城市生态系统能值分析_EMA_的原理与步骤

收稿时期:1998—10—14

作者简介:隋春花,女,26岁,华南农业大学96级环境生态与生态经济硕士。

?生态环境?

城市生态系统能值分析(EMA )的原理与步骤

隋春花　蓝盛芳

(华南农业大学生物技术学院,广州510642)

摘　要　将城市自然-经济-社会复合生态系统作为研究对象,介绍能值分析方法在城市生态学动态研究和定量研究中的应用原理与步骤,为人们客观评价自然环境对城市发展的贡献提供科学依据。

关键词　城市生态系统　能值　能值分析

随着全球的迅速工业化、现代化与城市化,世界人口、粮食、资源、能源与环境五大危机逐渐与城市生态系统紧密相关,与之相应的城市生态研究也蓬勃兴起。从18世纪末到20世纪初,人们从建筑地理学角度来研究城市,以城市发展规划模式为主要内容,掀起城市生态学研究的第一次浪潮,代表模式有英国人霍华德提出的“花园城”和意大利人戛涅提出的“工业城”;到本世纪30～80年代,城市生态学研究掀起第二次浪潮,人们能够从更高的生态经济学角度来宏观系统地认识城市,并基本形成了世界性的研究网络;进入90年代,城市生态研究的内容集中于城市的可持续发展,城市生态研究的对象逐渐从单一的城市建筑学、城市地理学、城市经济学等向综合研究发展,研究方法由传统的定性描述趋向于定量分析和动态研究,研究理论也在马克思主义的历史唯物主义和辩证唯物主义基础上引进新的科学论,如系统论、控制论和信息论等。

1　城市生态系统能值分析的基本原理

1.1　城市生态系统的结构功能及其特征

城市生态系统是城市居民与其周围环境组成的一种特殊人工生态系统,是人们在改造和适应自然环境的基础上建立起来的自然-经济-社会复合生态系统[1]。其结构可分三部分:以高密度人口和高强度消费为特征的社会子系统,以物质、能源、信息、资金高度聚集为特征的经济子系统,和以人类生物与自然环境协调共生为特征的自然子系统。整个系统中人、事、物在时、空、量、序、构上的层次耦合又决定其功能,城市生态系统的功能可归纳为三方面:为人们提供生存条件、娱乐场所和栖息环境的生活功能;保证城乡自然资源

持续利用和社会、经济、环境协调发展的还原功能;为社会提供丰富物资和科技信息的生产功能[2]。与自然生态系统相比,城市生态系统是容量大、流量多、密度

高、运转快的开放性生态系统,但由于其物种多样性的减少,食物链的简化,自我调节能力的下降,城市生态系统又表现出独立性差、依赖性强、功能脆弱的特征。从生态功能角度看,它属于营养性生态系统,必须依赖于外界的自营性自然生态系统来提供资源与同化废弃物。

1.2　货币不能作为评价城市价值的客观尺度

维持整个城市生态系统运转的生态流基本有五方面,即物质流、能量流、信息流、货币流与人口流,而人类使用的货币只在货币流中完全体现,其他生态流中有包含,但不能完全反映。例如,进入整个城市生态系统的能量流包括两部分:无偿环境投入能流,即可更新资源(太阳、风雨等)与不可更新资源(土地、矿产等);经济反馈投入能流,即购买的燃料、原材料与商品劳务等。而货币只能评价购买能流部分,且仅体现购买能流中人类付出的劳务价值,环境生产的自然价值却没能反映。如人们购买石油时所支付的石油价钱,只代表人类在开采、运输、加工与处理石油时所付出的劳务价值,而并没有考虑长期地质作用和地球化学循环对石油形成所做的贡献。在评价城市生态系统产出能流(产品与废物)时,货币也只体现了产品中作为商品的那部分能流,而其他的自我消耗与废弃物等大部分能流则没能反映。最关键的是,传统的货币单位不能将城市生态系统的三个子系统有机结合起来,难以将它们紧密联系和统一评价,所以不能作为评价整个城市价值的客观尺度。

1.3　城市生态系统能值分析的理论基础

80年代后期,以美国著名生态学家H.T.Odum 为首的科学家,在能量系统分析的基础上创立了能值理论和分析方法,解决了一直困扰各国能量研究者的

第21卷　第2期

重　庆　环　境　科　学

1999年4月

不同类型、不同性质能量不可加减和比较的问题。能值分析理论以能值(Em erg y)为统一度量标准,将系统各种生态流都转换为能值来统一计算。由于地球上的能量都直接或间接来源于太阳能,所以实际应用的是太阳能值(So lar Em erg y),即任何资源、产品或劳务在形成过程中直接或间接利用的太阳能之量,称其具有的太阳能值,单位为太阳能焦耳(sej)[6]。能值较货币更具统一性与真实性,较能量的更可贵之处是不仅考虑了能量的数值大小,而且还考虑了能质的好坏,这通过能值转换率(Transform ity)可以体现出来。能值转换率是一种比值,其定义是形成每单位某种能量所需的另一种能量之量,实际应用的是太阳能值转换率,单位是sej/J。它是度量某种能量能质的尺度,某种能量的能值转换率越高,则在能量系统中的等级阶层就越高。例如,太阳光能的能值转换率为1,风能的能值转换率为623,燃料的能值转换率为18000-40000,人类劳务的能值转换率为800000-5000000000等[5]。能值转换率的大小从本质上揭示了不同性质不同类别的能量(环境资源、商品劳务和科技信息等)存在能质差别的根本原因。

H.T.Odum所创立的能值分析理论,与传统的马克思主义经济学和现代西方经济学观点不同,它们最本质的区别在于其理论基础—价值论不同;马克思主义经济学持劳动价值论,即一件商品的价值取决于它所凝结的社会一般劳动力的多少;现代西方经济学则是需要价值论,即一件商品的价值取决于市场对它的需求程度[3];而H.T.Odum的能值理论是从宏观出发,以自然价值论为基础,以客观存在的能值来衡量自然资源环境与人类社会经济所创造的一切财富,即一件东西的真正价值取决于它所包含的太阳能值多少。以能值为基本度量单位,以能量系统学、系统生态学为理论基础,计算和应用各种能值指标对不同系统或亚系统进行定量评价与动态研究,这种分析方法就是能值分析(Em er gy analy sis,缩写为EM A)。运用能值分析理论和方法,把自然环境系统与人类社会经济系统有机地联系和统一起来,有助于调整生态环境与经济发展的关系,科学评价自然资源对社会经济的真实贡献,对方针的制定、未来的预测均具指导意义。

2　城市生态系统能值分析的基本步骤

2.1　基本资源的收集:收集所研究城市及城市所在国家的自然环境、社会资源以及经济活动的资料。包括平均降雨量、平均径流量、平均潮汐量、平均海拔以及平均风能等环境资源;土地利用情况,水土流失情况;人口资源;各种经济活动指标;进出口贸易等。

2.2　绘制能量系统图:确定所研究城市的系统外边界和系统内组分,利用各种“能量语言符号”(H.T.O-dum,1988)将系统主要能流标注,包括环境无偿投入能值、经济活动反馈能值与进出口交换能值,注意要按其太阳能值转换率的高低,从左到右顺序排列。

2.3　编制能值系统分析表:

2.3.1　首先计算出所研究城市或地区以及整个国家当年的能值/货币比率(sej/S );

2.3.2　列出研究城市的主要能源项目,包括可更新资源、不可更新资源、燃料利用、进出口能流等,其中能值小于系统总能值5%的项目可不列入[8];

表1　能值指标体系

指标名称表达式意　义社会子系统评价指标

能值密度系统总能值/总面积评价整个城市能值使用的集约情况人均能值利用量系统总能值/总人口反映该城市人民的生活水平高低人均电力能值利用量电力利用能值/总人口判断该城市对电力的依赖程度

经济子系统评价指标

能值/货币比率国家总能值/国民生产总值反映该地区的经济发达程度

进出口能值比率进口能值/出口能值反映该城市与外界能值贸易情况

第三产业能值比第三产业能值/系统总能值反映该地区的城市化程度自然子系统评价指标

能值投资率经济投入能值/可更新能值反映自然环境对经济活动的负荷程度

能值自给率系统自给能值/总能值评价自然环境的自足自给能力

可更新能值比可更新资源能值/总能值显示自然环境的本身潜在力大小

废弃物能值与可更新能值比废弃物能值/可更新能值反映经济活动对自然环境产生的压力

14　重　庆　环　境　科　学 21卷

2.3.3　根据能量计算公式,求出各能源的流量数,表示如能量流(J )、物质流(g )或货币流(S );

2.3.4　根据各种资源相应的能值转换率,将不同能量单位转换为统一度量的能值单位(其中货币流部分,用货币*能值/货币比率求得)。为进一步了解各能流在整个系统中的相对贡献,可将能值(sej)再转换成宏观经济价值(S ,能值除以能值/货币比率求得)来分析。2.4　建立能值指标体系,在能值系统分析表基础上,为分析自然环境对人类经济的贡献,突出整个城市系统的生态经济特征,制定科学的发展策略,可进一步建立能值指标体系[4]

,见表1。

2.5　系统动态模拟分析:将对整个城市生态系统发展有决定作用的几个因子,例如人口资源、水资源、电力消费等,利用微机编程进行动态模拟,预测评估该城市在不同政策下的变化模式,以便有效利用各种资源。2.6　通过对各种能值指标进行分析和系统决定因子的动态模拟,同时与世界其他城市地区进行比较讨论,

制定出正确可行的城市管理措施和经济发展策略,指导整个城市生态系统的可持续发展。

3　参考文献

1　王仁卿,苏智先.生态学概论.高等教育出版社,1993

2　王如松著.高效、和谐-城市生态调控原则与方法,湖南教育出版

社,1988

3　胡涛.评H .T .Odum 的EM E RGY 理论,青年生态学者论丛一.中国

科学技术出版社,1991:322～323

4　黄书礼.台湾地区都市生态系统之比较分析与永续性都市策略拟

议.国立中兴大学都市计划研究所,1993

5　蓝盛芳.生态-经济系统能值(Em ergy)分析.当代生态学博论,中国

科技出版社,1992:266～286

6　蓝盛芳,俞新华.能量与能值、能量生态学-理论、方法与实践.吉林

科技出版社,1993:100～104

7　H.T.Odu m 著,蓝盛芳译.能量、环境与经济系统分析导引.北京:人

民出版社,1994

8　H .T .Odum .E nvironmental Accounting :Ener gy and Decis ion M ak-ing.Joh nw iley and S ons,1995

Principle and Measure of Urban Ecosystem EMA

Sui Chunhua,L an Shengfang

(Depart ment of Bio lo gy ,So uth China A g riculture U niv ersity ,Guangzhou 510642)

Abstract In this paper ,urban ecosystem is a nat ur al-econom ic-social com po und ecosystem a s t he resear ch o bject.A nd it int ro -duces the principle and measure o f Energ y analy sis in dynamic and quant itative resear ch o f ur ban eco sy stem.It pr ov ides scientific basis for evaluating the co ntribution of natur al env ir onment to ur ban dev elo pment.

Key words U rban eco system ,Ener gy ,Ener gy analy sis (上接第8页)

4　谭建光.珠江三角洲经济发展与农民转化分析.珠江三角洲

经济,1997,(4):17～19

5　张　帆.环境与自然资源经济学.上海:上海人民出版社,

1998

6　张兰生,王金南等.实用环境经济学.北京:清华大学出版

社,1992

Influence ,Prospects and Countermeasures of Environmental Labelling

of Economical Development of Pearl River Delta

W u Cha ng zhen,Li Ya ochu

(T he Resear ch Instit ut e of Enviro nmental Science ,Zho ng shan U niver sity ,G uang zho u 510275)

Abstract T he pr oducing and development o f env ir onmental labelling w ere ex pounded in the paper .T hr oug h analysing the in-fluence o n economical dev elo pment o f P earl R iv er Delt a,Carr ying o ut env ir onmental labelling in this area w as put fo r war d.Pr ospects and counter measur es of developing t he pr oducts o f env ir onmental labelling w ere also discussed. Key words P earl River Delta ,Enviro nment al L abelling ,Influence ,Co unt ermeasures ,Pr ospect s

15

2期　

隋春花等:城市生态系统能值分析(EM A )的原理与步骤