生态经济背景下的区域生态承载力

摘 要：从生态承载力角度研究区域自然―经济―社会协调发展问题,是当今生态学、地理学和经济学等学科研究的热点与前沿领域之一.文章在选用可持续发展解释指标、绿色竞争力、生态足迹等指标理清广西北部湾经济区生态、经济现状的基础上,运用系统动力学（SD）方法和大系统理论的分解协调原理,将广西北部湾经济区生态承载力系统划分为人口、资源、土地利用、经济四个子系统,并建立了SD模型.在模型仿真过程中,以水资源利用率、国民经济各产业投资率、科技贡献率及跨区域调水量为控制变量,通过对各因子进行组合设计了六种仿真方案,用以模拟2010-2030年广西北部湾经济区生态承载能力的动态变化.指出不合理的产业结构和高耗低产的生产模式,使得广西北部湾经济区的单位GDP能耗和单位GDP污染物产出量远高于发达地区的水平,甚至高于全国的平均水平.北部湾经济区的可持续发展需要依靠先进的技术手段不断推广资源节约型的生产方式,提高区域绿色竞争力.

关 键 词：生态经济；生态承载力；生态足迹；系统动力学（SD）模型；绿色竞争力；可持续发展；广西北部湾经济区

中图分类号：F127文献标识码：A文章编号：1004-1494（2014）02-0091-06

随着可持续发展、生态经济和生态文明等理论的不断发展和完善,经济发展要基于生态系统的承载量的理念开始被广泛接受[1].从“自然―经济―社会”复合系统生态承载力的角度研究生态环境对经济发展和人类生存的作用和反作用,已成为当今生态学、地理学和经济学等学科的研究热点之一[2].尤其是从系统的观点出发,着眼于人地系统整体最佳目标,研究人口、资源、环境、社会和经济等子系统之间动态、协调发展的系统动力学方法得到了广泛的运用[3].

本文在运用生态足迹方法和可持续发展解释指标定量分析广西北部湾经济区生态、经济发展现状的基础上,以确定复杂系统内部结构的定量关系为建模的基本思路,依据广西北部湾经济区社会、经济和资源环境系统的发展轨迹,运用系统动力学方法对广西北部湾经济区的综合生态承载力进行了多情景仿真分析,以期对该区域未来的产业选择、城市化进程及可持续发展提供决策依据.

一、广西北部湾经济区发展现状

(一)区域概况

广西北部湾经济区（以下简称“经济区”）地处桂南沿海（105°24'～112°7'E,20°54'～24°2'N）,南临北部湾,西接越南,东靠广东湛江,是中国―东盟自由贸易区、大湄公河次区域、泛珠三角区域的交汇点,区位优势明显.

经济区由南宁、北海、钦州、防城港、崇左和玉林6市组成,共辖15个区、3个县级市和19个县,国土面积7.27万km2,人口2180.4万人,人口密度于全国平均水平而言相对较低.从自然条件看,经济区地处亚热带季风气候区,年平均气温都在20℃以上,日照充足,雨量丰沛,生态环境条件良好,水资源总量丰富,但存在时空分布不均、季节性缺水、水质性缺水、地质性缺水等问题.

20世纪90年代以来,该区域经济增长加快,尤其是2006年经济区正式启动后,已逐渐成为我国一个新的经济增长极,战略地位得到了进一步提升.作为新兴的经济区,生态系统与经济建设的矛盾初显.

(二)区域生态、经济现状分析

采用可持续发展解释指标①（见图1）、绿色竞争力指标（见表1）和生态足迹（见图2）等三套指标从不同角度对经济区的生态、经济现状进行分析,结果显示：

1.环境压力较大,可持续发展形势严峻.

从图1可以看出,经济区的单位GDP排污量、单位GDP能耗量和单位GDP水耗量等指标均呈逐年下降的趋势,但仍高于全国平均水平.表1显示,2002-2004年经济区能源和水资源生产率的年均增长与GDP增长率之比均小于1②,资源消耗对环境的压力仍然很大,绿色竞争力偏低.由于能源消费结构中煤所占的比重大于60%③,经济区目前仍然处于环境污染“新账”不断增加的阶段,并没有进入偿还历史污染“欠账”的阶段,污染物排放总量控制对环境的压力同样巨大.图2的生态足迹分析也显示,自1998年起经济区就呈现生态赤字状态,且有逐年上升趋势,生态经济系统承载状况处于超载状态,发展模式相对不可持续.

2.经济发展相对滞后,且区内发展不平衡.

如图1所示,2006年经济区人均GDP为10577元,与国内发达地区（长江三角洲④41521元,珠江三角洲⑤42051元,京津冀25005元）相比仍存在较大差距.相对滞后的经济,造成区域对人才和外来资金技术的吸引力偏低等问题.另外,各市的可持续发展解释指标所表现的发展趋势和极值也有较大的区别,说明经济区6个市的生态环境现状、区位条件和经济发展基础等差异较大,区内发展不平衡.

3.生产模式粗放,能源压力较大.

吴卓瑾等通过分析经济区的生态足迹（见图2）认为,经济区对可再生资源（主要是耕地）和不可再生资源（能源）的过度开发程度已经相当严重,生态赤字部分主要靠进口和枯竭本地的自然资源来解决[4].统计资料显示经济区能源消费总量与GDP同步增长,经济增长尚属于资源依赖型的增长方式,资源使用效率的提高还无法抵消经济发展对自然资源需求的增加.另外,经济区目前的能源消费结构还不尽合理,以一次能源消费结构为例,煤的消耗量大于60%,比全国69%的比重略低,比世界平均水平高33%,清洁能源所占比重偏低.以煤为主的能源结构优化调整难度较大.

二、生态承载力综合测算模型

(一)建模方法

系统动力学（SystemDynamic）方法是以系统论、信息论、控制论和计算机技术为基础,依据系统的状态、控制和信息反馈等环节来反映实际系统的动态机制,并通过建立仿真模型,借助计算机进行仿真试验的一种科学方法[5].其最大的特点是可进行“结构―功能模拟”[6],其本质是应用一阶微分方程组描述促成状态变量变化的几个因素的变化率对各状态变量或特定输入等的依存关系.根据实际系统的情况和研究的需要,可进一步将变化率的描述分解为若干流率的描述.这样处理使得物理、经济概念明确,不仅利于建模,而且有利于政策实验以寻找系统中合适的控制点[7].目前,系统动力学方法已应用于多项承载力研究[8].本研究运用VensimPLE（VentanaSimulationEnvironmentPersonalLearningEdition）软件构建SD模型.VensimPLE是一基于Windows操作系统的系统动力学模型构思、模拟、分析和优化的可视化的建模工具.其优点在于：利用图示化编程可简便的建立仿真模型；提供包括结构分析在内的多种分析方法；数据共享性强；操作界面友好,信息输出方式丰富、灵活.

(二)基于SD的生态承载力模型

根据研究区域的实际情况,以及大系统理论的分解协调原理,将经济区生态承载力系统划分为四个子系统：人口子系统；水资源子系统；土地利用子系统；经济子系统.每一个子系统在运行时既取决于其内部的结构,又取决它与外部的联系.

人口子系统是生态承载力系统的重要组成部分,人口数量是生态承载力的直接表现对象.不同的人口规模和结构对资源的利用状况、利用方式、利用效率以及环境保护的观念、方式等均存在明显的差异,反之亦然.

水资源子系统,鉴于区域水资源总量分布时空不均衡的特点,以生活用水和生产用水两个状态变量从生产和生活两个角度来衡量水资源对可承载的人口总量的影响.

土地利用子系统不仅受自身特点的影响,还与水资源、产业布局、生活水平等多项因素相关,因此土地资源的可开发利用数量、利用程度、土地利用的结构等等均对生态承载力系统可承载的人口总量有较大的影响.

经济子系统是生态承载力系统可持续发展的目标,也是其核心内容.水资源、土地资源的利用均与经济的发展息息相关.一方面,水土资源促进或限制经济的发展,另一方面经济发展程度直接影响资源的利用方式、利用程度和利用效率.

在系统结构分析的基础上,构建经济区生态承载力系统动力学模型流图（如图3所示）.本研究的时间界限定为1998-2030年；空间边界为广西北部湾经济区,包括南宁市、北海市、钦州市、防城港市、玉林市和崇左市所辖的2004年行政区范围,不包括海域.经过反复的模拟、运行和调试,在模型结构分析和灵敏度分析的基础上得到了较理想的模型参数设置.

(三)方案设计与仿真

通过对有关政策参数的选择,结合经济区生态环境问题分析,并参考当地城市规划专家的建议,选择水资源利用率、国民经济各产业投资速率、科技贡献率等参数为控制变量,并对各因子加以组合,组成低、中、高三种不同的方案（方案Ⅰ、方案Ⅱ、方案Ⅲ）进行仿真模拟.方案Ⅰ：以维持现状水平为基础,各项投入以现在的速度进行,生态环境任其自然发展.该方案可作为土地承载力的基础参考方案；方案Ⅱ：在中等水平投入下,水资源利用率提高到50%,科技贡献率提高至40%,一定程度上对生态环境进行治理和改善；方案Ⅲ：在高水平投入下,水资源利用率进一步提高70%、科技贡献率提高至60%、重视生态环境治理和改善.考虑到经济区的现实发展条件,在方案Ⅱ的基础上,进一步根据经济区各市的水资源规划――“调郁入钦”工程及水利十一五规划,根据调水总量（6.3亿m3/年、25.2亿m3/年、63.1亿m3/年）,分别设计方案Ⅱ情景下的调水低、中、高三种方案（方案Ⅳ、方案Ⅴ、方案Ⅵ）.在系统仿真模拟时,由北海、钦州和防城港三市平均共享区域外来水量,并以区域外调水总量与本区域水资源量之和作为这三市的水资源总量.由于南宁、玉林和崇左三市不考虑区域外调水,因此其生态承载力仍为不调水情景下的生态承载力.具体仿真结果见图4、表2.

由表2可见,在不考虑调水的情况下,方案Ⅱ的生态承载力高于方案Ⅰ,达到承载极限的年限晚于方案Ⅰ；方案Ⅲ的生态承载力增加最快,高于方案Ⅰ和Ⅱ,达到承载极限的年限也晚于方案Ⅰ和Ⅱ.方案Ⅰ中,经济区2010-2015年人口规模发展较快,到2015年以后将逐渐趋于平缓.现有发展趋势下,到2030年经济区生态可承载人口为2327.45万人.方案Ⅱ中,经济区在2020年左右人口可达到2482.89万人,在2030年左右可望达到2549.61万人.由于资源利用率以及投入的增加,生产系统的产出大大增加,承载力提高.但由于生态环境未得到完全的治理和改善,在一定程度上承载力的提高仍受到制约.方案Ⅲ中,由于资源利用效率增加、生态环境得到改善,人与社会、环境和谐发展,地区生态承载力保持良好的发展趋势.该方案是提高生态土地承载力较理想的方案.但高投入、高资源利用率和高科技贡献率需要一定的积累过程,并非一蹴而就.依据经济区目前的发展状况,该方案可作为远期发展的参考.

在考虑调水的情况下,随着可利用水资源总量的增加,经济区总的人口承载力呈增加趋势.且随着调水量的增加,可承载人口数的增长趋势发展较快.但考察各市生态环境所能承载的人口规模,在调水情景下,虽然沿海三市所能承载的人口数量逐步增加,而南宁市、崇左市和玉林市没发生变化,但是六个市所承载人口数量的大小顺序仍和不调水情景下相同.这说明,区外调水虽然能增加承载力,然而增加量是有限的.因此,不能认为,依赖区外资源的调入就能突破区内有限资源对经济发展的约束.

根据以上仿真模拟结果,从经济区的现状及未来发展趋势来看,维持优质的生态环境、发展更为节约的生产方式和更为先进的技术手段是经济区发展建设的基本要求.因此在中等投入的基础上,以不影响其他区域发展为前提,考虑缺水地区调水总量25.2亿m3/年的方案为现阶段发展目标.

三、结论与建议

(一)加快转变经济发展方式

目前,经济区仍延续着传统的农业模式、粗放的工业模式及缓慢的第三产业的发展.不合理的产业结构和高耗低产的生产模式,使得经济区的单位GDP能耗和单位GDP污染物产出量远高于发达地区的水平,甚至高于全国的平均水平.“先污染,后治理”的发展模式显然不利于经济区的战略地位提高和发展的可持续性.因此,在保持地方传统特色产业的前提下,要进一步推广生态农业,加强生态工业园区建设,并充分利用自身区位优势,吸引外来投资,发展循环经济和绿色经济.（二）提高生态承载力,推进资源、环境、经济的协调发展

在区域自然―经济―社会复合系统中,经济子系统处于耦合关系的矛盾焦点,提高生态承载力应从经济子系统入手,发挥其在区域经济、生态、社会三者中的主动性――以发展的观念,优化调整产业结构,适度增长经济.合理开发、高效利用资源,以循环经济为核心,推进资源、环境、经济的协调发展.

(三)提高区域绿色竞争力

依赖区外资源的调入不能从根本上解决资源消耗对生态环境的压力,亦不能突破区内有限资源对经济发展的约束.经济区的可持续发展需要依靠先进的技术手段不断推广资源节约型的生产方式,提高区域绿色竞争力.

注释：

①可持续发展解释指标含单位GDP的排污量、单位GDP的能耗量、单位GDP的水耗量、单位GDP投入教育的比例、人均创造GDP五项分指标,由牛文元教授在2002年世界发展中国家可持续发展峰会上提出,目前已获得国内外较为广泛的认可.单位GDP的排污量本文选择单位GDP工业废水排放量.

②只有资源生产率的增长率相对GDP增长率的速度比例大于1时,环境压力才有可能降低.参见黄晓芬《基于资源生产率的城市绿色竞争力研究》,同济大学,2006.

③煤炭能源排放的SO2占SO2排放总量的90%左右.参见环境与发展国际合作委员会《实现“十一五”环境目标政策机制研究》,国合会2007年年会,2007.

④长江三角洲指包括上海市、江苏省的南京、苏州、无锡、常州、镇江、南通、扬州和泰州,以及浙江省的杭州、宁波、嘉兴、湖州.

⑤考虑数据可获得性,文中的珠江三角洲包括：广州、深圳、珠海、佛山、江门、东莞、中山、惠州、肇庆.