生態(tài)經(jīng)濟論文基于三元相圖法的天津生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值分.doc

文章源于科技論文發(fā)表網(wǎng)： QQ:1003 59168 生態(tài)經(jīng)濟論文：基于三元相圖法的天津生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值分析摘要:為了更加清晰地說明天津市經(jīng)濟系統(tǒng)的資源利用及配置結(jié)構(gòu),為天津市今后的決策和發(fā)展方向提供依據(jù),論文將三元相圖法應(yīng)用到能值分析中,對天津市經(jīng)濟系統(tǒng)的能值指標(biāo)進(jìn)行分析,并與北京、遼寧等幾個省市的能值現(xiàn)狀做了對比分析。對天津市近幾年的能值相圖分析表明,天津市的資源利用比例總體變化不大,外界能值的投入增多是天津市資源利用比例發(fā)生變化的主要原因;從天津市自身看,其資源利用結(jié)構(gòu)分配向不合理狀態(tài)發(fā)展,能值可持續(xù)性指數(shù)呈降低趨勢。與其他省市相比,天津市的總體發(fā)展?jié)摿Ρ容^大,在物質(zhì)生產(chǎn)和服務(wù)業(yè)發(fā)展的水平較高,資源利用較為充分。天津市在發(fā)展經(jīng)濟引入外部資源的同時應(yīng)注意開發(fā)和使用本地資源,提高天津市的經(jīng)濟可持續(xù)性。關(guān)鍵詞生態(tài)經(jīng)濟；三元相圖法；能值分析；資源利用結(jié)構(gòu)能值分析可以用來核算環(huán)境、經(jīng)濟指標(biāo),評價人類系統(tǒng)的組成及生產(chǎn)產(chǎn)品和服務(wù)所需的資源,從資源利用的角度研究能量經(jīng)濟系統(tǒng)的資源代謝過程。它將自然資源的利用效率,環(huán)境承載力和產(chǎn)生污染物、廢棄物等考慮進(jìn)去,綜合考慮了系統(tǒng)的生態(tài)和經(jīng)濟貢獻(xiàn)以及系統(tǒng)的兼容性。然而,對能值指標(biāo)缺少清晰統(tǒng)一的認(rèn)識也會使數(shù)據(jù)分析時混亂復(fù)雜。因此,國外專家提出過一些圖表化模型,試圖直觀形象地解釋指標(biāo)分析的結(jié)果。如Rodrigo Lozano用多維圖表達(dá)環(huán)境可持續(xù)性變量1,即將生產(chǎn)、服務(wù)、交通、能源、水資源、生物多樣性等與環(huán)境相關(guān)的所有指標(biāo)組成多維圖,表現(xiàn)環(huán)境的可持續(xù)性; Jalal和Rogers用4個象限來表示環(huán)境和經(jīng)濟系統(tǒng)的動態(tài)變化2;世界銀行曾用空氣、水、土壤、生態(tài)系統(tǒng)這4個因素疊加形成的菱形圖來表示環(huán)境對這4個因素的依賴程度3;Hofstertter等用三元相圖法來表示生物圈評價,將生物圈各個因子分為3部分,即破壞生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量的因子、破壞人類健康的權(quán)重因子和破壞能源的權(quán)重因子,用三角形來表達(dá)三者關(guān)系4。其中多維圖法的表達(dá)最為精確,但是需要數(shù)據(jù)量極多,而且計算過程和表現(xiàn)形式復(fù)雜,適用于變動性大的系統(tǒng);象限法、菱形圖法和三元相圖法把環(huán)境中錯綜復(fù)雜的因子濃縮為4個或3個部分,通過這幾個部分來表現(xiàn)環(huán)境影響,這些方法采用的數(shù)據(jù)簡單有代表性,表現(xiàn)形式清晰易懂。其中以三元相圖法的原理最為完善,自1902年Gibbs提出吉布斯相律并為相圖法的發(fā)展奠定基礎(chǔ)5以來,相圖法現(xiàn)廣泛應(yīng)用于物理化學(xué)、地質(zhì)學(xué)和冶金學(xué)上,有二元、三元甚至多元相圖,其中三元相圖法由于表達(dá)清晰、測定分析簡單而應(yīng)用最廣。2000年Hofstertter等首次將三元相圖法引入生態(tài)和環(huán)境領(lǐng)域,利用其直觀形象的表現(xiàn)形式將人類系統(tǒng)的各個相關(guān)因子表達(dá)出來,Giannetti、Almeida等人將三元相圖法和能值分析法結(jié)合起來,分析系統(tǒng)可持續(xù)性進(jìn)而為決策制定提供依據(jù)6-8。本研究利用三元相圖法分析天津市生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的投入產(chǎn)出質(zhì)量,并將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)內(nèi)外的過程和系統(tǒng)進(jìn)行對比,進(jìn)而評價系統(tǒng)隨時間的發(fā)展趨勢;將全國幾個典型省市北京、四川、遼寧、內(nèi)蒙古、甘肅與天津市的能值進(jìn)行對比分析,評價天津目前的生態(tài)經(jīng)濟發(fā)展動態(tài),為決策提供依據(jù)。1研究區(qū)概況及方法11研究區(qū)概況天津市包括15區(qū)3縣,轄區(qū)總面積119104km2。天津市北依燕山,東臨渤海,海岸線北起澗河,南至歧口,長153 km。氣候?qū)倥瘻貛О霛駶櫞箨懠撅L(fēng)氣候,年均氣溫在114129,年均降水量為520660 mm。天津市海岸帶石油、天然氣、原鹽、地?zé)岬茸匀毁Y源比較豐富。僅大港和渤海兩個油田所包括的范圍內(nèi)已探明石油儲量77108,t天然氣儲量380108m3,且開采價值較高。鹽田面積400 km2,年產(chǎn)原鹽200108,t約占全國的15%。天津市地處太平洋西岸環(huán)渤海經(jīng)濟圈的中心,是中國北方十幾個省市區(qū)對外交往的重要通道,其港口和交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)發(fā)達(dá),是我國北方重要的工業(yè)和港口城市。近年來天津市飛速發(fā)展,GDP連續(xù)位居國內(nèi)前列水平。12三元相圖法在生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的應(yīng)用能值理論認(rèn)為自然界所有的能量都來自于太陽能,其他各種形式的能量都是由太陽能轉(zhuǎn)化而來。而生態(tài)系統(tǒng)中存在等級理論,因此把能值定義為“一種流動或存儲的能量中所包含的另一種形式的能量數(shù)量9-10”。生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的能流,從量多而能質(zhì)低的等級向量少而能質(zhì)高的等級流動和轉(zhuǎn)化,能值轉(zhuǎn)換率也隨著能量等級的提高而增加。天津市地?zé)崮?、風(fēng)能、石油資源豐富,第二產(chǎn)業(yè)較為發(fā)達(dá)。參照Yang Z F11,根據(jù)天津市生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的特點可更新能源(R),生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的不可更新投入(N)為電力、原油等,反饋投入(F)為商品和服務(wù)進(jìn)口、投資、旅游等。自2000年Hofstertter等將三元相圖法引入生態(tài)領(lǐng)域后,Giannetti等分別于2006和2007年對三元相圖法在能值分析上的應(yīng)用做了介紹6-7。三元相圖是由一個帶有坐標(biāo)的等邊三角形組成,每個角代表一個元素;元素間的相對比例是從給定點到與所有元素的對邊的垂線長度。在能值分析上,R(可更新資源能值)、N(不可更新資源能值)、F(系統(tǒng)反饋投入能值)之和被認(rèn)為是系統(tǒng)的總能值,在系統(tǒng)中保持相對穩(wěn)定,看作是單位1,R、N、F通過公式簡25%R,25%F。通過對系統(tǒng)和過程在能值相圖中不同位點的研究和比較,可以得到關(guān)于系統(tǒng)資源配置和發(fā)展現(xiàn)狀的直觀認(rèn)識。2基于三元相圖法的生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值分析21基于相圖法的能值表達(dá)本研究以天津市國民經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),分析天津市近幾年來社會經(jīng)濟發(fā)展的主要能值流量和能值指標(biāo),并選取能夠反映系統(tǒng)自然、社會、經(jīng)濟發(fā)展?fàn)顟B(tài)的指標(biāo),對天津市生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)進(jìn)行能值定量分析研究。3種資源類型的不同構(gòu)成比例,其中任一資源成分的相對百分比由相點到該資源項對邊的距離來表示,可以看出在系統(tǒng)總能值逐年增加的情況下,可更新資源的能值比例從019下降到006,下降相對較多,不可更新資源能值比例一直處在050054之間,變化不是很大,反饋投入能值的比例從027上升到042,增加較快,說明來自于系統(tǒng)外的反饋能值的量迅速增加,產(chǎn)生系統(tǒng)資源配置關(guān)系的明顯變化。與該資源項相對應(yīng)的底邊平行的線稱為資源線,用于比較產(chǎn)品或過程對資源的利用結(jié)構(gòu);EYR和EIR值與“F資源線”相對應(yīng),ELR值與“R資源線”對應(yīng)6-7。1998年環(huán)境負(fù)載率ELR為420,此后環(huán)境負(fù)荷逐年上升至2007年為1445。環(huán)境負(fù)荷增加勢必對自然環(huán)境造成很大的壓力,對于系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生不良影響。能值投資率EIR從036上升到073,說明生產(chǎn)過程在利用等量本地資源時,需要投入更多地反饋能值,產(chǎn)品中所聚集的能值更多地來自于外來能值資源的貢獻(xiàn)。能值產(chǎn)出率EYR從377下降到237,說明隨著產(chǎn)品中所凝聚的來自經(jīng)濟系統(tǒng)反饋能值的比重越來越高,產(chǎn)品反饋給經(jīng)濟系統(tǒng)的凈能值增加額在減少。若兩個以上的點連接成直線,則該直線稱之為協(xié)同線,協(xié)同線上的點具有與該線上其他點相似的資源配置比例。這個定義說明了資源之間的變動是相互聯(lián)系而非獨立存在的。天津市近幾年的能值配置可以形成一條協(xié)同線,F /R的關(guān)系大致是以每3年168倍的速率增長,1998年F /R為138,則2007年F /R為1381683=654,而事實上2007年的F /R為653。F和R的投入數(shù)量差隨時間差距越來越大,天津市利用可更新資源的量逐年降低,而投入增長速率逐漸增大,表明天津市正在向外向型經(jīng)濟轉(zhuǎn)型,對國際市場的依賴性和影響力不斷上升,總體經(jīng)濟實力大大增加?？沙掷m(xù)指標(biāo)相等的點的連線稱為可持續(xù)線6?？沙掷m(xù)性曲線從N點出發(fā),向RF方向移動,可持續(xù)性曲線在相圖中劃分了系統(tǒng)發(fā)展可持續(xù)性不同的區(qū)域?？沙掷m(xù)性指標(biāo)ESI=1的持續(xù)性曲線將相圖劃分成上下兩個部分,上半部分表示系統(tǒng)生產(chǎn)過程的可持續(xù)發(fā)展指數(shù)大于1,下半部分表示系統(tǒng)生產(chǎn)過程的可持續(xù)發(fā)展指數(shù)小于1。以往的研究表明,大于1的ESI意味著生產(chǎn)過程對社會具有凈貢獻(xiàn)而沒有嚴(yán)重地影響環(huán)境的平衡,系統(tǒng)的ESI小于1則意味著消費性的生產(chǎn)與過程12?？梢钥闯?天津市自1998年來可持續(xù)發(fā)展指數(shù)ESI一直處于1以下,介于090和016之間,資源的開發(fā)速度加大,而對本地自然環(huán)境的壓力日益增大?？沙掷m(xù)發(fā)展?jié)摿υ絹碓降?長期下去系統(tǒng)的可持續(xù)性難以維持。22天津市能值與國內(nèi)其他地區(qū)的相圖比較221參照省市的能值相圖描述現(xiàn)用北京、四川、遼寧、內(nèi)蒙古、甘肅等5個省市的生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)能值與天津市對比分析13-17。根據(jù)所參考的數(shù)據(jù)資料,并查閱相應(yīng)省市的統(tǒng)計年鑒,采用1998、2000、2002、2004年數(shù)據(jù)。各省市的能值分配及利用方式都有所不同。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計,北京市的不可更新資源投入比例最大,近幾年都在085以上,其對本地不可更新能源的利用很少,而且以消耗大量的水泥、鋼材、原油和生鐵為主,表明北京市發(fā)展程度高,對外界環(huán)境的依賴性最高。遼寧的不可更新資源投入比例也相對較大,遼寧是著名的老工業(yè)基地,不可更新能源如煤炭、鋼鐵、石油的利用一直很大。四川和甘肅的可更新投入比例較大,外界投入資源比例很小;說明這兩個地區(qū)主要依賴本地資源供給,需要購買的能值較少;進(jìn)一步說明這兩個地區(qū)的發(fā)展處于欠發(fā)達(dá)階段,應(yīng)該進(jìn)一步擴大內(nèi)需,增大反饋投入的比例,加大發(fā)展力度。內(nèi)蒙古是近幾年中能值利用結(jié)構(gòu)變化最大的省份,可更新資源的配置比例從1998年的048下降到023,不可更新資源的配置比例從050上升到076,反饋投入則增加不多。雖然內(nèi)蒙古自然資源豐富,但是在發(fā)展本地經(jīng)濟時需要處理好資源在利用過程中的配置關(guān)系,多多開發(fā)可更新資源。同時,當(dāng)?shù)卣畱?yīng)該積極引進(jìn)外資,并增大能值投入比例,加速本地的發(fā)展。與這幾個地區(qū)相比,天津市近幾年的資源構(gòu)成比例處于比較合理的狀態(tài),在今后的發(fā)展過程中繼續(xù)開發(fā)本地可更新資源,加大反饋投入,可以在保證發(fā)展經(jīng)濟的同時,提高天津市本地的可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Α?22資源線分析一般來講,當(dāng)環(huán)境負(fù)載率ELR3時,表明環(huán)境壓力很小;當(dāng)3ELR10時,表明環(huán)境壓力已經(jīng)相當(dāng)大6, 18。顯示北京、天津、遼寧的環(huán)境負(fù)載率大于3,對自然環(huán)境的壓力較大,尤其是北京和天津兩地,環(huán)境負(fù)荷已非常高。四川和甘肅的環(huán)境負(fù)載率低,處于經(jīng)濟和環(huán)境的良好狀態(tài)。能值產(chǎn)出率EYR5時表明利用的一次能源比較多;2EYR5表明利用諸如水泥和鋼材的原材料及二次能源較多;EYR2則表明不是能源問題而是與產(chǎn)品消費和制造過程有關(guān)了6。中國一次能源消費的部門結(jié)構(gòu)集中于能源工業(yè)部門,而工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和公共服務(wù)與生活兩大部門大多依賴于二次能源。幾個省市中只有天津市的能值產(chǎn)出率在5以下,說明天津市的能源利用以二次能源為主,進(jìn)一步指出天津市近幾年在物質(zhì)生產(chǎn)和服務(wù)業(yè)發(fā)展的水平較高。223可持續(xù)性比較可持續(xù)性指數(shù)ESI1,說明系統(tǒng)不能維持長期的可持續(xù)性;而1ESI5時認(rèn)為系統(tǒng)長期內(nèi)是可持續(xù)的6,18。四川、甘肅、內(nèi)蒙古的能值可持續(xù)性指數(shù)ESI都在5以上,則表明長期內(nèi)系統(tǒng)可以自我持續(xù),遼寧的ESI介于1和5之間,在一段時間內(nèi)是可以自我維持的,而北京和天津市都處于1以下,可持續(xù)性指數(shù)偏低,系統(tǒng)自我持續(xù)性差。3結(jié)論基于三元相圖法的能值分析具有普通能值分析方法所不具有的優(yōu)勢,使我們對各個指標(biāo)所代表的意義有更清晰直觀的認(rèn)識,能更深入地解釋各個指標(biāo)所具有的含義,使能值理論的應(yīng)用更具科學(xué)性;在不同區(qū)域?qū)Ρ确治鲋型伙@各個地區(qū)的發(fā)展特點和現(xiàn)存問題,為今后的決策提供有力的支持和依據(jù);三元相圖法還可以對系統(tǒng)隨時間變化的趨勢進(jìn)行評價及預(yù)測,為生產(chǎn)模式的規(guī)劃及方案選擇提供有益的分析工具;同時,將化學(xué)上的相圖法引入生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域,為解決該領(lǐng)域的問題提供了一個較新的思路。對天津市近幾年的能值分析表明,天津市的資源利用比例總體變化不大,外界能值的投入增多是天津市資源利用比例發(fā)生變化的主要原因,表明天津市正在向外向型經(jīng)濟轉(zhuǎn)型,對國際市場的依賴性和影響力不斷上升,總體經(jīng)濟實力大大增加;從天津市自身看,其資源利用結(jié)構(gòu)分配向不合理狀態(tài)發(fā)展,環(huán)境負(fù)載率逐年增加,能值產(chǎn)出率減少,導(dǎo)致能值可持續(xù)性指數(shù)逐年減少。資源開發(fā)速度的加大對本地自然環(huán)境的壓力日益增大?？沙掷m(xù)發(fā)展?jié)摿υ絹碓降?長期下去系統(tǒng)的可持續(xù)性難以維持。因此天津市在發(fā)展經(jīng)濟引入外部資源的同時應(yīng)注意開發(fā)和使用本地資源,利用外部投入帶動本地資源消費,加大本地可更新資源的利用,提高天津市的經(jīng)濟可持續(xù)性。與其他省市相比,天津市的總體發(fā)展?jié)摿Ρ容^大,在物質(zhì)生產(chǎn)和服務(wù)業(yè)發(fā)展的水平較高,資源利用較為充分。天津市比較重視利用外來資本發(fā)展本地經(jīng)濟,近幾年外資引入比例很大,對天津市經(jīng)濟的快速發(fā)展有很大幫助。但是在能源的利用上以二次能源為主,建議開發(fā)本地新能源,增加一次可更新能源的使用率,例如天津市瀕臨渤海,地?zé)崮?、風(fēng)能充足,適當(dāng)開發(fā)此類能源,可以降低本地環(huán)境負(fù)載率,提高天津市經(jīng)濟系統(tǒng)的能值產(chǎn)出率,對維持系統(tǒng)的長期可持續(xù)性有很大意義。參考文獻(xiàn)(References):1RodrigoL.Atool 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