基于生態效率的深圳市交通環境與經濟效益分析＊

丁 宇 李貴才

(北京大學深圳研究生院循環經濟重點實驗室,廣東深圳 518055)

基于生態效率的深圳市交通環境與經濟效益分析＊

丁 宇 李貴才

(北京大學深圳研究生院循環經濟重點實驗室,廣東深圳 518055)

生態效率同時考慮經濟效益和環境效益,是將可持續發展的宏觀目標融入交通管理中的有效工具。本文選用交通經濟產出和交通生態足跡作為生態效率的指標,對深圳市交通運輸業各階段生態效率進行詳細分析。評價結果有效地揭示了交通環境與經濟協調發展的真實狀態和特點,進而為城市可持續發展提供科學的依據。研究結果表明:深圳交通環境壓力逐年增加,目前仍低于交通經濟效益的增速,交通生態效率總體在提高,增速呈下降趨勢。交通經濟增長是拉動交通生態效率提高的主要因素,應注重加強交通建設和投資,更好發揮交通對經濟增長的帶動作用。化石燃料及其燃燒排放的大氣污染是制約深圳市交通生態效率的主要因素。小汽車及重型柴油車相對于各種交通工具所產生的環境壓力最大,對政策反應也最為敏感。因此,增加綠色交通方式的投入,并輔之以交通需求管理等手段,是深圳交通生態效率提高的重要途徑。

生態效率;生態足跡;可持續交通

如何將交通能源使用帶來的經濟和環境影響作為能源效率評價的重要因子,建立最客觀、最容易操作的評價體系,是當前可持續交通領域研究的核心問題[1]。生態效率是測度經濟活動利用自然資源和服務水平的有效方法,該方法由于強調環境效益和經濟價值的統一,表達直觀、方法綜合且操作性強,近年來已在區域可持續發展、產業結構調整、旅游等領域取得不少應用性研究成果[2-4]。交通生態效率(Transportation Eco-efficiency,TE)在國內外汽車共享服務、交通清潔能源使用等領域也有一些初步的研究[5-8]。但現有交通生態效率計算的是單位產出的交通工具終端能源使用效率[9,10],涉及交通活動形成的各種污染物對自然生態環境影響的研究成果尚不多見。

本文基于生態效率的理論和方法,結合交通運輸業的資源消耗特征和主要污染物的環境影響,引入生態足跡方法對交通環境指標進行優化。以深圳市為例,探討交通經濟發展對資源消耗及環境產生的影響,旨在為交通領域的可持續發展量化研究提供新的視角和方法,也可為城市交通發展規劃等相關決策提供一定參考。

1 交通生態效率的計算方法

生態效率(Eco-efficiency Indicator,EI)是經濟社會發展的價值量與資源環境消耗的實物量的比值[11](公式(1))。根據公式(1),交通生態效率指標地選取應涵蓋交通工具和交通設施生命周期內所有經濟價值、資源消耗和廢物排放,但因計算目標的差異及環境影響指標比較復雜,目前還沒有統一的計算方法[12]。因此,一般選取生態效率核算指標時,在交通運輸業對經濟的拉動作用方面主要考慮交通建設投資所產生的直接經濟效益,以交通經濟總產出(TG DP)表示,不涵蓋環境外部性影響的經濟成本。交通環境影響指標方面主要考慮將自然作為資源來源和污染物的排放池,確定交通運輸活動中自身消費的不可再生資源及其所產生的污染物數量。由于各種類型的環境影響無法直接疊加,在集成之前需要對不同類型的環境影響賦予相應權重,但是賦權方法尚未達成共識[2]。

生態足跡方法是20世紀90年代以來發展起來的以土地為度量單位的環境影響評估方法,該方法選用了吸收燃燒化石燃料排放的CO2所需的生產性土地面積和建設用地面積,但很少關注同時排放的也有重要環境影響的氮氧化物、可吸入顆粒物等[13,14]。事實上,交通運輸業的快速發展引起的大氣污染已經成為北京、深圳等城市的首要污染物[15]。本文認為污染生態足跡不可忽視,參照優化的生態足跡模型將污染物進行合理轉化納入核算帳戶[16],交通生態足跡的計算公式如下:

式中:TEF為總的交通生態足跡,是交通運輸活動的能源用地、交通建設用地和污染物消納的生態生產性土地的總和[17,18]。A1是能源消耗用地生態足跡,計算提供化石燃料替代物甲醇和乙醇所占用的土地面積[19];A2是交通建設用地生態足跡,包括鐵路、公路、農村道路、車站、機場、港口、碼頭等占用面積的總和;A3是交通污染消納用地生態足跡,計算單位公頃林地的污染吸納能力,將包括機動車尾氣型污染[20]、船舶大氣污染[21]、飛機排放及機場大氣污染物[22,23]消納部分轉換為化石燃料用地的生態足跡占用[16];eF1為化石燃料地等價因子;eF2交通建設用地等價因子。為了分析交通能源消耗與交通污染環境影響程度的差異,本文將能源消耗用地核算的化石燃料用地A1與污染核算的化石燃料用地A3分開計算和討論。

2 深圳市交通生態效率的計算

深圳市位于珠江三角洲東南部,作為連接粵港兩地的重要樞紐通道,在完善高速公路網絡、機場和港口建設方面發展迅速。隨著城市化快速發展交通需求增長迅猛,交通發展面臨著能源短缺、土地資源的限制、灰霾污染等挑戰。本文在理論分析的基礎上,選取2000-2006年深圳市交通運輸業相關數據,對相應年份的交通生態效率進行實證分析。

2.1 數據來源及選取

本文所研究的交通工具以交通局統計為準,包括船舶、飛機、汽油轎車、輕型汽油車、中型汽油車、重型汽油車、柴油轎車、輕型柴油車、重型柴油車和摩托車。深圳市交通生態效率計算所需要數據分為3類:①基礎數據。包括交通經濟產出水平、交通基本建設投資及更新改造投資、能源消耗總量及構成、交通建設用地總量、城市道路建設面積、飛機起降架次、各類道路交通工具運營里程及保有量等,這些數據來源于深圳市城市統計年鑒及交通發展年度報告。②標準數據。包括各種交通工具污染排放因子、均衡因子、世界單位化石燃料燃燒生產土地面積的平均發熱量等,數據來源于相關研究文獻。③調查數據。包括出行方式、跨境交通等。如調查資料數據與年鑒有誤差,以年鑒為準;年鑒上沒有的數據,采用相關調查數據估算[24]。

2.2 交通污染物及污染排放因子的選取

污染物選取遵循以下原則:1)所選取污染物的排放量及其影響要遠超過未選取的污染物項目;2)所選取的污染物項目之間在形成機理和污染影響上不存在明顯重疊性;3)所選污染物為常見污染物且核算數據容易獲得;4)所選污染物有較成熟的處理方式和比較系統的研究成果[16]。

根據深圳市交通污染評價研究,選取目前深圳最主要的污染類型——灰霾污染(Haze),污染物主要來源是船舶和飛機產生的NOx和CO,機動車尾氣產生的PM10,NOx,THC和CO[25]。考慮到污染排放足跡的假設、指標的科學性,污染物排放因子數據來自實驗室監測或相關文獻[20-23,25-28](見表1)。

2.3 結果與分析

在上述理論分析的基礎上,計算所得2000-2006年深圳市交通生態效率結果見表2

2.3.1 交通生態效率的變化趨勢

表2結果顯示,交通生態效率總體呈上升趨勢,由2000年至2006年上升了近2倍,上升幅度呈現波動的趨勢,2000-2004年、2005-2006年增長速度經歷了先上升后下降的變化(如圖1)。這主要是由于不同階段經濟價值和環境影響對生態效率增長的貢獻和影響不同。2000-2004年經濟價值增長速度顯著上升且明顯高于環境影響的增長速度,2004年經濟價值增速達到48%,拉動交通生態效率提高33%;環境影響增長速度呈下降趨勢,變化幅度不大,對生態效率的變化影響不大。2005-2006年,經濟價值增長速度趨于平穩,環境影響增長速度加快,與經濟價值的差距明顯減小,交通生態效率增長速度明顯下降。由此可見,交通經濟增長是拉動深圳交通生態效率提高的主要因素。

表1 不同類型交通工具污染物排放因子Tab.1 Different types of transportation vehicle's pollutant emission factor

表2 深圳市交通生態效率計算結果Tab.2 The calculation results of transportation eco-efficiency

在交通生態足跡構成中,能源消耗用地生態足跡占總生態足跡的80%,明顯高于污染消耗用地生態足跡及建設用地生態足跡,并且能源消耗用地生態足跡增長速度的變化規律與總生態足跡一致,總體上呈增長趨勢(如表2、圖2)。污染消納用地生態足跡占總生態足跡的11%左右,污染消耗用地生態足跡占能源用地生態足跡的比重由2000年占11%到2006年占15%,是生態效率評價不容忽視的重要因素。建設用地生態足跡占總生態足跡0.2%左右,受新增用地限制,變化幅度不大。因此,交通能源消耗及其排放的污染物是制約交通生態效率提高的主要因素。

圖1 交通生態效率的變化Fig.1 The variation of eco-efficiency

2.3.2 生態效率的經濟價值分析

圖1表明經濟效益提高對于交通生態效率具有顯著改善作用。交通經濟效益的增長主要通過交通建設和投資引致的乘數效應來實現[29]。2000年以來交通建設投資總體有所提高,2000-2004年出現較大波動,經歷了突降突增的變化,2003增幅接近3倍達到最高水平;其余年份波動不大,呈現快速增長的趨勢。交通投資的波動周期明顯超前于經濟效益的變化,這是因為交通運輸業具有資本密集、投資周期長、沉沒成本等特性,增加投資引致的乘數效應等影響需要一定的時間才得以顯現[30]。

圖2 交通生態足跡的變化Fig.2 The variation of ecological footprint

表3 交通建設投資對經濟增長的拉動作用Tab.3 The effect of transportation infrastructure investment on national economy

分析交通建設與投資的各種驅動因素,最明顯的因素之一就是深圳外向型經濟的快速發展。表3顯示深圳市2000年以來進出口貿易和交通建設投資的變化規律相當一致。2000-2004年進出口貿易受國際市場需求和我國加入世界貿易組織等因素綜合影響出現較大波動,尤其是2003年對香港、美國等主要地區的出口大幅度上升,出口規模的擴大使越來越多的生產性和生活性物資需要快速及時運輸,推動港口基礎設施建設和區域性道路基礎設施建設,2003年交通建設和更新改造投資接近2002年3倍,拉動G DP增長3個百分點[31]。同時,經濟的發展也帶來寬松的汽車消費環境,居民出行的機動化需求快速增長,2000-2006年居民汽車擁有量和機動化出行量同比增長均在20%左右[32],機動化增長對道路設施產生巨大的需求,道路建設長度增長了近4倍[31]。但是新建道路增加容量有限,交通設施供給與需求間越來越不平衡。

深港生活圈間緊密的聯系對交通建設與投資也具有重要影響。在全球化和城市化的影響下,深港從“前店后廠”的傳統方式,逐漸轉變為資金、技術、信息和人才相融互動的新型經濟和空間一體化格局。2004年以來,深港一體化的趨勢越來越明顯,以休閑、公干、探親等為目的的跨境人員達1.5億,占全國總量的54.6%[33]。深港自由往來的前提就是交通基礎設施的建設。以海港、空港、鐵路場站、公路場站和各類口岸等為依托,水運、民航、鐵路和公路等多種交通方式相銜接,為深港合作提供了便捷高效的跨境設施。

第三是城市空間的拓展。深圳市建成區2000年僅有330.5 km2,城市土地以外延式擴展,目前建成區面積達到719.8 km2[31]。隨著住房市場開發逐漸由特區內轉移到關外,中心城通過土地使用性質置換,就業崗位越來越多,以工作為出行目的以小汽車為通勤交通工具的“潮汐式”交通流快速增長,占機動化出行方式的40.5%,由此帶來的跨界線交通飽和度超過0.9[32]。因此,交通建設與投資為適應特區內外一體化的發展進程,集中在發展公共交通、交通瓶頸的樞紐、路段、路口改造及特區外道路的新建。但是由于交通設施建設周期長、公共交通的社會性等特性,公共交通和更新改造投資拉動經濟增長是有限且緩慢的。2.3.3 生態效率的環境影響分析

圖2表明,交通占用的各種資源對環境的壓力都有一定的波動,先后于2000-2002年、2002-2005年、2006年經歷了先升后降再升的變化,能源類型、交通方式、出行方式、政策等因素是影響生態足跡波動變化的主要原因。

與能源用地相關的計算項目是用電量、汽油和柴油的油耗量。不同能源類型的污染排放系數有較大差異,電力和燃氣的排放系數相對較小,化石燃料的排放系數相對較大[4]。但是深圳市目前能源消耗方式以石油為主,交通運輸業年均油耗增長10%,而全市加油站設施發展相對緩慢,現狀加油站點已經難以滿足日益增長的加油需求。同時,燃燒所排放的NOx、CO等污染物是深圳市灰霾污染重要來源之一。因此,交通能源消耗面臨著環境污染和供需矛盾的壓力,對電力、天然氣需求極為迫切。

對各種交通方式的生態足跡變化加以比較(見表4),道路運輸產生的環境壓力最大,占總生態足跡的95%左右;水上運輸和民用航空相比較而言占總生態足跡處于較低水平,但是增長幅度較大,是不容忽視的交通環境影響因素之一。根據能源表現形式不同,進一步對汽油和柴油兩種不同能源消耗方式下機動車所消耗生態資源量加以考察,以每種交通工具生態足跡占總污染生態足跡的比例表示,結果如表5所示,重型柴油車和汽油轎車對交通環境壓力的影響較大,兩者消耗80%左右生態資源量。汽油轎車對環境影響的壓力逐年增加。而重型柴油車對環境壓力呈下降趨勢。相比較而言,其他交通工具對環境產生的壓力處于較低水平,變化幅度不大。由此可見,小汽車及重型柴油車是交通生態足跡最主要的影響因素。

交通生態足跡的波動性變化是不同政策下交通需求與環境保護博弈的結果。近年來深圳市交通環境管理力度不斷加強,2003年試行歐Ⅲ燃油標準及2006年發布的《交通污染治理白皮書》等政策對推動需求逐步趨向燃油經濟性汽車的結構轉變,淘汰高污染高能耗的柴油車等帶來的生態足跡變化較為顯著。但是經濟快速增長引致港口集裝箱年吞吐量和機場客運量的顯著提高,私人化交通需求快速增長及交通設施供給增長受限制所帶來的交通擁堵問題及公共交通可達性、吸引力下降,使得環境壓力對生態效率的影響越來越顯著。

表4 按污染物來源各種交通方式生態足跡的變化 單位:%Tab.4 The variation of ecological footprint by pollutant sourcesUnit:percent

表5 各類機動車生態足跡所占比例的變化 單位:%Tab.5 The variation of motor vehicle's ecological footprint proportionUnit:percent

3 結論與討論

考慮交通環境污染對生態效率不容忽視的影響,本文引入污染生態足跡指標,構建反映城市交通的生態效率模型。盡管目前對交通生態效率分析方法還在發展過程中,但其較為科學的概念內涵、便于操作的計算方法,為城市交通可持續發展評價提供了一個靈活、有效的工具;亦有助于從城市或區域尺度上考察交通運輸活動對社會經濟所產生的拉動作用以及對生態環境的影響,深圳市生態效率的實證分析較好地說明了這一點。

總體上深圳交通生態效率有所提高,生態效率增長的特點是建設投資拉動。交通運輸業投入能夠減緩交通供需矛盾,帶來高速的交通經濟增長,應成為今后投資的重點。同時,高速的投資增長也帶來交通需求增長迅猛,交通運輸業發展對設施不足、能源短缺、排放污染等外部效應顯現的不適應將越來越明顯。重型柴油車、汽油轎車與公共交通對生態效率分別具有減緩和促進作用[24],因此,從交通發展高效流動的需求角度理解交通生態效率的矛盾之所在,提高綠色交通方式和可替代能源投入,增強轎車和船舶燃油效率的技術研發及推廣,通過有效的管理來推動公共交通系統發展水平,對提高交通生態效率具有長遠的意義。

目前生態效率的計算,由于數據收集和方法方面的局限性,對不同經濟發展水平、不同生態資源占用方式在不同時空尺度的比較研究尚未解決。另外,在交通生態效率的經濟價值分析中,在交通間接經濟效益、社會效益的評估缺乏定量參考依據。但是,交通運輸業對城市發展具有資本密集和公共效益的特性,其社會經濟的影響對交通生態效率具有重要研究價值,應成為今后研究方向之一,需要進行更加深入細致的工作。

致謝:感謝北京大學環境學院曾輝老師的悉心指導及循環經濟實驗室楊磊、馬振邦、路旭、曾祥坤四位博士生的幫助。

(編輯:于 杰)

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AbstractEco-efficiency is an effective tool of integrating the sustainability into the transportation management and combining the economic value and environmental value.This article chose the Shenzhen city which was in a fast urbanization process and in the period of rapid development of motorization as a case study.The evaluation study reveals the true state and characteristics of transportation environment and economic development,and provides a scientific basis for urban sustainable development analysis.The result showed:①The environmental pressure of Shenzhen’s transportation had increased year by year,but increase of the pressure was lower than the growth rate the economic performance.On the whole,the transportation eco-efficiencyof Shenzhen had improved over time,but the growth rate was decreasing.②The effect of transportation infrastructure investment played a major role in eco-efficiency at present.Transportation infrastructure construction and investment should be focused on promoting economic growth.③Fossil fuel and its combustion were the major factors in restricting the ecoefficiency.Cars and heavy-duty diesel vehicle had the largest impact to environmental pressure compared with all kinds of traffic tools and was the most sensitive response to policy.Consequently,increasing the supplyof more green transport facilities and the use of public transportation tools,and taking transportation demand management as a new way of transportation management were important means to encourage ecoefficiency development.

Key wordseco-efficiency;ecological footprint;sustainable transportation

Shenzhen's Transportation Environment and Economic Performance Based on Eco-efficiency

DING Yu LI Gui-cai
(The Key Laboratory for Recycling Economy,Shenzhen Graduate School,Peking University,Shenzhen Guangdong 518055,China)

F062.9

A

1002-2104(2010)03-0155-07

10.3969/j.issn.1002-2104.2010.03.028

2009-10-25

丁宇,碩士生,主要研究方向為城市規劃。

＊國家自然科學基金重點項目“基于功能網絡的區域城市化生態環境效應及調控機制研究——以大珠江三角洲地區為例”(基金編號:40830747),廣東省自然科學基金項目“區域生態減災功能網絡建構研究——以珠三角地區為例(項目編號:9451805704002841)。