基于生态效率的区域可持续发展测度——以江苏省为例

刘柄麟，蒋生楠，许明慧，王卿，魏国恩，张超

(1.南京大学 a． 地理与海洋科学学院，b． 非洲研究所，南京 210023; 2.中国南海协同与创新中心,南京 210093;3.南京农业大学 公共管理学院，南京 210095)

0 引言

随着社会经济的快速发展，人口急剧增长，城市化与工业化不断加快，而与之相伴的是大量能源与资源的消耗与浪费，这些加剧了全球气候变暖和全球资源枯竭的进程，其引发的诸多资源与环境问题已经对人类的永续发展构成严重威胁。自改革开放以来，中国的经济建设成果斐然，但中国的单位GDP污染仍远高于发达国家的平均水平[1]，这将阻碍区域的可持续发展。为了实现环境友好型经济增长和区域的永续发展，就必须走经济与环境相协调的可持续发展道路。

可持续发展自提出以来，一直是国内外学者关注的热点。可持续评价是可持续发展研究的核心，旨在为决策部门提供从区域到全球尺度的人地系统在各类时间尺度的运行信息，并成为决策的重要依据[2]。相关测度方法正逐步被实践证明是有效的评价工具[3]。就可持续发展的评价体系与方法而言，不同的学者从不同的角度选用不同的评价体系与方法，没有统一的标准。如Helmut Habel 等人使用生态足迹模型对奥地利可持续发展状况进行了测度[4]；Chambers和Conway则运用SL法(可持续生计法)对区域可持续发展的定性评价[5]；Odum则采用能值分析法对区域经济与环境的可持续性进行了定量测度，并为相关部分提供了决策依据[6]。

在全球追求可持续发展的热潮下，国内相关区域的可持续发展研究也日趋热门。中国在借鉴国外可持续发展研究的基础上，从多重角度对区域可持续性评价进行了广泛而深入的探索，评价方法主要分为两类：一类是可持续发展评价指数法，包括生态足迹法[7-9]、 环境可持续指数法[10]、数据包络分析方法[11]等，另一类是可持续发展评价指标体系法，包括评价方法则主要包括能值分析法[12]、生态网络分析法[13]、层次分析法[14]、特尔菲法[15]等。纵观国内外学者对可持续发展的研究进展，不难发现他们侧重可持续发展评价指标体系框架的构建，并对相关指标进行比较分析和计算。

江苏省是中国沿海人口与经济大省，工业化与城市化水平在全国遥遥领先，人均GDP已达到中等发达国家标准[16]，但也付出了高昂的生态代价，大量资源浪费与能源短缺问题日益成为江苏省经济健康发展的障碍。如何贯彻可持续发展理论，更好地协调社会、经济与环境的协调发展，提高资源与能源利用率的同时完成节能降耗与污染减排，依然是江苏省要完成的一项非常艰巨的任务。

生态效率是区域资源能源效益与环境污染程度的综合测度指标，它是区域可持续发展状态的有效测度。采用生态效率分析模型，对江苏省 2007—2016年生态效率时间序列演变定量分析，并计算江苏省经济发展与环境压力脱钩关系的变化，找出制约江苏省可持续发展的主要障碍因子，系统评价江苏省可持续发展模式，在总结与肯定江苏可持续发展道路上的成就与亮点的同时，分析不足与挑战，并提出优化江苏省发展模式与产业结构的可行性建议，完善与丰富了可持续发展理论与实证相结合的研究，对经济较为发达、资源禀赋与江苏省相似的中国东部省份的可持续发展决策与方针制定具有一定的借鉴与指导意义。

1 研究方法与数据处理

1.1 基于生态效率的可持续发展度量模型

生态效率可理解为“在区域经济快速发展，人民物质与文化生活不断改善的同时，做到最高的资源利用率和最小的环境代价”[17]。同时，根据 OECD提出的测度生态效率的概念模型，生态效率的概念公式如下：

(1)

式(1)中：C使用GDP、工业GDP或人口表示，I可以表示为生态负荷。如果社会服务的数量在生态负荷减少的同时继续增加，那么生态效率将提高，经济和环境处于协调状态，该地区也将处于可持续发展的状态，反之亦然，生态效率将降低，经济和环境失调将呈区域发展不可持续状态。

1.2 数据处理

1.2.1 数据来源与指标体系建构

由于生态效率要从资源与环境两方面进行计算，并考虑到指标的易获得性、可用性以及持续性，本研究参考江苏省统计局发布的《江苏省计年鉴2018》[18]，提取其中的2007—2016年的相关数据，建立区域资源效率与环境效率评价指标体系，如表1所示。其中，表征环境效率的指标均为负向指标，统一进行了正向化处理[19]。

表 1 区域可持续发展测度指标体系Table 1 Indicators of regional sustainable development

目标层准则层指标层单位生态效率环境效率X1 工业废水元·t-1(可持续发指标X2 生活污水万人·亿t-1展测度)X3 COD亿元·万t-1X4 SO2排放量亿元·万t-1X5 粉尘排放量亿元·万t-1X6 固体废弃物亿元·万t-1X7 固体废弃物综合利用量亿元·万t-1X8 工业用电量元·(kw·h)-1X9生产用水量亿元·(万t)-1X10 生活用水量人·m-3资源效率X11 能源消费总量亿元·(万t标准煤)-1指标X12用电总量元·(kw·h)-1X13生活用电总量万人·(亿kw·h)-1X14工业能源消费量亿元·(万t标准煤)-1X15生活能源消费量万人·(万t标准煤)-1

1.2.2 确定各指标权重

由于资源与环境指标中的各项指标的量纲不一致，无法直接比较指标间差异。因此需要统一各指标量纲。首先计算各项指标资源或环境效率的变异系数，公式如下：

(2)

随后确定各指标的权重，公式如下：

(3)

1.2.3 生态效率的计算

生态效率的计算要求资源效率与环境效率值位于[0,1]，因此计算前要先将各个指标的资源效率与环境效率标准化。各指标均为正向指标，因此采取极差标准化方法：

(4)

式(4)中：Zi为标准化后的值，Xi为各指标资源效率或环境效率值。

在生态效率概念模型基础上，为增强度量模型可用性，根据已有指标，在前人研究的基础上对生态效率度量模型做出改进[20]，将生态负荷进一步分解为资源(能源)负荷和环境负荷，生态效率也随之分解为资源效率和环境效率，由此可得社会服务量与生态负荷的比值。可得江苏省每年的综合资源效率R与综合环境效率P为：

(5)

(6)

随后依据区域生态效率测度模型建立坐标系，将数据代入坐标系中判定江苏省每年的经济发展模式。

1.2.4 生态效率的计算与可持续发展模式判定

图1中的A区域为“高资源消耗与高污染排放”的传统经济发展模式[24]，生态效率低，随着经济不断发展，地区将面临严重的资源危机和空前的环境污染，区域经济发展“不可持续”；B区域为“末端治理型发展”模式，此时废弃物排放逐渐减少，环境压力逐步得到缓解，生态效率有所改善，但高能耗和资源浪费问题仍未解决；C区域为“源头削减型发展”模式，通过废物减量化以及提高资源化水平，生态效率处于中等状态，但环境压力尚未缓解；D区域为“可持续发展”模式，通过协调人地关系，调整发展战略等举措，废物排放显著减少、资源化水平大幅提高，同时环境污染得到有效治理，环境压力小，此时生态效率较高。

图 1 区域生态效率测度模型Figure 1 Regional eco-efficiency measurement model

不同的区域发展模式意味着不同的区域经济发展轨迹[25]。其中，A→B→D 的经济发展轨迹，即“先污染，后治理”的发展轨迹也是中国经济的传统发展轨迹，该轨迹也反映了中国现阶段急需解决环境污染问题，所以被迫先提高环境效率。A→C→D 是通过主动从生产源头减少控制与降低污染物排放，推动废物减量化、资源化，属于源头削减型经济发展模式，是西方大部分国家的典型发展轨迹。A→D是一条“穿越环境高山”的可持续发展的轨迹[26]，在减量化(reducing)、再利用(reusing)和再循环(recycling)的“3R”原则基础上对生产系统进行综合优化[27]，是区域可持续发展的理想轨迹[28]。

1.2.5 江苏省经济发展与环境关系判定

图 2 脱钩分析度量模型Figure 2 Decoupled analysis metric model

由于环境效率采取的评价指标均为指示各类环境污染的负向指标，故可以作为环境压力的合适测度。为定量分析江苏省经济发展状况与环境压力的关系，本研究引入脱钩指数，选取GDP作为衡量经济发展状况，选取各指标环境效率衡量环境压力，计算并汇总二者脱钩水平的发展状况与脱钩指数的时间序列变化，判定江苏每年经济发展与环境压力间的脱钩关系。判定步骤如下:

(7)

式(7)中:DI为某年的脱钩指数，ΔI为江苏省环境压力的年变化率，ΔGDP为GDP的年变化率，ΔIi为第i个环境评价指标排放数据的年变化率，各个指标均以2007年为基准。

表 2 脱钩的类型及其特征Table 2 Types and characteristics of decoupling

脱钩类型ΔIΔGDPDI经济与环境的关系特征扩张性复钩+++经济与环境压力同时增长,但环境压力增长速度快于经济增长速度弱脱钩++-经济与环境压力同时增长,但环境压力增长速度慢于经济增长速度强复钩+-+经济衰退,而环境压力上升,区域经济发展不可持续弱复钩--+经济与环境压力同时下降,但环境压力下降速度快于经济衰退速度强脱钩-+-经济增长,同时环境压力下降,区域可持续发展状态衰退性脱钩---经济与环境压力同时下降,但环境压力下降速度小于经济增长速度

关于脱钩指数分类，参考了武红等人的脱钩模型[29]，并结合实际，采用脱钩6象限度量模型，如表2所示。同时绘制脱钩度量模型，如图2所示，在ΔI为纵坐标与ΔGDP为横坐标构成的坐标系中，直线ΔI/ΔGDP将坐标系分成扩张性脱钩、弱脱钩、强复钩、弱复钩、强脱钩和衰退性脱钩6个区域，每个区域ΔI、ΔGDP和DI的正负情况各不相同。

1.2.6 障碍因子诊断

为进一步探究制约江苏省可持续发展的关键因素，采用障碍度模型，引入“因子贡献率”、“指标偏离度”以及“障碍度”来对江苏省资源与环境效率中各个指标的障碍度进行定量测度，找出江苏省可持续发展的障碍因子[30]。计算步骤如下：

qj=wi×wij

(8)

Vij=1-Xi

(9)

(10)

(11)

式(11)中：qj为因子贡献率，表征各单项指标对总目标的权重；wi为准则层对总目标层的权重；wij为各单项指标对准则层的权重；Vij为指标偏离度，表征各指标实际值与最优值的差距；Sij为第i年第j项指标的障碍度，表征第i年各单项指标对总目标的影响程度；Sj为第j项指标的年平均障碍度，即为江苏省各个指标的障碍度值。

图 3 江苏省资源效率时间演变轨迹Figure 3 The evolution track of resource efficiency experiments in Jiangsu Province

图 4 江苏省环境效率时间演变轨迹Figure 4 Evolution path of environmental efficiency in Jiangsu Province

2 结果与分析

2.1 基于生态效率的江苏省可持续发展分析

根据公式(1)～(6)，计算出指标层中各个项目的资源效率或环境效率，并通过变异系数法计算出各指标的权重，从而得出综合资源与环境效率，再根据其变化轨迹判定江苏省可持续发展模式。

2.1.1江苏省资源效率与环境效率演变趋势分析

为更直观地反映静态指标与动态趋势，将计算出的各年资源效率与环境效率可视化并汇总，以探究其演变趋势。

江苏省各指标资源效率的演变如图3所示。2007—2016年，江苏省工业用电效率、生产用水效率、生活用水效率、总能源效率、用电效率、生活用电效率、工业能源效率、生活能源效率分别增长了0.84%、-22.85%、-11.49%、-0.79%、-1.87%、-15.12%、0.98%以及-11.68%。从各项资源指标的时间演变上看，江苏省各指标的资源效率多呈现下降态势。可见，在江苏省人口增长、经济快速发展的背景下，居民与企业的“水耗”“电耗”与“能耗”大幅增加。江苏省境内水资源丰富，海陆交通便捷，随着西气东输工程的完工，江苏省各类资源均能保证足量供应，导致居民与企业并不重视资源的集约利用。因此今后还需加强生活用水循环，提升生活用水中的中水利用率；提升工业用水利用效率；加速普及高热值、低污染的清洁能源的输入替代传统能源，使江苏省生活能源效率得到提升。

江苏省各指标环境效率的演变见图4。相对于2007年、2016年江苏省各指标环境效率增长由小到大依次为：固体废弃物排放效率(-14.39%)、生活污水(-10.30%)、固体废弃物综合利用效率(-9.04%)工业废水效率(-1.83%)、粉尘排放效率(8.59%)、COD排放效率(23.41%)、SO2排放效率(24.84%)。从各项环境指标的时间演变上看，江苏省实现了粉尘、COD和SO23种污染物的减排，可见江苏燃煤锅炉烟气清洁化改造取得一定成果，工业废水排放效率进一步上升；同时，在企业扩大生产的同时，给大气和水带来的环境压力仍持续上升[31]，也给居民健康带来更大威胁。因此今后应重点实施城镇污水和工业园区废水、污水处理设施建设和提标改造工程，推进固体废弃物的回用设施建设，实现废物的全收集与全处理。

2.1.2 江苏省经济发展模式的时间演变分析

根据计算出的江苏省各指标资源与环境效率，计算各指标的综合资源效率或综合环境效率的权重，指标权重如表3所示。随后进行标准化，使各个指标资源效率或环境效率处于[0,1]区间内，

表 3 江苏省综合资源效率及综合环境效率权重Table 3 Weights of comprehensive resource efficiency and comprehensive environmental efficiency in Jiangsu Province

工业用电生产用水生活用水总能源用电生活用电工业能源生活能源0.079 90.227 00.120 20.061 10.075 70.209 80.071 20.155 0工业废水生活污水CODSO2排放量粉尘排放量固体废弃物固体废弃物综合利用量0.079 30.059 70.211 00.226 90.286 60.063 60.072 9

计算出江苏省每年的综合资源效率、综合环境效率，最终核算出每年的生态效率，计算结果如图5所示。

图 5 江苏省环境效率时间演变轨迹Figure 5 Evolution path of environmental efficiency in Jiangsu Province

从图5可以看出，江苏省综合资源效率与环境效率处于较为剧烈的波动中。其中，2016年综合资源效率相对于2007年大幅减少了56.72%，最大值在2011年，为0.700 4，最小值为2016年的0.061 1；2016年的综合环境效率相对于2007年增加了6.05%，最大值为2016年的0.827 0，最小值为 2011年的0.242 3，环境效率上升的同时，资源效率显著下降，两者强脱钩，可见中国环境治理取得了较为理想的成果，人民环保意识提升；但中国近年来的资源配置效率与能源效率在下降，并且有持续恶化的趋势，应引起全社会的高度关注，必须继续厉行能源节约与资源集约，不断提高中国经济的发展质量。

江苏省2007—2016年生态效率的时间演变总体呈现W型演变趋势，从2007—2009年资源效率和环境效率都在下降，生态效率随之下降，反映出此时江苏省处于高污染、高能耗的传统经济发展模式，经济发展不可持续；2009—2011年环境效率在下降，但资源效率大幅提升，带来生态效率的小幅上升，可见江苏省在此阶段处于末端治理型发展模式；2011—2013年环境效率在上升，资源效率持续下降，生态效率也在下降，此阶段江苏省处于源头削减型发展模式；2013—2016年资源效率继续下降，环境效率大幅提升，生态效率总体上升，可见江苏省当前处于末端治理型发展模式。

为了进一步探究江苏省可持续发展模式，依据区域生态效率测度模型，以资源效率为y轴，以环境效率为x轴建立平面直角坐标系，导入各年综合资源效率和综合环境效率数据进行可视化，可得江苏省生态效率以及发展模式的时间演变轨迹。

图 6 江苏省环境效率时间演变轨迹Figure 6 Evolution path of environmental efficiency in Jiangsu Province

从图6可以看出，江苏省生态效率在2007—2016年期间处于不断波动的状态，从数量上看，2007年、2008年位于D区域，E接近1，生态效率极高，进入了可持续发展模式；2012年、2015年与2016年位于C区域“末端治理”发展模式，2011年与2014年位于B区域“源头削减”发展模式，2009年、2010年与2013年位于A区域传统经济发展模式；从时间轨迹上看，江苏省先走A→B→D发展模式，后走A→C→D发展模式，D区域的可持续发展模式只出现于2007—2008年，未能稳定停留。江苏省的经济发展轨迹不完全符合中国经济的传统发展轨迹，可见江苏省在一定程度上借鉴了西方国家经济发展的先进经验，但存在一定局限，如没有考虑不同生产系统之间的协调与连接，另外在保护环境与资源利用方面不够协调，容易顾此失彼，大力节能降耗措施和持续经济结构调整并未有效改变江苏资源效率下降的势头。相关决策部门应该高度重视资源节约工作，继续大力推进节能降耗，以期尽快扭转能源效率不断下降的势头。

2.2 江苏省经济发展状况与环境压力脱钩分析

运用公式(11)计算出的江苏省各年的经济与环境压力的脱钩指数并对各年环境压力变化率、GDP变化率和脱钩指数按照时间序列分类汇总，计算结果如表4所示。

表 4 2007—2016年江苏省经济发展与环境压力脱钩分析Table 4 Decoupling analysis of economic development and environmental pressure in Jiangsu Province from 2007 to 2016

年份2007200820092010201120122013201420152016综合ΔI-0.03-0.010.010.110.22-0.050.020.06-0.07-0.12 ΔGDP0.19 0.190.120.200.180.130.100.090.070.09 综合DI-0.21-0.150.000.340.97-0.26-0.060.66-0.96-1.61 脱钩情况强脱钩强脱钩扩张性复钩扩张性复钩扩张性复钩强脱钩弱脱钩扩张性复钩强脱钩强脱钩

图 7 障碍因子诊断Figure 7 Diagnosis of obstacles

由表4可得，脱钩分析结果显示，2007—2016年江苏省经济发展与环境压力的脱钩状态不稳定，主要表现为强脱钩、弱脱钩和扩张性复钩3种状态。总体上看，江苏省经济发展与环境压力呈现脱钩的态势，经济发展与环境保护逐渐协调，其中2007—2009年以及2012年表现为扩张性复钩的不理想状态，其他时期表现为较为理想的弱脱钩状态或极为理想的强脱钩状态。由此可见，江苏省在经济快速增长的同时，环境保护工作也取得了一定成果，但经济发展给区域环境带来的压力仍旧较大，部分年份环境压力上升幅度大于经济增长的速度，说明江苏省整体污染排放控制技术以及区域污染监测与治理技术亟待提高，面对周期性经济波动,相关部门也有必要将环保工作的强度与经济增长的需要相结合。

2.3 江苏省可持续发展障碍因子诊断

通过公式(8)至(11)，计算出江苏省资源效率与环境效率各指标的障碍度，找出制约江苏省可持续发展的显著障碍因子，并绘制雷达图对各障碍因子的平均障碍度大小进行可视化，将障碍度超过10%的障碍因子视作制约可持续发展的关键因子，将障碍度位于5%至10%之间的障碍因子视作制约可持续发展的次关键子，诊断结果如图7所示。

就相对关联度特征来看，粉尘排放量、SO2排放量和COD为关键因子，三者对江苏省可持续发展的制约最大；生产用水量、生活用电总量、工业用电量以及生活能源消费量为次关键因子，对江苏省可持续发展的制约较大(图7)。因此，要使江苏省保持稳定可持续发展，关键在于加强对固体废弃物排放的监控并改善固体废弃物处理工艺；同时还要全面推进水集约利用，提高水利用率，推进生活用水循环利用；全社会普及节能减排意识，持续优化能源消费结构。

3 结论与讨论

3.1 研究结论

选取2007—2016年相关数据，从生态效率的视角，运用生态效率测度模型、脱钩分析和灰色关联分析法，对江苏省2005—2014年可持续发展情况进行测度，对完善江苏省可持续发展理论研究及其他经济较为发达省份的可持续发展具有现实与指导意义。研究发现:

1)从各项资源指标的时间演变上看，江苏省各指标的资源效率多呈现下降态势；从各项环境指标的时间演变上看，江苏省实现了粉尘、COD和SO23种污染物的减排，大气和水的环境压力仍持续上升。

2)江苏省综合资源效率与环境效率处于较为剧烈的波动中，江苏省2007—2016年生态效率的时间演变总体呈现W型演变趋势。

3)江苏省生态效率在2007—2016年期间处于不断波动的状态，从时间轨迹上看，江苏省先走A→B→D发展模式，后走A→C→D发展模式。

4)2007—2016年江苏省经济发展与环境压力的脱钩状态不稳定，主要表现为强脱钩、弱脱钩和扩张性复钩3种状态。

5)粉尘排放量、SO2排放量和COD为关键因子，三者对江苏省可持续发展的制约最大；生产用水量、生活用电总量、工业用电量以及生活能源消费量为次关键因子，对江苏省可持续发展的制约较大。

3.2 江苏省可持续发展路径探讨

对比过去10 a数据的分析结果，不难看出随着经济的不断发展给江苏人民生活水平带来不断提升的同时，长期对资源的粗放利用给江苏带来了巨大的发展隐患，导致其可持续发展模式无法稳定在D区域。相关部门在资源节约和污染治理方面做了大量工作，但由于历史问题与经验的欠缺，使江苏省可持续发展战略的成果不太稳定，经济发展的可持续性有待提高。尤其是近年来资源效率持续下降至历史最低水平，其内在原因需进行深入细致的分析和后续更详细的研究。

“节约是第一能源资源来源”是当前国际社会的共识，多年来中国政府也将能源资源节约放在中国能源政策的首位，在习近平总书记视察长江经济带时提出“共抓大保护，不搞大开发”指示的背景下，江苏省当前最为重要的任务是要高度重视资源能源节约工作，继续大力推进节能降耗，尽最大努力尽快扭转资源效率不断下降的势头。从舆论导向上，应长期大力宣传，形成全社会大力节约能源的风尚和共识；坚持深化改革，继续进行经济结构调整，优化江苏省各地产业布局，因势利导；从技术层面，推动高能耗企业实施耗能设备的更新换代，通过不断提升和改进生活耗能设备的资源效率，切实扭转江苏省资源效率下降的趋势。

本研究创造性地从生态效率的视角，将区域经济发展对应的资源消耗与环境影响量化，并与图表相结合，直观反映了区域可持续发展模式的变化轨迹，计算方法可用性与可操作性强，在前人研究基础上改进与发展了可持续发展的评价方法，本研究方法对完善区域可持续发展理论与实证研究，以及诊断区域发展中社会与环境系统的症因有较强的理论与现实意义。