基于物質(zhì)流分析方法的生態(tài)海島建設(shè)研究——以長(zhǎng)海縣為例

陳東景 ，鄭 偉，郭惠麗，付元賓

(1.青島大學(xué)國(guó)際商學(xué)院，青島 266071;2.國(guó)家海洋局第一海洋研究所，青島 266061;3.國(guó)家海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，大連 116023)

物質(zhì)流分析方法(MFA)是一種定量評(píng)價(jià)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)的重要方法［1］。它遵循質(zhì)量守恒定律，以重量為單位，由投入到產(chǎn)出追蹤物質(zhì)使用情形，通過(guò)分析物質(zhì)在生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的流動(dòng)特征，對(duì)物質(zhì)的流動(dòng)方向及流量進(jìn)行調(diào)控，減少資源消耗和廢物排放，實(shí)現(xiàn)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。自從物質(zhì)流分析方法被介紹到國(guó)內(nèi)以來(lái)，學(xué)者們主要在區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、特定產(chǎn)業(yè)部門和特定產(chǎn)品生命周期評(píng)價(jià)等領(lǐng)域開展了廣泛而深入的研究并取得了重要研究成果。例如，陳效逑等對(duì)我國(guó)1985—1997年的物質(zhì)輸入與輸出進(jìn)行了初步研究［2］;黃和平等對(duì)江蘇省常州市武進(jìn)區(qū)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中物質(zhì)輸入與輸出進(jìn)行了系統(tǒng)分析［3］;徐明和張?zhí)熘鶎?duì)1990—2000年我國(guó)的化石燃料的輸入與輸出狀況進(jìn)行了分析［4］;陳偉強(qiáng)等對(duì)我國(guó)鋁的全生命周期進(jìn)出口規(guī)模及結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)研究［5］。雖然我國(guó)有關(guān)物質(zhì)流分析的各層面的研究文獻(xiàn)較多［6］，但是運(yùn)用物質(zhì)流分析方法對(duì)生態(tài)海島建設(shè)進(jìn)行研究的成果還鮮有報(bào)道。

海島是一個(gè)與大陸有著緊密聯(lián)系的生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，它的科學(xué)開發(fā)和保護(hù)對(duì)實(shí)現(xiàn)海洋經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有極其重要的作用［7］。以進(jìn)入21世紀(jì)逐漸開展的生態(tài)示范區(qū)、生態(tài)縣、生態(tài)市和生態(tài)省建設(shè)為背景，以保護(hù)脆弱的海島生態(tài)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)海島社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展為目的的生態(tài)海島建設(shè)在我國(guó)沿海地區(qū)陸續(xù)展開。為了加強(qiáng)對(duì)海島的科學(xué)保護(hù)和合理開發(fā)利用，我國(guó)在2010年頒布并施行了《中華人民共和國(guó)海島保護(hù)法》，我國(guó)首部《全國(guó)海島保護(hù)規(guī)劃》也于2012年4月正式發(fā)布實(shí)施，這將極大地推動(dòng)我國(guó)生態(tài)海島的建設(shè)進(jìn)程。海島生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)與外界有著大量的物質(zhì)輸入與輸出關(guān)系，并且其內(nèi)部也存在著活躍的物質(zhì)輸入、儲(chǔ)存和輸出活動(dòng)。因此，應(yīng)用物質(zhì)流分析方法對(duì)海島生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的物質(zhì)輸入與輸出狀況進(jìn)行分析，并計(jì)算生態(tài)效率的變化，有助于分析海島經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的影響，客觀了解生態(tài)海島建設(shè)的成效。本文以我國(guó)海島縣——長(zhǎng)?？h為例開展研究，分析該海島縣在建設(shè)生態(tài)海島過(guò)程中的物質(zhì)輸入與輸出特征及其生態(tài)效率變化，為提高海島生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力提供科學(xué)信息和決策參考。

1 研究區(qū)概況

長(zhǎng)海縣位于黃海深處，下轄島礁眾多，是我國(guó)唯一的海島邊境縣。該縣立足于本地實(shí)際情況，以捕撈、養(yǎng)殖、水產(chǎn)品加工、旅游、港貿(mào)作為五大支柱產(chǎn)業(yè)，實(shí)施“漁業(yè)立縣、工業(yè)強(qiáng)縣、旅游興縣”三大戰(zhàn)略，以實(shí)現(xiàn)“惠民、富民、興海島”為發(fā)展目標(biāo)。相比大部分海島地區(qū)，長(zhǎng)海縣經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)，2000—2004年連續(xù)5a進(jìn)入全國(guó)綜合實(shí)力百?gòu)?qiáng)縣之列。但是，由于嚴(yán)重受到島上陸地空間資源狹小、淡水資源匱乏、生態(tài)系統(tǒng)脆弱等因素的制約，再加上人們對(duì)海島的不合理開發(fā)，長(zhǎng)?？h承受的生態(tài)壓力日漸增大，長(zhǎng)海縣經(jīng)濟(jì)發(fā)展勢(shì)頭出現(xiàn)下滑趨勢(shì)，并在2006年退出全國(guó)綜合實(shí)力百?gòu)?qiáng)縣之列。

長(zhǎng)?？h經(jīng)濟(jì)始終是第一產(chǎn)業(yè)占主導(dǎo)地位，其中又以漁業(yè)為主，歷年漁業(yè)產(chǎn)值均占到長(zhǎng)海縣經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的60%以上。由于島上諸多因素限制，第二、三產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對(duì)緩慢，在島內(nèi)經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值中所占比重較小。2009年，長(zhǎng)?？h三次產(chǎn)業(yè)構(gòu)成比例為68.1∶12.3∶19.6［8］。

在認(rèn)識(shí)到海島生態(tài)系統(tǒng)脆弱，海域增養(yǎng)殖壓力逐漸超過(guò)生態(tài)環(huán)境的承載能力，海島生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)面臨前所未有的生態(tài)環(huán)境壓力之后，長(zhǎng)海縣2002年就制定了生態(tài)島建設(shè)總體規(guī)劃致力于生態(tài)海島建設(shè)。經(jīng)過(guò)數(shù)年的建設(shè)，2007年初長(zhǎng)?？h被原國(guó)家環(huán)保總局考核命名為“國(guó)家級(jí)生態(tài)示范區(qū)”，2008年初編制的《長(zhǎng)海生態(tài)縣建設(shè)規(guī)劃》通過(guò)原國(guó)家環(huán)?？偩謱＜医M評(píng)審。依據(jù)生態(tài)足跡理論研究的結(jié)果顯示，雖然在2003—2008年間長(zhǎng)海縣基本處于生態(tài)承載力大于生態(tài)足跡而呈現(xiàn)生態(tài)盈余的狀態(tài)，但是生態(tài)盈余由0.63 hm2/人均下降到0.193 hm2/人均的事實(shí)表明，長(zhǎng)?？h在建設(shè)生態(tài)海島的進(jìn)程中面臨比較嚴(yán)峻的潛在生態(tài)壓力［9］。

2 計(jì)算方法與數(shù)據(jù)收集及其處理

2.1 計(jì)算方法

2.1.1 基本指標(biāo)

直接物質(zhì)輸入(DMI)，指直接進(jìn)入該區(qū)域生產(chǎn)過(guò)程所直接消耗的本地物料和由區(qū)域外輸入的物料，可分為化石類能源(煤炭、柴油、汽油、天然氣等)、礦物原料(礦石、沙等)、生物質(zhì)(如木材、谷物等)和氣體物質(zhì)(化石燃料燃燒、工業(yè)過(guò)程以及生物呼吸作用消耗的O2、植物光合作用消耗的CO2等)。

物質(zhì)總需求(TMR)，即輸入到該區(qū)域的物質(zhì)總量，是直接物質(zhì)輸入和隱藏流的總和。隱藏流是指沒(méi)有進(jìn)入市場(chǎng)和生產(chǎn)過(guò)程的固體物料，屬于非直接物質(zhì)投入，例如土壤開挖，生物質(zhì)的采取等。雖然隱藏流并不直接服務(wù)于生產(chǎn)和消費(fèi)，但是對(duì)自然環(huán)境卻產(chǎn)生了生態(tài)壓力，所以又稱為生態(tài)包袱［6］。

區(qū)域內(nèi)直接物質(zhì)輸出(DMO)，指直接排放到生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)，一般可分為固體廢棄物、廢水和廢氣三大類。

直接物質(zhì)輸出(TMO)，指區(qū)域內(nèi)直接物質(zhì)輸出量再加上物質(zhì)的出口數(shù)量。

2.1.2 生態(tài)效率指標(biāo)

計(jì)算生態(tài)效率的一般公式為:生態(tài)效率=產(chǎn)品與服務(wù)的價(jià)值/環(huán)境影響，即單位環(huán)境影響的產(chǎn)出價(jià)值［10-11］。為了便于運(yùn)用IPAT模型進(jìn)行分析，本文采用該公式的倒數(shù)來(lái)表示生態(tài)效率。主要采用以下3個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量長(zhǎng)海縣生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的生態(tài)效率:物質(zhì)消耗強(qiáng)度，用DMI/GDP表示;廢物排放強(qiáng)度，用DMO/GDP表示;環(huán)境負(fù)荷強(qiáng)度，用(TMR+TMO)/GDP表示。這3個(gè)指標(biāo)的值越大，生態(tài)效率越低;反之，則生態(tài)效率就越高。

2.1.3 拓展研究指標(biāo)

生態(tài)壓力彈性系數(shù)，用直接物質(zhì)輸入量、區(qū)域內(nèi)直接物質(zhì)輸出量和環(huán)境負(fù)荷量的變化率與地區(qū)生產(chǎn)總值(GDP)增長(zhǎng)率的百分比表示，分別被稱為物質(zhì)消耗彈性系數(shù)、廢物排放彈性系數(shù)和環(huán)境負(fù)荷彈性系數(shù)。當(dāng)這三類彈性系數(shù)處于(0，1)之間時(shí)，表明經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的速度大于環(huán)境壓力的增加速度，單位經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的資源與環(huán)境代價(jià)不斷降低，生態(tài)效率不斷提高;當(dāng)彈性系數(shù)等于1時(shí)，生態(tài)效率保持原來(lái)的水平;當(dāng)彈性系數(shù)大于1時(shí)，生態(tài)效率不斷下降。

生態(tài)壓力降低的技術(shù)進(jìn)步貢獻(xiàn)率，用技術(shù)進(jìn)步引致的物質(zhì)消耗量、廢物排放量和環(huán)境負(fù)荷量的降低量與GDP增長(zhǎng)量引致的物質(zhì)消耗量、廢物排放量和環(huán)境負(fù)荷量的增長(zhǎng)量的百分比表示。這里分別用物質(zhì)消耗強(qiáng)度、廢物排放強(qiáng)度和環(huán)境負(fù)荷強(qiáng)度代表技術(shù)進(jìn)步狀況。當(dāng)貢獻(xiàn)率數(shù)值處于(0，1)之間時(shí)，表明技術(shù)進(jìn)步引起的生態(tài)壓力的下降量不足以抵消經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)所引起的生態(tài)壓力的增加量，從而引起生態(tài)壓力的不斷增加;當(dāng)貢獻(xiàn)率數(shù)值等于1時(shí)，表明技術(shù)進(jìn)步引起的生態(tài)壓力的下降量剛好抵消經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)所引起的生態(tài)壓力的增加量，生態(tài)壓力維持不變;當(dāng)貢獻(xiàn)率數(shù)值大于1時(shí)，則意味隨著GDP的不斷增長(zhǎng)，生態(tài)壓力卻不斷下降。

從以上設(shè)定的指標(biāo)來(lái)看，生態(tài)效率不斷提高，生態(tài)壓力彈性系數(shù)不斷下降，生態(tài)壓力降低的技術(shù)進(jìn)步貢獻(xiàn)率不斷提高，是進(jìn)行生態(tài)海島建設(shè)的內(nèi)在要求。

2.2 數(shù)據(jù)收集及其處理

2.2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

原始數(shù)據(jù)主要來(lái)源于《長(zhǎng)海縣統(tǒng)計(jì)年鑒》(2003—2009)和《長(zhǎng)?？h史志資料》(2003—2009)以及實(shí)地考察收集到的當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)政府部門提供的漁業(yè)、工業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)統(tǒng)計(jì)年報(bào)等資料?？紤]到經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)的可比性，以2005年為基期，對(duì)歷年的GDP進(jìn)行了不變價(jià)格調(diào)整。

2.2.2 輸入數(shù)據(jù)收集與處理

固體物質(zhì)包括生物物質(zhì)和非生物物質(zhì)兩大類。生物物質(zhì)輸入量可以從農(nóng)作物、林牧作物以及水產(chǎn)品等的產(chǎn)量考慮，數(shù)據(jù)獲取相對(duì)容易。為避免重復(fù)，以農(nóng)作物或其他作物為食的畜牧類產(chǎn)品不再被統(tǒng)計(jì)在內(nèi)。長(zhǎng)?？h礦產(chǎn)資源稀少，島內(nèi)非生物類化石燃料和礦物質(zhì)基本上靠從島外進(jìn)口供給。

計(jì)算進(jìn)入系統(tǒng)中的氣體數(shù)量時(shí)，只考慮O2和CO2的輸入量，前者核算了化石燃料燃燒和生物呼吸作用過(guò)程中的耗氧量，后者主要核算植物光合作用中CO2的消耗量。化石燃料燃燒耗氧量根據(jù)其質(zhì)量，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)與O2的需要比例計(jì)算;生物呼吸耗氧量分別從人和家畜、家禽的呼吸耗氧量估算，其他野生動(dòng)物的呼吸耗氧量忽略不計(jì)。人類呼吸耗氧量通過(guò)食物消耗量間接估算，家禽和家畜的耗氧量根據(jù)每種動(dòng)物的年呼吸耗氧量與該類動(dòng)物的數(shù)量乘積得到［2］。

由于我國(guó)沒(méi)有對(duì)物質(zhì)隱藏流的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，只能對(duì)其進(jìn)行估算。在計(jì)算長(zhǎng)?？h礦產(chǎn)資源和建筑材料的隱藏流時(shí)，采用了臺(tái)灣學(xué)者林錫雄提出的國(guó)內(nèi)自產(chǎn)隱藏流的估計(jì)方法［12］。

由于長(zhǎng)?？h缺少對(duì)地表水和地下水利用的統(tǒng)計(jì)，在計(jì)算水的輸入量時(shí)用縣自來(lái)水供應(yīng)總量代替。

2.2.3 輸出數(shù)據(jù)收集與處理

固體廢棄物主要包括生活垃圾、工業(yè)固體廢棄物以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中流失的化肥等。之所以將流失的化肥作為固體廢棄物，是因?yàn)榛适┤朕r(nóng)田后，容易轉(zhuǎn)化為污染物流入到生態(tài)系統(tǒng)中［2］。

輸出端廢氣主要包括化石燃料燃燒以及生物呼吸作用產(chǎn)生的CO2，綠色植物光合作用產(chǎn)生的O2以及工業(yè)廢氣?；剂先紵a(chǎn)生的CO2數(shù)量的計(jì)算方法與其耗氧量的計(jì)算方法相同;人類呼吸排放的CO2數(shù)量，用攝入食物總量乘以0.338來(lái)計(jì)算;動(dòng)物呼吸作用排放的CO2量，根據(jù)與耗氧量之間的比例來(lái)計(jì)算;工業(yè)廢氣主要計(jì)算SO2、工業(yè)煙塵等的排放量［2］。

污水排放量可以從長(zhǎng)?？h的歷年統(tǒng)計(jì)年鑒中直接獲得，主要由生活廢水和工業(yè)廢水兩部分組成。

3 計(jì)算結(jié)果與分析

3.1 輸入與輸出的總量分析

3.1.1 輸入層面

2003—2009年間，長(zhǎng)?？h生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的DMI持續(xù)上升，從2003年的1.12×106t增加到2009年的1.85 ×106t，以平均每年 8.8% 的速度增長(zhǎng)(圖1);TMR更是以年均9.71%的速度增長(zhǎng)，這表明長(zhǎng)?？h在生產(chǎn)和生活過(guò)程中對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的壓力不斷增加。從TMR和DMI的差值，即隱藏流不斷增加的趨勢(shì)來(lái)看，伴隨長(zhǎng)?？h經(jīng)濟(jì)發(fā)展而產(chǎn)生的生態(tài)包袱也在不斷增加。這些隱藏流主要是伴隨著從島外輸入長(zhǎng)?？h的能源和非能源礦物質(zhì)產(chǎn)生的，這反映了長(zhǎng)?？h的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與外界聯(lián)系非常緊密，并且可能對(duì)外界生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生比較大的影響。

圖1 長(zhǎng)海縣物質(zhì)輸入(2003—2009)Fig.1 Material input of Changhai County from 2003 to 2009

2003—2009年間，水的輸入數(shù)量最多，占 DMI的年均比例為37.08%;固體物質(zhì)的輸入數(shù)量次之，占DMI的年均比例為34.67%;氣體物質(zhì)的輸入數(shù)量最少，占DMI的年均比例為28.25%;氣體物質(zhì)、固體物質(zhì)和水的輸入數(shù)量皆不斷增加，但增加數(shù)量有所差別:氣體物質(zhì)輸入數(shù)量年均增加1.76×104t，固體物質(zhì)輸入數(shù)量年均增加4.98×104t，水的輸入數(shù)量年均增加5.5×104t(圖2)。氣體物質(zhì)輸入量增加的主要原因是長(zhǎng)?？h能源消耗數(shù)量增加較多，導(dǎo)致燃燒過(guò)程中對(duì)O2的消耗量增加較多;固體物質(zhì)輸入量增長(zhǎng)數(shù)量大，是因?yàn)樯鐣?huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展導(dǎo)致長(zhǎng)海縣對(duì)能源、建筑材料等需求數(shù)量顯著增加，并且這些物質(zhì)主要是從島外進(jìn)口;隨著長(zhǎng)?？h社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的不斷提高，自來(lái)水總供給量以年均約13%的速率增長(zhǎng)，在直接物質(zhì)輸入總量中的比例不斷上升，2003年所占比例為33.18%，2009年上升到37.84%。

圖2 2003—2009年長(zhǎng)海縣DMI構(gòu)成Fig.2 The components of DMI of Changhai County from 2003 to 2009

長(zhǎng)?？h的物質(zhì)進(jìn)口數(shù)量不斷增加，由2003年的13.49 ×104t增加到2009 年的22.44 ×104t，年均增幅8.85%(圖3)。糧食、蔬菜、化石能源、建筑材料等物質(zhì)的進(jìn)口在長(zhǎng)?？h社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有重要地位，歷年進(jìn)口數(shù)量占固體物質(zhì)輸入數(shù)量的比例皆在30%以上，2003年該比例高達(dá)35.33%，2009年下降到32.96%;物質(zhì)進(jìn)口量占MDI的比重不斷上升，由2003年的 12.09%上升到 2009年的 20.12%(圖4)。長(zhǎng)?？h之所以有如此大比重的物質(zhì)進(jìn)口，是因?yàn)楹u經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以及海島自身資源供給不足等，超出島內(nèi)物質(zhì)供給量的生產(chǎn)和生活需求部分的物質(zhì)只能靠從島外進(jìn)口。

3.1.2 輸出層面

圖3 長(zhǎng)海縣的物質(zhì)進(jìn)口與出口(2003—2009)Fig.3 Material import and export of Changhai County from 2003 to 2009

圖4 長(zhǎng)?？h物質(zhì)進(jìn)口量所占比例Fig.4 The proportion of material import of solid material input and DMI

從長(zhǎng)?？h物質(zhì)輸出量的整體變化趨勢(shì)上看，DMO以平均每年12.6%的速度增長(zhǎng)(圖5)，這遠(yuǎn)超DMI的年均增加速度。DMO占當(dāng)年DMI的比重年均約為62.64%，平均每年增加量約11.43 ×104t，略小于物質(zhì)輸入量的年均增加量(12.24×104t)。這反映了輸入經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的自然物質(zhì)轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)實(shí)物資本的數(shù)量相對(duì)降低，有效轉(zhuǎn)化效率較為低下。TMO的變化趨勢(shì)與區(qū)域內(nèi)直接物質(zhì)輸出量的變化趨勢(shì)相似，年均增加量為11.46×104t，年均增長(zhǎng)速度為12.53%。TMO的增加幅度較小的一個(gè)重要原因是長(zhǎng)?？h出口的物質(zhì)以海洋水產(chǎn)品為主，并且其出口總量較小，占進(jìn)口物質(zhì)總量的年均比例僅為5.3%。

廢氣和廢水排放是DMO的兩個(gè)主要組成部分(圖6)。廢氣排放量最大，并且在研究期增加最為明顯，占DMO的比例也最高，年均比例為54.77%，2009年更是高達(dá)61.03%。廢氣主要來(lái)源于化石燃料燃燒排放的CO2量、動(dòng)物和人呼吸作用產(chǎn)生的CO2量以及工業(yè)生產(chǎn)和生活中排放的SO2量，其中化石燃料燃燒排放的CO2量所占比例很高，占到廢物排放量的一半以上。固體廢棄物輸出量最少并且在七年間基本保持穩(wěn)定，其輸出量占DMO的比例年均僅為2.69%，在其組成中生活垃圾和工業(yè)垃圾輸出量相當(dāng)，農(nóng)業(yè)廢物(化肥的施用量)輸出量相對(duì)較少。居民生活廢水和工業(yè)廢水排放是長(zhǎng)?？hDMO的第二大來(lái)源，占DMO的年均比例為42.64%，居民生活廢水是主要的廢水來(lái)源，占到每年廢水排放量的80%以上，這符合該海島縣工業(yè)經(jīng)濟(jì)居于次要地位的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)特征。

圖5 長(zhǎng)海縣物質(zhì)輸出(2003—2009)Fig.5 Material output of Changhai from 2003 to 2009

3.2 生態(tài)效率分析

圖6 2003—2009年長(zhǎng)?？hDMO構(gòu)成Fig.6 The components of DMO of Changhai County from 2003 to 2009

長(zhǎng)?？h的物質(zhì)消耗強(qiáng)度由2003年的7.06 t/萬(wàn)元下降到2009年的5.24 t/萬(wàn)元，年均下降幅度高達(dá)4.85%;廢物排放強(qiáng)度由2003年的4.19 t/萬(wàn)元下降到2009年的3.82 t/萬(wàn)元，年均下降幅度為1.53%;環(huán)境負(fù)荷強(qiáng)度由2003年的14.60 t/萬(wàn)元下降到2009年的11.93 t/萬(wàn)元，年均下降幅度為3.31%(圖7)。這反映了長(zhǎng)?？h在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中，雖然物質(zhì)消耗總量、廢物排放總量和環(huán)境負(fù)荷總量均不斷增加，但是生態(tài)效率不斷提高，生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展能力不斷增強(qiáng)。從圖7中不難發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)海縣的生態(tài)效率變化具有比較明顯的階段性特征:2003—2007年間長(zhǎng)?？h的物質(zhì)消耗強(qiáng)度、廢物排放強(qiáng)度以及環(huán)境負(fù)荷強(qiáng)度均呈現(xiàn)比較明顯的下降趨勢(shì)，但是2008年和2009年廢物排放強(qiáng)度以及環(huán)境負(fù)荷強(qiáng)度有所增加，物質(zhì)消耗強(qiáng)度在2008年下降到最低點(diǎn)后2009年也出現(xiàn)了反彈現(xiàn)象。這說(shuō)明，如果不能夠采取科學(xué)有效的可持續(xù)發(fā)展策略，長(zhǎng)?？h的生態(tài)效率持續(xù)提高將會(huì)面臨比較大的反彈壓力。

圖7 長(zhǎng)?？h生態(tài)效率變化(2005年價(jià)格)Fig.7 The change of ecological efficiency of Changhai County(2005 price)

以GDP衡量經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，以物質(zhì)消耗強(qiáng)度代表技術(shù)進(jìn)步狀況，設(shè)GDP年均增長(zhǎng)率為g，物質(zhì)消耗強(qiáng)度年均下降率為t，根據(jù)IPAT模型可推出［13-14］:當(dāng)t=g/(1+g)時(shí)，物質(zhì)消耗總量將保持不變;當(dāng)t＞g/(1+g)時(shí)，物質(zhì)消耗總量將不斷下降，經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的壓力不斷減小;反之，當(dāng)t＜g/(1+g)時(shí)，物質(zhì)消耗總量將不斷增加，經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的壓力將不斷增加［13-14］。2003—2009年間，長(zhǎng)海縣的GDP年均增長(zhǎng)率g為14.34%，由于g/(1+g)≈0.13遠(yuǎn)大于物質(zhì)消耗強(qiáng)度下降的速度4.85%，因此物質(zhì)消耗總量在7年間呈現(xiàn)不斷增加的趨勢(shì)。根據(jù)該原理，比較廢物排放強(qiáng)度、環(huán)境負(fù)荷強(qiáng)度下降速度與GDP增長(zhǎng)速度，可以得出相似的結(jié)論;不過(guò)，因?yàn)閺U物排放強(qiáng)度年均下降速度最小，物質(zhì)消耗強(qiáng)度年均下降速度最大，所以直接物質(zhì)輸入總量(DMI)增加的相對(duì)幅度最小(年均增長(zhǎng)率為8.8%)，廢物排放總量(DMO)增加的相對(duì)幅度最大(年均增長(zhǎng)率為12.6%)。

上述結(jié)果也表明，雖然長(zhǎng)海縣經(jīng)濟(jì)發(fā)展中單位GDP物質(zhì)消耗數(shù)量、單位GDP廢物排放數(shù)量和單位GDP環(huán)境負(fù)荷數(shù)量不斷降低，但是由于其下降速度趕不上GDP的增長(zhǎng)速度，使技術(shù)進(jìn)步帶來(lái)的資源消耗、廢物排放或環(huán)境負(fù)荷減少量不足以彌補(bǔ)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)帶來(lái)的資源消耗、廢物排放或環(huán)境負(fù)荷的增加量，必然會(huì)導(dǎo)致物質(zhì)消耗總量、廢物排放總量或環(huán)境負(fù)荷總量不斷增加的結(jié)果。也就是說(shuō)，生態(tài)效率提高的減量效果全部或部分被經(jīng)濟(jì)規(guī)模的快速增加所抵消。

3.3 生態(tài)壓力彈性系數(shù)與生態(tài)壓力降低的技術(shù)進(jìn)步貢獻(xiàn)率

結(jié)合IPAT模型，將物質(zhì)消耗、廢物排放和環(huán)境負(fù)荷的變化量當(dāng)作經(jīng)濟(jì)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步的因變量，則計(jì)算物質(zhì)消耗或環(huán)境負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)彈性系數(shù)可以大致估算生態(tài)效率提高對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的貢獻(xiàn)率(表1)。2003—2009年間，物質(zhì)消耗彈性系數(shù)、廢物排放彈性系數(shù)和環(huán)境負(fù)荷彈性系數(shù)都呈現(xiàn)比較大的波動(dòng)特點(diǎn)，其中廢物排放彈性系數(shù)的波動(dòng)幅度最大;從平均值來(lái)看，七年間，長(zhǎng)海縣GDP年均增長(zhǎng)1%，需要的物質(zhì)消耗量年均增加0.61%，廢物排放量增加0.87%，環(huán)境負(fù)荷總量增加0.74%。特別值注意的是，2007年三類彈性系數(shù)非常低，其中廢物排放彈性系數(shù)甚至為負(fù)數(shù)，這與長(zhǎng)?？h在2007年成功申報(bào)“國(guó)家級(jí)生態(tài)示范區(qū)”前后，積極推進(jìn)垃圾和污水處理系統(tǒng)建設(shè)，大力宣傳資源節(jié)約型社會(huì)和環(huán)境友好型社會(huì)建設(shè)等密切相關(guān);不過(guò)，2008年和2009年三類彈性系數(shù)強(qiáng)力反彈的事實(shí)至少說(shuō)明，在建設(shè)生態(tài)海島的過(guò)程中要建立環(huán)境保護(hù)的長(zhǎng)效機(jī)制，保證各項(xiàng)政策與措施的持續(xù)和連貫執(zhí)行，才能使生態(tài)海島建設(shè)取得的成績(jī)得到鞏固并不斷向前推進(jìn)。

表1 生態(tài)效率提高對(duì)物質(zhì)消耗、廢物排放和環(huán)境負(fù)荷變化的實(shí)際貢獻(xiàn)Table 1 The actual contribution of Ecological efficiency improvement to the change of material consumption，waste emission and environmental pressure

與三類彈性系數(shù)的變化特點(diǎn)相似，代表技術(shù)進(jìn)步的物質(zhì)消耗強(qiáng)度、廢物排放強(qiáng)度和環(huán)境負(fù)荷強(qiáng)度變化分別對(duì)資源消耗總量、廢物排放總量和環(huán)境負(fù)荷總量變化的貢獻(xiàn)度也呈現(xiàn)比較大的波動(dòng)，只不過(guò)它們的變化趨勢(shì)與對(duì)應(yīng)的三類彈性系數(shù)的變化趨勢(shì)相反;從7a平均值來(lái)看，物質(zhì)消耗強(qiáng)度的貢獻(xiàn)率為38.65%，即物質(zhì)消耗強(qiáng)度下降帶來(lái)的資源消耗減少量只占到GDP增量所帶來(lái)的資源消耗增加量的38.65%，這使得該時(shí)期內(nèi)資源消耗量出現(xiàn)了比較明顯的增長(zhǎng);廢物排放強(qiáng)度的貢獻(xiàn)率最低，僅為12.16%，這也說(shuō)明了技術(shù)進(jìn)步在廢物排放減量化中所起的作用最小，從而導(dǎo)致廢物排放總量較大幅度的相對(duì)增加;環(huán)境負(fù)荷強(qiáng)度的年均貢獻(xiàn)率為26.35%，也就是說(shuō)技術(shù)進(jìn)步在環(huán)境負(fù)荷減量化中所起的相對(duì)作用居于中間水平。要說(shuō)明的是，三者的貢獻(xiàn)率為負(fù)數(shù)時(shí)，表明物質(zhì)消耗強(qiáng)度(廢物排放強(qiáng)度或環(huán)境負(fù)荷強(qiáng)度)增加使物質(zhì)消耗(廢物排放或環(huán)境負(fù)荷)總量增加，絕對(duì)值代表其引起的總量增加部分占GDP增長(zhǎng)引致的物質(zhì)消耗(廢物排放或環(huán)境負(fù)荷)總量增加部分的比例。例如，2009年物質(zhì)消耗強(qiáng)度的貢獻(xiàn)率為－27.43%，表明物質(zhì)消耗強(qiáng)度與2008年的相比增大了，并導(dǎo)致物質(zhì)消耗總量的增加量占GDP增加引致的物質(zhì)消耗增加量的27.43%，從而使物質(zhì)消耗總量增加的速度超過(guò)GDP增加的速度。顯而易見，2007年和2008年的廢物排放強(qiáng)度顯著增加導(dǎo)致其對(duì)廢物排放總量減量化的負(fù)貢獻(xiàn)率很大(2008年高達(dá)－150.26%)，進(jìn)而造成2003至2009年間廢物排放強(qiáng)度對(duì)廢物排放總量減量化的平均貢獻(xiàn)率較低的嚴(yán)重后果(表1)。這也進(jìn)一步說(shuō)明，如果要保持長(zhǎng)?？h經(jīng)濟(jì)規(guī)模持續(xù)快速增長(zhǎng)的勢(shì)頭，改善經(jīng)濟(jì)發(fā)展質(zhì)量，同時(shí)又要減輕對(duì)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的生態(tài)壓力，不斷促進(jìn)科技進(jìn)步，努力降低物質(zhì)消耗強(qiáng)度、廢物排放強(qiáng)度和環(huán)境負(fù)荷強(qiáng)度，提高生態(tài)效率具有非常重要的意義。

4 結(jié)語(yǔ)

在生態(tài)海島建設(shè)進(jìn)程中，長(zhǎng)?？h的直接物質(zhì)輸入總量、物質(zhì)需求總量、直接物質(zhì)輸出量和環(huán)境負(fù)荷量總體上不斷上升，這說(shuō)明長(zhǎng)海縣在經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平持續(xù)提高的過(guò)程中，對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的壓力也在不斷增大。海島生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)是一個(gè)輸入型開放系統(tǒng)。長(zhǎng)?？h的物質(zhì)進(jìn)口數(shù)量不斷增加，物質(zhì)進(jìn)口量占直接物質(zhì)輸入量的比重也在不斷上升，這反映出長(zhǎng)?？h經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響有相當(dāng)部分發(fā)生在海島以外地區(qū)。

2003年至2009年的直接物質(zhì)消耗強(qiáng)度、廢物排放強(qiáng)度和環(huán)境負(fù)荷強(qiáng)度總體下降的事實(shí)表明，長(zhǎng)海縣在生態(tài)海島建設(shè)進(jìn)程中通過(guò)技術(shù)進(jìn)步提高生態(tài)效率的效果比較明顯。但是，由于技術(shù)進(jìn)步帶來(lái)的三者下降速度顯著落后于當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度，從而導(dǎo)致物質(zhì)消耗總量、廢物排放總量和環(huán)境負(fù)荷總量仍然呈現(xiàn)不斷增加的發(fā)展態(tài)勢(shì)。因此，在保持經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平持續(xù)提高的前提下，為了不斷降低物質(zhì)輸入和廢物輸出的增加幅度直至出現(xiàn)零增長(zhǎng)，促使長(zhǎng)?？h生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)向強(qiáng)可持續(xù)發(fā)展的方向轉(zhuǎn)變，有效促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步是一個(gè)關(guān)鍵途徑。

2008年至2009年的生態(tài)壓力彈性系數(shù)強(qiáng)力反彈和生態(tài)壓力降低的技術(shù)進(jìn)步貢獻(xiàn)率顯著下降的現(xiàn)象表明，建立一種有效促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步進(jìn)而穩(wěn)定提高生態(tài)效率的創(chuàng)新型管理機(jī)制并落到實(shí)處在生態(tài)海島建設(shè)進(jìn)程中具有特別重要的作用。

海島被海洋包圍的特點(diǎn)造成難以界定一個(gè)比較封閉的區(qū)域而未能將海洋藻類等海洋生物的需氧量、CO2的排放量計(jì)算在內(nèi)，根據(jù)通常做法用自來(lái)水的供應(yīng)量代替水的輸入量，以及由于缺少建筑、能源、工業(yè)礦產(chǎn)品等開挖時(shí)隱藏流的統(tǒng)計(jì)而借鑒其它研究成果估算隱藏流等客觀事實(shí)，不可避免地會(huì)造成長(zhǎng)?？h物質(zhì)流分析結(jié)果存在一定誤差。因此，這3個(gè)問(wèn)題是后續(xù)研究中的重要任務(wù)，其圓滿解決有助于運(yùn)用物質(zhì)流分析方法更客觀而深入地分析海島生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的物質(zhì)輸入和輸出特征，為生態(tài)海島建設(shè)提供科學(xué)合理的對(duì)策建議，更好地推動(dòng)生態(tài)海島建設(shè)，實(shí)現(xiàn)海島生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

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