生态经济价值转化水平的能值流向标定系统和方法

摘要

本发明公开了一种生态经济价值转化水平的能值流向标定系统和方法，包括：确定生态经济系统研究对象的边界；分类收集生态系统能值输入计算所需的地理要素、气象要素，及经济系统能值输出计算所需的相应年度数据；根据能值计算法和能值转化率，分别计算输入能量流，主、副产品输出能量流；编制能值流量账户表，分别计算生态经济系统或区域支撑的自然环境资源能值输入，以及系统输出的绿色经济净能值；评估生态资本向经济价值转化的水平，以单位自然环境资源能值的绿色经济能值输出表达。本发明优点是：清晰表征生态经济系统内外之间的能值流量、流向和内在联系，对推动生态文明建设，夯实绿色高质量发展具有重要的应用价值。

说明书

技术领域

本发明涉及生态经济价值转化技术领域，特别涉及一种生态经济价值转化水平的能值流向标定系统和方法。

背景技术

上世纪80年代后期，提出了能值理论和方法。所谓能值，是指某种流动或贮藏能量中所包含的另一种能量的数量，由于大多数能量始于太阳能，故常用“太阳能值”来衡量。任何资源、产品或劳务形成所需的直接或间接太阳能之量，就是其所具有的太阳能值(SolarEmergy)，单位太阳能焦耳(solar emjoules,缩写sej)。能值方法为自然与人文要素的有效结合、统一度量提供了新思路，为生态与经济系统之间建起了桥梁。由于能值分析方法不受物质、能量的类别限制以及不受度量指标量纲的影响，能值分析法在国内外得到了极为广泛的应用，涌现了诸如能值密度(衡量经济发展强度)、能值自给率(评价自然环境对人类活动的支撑能力)、能值产出率(度量系统的产出效率)、环境负荷率(评价人类经济活动对环境产生影响的程度)、以及可持续发展指数(评价系统可持续发展程度)等适用、可行、有效的系统判识指标。不过，能值分析方法对可更新、不可更新资源环境，可更新、不可更新产品予以了极大关注，并进行了细分和分类核算，但实际上对生态-经济系统两分法、系统的生态输入-经济输出以及两者价值之间的转化状况、转化水平、比较优势并未予以足够重视。因此，沿袭太阳能值的统一度量和可比性优势，弥补能值方法的现存局限。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种生态经济价值转化水平的能值流向标定系统和方法，能够客观地反映生态经济系统运行的质量、发展水平的高低、改进潜力的大小、发展过程的特征。面对我国气候变化敏感、生态系统退化、资源日益紧缺、人地矛盾日益尖锐以及环境负重前行压力增大的背景，保障绿色高质发展需求迫切、任务繁重。

为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：

一种生态经济价值转化水平的能值流向标定系统，包括：可更新自然环境资源输入核算模块、不可更新自然环境资源输入核算模块、系统外部输入核算模块、主产品输出核算模块、副产品输出核算模块和生态经济价值转化水平核算模块；

可更新自然环境资源输入核算模块集成了太阳能、风能、雨水势能、雨水化学能和地球旋转能的能值计算公式，输入并自动计算，计算结果表达可更新自然环境资源输入系统的能值水平；

不可更新自然环境资源输入核算模块集成了土壤流失损耗能和表土层有机物损耗能的计算公式，输入并自动计算，计算结果表示不可更新自然环境资源输入系统的能值水平；

系统外部输入核算模块用于测算从国外购买商品、技术和服务的能值水平，包括：进口商品、进口材料、进口能源、外商直接投资等，输入并自动计算；

主产品输出核算模块用于核算系统在上述输入能值的支撑下，整个系统经济产出能值的总体水平，即三次产业的经济产出水平，集成了输出产品、输出服务的计算公式；

副产品输出核算模块用于核算系统污染物排放的能值水平，包括：气体废弃物、固体废气物和液体废弃物；

生态经济价值转化水平核算模块用于核算系统在自然环境资源支撑下转化为经济产出的程度，即生态能值转化为经济能值的总体水平。根据可更新自然环境资源输入核算模块、不可更新自然环境资源输入核算模块、系统外部输入核算模块、主产品输出核算模块、以及副产品输出核算模块的计算结果，自动计算。

一种生态经济价值转化水平的能值流向标定方法，包括以下步骤：

1)确定生态经济系统研究对象的边界，绘制系统能值输入、输出和流向图。

2)依据生态经济系统两分法，分类收集生态系统能值输入计算所需的地理要素、气象要素，及经济系统能值输出计算所需的相应年度数据。

地理要素包括：国土面积、平均海拔和耕地面积；气象要素包括：年均降水量和年均风速，年度数据包括：进口能源、商品及服务、三次产业增加值、废气、废水、固废(“三废”)排放量；

3)根据能值计算法表1和能值转化率表2，分别计算系统的输入能量流。

表1

表2

根据表1、表2，借助能值转化率(Unit Emergy Value,UEV)将本地可更新、不可更新自然环境资源以及进口商品与服务能值转化为统一的太阳能值量化单位，基本公式如下所示：

式中，i＝1,2,3,…,n,U是输入到系统的总能值，单位sej；U

4)根据表1、2，分别计算系统各分项的输出能量流。

根据表1、表2，借助能值转化率(Unit Emergy Value,UEV)将系统三次产业输出的主产品和环境排放副产品能值转化为统一的太阳能值量化单位，基本公式如下所示：

式中，i＝1,2,3,…,n,U是输出系统的总能值，单位sej；U

5)编制能值流量账户表，分别计算研究的生态经济系统或区域支撑的自然环境资源能值输入(R+N)，以及系统输出的绿色经济净能值(Y-IM-W)。

6)评估生态资本向经济价值转化的水平(EET)，以单位自然环境资源能值的绿色经济能值输出表达EET＝(Y-IM-W)/(R+N)，值越大，生态-经济价值转化率越高，反之越低。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

其一，用系统思维看待生态-经济两个亚系统之间的能量流动联系，强调生态经济系统的物质能量输入、过程、输出，综合性、系统性、过程化地考虑了系统的自然环境资源输入支撑、外部进口输入支撑以及系统主产品输出和环境废物排放副产品输出状况。

其二，通过太阳能值将能量流、物质流以及货币流转换为同一量化标准，定量刻画生态环境资源输入与经济产出的真实价值及其内在联系，直观表达生态经济系统内外之间的能值流量和流向，能够较为客观、准确地识别生态经济系统中生态环境资本对经济价值产出的支撑角色、实际贡献以及主要控制因素。

其三，克服了不同对象、不同区域、不同物质、不同能量分析不可比、不可加的缺陷，为生态资本与经济资本的相互转化评估和准确度量提供了可操作、可实践的新方法、新手段。

其四，可描述不同时空尺度、不同类型自然生态环境资源转化经济价值的动态趋势，也可比较不同生态经济系统或不同区域生态-经济价值转化程度的差距，且利用分解的核算模块降低了繁琐计算过程、减少了复杂参数、快速提高了计算效率。

附图说明

图1是本发明能值流向标定系统结构框图；

图2是本发明能值流向标定方法流程图；

图3是本发明实施例江苏省苏州市生态经济系统的能值输入、输出和流向示意图；

图4是本发明实施例浙江省嘉兴市生态经济系统的能值输入、输出和流向示意图；

图5是本发明实施例甘肃省定西市生态经济系统的能值输入、输出和流向示意图；

图6是本发明实施例青海省海西州生态经济系统的能值输入、输出和流向示意图；

图7是本发明实施例全国生态经济系统的能值输入、输出和流向示意图；

图8是本发明实施例各地市生态-经济价值转化水平之比较示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图并列举实施例，对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，一种生态经济价值转化水平的能值流向标定系统，包括：可更新自然环境资源输入核算模块、不可更新自然环境资源输入核算模块、系统外部输入核算模块、主产品输出核算模块、副产品输出核算模块和生态经济价值转化水平核算模块；

可更新自然环境资源输入核算模块集成了太阳能、风能、雨水势能、雨水化学能和地球旋转能的能值计算公式，输入并自动计算，计算结果表达可更新自然环境资源输入系统的能值水平；

不可更新自然环境资源输入核算模块集成了土壤流失损耗能和表土层有机物损耗能的计算公式，输入并自动计算，计算结果表示不可更新自然环境资源输入系统的能值水平；

系统外部输入核算模块用于测算从国外购买商品、技术和服务的能值水平，包括：进口商品、进口材料、进口能源、外商直接投资，输入并自动计算；

主产品输出核算模块用于核算系统在上述输入能值的支撑下，整个系统经济产出能值的总体水平，即三次产业的经济产出水平，集成了输出产品、输出服务的计算公式；

副产品输出核算模块用于核算系统污染物排放的能值水平，包括：气体废弃物、固体废气物和液体废弃物，这部分产品输出相对于主产品而言，是伴生的非直接为人类提供消费的产品和服务，而是还需要消耗一定的生态环境资源进行消纳的副产品；

生态经济价值转化水平核算模块用于核算系统在自然环境资源支撑下，剔除进口输出、环境副产品外，转化为经济产出的程度，即生态能值转化为经济能值的总体水平。根据可更新自然环境资源输入核算模块、不可更新自然环境资源输入核算模块、系统外部输入核算模块、主产品输出核算模块、以及副产品输出核算模块的计算结果，自动计算。

如图2所示，生态经济价值转化水平的能值流向标定方法，包括以下步骤：

1)确定生态经济系统研究对象的边界，绘制系统能值输入、输出和流向图。

2)依据生态、经济系统两分法，分类收集生态系统能值输入计算所需的地理要素(国土面积、平均海拔、耕地面积)、气象要素(年均降水量、年均风速)，及经济系统能值输出计算所需的(进口能源、商品及服务，三次产业增加值，“三废”排放量)相应年度数据。

3)根据能值计算法和能值转化率(表1、2)，分别计算系统的输入能量流。

表1

表2

根据表1、表2，借助能值转化率(Unit Emergy Value,UEV)将本地可更新、不可更新自然环境资源以及进口商品与服务能值转化为统一的太阳能值量化单位，基本公式如下所示：

式中，i＝1,2,3,…,n,U是输入到系统的总能值，单位sej；U

鉴于地球上的最终能量来源太阳能，太阳能、风能、雨水化学能、雨水势能实际都是太阳能的转化形式，为避免重复计算，生态经济系统中可更新自然环境资源(太阳能、风能、雨水化学能、雨水势能等)能值输入，只取其中的最大项。

经济系统中的进口商品和服务能值按单位美元的能值进行换算。

4)根据表1、2，分别计算系统的主、副产品输出能量流。

根据表1、表2，借助能值转化率(Unit Emergy Value,UEV)将系统三次产业输出的主产品和环境排放副产品能值转化为统一的太阳能值量化单位，基本公式如下所示：

式中，i＝1,2,3,…,n,U是输出系统的总能值，单位sej；U

经济系统中的环境排放物输出能值按单位重量或体积的能值进行换算。

经济系统中的三次产业主产品和服务输出能值按单位美元的能值进行换算。

5)编制能值流量账户表，分别计算研究的生态经济系统或区域支撑的自然环境资源能值输入(R+N)，以及系统输出的绿色经济净能值(Y-IM-W)。

6)评估生态资本向经济价值转化的水平(EET)，以单位自然环境资源能值的绿色经济能值输出表达EET＝(Y-IM-W)/(R+N)，值越大，生态-经济价值转化率越高，反之越低。

以东部地区的江苏省苏州、无锡、常州，浙江省湖州、嘉兴等城市以及西部地区的甘肃省定西市、青海省海西州为实施例，并以全国平均水平作为参照系，比较东、西部地区生态经济系统的生态-经济价值转化水平及其区际差距。

(1)依据生态、经济系统两分法，分类列出实施例生态系统能值输入计算所需的地理要素(国土面积、平均海拔、耕地面积)、气象要素(年均降水量、年均风速、蒸发)，及经济系统能值输出计算所需的(进口能源、商品及服务，三次产业增加值，“三废”排放量)参数。

(2)以2015年作为相应参数收集的时间点，依据生态、经济系统两分法，分类收集各实施例能值流计算所列的原始数据。

(3)根据分项能值计算方法和对应的太阳能值转化率(表1、2)，分别计算实施例各地市生态经济系统的输入、输出能量流。

(4)根据实施例各地市生态经济系统的输入、输出能量流，分别编制能值流量账户表3。

表3

(5)根据能值流量账户表3，分别计算各地市生态-经济价值转化水平(EET)。

(6)根据生态经济系统能值输入、输出和流向逻辑框图1和账户表3，绘制各地市的能值输入、输出流量和流向图3-7。

(7)玫瑰图直观表达各地市生态-经济价值转化水平差距(图8)。图8显示，在分析比较的8个实施案例区中，江苏省无锡市的生态-经济价值转化水平最高，EET达173.0，江苏省常州的EET也达到113.5，其价值转化水平显著高于西部地区的甘肃省的定西市(24.0)以及青海省的海西州(0.9)。同样较为发达的东部地区生态-经济价值转化的水平也显存异同，系统进口能值的输入、系统主产品的能值输出是影响转化率的关键变量。与同年全国的平均转化水平(57.4)相比，西部地区不仅与东部存在巨大落差，与全国的平均水平差距也极为明显，尽管西部地区的生态资源普遍较为富集，生态优势较为明显。这一评估结果同时也进一步表明，甘肃、青海等西部地区生态价值转化为经济价值的潜力和空间巨大。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。