(chǔ)條件限制其成為完全依賴型城市生態(tài)系統(tǒng)的可能，如何與環(huán)境、農(nóng)村及遺產(chǎn)共同發(fā)展，是未來怒江州面臨的重要問題。

6 思考

當(dāng)前城市與工業(yè)化社會(huì)對(duì)自然環(huán)境具有雙向的影響，既具有競(jìng)爭(zhēng)性和寄生性，又會(huì)以貨幣流的形式購(gòu)買生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，向自然生態(tài)系統(tǒng)回流能值?，F(xiàn)今的城市生態(tài)系統(tǒng)，是一種人類統(tǒng)治下的技術(shù)型生態(tài)系統(tǒng)。當(dāng)這個(gè)系統(tǒng)無力支付生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)時(shí)，如大氣、土壤、淡水和礦產(chǎn)資源等被過度利用，系統(tǒng)就會(huì)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。尤其在那些欠發(fā)達(dá)國(guó)家或地區(qū)，城市以爆炸式的形式增長(zhǎng)，正嚴(yán)重威脅著支撐該地區(qū)甚至全球的生態(tài)系統(tǒng)。

在整個(gè)人類社會(huì)發(fā)展的歷程中，城市起著中樞的作用，某一高效的城市規(guī)劃與管理可以支撐起一個(gè)時(shí)代的文明；而世界自然遺產(chǎn)是對(duì)全人類都有突出普遍價(jià)值的自然景觀、地質(zhì)結(jié)構(gòu)和瀕危動(dòng)植物棲息地。對(duì)于城市與自然遺產(chǎn)的關(guān)系認(rèn)知，不能像以往那樣是分離的，甚至是對(duì)立的，需要深入挖掘世界自然遺產(chǎn)與城市之間的結(jié)構(gòu)、功能和關(guān)聯(lián)，因?yàn)樗绊懼麄€(gè)人類的發(fā)展與未來。城市復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)是極其脆弱敏感的，人或自然的局部利益不能大于系統(tǒng)整體利益，在任何一種情況下，都應(yīng)考慮關(guān)鍵組成部分之間的聯(lián)系及其在空間和時(shí)間尺度上的聯(lián)系。如何引導(dǎo)城市復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)入一個(gè)互惠的平衡狀態(tài)，將是21世紀(jì)人類面臨的最大挑戰(zhàn)。