基于能值生态足迹的西安市生态承载力现状研究

赵德芳

（西安文理学院，陕西 西安 710075）

能值分析理论由美国著名生态学家Odum于20世纪80年代提出，并应用于生态系统自组织过程行为及功能研究。能值是指生产某种类别的能量所包含或需要的另一类别能量的数量。能值分析的核心是以能值为基准，将研究系统中不同种类、不可比较的能量转换成统一标准来进行比较。太阳能值(solar emergy)是能值分析的统一标度，其计算方法是:任何流动的或贮存状态的能量所包含的太阳能的量[1]。

Zhao等[2]应用能值理论对生态足迹模型进行了改进，构建了能值生态足迹模型，将研究区域的各种能量流、物质流转化为太阳能值(Solar Emergy,单位:sej)，并引入能值密度概念，研究区域的能量流和物质流转化为生物生产性土地面积，从而得出能值生态足迹、能值生态承载力和生态盈余或生态赤字，进而定量分析研究区域的可持续发展现状。以往西安市生态足迹的计算主要采用传统生态足迹方法[3]，本文中运用能值理论对西安市生态足迹进行计算，分析生态环境系统的发展状况，以期为决策部门制定相关政策提供科学依据。

1 研究区域与研究方法

1.1 研究区域概况

西安市位于中国大陆腹地黄河流域中部的关中盆地，东经107°40′～109°49′和北纬 33°39′c～34°45′之间。 南倚我国重要的南北分界线——秦岭山脉，北靠渭河平原，地势平坦，土壤肥沃，面积10108 km2。西安市作为我国西北地区政治、经济、文化、交通中心和陇海兰新地带规模最大的中心城市，土地开发利用较早。近年来随着西部大开发的推进，西安市经济快速发展，城镇建设急剧扩大，土地利用结构发生了很大变化，生态承载力急剧下降。

1.2 资料来源

本文采用的原始数据来源于《西安统计年鉴2002－2010》[4]，能量转换率来源于《中国耕作制度》[5]，能值转换率来源于《生态经济系统能值分析》[6]。

1.3 研究方法

具体分析步骤如下[2,7-8]：①区分研究区域的可更新资源和不可更新资源，计算可更新资源的太阳能值。借助全球平均能值密度(p1)，计算得出能值生态承载力（公式1）。②选取可更新资源中最大值作为区域总能值，除以区域土地面积(hm2)，得到区域能值密度(p2)。③划分生产及消费项目，建立细化的各项目总账户，并与6大类生物生产性土地一一对应。总账户包括生物资源消费和能源资源消费，生物资源消费含农林牧渔等产品，能源资源账户含煤炭类、油气类和电力。计算各账户对应的太阳能值，借助区域能值密度(p2)，得到能值生态足迹（公式2）。④计算生态盈余或生态赤字，当能值生态足迹小于能值生态承载力时为生态盈余，反之为生态赤字，该值在某种程度上可以定量反映一个地区的可持续发展状况（公式3）。⑤万元GDP能值生态足迹,简称万元GDP，是指每产生1万元GDP所占用的生态足迹，万元GDP生态足迹越高，说明资源的利用效率越低。这个指标较好地反映了GDP与自然条件状况、土地生产潜力和区域发展水平之间的密切关系，以及资源利用的效率（公式4）。

式中，EC为能值生态承载力、N为总人口数、ec为人均能值生态承载力、0.88是为了扣除12%的生物多样性修正(WCED)；e为可更新资源的人均太阳能值、p1为全球平均能值密度、EF为能值生态足迹、ef为人均能值生态足迹、Ai为第i种资源的人均能值生态足迹、ci为第i种资源的人均能值、p2为区域能值密度、ED为生态赤字、ES为生态盈余。

需要注意的是：①由于不可更新资源的再生速度远远小于人类的消耗速度，其总量将日益减少，只有可更新资源才具有可持续性，因此，选取可更新资源计算生态承载力[9]。②能值生态足迹由两部分构成，即生物资源消费对应的足迹和能源资源消费对应的足迹。因此，在能值生态足迹的计算中，生物资源消费对应足迹是生产足迹，能源资源消费对应足迹是消费足迹。③在将生产及消费项目与6大类生物生产性土地对应的过程中，部分研究人员就账户的划分存在着差异，主要体现在猪肉和禽蛋2个项目。在陈春峰等[9]研究中，猪肉和禽蛋是属于耕地类生物生产性土地，本研究采用使用陈春峰等[9]分类划分方式。

2 结果与分析

2.1 能值生态承载力

根据Odum等[1]的研究，全球平均总能值为1.583E+25sej，全球面积为5.1E+10hm2，故全球能值密度(p1)为3.104E+14sej/hm2。利用原始数据，参考公式1，计算得出研究区域的人均能值生态承载力为0.259323hm2/cap，扣除12%的生物多样性修正，西安市2010年实际可利用的人均能值生态承载力为0.228204hm2/cap。

2.2 能值生态足迹

根据生产力大小，生态足迹将地球表面的生物生产性土地分为6大类，即化石能源用地、耕地(Arable land)、牧草地、林地、建筑用地以及可提供人类食用的生物(主要针对鱼类)淡水以及咸水水域。其中化石能源用地包括原煤、焦炭、汽油、柴油、原油、汽油、煤油、燃料油和天然气；建筑用地包括热力、电力；耕地包括粮食、棉花、玉米、豆类、油料、猪肉、禽肉、禽蛋等;而牛羊肉和牛奶则包含在牧草地中；林地主要包括水果、生漆、板栗、花椒；水域以水产品来衡量。从表1可以看出研究区域可更新资源能值总量为6.82E+20sej，得到区域能值密度(p2)为6.74E+14sej/hm2。根据公式2计算出2010西安市人均能值生态足迹为7.0918hm2/cap。

六大类生物生产性土地的人均能值生态足迹分别为：耕地为1.4933hm2/cap，林地为 0.3951hm2/cap，草地为 0.5343hm2/cap，水域为0.02317hm2/cap，化石能源用地为1.9162hm2/cap，建设用地为2.7298hm2/cap。

在西安市2010年能值生态足迹构成中，建筑用地达到38.5%，位居第一；其次是化石能源用地、耕地、草地和林地，分别为27%，21.1%，7.5%和5.6%，水域所占比例最小，只有0.3%，说明西安市2010的消费主要体现在能源（特别是原煤）、建筑用地和农产品（特别是粮食、水果、猪肉、牛奶、禽蛋）的消费上。

2.3 生态赤字

根据前面的分析，得出2010西安市实际可利用的人均能值生态承载力为0.228204hm2/cap，人均能值生态足迹为7.0918hm2/cap。得出2010年西安市生态赤字为6.8636hm2/cap，表明该地区的人类负荷超过了其生态容量。要满足其人口在现有生活水平下的消费需求，该地区要么从地区之外进口欠缺的资源以平衡生态足迹，要么通过消耗自然资本弥补收入供给流通的不足。

2.4 万元GDP

万元GDP足迹可以反映区域的资源利用效益。2010年西安市人均GDP为33843元，人均能值生态足迹为7.0918hm2/cap，依据公式4，得到万元GDP为1.849658hm2。而根据徐中民等[10]的研究结果,1999年我国万元GDP人均生态足迹的平均值为2.037hm2，北京为1.55hm2，天津为0.592hm2，上海为0.819hm2。若忽略年限计算方法差异，比较可以看出，西安市的资源利用效率远远低于这些一线城市，甚至低于国家平均水平。由于资源利用水平与科技发展水平息息相关，该指标反映出西安市的科技发展水平较低。相对而言，西安市资源利用效率进一步的提升空间和潜力都很大。

3 讨论

从上面的分析中可以看出，西安市资源利用效率较低，导致生态赤字较大，万元GDP过高。因此，西安市必须以建设资源节约型社会为发展目的，提升科技发展水平，提高资源利用效率。同时，还应该注意到，西安市林地和水域占用的人均能值生态足迹过低，建设用地和化石能源较高。因此，一方面，需要优化产业结构，调整各产业比例，提高高新技术产业在规模以上工业总产值所占的比重；另一方面，需要改善能源结构，加大可更新能源的开发利用，提升其在总能源中的利用比例。同时加强环境污染监管和控制力度，保护生态环境与自然资源。

［1］Odum H T.Environmental accounting:emergy and environmental decision making[M].New York:John Wiley,1996.

［2］Zhao S,Li Z Z,Li W L.A Modified Method of Ecological Footprint Calculation and its Application[J].Ecological Modelling,2005(185):65-75.

［3］杨梅焕，曹明明.西安市生态足迹和生态承载力动态测度分析[J].西北大学学报：自然科学版，2008，38（6）：1024－1028.

［4］西安市统计局.西安市统计年鉴[M].北京：中国统计出版社，2011.

［5］刘巽浩,牟正国.中国耕作制度[M].北京:农业出版社，1993.

［6］严茂超，李海涛，程鹏，等.中国农林牧渔主要产品能值分析[J].中国生态农业学报，2004，24(3):146-158.

［7］张芳怡，濮励杰，张健.基于能值分析理论的生态足迹模型及应用：以江苏省为例[J].自然资源学报，2006，21(4):653-660.

［8］刘晓.基于生态足迹模型的重庆三峡库区可持续发展对策研究[J].水土保持研究，2008，15(2):222-228.

［9］陈春锋，王宏燕，肖笃宁，等.基于传统足迹方法和能值生态足迹方法的黑龙江省可持续发展状态比较[J].应用生态学报，2008，19(11):2544-2549.

［10］徐中民，张志强.中国1999年生态足迹计算与发展能力分析[J].应用生态学报，2003，14(2):280-285.