能值分析方法(Emergy Analysis)为综合评价城市复合生态系统提供了新的手段和方法。以福州和厦门为研究对象,对其城市各种生态流进行计算和归类,建立了相应的城市复合生态系统与可持续发展能值指标,并对两城市复合生态系统中自然、经济、社会三大子系统进行了综合评价与对比分析。结果表明:厦门在经济发展水平和社会人均福利方面优于福州,在生态安全和可持续发展能力方面落后于福州。从能值角度出发,福州应加快城市基础设施建设,加强城郊地区能值反馈,科学引导人口转移;厦门应积极发展绿色产业,降低生产能耗物耗,提高废弃物循环利用率;两城市应加强区际资源互补和消除技术壁垒,促成两城市互补、互利、可持续发展。
Energy Analysis Methods provide new means to evaluate urban ecosystems.Various urban ecological flows were calculated and classified for city of Fuzhou and Xiamen to establish the corresponding urban ecosystem sustainable energy evaluation indicators.Fuzhou was compared with Xiamen on the nature -economy -society complex ecosystem for comprehensive evaluation and comparative analysis.The results showed that the level of economic development and social welfare per capita in Xiamen were higher than Fuzhou,Xiamen were behind Fuzhou in the field of Ecological Safety and sustainable development capability.Therefore,Fuzhou urban infrastructure construction should be improved,energy feedback support to suburban area should be improved.Governments should pay more attention to guide population transfer;Xiamen should actively develop the green industry,reduce industrial energy consumption,reduce waste emissions and raise the level of waste reuse;Through the strengthening of resources complementarity and eliminating of technical barriers between the two cities,to promote them complement each other,mutual benefit and sustainable development.
全 文 :第26卷第6期
2007年12月
生态科学
EcologicalS ience
26(6):553-558
Dec.2007
基于能值分析的福州与厦门城市生态系统比较研究
胡晓辉,黄民生‘
福建师范大学地理科学学院,福州350007
【摘要】能值分析方法(EmergyAnalysis)为综合评价城市复合生态系统提供了新的手段和方法。以福州和厦门为研究对
象,对其城市各种生态流进行计算和归类,建立了相应的城市复合生态系统与可持续发展能值指标,并对两城市复合生
态系统中自然、经济、社会三大子系统进行了综合评价与对比分析。结果表明:厦门在经济发展水平和社会人均福利方
面优于福州,在生态安全和可持续发展能力方面落后于福州。从能值角度出发,福州应加快城市基础设施建设,加强城
郊地区能值反馈,科学引导人口转移;厦门应积极发展绿色产业,降低生产能耗物耗,提高废弃物循环利用率;两城市
应加强区际资源互补和消除技术壁垒,促成两城市互补、互利、可持续发展。
关键词:复合生态系统;能值分析;可持续发展;福州;厦门
中图分类号:Q147,x171.1文献标识码:A 文章编号:1008.8873(2007)06.553.06
Acomparatives udyoffuzhouandXiamenurbanecosystembasedonemergy
analysis
HUXiao-hui,HUANGMin-sheng·
CollegeofGeographicalSciences,FujianNormalUniversity,Fuzhou35000LC ina
Abstract:EnergyAnalysisMethodsproviden wmeanstoevaluateurbanecosystems.Variousurbanec logicalflowsWere
calculatedandclassifiedforcityofFuzhouandXiamentoestablishthecorrespondingurbaecosystemsustainableall@rgyevaluation
indicators.FuzhouWascomparedwithXiamenOnthenature·economy-societycomplexecosystemforco prehensivevaluation
andcomparativenalysis.TheresultsshowedthatthelevelofeconomicdevelopmentandsocialwelfarepercapitainXiamenW re
higherthanFuzhou,Xiamenwerebehi dFuzhouinthefieldofEcologicalSafetyandsustainabledevelopmentcapability.Therefore,
Fuzhouurbani frastructureconstructionshouldbeimproved,豇Ie理黟feedbacksupporttOsuburbanareashouldbeimproved.
GovernmentsshouldpaymoleattentionOguidepopulationtransfer;Xiamenshouldactivelydevelopthegreeni dustry,reduce
industrialenergyconsumption,reducewastemissionsandraisethelevelofwaster use;Throughthestrengtheningoflresourc,es
complementarityandel minatingoftechnicalbarriersbetweenthetwocities,tOpromoteth mcomplementeacho her)mutual
benefitandsustainabledevelopment.
●
Keywords:complexecosystem;emergyanalysis;sustainabledevelopment;Fuzhou;Xiamon
收稿日期:2007.10.20收稿,2007-00-00接受
基金项目:国家社会科学资助项目(05BJY075),福建省自然科学基金资助项目“沿海港湾区环境一经济系统能值分析和实证研究”资助
(00610004)联合资助
作者简介:胡晓辉(1983一),男,硕士研究生,主要从事城市生态经济与可持续发展等方面的研究。E-mail:gutown@yahoo.co皿∞
*ill讯作者:黄民生,男,教授,研究方向为资源环境与区域可持续发展。E-mail:mshuang@0nu.edu.cn
万方数据
1前言(Introduction)
城市生态系统是城市居民与其周围环境组成的
特殊人工生态系统,是人们在改造并适应自然环境的
基础上建立起来的自然一经济一社会复合生态系统llJ。
能值分析方法为城市复合生态系统的研究提供了新
的手段和方法,通过能值指标可把系统中各种生态流
(能流、物流、货币流、信息流、人口流、废物流等)
在能值尺度上统一起来,定量分析系统内部结构和功
能,真实地反映经济与资源、人与自然三者的关系,
为城市可持续发展与和谐发展提供了重要的决策参
考与建议【2‘31。
福州与厦门作为福建省的两大中心城市,同时面
临着常规能源短缺,能源对外依存度高等问题卜引。
在经济快速发展的同时,城市能源消耗与环境压力都
十分巨大。为了从根本上揭示两城市的能量利用与经
济效益差异,客观地评价其可持续发展能力,从自
然一社会一经济复合生态系统的角度将两地各种能
量流转化成能值,并建立相应的城市复合生态系统和
可持续发展力的能值指标。比较分析福州与厦门在资
源利用,社会经济发展与对外贸易等方面的差异和地
位,探讨其可持续发展的模式和途径。
2材料与方法(Materialsandmethods)
2.1研究区概况
福州是我国第一批沿海开放城市之一,海岸线长
达1148.8km,良港众多。福州一次能源贫乏,但可
更新资源相对富足,森林覆盖率达54.8%,是中国三
大林业基地之一。2005年水产品产量达171.28万t,
是名副其实的水产大市。非金属矿产丰富,叶腊石矿
产储量居全国首位首位,闽江河砂矿是世界知名高级
建筑用砂,大量出口台湾和东南亚。2005年福州实
现生产总值l482.06亿元,比上年增长9.8%,人均
生产总值22388元。
厦门市是中国最早的经济特区之一,作为轻型产
业城市,其传统能源资源稀缺,一次能源结构以煤和
石油为主,各种重要能源如电、煤、油、气几乎都依
靠省外调入和国外进口。2005年厦门市旅游总收入
达252.64亿元,占当年GDP(1029.55亿元)的24.54%。
旅游业的巨大收益和连锁效应,吸引了大量外资,带
动了相关产业的发展,2004、2005年经济增长率连
续保持16%左右。
2.2能值分析过程(Emergyanal sisprocess)
2.2.1数据来源
研究所用的原始数据来自《福建省统计年鉴
2006》、《福州市统计年鉴2006》、《厦门经济特区统计
年鉴2006))。借助各种产品和要素的能量折算系数【6】
以及能值转化率【7。9】,对福州和厦门2005年国民社会
经济统计数据处理和计算得到各种能值数据。
2.2.2研究步骤
①画出城市生态系统的能量系统图(图1)
—=:
圈l福州与厦门城市生态系统能量系统图
Fig.1ThenergysystemdiagramofFuzhouandXiamenurbanecosystem
万方数据
6期 胡晓辉,等:基于能值分析的福州与厦门城市生态系统比较研究 555
表l福州和厦门主要资源类别的能值流动汇总表
!壅垒堕!璺竺磐坐璺盟空!虫生壁!竺坐皇!g!!!壁!!垫墅坠圣塾壁望璺望堕茎!璺坐!望i圣壁壁苎》
项目Items
表达式 福州Fuzhous lar 厦门Xiamensolar
Expression emergy emergy
注:可更新资源来自雨水势能、雨水化学能和地球旋转能的贡献。不可更新资源N=No+Nl+N2,N0:表土净损耗十土壤流失消耗能;Nl:原煤用量+各种燃
料消耗+用电+化肥+水泥+钢材用鼍;N2:各种矿石输出.Note:emergyflowsof enewableR∞m铝fromrainchemicaleBergy,rainpotentialenergyandearth
cycleenergy.NonrenewableflowsNequaledN0+NI+N2.No:topsoill ss+soilrunoff;Nl:coalu5e十fuelsu∞+electricityuse+fertilizerUSe+cementu∞+
steelsu e;N2:rawmaterialsexport
表2福州与厦门城市复合生态系统能值指标体系表
!垒垒!!!曼坐曼!g!!旦堡i!竺!壁!!壁望!巳!里蔓里竺壁!X!!呈坐!望!坠圣垒壁望璺堕坚曼童璺坐里塑f兰壁壁苎l
能值评价指标EmergyIndices 计算公式Formula福州Fuzhou厦门Xiamen
社会亚系统评价指标Socialsubsystemindices
人均能值量Percapitaemergyuesd(X1015sej·人‘1)
能值密度Emergydensity(×1012sej/m2)
人口承载量Populationcarryingcapacity(×104人1
人均燃料能值Percapitafuelemergyused(X1014sej·人1)
人均电力能值Percapitaelectricityused(×1015sej·人‘1)
经济亚系统评价指标Economicsubsystemindices
能值/货币比率Emergy-moneyratio(x1012sej/$)
能值投资率Emergyinvestmentratio
能值交换率Emergyexchangeratio
电力能值比Fractionofemergyusedfromelectricity(嘲
自然亚系统评价指标Naturalsubsystemindices
能值自给率Emergyself-sufficiencyratio(%)
可更新能值比Fractionofrenewableemergyused(%)
能值废弃率Ratioofwastetor newableemergy
环境负荷率Environmentloadingratio
U伊
U/Area
(I+R)/(U/P)
Fuel/P
Ele,.P
U/(GDP)
EIR=I/(R+N)
EER=I/o
Ele,U
①甘蛄}N1)m
lVU
EWI=W/R
ELR邓O-R)/(R+RI)
10.72
5.51
185.63
12.83
1.3
3.66
0.21
1.39
12.09
73.29
3.47
1.13
2.23
36.74
‘
35.97
87.37
21.73
6.13
4.47
1.31
1.26
16。7
43.34
0.44
5.32
14.76
可持续发展指标Emergyindexofsustainability (EYRxEER)/ELR1.81 0.144
注:计算公式引自参考文献[7-s]。Note:formulasciteflomreferencestTg]
②从社会、自然和经济三个亚系统层面出发,选
取了可更新资源,自产可更新资源,不可更新资源消
耗,货币流和废物流5个主要部分构建能值分析的主
框架(限于篇幅将分析表略去)。
⑨对能值流数据进行汇总(表1),建立城市复合
生态系统各项能值指标(表2)。
万方数据
④根据指标评价结果对两个城市的社会、经济、
自然和谐度和可持续发展力进行比较分析。并同其他
地区相比(表3),定位城市发展方向,评估其所处的
社会经济地位。
3结果与分析(Resultsandanalysis)
3.1社会亚系统能值分析
3.1.1人均能值使用量与能值密度
社会亚系统主要以人为核心,人均能值使用量和
能值密度能较为客观的反映社会亚系统中人民生活
水平和地区经济发展等级。2005年福州人均能值使
用量为1.07x1016sej,厦门则高达3.67x1016sej,说明
厦门市民人均财富和生活水平优势明显,不仅超过了
国内大多数经济发达城市(上海23,北京13.77,广
州19.73)(表3),同时还达到了2000年美国人均的
生活水平。两城市社会福利和生活质量均处于国内上
游水平,厦门初步具备了中等发达国家的生活水平,
同世界发达地区相比,如澳门的49x10”sej,仍有很
大差距和提升空间。
能值密度反映一个国家或地区的经济发展集聚
程度和经济发展等级,该比值与土地面积成反比,但
可作为城市生态经济发展的一个度量标准pJ。厦门的
能值密度为3.60x1013sej,m2,为福州的6.5倍之多,
略低于上海的3.95x10”sej.m。2,处于国内领先水平。
这与厦门面积狭小,工业化程度和城市经济密度相对
较高,单位面积内经济活动频繁,能量利用强度和频
度高有密切关系。黄书礼【10】认为高强度的能值利用都
集中于面积不大的城市中心区,而低能值利用则分散
在城市周遍的农村地区,并产生了一定的等级关系。
由于福州中心区(1043km2)面积狭小,而周遍农村
地区(10925km2)面积却十分广阔,从能值密度反
映出福州经济发展带有明显的地区不平衡性和中心
集聚性。从整体角度来看,福州单位面积的经济效率
和福利远低于厦门。
3.1.2人口承载量
人口承载量是指在目前的生活标准下,系统所能
容纳的最大人口数量,从侧面反映系统环境压力的大
小。2005年福州人口承载量为185.63万人,厦门为
87.37万人,而两者实际人口分别为614.38万人和
153.22万人,为其人口承载量的3.3倍和1.75倍。数
据上显示厦门人口压力小于福州,但由于福州和厦门
均处海岸港湾区,地震、海啸、台风、水土流失等自
然灾害发生频繁,又由于两城市腹地不足,城市发展
受地理因素所限制,加上外来务工者的不断流入,使
得原本就不大的人口容量面临更大压力。
3.2经济亚系统能值分析
3.2.1能值交换率
对外贸易的真实利益获得情况取决于国际贸易中
的能值交换率‘31,即是指在贸易或买卖过程中输入能
值与输出能值的比率。2005年福州和厦门的能值交换
率分别为1.39和1.26,同北京(1.65)、宁波(1.29)、
表3福州与厦门城市生态系统主要能值指标同其他城市和地区的比较
.Table3MayorindicesomparisonbasedonemergyevaluationinFuzhou,Xiamenandoth rcitiesorareas......................................——
评价指标EmergyIndices
福州 厦门 上海 北京 广州 宁波 澳门 美国
FuzhouXiamenShangllaiBeijingGuangzhouNingboMacaoAmerica
注:福州和厦门(2005)的獗孺栗自—苯文,美茸丽额碚来的1,上海和广州(2002)来自【1l】,宁波(2000)来自【l面,]i氟j001)来fl[13],澳门(2003)来自【14】,新能
值指标由相应参考文献计算得出.Note:thedataofFuzhouandXiamen(2005)eomd3fromthisarticle,US(2000)comefrom【7】,ShanghaidGuangzhou(2002)
comefrom[Il】,Ningbo(2000)c彻韶from【12],Beijing(2001)comesfrom【13],Mac∞(2003)comesfrom【141,newemcrgyindexofsustainabilityarecalculated
fromcorrespondingreferences
万方数据
6期 胡晓辉,等:基于能值分析的福州与厦门城市生态系统比较研究 557
澳门(1.74)(表3)等城市处于相似水平,能值交换
率大于1说明在经济贸易过程中获得相对较多真实
的财富利益【6】,可知福州与厦门在对外贸易都处于有
利的积极地位,福州比厦门获得较多的真实财富。与
上海的2.56,广州的2.32相比,表明福州与厦门在
对外贸易上虽处于优势地位,但是凭借贸易所带来经
济发展和社会财富的刺激与驱动力不足。能值交换率
与贸易中产品类别又有着密切关系【151,福州和厦门均
需要进口高能值的资源产品如石油、煤炭、天然气等,
并通过输出低能值的工业成品或半成品如机械、半导
体、电子产品等来推动经济发展,鉴于福州有大量非
金属矿石出口,如适当调整进出口产品结构,福州将
在对外贸易中获得更多利益和发展潜力。
3.2.2能值投资率
能值投资率是衡量经济发展程度和环境负载程
度的指标,其值越大表面外界投入的能值越大,经济
发展程度越高,但生态环境所面临的压力也越大。
2005年福卅I的能值投资率为0.21,厦f-J贝,U达1.3l,
为福州的6.23倍,一方面说明了厦门作为经济特区,
投资环境和对外吸引力都优于福州,2005年厦门输
入能值总量达3.19x1022sej,而福州为1.76x10。22sej
(表2)。福州自然可更新资源相对丰富,外界对系
统的反馈能值输入不足,所以数值偏小。另一方面则
反映了厦门经济效益虽高,却面l临着更大的环境压
力,生态脆弱度高。
3.3自然亚系统能值分析
3.3.1能值自给率
能值自给率和环境负载率可以客观的反映城市
自然亚系统的资源禀赋和生态环境压力情况。能值自
给率越高,表明地区的自给自足能力越强,区域内系
统自身资源相对比较丰富。2005年福州的能值自给
率为73.29%,比厦门(43.34%)的高出近30个百
分点,表明福州本地资源相对厦门丰富,而外地购入
能值不足,对外依赖度不高,发展基础较好。同其他
港口城市如宁波(68.12%)、上海(61%)、广州(67%)
(表3)相比,可见厦门经济发展对外依存度高,容
易受外界干扰和影响。
3.3.2环境负载率
环境负载率是购入能值与自产的不可更新资源
能值的总和与无需付费的环境能值的比率。2005年
福州和厦门的环境负载率分别为2.23和14.76,较高
的环境负荷率说明厦门在社会经济发展水平相比福
州处于优势地位。体现厦门环境自我调节能力差、生
态脆弱度高等特点,在表面优美的环境下承受着更多
的生态压力。
3.4可持续发展性能评价
能值应用专家Brown.M.T和Ulgiati.S在1998首
先提出了能值的可持续指标ESI【jj。但ESI在微观区
域应用存在着许多不科学性和不准确性【l¨71。2002
年,陆宏芳在ESI的基础上结合案例实际提出了新的
能值指标EISD【17】,为原可持续发展指标和能值交换
率的乘积。经广州【10】、上海【101、乌鲁木齐㈣城市复
合生态系统的实证研究,表明EISD能更好地评价同
等环境压力下不同产品生产结构对社会经济发展贡
献的不同。EISD值越高,就说明在单位环境压力下
的社会经济效益越高,则系统的可持续发展性能越
好。经计算,2005年福州的EISD为1.8l,厦门为
0.144,说明福州在获得单位社会经济效益的同时环
境压力比厦门小,城市生态系统可持续发展性能优于
厦门。与其他地区相比(表3),福州以其独特的山
海资源优势在国内各城市中有明显发展潜力与提升
空间,而厦门可持续性能力较差。
4结论与讨论(Conclusionand scussion)
从能值角度可看出,厦门社会亚系统和经济亚系
统的各项指标均优于福州市,厦门作为经济特区,经
济活动的频率高和强度大,对外贸易自由度高,资源
利用和能值应用强度都高于福州。对自然亚系统的能
值分析,可知厦门由于本地资源匮乏,经济发展本地
驱动力不足,过多的依靠外部投资和贸易,对外依赖
度高。虽然目前厦门在经济发展水平和人民生活质量
上优于福州,但从环境负载率和可持续发展性能指标
看出,厦门环境压力大,系统可持续发展能力不强,
从长远角度来看,福州比厦门较有竞争力和发展潜
力。据此提出以下发展对策和建议:
(1)福州输入反馈能值仅占总能值的26.71%,
应增加反馈能值投入,发展区内交通,使城市、城镇、
乡村三者之间形成便捷的交通网络,加速城市内部各
能量等级区之间的转化和传递,积极引进高能值资源
(如高级劳动力、资金、管理信息等)。厦门需注重服
务、信息与文化等无形能值的产出,改变只追求产品
产量为主的发展理念,提高净产出能值,突显出旅游
等服务业的能值收益作用。
(2)2005年福州与厦门的可更新能值比分别为
万方数据
558 生态科学EcologicalScience 26卷
3.47%和0.44%,大大低于中国平均值9.6%【l9】(2004
年),两城市对可更新资源利用效率都十分低下,而
对石化能源依赖显得由为突出。应挖掘自身资源优势
f如海洋资源、风能、地热能等),以高科技为依托探
寻新的可更新能源,优化能值利用结构,改变以消耗
不可更新资源为主的发展方式,提升城市可持续性。
(3)福州和厦门人口都高度集中于城市中心区,
为了缓解所带来的资源运输成本与能源供需关系紧
张等问题,政府应该积极引导人口向城镇与郊区转
移。优化农村地区、小城镇、郊区、中心区之间的能
值流动态关系,使资源流动效率提高。
(4)重视对城市废弃物的处理与循环利用,在
垃圾分类回收的基础上,逐步形成废弃物处理与再利
用的产业系统,如通过发展焚烧发电厂以及废物改造
再利用等,使低能质高污染的废弃物变成高能质无污
染的产品。
(5)两城市之间有较强的资源互补性,应明确
城市中心区、农业生产地区和自然资源区在系统能量
流动中的地位和作用。将两城市自然资源区和农业地
区规划到同一系统中,可以让城市充分利用两地资
源,产生资源上的互补优势,为中心区的发展和相互
融合提供有效的支撑。福州应发挥本地山海资源优
势,在合理开发资源的同时适当从引入资金,提高资
源的利用率,并为厦门提供持续可靠的可更新资源以
缓解厦门因为资源有限而带来的生态压力和高环境
负荷率。厦门在满足城市自身发展的资源需求的同
时,应充分发挥食品加工产业和服务业的优势,将高
能值的信息、服务、智力输入福州,对外输出具有高
附加值而低能值的产品,使区域间能值交换跨越以等
级梯度为规律的递进模式,缩短能量转化周期,提高
经济社会发展效率,以较高的能值回报率来促进大区
域的发展。形成资源互补、信息共享、互利共赢的合
作机制。
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2
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万方数据
基于能值分析的福州与厦门城市生态系统比较研究
作者: 胡晓辉, 黄民生, HU Xiao-hui, HUANG Min-sheng
作者单位: 福建师范大学地理科学学院,福州,350007
刊名: 生态科学
英文刊名: ECOLOGICAL SCIENCE
年,卷(期): 2007,26(6)
被引用次数: 2次
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15.李占玲;陈飞星;李占杰 北京市城市生态系统能值分析[期刊论文]-城市问题 2005(06)
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本文读者也读过(6条)
1. 胡晓辉.黄民生.HU Xiao-hui.HUANG Min-sheng 福州与厦门城市生态系统的能值分析对比[期刊论文]-华侨大学
学报(自然科学版)2008,29(1)
2. 刘翕劼.刘克旺.韦颂.LIU Xi-jie.LIU Ke-wang.WEI Song 株洲城市生态系统能值综合分析[期刊论文]-湖南林
业科技2006,33(6)
3. 刘艳军.李诚固.孙迪.Liu Yanjun.Li Chenggu.Sun Di 东北地区城镇体系发展的基础设施响应[期刊论文]-规划
师2007,23(10)
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5. 徐国伟.黄淑玲.袁新田.苏海民 宿州市农业生态系统可持续性能值分析[期刊论文]-安徽农业科学2010,38(30)
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引证文献(3条)
1.崔胜辉.张雅京.周健.林剑艺.刘勇 城市建筑代谢研究方法及其展望[期刊论文]-生态科学 2011(3)
2.李恒.黄民生.姚玲.陈诗吉 基于能值分析的合肥城市生态系统健康动态评价[期刊论文]-生态学杂志 2011(1)
3.李恒.黄民生.姚玲.陈诗吉 基于能值分析的合肥城市生态系统健康动态评价[期刊论文]-生态学杂志 2011(1)
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