连古城自然保护区生态经济系统的能值分析＊

2014-04-22王天强汤萃文齐国翠陈建强

江苏海洋大学学报(自然科学版) 2014年1期

王天强，汤萃文，2，齐国翠，陈建强

（1.兰州交通大学环境与市政工程学院，甘肃兰州 730070；2.中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室，甘肃兰州 730000）

20世纪80年代，由美国著名生态学家、系统能量分析先驱ODUM H.T.创立的能值（emergy）分析理论和方法是目前生态经济学主要的研究方法之一。与经济学统计中以货币作为衡量指标相比，能值的提出及应用显示出其统计过程更全面、更科学［1］，将能值作为基准，可衡量和比较生态系统或生态经济系统中不同等级能量的真实价值与贡献［2］。

近10年来，能值分析理论方法和应用研究活跃，尤其对国家或地区、自然资源、工农业系统的能值分析，发表论著逾百篇（部）［3］。国际上，研究的对象主要集中于国家和地区层面的资源环境、社会经济发展的能值分析、具体生态系统和经济系统的能值分析以及能值理论和方法研究等［4］。我国自20世纪90年代掀起能值理论研究浪潮以来，能值理论研究应用于多个领域，包括国家、省、市、自然保护区等生态经济系统的能值评估；农业生态系统、城市生态系统、环境与资源、废水处理、生态工程和工业的能值评价［5］。当前在人口、资源与环境之间矛盾越来越突出的背景下，我国学者运用能值理论和分析方法对西北地区的生态经济系统的研究产生浓厚的兴趣。如刘海清［6］对兰州市生态经济系统进行能值分析及其可持续性评价；汤萃文等［7－8］基于能值分析理论对甘肃天祝县2007年生态足迹进行研究，并对西北天祝县2009年生态经济系统进行能值分析，进而丰富了我国生态经济系统发展的研究。本文在参考前人的基础上，针对西北地区异常严峻的沙漠化问题，将生态环境十分脆弱、大型荒漠生态系统类型的甘肃民勤连古城自然保护区作为研究对象，应用能值理论和分析方法对保护区生态经济系统2007—2011年的能值变化情况作综合分析，旨在为制定提高生态经济系统的产出能力以及提高生态系统恢复能力的措施提供科学依据与建议，从而为整个保护区的可持续发展提供参考依据。

1 研究区域与研究方法

1.1 研究区概况

甘肃民勤连古城国家级自然保护区位于腾格里沙漠和巴丹吉林沙漠的交汇处，地理位置纵跨北纬38°05′～39°06′，横跨东经103°02′～104°02′，海拔约1 180～1 500m，地处我国典型荒漠地带的河西走廊东段石洋河下游地区，是全国沙漠危害最严重的地区之一，也是沙尘暴的主要策源地，以沙漠化和盐渍化为特征的荒漠化土地急剧扩展，在荒漠地区也极具代表性。其生态环境十分脆弱，干旱、风沙、沙尘暴、干热风等自然灾害频繁而严重，困扰和阻碍着周边地区社会经济的发展。为防止荒漠化的继续扩大、保护生物多样性和可持续发展，甘肃省各级人民政府加强了生态环境建设，将连古城保护区面积扩大到389 882.5hm2，总面积占民勤县土地面积的25%，涉及16个乡镇。保护区是我国面积最大的荒漠生态类型的国家级自然保护区，也是荒漠生态系统研究的天然实验室，它的建设与发展对防沙治沙、保护荒漠生态环境具有十分重要的意义。

保护区水热状况属温带大陆性极干旱气候类型，具有典型的蒙新沙漠气候特征。表现为常年干燥、风沙肆虐、雨量少而集中、日照充足、蒸发强烈、昼夜温差悬殊。地带性土壤为灰棕漠土，且风沙土面积较大。保护区属重要荒漠生态系统和典型荒漠野生动植物分布区，具有地带典型性、生物多样性、稀有物种的特殊性、自然生态的完整性等特征，生态质量较高，具有较高的学术和科研价值。保护区呈半环拱卫着民勤绿洲，在风沙前沿扼守着民勤绿洲和河西走廊的“腰部”，生态区位十分重要。

1.2 研究方法

能值分析理论可将各种不可比较的能量统一为太阳能值后，再来分析生态经济系统的运行特征和发展的可持续性，从而大大促进了对自然生态系统和人类经济系统能量研究的发展［9－10］。研究主要包括建立概念性的生态经济系统、能值计算、能值指标估算3个方面［4］。本文在参考前人的基础上将能值分析过程分为4步：① 基本资料收集。收集研究区域的自然地理及有关经济资料（包括地图及统计资料）。② 编制能值投入产出表（表1）。在步骤①的基础上，运用能值分析理论，计算出相应的各项能值，得到保护区能值投入产出表（表1）。③ 对系统图归类集结。为简化②的复杂系统图，将重要的类似项目归并，形成了生态经济系统能值指标汇总表（表2）。④ 综合分析与政策建议。根据分析指标，提出结论和合理的政策建议。

1.3 研究数据

研究区自然环境资源及社会经济状况数据主要来源于《保护区管理局编制规划》、《甘肃统计年鉴（2007—2012）》、《甘肃民勤连古城自然保护区科学考察集》、《西北植物学》以及文献［9］～文献［15］，并且采用实地调查以及访问农户等方式获得原始的数据。能值指标的计算参考文献［4－10］等的研究，将各物质、能量和服务折算成太阳能值量，编制能值指标进行分析。

2 连古城自然保护区能值分析

2.1 连古城自然保护区能量流动基本情况

连古城自然保护区能量流动包括自然环境系统、农村生产系统和城市系统。太阳能、风、雨等可再生资源被自然环境、农村体系吸收，再生与不可再生的矿物资源、化石燃料相结合产生当地社会经济所需的能量物质。同时社会经济系统反馈各种物品、服务（如肥料、技术）给农村生产系统。当地产生的废弃物也释放回自然环境和农村生产系统。

2.2 连古城自然保护区能值的投入产出分析

在收集了连古城保护区的自然地理、社会经济等方面的基础资料的基础上，运用能值分析理论，计算出相应的各项能值，得到保护区能值投入产出表（见表1）。表1中保护区投入有可更新资源和不可更新资源的投入。其中可更新资源投入有太阳辐射能、降雨潜能、水资源等的投入；不可更新资源投入包括表土流失、社会投入和其他的投入；而保护区能值的产出分为直接产出和间接产出。

保护区能值的投入和产出情况（表1）表明：环境对荒漠生态系统的投入较高，社会投入很低。而保护区产出尤其间接产出价值十分可观，如果再加上其他价值，如科考价值，改善和保护环境的生态价值及其他社会价值，总体来说就是投入低、产出高，如长期如此对保护区可持续发展有很大的影响。

表1 2011年连古城自然保护区能值的投入产出Table 1 Energy input and output in Liangucheng Natural Reserve in 2011

2.3 连古城自然保护区能值的变化分析

根据研究区域生态经济系统2007—2011的能值变化情况，将重要的类似项目归并后形成了生态经济系统能值指标汇总表（见表2）。

表2 连古城自然保护区生态经济系统2007—2011年生态经济系统能值指标汇总表Table 2 Energy indicators for eco－economic system of Liangucheng Natural Reserve from 2007to 2011

由表2可知，连古城自然保护区的净能值产出率由2007年的2.116降到2011年的1.902。净能值产出率反映系统在获得经济输入能值上是否具有优势，这在一定程度上反映了系统的持续性发展状况［13］。ODUM认为，如果一个系统的净能值产出率小于另一个系统的净能值产出率，那么该系统获得经济投资的机会和数额就会小于另一系统，从而降低该系统获得经济投入能值的竞争能力，最终会被净能值产出率高的系统所替代。

连古城自然保护区的能值投资比由2007年的3.930升高到2011年的6.332，升幅较大。能值投资比反映了利用经济系统输入能值与环境能值的关系。经济输入能值越高，生产的经济成本就越高，能值投资比也就越大。在环境能值投入和产出一定的情况下，经济投入能值越少，该比值就越小，相应地其产品的经济成本就越低，从而增加了产品在市场上的竞争能力。

环境负荷率由2007年的0.816升高到2011年的1.564，5年间变化很大。环境负荷率升高表明系统在能值利用上的技术水平提高，另一方面也反映了当地环境所承受的压力变大；非常高的环境负荷率意味着经济活动对当地的环境产生过大压力，甚至可能会超过生态环境的承载能力。

能值持续性指数由2007年的2.592减小到2011年的1.216，反映了其生态经济系统的不可更新环境投入和辅助能值投入的产出能力不断降低。

3 结论与讨论

能值理论和方法把社会、经济和自然3个亚系统有机统一起来，定量分析自然和人类社会经济的真实价值，从而为环境资源和经济的评估提供客观标准。本文以能值为基准，主要从净能值产出率、能值投资比、环境负荷率和能值持续性指数等方面对连古城自然保护区生态系统进行了定量分析，得出以下结果：连古城自然保护区的净能值产出率由2007年的2.116降到2011年的1.902；能值投资比由2007年的3.930升高到2011年的6.332，升幅较大；环境负荷率显著变化，由2007年的0.816升高到2011年的1.564；能值持续性指数不断降低，由2007年的2.592减小到2011年的1.216。

根据能值分析理论，一个系统如果有适度的能值自给率、较高的人均能值消耗量、相对较低的环境负荷率，那么，该系统将能与外界环境保持良好的能量、物质和熵的交换，提高自身的准自动平衡能力，实现可持续发展。2007—2011年连古城自然保护区能值自给率、人均能值不断降低，而环境负载率不断提高，系统可持续发展指标ESI值也不断降低，所以保护区经济系统极为不发达，属于消费型经济系统。从环境经济系统的运行过程来看，保护区经济发展是建立在过度消耗资源和环境退化基础上的，其发展不可持续。因此，政府需优化连古城保护区系统能量投入结构，如对稀缺水资源应赋予一定的价格以抑制其使用和在能值投入中所占比例，同时采用发展林果业、药草和其他经济作物等有效措施以最大程度地实现能值的最佳匹配，增加保护区产业链，提高保护区的经济能力。另外，尽量减少对不可更新自然资源的利用，严格控制人口，降低对环境系统的破坏和压力，以增强连古城自然保护区的可持续性，实现可持续发展。

［1］林培治.生态经济系统能值分析综述［J］.安徽农学通报，2012，18（18）：40－48.

［2］蓝盛芳，钦佩.生态系统的能值分析［J］.应用生态学报，2001，12（1）：129－131.

［3］陆宏芳，沈善瑞，陈洁，等.生态经济系统的一种整合评价方法：能值理论与分析方法［J］.生态环境，2005，14（1）：121－126.

［4］蓝盛芳，钦佩，陆宏芳，等.生态经济系统能值分析［M］.北京：化学工业出版社，2002.

［5］李寒娥，蓝盛芳，陆宏芳，等.H.T.奥德姆与中国的能值研究［J］.生态科学，2005，24（2）：182－187.

［6］刘海清.兰州市生态经济系统能值分析及其可持续性评价［J］.干旱区资源与环境，2008，22（5）：15－19.

［7］汤萃文，苏研科，杨国靖，等.基于能值分析的甘肃天祝县生态足迹研究［J］.冰川冻土，2011，33（1）：220－226.

［8］汤萃文，苏研科，陈银萍，等.天祝县生态经济系统的能值分析［J］.生态学杂志，2011，30（2）：343－348.

［9］ ODUM H T.Environmental Accounting：Energy and Environmental Decision Making［M］.New York：John Wiley，1996：1－41.

［10］ ODUM H T.系统生态学［M］.蒋有绪，徐德应，译.北京：科学出版社，1998：8－63.

［11］曾贤刚.环境影响经济评价［M］.北京：化学工业出版社，2003：25－38.

［12］徐中民，张志强，程国栋，等.额济纳旗生态系统恢复的总经济价值［J］.地理学报，2002，57（1）：107－116.