生态经济系统能值分析.pdf
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1、第2 5卷 第5期2 0 0 6年9月地理科学进展P R O G R E S SI NG E O G R A P H YV o l.2 5,N o.5S e p t.,2 0 0 6收稿日期:2 0 0 6-0 6;修订日期:2 0 0 6-0 8.基金项目:国家科技攻关项目(2 0 0 4 B A 6 1 7 B-1)。作者简介:周连第(1 9 6 3-),男,博士,研究方向为区域可持续发展。E m a i l:l i a n d i z h o u 1 2 6.c o m生态经济系统能值分析以北京密云县为例周连第1,胡艳霞1,严茂超2,3,董孝斌4,吴志强5,魏长山5(1.北京市农林科学院
2、综合发展研究所1 0 0 0 8 9;2.中国农业大学农学与生物技术学院,1 0 0 0 9 4;3.中国科学院地理科学与资源研究所1 0 0 1 0 1;4.北京师范大学资源学院1 0 0 8 7 5;5.北京密云县科委,1 0 1 5 0 0)摘 要:地理科学的研究与发展,迫切需要运用新的科学手段和定量研究方法综合研究区域生态经济格局,为区域人与自然的协调发展提供理论依据。本研究以密云县为例,通过能值理论与方法的应用,展现了区域地理信息与生态经济格局综合评估研究的新框架,对促进地理科学向纵深领域发展有重要的参考价值。本文在简要分析密云县自然、社会经济概况及其在北京的战略地位基础上,运用能值
3、理论与方法,对其主要资源流的价值、总能值用量、能值的流入流出情况、人口承载力、能值投入率、能值使用强度、环境负荷等指标进行了系统研究,并与其他区域的有关指标进行了比较研究,定量描述了密云县生态经济格局和发展状况的总体特征,提出了进一步开发密云资源,合理配置产业,促进可持续发展的政策建议。关 键 词:能值分析;生态经济格局;可持续发展;对策建议;密云县中图分类号:X 3 2 1;P 9 6 71引言地理科学的研究与发展,迫切需要运用科学手段与方法研究区域生态经济格局,为区域人与自然的协调发展提供理论依据。长期以来,人们试图应用传统价值理论和能量分析方法对各类地域系统及生态经济格局进行综合研究,阐
4、明区域自然生态系统和人类社会经济系统各组分及其作用机理,客观表述生命与环境、人与自然的关系,然而,传统的价值观带有很大的主观性,不能客观描述复杂的人地关系和区域生态经济格局;传统的能量分析法又没有考虑不同类别能量的品质差异,使得传统的能量分析方法亦陷入困境 1,2。2 0世纪8 0年代后期,国际系统生态学和生态经济学领域发展出新的科学概念和度量标准能值(e m e r g y)。H.T.O d u m根据生态系统中的等级原理,提出了能量品质概念,运用能值转换率等科学概念对能流、物流和价值流进行综合研究,并建立了一套科学的理论体系,通过一系列反应生态经济格局及发展模式特征的指标,开展了全球和区域
5、生态经济格局综合研究。能值理论和方法为生态系统、生态经济系统及人类生产活动的研究开拓了一条新的定量研究途径,正在向地理科学综合研究领域渗透,有着广泛的应用前景。从能量分析发展到能值分析综合研究,在理论和方法上都是一个重大的飞跃,在国际学术界已产生了强烈的5期周连第 等:生态经济系统能值分析以北京密云县为例反响并被广泛应用 3 1 3。密云县是北京重要的水源保护地,尽管建国5 0多年来北京经济有了很大的增长,人民的生活水平有较大的提高,然而,水资源的短缺和环境的破坏已经引起了各级政府的高度重视,并作为一个重要的问题提到了议事日程。为了给北京提供安全的水源,促进密云县域经济人与自然的和谐发展,北京
6、市政府正在寻求促进密云生态经济系统可持续发展的策略及模式。为此,有必要运用这一新的理论方法对这一重要区域的生态经济格局进行综合评估,为科学决策提供理论依据。2研究方法与步骤H.T.O d u m建立的能值分析理论,是从总体经济角度出发,综合考虑生态系统与经济系统,以能值为衡量单位建立的一套价值理论体系。它与能量系统图相结合,可以对不同尺度、不同类型的系统进行综合研究。能值的应用并不是要取代货币的市场功能,而是用来评估自然资源对生态经济系统的作用,是政策分析和决策研究的有力手段。表1基于能值理论的区域生态经济综合分析指标体系T a b.1E me r g yi n d i c e s f o r
7、 r e g i o n a l e c o-e c o n o mi c e v a l u a t i o n注:R可更新资源能源;N不可更新资源能源;P系统总人口;I输入总能值;E输出总能值;W废弃物总能值;E L电力;F燃料。对于不同类型和尺度的系统进行能值分析研究时,方法有所差别,但若以分析手段与步9 5地理科学进展2 5卷骤而言,主要包括能量系统图的绘制、能值分析表的制定、能值计算与评估、能值转换率和其他各种能值指标的计算、系统分析等。本文的研究包括以下步骤:(1)基本资料收集:收集研究区域的自然地理及有关经济资料(包括地图及统计资料);(2)能量系统图和能值图的绘制:包括确定系统
8、范围的边界、系统的主要能量来源、系统内的主要成分以及列出系统各组分的过程和关系等;(3)能值分析表的编制:能值分析表包括资源类别、资源流动量、太阳能值转换率、太阳能值及宏观经济价值评估等;(4)对系统图归类集结:为简化第二步的复杂系统图,将重要的类似的项目归并;(5)能值指标计算(表1):根据能值分析表、系统归类图,可进一步建立若干能值指标,分析生态经济系统,评价自然环境对经济的贡献,以利于方案选择和决策;(6)综合分析与政策建议:根据分析指标,提出结论和政策建议。3研究区域概况密云县地处北京市东北部,距离北京市区6 5 k m,土地面积为2 2 2 6.5 k m2。密云县现有人口4 2.5
9、 5万人,其中农业人口3 2.8 9万人。密云山多地少,由于受到保护密云水库水质的严格限制,密云的经济发展水平明显落后于邻县。农林牧渔业是密云传统的基础产业,在国民经济中占有重要地位。随着市场经济的发展,密云农业在产业结构中所占比例呈下降趋势。农业总产值占G D P比重由1 9 9 8年的2 2.5%下降到2 0 0 3年的1 5%。由于受严格的水源地水质保护标准的限制,密云限制污染型重工业进入,而多为轻污染型加工企业。密云可利用水资源年平均总量为4.4 1 08m3,实际利用水量2.3 51 08m3,主要满足工农业生产和人民生活以及生态用水的需要。密云经济发展速度和规模受到水资源保护和土地
10、资源不足的影响和制约。密云水库位于北京东北部密云县境内,是华北地区最大的水库,也是北京市的重要水源地。长期以来,密云水库一直承担着向首都提供生产和生活用水的职能。由于密云水库周边大部分地区属国家水源保护地,对其实行严格的环境保护,这在一定程度上制约了密云水库地区和全县的经济发展。为实现“保护水源”和“发展经济”的目标,综合分析密云的生态经济现状,探寻可行的生态经济模式有重要的意义。4密云县资源-环境-经济系统的能值分析能量流动关系图反应了系统能量流动的基本情况(图1),在此基础上进行能值计算与分析,结果列于表2 4中。图2是能值流动的综合图解。5基于能值理论的生态经济评价指标及其比较研究能值分
11、析在地理和区域生态经济格局研究中有重要作用,本研究将有关研究结果汇总于表5中,有利于有关方面进一步开展这方面的研究。能值系统综合研究方法将系统作为一9 65期周连第 等:生态经济系统能值分析以北京密云县为例图1密云县生态经济系统能量图解F i g.1S y s t e md i a g r a mo f t h e e o-e c o n o m i c s y s t e m s i nM i y u nC o u n t y图2密云县生态经济系统能值流、货币流综合图解F i g.2S u m m a r y d i a g r a mo f E M E R G Ya n dm o n e
12、t a r y f l o w s o f M i y u nC o u n t y i n2 0 0 3(实线为能值流动路线,虚线为货币流动路线,线上数字为流动量值,能值单位为 1 02 0s e j/a,货币单位为 1 08U S$。G D P数字为8.3 4 1 08U S$。)9 7地理科学进展2 5卷表2密云县生态经济系统资源基础的能值评估T a b.2E me r g ye v a l u a t i o no f e n e r g ya n dr e s o u r c e s f l o w s i nMi y u nC o u n t y注:表中原始数据由 密云县统计年鉴2
13、 0 0 3 和有关国土资源基础数据计算而得,计算公式参考文献2,3,9,1 0。9 85期周连第 等:生态经济系统能值分析以北京密云县为例表3密云能值流动综合表T a b.3S u mma r yt a b l e o f e me r g yf l o w s i nMi y u nC o u n t y表4密云县能值分析指标汇总表T a b.4I n d i c e s u s i n ge me r g yf o r o v e r v i e wo f Mi y u nC o u n t y9 9地理科学进展2 5卷个整体进行研究得来的指标,可以反应区域地理多方面的信息,可以用来比较
14、各地理区域经济发展、资源利用及其环境影响和资源使用效率的状况,分析对外进行各种交流的情况及公平性。能值分析的各项指标与其他国家或地区相比,可以发现一个国家或地区的潜力,评估其经济所处的等级地位。能值用量指标考虑了各类投入的质量差异,并将不可更新资源和可更新资源都考虑在内,这是过去的能量核算经常忽略的问题。新的能值指标体系能够更全面的评估国家或区域的生活标准,并且较容易比较发达地区与发展中地区的情况,从全球的角度判定区域目前发展的格局与状况。表5密云县主要能值指标与其他区域的比较T a b.5C o mp a r i s o no f e me r g y-b a s e di n d i c
15、e s w i t ho t h e r r e g i o n注:密云县的数据来自本研究,其他区域的研究数据根据参考文献2,3,8,9,1 0,1 1 整理。与人均燃料使用量指标相比,能值使用密度(单位面积能值使用量)和人均能值用量是两项更为有效的反映生活标准的指标。这两项指标可用来在反映资源、财富和商品等真正财富的可利用程度,并不用来作为反映社会学意义上的生活质量标准(如低犯罪率、较高的文化水平等)。欠发达地区的经济增长与发展往往在很大程度上依赖于环境方面的能值支持。密云县每人每年的能值用量是5.8 8E 1 5 s e j(太阳能焦耳),这一指标较低(表5),说明从总体上看,密云县人民的
16、生活水平与发达地区相比,还有比较大的差距,经济有待进一步发展和提高。环境负荷率是采购能值和自产的不可更新资源的能值与无需付费的环境能值的比率,正如“负荷”存在于电路上。较高的能值负荷率说明科技发展水平较高,同时环境所承受的压力也较大。密云付费能值与无需付费的环境能值的比率仅为2.3 3:1(表5)。这一指标明显低于许多区域。从总体上看,密云目前的环境压力不是很大。能值货币比率是每年总能值使用量与当年国民生产总值的比率。农村地区很多的能值1 0 05期周连第 等:生态经济系统能值分析以北京密云县为例取自自然环境资源而无需付费,因而农村地区的能值货币比率较高。发达地区驱动经济发展花费了大量的能值财
17、富,其能值货币比率仍然较低(表5),表明这些地区货币循环迅速(国民生产总值数额巨大)。这些地区习惯于从其他区域购买资源,因为他们花出的货币所含的能值大大低于采购资源本身所含的能值。密云旅游业和第三产业较为发达,其能值货币比较低,这种结构有利于密云县与外界进行公平交换,同时有利于保护密云库区的利益。能值交换比率是在贸易或买卖接触中得到的能值与发送出去的能值的比率。那些得到了较多能值的区域也就等于得到了较多的价值财富,经济的发展就得到了较多的刺激和趋动力。原材料如矿产品、农产品、林产品等在市场上销售时,一般具有较高的能值交换率。这是因为钱付给了人类的劳动,并没有付给自然界,尽管自然界在形成这些产品
18、的时候作了大量的功。表5表明,许多技术发达、财力雄厚的地区能值自给率较低,进口能值大大高于出口能值。这些进口能值对发达地区的经济发展起到了起到了很重要的作用,使这些地区能够有效地利用更多的资源,成功地与其他区域竞争。密云的经济的能值自给率为3 5%;出口能值与进口能值的比率为1.2 2。密云向外输出的能值高于流入进来的能值,这种格局对密云的持续发展不利。能值功率密度是能值使用总量与可利用的面积相比,它描述了单位时间某一单位面积的能值流动情况。在一定时间内,单位面积能值利用量越大,则能值功率密度越高。能值功率密度指标表明了能值密度的空间等级,工业化发达地区的能值功率密度很高,而一些具有非集约的、
19、带有浓厚农村经济特点的地区能值功率密度较低。较高的能值功率密度意味着土地是将来经济发展的限制因子。密云的能值功率密度较高说明密云正朝着工业增长为主的方向发展。电能是高品质的能量,它被广泛用来与其它低品质的能量与物质的投入相结合,给生产过程以刺激与反馈。电能用于现代社会信息的加工与操纵。根据电能的高能值转换率,电能应该用于那些真正需要电能的地方,以最大的限度和最优的方式利用各类低品质的能量,以得到相匹配的效益。密云电能使用量占总能值用量的3 1%,说明密云县的电气化程度较高,有利于进一步提高现代化水平。6密云县生态经济系统发展能值分析结果及讨论2 0 0 3年,密云的能值总利用量U为2.4 9
20、1 02 1s e j,能值货币比率为2.9 9 1 01 2s e j/$,与中国的能值货币比率平均值3.8 1 01 2s e j/$相比,密云的生态经济发展水平高于全国平均水平,其中系统的可更新资源能值年投入量为3.7 4 1 02 0s e j,占当地总能值用量的1 5%,加上当地自产的不可更新资源能值,密云经济发展取自当地资源的能值占总能值用量的3 5%,由此可见,密云经济的发展主要是依赖购买或外界输入的资源驱动,占总能值用量的6 5%。密云区2 0 0 3年人均能值用量为5.8 8 1 01 5s e j/a,从总体上看,低于北京市的平均水平(1 7.8 9 1 01 5s e j
21、/a),这主要是近年来对相关产业的限制,将密云作为水源保护地发展的结果。从能值分析的结果看出,密云县现有人口总量(4 2.4万人)并没有超过去人口承载力的上限(5 0.9万人)。2 0 0 3年密云县的能值功率密度为1 1.2 1 01 1s e j/m2,大大低于北京市的平均水平(1 1 8.6 1 0 1地理科学进展2 5卷1 01 2s e j/m2)。分析表明,作为北京的水源保护地,这种结果是有利于密云库区水体生态经济系统的整体保护。密云县的能值交换比率为0.8 2,这一指标显示出密云县的对外输出的财富大于输入的财富,这种格局对密云县的持续发展不利,经济发展的科技水平有待进一步提高。密
22、云县的可持续发展指数为0.5 2,表明密云的经济发展模式是资源消费型经济系统。7可持续发展的对策建议密云县可持续发展是与北京都市圈的可持续发展密切相关的,由于密云县从大局考虑,为保护水源地,在一定程度上限制了经济的发展。从能值分析的结果看,密云库区人民的生活水平还不是很高,为此有必要采取一些特殊的政策,促进密云县人与自然的协调发展。7.1建立生态补偿政策应当建立生态补偿机制,保证库区充分必要的物质和经济投入,促进密云库区物质、能量、经济的良性循环机制建立,使密云的水资源得到有效保护,保证首都经济圈的水资源安全。7.2构建适宜的生态经济模式根据密云的目前实际情况以及发展目标,把适宜密云的生态经济
23、模式总体上归纳为一圈四带三循环模式:即在密云水库水体核心区建立密云水体保护圈;在核心区周边地区建立生态保育带、观光旅游带、特色产业带、加工增值带;在密云县建立合理的循环经济发展模式,保证水源保护区物质、能量和经济循良性模式。7.3优化的产业配置无论现在还是未来,农业都将是密云库区的主导产业之一。立体农业、生态农业、观光农业等第一次产业以及旅游业等第三次产业将是库北区产业发展的主体。无公害型高科技农业产业以及旅游设施的配置等将是库南区和非水源保护区产业发展的主体,在库南产业发展区,应以开发区为龙头发展科技含量高、无污染、能耗低的新型现代工业,与其他劳动密集型产业形成互补、互动,高效率发挥库南大区
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