基于能值生態足跡的江蘇省可持續發展分析

吳瑾

0 引言

進入21世紀以來江蘇省的經濟依然保持較快的增長，從2001—2015年地區生產總值增加了6.4倍，長期位列全國第二。經濟長期高速增長的同時對環境的破壞和資源的消耗較大，人們的經濟活動和資源環境之間的矛盾與日俱增。如何在保證經濟發展的前提下，不破壞資源環境，實現江蘇省的可持續發展問題亟待解決。本文采用能值生態足跡法，將人們對自然資源及其生態系統服務的消耗程度與生態系統的承受能力之間相聯系，計算并分析江蘇省人均能值生態足跡、可再生資源的能值生態承載力和生態協調能力的動態變化情況，以此來監測可持續發展進程，讓決策者、學者和公眾準確地了解人們對自然資本利用的狀況，從而更科學地制定未來可持續發展的相關政策措施。

1 能值生態足跡模型的計算過程

將能值理論與傳統生態足跡模型相結合，分析研究區域的生態承載力與生態需求之間的盈虧及協調性情況，以此判斷江蘇省的可持續發展狀況。

1.1 人均能值生態承載力的計算過程

首先，計算出太陽光、風、雨等可再生資源的能量，這些能量主要是太陽輻射能、風能、雨水勢能、雨水化學能和地球旋轉能。其計算公式如下：

太陽輻射能=土地面積*太陽光平均輻射量

風能=高度*密度*渦流擴散系數*風速梯度*面積

雨水勢能=土地面積*某區域平均海拔高度*年降水量*密度*重力加速度

雨水化學能=某區域土地面積*年降水量*吉布斯自由能

地球旋轉能=土地面積*熱通量

第二，將這五種能量通過能量轉換率統一轉換成太陽能值，以便于比較并計算五種可再生資源的總太陽能值。太陽輻射能、風能、雨水勢能、雨水化學能和地球旋轉能的太 陽 能 值 轉 換 率 分 別 為 1sej/J、623sej/J、8888sej/J、15444sej/J和29000sej/J。

第三，計算研究區可再生資源的總太陽能值。由于自然界中的資源包含的能量主要來自太陽輻射，故為了避免重復計算，一般把五種能量的太陽能值中數值最大的一項作為研究區域的總太陽能值。用總太陽能值除以研究區域的總人口數便可得到人均太陽能值。

最后，計算人均能值生態承載力。其計算公式如下：人均能值生態承載力=人均太陽能值/全球平均能值密度

1.2 人均能值生態足跡的計算過程

首先，將人類主要消費的各項資源通過能量折算系數轉換成各自所包含的能量，再利用太陽能值轉換率將各項資源包含的能量統一轉換成太陽能值。利用對應的太陽能值除以總人數，便得到人均能值。

其次，計算區域能值密度。計算公式為：

區域能值密度=區域總太陽能值/區域土地面積

最后，計算人均能值生態足跡。其計算公式如下：

人均能值生態足跡=人均能值/區域平均能值密度

1.3 能值生態協調系數的計算過程

能值生態協調系數是用來判斷生態需求和生態供給之間是否達到協調狀態。該系數的取值范圍為1～1.414之間，該系數等于1時，表明生態需求與生態供給的協調性最差，生態處于嚴重失衡狀態；該系數等于1.414時，說明該區域的生態需求與生態供給的協調性最好，生態系統處于供需均衡狀態。即生態協調系數越接近1.414，則生態協調性越好。若用rec代表人均能值生態承載力，ref代表人均能值生態足跡，則能值生態協調系數的計算公式如下：

2 江蘇省人均能值生態承載力動態分析

能值生態承載力是計算研究區域可再生資源能夠提供給居民的生態生產性土地面積，反映研究區域的生態供給能力。根據上述人均能值生態承載力的計算方法，計算2001—2015年間的江蘇省人均能值生態承載力。所需數據來自于《江蘇省統計年鑒》和《生態系統能值分析》。由于短期內江蘇省的大環境沒有發生變化，故2001—2015年的太陽輻射能、風能、地球旋轉能值均沒有變化；另外，由于江蘇省屬于東部沿海省份，雨水較多，且雨水化學能的太陽能值是五大能值里面最大的，故將其作為江蘇省的總太陽能值。計算結果見表1。

從表1可知，生態承載力由太陽輻射能、風能、雨水勢能、雨水化學能和地球旋轉能構成，其中對江蘇省生態承載力貢獻最大的是雨水化學能，其次是地球旋轉能。2001—2015年江蘇省的人均能值生態承載力在這15年間變化都不大，均在0.35hm2/人左右波動，但總體呈現緩慢下降趨勢，這表明江蘇省的生態承載力較小，且生態供給能力逐漸下降，生態系統的調節和恢復功能減弱，可再生資源出現異常變化。在2003年、2009年和2015年江蘇省的人均能值生態承載力一反常態呈現較大漲幅，這主要是由于這3個年份的降雨量較其他年份豐沛，從而使得能值生態承載力增加。生態承載力與人類的經濟活動密切相關，其下降將制約人類的經濟活動，不利于江蘇省的可持續發展。性土地類型主要有耕地、林地、牧草地、水域、化石燃料用地和建筑用地。屬于耕地類型的消費資源主要有麥子、稻谷、玉米、薯類、大豆、蠶豌豆、棉花、花生、油菜籽、麻類、甘薯、蔬菜和茶葉等；屬于林地的主要有水果和林產品；屬于牧草地的主要有豬肉、牛肉、羊肉、禽肉、奶產品和禽蛋；屬于水域的主要是水產品；屬于化石燃料用地的主要是煤炭和原油；屬于建筑用地的主要是電力。按照人均能值生態足跡的計算方法，計算2001—2015年這15年間的江蘇省人均能值生態足跡。所需的江蘇省土地面積、總人口數、消費資源的產量數據、能量折算系數和太陽能值轉換率來自于《江蘇省統計年鑒》《生態系統能值分析》《農業技術經濟手冊》。計算結果見表2。

表22001 —2015年江蘇省人均能值生態足跡（單位：hm2/人）

3 江蘇省人均能值生態足跡動態分析

能值生態足跡是用來計算研究區域居民消費過程中的生態需求面積，即資源消費和廢棄物排放所需要的生物生產性土地面積，反映該區域的生態需求情況。生物生產

表12001 —2015年江蘇省人均能值生態承載力

由表2中的數據可知：進入21世紀以來，江蘇省人均能值生態足跡一直呈現不斷上升的態勢，從2001年的6.54123 hm2/人一路上升到2015年的11.63206hm2/人，短短十五年的時間，江蘇省人均能值生態足跡就上升了77.82%。這說明江蘇省居民消費過程中的生態需求越來越大，經濟活動對生態環境的壓力與日俱增，這將制約江蘇省經濟的可持續發展能力。

從能值生態足跡的構成來看，21世紀伊始，即2001—

2002年江蘇省不同類型生物生產性土地的人均能值生態足跡在總人均能值生態足跡中所占比例最高的3類依次為牧草地、化石燃料用地和耕地，這說明在這段時間江蘇省居民對農產品和畜產品的消耗較多，且在經濟生產活動中對煤炭和原油等能源消耗較大，經濟屬于快速發展階段。2003—2009年間，不同類型生物生產性土地的人均能值生態足跡在總人均能值生態足跡中所占比重的大小較前一階段有所不同，對江蘇省人均能值生態足跡影響最大的3類生物生產性土地依次是牧草地、化石燃料用地和建筑用地。2010—2011年江蘇省生物生產性土地的人均能值生態足跡對總人均能值生態足跡貢獻最大的前三位依次是化石燃料用地、牧草地和建筑用地。隨著江蘇省經濟的進一步發展，能源需求進一步增加，致使2012—2015年生物生產性土地對總人均能值生態足跡影響最大的前三位排名發生較大變化，依次是建筑用地、化石燃料用地和牧草地。可見，2001—2015年江蘇省的耕地、林地、牧草地、水域的人均能值生態足跡占總人均能值生態足跡的比重均呈現下降趨勢，而化石燃料用地和建筑用地的人均能值生態足跡卻呈現不斷上升的態勢。即江蘇省能值生態足跡的上升主要來自于化石燃料用地和建筑用地的能值生態足跡的增加，這說明江蘇省能源消耗速度較快，且經濟活動對生態的需求主要是為了滿足經濟發展和人類生活所需的能源需求。

4 江蘇省生態協調性與生態盈虧動態分析

按照世界環境與發展委員會的建議，出于保護生物多樣性的需要，生態承載力中要扣除12%以研究區域的實際生態承載力，據此得到江蘇省2001—2015年的實際人均能值生態承載力；能值生態協調系數是用來反映生態需求和生態供給是否平衡的重要指標；能值生態盈虧是由人均能值生態足跡與實際人均能值生態承載力之差得到的，用來反映人們的經濟活動是否在生態環境的可承受范圍之內。具體計算結果見表3。

表32001 —2015年江蘇省生態協調性及生態盈虧情況

由表3可知：2001—2015年江蘇省的能值生態系數略大于1且不斷接近于1，表明江蘇省這15年來生態需求與生態供給的協調性極差，生態環境處于嚴重失衡狀態，并且這種失衡狀態不但沒有好轉反而愈發的嚴重。而能值生態盈虧可用來進一步判斷具體的失衡情況，若能值生態盈虧為負數，則為生態赤字，表明該區域的生態失衡狀態屬于生態供給小于生態需求；若能值生態盈虧為正數，則為生態盈余，表明該區域的生態失衡屬于生態供給大于生態需求的狀況。根據表3中生態盈虧的數值為負數，說明這一時期江蘇省生態環境是處于生態承載力遠小于生態需求的一種嚴重失衡狀態。并且通過數據不難發現這種生態失衡的狀態越來越嚴重，生態赤字逐年擴大，從2001年的人均能值生態赤字-6.2185 hm2/人，擴大到2015年的-11.2335 hm2/人，15年的時間里江蘇省的生態赤字增加了80.65%，人們的生產和消費活動遠遠超過了大自然的承受范圍，處于經濟不可持續狀態。這與江蘇省的快速發展，對資源尤其是能源資源的大量消耗密不可分。

5 結論與建議

2001—2015年江蘇省的人均能值生態承載力不斷下降，而人均能值生態足跡連年上升，導致生態赤字呈現不斷擴大的態勢，生態系統處于生態環境的供給能力遠遠小于人們生產和消費需求的一種嚴重失衡狀態。這使得江蘇省的可持續發展面臨巨大挑戰，生態足跡和生態承載力之間的矛盾亟待解決。生態承載力是有限的，重點在如何減少生態足跡。而江蘇省能值生態足跡的上升主要來自于化石燃料用地和建筑用地的能值生態足跡的增加，即煤炭、原油和電力等能源消耗較大。可見，減少江蘇省能值生態足跡的關鍵在如何減少煤炭、原油等能源資源的消耗。針對此，需做到：繼續堅定不移的治理和保護耕地、林地、牧草地和水域；不斷轉變經濟增長方式，發展低碳經濟，加快服務業的發展；進一步提高研發能力，探尋煤炭、原油的替代能源，開發利用綠色環保的新能源；加大可再生資源的利用，增加風能和太陽能等清潔能源的使用范圍，綜合利用海洋、河流、湖泊等水域資源。

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