能值分析理論提出的意義

青海生態(tài)能值分析一、研究區(qū)概況青海省位于青藏高原的東北部，介于31393919N, 8935一10304E之間。它處在我國(guó)三大自然區(qū)的交匯處，區(qū)域差異顯著，東部的河煌地區(qū)屬于東部季風(fēng)區(qū)，海拔在2 500 m以下，年均溫在3一9之間，年降水量300- 600mm;柴達(dá)木盆地屬于西北干旱區(qū)，平均海拔3000m左右，年均溫2一50，年降水量2550mm;海拔4700m以上的青南高原屬于青藏高寒區(qū)，年均溫- 40-一6下，年降水量300- 700mm。 該省原以牧業(yè)為主，畜牧業(yè)產(chǎn)值占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的50%以上，現(xiàn)在6個(gè)自治州中的大部分地區(qū)畜牧業(yè)仍占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的50%以上?，F(xiàn)代工業(yè)起步晚，基礎(chǔ)薄弱但發(fā)展速度快，現(xiàn)己建立起門類較為齊全的現(xiàn)代工業(yè)體系，在工農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值中，工業(yè)占80%左右。目前，形成了以石油和天然氣開采業(yè)、水力發(fā)電業(yè)、有色金屬業(yè)、鹽化工業(yè)四大支柱產(chǎn)業(yè)和冶金業(yè)、醫(yī)藥制造業(yè)、畜產(chǎn)品加工業(yè)、建材業(yè)特色優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)的工業(yè)格局，并初具規(guī)模，同時(shí)，交通運(yùn)輸和城市建設(shè)也得到相應(yīng)發(fā)展。但是青海省經(jīng)濟(jì)總量小，發(fā)展水平低，生態(tài)環(huán)境脆弱。發(fā)展經(jīng)濟(jì)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境任重道遠(yuǎn)。二、能值分析理論的提出能值理論和分析方法是由著名生態(tài)學(xué)家、克萊福獎(jiǎng)得主、“系統(tǒng)生態(tài)學(xué)之父” H. T. odum創(chuàng)立的，他從20世紀(jì)50年代開始生態(tài)系統(tǒng)能量分析研究;70年代發(fā)展出獨(dú)創(chuàng)性系統(tǒng)生態(tài)學(xué)理論方法;80-90年代發(fā)展出能值分析理論方法。能值分析的學(xué)術(shù)思想重視人類社會(huì)與環(huán)境的相互作用關(guān)系，強(qiáng)調(diào)人與自然的和諧，從能量、體現(xiàn)能發(fā)展到能值，從生態(tài)系統(tǒng)理論發(fā)展到能量系統(tǒng)理論，從能量分析發(fā)展到能值分析，在理論和方法上都是一個(gè)重大飛躍。能值理論與分析方法是一種新的環(huán)境一經(jīng)濟(jì)價(jià)值論和系統(tǒng)分析方法，涉及的學(xué)科面廣，不僅涉及系統(tǒng)生態(tài)學(xué)、生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)、能量學(xué)、資源學(xué)、環(huán)境學(xué)、系統(tǒng)學(xué)、地球科學(xué)等自然科學(xué)，同時(shí)涉及到經(jīng)濟(jì)學(xué)、社會(huì)學(xué)、未來學(xué)等人文學(xué)科。能值被認(rèn)為是聯(lián)結(jié)生態(tài)學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)的橋梁，具有重大科學(xué)意義和實(shí)踐意義。在理論上能值分析為生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)開辟了定量分析研究的新方法，提供了衡量和比較研究方法。三、能值理論發(fā)展概況能值理論發(fā)展概況見下表。表1 能值理論發(fā)展簡(jiǎn)況表時(shí)期能值理論發(fā)展概況1967年至1971年不加區(qū)分地統(tǒng)一用有機(jī)質(zhì)干重表示高質(zhì)量的能量數(shù)，如木材、泥炭、煤、石油、天然氣和活生物量等。體現(xiàn)在Odum (1971)能量、功率與社會(huì)一書，及其于1976年向美國(guó)總統(tǒng)科學(xué)顧問委員會(huì)的報(bào)告書中。當(dāng)時(shí)的能量分析忽略雨水、風(fēng)、和地化能等的貢獻(xiàn)，認(rèn)為每千卡有機(jī)質(zhì)相當(dāng)于1000Kcal的太陽能，人類勞務(wù)以10000Kcal有機(jī)質(zhì)/1969年$計(jì)。1973年至1980年在1976年的Odum向美國(guó)國(guó)會(huì)提交的報(bào)告書和人與白然的能量基礎(chǔ)中對(duì)植物、木材和石化燃料能量的質(zhì)量進(jìn)行了區(qū)分，并統(tǒng)一以化石燃料能量為基準(zhǔn)單位進(jìn)行度量。認(rèn)為每千卡石化相當(dāng)于2000Kcal太陽能，1973年1$相當(dāng)于25000Kcal石化能(第二版中改為11000Kacal石化能相當(dāng)于1983年的1$)1980年至1982年隨著Odum對(duì)新西蘭系統(tǒng)分析的深入，全球能量等級(jí)的概念日漸明晰，隨著雨水、風(fēng)和海浪等的太陽能驅(qū)動(dòng)過程的明朗化，他們所含的太陽能值得以量化。在給美國(guó)核控制委員會(huì)的能量分析報(bào)告中，Odum用了68500Kcal太陽能=1Kcal石化能，19600Kcal石化能相當(dāng)于1983年的1$。1983至至今1983年夏在ASA及一個(gè)木材發(fā)電廠和地化循環(huán)的研究中，Odum及其隨者得出了地?zé)岷兔禾康奶柲苤缔D(zhuǎn)換率。能值/貨幣比為2X100se j/$或11. 944煤炭.T/$ 01987年美元)。將太陽能值定為標(biāo)準(zhǔn)單位，15%作為潮汐校正數(shù)字。四、能值概述能值(Energy)，由美國(guó)著名生態(tài)學(xué)家H. T.Odum創(chuàng)立，是一個(gè)全新的科學(xué)概念和度量標(biāo)準(zhǔn)。他將能值定義為: 一種流動(dòng)或貯存的能量中所包括的另一種類別能量的數(shù)量，稱為該能量的能值一種流動(dòng)或貯存的能量中所包括的另一種類別能量的數(shù)量，稱為該能量的能值他又進(jìn)一步解釋能值為:產(chǎn)品或勞務(wù)形成過程中直接和間接投入應(yīng)用的一種有效能量(Available Energy，就是其所具有的能值。任何形式的能量均源于太陽能，故常以太陽能為基準(zhǔn)來衡量各種能量的能值。以能值為基準(zhǔn)，將生態(tài)系統(tǒng)中不同等級(jí)、不可比較的能量轉(zhuǎn)換成同一標(biāo)準(zhǔn)的能值來進(jìn)行比較和分析，從而評(píng)價(jià)其在系統(tǒng)中的作用和地位，綜合分析系統(tǒng)中各種生態(tài)流(能流、物流、貨幣流、人口流和信息流)，利用得出的一系列能值綜合指標(biāo)指數(shù)(Energy Indices)來定量研究系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能的特征與生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益。能值理論和分析方法使得原本難以統(tǒng)一度量的各種生態(tài)系統(tǒng)或生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的能物流和生態(tài)流都能夠進(jìn)行比較和分析，無論是可再生資源和不可再生資源，還是商品、勞務(wù)，甚至包括信息和教育，能值都可用來評(píng)價(jià)其真實(shí)價(jià)值。五、能值分析能值分析是以能值為基準(zhǔn)，把生態(tài)系統(tǒng)或生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中不同種類、不可比較的能量轉(zhuǎn)換成同一標(biāo)準(zhǔn)的能值來衡量和分析，從中評(píng)價(jià)其在系統(tǒng)中的作用和地位;綜合分析系統(tǒng)中各種生態(tài)流(能物流、貨幣流、人口流和信息流)，得出一系列能值綜合指標(biāo)( Energy Indices)，定量分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能特征與生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益。能值分析的基本概念見表2。表2 能值分析的基本概念表術(shù)語英文定義有效能Available energy具有做功能力的潛能，其數(shù)量在做功過程中減少。能值Energy產(chǎn)品形成所需直接和問接投入應(yīng)用的一種有效能總量。太陽能值Solar Energy產(chǎn)品形成所需直接和問接應(yīng)用的太陽能量總量。太陽能值轉(zhuǎn)換率Solar transformity單位能量(物質(zhì))所含的太陽能值之量。能值功率Empower單位時(shí)問內(nèi)的能值流量能值/貨幣比率Energy/$ratio單位貨幣相當(dāng)?shù)哪苤盗?由一個(gè)國(guó)家年能值利用總量除以當(dāng)年GNP而得到。能值貨幣價(jià)值Em dollar value能值相當(dāng)于市場(chǎng)貨幣價(jià)值，即以能值來衡量財(cái)富價(jià)值或稱宏觀經(jīng)濟(jì)價(jià)值。表3 城市生態(tài)系統(tǒng)能值綜合指標(biāo)及意義能值指標(biāo)表達(dá)式 意義系統(tǒng)能值應(yīng)用總量可更新總能值環(huán)境承載力 能值利用強(qiáng)度能值/貨幣比率 人均能值用量能值白給率 能值受益率 電力能值/系統(tǒng)總能值輸入總能值/系統(tǒng)總能值廢棄物能值/可更新能值 U=R+N+1 系統(tǒng)所擁有的真正財(cái)富R 反映系統(tǒng)內(nèi)白然環(huán)境的自身潛力- 以目前生活水平為標(biāo)準(zhǔn)所能承載的人口U/m 評(píng)價(jià)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)能值利用強(qiáng)度和集約情況 U/GDP 反映城市生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度U/P 反映城市人口生存水平和生活質(zhì)量高低 (R+N)/U 評(píng)價(jià)城市白然系統(tǒng)環(huán)境的白給白足能力IO 反映城市生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部與外界的能值貿(mào)易情況E/U 反映城市生態(tài)系統(tǒng)的工業(yè)化程度I/U 反映城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)輸入能值的依賴程度W/R 評(píng)價(jià)城市的社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)白然環(huán)境的消極影響六、基本能值指標(biāo)（1）能值自給率值自給率是一個(gè)國(guó)家、地區(qū)或城市的本地資源能值投入與國(guó)外或外地輸入能值之值自給率可以用來描述一個(gè)國(guó)家或地區(qū)的對(duì)外交流程度和經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度。（2）能值/貨幣比率一個(gè)國(guó)家單位貨幣(通常轉(zhuǎn)換成美元)相當(dāng)?shù)哪苤盗?，即能值與貨幣的比率(emergy/dollar ratio，它等于該國(guó)全年能值投入總量除以當(dāng)年貨幣循環(huán)量(國(guó)民生產(chǎn)總值GNP)。一個(gè)國(guó)家全年應(yīng)用的能值總量包括可更新自然資源(太陽光、雨等)、不可更新自然資源(煤、石油、天然氣、礦藏、土地等)及進(jìn)口商品、資源的能值。以農(nóng)業(yè)為主的發(fā)展中國(guó)家，直接使用很多不花錢的本國(guó)自然資源，沒有或甚少用貨幣購買其他國(guó)家的資源產(chǎn)品，同時(shí)GNP較低，經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域流通的貨幣量較少，因而發(fā)展中國(guó)家具較高的能值/貨幣比率。在這些國(guó)家用較少錢可購買到較多的能值財(cái)富。反之，發(fā)達(dá)國(guó)家的能值/貨幣比率遠(yuǎn)低于發(fā)展中國(guó)家，它們的GNP高，用貨幣購進(jìn)的資源產(chǎn)品較多。（3）能值一貨幣比值能值一貨幣價(jià)值(Energy dollars，縮寫Em$是指將生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的能值折算成貨幣，相當(dāng)于多少幣值，也稱宏觀經(jīng)濟(jì)價(jià)值，其折算方法是資源或產(chǎn)品的能值除以當(dāng)年的能值/貨幣比率。能值一貨幣價(jià)值反映某一產(chǎn)品的實(shí)際價(jià)值，包括凝結(jié)在產(chǎn)品中的人類勞動(dòng)和環(huán)境資源的價(jià)值，而市場(chǎng)價(jià)格只能反映產(chǎn)品的稀缺性。如果某一能值流是經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)真正財(cái)富的構(gòu)成部分，那么可以認(rèn)為該系統(tǒng)這部分的購買力大小取決于該能值流量。例如，如果農(nóng)業(yè)在一個(gè)國(guó)家的年能值總量中占10，則該國(guó)經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值(GEP)的10%取決于農(nóng)業(yè)能值量。由能值決定的這部分經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值，就是所謂的能值一貨幣價(jià)值。某種產(chǎn)品的能值量除以能值/貨幣比率，即得該產(chǎn)品能值的Em$。（4）人均能值用量 人均能值用量指一個(gè)國(guó)家或地區(qū)的人均能值使用量，是評(píng)價(jià)人民生活水平的指標(biāo)。在農(nóng)業(yè)國(guó)家或欠發(fā)達(dá)地區(qū)，人們可以從環(huán)境資源系統(tǒng)直接獲得某些生活必需品，沒有必要為此付出任何金錢。因此，如果只是用貨幣來衡量他們的生活水平，并不完全說明問題。而利用能值可以對(duì)這些無償?shù)沫h(huán)境資源投入進(jìn)行恰當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)，從而可以衡量人們的物質(zhì)生活水平。（5）能值密度 能值密度即一個(gè)國(guó)家或地區(qū)能值總利用量與該國(guó)家和地區(qū)面積之比，單位是sej/(m2.a)。能值密度這一指標(biāo)反映了被評(píng)價(jià)對(duì)象的兩個(gè)特性一經(jīng)濟(jì)發(fā)展強(qiáng)度和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的等級(jí)。整個(gè)世界系統(tǒng)從不發(fā)達(dá)國(guó)家到欠發(fā)達(dá)國(guó)家到發(fā)達(dá)國(guó)家，也存在這個(gè)一個(gè)類似情況。能值密度越大，說明經(jīng)濟(jì)越發(fā)達(dá)，在等級(jí)中的地位越高。（6）能值投資率生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)(環(huán)境經(jīng)濟(jì)系統(tǒng))的能值投資率(energy investment ratio，等于來自經(jīng)濟(jì)的反饋能值除以來自環(huán)境的無償能值輸入。前者如燃袖、電力、物資、勞務(wù)等，均需花錢購買，稱為“購買能值(purchased energy ) ;后者來自包括土地、礦藏等不可更新資源和太陽能、風(fēng)、雨等可更新資源在內(nèi)的自然界無償能值(free energy。能值投資率也可稱為“經(jīng)濟(jì)能值/環(huán)境能值比率”。能值投資率是衡量經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度和環(huán)境負(fù)載程度的指標(biāo)。其值越大則表明系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度越高;其值越小則說明發(fā)展水平越低而對(duì)環(huán)境的依賴越強(qiáng)。能值投資率可用于確定經(jīng)濟(jì)活動(dòng)在一定條件下的效益，并可測(cè)知環(huán)境資源條件對(duì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的負(fù)載率。七、數(shù)值測(cè)算與分析1、能值自給率2010年2011年2012年2013年141.47127.69132.7613382從上表可知，20102013年青海的自給率在127.69141.47之間波動(dòng)，自給率可以很好的反應(yīng)自我支撐能力、對(duì)外交流程度和經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度。這說明了青海的開發(fā)利用程度逐漸增強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)有了一定的發(fā)展。 2、能值與國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的比率=每年總能值使用量/GDP2010年2447.64/1350.431.82011年3024.91/1670.441.82012年3367.28/1893.541.792013年3631.15/2101.051.73從上表可知，20102013年能值與國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的比例呈下降趨勢(shì)，在1.731.8之間。這說明了青海的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度不高。3、人均能值使用量=總能值使用量（U）/該國(guó)（地區(qū)）總?cè)丝冢≒OP）2010年2447.64/563.54.342011年3024.91/568.25.322012年3367.28/573.25.872013年3631.15/577.86.28 從上表可知，20102013年青海的人均能治使用量在4.346.28之間呈上升趨勢(shì)。這說明了，青海的人口生存水平和生活質(zhì)量在不斷提高。4、能值密度=總能值使用量（U）/總面積2010年2447.64/72.2333.892011年3024.91/72.2341.882012年3367.28/72.2346.622013年3631.15/72.2350.27 從上表可知，20102013年青海的能致密度呈上升趨勢(shì)在33.8950.27之間。這說明了青海的居民的生活質(zhì)量在不斷提高。能值密度越大，說明經(jīng)濟(jì)越發(fā)達(dá)，在等級(jí)中的地位越高。 5、能值貨幣比率=每年總能值使用量（U）/ GNP支出法GNP=個(gè)人消費(fèi)支出（農(nóng)村、城鎮(zhèn)）+ 政府消費(fèi)支出+國(guó)內(nèi)資產(chǎn)形成總額（固定資本形成、庫存凈增或凈減）+ 出口與進(jìn)口的差額GNP2010年（122.14+288.12）+310.31+（1057.86+29.13）（127.75-88.43）1846.882011年（151.32+343.45）+364.98+（1369.90+29.76）（181.32-71.78）2368.952012年（185.56+401.61）+410.19+（1895.70-176.45）+（199.96-117.90）2798.672013年(208.17+486.41)+353.91+(2418.27+100.81)+(232.13-152.14)3647.56 能值貨幣比例2010年2447.64/1846.881.332011年3024.91/2368.951.282012年3367.28/2798.671.202013年3631.15/3647.560.996 從上表可知，20102013年青海的能值貨幣比率呈下降趨勢(shì)在0.9961.33之間。這說明了，青海的發(fā)展水平還不高。 6、電力使用占總能值使用量的比例=電力/總能值使用量（U）電力/U2010年4714/2447.641.932011年4849/3024.911.62012年4533/3367.281.352013年4688/3631.151.29 從上表可知，20102013年青海的電力使用占總能值使用的比例呈下降趨勢(shì)在1.291.93之間。這說明了，青海的工業(yè)化程度低。 7、輸出輸入能值比例=EXP/IMPEXP/IMP2010年1620.39/555.40292%2011年1911.32/1066.18179%2012年2475.74/1315.15188%2013年2542.08/1363.64186% 從上表可知，20102013年青海的輸出輸入能值比例在179%292%之間也就是1.862.92之間，進(jìn)口能值大大低于出口能值。青海的出口能值為進(jìn)口能值在1.792.92之間，這充分表明了青海在中國(guó)乃至國(guó)際上的極其重要的戰(zhàn)略地位。 8、凈進(jìn)口能值=IMP-EXPEXP-IMP2010年55.40-1620.39-1.062011年1066.18-1911.32-845.142012年1315.15-2475.74-1160.592013年1363.64-2542.08-1178.44 從上表可知，20102013年青海的凈進(jìn)口能值在-1178.44-845.14之間，凈出口能值在845.141178.44之間，這表明青海對(duì)中國(guó)內(nèi)地乃至其他國(guó)家有重大的戰(zhàn)略意義，主要是以資源輸出為主的地區(qū)。 9、青海自給能值占總能值使用量的比例=自給率/U自給率/U2010年14147/2447.645.8%2011年12769/3024.914.2%2012年132.76/3367.283.9%2013年13382/3631.153.7% 從上表可知，20102013年青海自給能值占總能值使用量的比例呈下降趨勢(shì)在3.7%5.8%之間，這說明了自給率越高對(duì)內(nèi)部資源的開發(fā)利用程度越高，自給自足能力越強(qiáng)并對(duì)區(qū)內(nèi)資源的依賴在較小，而向外引進(jìn)資源在增加。 10、總能值輸入量2010年2011年2012年2013年5.5510.6613.1513.64 從上表可知，20102013年青海的總能值輸入量呈上升趨勢(shì)在5.5513.64之間。這說明了，進(jìn)口在不斷增加，并從區(qū)外引入原材料、資金等資源。 11、 進(jìn)口能值占總能值使用量的比例2010年555.40/2447.640.232011年1066.18/3024.910.352012年1315.15/3362.280.392013年363.64/3631.150.36 從上表可知，20102013年青海的進(jìn)口能值占總能值使用量在0.23 0.39之間。進(jìn)口能值僅占總能值使用量0.3%左右，說明青海省的產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力極其薄弱。 表2222 20102013年青海能值分析指標(biāo)匯總表指標(biāo)及單位數(shù)量及比率2010年2011年2012年2013年能值自給率141.4712.69132.76133.82能值與國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的比率1.81.81.791.73人均能值使用量4.345.325.876.28能值密度33.8941.8846.6250.27能值貨幣比率1.331.281.200.996電力使用占總能值使用量的比例1.931.61.351.29輸出輸