基于能值生態足跡的六盤水市可持續發展評價

杜雪蓮，趙中南，井 彤

(貴州財經大學 經濟學院，貴州 貴陽 550025)

1 引言

“生態足跡”理論模型由加拿大生態經濟學家Rees在1992年首次提出，并于1996年與Wackernagel對該模型進行了完善[1，2]。由于其計算方便，適用性比較強，受到了廣泛運用。隨著研究的不斷深入，生態足跡模型的不足也逐漸顯現。如生態足跡比較重生態系統而輕人類活動，定量化分析有缺陷[3～5]；采用的均衡因子和產量因子對地域特點有所忽略，存在較大計算誤差等[6]。能值理論最早由生態經濟學家Odum提出[7]，該理論將任何物質、資源、勞務等形成所需的太陽能值量定義為含有的太陽能值，被認為是連接生態學和經濟學的橋梁。能值理論在20世紀90年代初由留美學者藍盛芳引入我國[8]，被廣泛用于生態經濟系統可持續發展狀況的評價。Zhao等[9]將能值理論與傳統生態足跡模型結合，提出了能值生態足跡模型，該模型集兩者的優勢為一體，評價結果更加接近區域真實現狀，現已被廣泛運用于省域[10，11]、市域[12]、城市群[13]以及流域[14]等不同尺度的區域可持續研究。六盤水市作為資源型城市，其崛起主要依靠以煤炭為核心的工業體系，2013年被國務院確定為成長型資源型城市。本文采用能值生態足跡及相關評價方法，評價六盤水市可持續發展狀況，為該區生態文明建設和綠色發展提供參考。

2 研究區概況和研究方法

2.1 研究區概況

六盤水市位于貴州省西部，區域面積9914 km2，地處低緯度高海拔地區，地貌以山地、丘陵為主，平均海拔1750 m，地勢起伏大，是長江上游和珠江上游的分水嶺，全年氣溫變化小，被譽為“中國涼都”。2020年六盤水市生產總值(GDP)為1339.62億元，比2011年增長了123%, GDP增速從2011年的16.6%降到4.5%，年平均增速為9.98%。2011～2020年，六盤水市第二產業占GDP比重不斷降低，從2011年的62.67%降到2020年的44.8%，但第二產業貢獻占比依然最高。第七次人口普查(2020)顯示該區常住人口約303.16萬人。六盤水礦產資源豐富，煤炭、冶金等工業發達，被稱為“西南煤海”，是我國南方重要的能源原材料工業基地。作為資源型城市，六盤水市在產業發展過程中享受了區域資源紅利，但同時也存在經濟發展過度依賴以煤炭為中心的資源產業，面臨產業結構單一以及經濟發展質量不高等問題(表1)。

表1 2011～2020年六盤水市生產總值、增速及占比

2.2 研究方法

2.2.1 人均能值生態承載力計算

首先，計算出太陽輻射能、風能、雨水勢能、雨水化學能和地球旋轉能這5種可更新資源的能量[7]。其次，將這5種能量通過太陽能值轉換率(sej/J)轉換成統一的太陽能值(sej)[7，8]。各太陽能值轉換率見表2。取太陽輻射能、雨水化學能和風能中最大的一項，加上源于地球引力的雨水勢能和源于地球內能的地球旋轉能作為研究區的總太陽能值(C1)[10]，再除以研究區的總人口數得到人均太陽能值(c1)。最后，計算人均能值生態承載力。本文基于國內外相關研究，結合實際情況，核算能值生態承載力的能值密度采用全球平均能值密度(p1)，其值為3.104×1014sej/ hm2[8]。根據世界環境與發展委員會(WCED)的報告，需留出12%的生態容量以保護生物多樣性，因此需把這一部分扣除，其計算公式如下：

表2 5種可再生資源太陽能值轉換率(sej/J)

EC=c1/p1×88%

(1)

2.2.2 人均能值生態足跡計算

本文采用研究區生物資源生產量、能源生產量共同組成能值生態足跡的核算項目，能值生態足跡賬戶指標選取見表3。主要包括耕地賬戶、草地賬戶、林地賬戶、水域賬戶，以及化石燃料用地和建筑用地賬戶[9]。此外為更加全面準確地反映區域的可持續發展狀況，納入“三廢”排放指標，其中廢氣歸為林地，廢水歸為水域，固體廢棄物主要占用空間資源，歸為建設用地，3個指標取值為年排放總量減去治理削減量得到的最終排放量[11]。將研究區主要生產的各項資源(t)乘以能量折算系數(J/t)，再乘以太陽能值轉換率(sej/J)從而得出太陽能值。將各項太陽能值加總得到總能值(C2)，再用總能值(C2)除以研究區總人數，得到人均能值(c2)。本研究采用區域平均能值密度(P2)對能值生態足跡進行計算，計算公式如下(S代表區域面積)：

表3 六盤水能值生態足跡賬戶指標選取

p2=C1/S

(2)

最后，計算人均能值生態足跡。其計算公式如下：

EF=c2/p2

(3)

2.2.3 可持續發展評價指標

(1)生態赤字或盈余。 人均能值生態足跡(EF)與人均能值生態承載力(EC)相減，即為人均能值生態盈虧(ES)，如式(4)所示：

ES=EF-EC

(4)

式(4)中，如ES>0，顯示生態赤字，表示生態經濟系統狀況差，ES<0，顯示生態盈余，表示生態經濟系統狀況良好，ES=0，顯示生態平衡，表示可持續發展狀態弱。

(2)可持續發展潛力指標。可持續發展潛力指標用來反映生態足跡中土地類型利用的多樣性[14]，包括兩項內容，其中的生態足跡的品種性標數用于判斷生態足跡中各種生物生產性土地開發的均衡程度，其值大于0，值越大表示開發越均衡；生態系統的發展潛力指數用于判斷整個生態經濟系統的多樣性結構價值和調節潛力的發揮程度，其值同樣大于0，值越小說明發揮程度越小[15]。具體公式如下：

L=EF×H

(5)

(6)

式(5)、式(6)中：L為生態系統的可持續發展潛力指數；H為生態足跡的品種性標數；bm為第m類的土地對應的生態足跡占總足跡的比重；lnbm為第m類土地在總足跡中的配給。

(3)生態差額指數。生態差額指數用于評價系統可持續發展潛力和風險性，其值在0～1之間，越接近1表示潛力越大，潛在風險越小；反之則表示潛力小，風險大[16]。公式為：

ED=EC/(EC+EF)

(7)

(4)萬元GDP生態足跡。該指標表示每產生1萬元生產總值占用的能值生態足跡，能評價資源利用效率及差異，萬元GDP生態足跡與區域內資源利用率成反比關系。其計算公式為：

W=EF/GDP

(8)

2.3 數據來源

本文研究所需的六盤水市常住人口、人均GDP以及六類土地相關指標產量等數據來源于2011～2020年的《貴州統計年鑒》和《六盤水統計年鑒》。本文所用到的能值折算系數以及能值轉換率主要借鑒藍盛芳[8]等的研究結果。

3 結果與分析

3.1 人均能值生態承載力

根據前文關于能值生態承載力的計算方法得出結果如表4所示：2011～2020年六盤水市可更新資源總太陽能值、人均太陽能值和人均能值生態承載力均呈波動上升趨勢。可更新資源總太陽能值從2011年的2.55E+21sej增加到2020年的4.14E+21sej，其中貢獻最大的雨水勢能從2011年的2.04E+21sej增加到2020年的3.63E+21sej。人均太陽能值從2011年的8.94E+14sej增加到2020年的1.37E+15sej，人均能值生態承載力從2011年的2.54 hm2提高到2020年的3.87 hm2，最大值為2014年的4.23 hm2，因為這一年降雨量最大從而雨水勢能最大，為3.79E+21sej。可見研究區能值生態承載力主要受降雨量的影響。

表4 2011～2020年六盤水市能值生態承載力

3.2 人均能值生態足跡

根據前文計算方法得出結果如表5所示：2011～2020年六盤水市總能值、人均能值、區域能值密度以及人均能值生態足跡均呈波動增加態勢。人均能值從2011年的3.87E+16sej增加到2020年的4.21E+16sej。其中，2011～2014年人均能值逐年上升，2014年達最大值4.84+16sej，隨后下降并呈現小幅波動變化。區域能值密度從2011年的2.57E+15sej增加到2020年的4.18E+15sej，取歷年平均值為3.58×1015sej/hm2計算得出人均能值生態足跡從2011年的10.8 hm2增加到2020年的11.75 hm2。其中，2011～2014年人均能值逐年上升，2014年達最大值13.50 hm2，隨后下降并呈現小幅波動變化。說明“十三五”六盤水市經濟社會發展相較于“十二五”對生態環境的影響有所減輕。這一時期，六盤水市第二產業占比逐年降低，從2011年的62.79%降至2020年的44.8%，第三產業和第一產業比重逐年提升。顯示六盤水市“十三五”經濟社會轉型發展取得良好成效，人均能值生態足跡呈現降低態勢。

3.3 可持續發展評價

3.3.1 能值生態赤字

從表6可以看出，2011～2020年六盤水市均出現生態赤字，人均能值生態赤字總體呈波動下降態勢，最大值為2013年的10.68 hm2，最小值為2016年的7.53 hm2，其中2015～2016年下降幅度最為明顯，之后呈平穩變化態勢。總體上，后5年能值生態赤字比前5年小，說明該區赤字狀況總體趨于改善。這一時期六盤水著力開展老工業基地調整改造以及傳統產業改造，大力培育新產業新業態新模式，積極開展產業轉移承接和產業合作，并獲得了國務院通報表揚。與貴州省比較，六盤水人均能值生態赤字總體變化趨勢與貴州省相似，但除了2011年，生態赤字均高于貴州省，2012～2020年區域最大差值為2015年的4.87 hm2，最小差值為2017年的0.72 hm2。說明該區經濟社會發展對生態環境的壓力大于貴州省整體情況，這跟六盤水市一直以來以煤炭為主的產業結構有關。

表6 六盤水市與貴州省人均能值生態赤字 hm2

3.3.2 六類土地利用類型能值生態足跡狀況

如表7所示，2011～2020年6類土地類型中，人均能值生態足跡貢獻大小順序為林地<水域<耕地<草地<建筑用地<化石燃料用地，化石燃料用地最大，其人均能值生態足跡與總體人均能值生態足跡呈相同變化趨勢，即先上升后下降，其峰值出現在2015年，值為10.6245 hm2，比2011年增長了1.34倍，到2018年下降到最低值7.3469 hm2。“十三五”期間，六盤水市深入實施大生態戰略行動，堅持以供給側結構性改革為主線，累計關閉煤礦55處，淘汰煤炭落后產能1312萬t，化解鋼鐵過剩產能150萬t，這一時期化石燃料用地人均能值生態足跡顯著低于“十二五”時期。建筑用地人均能值生態足跡僅次于化石燃料用地，從2011年的2.3815增加到2020年的2.8894，呈波動上升變化，在2019年達到3.84 hm2的峰值，這是由于工業生產以及居民生活消費等對電力的消費使用逐年增加，2020年出現降低跟疫情影響有關。水域、林地的人均能值生態足跡貢獻最小，變化趨勢較為平緩；草地和耕地的貢獻也較小，最高值0.5 hm2和0.094 hm2分別出現在2014年和2016年，二者總體呈平穩變化趨勢。

表7 六盤水市六類土地利用類型人均能值生態足跡

3.3.3 可持續發展潛力與風險分析

(1)生態品種性標數和可持續發展潛力指數分析。 根據前文計算公式得出六盤水生態品種性標數與發展潛力指數見圖1：2011～2020年六盤水生態品種性標數與發展潛力指數呈波動變化態勢。其中生態品種性標數從2011～2015年基本呈下降趨勢，說明此期間該區對各類型自然資源開發的均衡性逐漸下降；從2016～2020年呈先上升后下降趨勢，說明各類型資源利用的均衡性有所改善。可持續發展潛力指數在小范圍波動變化，2020年的發展潛力指數和2011年相比上升了16.5%，可持續發展潛力有所增強。通過進一步計算，六盤水年均生態品種性標數和年均發展潛力指數分別為0.7和0.9，顯示該區生態經濟系統與各種土地類型利用的相關度不大，總體上該區對各種生物生產性土地的開發較為均衡，研究時段內生態系統的多樣性結構價值和調節潛力得到了一定程度的發揮。

圖1 六盤水生態品種性標數與發展能力指數

(2)生態差額指數。 生態差額指數計算結果如圖2所示：2011～2015年，六盤水市和貴州省生態差額指數均呈波動變化態勢，2016～2020年，均基本呈現下降態勢。2011～2020年，六盤水市和貴州省分別為0.16～0.25和0.11～0.22，顯示二者均存在一定程度的可持續發展風險。除2015年六盤水市生態差額指數比貴州省低之外，其他各年均大于貴州省，說明六盤水市可持續發展潛力比貴州省整體稍大，地區可持續發展風險比貴州省稍低。

圖2 六盤水市與貴州省生態差額指數變化對比

3.3.4 萬元GDP生態足跡

從圖3中可以看出，2011～2020年六盤水市和貴州省人均萬元GDP生態足跡總體均呈下降態勢，說明這一時期六盤水市和貴州省資源利用效率均明顯提升。對比來看，2020年六盤水和貴州人均萬元GDP生態足跡分別為2.66和1.67，與2011年相比分別降低了47%和73%，說明六盤水市資源利用率提高速度慢于貴州省。2018～2020年六盤水市人均萬元GDP生態足跡均高于貴州省，最大差值為1.04，顯示與貴州省相比，六盤水的土地投入產出效率還有待提升。

圖3 六盤水市與貴州省人均萬元GDP生態足跡對比

4 結論與建議

(1)2011～2020年六盤水市能值生態足跡均高于能值生態承載力，平均人均生態赤字為8.78 hm2，呈波動下降態勢。總體上，“十三五”能值生態赤字較“十二五”明顯降低，表明“十三五”該區經濟發展與資源環境矛盾趨于改善，但與貴州省相比還存在差距。人均能值生態足跡在10.8～13.5 hm2范圍內波動變化，其中貢獻最大的是化石燃料用地。六盤水市需繼續深化煤炭工業供給側結構性改革，推動煤炭工業轉型升級高質量發展，加大污染防控力度，加快技術更新和產業升級，發展綠色低碳經濟。

(2)通過對六盤水生態品種性標數和可持續發展潛力指數的分析表明近年來該區對各類型自然資源開發較為均衡，六盤水市需要加快生態工業、生態農業和生態旅游發展，合理利用各類型土地，進一步促進用地均衡。另外，六盤水市可持續發展潛力比貴州省整體稍大，地區可持續發展風險比貴州省稍低。生態差額指數分析結果顯示研究時段內六盤水市可持續發展狀況總體趨于改善，顯示該區經濟社會發展綠色轉型取得一定成效。但其年均生態差額指數為0.22，顯示可持續發展潛力仍然較低，存在可持續發展風險。可以通過與其他地區的合作，形成優勢互補，構建安全高效的可持續發展體系，降低可持續發展風險，提升可持續發展潛力。

(3)2011～2020年六盤水和貴州省人均萬元GDP生態足跡總體均呈現降低態勢，表明資源利用率穩步提升。整體上，六盤水市人均萬元GDP生態足跡高于貴州省。值得注意的是，2018～2020年六盤水市人均萬元GDP生態足跡相比之前不降反升，其資源利用率還有待提升。六盤水需要加快培育和發展戰略型新興產業，著力構建循環經濟產業鏈，發展綠色清潔能源，倡導綠色消費和節約優先，不斷提升資源能源利用率。