能源足跡的海洋可持續發展范文

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《湖北農業科學雜志》2014年第十一期

1材料與方法

1．1數據來源研究數據主要來源于《中國能源統計年鑒》（2001－2011年），人口、經濟和教育等數據來源于相應年份的《中國統計年鑒》、《中國人口統計年鑒》，并由相應年份的地區統計年鑒和發展統計公報補充。文中能源消費是指一定時期內全省或全市生產和生活消費的各種能源的總和，包括煤炭、焦炭、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油、天然氣和電力等九類，為便于計算分析，合并為煤類、石油類、天然氣和水電四大項。

1．2能源足跡測度方法

1．2．1能源足跡計算由Wackernagel等［29］提出的生態足跡模型建立的基礎為：人類能夠確定消費的絕大多數資源及其產生的廢棄物數量；這些資源和廢棄物能折算成相應的生物生產性土地面積；各類生物生產性土地具有空間互斥性。能源足跡實質是能源消費占生態足跡的大小，可采用生態足跡模型計算［19］，將能源消費轉化為土地面積，結合文獻［20，21］確定計算公式如下。式中，EEF指人均能源足跡（hm2）；乘以2／3是因為假設消費所排放的CO2中有1／3被海洋所吸收，其余部分由林地消納；i為能源項目；Wi為某年某種能源的消費量（kg標準煤）；Ai為某能源的全球平均足跡106kJ/（hm2•a）；N為人口數量［21，26］。計算中相關折算系數和轉化標準采用普遍值［21］：1t煤＝0．7143t標準煤，1t油＝1．4286t標準煤，1m3天然氣＝1．33kg標準煤，1kWh＝0．1229kg標準煤，1kg標準煤熱能＝29307．6kJ。

1．2．2能源足跡人均承載力計算生態承載力是指自然環境可為人類提供的生態生產性土地面積，是與生態足跡一一對應的概念。能源足跡人均承載力同樣可依照一般生態承載力模型，通常只計算林地面積。式中，EBC為能源足跡人均承載力（hm2）；aj為某類型土地實際人均面積（hm2）；rj為均衡因子，yj為產量因子。均衡因子采取劉某承等［30］計算結果1．41，有研究［31］認為采用穩定的世界平均單產對人均生態承載力的計算結果影響不大，故文中產量因子采用Wackernagel計算中國人均生態承載力的產量因子0．91［32］。

1．2．3能源足跡盈余或赤字計算能源足跡盈余或赤字由能源足跡與其承載力差值判斷，若為正，即赤字；若為負，即盈余。盈余或赤字表征區域的發展是否可持續。

1．2．4能源足跡強度和能源生態壓力計算能源足跡強度通常可認為是萬元GDP消耗的能源足跡，計算式為：EFI=EEF／GDP，式中均以人均值計算。能源足跡生態壓力（Ecologicalpressureofenergyfootprint，EPEF）通過能源足跡赤字與能源足跡承載力的比值來表征，可用于評價區域的能源生態安全性，計算公式為：EPEF=（EEF-EBC）／EBC（3）若區域能源足跡呈赤字狀態，則EPEF＞0；若EPEF＞1，則區域發展嚴重不可持續。

1．2．5能源足跡驅動因子分析方法隨機回歸的STIRPAT模型（I=aPbAcTde）是在經典IPAT等式［33］基礎上提出的，式中，I、P、A、T分別為環境壓力、人口數量、富裕度和技術，a為模型系數，b、c、d分別為各變量的指數，e為模型誤差。該模型也可認為是可拓展的隨機環境影響評估模型，借鑒于此構建能源足跡與驅動因子關系的計量模型為E=kPaDbTc，利用最小二乘法揭示因子的重要程度。為便于回歸運行，將多元形式轉化為一元形式，對上式兩邊取對數，得：lnE=lnk+alnP+blnD+clnT（4）式中k為常數，P、D、T分別為人口數、經濟發展水平（以人均GDP計）、能源技術利用率（以能源足跡強度計），由彈性系數含義可知，若P、D、T發生1％的變化，將分別引起E發生a％、b％和c％的變化。

1．3人類發展指數計算人類發展指數（HDI）是由聯合國開發計劃署1990年提出的可衡量國家或地區經濟社會可持續發展水平的指標。HDI由健康、教育和收入三方面共同表征，健康指標由平均預期壽命表示，教育指標由成人識字率和綜合毛入學率表示，收入指標由人均GDP表示。鑒于數據的可得性，修正指標如下：國內每10年對各地區的平均預期壽命統計一次，考慮該指標的穩定性分別采取2000年數據和2010年數據為2001－2005年和2006－2010年的平均預期壽命值；教育指標中的成人識字率通過各地區15歲及以上的文盲人數和15歲及以上人數計算，綜合毛入學率由6歲及以上受教育人數比例代替；通過以上各省（市）的數據分別加總求得環渤海區域值，其中各指數計算參考文獻［28，34］，且計算中預期壽命采取最大值和最小值分別為85和25，成人識字率和綜合毛入學率最大值均為100％、最小值均為0，人均GDP最大和最小值分別為40000元和100元。以上3個指數值均介于0與1之間，值越大表明人類發展水平越高。

2結果與分析

主要從區域發展的可持續性和社會經濟發展水平兩個方面進行分析研究，由能源足跡相關指標和人類發展指數表征。以2001－2010年相關數據資料為基礎，通過公式（1）和公式（2）分別求得五省（市）及環渤海的人均能源足跡和相應的人均承載力（表1，其中環渤海數據是由各省（市）數據分別乘以其人口數量后相加再除以環渤海人口總數所得），從而計算人均能源足跡盈余或赤字，得出能源供需和能源結構狀況。由公式（3）可得能源足跡生態壓力，然后求出能源足跡強度（由于原始數據及相關人口、經濟數據太多，故未在文中列出）。

2．1能源足跡相關指標分析本研究分析的能源足跡指標包括人均能源足跡及相應的人均承載力、能源足跡結構狀況、能源足跡強度和能源足跡生態壓力。

2．1．1能源足跡及其承載力變動分析由圖1可知，2001－2004年環渤海五省（市）的人均能源足跡大小順序是天津、遼寧、北京、河北和山東，2005年開始北京開始下降到五省（市）中最小值，2007－2010年天津人均能源足跡緩慢下降之后再回升。研究時段內，環渤海區域的人均能源足跡從2001年0．6258hm2增至2010年1．4054hm2，年均增幅為13.84％，呈持續上升趨勢。與趙冠偉等［23］研究結果相比，環渤海同期比全國人均值（0．619hm2）高。曲線變化較符合實際，“十五”期間中國工業化和城市化加速，國民經濟進入重化工業為主的時期，繼而能源消耗量不斷增加，環渤海作為北方最重要的經濟增長區域必然是此變化過程的典型。“十一五”開始國家提出節能減排政策并逐漸將其納入政績考核，北京和天津作為經濟政治中心，領先響應國家號召，強化重點領域節能、推廣新技術和加強節能執法監察，在2009年底已提前完成目標。相對欠發達的河北、山東和遼寧為保證經濟增長，2006年之后能源足跡仍呈上升趨勢，但各地都落實了節能減排措施，所以增速減慢。結合表1和圖2可知，2001－2010年間五省（市）EBC大小變化微乎其微，因此環渤海區域的EBC變化趨勢為近似平行于時間軸的直線，從而在人均能源足跡不斷增加的基礎上，2001－2010年間環渤海人均能源足跡始終處于赤字不斷提高的狀態，2001年赤字為0．5356hm2，2010年上升至1．3093hm2，為2001年的2．44倍，說明該區域能源需求遠大于自然生態系統的承載能力，對重污染高能耗的傳統模式依賴大，2001－2010年間環渤海這種粗放的經濟發展模式，已經對生態環境造成極大壓力，呈現不可持續的發展狀態。2001－2010年間環渤海能源結構以煤類為主，煤類足跡占能源足跡的平均比例為78．86％。從圖3可看出，區域內素有“燕趙煤倉”之稱的河北省煤類占能源足跡的比例最大，隨之依次是山東、天津、遼寧和北京。造成此種形勢的原因可能是環渤海區域整體經濟快速發展，以能源消耗和第二產業為主是該區域各省（市）的特點，而且近十年來電腦、手機、家用電器及汽車制造等高能耗產業均占據市場一席之地。以煤類為主的能源結構雖然為區域發展減少能源支出成本、積累資金收入，但會導致區域生態環境嚴重破壞，比如大氣污染物中約70％的TSP、90％的SO2、60％的NOx和85％的CO2都來自燃煤，粗放式開采和煤矸石和煤灰粉等固體廢物會導致地面塌陷、地下水污染甚至生物資源破壞，能源開發過程中也會牽涉移民問題、事故受害賠償等可能危及社會穩定的后果，因此極大地損害可持續發展能力。

2．1．2能源足跡強度及能源足跡生態壓力分析由圖4可知，2001－2004年環渤海及五省（市）的能源足跡強度（EFI）大小依次是遼寧、河北、天津、山東和北京，2004之后天津EFI降到山東之下，2007之后北京和天津EFI較低，說明兩市單位能源足跡產生的經濟價值最高（尤其是北京），得益于第三產業興盛和清潔能源技術的發展。10年間環渤海EFI均呈下降趨勢，顯示能源狀況有所優化。環渤海區域EFI從2001年0．5505hm2／萬元降至2010年0．3386hm2／萬元，年均下降4．28％。2001－2005年環渤海區域EFI從0．5505hm2／萬元降至0．5137hm2萬元，下降較平緩；2006－2010年從0．4782hm2／萬元降至0．3386hm2／萬元，下降較快。說明2006年以后，納入單位GDP能耗為政績考核指標的政策大力推進了環渤海節能減排措施的實施和循環經濟的積極發展。但與李智等［20］的研究相比，環渤海EFI仍有下降空間。從能源足跡生態壓力與GDP增長關系（圖5）來看，環渤海能源足跡生態壓力（EPEF）與人均GDP的增長大致是同步的，較符合實際狀況，經濟增長必然導致能源消耗增多以及隨之而來的大量廢棄物的產生。2001－2010年環渤海能源足跡生態壓力始終大于1，從5．9397到13．6194，充分揭示了該區域生態系統嚴重不安全。綜上所述，環渤海能源利用率的提高和能源結構的稍許優化仍不能抵消經濟發展帶來的生態影響，導致能源足跡逐年加大，已屬嚴重不可持續狀態。

2．1．3能源足跡驅動因子分析根據公式（4）及其線性轉化，以環渤海2001－2010年人均能源足跡（E）作因變量，以相應人口數量（P）、人均GDP（D）和能源足跡強度（T）作自變量，通過EViews6．0采用最小二乘法對模型進行回歸擬合，R2為0．979393，表明模型擬合效果好；F檢驗的相伴概率為0．000019，反映方程變量間呈高度線性關系，回歸極顯著；根據回歸系數得到環渤海能源足跡與人口數量、人均GDP和能源足跡強度擬合回歸方程為lnE＝6．713397－0．000414lnP＋0．821476lnD＋4．201467T，人均GDP和能源足跡強度均與能源足跡呈正相關，而人口數量與能源足跡呈負相關。人口數量的邊際彈性系數為－0．000414，說明人口每增加1％將會導致人均能源足跡下降0．000414％；人均GDP每增加1％將導致其上升0．821476％；能源足跡強度每增加1％將會使其上升4．201467％。能源足跡受能源足跡強度的影響比較明顯，因此以科技進步提高能源利用效率是環渤海加快可持續發展的首要途徑。

2．2人類發展指數分析由表2可知，環渤海2001－2010年的HDI及健康指數、教育指數和GDP指數高于全國平均值，表明環渤海區域整體社會經濟發展水平一直高于全國的平均值，這與實際相符。在政策方面，國家加大對該區域發展的政策支持力度，國家“十五”和“十一五”規劃中要求環渤海區域要發揮對內地經濟發展的帶動和輻射作用；地理位置方面，國家的政治經濟中心為區域發展奠定了基礎，交通運輸、海岸線資源及能源儲備等也賦予其得天獨厚的優勢。

3結論

研究結果表明，2001－2010年環渤海區域社會經濟較高發展水平是建立在不可持續的能源利用及由此引發的一系列生態環境問題的基礎上，這種發展是不可持續的。研究時段內該區域能源足跡赤字嚴重，能源結構失調，能源足跡生態壓力過大，即使能源利用水平不斷改善也遠遠不能抵消此種發展模式帶來的生態環境危機，因此亟須從根本上解決問題。首先，建立并完善的相關政策和法律機制，協調環渤海各省（市）發展，加強溝通合作，發展循環經濟，避免資源浪費并降低對外省的消極影響。其次，優化調整能源結構，提高科技水平和創新能力，發展新能源的生產和使用技術如清潔能源技術、節能技術、碳處理技術和增加產業附加值等。再次，調整產業結構，利用地理優勢發展現代化旅游業（區域內的北京、天津、青島和大連等均為全國著名旅游城市）和物流運輸業（秦皇島、青島、大連等城市擁有豐富的海岸線資源）。最后，加強能源運行的管理和落實具體政策，這是環渤海實現可持續發展的基本保障。此外，雖然資源消耗會有經濟產出，但由于環渤海各省（市）的科技水平、人文環境和政策導向不盡相同，所以占用等量能源足跡所獲得的社會、經濟價值也參差不齊，能源足跡甚至生態足跡與社會經濟發展指標等在理論上是否存在正比關系還有待進一步研究。以上實證研究表明基于能源足跡并結合人類發展指數評價區域可持續發展是可行的，但將二者有機結合可能更有實際意義。

作者：檀菲菲陸兆華張萌單位：中國礦業大學（北京）化學與環境工程學院恢復生態研究所濱州學院山東省黃河三角洲生態環境重點實驗室