孫曉瑞,稅 偉,2,*,鄭佳瑜,陶 煜,李 慧

1 福州大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院,福州 350116 2 福州大學(xué)空間數(shù)據(jù)挖掘與信息共享教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,福州 350116 3 福州大學(xué)至誠(chéng)學(xué)院,福州 350116

城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn),帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)迅猛增長(zhǎng),同時(shí)也令人與自然環(huán)境之間的矛盾愈發(fā)突出[1]。因此,滿足當(dāng)代人需求的同時(shí)不損害后代人對(duì)資源需求的可持續(xù)發(fā)展是中國(guó)的必然選擇,也是一項(xiàng)長(zhǎng)期戰(zhàn)略[2]。生態(tài)城市是實(shí)現(xiàn)人與自然和諧相處、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展、社會(huì)和諧進(jìn)步的重要理論與實(shí)踐探索,是城市在進(jìn)入高速發(fā)展階段后的一種轉(zhuǎn)型升級(jí),也是中國(guó)生態(tài)文明建設(shè)和新型城鎮(zhèn)化發(fā)展的重要途徑[3]。

“生態(tài)城市”最早來(lái)源于聯(lián)合國(guó)教科文組織在1971發(fā)起的“人與生物圈計(jì)劃”[4],隨后,前蘇聯(lián)城市生態(tài)學(xué)家Yanitsky第一次提出生態(tài)城市的概念,指出生態(tài)城市就是現(xiàn)代人類高效和諧的棲居環(huán)境[5]。中國(guó)生態(tài)學(xué)家馬世俊和王如松[6]在1984年提出建設(shè)社會(huì)—經(jīng)濟(jì)—自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的中國(guó)生態(tài)城市的思想。此后,生態(tài)城市逐漸成為中國(guó)生態(tài)學(xué)實(shí)踐和研究的一個(gè)新興領(lǐng)域,吸引了不同領(lǐng)域?qū)W者的廣泛關(guān)注[7]。目前,中國(guó)處于快速城鎮(zhèn)化時(shí)期,生態(tài)城市建設(shè)已經(jīng)成為中國(guó)城市轉(zhuǎn)型發(fā)展的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)[8],對(duì)廈門(mén)市生態(tài)城市建設(shè)和快速城鎮(zhèn)化過(guò)程中可持續(xù)發(fā)展水平的研究,不僅對(duì)廈門(mén)生態(tài)城市發(fā)展具有科學(xué)參考價(jià)值,同時(shí)對(duì)同類型生態(tài)城市的可持續(xù)發(fā)展具有很好的理論借鑒價(jià)值。

不同領(lǐng)域?qū)沙掷m(xù)發(fā)展的定義多種多樣,其中較多的是從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、環(huán)境和社會(huì)這些維度進(jìn)行考慮[9]。在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展下,如何直觀地識(shí)別自然環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的現(xiàn)狀關(guān)系,是目前國(guó)內(nèi)外生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)[10]。城市可持續(xù)評(píng)價(jià)已經(jīng)形成各種成熟的方法與框架,如聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署提出的“壓力—狀態(tài)—響應(yīng)模型”[11],被廣泛用于評(píng)價(jià)人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響程度。物質(zhì)流分析法被廣泛用于定量分析城市經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和生態(tài)系統(tǒng)中的直接和間接物質(zhì)流[12]。生態(tài)足跡法被用作衡量系統(tǒng)的生態(tài)壓力和承載力[13],為城市生態(tài)承載力提供了一套評(píng)估指標(biāo)[14]。生命周期評(píng)估通過(guò)量化產(chǎn)品或服務(wù)的環(huán)境影響和資源消耗[15],可以從下至上地測(cè)量城市運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程[16]。然而,壓力狀態(tài)響應(yīng)模型不能衡量城市整體系統(tǒng)與各個(gè)子系統(tǒng)要素投入產(chǎn)出的效率,物質(zhì)流分析方法忽略了材料和能源的貢獻(xiàn)[17],生態(tài)足跡法很難揭示人口變化、技術(shù)進(jìn)步和物質(zhì)消費(fèi)的影響[18],生命周期法不能反映系統(tǒng)邊界外的間接流動(dòng)[19]。

1965年Wolman引入城市新陳代謝框架,指出城市系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)是一個(gè)復(fù)雜的新陳代謝過(guò)程,通過(guò)城市新陳代謝可以對(duì)系統(tǒng)各類要素進(jìn)行統(tǒng)一核算[20]。因此,本文采用著名的城市代謝框架,結(jié)合能值分析法去衡量廈門(mén)城市代謝系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)與能量流動(dòng)過(guò)程。能值分析法是由美國(guó)生態(tài)學(xué)家Odum[21]提出,作為一個(gè)應(yīng)用最廣泛且能定量分析區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)可持續(xù)的方法,可以將區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)和人類經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)有效的連接起來(lái),同時(shí)結(jié)合研究區(qū)域的地域獨(dú)特性、資源儲(chǔ)存量、經(jīng)濟(jì)水平,促進(jìn)自然生態(tài)系統(tǒng)和人類經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)可持續(xù)研究的發(fā)展。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)將能值分析方法應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域及區(qū)域,并進(jìn)行了大量的可持續(xù)性研究[22]。例如,國(guó)外學(xué)者通過(guò)能值分析對(duì)緬因州[23]、羅馬[24]等地區(qū)的復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行了可持續(xù)性分析和評(píng)價(jià)。20世紀(jì)90年代,能值理論被應(yīng)用于廣州和上海城市代謝系統(tǒng)的比較分析,發(fā)現(xiàn)廣州在自然再生資源和生態(tài)承載力方面明顯優(yōu)于上海[25]。對(duì)沈陽(yáng)新興市場(chǎng)的測(cè)度,發(fā)現(xiàn)沈陽(yáng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與環(huán)境壓力呈現(xiàn)不穩(wěn)定的發(fā)展趨勢(shì)[26]。能值分析法評(píng)估區(qū)域可持續(xù)性的優(yōu)勢(shì)被國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛認(rèn)可[27],類似的研究也被用于評(píng)估不同區(qū)域系統(tǒng)的可持續(xù)性,如中國(guó)和中國(guó)的某些區(qū)域[28-32]。

中國(guó)正處于快速城鎮(zhèn)化時(shí)期,生態(tài)城市建設(shè)是城市轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵,對(duì)文獻(xiàn)的梳理發(fā)現(xiàn),目前還缺乏對(duì)中國(guó)生態(tài)城市的可持續(xù)性評(píng)估。因此,研究選取快速城鎮(zhèn)化時(shí)期中國(guó)生態(tài)城市建設(shè)的典范—廈門(mén)市作為研究對(duì)象,基于城市代謝框架運(yùn)用能值分析法構(gòu)建廈門(mén)市能值可持續(xù)評(píng)估指標(biāo)體系,對(duì)2010—2017年廈門(mén)市可持續(xù)性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),同時(shí)選取珠海市、深圳市進(jìn)行對(duì)比分析,系統(tǒng)評(píng)價(jià)廈門(mén)市生態(tài)可持續(xù)性,不僅對(duì)廈門(mén)市生態(tài)文明和新型城鎮(zhèn)化發(fā)展具有科學(xué)參考價(jià)值,同時(shí)對(duì)同類型生態(tài)城市的建設(shè)具有理論借鑒意義。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

廈門(mén)市地處中國(guó)東南沿海,福建省東南部,是臺(tái)灣海峽西岸中部、中國(guó)閩南金三角的中心,由東南部沿廈門(mén)灣的大陸地區(qū)和廈門(mén)島、鼓浪嶼等島嶼和廈門(mén)灣組成,土地面積1699.39 km2(2017年),屬南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候。2017年,廈門(mén)市常住人口401萬(wàn)人,全年地區(qū)生產(chǎn)總值3784.25億元,常住人口人均GDP為97282元；全年空氣優(yōu)良率98.9%,建成區(qū)綠化覆蓋率42.93%,人均公園綠地面積19.98 km2。此外,廈門(mén)市海洋資源豐富,擁有大小島嶼31座,具有良好的自然本底資源。

自1980年建設(shè)經(jīng)濟(jì)特區(qū)以來(lái),廈門(mén)市城區(qū)持續(xù)擴(kuò)張和沿岸圍墾造地,形成了獨(dú)特的海灣型城市格局。廈門(mén)在這一時(shí)期經(jīng)歷了快速城鎮(zhèn)化,城市化率由1980年的35.0%增加到2016年的89.0%,港口、旅游業(yè)和工業(yè)的快速發(fā)展給當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境帶來(lái)了壓力。面對(duì)土地利用快速變化和資源匱乏的挑戰(zhàn),廈門(mén)市積極推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè),取得了一定成效。2010至2016年綠化覆蓋率由39.8%提高到42.93%,在2016年被正式命名為國(guó)家級(jí)生態(tài)城市,在2020年1月榮獲“國(guó)家生態(tài)園林城市”。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

通過(guò)整理獲得2011—2018年廈門(mén)市自然資源和社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),建立能值信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)及自然資源數(shù)據(jù)均來(lái)自《廈門(mén)市經(jīng)濟(jì)特區(qū)年鑒(2011—2018)》、《廈門(mén)市經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)(2011—2018)》、《廈門(mén)市環(huán)境統(tǒng)計(jì)公報(bào)(2011—2018)》、《福建省統(tǒng)計(jì)年鑒(2011—2018)》；《深圳市統(tǒng)計(jì)年鑒(2011—2018)》、《深圳市經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)(2011—2018)》、《深圳市環(huán)境統(tǒng)計(jì)公報(bào)(2011—2018)》、《廣東省統(tǒng)計(jì)年鑒(2011—2018)》；《珠海市統(tǒng)計(jì)年鑒(2011—2018)》、《珠海市經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)(2011—2018)》、《珠海市環(huán)境統(tǒng)計(jì)公報(bào)(2011—2018)》。

1.3 研究方法

1.3.1能值分析法

能值分析法是一種客觀且突出的用于評(píng)價(jià)不同尺度區(qū)域可持續(xù)發(fā)展能力的綜合分析方法。能值理論由Odum提出,全面闡述了區(qū)域系統(tǒng)中的資源和能源[33]。在能值理論中,能值被定義為直接和間接應(yīng)用于產(chǎn)品或服務(wù)形成過(guò)程中的有效能量[34]。由于太陽(yáng)能是所有能量的原始形式,它通常被用作量化其他形式的能量當(dāng)量,被表示為太陽(yáng)焦耳,簡(jiǎn)稱為sej。能值分析法由能值轉(zhuǎn)換率將自然環(huán)境和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中不可直接進(jìn)行比較和加減的能量、貨幣、服務(wù)等轉(zhuǎn)換為同一量級(jí)指標(biāo)(即太陽(yáng)能焦耳)?；谔?yáng)能當(dāng)量測(cè)量各種形式的能源、資源和人類服務(wù),可以直接比較區(qū)域的投入和產(chǎn)出流,可以從社會(huì)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)3個(gè)不同維度去分析區(qū)域系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展水平,對(duì)合理利用有限的自然資源和制定科學(xué)有效的區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展政策具有重要的指導(dǎo)意義[35]。

1.3.2城市代謝系統(tǒng)能值分析

基于能值分析結(jié)合城市新陳代謝系統(tǒng)進(jìn)行可持續(xù)評(píng)估的主要步驟通常如下:

(1)識(shí)別城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)邊界,繪制城市能值系統(tǒng)圖。如圖1為廈門(mén)市的能值系統(tǒng)圖,主要顯示了廈門(mén)市的不同能值資源流的流動(dòng)情況。

圖1 廈門(mén)城市代謝系統(tǒng)能值系統(tǒng)圖Fig.1 The emergy system diagram of Xiamen metabolism

(2)確定并量化城市代謝系統(tǒng)中維持生產(chǎn)和消費(fèi)模式的主要物質(zhì)流和能量流。然后將上述能值流分為可更新資源(R0)、可更新資源產(chǎn)品(R1)、不可更新資源(N)、進(jìn)口流(I)、出口流(O)、廢棄物流(W),其中總能值用量(U= R0+ R1+ N+ I),將廈門(mén)市代謝系統(tǒng)2010—2017年不同流的能量含量或質(zhì)量或貨幣價(jià)值乘以其能值轉(zhuǎn)換率(UEV),計(jì)算各流的能值。本研究使用的UEV詳細(xì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 廈門(mén)市城市代謝能值指標(biāo)核算

1.3.3城市代謝系統(tǒng)能值指標(biāo)體系

城市是人類在改造與順應(yīng)自然生態(tài)環(huán)境過(guò)程中,建立起來(lái)的“自然—社會(huì)—經(jīng)濟(jì)”復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)[36]。因此,本文在Odum[21]的能值理論基礎(chǔ)上結(jié)合城市代謝框架,參考劉耕源[33]的能值指標(biāo)體系,并結(jié)合Brown[37]、陸宏芳[38]、劉耕源等[39]相繼提出的能值可持續(xù)評(píng)價(jià)指標(biāo),從社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和自然三個(gè)子系統(tǒng)出發(fā),構(gòu)建廈門(mén)市城市代謝系統(tǒng)能值指標(biāo)評(píng)價(jià)體系(表2)。

表2 廈門(mén)市城市代謝系統(tǒng)能值指標(biāo)評(píng)價(jià)體系

社會(huì)子系統(tǒng)主要由能值密度、人口承載量、人均能值表征。能值密度指單位面積能值使用量,該指標(biāo)可以反映城市的發(fā)展強(qiáng)度和集約程度[33],人口承載量是指在當(dāng)前生活標(biāo)準(zhǔn)下,系統(tǒng)所能容納的最大人口數(shù)量,從側(cè)面反映系統(tǒng)環(huán)境壓力的大小[33],人均能值用量從宏觀生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)視角可以衡量居民生存水平和生活質(zhì)量的高低[34]。經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)主要由能值產(chǎn)出率、能值交換率、能值貨幣比率表征。能值產(chǎn)出率反映城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)系統(tǒng)外部的依賴度以及系統(tǒng)的產(chǎn)出效益[33],能值交換率用來(lái)衡量系統(tǒng)與外界的能值交換情況[33],能值貨幣比率可以表征系統(tǒng)貨幣財(cái)富購(gòu)買(mǎi)能值的能力[34]。自然子系統(tǒng)主要由能值自給率、環(huán)境承載率、能值廢棄率表征。能值自給率可以反映自然系統(tǒng)的自給自足能力[35],環(huán)境承載率可以反映系統(tǒng)自然環(huán)境所承受的壓力[35],能值廢棄率可以反映系統(tǒng)的可更新能力[35]。

城市代謝系統(tǒng)可持續(xù)性由可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)(ESI)、可持續(xù)發(fā)展能值指標(biāo)(EISD)、城市健康能值指數(shù)(EUEHI)綜合評(píng)估,可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)由Brown[37]首次提出,用來(lái)衡量生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)是否具有活力和發(fā)展?jié)摿Α?002年陸宏芳等[38]結(jié)合中國(guó)實(shí)際情況在ESI的基礎(chǔ)上提出了可持續(xù)發(fā)展能值指標(biāo),其值越高,表明在單位環(huán)境壓力下的系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益越高,可持續(xù)發(fā)展性能越好。劉耕源等[39]首次以能值產(chǎn)出率(EYR)、環(huán)境承載率(ELR)、能值交換率(EER)分別代表活力、組織結(jié)構(gòu)、恢復(fù)力三個(gè)方面,以能值密度(ED)與能值貨幣比率(EMR)的比值代表城市的服務(wù)維持功能,構(gòu)建了城市健康能值指數(shù)(EUEHI)來(lái)衡量城市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的健康發(fā)展情況。

2 結(jié)果與分析

2.1 基于城市代謝的能值流分析

2010—2017年廈門(mén)的總能值呈增長(zhǎng)趨勢(shì),其中可更新資源能值整體呈現(xiàn)小幅度上升的趨勢(shì),2015年到達(dá)到最高值8.08×1022sej(表3),同時(shí)不可更新資源呈上升趨勢(shì)。進(jìn)口流能值和出口流能值均在2010—2017年都分別呈現(xiàn)較大的增長(zhǎng)趨勢(shì),表明廈門(mén)市對(duì)外貿(mào)易開(kāi)放度較高,經(jīng)濟(jì)發(fā)展強(qiáng)度大。廈門(mén)市的廢棄物流能值在2010—2014年緩慢增長(zhǎng),而2015年以后就開(kāi)始下降,表明廈門(mén)市的生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作在近年有一定的成效,循環(huán)經(jīng)濟(jì)的推行取得一定進(jìn)展。

表3 2010—2017年廈門(mén)市城市代謝能值流核算

2.2 社會(huì)子系統(tǒng)

人均能值(EPP)是評(píng)價(jià)人民生活水平的指標(biāo),它可以反映城市內(nèi)部資源、財(cái)富和商品的可利用程度[34]。人均能值用量主要由城市的人口數(shù)量及總能值用量決定,可以發(fā)現(xiàn)從2010年至2017年以來(lái)廈門(mén)市的人均能值呈持續(xù)上升的趨勢(shì),由2010年的3.19×1017sej/人增加到2017年的4.89×1017sej/人,表明經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展過(guò)程中,廈門(mén)市民人均生活水平和財(cái)富優(yōu)勢(shì)明顯提高(圖2),同時(shí)超過(guò)了國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的城市如珠海、深圳(表4)。能值密度(ED)指單位面積能值使用量,該指標(biāo)愈大,表示經(jīng)濟(jì)發(fā)展強(qiáng)度愈好[34]。廈門(mén)市的能值密度由2010年的8.11×1014sej增加到2017年的11.50×1014sej,表明廈門(mén)市是經(jīng)濟(jì)活動(dòng)頻繁的城市(圖2)。研究期間廈門(mén)市能值密度的增長(zhǎng)速度較快,與廈門(mén)市作為經(jīng)濟(jì)特區(qū),經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展迅速有關(guān),快速城市化引起城市經(jīng)濟(jì)密度和經(jīng)濟(jì)發(fā)展強(qiáng)度相對(duì)較高,城市單位面積能量利用強(qiáng)度大,經(jīng)濟(jì)活動(dòng)頻繁。

表4 2010—2017年廈門(mén)市與珠海市、深圳市能值指標(biāo)對(duì)比

圖2 廈門(mén)市2010—2017年人均能值與能值密度變化Fig.2 Changes of per capita emergy and emergy density in Xiamen from 2010 to 2017

人口承載量(PCC)是指在目前生態(tài)經(jīng)濟(jì)情況下,系統(tǒng)所能承載的最大人口數(shù)量[34]。在2010年廈門(mén)市人口承載量為302萬(wàn),而實(shí)際人口為356萬(wàn)；2017年廈門(mén)市人口承載量為199萬(wàn),相較于2010年城市系統(tǒng)所能承載的人口數(shù)量減少,而且2017年城市實(shí)際人口為401萬(wàn),為其人口承載量的2.23倍(圖3)。廈門(mén)市獨(dú)特的海灣型城市格局導(dǎo)致城市腹地不足,且隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,外來(lái)務(wù)工人員增加,有限的土地與激增的人口使廈門(mén)市人口容量面臨一定的壓力。

圖3 廈門(mén)市2010—2017年人口承載量與實(shí)際人口變化Fig.3 Population carrying capacity and actual population change of Xiamen from 2010 to 2017

2.3 經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)

能值產(chǎn)出率(EYR)[27]越高,系統(tǒng)的自然資源與經(jīng)濟(jì)活動(dòng)產(chǎn)出的能值利用效率越高。如圖4,廈門(mén)市的EYR一直呈上升趨勢(shì),由2010年的8.30增加到2017年的15.20,由于廈門(mén)市創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展同時(shí)加快產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型,使經(jīng)濟(jì)發(fā)展效益不斷提高(圖4)。能值交換率(EER)越大,說(shuō)明在對(duì)外貿(mào)易中獲得利益越高[27]。廈門(mén)市的能值交換率由2000年的6.94增加到11.80,表明廈門(mén)在經(jīng)濟(jì)貿(mào)易過(guò)程中獲得較多利益,在經(jīng)濟(jì)對(duì)外貿(mào)易中處于有利地位。廈門(mén)作為第一批經(jīng)濟(jì)特區(qū)之一,較其他城市更早享有開(kāi)放的特殊政策,依靠其港口城市天然的優(yōu)越條件,其對(duì)外貿(mào)易獲得的利益較多。

能值貨幣比率(EMR)越小經(jīng)濟(jì)越發(fā)達(dá),而經(jīng)濟(jì)落后地的區(qū)能值貨幣比率越小[27]。從圖4可以看出,2010至2017年廈門(mén)市的能值貨幣比率呈現(xiàn)出不斷下降的趨勢(shì)。2017年的能值貨幣比率比2016年同比下降了39.0%,這表明廈門(mén)市經(jīng)濟(jì)在不斷發(fā)展,系統(tǒng)對(duì)外部的商品、服務(wù)等需求在不斷增加,系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)自然資源的需求越來(lái)越小,導(dǎo)致物質(zhì)流動(dòng)速度和貨幣的周轉(zhuǎn)速率越來(lái)越快,繼而引起能值貨幣比率逐年下降。能值貨幣比率下降,居民的收入不斷增加,說(shuō)明系統(tǒng)為當(dāng)?shù)鼐用裉峁┑母ｌ聿粩嘣黾?城市的服務(wù)功能更加完善。

圖4 廈門(mén)市2010—2017年能值貨幣比率、能值產(chǎn)出率與能值交換率變化Fig.4 Changes of emergy money ratio, emergy output rate and emergy exchange rate in Xiamen from 2010 to 2017

2.4 自然子系統(tǒng)

能值自給率(ESR)反映城市系統(tǒng)對(duì)自有資源的利用情況及系統(tǒng)自我支持的能力[38]。從圖5可以看出廈門(mén)市的能值自給率在2010—2017年呈穩(wěn)定增長(zhǎng)趨勢(shì),從2010年的98.3%增加到2017年的99.00%,說(shuō)明廈門(mén)市對(duì)外部資源的依賴程度逐漸減少。能值廢棄率(EWR)反映系統(tǒng)的廢棄物對(duì)環(huán)境帶來(lái)的壓力[38]。廈門(mén)市的能值廢棄率一直呈下降的趨勢(shì),由2010年的2.45下降到2017年的2.05(圖5)。表明廈門(mén)市為了符合生態(tài)城市的發(fā)展目標(biāo),在建設(shè)生態(tài)城市過(guò)程中,對(duì)工業(yè)污染防治做出重大調(diào)整與轉(zhuǎn)變,堅(jiān)持以高新技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用促進(jìn)新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化改造,逐步削減污染物的排放總量,從源頭上減少環(huán)境的壓力。

圖5 廈門(mén)市2010—2017年環(huán)境承載率、能值廢棄率與能值自給率變化Fig.5 Changes of environmental carrying rate, emergy abandonment rate and emergy self-sufficiency rate in Xiamen City from 2010 to 2017

環(huán)境承載率(ELR)反映地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境直接的協(xié)調(diào)關(guān)系[38],系統(tǒng)環(huán)境承載率小于3為低負(fù)荷,3—10之間屬于中度負(fù)荷,大于10屬于高負(fù)荷,表明現(xiàn)階段系統(tǒng)內(nèi)環(huán)境壓力變大,具有一定的環(huán)境預(yù)警作用。2010至2017年廈門(mén)市的環(huán)境承載率一直小于3,表明廈門(mén)市的環(huán)境壓力處于低負(fù)荷狀態(tài),但有逐漸上升的趨勢(shì),表明隨著廈門(mén)市經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)給系統(tǒng)環(huán)境帶來(lái)的壓力有所增大。尤其是廈門(mén)市在旅游業(yè)的帶動(dòng)下,區(qū)域開(kāi)放程度與城市建設(shè)水平得以不斷提升,但是生態(tài)系統(tǒng)面臨相對(duì)的資源壓力,加之日益增長(zhǎng)的人口壓力,廈門(mén)應(yīng)該注重保障資源高效利用的同時(shí)促進(jìn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。

2.5 可持續(xù)性指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)

可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)(ESI)是系統(tǒng)能值產(chǎn)出率與環(huán)境承載量的比值[37],若110,說(shuō)明此地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度低,資源開(kāi)發(fā)利用不夠,是經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)的象征；ESI<1時(shí),為經(jīng)濟(jì)高度發(fā)展的資源消費(fèi)型驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),區(qū)域內(nèi)環(huán)境壓力更高。從圖6可以看出,2010—2017年廈門(mén)市的ESI處于1—10之間,說(shuō)明廈門(mén)市經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度較好,資源得到合理的利用,生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)具有活力和發(fā)展?jié)摿?。這表明廈門(mén)市不斷加強(qiáng)科技創(chuàng)新,在發(fā)展綠色產(chǎn)業(yè)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、提高能源資源可持續(xù)利用水平等方面取得一定的成效。可持續(xù)發(fā)展能值指標(biāo)(EISD)定義為原可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)和能值交換率的乘積[38],EISD值越高,說(shuō)明單位環(huán)境壓力下的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益越高,系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展性能越好。由圖6可以看出,2010—2017年,廈門(mén)市的EISD 2014年后開(kāi)始出現(xiàn)顯著上升,由2014年的3.24增加到2015年的5.54,EISD由2015年的5.54增加到2017年的7.76,分析可知2014年廈門(mén)市出臺(tái)《廈門(mén)經(jīng)濟(jì)特區(qū)生態(tài)文明建設(shè)條例》,是中國(guó)第二部關(guān)于生態(tài)文明建設(shè)的地方法,此后廈門(mén)市持續(xù)加快生態(tài)文明建設(shè),實(shí)施污染整治、生態(tài)修復(fù)和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管控,開(kāi)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)建設(shè),嚴(yán)格控制污染物排放等措施,取得了一定效果。

圖6 廈門(mén)市2010—2017年能值可持續(xù)性指標(biāo)變化Fig.6 Changes of emergy sustainability indicators in Xiamen from 2010 to 2017

廈門(mén)市城市健康水平能值指數(shù)EUEHI[39]與EISD具有相似的變化趨勢(shì),在2010年—2017年EUEHI呈穩(wěn)定上升趨勢(shì),在2015年EUEHI比2014年增加了1.65倍,表明廈門(mén)市的城市健康水平較好且逐年上升。自2014年《美麗廈門(mén)戰(zhàn)略規(guī)劃》通過(guò),廈門(mén)市加快產(chǎn)業(yè)、城市、社會(huì)轉(zhuǎn)型,推進(jìn)城市治理體系建設(shè),注重生態(tài)保護(hù),改善環(huán)境質(zhì)量,推行綠色低碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)。隨著國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)的深入開(kāi)展,廈門(mén)市在城市建設(shè)過(guò)程中采取了一定的措施來(lái)保障生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。

2.6 生態(tài)城市能值指標(biāo)比較

珠海市、深圳市與廈門(mén)市都是我國(guó)第一批經(jīng)濟(jì)特區(qū),經(jīng)濟(jì)發(fā)展歷程具有相似性。通過(guò)對(duì)珠海市、深圳市的能值進(jìn)行核算,選取部分主要能值指標(biāo)與廈門(mén)市的能值指標(biāo)進(jìn)行比較,分析廈門(mén)與珠海市、深圳市的發(fā)展差異與可持續(xù)水平。其中人均能值可以反映城市內(nèi)部資源、財(cái)富和商品的可利用水平[40],研究發(fā)現(xiàn)2010至2017年廈門(mén)市的人均能值均高于珠海市、深圳市,表明經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展過(guò)程中,廈門(mén)市資源財(cái)富總量高于珠海市、深圳市,這與廈門(mén)市獨(dú)特的海灣型城市格局有關(guān),具有海陸兩方面的優(yōu)勢(shì)自然資源；且廈門(mén)市人均生活水平也較高,表明廈門(mén)市做為海西經(jīng)濟(jì)圈的核心城市,聚集效應(yīng)大,凈流入人口多,經(jīng)濟(jì)發(fā)展?jié)摿Ω?。能值自給率能反映城市系統(tǒng)的資源儲(chǔ)量與自給自足能力[40],廈門(mén)市的能值自給率在2010—2017年都顯著高于珠海市、深圳市,表明廈門(mén)市具有海灣型城市格局,自然區(qū)位條件更具優(yōu)勢(shì)。廈門(mén)市系統(tǒng)自身資源相對(duì)較豐富,自然本底與發(fā)展基礎(chǔ)較好。2010—2017年廈門(mén)市的能值產(chǎn)出率都顯著高于珠海市、深圳市,表明廈門(mén)市對(duì)資源的利用相較更充足合理。

廈門(mén)市、珠海市、深圳市的環(huán)境承載率在2010—2017年均小于3,表明三個(gè)城市生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境壓力處于低負(fù)荷狀態(tài),城市具有活力與潛力,生態(tài)文明建設(shè)都取得一定的成效。然而,與珠海相比,廈門(mén)市、深圳市的環(huán)境承載率有上升趨勢(shì),表明隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,廈門(mén)、深圳市生態(tài)系統(tǒng)受到一定的影響,未來(lái)需要更加關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)。2010—2017年廈門(mén)市與珠海市的可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)均處于1—10之間,但廈門(mén)市的ESI高于珠海市,表明廈門(mén)市經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)在獲得單位社會(huì)效益的同時(shí)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)承受的壓力相對(duì)較小,即廈門(mén)市的可持續(xù)發(fā)展水平相對(duì)優(yōu)于珠海；而深圳市ESI小于1,表明深圳市在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中過(guò)度依賴外界資源的支持,屬于消費(fèi)驅(qū)動(dòng)型經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)。

相較來(lái)看,廈門(mén)市和珠海市在生態(tài)城市建設(shè)過(guò)程中,各項(xiàng)能值評(píng)估指標(biāo)都處于可持續(xù)發(fā)展水平,城市系統(tǒng)處于具有發(fā)展?jié)摿Φ碾A段,可持續(xù)水平評(píng)估也符合生態(tài)城市的目標(biāo)。然而,深圳市的可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)反映出其城市系統(tǒng)不利于長(zhǎng)期發(fā)展?？傮w來(lái)看,廈門(mén)市的資源儲(chǔ)量更豐富,對(duì)資源的利用較為合理,生態(tài)環(huán)境壓力比珠海市、深圳市小,城市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展性優(yōu)于珠海市、深圳市。

3 結(jié)論

本研究選取具有獨(dú)特區(qū)位優(yōu)勢(shì)與資源優(yōu)勢(shì)的生態(tài)城市—廈門(mén)市為研究區(qū),基于城市代謝框架結(jié)合能值分析法,構(gòu)建廈門(mén)城市代謝系統(tǒng)能值可持續(xù)評(píng)估指標(biāo)體系,對(duì)2010—2017年廈門(mén)市的經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)、社會(huì)子系統(tǒng)、自然子系統(tǒng)進(jìn)行綜合評(píng)估以探究其生態(tài)可持續(xù)性,同時(shí)與珠海市、深圳市進(jìn)行能值指標(biāo)對(duì)比分析,以期為生態(tài)文明背景下,生態(tài)城市的建設(shè)提供科學(xué)支撐。結(jié)果表明:

(1)2010—2017年,廈門(mén)市總能值呈上升趨勢(shì),2017年的總能值為2.51E+24 sej,是2010年總能值的1.65倍,貨幣流能值顯著增加,其中廢棄物流能值下降。廈門(mén)市人均能值與能值密度顯著上升,表明廈門(mén)市人均生活水平提高,經(jīng)濟(jì)活動(dòng)頻繁；人口承載量小于實(shí)際人口數(shù)量,表明廈門(mén)市面臨人口激增與土地資源有限的矛盾。

(2)2010—2017年,廈門(mén)市能值自給率與能值產(chǎn)出率持續(xù)升高,表明廈門(mén)市資源儲(chǔ)量豐富且對(duì)資源的利用水平較為合理；環(huán)境承載率逐年上升,表明廈門(mén)市環(huán)境壓力處于低負(fù)荷狀態(tài),獲得高社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)可持續(xù)發(fā)展性能較好。

(3)2010—2017年廈門(mén)市的可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)處于1—10之間,表明其生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)具有活力和發(fā)展?jié)摿?；可持續(xù)發(fā)展能值指標(biāo)持續(xù)上升,表明廈門(mén)市的可持續(xù)發(fā)展性能愈來(lái)愈好；城市健康水平能值指數(shù)由2010年的6.21上升至2017年的25.80,表明廈門(mén)市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)處于健康可持續(xù)發(fā)展的狀態(tài)。

(4)與珠海市、深圳市的能值指標(biāo)對(duì)比表明,廈門(mén)市與珠海市均處于富有經(jīng)濟(jì)活力與生態(tài)可持續(xù)發(fā)展?jié)摿﹄A段,且廈門(mén)市的可持續(xù)發(fā)展水平整體優(yōu)于珠海市與深圳市。

(5)基于城市代謝框架將能量流、物質(zhì)流、貨幣流及人口流進(jìn)行能值統(tǒng)一核算,可以較好的反映城市代謝過(guò)程的可持續(xù)發(fā)展水平。但是能值分析也有一些不足,在數(shù)據(jù)獲取上尚有局限,對(duì)城市系統(tǒng)內(nèi)部各種能值的分類不夠細(xì)致,這在未來(lái)的研究中有待完善。