基于能值分析的长株潭城市群生态经济系统演变态势分析，本文主要内容关键词为：态势论文,城市群论文,生态论文,经济论文,系统论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
20世纪80年代，Odum H.T.等人[1]以能值为统一度量标准，通过能值转换率和能值货币比率，将生态系统各种生态流(物质流、能量流、货币流、人口流等)统一转换为能值，将自然生态环境与人类社会经济有机地联系和统一起来，较全面地反映区域自然—社会—经济复合系统的结构、功能、效率和运营机制[2]，为各种生态流的综合分析开辟了定量研究新方法，在国内外掀起了能值分析的热潮。
城市群作为一种特殊类型的地域空间组织，是生态系统和经济系统相互交织、相互作用、相互耦合而成的能值流高度密集的复合异质系统和多维结构，城市内部要素之间联系密切，城市之间输入输出以及整体复合错综复杂。本研究构建了能值评价指标体系，分析了长株潭城市群社会、经济和自然系统的能值变化态势，提出了城市群发展的应对策略，以便促进转变经济发展方式，推动区域社会经济可持续发展。
1 研究区概况
长株潭城市群地处我国中部，湖南省中部偏东位置，位于泛珠三角经济区与长江经济带的结合部，是中部崛起战略中重点开发的城市群之一。长株潭城市群由长沙、株洲、湘潭三市组成，区域面积2.8万km[2]，占湖南省总面积的13.2%，人口和GDP却分别占到湖南省的36.5%和42.2%，人均GDP为全省的2.04倍(2010年)，是湖南省的行政、经济、文化中心。长株潭城市群地势南高北低，南部以丘陵、山地为主，中部以河流冲积平原、丘陵为主，北部以平原、低丘为主。区域内植被覆盖良好，水域面积广阔，具有良好的自然景观和丰富的资源。
改革开放以来，长株潭城市群的工业化、城市化进程不断加速，城镇人口不断增长，工业企业数量持续增加。在此过程中，城镇建设与产业开发不断占用农业与生态用地，使得城市周边的环境质量不断下降，人地关系日益紧张，出现了诸如酸雨率高、耕地质量下降、生态调节功能降低、城市绿地分布不均衡、水域污染严重等问题。同时，资源利用效率低、单位GDP能耗高等问题日益，造成了较大范围的能源短缺现象。总的来看，环境污染和能源短缺已经成为现阶段长株潭城市群必须解决的问题，否则将会制约其可持续发展和竞争力的提升。
2 研究方法与步骤
Odum H.T.把能值定义为一种流动或存储的能量中所包含的另一种形式的能量数量，各种能量均来源于太阳能[1]，故常用太阳能值转换率(Solar Transformity)作为各种物质或能量的转换单位。
长株潭城市群生态经济系统的能值总量分为可更新资源能值、不可更新资源能值以及输入能值。可更新资源能值包括可更新能源和可更新资源产品能值，不可更新资源能值主要为不可更新资源产品能值。可更新能源能值主要包括太阳辐射能、风能、雨水能和地球循环能；可更新资源产品能值主要包括农产品、畜产品、林产品、水产品和水电等能值；不可更新资源产品能值主要包括煤、电(除开水电)、水泥、钢铁、农药和化肥等产品能值；输入能值为进口商品能值、实际利用外商投资和国际旅游收入能值。输出能值为出口商品能值。可更新资源和不可更新资源在系统中通过人类社会经济活动被使用和消耗，同时系统又接受外界物质能量的反馈输入并产生相应的输出，环境的不可更新资源的损失主要是土壤表层营养的损失，环境的污染主要是工业三废对其大气、土壤等的影响，此外，所有商品的生产、交换活动都伴随着人的服务价值及相应的资金流。
2.1 基本资料收集与整理
根据2001-2010年《中国城市统计年鉴》、《湖南省统计年鉴》、《长沙统计年鉴》、《株洲统计年鉴》、《湘潭统计年鉴》和长沙、株洲、湘潭国民经济和社会发展统计公报等，收集整理长株潭城市群的自然地理、经济和社会等资料。
2.2 绘制能量系统图和能值图
应用Odum H.T.的“能量系统语言”图例，确定生态经济系统的边界，系统主要能量来源，系统内主要成分、各组分的过程和关系，绘制能物流、货币流等流向的系统能量图解和能值图解(图1)。
图1 长株潭城市群能量系统图(能值流和货币流)
Fig.1 Energy system diagram in Chang-Zhu-Tan City Cluster(emergy flow and money flow)
2.3 编制长株潭城市群能值分析表
根据相关原始数据，列出长株潭城市群的主要能量来源，能量折算系数、能值转换率和计算方法参照相关文献[2-9]，将各类资源换算为统一的能值单位，计算各能量类别的流动量，编制成2000-2009年长株潭城市群生态经济系统能值分析表(表2)。
2.4 建立能值指标评估体系
在能值分析表基础上，将能值指标进行归纳整理，建立社会、经济和自然亚系统能值指标评估体系和可持续发展指数指标。各指标计算公式如下(表1)，其中总人口为P，面积为A，废弃物能值为W，电力能值为
。
3 结果分析
3.1 能值流量分析
从2000-2009年长株潭城市群生态经济系统能值分析表(表2)可以看出，能值总量、宏观经济价值总量，可更新资源产品、不可更新资源产品、输入能值及其宏观经济价值都呈现上升的趋势。
第一，可更新能源。长株潭城市群可更新能源的能值量10年间几乎没有变化，能值比却由49.88%下降到28.68%，主要是因为总能值不断增加，利用率仍然很低，发展潜力和空间都很大。第二，可更新资源产品。长株潭城市群可更新资源产品能值按高低排列依次为畜类、农产品、水产品和林产品，2000年来均呈上升的趋势，说明传统的“粮猪型”农业格局尚未改变。水电在2006年以前增幅不大，之后飞速发展。可以认为，长株潭可更新资源产品能值尚有较大的提升空间。第三，不可更新资源产品。长株潭城市群不可更新资源产品能值按高低排列依次为水泥、钢铁、电力(除开水电)、原煤、表土流失、化肥、农药和塑料。随着城市建设和开发的需要，长株潭城市群对于建材、电力、原煤等不可更新资源产品的需求不断增加，但资源、能源的供给未跟上来，造成了整体发展的瓶颈。第四，输入和输出能值。长株潭城市群输入和输出能值按高低排列依次为出口商品、进口商品、实际利用外商直接投资和国际旅游能值。商品的进出口一直呈递增趋势，且呈现贸易顺差，输出能值占有优势。2009年出现反常，出口总值锐减，外商投资企业不断增加，输入能值比例增加。第五，废物流。长株潭的废物流能值从高至低排列依次为工业固体废弃物、工业废水和废气能值。工业固体废弃物的产生量虽然不断增加，但综合利用量不断加大，所以排放量和污染也呈下降的趋势；工业废水在10年中治理力度不大，略有下降的趋势；工业废气在10年中不断加大，且呈现直线上升的趋势。总的来看，近10年来长株潭城市群的废物总能值有所下降，说明城市群的环境污染治理有一定成效。
3.2 社会、经济和自然子系统演变态势
随着能值的变化，长株潭城市群在经济发展、社会建设、自然环境等方面也有着种种变化趋势。
第一，社会子系统能值演变态势。社会子系统主要包括人均能值、人均电力能值、能值强度等系列指标。从社会系统能值演变图(图2)可以看出，各项指标均呈显著的上升趋势，充分表明长株潭城市群的居民生活水平不断提升，社会福利条件逐渐改善。但另一方面，长株潭城市群的能值强度较高，人均承载力不断下降。较高的能值强度意味着土地资源稀缺性将成为经济长远发展的壁垒。人均承载力不断下降则会限制城市群产业、人口的容量，从而降低城市群可持续发展的能力。
第二，经济子系统。从经济子系统能值演变图(图3)可以看出，长株潭城市群能值货币比率在10年间从5.246E+12下降到2.217E+12，这表明单位货币量所能购买的能值总量在逐年降低，城市发展水平在不断上升，而货币财富也在不断增长，但单位货币所能获得的自然生态价值在减少，这一下降的直接结果是促使城市越来越倾向于向外部购买资源性能值，因此，城市的对外开放度在不断增大，这同输入能值比呈不断上升趋势的生态经济意义是完全一致的。电能是将基础资源转化为科技和信息的途径之一，是维持经济发展的主要能源，电力能值比从0.1313E上升到0.2018E，说明工业化程度的不断提高；能值投资率和能值交换率呈上升的趋势说明城市群不断投入高能值的科技，购买高能值资源，加大经济开发强度；长株潭城市群能值产出率呈下降的趋势，说明对于能源生产和利用的效率不太高，产业的区际、国际竞争力水平较低，科技发展水平仍有待提高，应该发展集约经济，提高城市资源利用效率。
图2 22000-2009年社会子系统能值演变
Fig.2 The change of social subsystem emergy in 2000-2009 year
第三，自然子系统。从自然子系统能值演变图(图4)可以看出，长株潭城市群的能值自给率呈下降的趋势，说明在资源利用方面由内部资源利用为主，逐渐转向依赖外界提供。要在有效利用和科学管理自身资源的基础上，进一步引进高科技和先进设备，充分发挥资源优势，获得最佳效益；生态功能潜力不断下降，环境负荷率不断上升，说明城市生态系统的高速发展是建立在自然环境压力增加的基础上的，城市群的自然生态功能随着城市的快速发展在逐渐减弱，并且存在一定的退化趋势。
图3 2000-2009年经济子系统能值演变
Fig.3 The change of economic subsystem emergy in 2000-2009 year
图4 2000-2009年自然系统能值演变
Fig.4 The change of natural subsystem emergy in 2000-2009 year
3.3 可持续发展分析
可持续发展指数ESI表明系统可持续发展的能力，当ESI>10，生态环境超出负荷；当10>ESI>1，区域处于发展中阶段，生态空间尚有剩余。2000-2005年可持续发展指数从26.55下降到10.52，说明生态环境超出负荷，但负荷力下降，2006-2009年可持续发展指数从8.977下降到4.494，说明生态空间尚有剩余。改进的可持续发展指数EISD(1)以单位环境压力所换取的社会经济效益为指针，实现对系统可持续发展能力的综合评价，EISD(1)越高的系统，在可持续发展的长远尺度上越具竞争优势[10]，新拓展的可持续发展能值指标EISD(2)，在环境影响评价中同时考虑了系统的消耗影响和排放影响，可以更全面明晰的评价城市系统的可持续发展能力、状态及其成因，为系统的优化指明方向[11]。从图形中可以看出，改进的可持续发展指数EISD(1)和EISD(2)都呈下降的趋势，说明10年经济发展的能值结构不合理，不可更新资源过度消耗，可更新能源利用率很低，废物量严重威胁着环境，系统的经济效率、存活力以及环境压力面临着严峻的挑战(图5)。
图5 2000-2009年可持续发展指数演变
Fig.5 The change of sustainable development index in 2000-2009
4 长株潭城市群生态经济系统发展对策
从能值分析的结果来看，长株潭城市群生态经济系统中的问题主要在三个方面：第一，资源环境的人均承载力呈不断下降趋势，区域可持续发展能力不断降低。第二，能源消耗总量大于供给总量，城市群的发展较大程度上依赖于外部能源。第三，生态环境质量不断降低，经济发展的环境代价过大。针对这些情况，结合能值分析数据，为长株潭城市群生态经济系统提出一些发展对策如下。
4.1做好长株潭城市群生态经济系统规划，以能值理念指导全局发展
长株潭城市群应加快建立能值评价指标体系，编制长株潭城市群生态经济系统规划，对不同区域的能值流量变化态势、资源环境承载力情况进行综合评估，对城市群的能值总量进行统筹布局和合理分配。在此基础上，对长株潭城市群不同区域的总体发展导向、主导产业选择和城市建设要点进行科学规划。在保证城市群整体区域能值以良性态势变化的基础上，确保各个区域发挥自身能值优势，找准突破口，实现快速、高效、生态的发展。
4.2考虑区域资源环境承载力，对城市群的发展进行合理控制
从上述分析可以看出，长株潭城市群的人均资源环境承载力呈不断下降趋势，在近期内难以改变。根据这一情况，长株潭城市群应对区域范围内的资源环境承载力进行分析，预测10至20年内的人均资源环境承载力，并根据预测结果制定城市群发展控制导则。对长沙、株洲、湘潭的城市建设用地面积、城市人口规模、产业发展方向进行合理的控制。同时，依据能值发展态势和资源环境承载力，对长株潭城市群进行详细的主体功能分区，确定优化开发区、重点开发区、限制开发区、禁止开发区的范围、面积和控制原则，从而实现对城市群整体发展的有效控制。
4.3大力开发新能源和替代性资源，优化能值结构
针对能源消耗总量大于供给总量的现象，长株潭城市群应加大技术投入，不断开发新能源和替代性资源。积极推进风能、水能、太阳能、地热能在交通、生活、生产方面的应用，以逐步取代传统的煤电和汽柴油。同时，大力发展再生纸、再生织物、再生建材等低碳环保的材料，作为传统资源的替代品在全社会广泛推行。如此即能在较大程度上改变目前能源资源入不敷出的现象，优化长株潭城市群的能值结构，为经济增长、产业发展和社会进步提供有力支撑。
4.4全面推进循环经济、低碳经济，降低环境代价
面对经济快速增长过程中所付出的巨大的资源环境代价，我国及各级政府一直在通过转变经济发展方式走一条“生态—循环—低碳—绿色”的经济发展模式[12]充分借鉴国内外循环经济、低碳经济的先进理论和实践经验，与长株潭城市群实际相结合，大力推动产业发展和城镇建设的低碳、循环和生态化。以壮大低碳产业为重点，优化产业结构，为推进低碳城镇化奠定产业支撑[13]，加大技术研发力度，在产业链和产业集群建设中设计“资源—产品—再生资源”的反馈式流程和“低开采、高利用、低排放”的循环利用模式。从而使单位资源、能源的效用最大化，单位GDP能耗不断减少，经济发展的环境代价持续降低。
4.5增大对外开放力度，促使能值的合理流动
长株潭城市群应增大对外开放力度，不断优化对外贸易结构和交往模式，从而促进内外能值的合理流动，维持城市群生态经济系统的良性运转。现阶段应采取投资换资源等多种形式开拓国际资源供给渠道，引入创造性能值量大的先进技术、设备和管理经验。同时，积极引进各类人才，尤其是引进资源开发所急需的企业家，改变以往原材料输出和初级产品加工的输出格局，提升出口商品的质量、档次和科技附加值，增强产品的竞争力，并提高区域的能值受益率[14]。