河南省能源足迹与城市扩张和经济发展的关系研究

贾首杰，陈 英，张仁陟，裴婷婷

(甘肃农业大学资源与环境学院，兰州730070)

0 引言

目前，中国已经成为世界第二大经济体，正在向中华崛起的目标不断迈进，但社会经济的快速发展也带来了生态破坏、资源短缺、人地矛盾加剧、贫富差距加大等问题，能源和土地等稀缺资源的粗放利用、简单追求经济增速的政绩观、资源环境价格机制的扭曲等等致使能源生态系统和土地资源对社会经济发展的支撑表现出明显的不可持续性，能源问题和建设用地扩张问题已成为中国经济持续快速发展和建设生态文明的瓶颈。正确认识能源问题和建设用地扩张问题，科学把握能源和土地需求量的变化，对能源和建设用地与经济发展的关系进行客观的分析并提出政策建议，对宏观调控经济的可持续发展具有重要的战略意义。

自脱钩方法提出之后，经济合作与发展组织(OECD)［1］最先将脱钩理论引入农业政策研究，之后越来越多的学者将其应用于社会的各个领域，分析经济增长与物质消耗之间的关系［2-5］。作为一种定量分析区域生态经济可持续发展的方法，生态足迹于1999年引入中国，其理论和计算模型被广泛应用于中国及其部分地区的生态足迹的实证分析［6-14］。能源足迹是生态足迹的重要组成部分，是决定生态足迹变化程度的最主要因素［15-17］。城市建设用地是一种不可移动的稀缺资源，日益紧张的建设用地供求关系使城市扩张与经济发展的关系成为衡量区域可持续发展的重要指标［18-20］。近年来关于能源使用和城市扩张与经济发展的关系研究大致可以归于三类:(1)对国家和省市县域的能源足迹和城市扩张的时间序列进行实例研究［9-10，18］;(2)结合社会经济指标和经济学理论提出生态足迹强度、万元GDP生态足迹、土地经济密度等新指标，进而建立新的分析模型［11，21］;(3)运用数学模型或统计学方法分析特定区域内某些因素与能源足迹、城市扩张的定量关系［12-14，19］。上述研究对社会经济发展中能源和土地的可持续使用具有积极的意义，但总体上相关领域的成果还不够丰富，尤其是结合能源足迹和城市扩张对当下高速城市化和工业化的可持续发展进行实证分析还不多见。为此，本研究运用河南省1991—2012年的统计年鉴数据，在测算能源足迹的基础上，分析能源足迹和城市扩张与经济发展的关系，对河南省工业化和城市化转型过程中能源和土地要素的高效合理使用提供理论依据。

1 研究区概况

河南地处中国中东部，面积16.7万km2，约占全国总面积的1.73%。截至2012年底，全省常住人口9 406万人。改革开放以来，河南省社会经济水平有了飞跃式的提高，国内生产总值由1978年的162.92亿元，增加到2012年的29 599.31亿元，增加了180.68倍，年均增长率16.53%，人均生产总值由1978年的232元增加到2012年的31 499元，增长了134.77倍。而在发展过程中也消耗了大量的能源和建设用地，能源消耗由1978年的年消耗3 353万t标准煤到2012年的年消耗23 647万t标准煤，年消耗量增加了6倍，能源生产消耗总量也由2005年以前的基本持平到需要大量引进能源维持产能需求。建成区面积由1985年426 km2增加到2012年的2 219 km2，城区面积增加了4.21倍。

2 方法与数据

2.1 能源足迹模型

生态足迹分析法起源于20世纪90年代，生态足迹是指为了生产已知区域范围(个人、城市或国家)消费的所有资源和吸纳这些人口所产生的废气物所需要的生物生产性面积［6］。生态足迹分析法用一种生物物理类的分析方法来定量分析区域经济的供需平衡状况，在社会经济可持续发展分析中广泛应用［7-8］。而其中能源足迹(energy ecological footprint)是生态足迹的重要组成部分，能源足迹的变化态势直接决定生态足迹的大小变化［15-17］。能源足迹是指化石燃料的使用所产生的CO2需要被吸收的生物生产型面积及核电、风电等其他能源生产建设占用土地所形成的足迹。本研究采用目前普遍使用的碳汇法计算河南省1991—2012年能源足迹，根据1kg标准煤热值为29 308 kJ，得出计算公式［14］如下:

式中:F为能源足迹(hm2);i分别表示能源消费项目原煤、焦炭、原油、燃料油、汽油、煤油、柴油、天然气、电力;Ci为当年第i项能源消费量(kg标准煤);mi为第i项能源消费全球平均足迹转换系数(GJ·hm-2·a-1)(表1)。

表1 各种能源折标准煤参考系数与能源足迹转换系数Tab.1 Reference coefficient of a variety of energy of standard coal and convert coefficient of energy footprint

2.2 脱钩模型构建

随着经济的发展越来越依赖物质的消耗，OECD基于“驱动力-压力-状态-影响-反应”(DPSIR)框架针对经济增长与物质消耗的相互关系程度提出了脱钩理论［1］。P.Tapio在OECD提出的脱钩理论的基础上进行完善，并使用脱钩分析法对芬兰的城市交通进行了实证研究［3］。国内学者也运用脱钩分析法对国内多个领域中的经济增长与物质消耗之间的关系进行分析。将阻断经济增长和物质消耗之间的联系定义为脱钩，当经济增长快于物质消耗速度时称为相对脱钩，当经济增长而物质消耗下降时称为绝对脱钩。目前国内外对经济增长和物质消耗之间的脱钩关系分析主要分为总量关系评价研究和IU曲线评价，对于不同领域的评价结果分析还没有一个统一的指标评价体系。本研究将脱钩分析方法应用在资源环境领域，反映资源投入与经济增长之间的关系，在前人研究的基础上进行改进，构建模型如下:

式中:n为第n个时间段;αn为第n个时间段脱钩弹性指数;Ln为第n个时间段资源消耗量(energy loss);Ln-1为第n-1个时间段资源消耗量;In为与之相关的第n个时间段经济发展指标，In-1为第n-1个时间段经济发展指标(economic indicator)。根据前人的研究，脱钩弹性值±0.8和±1.2可以作为进一步划分脱钩状态的依据。分别用1，2表示脱钩弹性临界值 ±0.8，±1.2，并对脱钩程度进行划分，用3表示强脱钩弹性临界值 ±1，进一步对脱钩程度进行划分，建立资源投入与经济增长的脱钩程度坐标(图1)和脱钩程度的衡量标准(表2)。

图1 脱钩弹性模型Fig.1 Decoupling model

2.3 数据处理与指标筛选

原始数据均来自河南省1991—2012年的统计年鉴数据。通过能源足迹分析法计算1991—2012年河南省能源足迹，并以1991年可比价格对各年人均GDP进行修正，选定以1991年不变价修正的人均GDP与能源足迹、建成区面积作为脱钩相关指标，根据不同脱钩类别及对应关系(表2)，确定各时段的脱钩状态。为了消除建设用地使用对经济增长的滞后效应，设定城市扩张对经济发展贡献的滞后期为1年。

3 结果与分析

3.1 能源足迹动态分析

计算河南省1991—2012年煤炭、石油、天然气、水电的能源足迹，并汇总得到综合能源足迹，反映河南省能源足迹组成及增长态势(表3)。结果表明:河南省能源足迹的组成以及发展趋势总体呈现上升趋势，2012年小幅下降，存在一定的波动性。河南省能源供应系统以煤炭为主，煤炭能源足迹也在能源足迹当中一直占据重要位置，煤炭使用的不断增加成为能源足迹持续增长的主要原因，1991—2002年能源足迹由2 702万hm2增加到4 476万hm2，增长平缓，年均增长率4.7%，其中煤炭生态足迹也呈现小幅增长趋势;2003—2011年能源足迹呈现快速增长趋势，从5 272万hm2增加到11 222万hm2，年均增长率10%;到2012年能源足迹首次出现下降，下降至11 209万hm2。

表2 脱钩程度衡量标准Tab.2 The standards of decoupling degrees

表3 1991—2012年河南省能源足迹组成及增长态势 hm2Tab.3 The composition and growth trend of energy footprint in Henan Province from 1991 to 2012

3.2 能源足迹和城市扩张与经济发展的脱钩分析

人均GDP是最能体现地区的经济实力和发展水平的综合指标，不仅考虑了经济总量的大小，而且结合了人口多少的因素，所以选用人均GDP这一综合性指标作为脱钩分析的对比指标。根据前文脱钩分析模型方法，将以1991年不变价修正的人均GDP与能源足迹、建成区面积等数据带入脱钩模型，得到能源足迹和建成区面积与人均GDP脱钩弹性值(表4)。

工业化和城市化都需要转变发展方式，不仅需要能源的合理高效使用，而且包括城市建设用地集约利用和合理扩张、劳动力及资产投资等资源的合理配置。为此，在分析能源足迹与城市扩张和经济发展关系的同时，对反映城市扩张和经济发展的相关指标的变化态势(图2)进行同步分析，包括建成区面积及城市化率变化态势(图2a)、生产总值产业构成及固定资产投资变化态势(图2b)、分产业从业人数变化态势(图2c)、居民消费水平及生活水平变化态势(图2d)。由于建设用地对经济的影响有滞后作用，建设用地的扩张也存在一定的政府主导性，建设用地供应变化量也不能完全反映供需变化和一定时间段带给经济发展的贡献，所以设定城市扩张对生产总值贡献的滞后期为1年，以研究区域国民经济和社会发展五年规划时间区间为时间段进行分析。

(1)1991—1995年。① 河南省能源足迹变化率和建成区面积变化率分别为0.20，0.39，在社会经济发展初期，需要依靠大量能源和建设用地来推动工业化和城市化发展;1995年，城市化率由1991年的15.9%增长到17.2%，第二产业比例由 1991年的 37.1%增加到46.7%，说明在此阶段大量的能源和土地投入不能带来较快速的城市化，但是可以带来快速的工业化建设;②能源足迹脱钩指数和建成区面积脱钩指数分别为0.31，0.60，属于弱脱钩，在经济发展初期，经济发展增速大于能源足迹和建成区面积的增速;③第二产业从业人数由689万人增加到929万人，第三产业从业人数由606万人增加到766万人，随着工业化和城市化的推进，带来了大量的就业，而固定资产投资增长较缓慢;④在居民消费水平上涨的同时，农村居民恩格尔系数上涨，城镇居民恩格尔系数下降，说明了在工业化初期的以农哺工政策的实施带动了城市各方面的快速发展。

表4 河南省1991—2012年能源足迹与城市扩张和经济发展脱钩指标Tab.4 The decoupling elasticity among energy footprint，city expansion and economic development in Henan Province during 1991—2012

图2 1991—2012年河南省相关指标的变化态势Fig.2 The variation trends of the related index in Henan Province from 1991 to 2012

在经济发展的初期阶段，作为农业大省的河南省工业基础薄弱，在国家政策的支持下，通过初步工业化来提高劳动生产率和国民财富增长，以经济快速发展为目标，通过对重工业和资源型工业的发展来带动第二产业，劳动力和能源快速向第二产业转移。随着城市化的加快，城市基础公共服务得到提高，城市居民消费水平开始从生存型向发展型转变。

(2)1996—2000年。①能源足迹脱钩指数和城市扩张脱钩指数分别为0.40，-0.22，能源足迹脱钩达到弱脱钩，城市扩张脱钩指数达到弱强脱钩;② 能源足迹变化率和城市扩张变化率分别为0.22，-0.12，能源足迹由1996年的3 341万hm2上升至3 976万hm2;③ 城市化率随着工业化的不断发展逐步提高，由1996年的18.4%提高到2000年的23.2%，④ 第二产业比例由1996年的46.2%下降到2000年的45.4%，第二、三产业从业人数基本稳定，第一产业从业人数由2 822万人增加到3 564万人;⑤城镇和农村居民生活条件都得到进一步改善，城镇居民恩格尔系数由1996年的47.8下降至2000年的36.2。

在此阶段，经济增长的外延效应开始显现，虽然经济发展逐渐与能源足迹和城市扩张的脱钩不断加深，但是现阶段河南省仍依靠能源足迹的扩大和城市的扩张来拉动经济增长。亚洲经济危机一定程度阻碍了经济的进一步发展，市场经济的推进对工业化经济发展方式进行一定的结构调整，导致了这一阶段经济发展的不稳定性。城镇和农村居民生活条件都得到进一步改善，城镇农村居民生活水平都逐渐脱离生存型，内需的扩大对经济增长产生一定贡献。

(3)2001—2005年。① 能源足迹脱钩指数和城市扩张脱钩指数分别为1.19，1.80，能源足迹脱钩指数达到扩张连接，城市扩张脱钩指数达到扩张负脱钩;② 能源足迹变化率和城市扩张变化率分别为0.84，1.27，能源足迹由2001年的4 178万hm2上升到7 296万hm2，建成区面积由2001年的1 152 km2增加到2005年的1 572 km2;③第二产业产值比例由2001年的45.4%提高到2005年的52.1%，城市化水平由2001年的24.4%提高到2005年的32.5%;④ 随着工业化城市化进一步发展，城乡居民生活水平都得到全面改善。

在经济发展的全面提速阶段，河南省进入快速工业化和城市化初期，经济增长主要由各种要素的组合来推动，这样的经济增长方式偏重于生产规模的扩大和生产要素的投入增加，人口红利和资源能源的充分供应为此阶段的快速发展提供了物质保障。能源足迹的持续增长和城市高速扩张给经济快速平稳发展和粮食安全带来巨大隐患，虽然保持着经济的高速发展，但此阶段河南省经济发展并不是全面的、可持续的发展。

(4)2006—2010年。① 能源足迹脱钩指数和城市扩张脱钩指数分别为0.53，-0.14，能源足迹脱钩指数达到弱脱钩，城市扩张指数达到弱强脱钩;② 能源足迹变化率和城市扩张变化率分别为0.43，-0.11，能源足迹从2006年的8 097万hm2增长到2010年的10 450万hm2，建成区面积由2006年的1 679 km2增加到2010年的2 014 km2;③ 第二产业比值2010年达到57.3%，城市化率2010年达到38.8%;④ 第一产业从业人数从2006年的3 050万人下降至2010年的2 712万人，劳动力持续从第一产业大量流入二、三产业，固定资产投资迅速增长，居民消费水平大幅提高，城镇和农村居民恩格尔系数稳定在35%左右。

在此阶段，实施可持续发展的理念和全面转变经济发展方式已经深入到发展的各个方面，技术进步大大提高了有效劳动力的质量，能源和土地与经济发展的关系逐渐脱钩。随着国家对中部崛起、中原经济区和中原城市群的规划实施，以及增减挂钩等国家政策的出台进一步使河南省产业和能耗结构朝着理想的状态转变。但是劳动力、资源和资金等要素日趋紧张，不断扩大的经济规模将与投入要素供需矛盾越来越激烈，这种高增长高消耗的状况仍没有改变。

(5)2011—2012年。随着转变经济发展方式的逐步深化，河南省2012年能源足迹首次出现下降，能源足迹由2011年的11 221万hm2下降到2012年的11 208万hm2;能源足迹脱钩指数和城市扩张脱钩指数分别为0.30，-2.25，能源足迹脱钩指数达到弱脱钩并有所下降，城市扩张脱钩指数达到强脱钩。依靠上一阶段规划和国家政策的进一步落实，河南省逐步进入工业化和城市化中期，年能源足迹自改革开放以来首次实现回落，经济的外延式发展由科学技术进步和经济结构转型下的内涵式发展方式替代，经济发展方式逐步转变为全面可持续发展的发展方式。

4 结论与讨论

运用1991—2012年相关统计数据，通过能源足迹的测算和脱钩分析模型的应用，对河南省能源足迹变化和城市扩张与经济发展的关系进行综合分析。(1)河南省1991—2012年能源足迹和城市扩张与经济发展的关系总体经历了弱脱钩、扩张连接、扩张负脱钩、扩张连接、弱脱钩、强脱钩，呈现由畸形状态向可持续发展状态过度的变化趋势，说明了河南省在近年发展中逐渐摆脱以牺牲生态环境和建设用地为代价的发展方式，在经济发展中从能源、建设用地、劳动力等资源投入的外延式发展向由科学技术进步和经济结构转型带动的内涵式发展方式转变。(2)造成河南省能源足迹变化及其与城市扩张和经济发展的脱钩关系变化的原因主要有:①选择以重工业和资源型产业来带动工业化发展，但是作为农业大省，第二产业基础薄弱，资产投资较少，产业技术薄弱，只能依靠人口大省的廉价劳动力(即人口红利)、经济体制的正确改革方向(即改革效应)和丰富能源、资源的供应(即资源供给)来带动初期工业化建设，作为大部分发展中国家工业化中不可或缺的历程，河南省也经历了高消耗低产出的阶段，并快速进入下一阶段;②2001—2005年，河南省进入了工业化和城市化加速阶段。随着社会主义市场经济的逐步建立和产业集聚的形成，经济高速增长，资产投资规模不断扩大，劳动力、能源和资源无限制供给。但是由于社会经济基础薄弱，产业结构不合理，制造业基本处于国际产业链低端，服务业比重偏低，高速的经济发展也带来较严重的生态环境污染和粮食安全问题;③2006—2012年，随着社会主义市场经济改革的充分发挥，改革效应所释放的能量呈现递减趋势，人口红利和资源供给所带来的优势受到总量和生态环境的制约逐渐消失，但随着西气东输、中部崛起国家战略、中原城市群规划和中原经济区规划等一系列国家政策的落实，河南省积极转变发展方式，形成了一套高效合理的产业链，提高劳动力、能源资源的使用效率，逐步将不可持续的经济发展状态向可持续发展转变，实现由经济的外延式发展向内涵式转变。

今后很长一段时间河南省仍可以保持较高的经济增长速度，但是在技术水平不能快速提高的情况下，经济发展依然需要消耗大量的资源和劳动力，而资源问题和生态环境的改善问题密切联系，环境恶化趋势还难以扭转。(1)河南省工业化的中期阶段将延续很长一段时间，期间的能源消耗大、废弃物排放多的产业仍将继续处于主导地位。(2)河南省人口仍将增加，大规模的城市化将额外增加能源、水资源的消耗，废弃物也将相应增加。(3)河南省人均收入较低，在相当长的时间里不可能使用大量资金进行环境治理和生态文明建设。优化产业结构和提升劳动力质量是缓解河南省经济发展中的环境污染和资源紧缺的重要途径。为了实现经济高速可持续发展，河南省要解决的重大问题是面对现阶段依靠重工业和资源型产业来带动经济快速发展所带来的环境污染和能源供应短缺，唯有发展高端制造业为主体，积极推动传统工业升级换代，提高产业发展科技含量，才能尽快脱离低端产业链发展，逐步实现经济发展与资源消耗的脱钩。同时，作为人口大省应当发挥地区劳动力相对丰裕的优势，通过提高劳动力素质，为产业链的发展和转型升级做好基础。

推动城市化和工业化良性互动和协调发展是河南省今后发展的重点。工业化可以产生生产要素的空间集聚和大规模的人口迁徙，促进城市的形成和发展;而城市化为工业化的发展提供要素保障，不仅带来大量的劳动力资源，还促进资源能源、产业技术和改革政策优势的集聚，为发展工业、吸引资产投资和优化产业结构提供良好的外部环境。但是在工业化和城市化共同发展的过程中也需要实施城镇工业的差别化发展，选准优势产业，形成更具有竞争力的产业链和产业集群，集约节约使用土地、能源等自然资源，提升工业化和城市化质量。改革开放以来，河南省的经济发展逐渐由速度型向高效型转变，发展方式由经济数量型扩大向质量型发展转变，内需对增长的贡献率不断扩大，人民的消费逐渐从生存性过渡至发展性，科技进步和自主创业都取得了明显成效。但是在诸多重大产业结构的调整上依然进展缓慢，居民消费潜力依然没有得到充分释放，产业能耗高，环境污染严重，城乡差距不断拉大，生态环境日趋恶化。所以，加快调整产业结构和转变经济发展方式将有利于河南省社会经济的可持续发展。

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