全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
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摇 摇 第 猿源卷 第 员期摇 摇 圆园员源年 员月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
卷首语院 复杂与永续 渊 玉 冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
前沿理论与学科综述
城市复合生态及生态空间管理 王如松袁李摇 锋袁韩宝龙袁等 渊 员 冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
海洋生态系统固碳能力估算方法研究进展 石洪华袁王晓丽袁郑摇 伟袁等 渊 员圆 冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
城市生态系统灵敏度模型评述 姚摇 亮袁王如松袁尹摇 科袁等 渊 圆猿 冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
城市生活垃圾代谢的研究进展 周传斌袁徐琬莹袁曹爱新 渊 猿猿 冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
个体与基础生态
胶州湾生物鄄物理耦合模型参数灵敏度分析 石洪华袁沈程程袁李摇 芬袁等 渊 源员 冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
渤海湾大型底栖动物调查及与环境因子的相关性 周摇 然袁覃雪波袁彭士涛袁等 渊 缘园 冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
生物扰动对沉积物中污染物环境行为的影响研究进展 覃雪波袁孙红文袁彭士涛袁等 渊 缘怨 冤噎噎噎噎噎噎噎噎
种群尧群落和生态系统
密云水库上游流域生态系统服务功能空间特征及其与居民福祉的关系 王大尚袁李屹峰袁郑摇 华袁等 渊 苑园 冤噎
长岛自然保护区生态系统维护的条件价值评估 郑摇 伟袁沈程程袁乔明阳袁等 渊 愿圆 冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
海岛陆地生态系统固碳估算方法 王晓丽袁王摇 嫒袁石洪华袁等 渊 愿愿 冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
景观尧区域和全球生态
区域生态文明建设水平综合评估指标 刘某承袁苏摇 宁袁伦摇 飞袁等 渊 怨苑 冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于生境质量和生态响应的莱州湾生态环境质量评价 杨建强袁朱永贵袁宋文鹏袁等 渊员园缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎
员怨愿缘年以来黄河三角洲孤东海岸演变与生态损益分析 刘大海袁陈小英袁徐摇 伟袁等 渊员员缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎
基于复合生态系统理论的海洋生态监控区区划指标框架研究 徐惠民袁丁德文袁石洪华袁等 渊员圆圆冤噎噎噎噎噎
我国环境功能评价与区划方案 王金南袁许开鹏袁迟妍妍袁等 渊员圆怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
资源与产业生态
生态产业园的复合生态效率及评价指标体系 刘晶茹袁吕摇 彬袁张摇 娜袁等 渊员猿远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
我国农业生态效率的时空差异 程翠云袁任景明袁王如松 渊员源圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
内蒙古半干旱生态脆弱矿区生态修复耦合机理与产业模式 陈玉碧袁黄锦楼袁徐华清袁等 渊员源怨冤噎噎噎噎噎噎
基于物质流分析方法的生态海岛建设研究要要要以长海县为例 陈东景袁郑摇 伟袁郭惠丽袁等 渊员缘源冤噎噎噎噎噎
再生渊污冤水灌溉生态风险与可持续利用 陈卫平袁吕斯丹袁张炜铃袁等 渊员远猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于流域单元的海湾农业非点源污染负荷估算要要要以莱州湾为例 麻德明袁石洪华袁丰爱平 渊员苑猿冤噎噎噎噎噎
集约用海对海洋生态环境影响的评价方法 罗先香袁朱永贵袁张龙军袁等 渊员愿圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
城乡与社会生态
基于生态系统服务的城市生态基础设施院现状尧问题与展望 李摇 锋袁王如松袁赵摇 丹 渊员怨园冤噎噎噎噎噎噎噎噎
北京城区道路系统路网空间特征及其与 蕴杂栽和 晕阅灾陨的相关性 郭摇 振袁胡摇 聃袁李元征袁等 渊圆园员冤噎噎噎噎
基于复合生态功能的城市土地共轭生态管理 尹摇 科袁王如松袁姚摇 亮袁等 渊圆员园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
重庆市森林生态系统服务功能价值评估 肖摇 强袁肖摇 洋袁欧阳志云袁等 渊圆员远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
渤海湾港口生态风险评估 彭士涛袁覃雪波袁周摇 然袁等 渊圆圆源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
达标污水离岸排海末端处置技术研究综述 彭士涛袁王心海 渊圆猿员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢圆猿愿鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢圆愿鄢圆园员源鄄园员
室室室室室室室室室室室室室室
封面图说院 北京奥林匹克公园要要要在高楼林立的大城市中袁办公楼尧居民区尧学校尧路网系统尧公园以及各种水泥尧沥青硬路面和
树木尧绿草地尧土面尧水面等等组成了复杂多样的城市生态景观袁居住着密集的人口并由于人们不断的尧强烈的干预袁
使这个城市生态系统显得尤其复杂而又多变遥 因此袁系统复杂性及灵敏度是困扰城市生态系统研究和管理的重要
因素袁建立灵敏度模型是致力于解决城市规划管理中的复杂性问题的有效方法袁网状思维与生物控制论观是其核
心袁也是灵敏度模型的思想基础遥 图为北京中轴线北端被高楼簇拥着的奥林匹克公园的仰山和龙型水系遥
彩图及图说提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援糟燥皂
第 34 卷第 1 期
2014年 1月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.1
Jan.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家海洋 908专项资助项目(908鄄ZC鄄II鄄 01); 国家海洋公益性行业科研专项资助项目(200805082); 教育部人文社会科学研究资助项
目(12YJCZH009)
收稿日期:2013鄄04鄄28; 摇 摇 修订日期:2013鄄09鄄04
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: cdongj@ sina.com
DOI: 10.5846 / stxb201304280869
陈东景,郑伟,郭惠丽,付元宾.基于物质流分析方法的生态海岛建设研究———以长海县为例.生态学报,2014,34(1):154鄄162.
Chen D J, Zheng W, Guo H L, Fu Y B.Evaluation of ecological marine islands construction based on material flow analysis: a case study of Changhai
County.Acta Ecologica Sinica,2014,34(1):154鄄162.
基于物质流分析方法的生态海岛建设研究
———以长海县为例
陈东景1,*,郑摇 伟2,郭惠丽1,付元宾3
(1. 青岛大学国际商学院, 青岛摇 266071; 2. 国家海洋局第一海洋研究所,青岛摇 266061;
3. 国家海洋环境监测中心,大连摇 116023)
摘要:建设生态海岛是海岛生态经济系统实现可持续发展的重要途径。 运用物质流分析方法对长海县的物质输入与输出状况
进行计算,并用物质消耗强度、废物排放强度和环境负荷强度 3个指标衡量了该海岛县生态效率的变化,分析了技术进步对海
岛生态经济系统生态压力变化的贡献状况。 结果表明,2003—2009年间,长海县物质输入总量、物质输出总量和环境负荷总量
呈增长态势;生态效率明显提高;技术进步对减轻海岛生态经济系统生态压力的贡献没有抵消经济增长所产生的生态压力的增
加量。 为了减少物质输入和废物输出,减轻经济活动对海岛生态系统产生的压力,建立创新型管理机制有效促进技术进步,不
断提高生态效率具有特别重要的作用。
关键词:物质流分析;生态效率;可持续发展;生态海岛;长海县
Evaluation of ecological marine islands construction based on material flow
analysis: a case study of Changhai County
CHEN Dongjing1,*, ZHENG Wei2, GUO Huili1, FU Yuanbin3
1 International Business College of Qingdao University, Qingdao 266071, China
2 The First Institute of Oceanography, State Oceanic Administration People忆s Republic of China, Qingdao 266061, China
3 National Marine Environmental Monitoring Center, State Oceanic Administration People忆s Republic of China, Dalian 116023, China
Abstract: Material flow analysis (MFA) has widely been used in the field of sustainable development research, but it was
hardly applied in the sustainability valuation of marine islands eco鄄economic system. Marine islands eco鄄economic system is
a critical component of the large marine eco鄄economic system. The construction of ecological marine islands is an important
approach to establish marine islands eco鄄economic system in the course of sustainable development.
Taking four indices as measurement, namely the direct material input (DMI), total material requirement ( TMR),
domestic direct material output (DMO) and total direct material output (TMO), the material input and output of Changhai
County during 2003—2009 has been analyzed in this paper based on material flow analysis (MFA). According to these four
basic indices, material input intensity, waste emission intensity and environmental pressure intensity are calculated to
analyze the County忆s ecological efficiency. The contribution of technological progress to reducing the ecological pressure of
these marine islands is also considered through elasticity coefficient of ecological pressure and contribution rate of
technological progress.
The first result shows that material input quantity, waste emission quantity and environmental pressure quantity have
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increased rapidly during 2003—2009. The direct material input (DMI) presents rising tendency, up from 1.12 million ton
in 2003 to 1.85 million ton in 2009, and the average annual growth rate is 8. 8%; total material requirement ( TMR)
increases faster than DMI, with the average annual growth rate at about 9.7%. However, the growth rates of two indices of
material output, namely domestic direct material output(DMO) and total direct material output( TMO), whose average
annual growth rates are 12.60% and 12.53% respectively, reflect that waste emission growth are the fastest鄄growing indices.
Fresh water is the largest input material in DMI, and the average annual proportion is about 34.67%. With more and more
material imports during the seven years, the import material share of DMI rises from 12.09% in 2003 to 20.12% in 2009.
Waste gas and waste water emission are main parts of DMO, whose average annual proportions of DMO are 54.77% and
42郾 64% respectively.
The second result shows that ecological efficiency of the marine islands county has been greatly improved during the
construction of ecological marine inlands since 2003. Material use intensity declines from 7.06 ton per ten thousand yuan in
2003 to 5. 24 ton per ten thousand yuan in 2009, and the average annual decreasing rate is 4. 85%. Average annual
decreasing rates of waste emission intensity and environmental pressure intensity are 1.53% and 3.31% respectively, which
are slower than that of material use intensity. This indicates that the sustainable development capability of the marine islands
eco鄄economic system has been improving continuously.
The third result shows that the contribution of technological progress to reduce ecological stress hardly neutralizes the
increasing amount of ecological pressure caused by economic growth during the same period. The decrease amount of
resources use resulting from material use intensity reduction only accounts for 38.65% of the increase amount of resources
use caused by GDP growth. Contribution of waste emission intensity and environmental pressure intensity to relieving
ecological stress are 12.16% and 26.35% respectively, both of which are less than that of material use intensity.
In order to slow down material input,waste emission and relieve the pressure from economic activity on marine islands
ecological system, it is essential to continue improving ecological efficiency through technological progress based on
establishing innovative management mechanism.
Key Words: material flow analysis (MFA); ecological efficiency; sustainable development; ecological marine islands;
Changhai County
摇 摇 物质流分析方法(MFA)是一种定量评价生态经
济系统可持续发展状态的重要方法[1]。 它遵循质量
守恒定律,以重量为单位,由投入到产出追踪物质使
用情形,通过分析物质在生态经济系统中的流动特
征,对物质的流动方向及流量进行调控,减少资源消
耗和废物排放,实现生态经济系统的可持续发展。
自从物质流分析方法被介绍到国内以来,学者们主
要在区域生态经济系统、特定产业部门和特定产品
生命周期评价等领域开展了广泛而深入的研究并取
得了重要研究成果。 例如,陈效逑等对我国 1985—
1997年的物质输入与输出进行了初步研究[2];黄和
平等对江苏省常州市武进区生态经济系统中物质输
入与输出进行了系统分析[3];徐明和张天柱对
1990—2000年我国的化石燃料的输入与输出状况进
行了分析[4];陈伟强等对我国铝的全生命周期进出
口规模及结构进行了详细研究[5]。 虽然我国有关物
质流分析的各层面的研究文献较多[6],但是运用物
质流分析方法对生态海岛建设进行研究的成果还鲜
有报道。
海岛是一个与大陆有着紧密联系的生态经济系
统,它的科学开发和保护对实现海洋经济的可持续
发展具有极其重要的作用[7]。 以进入 21 世纪逐渐
开展的生态示范区、生态县、生态市和生态省建设为
背景,以保护脆弱的海岛生态系统,实现海岛社会经
济可持续发展为目的的生态海岛建设在我国沿海地
区陆续展开。 为了加强对海岛的科学保护和合理开
发利用,我国在 2010 年颁布并施行了《中华人民共
和国海岛保护法》,我国首部《全国海岛保护规划》
也于 2012年 4月正式发布实施,这将极大地推动我
国生态海岛的建设进程。 海岛生态经济系统与外界
551摇 1期 摇 摇 摇 陈东景摇 等:基于物质流分析方法的生态海岛建设研究———以长海县为例 摇
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有着大量的物质输入与输出关系,并且其内部也存
在着活跃的物质输入、储存和输出活动。 因此,应用
物质流分析方法对海岛生态经济系统的物质输入与
输出状况进行分析,并计算生态效率的变化,有助于
分析海岛经济活动对生态环境产生的影响,客观了
解生态海岛建设的成效。 本文以我国海岛县———长
海县为例开展研究,分析该海岛县在建设生态海岛
过程中的物质输入与输出特征及其生态效率变化,
为提高海岛生态经济系统可持续发展能力提供科学
信息和决策参考。
1摇 研究区概况
长海县位于黄海深处,下辖岛礁众多,是我国唯
一的海岛边境县。 该县立足于本地实际情况,以捕
捞、养殖、水产品加工、旅游、港贸作为五大支柱产
业,实施“渔业立县、工业强县、旅游兴县冶三大战略,
以实现“惠民、富民、兴海岛冶为发展目标。 相比大部
分海岛地区,长海县经济比较发达,2000—2004 年连
续 5a进入全国综合实力百强县之列。 但是,由于严
重受到岛上陆地空间资源狭小、淡水资源匮乏、生态
系统脆弱等因素的制约,再加上人们对海岛的不合
理开发,长海县承受的生态压力日渐增大,长海县经
济发展势头出现下滑趋势,并在 2006 年退出全国综
合实力百强县之列。
长海县经济始终是第一产业占主导地位,其中
又以渔业为主,历年渔业产值均占到长海县经济总
产值的 60%以上。 由于岛上诸多因素限制,第二、三
产业发展相对缓慢,在岛内经济总产值中所占比重
较小。 2009 年,长海县三次产业构成比例为 68.1颐
12.3颐19.6[8]。
在认识到海岛生态系统脆弱,海域增养殖压力
逐渐超过生态环境的承载能力,海岛生态经济系统
面临前所未有的生态环境压力之后,长海县 2002 年
就制定了生态岛建设总体规划致力于生态海岛建
设。 经过数年的建设,2007 年初长海县被原国家环
保总局考核命名为“国家级生态示范区冶,2008 年初
编制的《长海生态县建设规划》通过原国家环保总局
专家组评审。 依据生态足迹理论研究的结果显示,
虽然在 2003—2008 年间长海县基本处于生态承载
力大于生态足迹而呈现生态盈余的状态,但是生态
盈余由 0.63 hm2 /人均下降到 0.193 hm2 /人均的事实
表明,长海县在建设生态海岛的进程中面临比较严
峻的潜在生态压力[9]。
2摇 计算方法与数据收集及其处理
2.1摇 计算方法
2.1.1摇 基本指标
直接物质输入(DMI),指直接进入该区域生产
过程所直接消耗的本地物料和由区域外输入的物
料,可分为化石类能源(煤炭、柴油、汽油、天然气
等)、矿物原料(矿石、沙等)、生物质(如木材、谷物
等)和气体物质(化石燃料燃烧、工业过程以及生物
呼吸作用消耗的 O2、植物光合作用消耗的 CO2等)。
物质总需求(TMR),即输入到该区域的物质总
量,是直接物质输入和隐藏流的总和。 隐藏流是指
没有进入市场和生产过程的固体物料,属于非直接
物质投入,例如土壤开挖,生物质的采取等。 虽然隐
藏流并不直接服务于生产和消费,但是对自然环境
却产生了生态压力,所以又称为生态包袱[6]。
区域内直接物质输出(DMO),指直接排放到生
态系统的物质,一般可分为固体废弃物、废水和废气
三大类。
直接物质输出(TMO),指区域内直接物质输出
量再加上物质的出口数量。
2.1.2摇 生态效率指标
计算生态效率的一般公式为:生态效率 =产品
与服务的价值 /环境影响,即单位环境影响的产出价
值[10鄄11]。 为了便于运用 IPAT模型进行分析,本文采
用该公式的倒数来表示生态效率。 主要采用以下 3
个指标来衡量长海县生态经济系统的生态效率:物
质消耗强度,用 DMI / GDP 表示;废物排放强度,用
DMO / GDP 表示;环境负荷强度,用 ( TMR +TMO) /
GDP 表示。 这 3个指标的值越大,生态效率越低;反
之,则生态效率就越高。
2.1.3摇 拓展研究指标
生态压力弹性系数,用直接物质输入量、区域内
直接物质输出量和环境负荷量的变化率与地区生产
总值(GDP)增长率的百分比表示,分别被称为物质
消耗弹性系数、废物排放弹性系数和环境负荷弹性
系数。 当这三类弹性系数处于(0,1)之间时,表明经
济增长的速度大于环境压力的增加速度,单位经济
增长的资源与环境代价不断降低,生态效率不断提
651 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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高;当弹性系数等于 1 时,生态效率保持原来的水
平;当弹性系数大于 1时,生态效率不断下降。
生态压力降低的技术进步贡献率,用技术进步
引致的物质消耗量、废物排放量和环境负荷量的降
低量与 GDP 增长量引致的物质消耗量、废物排放量
和环境负荷量的增长量的百分比表示。 这里分别用
物质消耗强度、废物排放强度和环境负荷强度代表
技术进步状况。 当贡献率数值处于(0,1)之间时,表
明技术进步引起的生态压力的下降量不足以抵消经
济增长所引起的生态压力的增加量,从而引起生态
压力的不断增加;当贡献率数值等于 1 时,表明技术
进步引起的生态压力的下降量刚好抵消经济增长所
引起的生态压力的增加量,生态压力维持不变;当贡
献率数值大于 1 时,则意味随着 GDP 的不断增长,
生态压力却不断下降。
从以上设定的指标来看,生态效率不断提高,生
态压力弹性系数不断下降,生态压力降低的技术进
步贡献率不断提高,是进行生态海岛建设的内在
要求。
2.2摇 数据收集及其处理
2.2.1摇 数据来源
原始数据主要来源于 《长海县统计年鉴 》
(2003—2009)和《长海县史志资料》 (2003—2009)
以及实地考察收集到的当地相关政府部门提供的渔
业、工业和第三产业统计年报等资料。 考虑到经济
数据的可比性,以 2005 年为基期,对历年的 GDP 进
行了不变价格调整。
2.2.2摇 输入数据收集与处理
固体物质包括生物物质和非生物物质两大类。
生物物质输入量可以从农作物、林牧作物以及水产
品等的产量考虑,数据获取相对容易。 为避免重复,
以农作物或其他作物为食的畜牧类产品不再被统计
在内。 长海县矿产资源稀少,岛内非生物类化石燃
料和矿物质基本上靠从岛外进口供给。
计算进入系统中的气体数量时,只考虑 O2和
CO2的输入量,前者核算了化石燃料燃烧和生物呼吸
作用过程中的耗氧量,后者主要核算植物光合作用
中 CO2的消耗量。 化石燃料燃烧耗氧量根据其质
量,通过化学反应与 O2的需要比例计算;生物呼吸耗
氧量分别从人和家畜、家禽的呼吸耗氧量估算,其他
野生动物的呼吸耗氧量忽略不计。 人类呼吸耗氧量
通过食物消耗量间接估算,家禽和家畜的耗氧量根
据每种动物的年呼吸耗氧量与该类动物的数量乘积
得到[2]。
由于我国没有对物质隐藏流的实测数据,只能
对其进行估算。 在计算长海县矿产资源和建筑材料
的隐藏流时,采用了台湾学者林锡雄提出的国内自
产隐藏流的估计方法[12]。
由于长海县缺少对地表水和地下水利用的统
计,在计算水的输入量时用县自来水供应总量代替。
2.2.3摇 输出数据收集与处理
固体废弃物主要包括生活垃圾、工业固体废弃
物以及农业生产中流失的化肥等。 之所以将流失的
化肥作为固体废弃物,是因为化肥施入农田后,容易
转化为污染物流入到生态系统中[2]。
输出端废气主要包括化石燃料燃烧以及生物呼
吸作用产生的 CO2,绿色植物光合作用产生的 O2以
及工业废气。 化石燃料燃烧产生的 CO2数量的计算
方法与其耗氧量的计算方法相同;人类呼吸排放的
CO2数量,用摄入食物总量乘以 0.338 来计算;动物
呼吸作用排放的 CO2量,根据与耗氧量之间的比例
来计算;工业废气主要计算 SO2、工业烟尘等的排
放量[2]。
污水排放量可以从长海县的历年统计年鉴中直
接获得,主要由生活废水和工业废水两部分组成。
3摇 计算结果与分析
3.1摇 输入与输出的总量分析
3.1.1摇 输入层面
2003—2009年间,长海县生态经济系统的 DMI
持续上升,从 2003年的 1.12伊106 t增加到 2009年的
1.85伊106 t,以平均每年 8. 8%的速度增长(图 1);
TMR更是以年均 9.71%的速度增长,这表明长海县
在生产和生活过程中对生态系统产生的压力不断增
加。 从 TMR和 DMI的差值,即隐藏流不断增加的趋
势来看,伴随长海县经济发展而产生的生态包袱也
在不断增加。 这些隐藏流主要是伴随着从岛外输入
长海县的能源和非能源矿物质产生的,这反映了长
海县的经济发展与外界联系非常紧密,并且可能对
外界生态环境产生比较大的影响。
751摇 1期 摇 摇 摇 陈东景摇 等:基于物质流分析方法的生态海岛建设研究———以长海县为例 摇
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图 1摇 长海县物质输入(2003—2009)
Fig.1摇 Material input of Changhai County from 2003 to 2009
摇 摇 2003—2009 年间,水的输入数量最多,占 DMI
的年均比例为 37.08%;固体物质的输入数量次之,
占 DMI的年均比例为 34.67%;气体物质的输入数量
最少,占 DMI的年均比例为 28.25%;气体物质、固体
物质和水的输入数量皆不断增加,但增加数量有所
差别:气体物质输入数量年均增加 1.76伊104 t,固体
物质输入数量年均增加 4.98伊104 t,水的输入数量年
均增加 5.5伊104 t(图 2)。 气体物质输入量增加的主
要原因是长海县能源消耗数量增加较多,导致燃烧
过程中对 O2的消耗量增加较多;固体物质输入量增
长数量大,是因为社会经济的快速发展导致长海县
对能源、建筑材料等需求数量显著增加,并且这些物
质主要是从岛外进口;随着长海县社会经济的发展
和生活水平的不断提高,自来水总供给量以年均约
13%的速率增长,在直接物质输入总量中的比例不
断上升,2003年所占比例为 33.18%,2009 年上升到
37.84%。
图 2摇 2003—2009年长海县 DMI构成
Fig.2摇 The components of DMI of Changhai County from 2003 to 2009
摇 摇 长海县的物质进口数量不断增加,由 2003 年的
13.49伊104 t增加到 2009年的 22.44伊104 t,年均增幅
8.85%(图 3)。 粮食、蔬菜、化石能源、建筑材料等物
质的进口在长海县社会经济发展中占有重要地位,
历年进口数量占固体物质输入数量的比例皆在 30%
以上,2003 年该比例高达 35. 33%,2009 年下降到
32郾 96%;物质进口量占 MDI 的比重不断上升,由
2003年的 12.09%上升到 2009 年的 20.12%(图 4)。
长海县之所以有如此大比重的物质进口,是因为海
岛经济结构简单以及海岛自身资源供给不足等,超
出岛内物质供给量的生产和生活需求部分的物质只
能靠从岛外进口。
3.1.2摇 输出层面
摇 摇 从长海县物质输出量的整体变化趋势上看,
851 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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DMO以平均每年 12.6%的速度增长(图 5),这远超
DMI的年均增加速度。DMO占当年DMI的比重年
图 3摇 长海县的物质进口与出口(2003—2009)
Fig.3摇 Material import and export of Changhai County from
2003 to 2009
图 4摇 长海县物质进口量所占比例
Fig.4 摇 The proportion of material import of solid material
input and DMI
均约为 62.64%,平均每年增加量约 11.43伊104 t,略
小于物质输入量的年均增加量(12.24伊104 t)。 这反
映了输入经济系统中的自然物质转化为系统实物资
本的数量相对降低,有效转化效率较为低下。 TMO
的变化趋势与区域内直接物质输出量的变化趋势相
似,年均增加量为 11. 46 伊 104 t,年均增长速度为
12郾 53%。 TMO的增加幅度较小的一个重要原因是
长海县出口的物质以海洋水产品为主,并且其出口
总量较小,占进口物质总量的年均比例仅为 5.3%。
废气和废水排放是 DMO 的两个主要组成部分
(图 6)。 废气排放量最大,并且在研究期增加最为
明显,占 DMO 的比例也最高,年均比例为 54.77%,
2009年更是高达 61.03%。 废气主要来源于化石燃
料燃烧排放的 CO2量、动物和人呼吸作用产生的 CO2
量以及工业生产和生活中排放的 SO2量,其中化石燃
料燃烧排放的 CO2量所占比例很高,占到废物排放
量的一半以上。 固体废弃物输出量最少并且在七年
间基本保持稳定,其输出量占 DMO的比例年均仅为
2.69%,在其组成中生活垃圾和工业垃圾输出量相
当,农业废物(化肥的施用量)输出量相对较少。 居
民生活废水和工业废水排放是长海县 DMO 的第二
大来源,占 DMO的年均比例为 42.64%,居民生活废
水是主要的废水来源,占到每年废水排放量的 80%
以上,这符合该海岛县工业经济居于次要地位的产
业结构特征。
图 5摇 长海县物质输出(2003—2009)
Fig.5摇 Material output of Changhai from 2003 to 2009
3.2摇 生态效率分析
长海县的物质消耗强度由 2003 年的 7. 06 t /
万元下降到 2009年的 5.24 t /万元,年均下降幅度高
达 4.85%;废物排放强度由 2003 年的 4.19 t /万元下
降到 2009 年的 3. 82 t /万元,年均下降幅度为
1郾 53%;环境负荷强度由 2003 年的 14.60 t /万元下
降到 2009 年的 11. 93 t /万元,年均下降幅度为 3.
31%(图 7)。 这反映了长海县在经济发展过程中,虽
然物质消耗总量、废物排放总量和环境负荷总量均
不断增加,但是生态效率不断提高,生态经济系统的
951摇 1期 摇 摇 摇 陈东景摇 等:基于物质流分析方法的生态海岛建设研究———以长海县为例 摇
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图 6摇 2003—2009年长海县 DMO构成
Fig.6摇 The components of DMO of Changhai County from 2003
to 2009
经济发展能力不断增强。 从图 7 中不难发现,长海
县的生态效率变化具有比较明显的阶段性特征:
2003—2007年间长海县的物质消耗强度、废物排放
强度以及环境负荷强度均呈现比较明显的下降趋
势,但是 2008 年和 2009 年废物排放强度以及环境
负荷强度有所增加,物质消耗强度在 2008 年下降到
最低点后 2009年也出现了反弹现象。 这说明,如果
不能够采取科学有效的可持续发展策略,长海县的
生态效率持续提高将会面临比较大的反弹压力。
图 7摇 长海县生态效率变化(2005年价格)
Fig.7摇 The change of ecological efficiency of Changhai County
(2005 price)
以 GDP 衡量经济发展水平,以物质消耗强度代
表技术进步状况,设 GDP 年均增长率为 g,物质消耗
强度年均下降率为 t,根据 IPAT模型可推出[13鄄14]:当
t=g / (1+g)时,物质消耗总量将保持不变;当 t>g /
(1+g)时,物质消耗总量将不断下降,经济活动对生
态系统产生的压力不断减小;反之,当 t时,物质消耗总量将不断增加,经济活动对生态系统
产生的压力将不断增加[13鄄14]。 2003—2009 年间,长
海县的 GDP 年均增长率 g 为 14.34%,由于 g / (1+
g)抑0.13 远大于物质消耗强度下降的速度 4.85%,
因此物质消耗总量在 7 年间呈现不断增加的趋势。
根据该原理,比较废物排放强度、环境负荷强度下降
速度与 GDP 增长速度,可以得出相似的结论;不过,
因为废物排放强度年均下降速度最小,物质消耗强
度年均下降速度最大,所以直接物质输入总量
(DMI)增加的相对幅度最小(年均增长率为 8.8%),
废物排放总量(DMO)增加的相对幅度最大(年均增
长率为 12.6%)。
上述结果也表明,虽然长海县经济发展中单位
GDP 物质消耗数量、单位 GDP 废物排放数量和单位
GDP 环境负荷数量不断降低,但是由于其下降速度
赶不上 GDP 的增长速度,使技术进步带来的资源消
耗、废物排放或环境负荷减少量不足以弥补经济增
长带来的资源消耗、废物排放或环境负荷的增加量,
必然会导致物质消耗总量、废物排放总量或环境负
荷总量不断增加的结果。 也就是说,生态效率提高
的减量效果全部或部分被经济规模的快速增加所
抵消。
3.3摇 生态压力弹性系数与生态压力降低的技术进
步贡献率
结合 IPAT 模型,将物质消耗、废物排放和环境
负荷的变化量当作经济发展和技术进步的因变量,
则计算物质消耗或环境负荷的经济增长弹性系数可
以大致估算生态效率提高对经济发展的贡献率
(表 1)。 2003—2009年间,物质消耗弹性系数、废物
排放弹性系数和环境负荷弹性系数都呈现比较大的
波动特点,其中废物排放弹性系数的波动幅度最大;
从平均值来看,七年间,长海县 GDP 年均增长 1%,
需要的物质消耗量年均增加 0.61%,废物排放量增
加 0郾 87%,环境负荷总量增加 0.74%。 特别值注意
的是,2007年三类弹性系数非常低,其中废物排放弹
性系数甚至为负数,这与长海县在 2007 年成功申报
“国家级生态示范区冶前后,积极推进垃圾和污水处
理系统建设,大力宣传资源节约型社会和环境友好
型社会建设等密切相关;不过,2008 年和 2009 年三
类弹性系数强力反弹的事实至少说明,在建设生态
海岛的过程中要建立环境保护的长效机制,保证各
项政策与措施的持续和连贯执行,才能使生态海岛
建设取得的成绩得到巩固并不断向前推进。
061 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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表 1摇 生态效率提高对物质消耗、废物排放和环境负荷变化的实际贡献
Table 1摇 The actual contribution of Ecological efficiency improvement to the change of material consumption, waste emission and
environmental pressure
年份
Year
生态压力弹性系数
Elasticity coefficient of ecological pressure
物质消耗
弹性系数
Material use
elasticity
废物排放
弹性系数
Waste emission
elasticity
环境负荷
弹性系数
Environmental
pressure elasticity
生态压力降低的技术进步贡献率 / %
Contribution rate of technological progress
物资消耗
强度的贡献
Contribution of
material intensity
废物排放
强度的贡献
Contribution of
waste intensity
环境负荷
强度的贡献
Contribution of
environmental
load intensity
2004 0.81 -0.28 0.05 19.17 128.24 95.47
2005 0.03 1.82 0.64 96.92 -81.72 36.43
2006 0.87 0.70 0.78 13.49 29.70 22.11
2007 0.34 -0.93 0.18 66.48 193.39 82.08
2008 0.53 2.50 1.36 46.78 -150.26 -35.56
2009 1.27 1.66 1.60 -27.43 -66.44 -60.24
年平均值
Yearly arerage 0.61 0.88 0.74 38.65 12.16 26.35
摇 摇 与三类弹性系数的变化特点相似,代表技术进
步的物质消耗强度、废物排放强度和环境负荷强度
变化分别对资源消耗总量、废物排放总量和环境负
荷总量变化的贡献度也呈现比较大的波动,只不过
它们的变化趋势与对应的三类弹性系数的变化趋势
相反;从 7a平均值来看,物质消耗强度的贡献率为
38郾 65%,即物质消耗强度下降带来的资源消耗减少
量只占到 GDP 增量所带来的资源消耗增加量的
38郾 65%,这使得该时期内资源消耗量出现了比较明
显的增长;废物排放强度的贡献率最低,仅为 12.
16%,这也说明了技术进步在废物排放减量化中所
起的作用最小,从而导致废物排放总量较大幅度的
相对增加;环境负荷强度的年均贡献率为 26.35%,
也就是说技术进步在环境负荷减量化中所起的相对
作用居于中间水平。 要说明的是,三者的贡献率为
负数时,表明物质消耗强度(废物排放强度或环境负
荷强度)增加使物质消耗(废物排放或环境负荷)总
量增加,绝对值代表其引起的总量增加部分占 GDP
增长引致的物质消耗(废物排放或环境负荷)总量增
加部分的比例。 例如,2009 年物质消耗强度的贡献
率为-27.43%,表明物质消耗强度与 2008 年的相比
增大了,并导致物质消耗总量的增加量占 GDP 增加
引致的物质消耗增加量的 27.43%,从而使物质消耗
总量增加的速度超过 GDP 增加的速度。 显而易见,
2007年和 2008年的废物排放强度显著增加导致其
对废物排放总量减量化的负贡献率很大(2008 年高
达-150.26%),进而造成 2003至 2009年间废物排放
强度对废物排放总量减量化的平均贡献率较低的严
重后果(表 1)。 这也进一步说明,如果要保持长海
县经济规模持续快速增长的势头,改善经济发展质
量,同时又要减轻对生态经济系统的生态压力,不断
促进科技进步,努力降低物质消耗强度、废物排放强
度和环境负荷强度,提高生态效率具有非常重要的
意义。
4摇 结语
在生态海岛建设进程中,长海县的直接物质输
入总量、物质需求总量、直接物质输出量和环境负荷
量总体上不断上升,这说明长海县在经济发展水平
持续提高的过程中,对生态环境产生的压力也在不
断增大。 海岛生态经济系统是一个输入型开放系
统。 长海县的物质进口数量不断增加,物质进口量
占直接物质输入量的比重也在不断上升,这反映出
长海县经济活动对生态经济系统产生的影响有相当
部分发生在海岛以外地区。
2003年至 2009年的直接物质消耗强度、废物排
放强度和环境负荷强度总体下降的事实表明,长海
县在生态海岛建设进程中通过技术进步提高生态效
率的效果比较明显。 但是,由于技术进步带来的三
者下降速度显著落后于当地的经济增长速度,从而
导致物质消耗总量、废物排放总量和环境负荷总量
仍然呈现不断增加的发展态势。 因此,在保持经济
161摇 1期 摇 摇 摇 陈东景摇 等:基于物质流分析方法的生态海岛建设研究———以长海县为例 摇
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发展水平持续提高的前提下,为了不断降低物质输
入和废物输出的增加幅度直至出现零增长,促使长
海县生态经济系统向强可持续发展的方向转变,有
效促进技术进步是一个关键途径。
2008年至 2009 年的生态压力弹性系数强力反
弹和生态压力降低的技术进步贡献率显著下降的现
象表明,建立一种有效促进技术进步进而稳定提高
生态效率的创新型管理机制并落到实处在生态海岛
建设进程中具有特别重要的作用。
海岛被海洋包围的特点造成难以界定一个比较
封闭的区域而未能将海洋藻类等海洋生物的需氧
量、CO2的排放量计算在内,根据通常做法用自来水
的供应量代替水的输入量,以及由于缺少建筑、能
源、工业矿产品等开挖时隐藏流的统计而借鉴其它
研究成果估算隐藏流等客观事实,不可避免地会造
成长海县物质流分析结果存在一定误差。 因此,这 3
个问题是后续研究中的重要任务,其圆满解决有助
于运用物质流分析方法更客观而深入地分析海岛生
态经济系统的物质输入和输出特征,为生态海岛建
设提供科学合理的对策建议,更好地推动生态海岛
建设,实现海岛生态经济系统的可持续发展。
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叶生态学报曳圆园员源年征订启事
叶生态学报曳是由中国科学技术协会主管袁中国生态学学会尧中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊袁创刊于 员怨愿员年袁报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果遥 坚持野百花齐放袁百家
争鸣冶的方针袁依靠和团结广大生态学科研工作者袁探索生态学奥秘袁为生态学基础理论研究搭建交流平台袁
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叶生态学报曳主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果遥 特别欢
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编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
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编摇 摇 辑摇 叶生态学报曳编辑部
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主摇 摇 编摇 王如松
主摇 摇 管摇 中国科学技术协会
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