基于数据包络分析的土地利用生态效率评价

生态学中的资源利用效率分析随着环保意识的日益增强，人们开始关注资源的可持续利用问题。

而资源利用效率是评估可持续发展的重要指标之一。

为了更好地探讨生态学中资源利用效率的分析方法和应用，本文将从以下几个方面进行阐述。

一、资源利用效率的概念资源利用效率指在资源利用的过程中，经济或社会系统所得到的剩余价值（又称净产品或净收益）与使用的资源（包括自然资源、人力资源、资本资源等）之比。

简单地说，就是资源利用产生的经济或社会效益与所消耗的资源之间的关系。

资源利用效率的提高能够带来多方面的好处，如降低资金成本、提高产出率、改善环境质量等。

因此，资源利用效率也被视为衡量经济和社会发展水平的重要指标之一。

二、资源利用效率的评价指标1. 内部资源利用效率内部资源利用效率指一个系统内部资源利用的效率。

即对属于一个社会或一个企业的内部资源进行利用的效率。

常用的指标包括单位能源消耗量、单位用水量、单位土地面积等。

这些指标可以反映生产过程中能源、水资源和土地使用方面资源的利用效率。

2. 外部资源利用效率外部资源利用效率指利用自然环境中的资源的效率，如开发自然资源、排放废弃物等。

常用的指标包括单位排放量、单位化学需氧量、单位二氧化硫排放量等。

这些指标可以反映生产和消费过程中对自然环境的影响，帮助评估企业和社会减少污染物排放的能力。

3. 社会资源利用效率社会资源利用效率是指社会环境中，社会从外部利用资源的效率。

社会资源利用效率评估主要基于社会行为和社会组织活动。

常用的指标包括人均GDP、人均能源消费量、人均水消费量等。

这些指标可以揭示资源利用效率与人类发展之间的关系。

三、资源利用效率的分析方法资源利用效率的分析方法主要包括数据包络分析法、灰色关联度分析法、经济效益分析法和生态脆弱性评估等。

1. 数据包络分析法（DEA）数据包络分析法是一种基于经济和管理理论的评估方法。

该方法可以评估单位资源利用效率，计算所有单位的资源利用效率评分，排除无效单位后，此方法可用作部门或公司行业的效率评估。

基于数据包络分析法的土地整治综合效益评价研究摘要：土地整治项目综合效益是评价一个土地整治项目的重要指标，研究土地整治项目的效益具有重要的现实意义。

本文引入数据包络分析法中的c2r模型，从投入产出两个大方面选取了8个因子构建了评价指标体系，并以卢龙县的6个项目进行实证。

最后证明，基于数据包络分析法是一种研究土地整治项目相对效率的有效手段，使评价结果客观性、稳定性更强，可为土地整治综合效益评价及土地整治项目选取工作提供决策服务。

abstract： comprehensive benefit of land remediation project is an important evaluating indicator of land remediation projects， which means study on the benefits of land remediation projects has important practical significance. this paper introduces c2r model， contained in dea， selecting 8 factors to construct the evaluation index system from the two major aspects of input and output， and analysis is made with 6 projects of lulong county an example. finally， it is proved that dea is an effective method to study the relative efficiency of land management project and it can improve the objectivity and stability of the evaluation result， thus providing reference for the evaluation of comprehensive benefits of land management and for land management project selection.关键词：土地整治；数据包络分析法；综合效益；评价key words： land management；dea；comprehensive benefit；evaluation中图分类号：f224 文献标识码：a 文章编号：1006-4311（2013）23-0318-020 引言我国人口多，人均耕地少，耕地后备资源不足，人地矛盾突出。

基于数据包络分析的环境绩效评价方法及其应用研究一、绪论随着环境问题日益突出，环境绩效评价已经成为复杂的环境管理系统中不可或缺的环节。

数据包络分析（DEA）作为一种多指标评价方法，具有在输入与输出之间进行比较评价的优势，已经在环境绩效评价领域中得到广泛的应用。

本研究旨在探索基于数据包络分析的环境绩效评价方法及其应用。

二、数据包络分析数据包络分析是一种以线性规划为基础的多指标评价方法，主要用于评价决策单位的效率和生产能力。

该方法通过对输入和输出数据的分析，根据权衡利益的原则，确定最优方案，以提高决策单位的效益。

数据包络分析模型有数据包络分析模型（DEA）、基于DEA的多层次指标评价模型（MDEA）和基于DEA的互补性评价模型（CDEA）等。

三、环境绩效评价环境绩效评价是对企业环境保护方面表现的评价，主要通过对企业的环境保护方面的投入和产出情况进行测量和分析，评估企业的环境绩效。

环境绩效评价在环境管理中具有重要作用，不仅可以促进企业环境保护意识的提高，也可以规范企业环境管理行为，提高企业的社会责任感。

四、基于数据包络分析的环境绩效评价方法在基于数据包络分析的环境绩效评价中，首先需要确定评价指标体系。

评价指标体系应包括环境投入和产出指标。

环境投入指标主要包括能源、水资源、环境设施等；环境产出指标主要包括废气、废水、固体废物等。

然后，根据评价指标数据，建立数据包络分析模型，计算企业的环境效率。

最后，通过对数据包络分析结果进行分析，得出对企业环境绩效的评价。

五、应用研究本研究以某化工企业为例，选取年度环境统计数据作为评价指标，采用基于数据包络分析的环境绩效评价方法进行研究。

结果显示，该企业的环境效率得分为0.78，相比其他同业集团具有较高的水平。

通过对环境投入和产出指标的分析，发现该企业的生产能力较强，但在节能降耗方面还有提升空间。

六、结论基于数据包络分析的环境绩效评价方法可以较为全面地评价企业的环境绩效，有利于推进企业环境管理水平的提高。

基于能值和数据包络分析的城市复合生态系统生态效率评估*孙　露1,2　耿　涌1**　刘祚希1,2　薛　冰1,2　刘　哲1,2　刘　竹1(1中国科学院沈阳应用生态研究所,中国科学院污染生态与环境工程重点实验室,沈阳110016;2中国科学院大学,北京100049)摘　要　生态效率是定量分析生态系统中社会㊁环境㊁经济投入与产出关系的有效工具,对量化城市复合生态系统的可持续发展水平起着重要作用㊂本文综合能值分析和数据包络分析方法,构建新的能值评价指标和新的城市复合生态系统生态效率度量模型指标,并以沈阳为例,从城市能值流和生态效率角度分析城市系统资源㊁环境㊁经济的可持续发展情况㊂结果表明:2000 2010年,沈阳市生态效率呈现波动上升的变化,能值产出率呈波动下降后缓慢上升趋势;环境负载率上升趋势明显,城市发展面临的资源压力不断增大㊂沈阳市在今后的城市生态系统建设中,应着重优化能源利用结构,提高不可更新资源利用率,促进废弃物资源化利用,全面推动城市可持续发展㊂关键词　能值;数据包络分析;生态效率;可持续发展中图分类号　Q149　文献标识码　A　文章编号　1000-4890(2014)2-0462-07Eco⁃efficiency evaluation of urban complex ecosystem based on emergy and data envelop⁃ment analyses.SUN Lu 1,2,GENG Yong 1**,LIU Zuo⁃xi 1,2,XUE Bing 1,2,LIU Zhe 1,2,LIU Zhu 1(1Key Laboratory of Pollution Ecology and Environmental Engineering ,Institute of Applied Ecology ,Chinese Academy of Sciences ,Shenyang 110016,China ;2University of Chinese Academy of Sciences ,Beijing 100049,China ).Chinese Journal of Ecology ,2014,33(2):462-468.Abstract :Eco⁃efficiency is an effective tool to quantitatively analyze the input and output relation of social,environmental and economic perspectives of one ecosystem.It plays a key role to evalu⁃ate the sustainable development level of an urban ecosystem.By combining emergy analysis and data envelopment analysis (DEA)methods,this study proposes innovative emergy⁃based indica⁃tors and one new DEA⁃based model to measure the overall eco⁃efficiency of one urban ecosystem by employing a case study on Shenyang.Both emergy flows and eco⁃efficiency were calculated in order to assess the sustainable development levels from regional resources,environment,and economy perspectives.The results show that during the period of 2000to 2010,the eco⁃efficien⁃cy of Shenyang had gradually increased.Emergy yield ratio first dropped a little bit,and then in⁃creased steadily.Environmental loading ratio rose significantly,showing an increasing resource pressure on Shenyang during its growth period.In order to improve its sustainable development,local governments should raise several appropriate policies,including optimizing energy⁃use structure,improving non⁃renewable resource use efficiency,and promoting waste recycling.Key words :emergy;data envelopment analysis;eco⁃efficiency;sustainable development.*国家自然科学基金项目(41101126㊁71033004㊁71325006)㊁国家科技支撑计划项目(2011BAJ06B01)和中国科学院 百人计划”项目(2008⁃318)资助㊂**通讯作者E⁃mail:gengyong@收稿日期:2013⁃08⁃04 接受日期:2013⁃11⁃12 城市作为人类经济活动和社会活动最集中的场所,是一类典型的社会⁃经济⁃自然复合生态系统㊂该系统具有开放性,与外界物质㊁能量和信息流动量大,有着多投入㊁多产出的特点,其中每个子系统有自己的结构㊁功能及其发展规律(马世骏和王如松,1984)㊂城市复合生态系统的可持续发展是实现人类可持续发展目标的关键区域,其可持续性评价引起了国内外学者的广泛研究(Nourry,2008;Singh 生态学杂志Chinese Journal of Ecology　2014,33(2):462-468et al.,2009)㊂生态效率是定量分析生态系统社会㊁环境㊁经济投入与产出关系的有效工具㊂生态效率是指通过提供具有价格优势的服务和商品,在满足人类高质量生活需求的同时,将整个生命周期中对环境的影响降到至少与地球的可持续承载力一致的水平上(OECD,1998)㊂自从生态效率的概念提出以来,生态效率在城市可持续发展研究中引起了广泛关注(孟庆堂等,2004;Usón et al.,2011;Liu et al.,2012),成为最能定量分析城市复合生态系统可持续发展的方法之一㊂目前生态效率主要应用在企业(张炳等, 2008)㊁行业(Gössling et al.,2005;Willison&Côté, 2009;毛建素等,2010)㊁城市及区域(Korhonen& Seager;2008;李名升和佟连军,2009;杨斌,2009)以及其他相关领域(D’Agosto&Ribeiro,2004;Sorvari &Antikainen,2009),尤其在城市区域以及国家循环经济建设等方面的评价研究较多(张妍和杨志峰, 2007;秦钟等,2010;尹科等,2011)㊂在研究方法上,生态效率评估方法主要有经济/环境单一比值法(Figge&Hahn,2004)㊁指标体系法(吴小庆等, 2008)㊁数据包络分析法(Dyckhoff&Allen,2001)等㊂近年来许多学者又将物质流分析(李名升和佟连军,2009)㊁生态足迹方法(王微等,2010;王义琛等,2011)㊁能值分析(耿勇和张攀,2007;赵卉卉等, 2012)等方法引入到生态效率的评估中来,丰富了生态效率评价理论和方法㊂本文基于生态效率概念,综合应用能值理论和数据包络分析方法,建立了城市复合生态系统能值评价指标体系,构建了新的能值评价指标以及新的城市复合生态系统生态效率度量模型指标㊂本文运用系统中可更新资源投入能值㊁不可更新资源投入能值㊁系统输入能值作为输入指标,以废物流能值㊁输出能值㊁GDP能值作为输出指标,将各个指标转换成同一量纲的能值指标,弥补了生态效率评估中各个指标单位不统一从而造成难以比较的问题,并通过在沈阳市的案例研究进一步探讨其在城市尺度的应用可行性㊂1　材料与方法1.1　数据来源选取2000 2010年的‘沈阳市统计年鉴“及‘沈阳统计手册“中历年的数据㊂1.2　能值分析能值分析理论由美国生态学家H.T.Odum最早提出(Odum,1988),指的是形成一种产品或服务的过程中直接或间接消耗的能量之和,被广泛用于不同类型生态系统的可持续发展评价(Ascione et al.,2009;Brown&Ulgiati,2010)㊂该理论自20世纪90年代初被引入中国后,许多专家学者以能值理论为基础从多角度开展了相关研究工作(刘浩等,2008;李恒等,2011;薛冰等,2013;Geng et al.,2013)㊂在研究过程中,将不同单位(质量g或能量J)的输入流,乘以相对应的能值转化率(UEV),即得到不同投入流的能值(sej),从而将不同类别㊁不可比较的能量转换成可比较的同一标准(隋春花和蓝盛芳,1999),以实现复合生态系统环境㊁经济㊁社会效益的定量分析,为城市复合生态系统的可持续发展提供科学依据㊂1.3　数据包络分析数据包络分析(data envelopment analysis,简称DEA),是以相对效率概念为基础,根据多指标投入和多指标产出,对于相同类型决策单元进行相对有效性或效益评级的一种系统性分析方法(尹科等, 2012)㊂其具有所需指标少,有较高的灵敏度和可靠性,可以对无法价格化以及难以确定权重的指标进行分析等优点㊂DEA模型是直接使用输入㊁输出数据建立非参数的经济数学模型㊂第一个数据包络模型是由Charnes和Cooper(1978)提出的投入导向模型(CCR)㊂该模型设有n个决策单元(DMU),每个单元(DMU)都有m种投入变量和s种产出变量㊂本文采用Anderson和Petersen(1993)提出的一种改进的DEA模型,即超效率DEA模型,可以对同为DEA有效的DMU做进一步的评价,评价结果更有区别性,其模型为:minθ0s.t.∑n j=1j≠0λj x ij+s i-=θ0x i∑n j=1j≠0λj y ij-s i+=y i∑n j=1j≠0λj=1λj≥0,j≠0θ0,λ,S i-,S i+≧0,i=1,2 n,j=1,2 n 式中,λj为权重变量,S i-,S i+分别为输入和输出的松364孙　露等:基于能值和数据包络分析的城市复合生态系统生态效率评估弛变量,θ0为评价单元的效率值,令θ0㊁λ㊁S i-㊁S i+为给定问题的最优解,求解该模型㊂当θ0≥1,且S i-= S i+=0时,则表明DEA有效;当θ0﹤1或S i-≠0, S i+≠0时,则表明非DEA有效,或者技术无效,或者规模无效(武春友和吴琦,2009)㊂2　评价指标与模型构建2.1　能值分析评价指标体系在识别城市复合生态系统能量流动的基础上,建立反映系统生态㊁经济和社会的能值分析评价指标体系(表1)㊂ 基于生态效率的概念,构建了新的城市系统能值评价指标:能值生态效率(emergy⁃based eco⁃effi⁃ciency indicator,简称EEEI)㊂该指标可以通过系统输出能值除以系统利用的总能值来计算,能值生态效率越高,表明系统的可持续发展程度越强,其计算公式如下:EEEI=Em oEm I+R+N2.2　基于DEA的生态效率评价指标体系结合DEA分析模型,综合考虑城市复合生态系统的各种能值流,建立新的基于DEA分析的城市复合生态系统能值生态效率评价指标体系㊂该体系采用可更新资源能值㊁不可更新资源能值㊁输入能值作为DEA分析模型的输入指标;将输出能值㊁GDP能值㊁废物流能值作为DEA分析模型的输出指标㊂具体的指标体系见表2㊂表1　城市尺度能值分析评价指标体系Table1　Emergy evaluation indicators at the city level一级指标序号二级指标表达式结构指标1当地可更新资源R2当地不可更新资源N3外界投入能值Em I4废物流W5输出能值Em O6系统能值总用量U=Em I+R+N功能指标7能值自给率ESR=(R+N)/U8能值密度EPA=U/area9能值投资率EIR=Em I/(R+N)效率指标10能值产出率EYR=(R+N+Em I)/Em I 11净能值产出率NEYR=Em O/Em I特征性指标12环境负载率ELR=(Em I+N)/R13可持续发展指数ESI=EYR/ELR14改进的可持续发展指数EISD=EYR×EER/ELR 表2　城市复合生态系统能值生态效率评价指标体系Table2　Emergy⁃based eco⁃efficiency evaluation indicators for one urban ecosystem一级指标类别传统指标基于能值的分析指标输入能源消费总量不可更新资源能值水资源消耗建设用地面积-可更新资源能值固定资产投资投入能值输出非期望产出废气排放固废排放废水排放期望产出-输出能值GDP GDP能值3　结果与分析3.1　沈阳市城市复合生态系统能值分析通过对沈阳市城市复合生态系统生态㊁经济和社会子系统的能值分析,构建沈阳市城市复合生态系统能值流动图(图1)㊂沈阳市城市复合生态系统主要包括自然生态子系统㊁农业生态子系统㊁工业生态子系统㊁交通㊁旅游㊁贸易等社会经济子系统㊂ 根据能值分析方法,利用上文能值分析评价指标体系,结合沈阳城市复合生态系统能值流动图,对沈阳市在2000 2010年相关能值流进行计算分析㊂根据计算结果,沈阳市在2000 2010年系统所利用的可更新资源数量变化不明显,但占系统能值总用量的百分比由2000年的4.64%下降到2010年的1.85%,可更新资源利用总量基本维持平稳,但是不可更新资源与外界资源投入持续增加,因而可更新资源利用比例降低㊂表明沈阳市更加依赖不可更新资源和外来输入能值的使用,来自外界的资源投入对系统的影响逐渐上升㊂与此同时,沈阳市在图1　沈阳市城市复合生态系统能值流动图Fig.1　Emergy flow diagram of Shenyang urban ecosystem464 生态学杂志　第33卷　第2期　表3　沈阳市能值分析评价指标结果Table 3　Results of emergy evaluation indicators in Shenyang指标20002001200220032004200520062007200820092010可更新资源能值(×1021sej) 3.00 2.93 3.17 3.51 3.13 3.27 2.96 3.07 3.03 2.95 3.07不可更新资源能值(×1022sej) 1.52 1.60 2.09 2.46 3.09 3.02 3.682.742.672.713.17投入能值(×1022sej)4.655.23 5.737.579.028.6410.8011.4013.0012.4013.10废物流能值(×1020sej)9.429.379.349.328.2512.2015.6012.8012.6015.8021.10输出能值(×1022sej)2.74 2.30 2.883.685.795.236.777.7711.7012.2014.00系统能值总用量(×1022sej) 6.487.128.1310.4012.4012.0014.8014.5016.0015.4016.60能值密度(×1012sej㊃m -2) 5.03 5.53 6.318.069.649.3011.5011.2012.4011.9012.90能值自给率0.280.270.300.270.270.280.270.210.190.200.21能值投资率 2.55 2.77 2.38 2.69 2.65 2.58 2.72 3.75 4.38 4.12 3.78能值产出率 1.39 1.36 1.42 1.37 1.38 1.39 1.37 1.27 1.23 1.24 1.26净能值产出率0.590.440.500.490.640.610.630.680.890.99 1.07环境负载率20.5723.3024.6428.5938.6535.6649.0146.2451.8951.0953.12可持续发展指数0.070.060.060.050.040.040.030.030.020.020.02改进的可持续发展指数0.110.130.110.100.060.060.040.040.030.020.022010年对不可更新资源的投入量是2000年的2.08倍,其中原煤投入量的增长较大,增加了68.5%,不可更新资源占系统能值总用量百分比由23.54%下降到19.09%,总体呈现略微下降的趋势㊂这表明沈阳市在2000 2010年系统输入能值的总量明显增加,体现出其社会经济发展对系统外部资源的依赖性不断增加㊂2000 2010年,沈阳市系统能值总用量由6.48×1022sej 变为1.66×1023sej,增加了156%;系统投入能值由4.65×1022sej 上升为1.13×1023sej,是2000年的2.82倍;而输出能值由2000年的2.74×1022sej 上升到2010年的1.40×1023sej,是2000年的5.10倍,其增速明显高于系统能值总用量㊂虽然在此期间沈阳市城市系统废物流的能值也增加了124%,但是其增长速度明显低于输出能值的总量㊂这表明随着经济的不断发展和技术的进步革新,系统的能值利用效率在不断提高,单位输入能值的产图2　沈阳市城市生态系统能值流变化趋势Fig.2　Trend of emergy flows in Shenyang urban ecosys⁃tem出量显著增加㊂ 2000 2010年,沈阳市城市生态系统能值自给率保持在0.25左右,总体呈略微下降趋势,变化幅度很小㊂能值自给率为本地可更新与不可更新资源总投入能值与外地输入能值之比,该值越高表明系统的自给自足能力越强㊂沈阳市能值自给率较低,表明对系统在快速发展的过程中不断依赖外来资源的投入㊂能值投资率是外界投入能值和本地投入的可更新及不可更新资源能值之比,可以衡量一个地区的经济发展程度㊂较高的能值投资率意味着本地对外界的各类资源投入依赖程度较大,经济的发展程度也较高㊂2000 2010年,沈阳市系统能值投资率呈现波动性上升趋势㊂具体而言,2000 2006年,能值投资率平稳上升;从2006年开始,先呈明显的上升趋势,然后小幅下降㊂这是因为自2006年以来,沈阳不断提高招商引资力度,实际利用外资呈现巨大的增长趋势,年平均增长率达92.85%,对系统的社会经济发展起到了巨大的推动作用㊂ 沈阳市2000 2003年环境负载率迅速上升,在2004年达到高值;2004 2005年,系统的环境负载率平稳下降;2006 2010年该值逐年上升,其中2007年略微下降㊂一般ELR ﹤3时,系统表现为低负荷,在3﹤ELR ﹤10,系统表现为中度负荷,当ELR>10时,系统表现为高负荷㊂因此,2001 2010年沈阳市的环境负载率一直处于高负荷状态,说明本地经济发展对环境带来的压力日益增加㊂由于沈阳市是一个典型的老工业城市,其重工业比重大,虽564孙　露等:基于能值和数据包络分析的城市复合生态系统生态效率评估图3　沈阳市能值投资率和自給率指标变化趋势Fig.3　Trend of EIR and ESR indicators in Shenyang然近年来一直在调整产业结构,但仍然需要大量外来资源尤其是不可更新资源的投入㊂随着经济的不断增长和系统能值的利用总量和强度不断增加,沈阳市系统环境负载率将继续处于不断上升的趋势,对环境带来的压力较大,急需寻找合适的对策应对㊂沈阳市系统能值产出率在研究期间下降明显㊂其中2000 2005年呈现相对平稳趋势,系统能值产出率保持在1.37左右;2006 2008年表现为不断下降,并在2008年达到最低值1.23;2008 2010年能值产出率缓慢上升㊂能值产出率是出口能值与购买能值的比率,其值大表明其输出的真正能值财富多于其购入的能值财富,从能值的角度看对系统是不利的㊂反而EYR 小于1则对系统有利(李金平等,2006)㊂沈阳市的能值产出率下降对于沈阳市的可持续发展是有利的,下降空间与发达国家相比还较大,需要进一步探索合理下降路径㊂ 改进的可持续发展指数(EISD)加入了能值交换率,更能反映系统社会经济效益的变化,EISD 值越高,表明单位环境压力下的社会经济效益越高㊂图4　沈阳市环境负载率和能值产出率变化趋势Fig.4　Trend of ELR and EYR in Shenyang传统的ESI 指标更适合评价自然生态系统,对于城市这类以人为主题㊁以大量消耗自然资源为特征㊁以复杂的信息来驱动的复合产业生态系统并不合适,因为评价的结果都是ESI 值较低,无法科学确定城市发展的可持续水平(Lu et al .,2003)㊂沈阳市2000 2010年ESI 和EISD 变化趋势基本相似,EISD 的变化受能值产出率和环境负载率的影响呈现出波动性的变化,具体表现为:2000 2004年沈阳市环境负载率迅速上升,能值产出率基本不变,因而EISD 迅速下降,并在2004年达到了最小值0.06;2004 2005年,由于能值产出率的回升,EISD值呈现短暂上升;2006 2010年EISD 值一直下降,并在2010年达到了最小值0.02,说明沈阳市的可持续发展程度不断下降,需要进一步探索如何采取切实可行的对策措施来缓解快速发展所带来的诸项挑战㊂例如,沈阳市在以后的发展过程中需要改变以不可更新资源(如化石能源,尤其是煤)为主体的能源结构,在提高不可更新资源利用率的同时,积极开发可更新能源(如风能㊁太阳能㊁地热能等),并提高对各类原生资源的利用效率,避免资源浪费,减少系统排放,以降低系统环境负载率;在技术层面上,应该在原有基础上不断引进新的技术,尤其是节能减排技术及设备,并通过环境教育提高公民的环境意识,从社会层面鼓励可持续消费,以提高系统能值产出率㊂3.2　基于DEA 分析的沈阳市能值生态效率评价利用新构建的DEA 生态效率能值度量模型,将整理好的2000 2010年的各个指标数据输入DEA 模型进行计算,得出沈阳城市复合生态系统的能值生态效率㊂其中生态效率值θ1为同时包含期望产图5　沈阳市可持续发展指数与改进的可持续发展指数变化趋势Fig.5　Trend of ESI and EISD in Shenyang664 生态学杂志　第33卷　第2期　表4　沈阳市生态效率值和能值生态效率计算结果Table 4　Value of eco⁃efficiency and EIEE in Shenyang年份生态效率值(θ1)生态效率值(θ2)能值生态效率EEEI(%)2000 1.150.8242.3620010.930.7132.302002 1.040.9335.4520030.840.8435.4020040.870.8746.622005 1.11 1.1143.6720060.960.9645.8220070.860.8653.602008 1.15 1.1572.862009 1.09 1.0979.5620101.281.1484.41出与非期望产出的计算结果,生态效率值θ2为仅包含期望产出的计算结果㊂利用构建的新的能值生态效率指标进行计算,得到能值生态效率的结果㊂ 2001 2010年,沈阳市系统的能值生态效率呈现出波动变化趋势㊂其能值生态效率自2004年达到顶点以后先是缓慢下降,然后一直处于稳步上升趋势,在2007年后迅速上升,这表明自2005年以来,沈阳市对系统输入资源的利用率逐年增大,系统产出更多㊂包含期望产出与非期望产出的生态效率值θ1在2000㊁2002㊁2005㊁2008㊁2009和2010年生态效率值分别超过了1,而仅包含期望产出的生态效率值θ2在2005㊁2008㊁2009和2010年超过了1,表明沈阳市2005㊁2008㊁2009和2010年的经济活动生态效率为相对有效,系统的可持续发展处于较好的阶段㊂总体来讲,沈阳市是典型的老工业城市,重工业比重大,资源消耗性企业多,产业结构过分依赖外界资源㊂在沈阳市社会一次性能源消耗结构中,居民消耗所占比例非常小,一直以来仅占总额的1%左右,而工业消耗占了绝大部分㊂2006年以来,沈阳市先后实施低碳发展计划和循环经济规划,对产业结构进行调整和升级,提高资源利用效率,向现代低碳城市和新型工业化城市转型㊂因而在此期间其净能值产出率和能值生态效率不断提高㊂但是沈阳市资源消耗型的经济结构并未彻底改变,仍将面临社会资源消耗不断增高的挑战㊂尽管沈阳城市复合生态系统的能值生态效率在不断提高,但由于正处在工业化和城市化的快速发展时期,系统的产出增长需要外界资源的大量投入,而资源消耗的总量不断增长必然造成系统的环境负图6　生态效率值θ2和能值生态效率结果对比Fig.6　Comparison of eco⁃efficiency value θ2and EEEI载率不断增加,造成系统的环境压力不断增大㊂沈阳市所处的特定发展阶段和老工业基地的地位客观上决定了沈阳市产业结构优化调整的难度依然很大,所以其可持续发展形势依然严峻㊂在这样的局面下,沈阳市只有通过产业结构调整与升级,大力推广可更新资源,尤其是太阳能㊁地热能和风能的应用,并通过大力发展循环经济,通过企业层面的清洁生产和工业园层面的产业共生活动,并在城市层面建立区域产业共生网络,促进废弃物循环回用和再生利用,才能提高系统资源利用效率和生态效率,减小环境代价,从源头上控制资源的过度消耗,从而实现系统的可持续发展㊂4　结　论本文综合能值分析和数据包络分析方法,构建了城市复合生态系统能值生态效率评价指标以及新的DEA 模型指标,并将其应用到沈阳这一典型的老工业城市的实例研究中㊂从城市能值流向和生态效率两个角度对沈阳城市复合生态系统生态效率和可持续发展情况进行了全面综合分析,对老工业城市可持续发展水平定量化研究具有一定的借鉴意义,同时对国家地区制定相关区域发展政策具有一定的参考价值㊂通过开展沈阳市的能值分析,发现在2000 2010年沈阳市城市复合生态系统生态效率和能值生态效率均呈现先迅速上升后迅速下降又缓慢上升的波动性变化,系统发展的粗放型特征非常明显,表现在系统环境负载率不断上升,对系统的环境压力不断增加;系统对外界资源尤其是不可再生资源的依赖程度较高,输入能值尤其是不可更新资源的利用效率和废弃物资源化利用程度还有待提高㊂从当地资源利用角度上看,沈阳市应该不断优764孙　露等:基于能值和数据包络分析的城市复合生态系统生态效率评估化能源结构,积极开发太阳能㊁风能㊁地热能等清洁能源,降低不可更新资源利用率㊂从提高生态效率角度上看,沈阳市应该不断淘汰落后产能,积极引进节能减排技术和设备,提高煤㊁石油㊁天然气等在能源结构中占据较大比重的不可更新资源的利用效率,同时通过自主创新,生产高附加值产品,提高系统的能值产出率㊂从资源循环利用方面上看,今后沈阳市在城市生态系统建设过程中应该大力发展循环经济,促进废弃物循环利用,从而实现经济㊁环境和社会的协调发展㊂在企业层次上,应该大力推进科技创新,通过生态设计和清洁生产等手段提高废物利用率㊁资源生产率,降低污染排放㊂在工业园区层次上,应该推动生态工业园的建设,不断推进企业间副产品的交换,逐渐实现产业共生㊂在城市层次上,应大力推进区域产业共生网络的建设,并坚持生产环节与消费环节并重,通过能源结构调整与产业结构升级,优先实施资源使用和废物产生的减量化,不断促进废弃物循环回用和再生利用,提高资源利用效率㊂参考文献耿　勇,张　攀.2007.基于能值分析的工业园生态经济绩效评价研究.预测,26(5):64-70.李　恒,黄民生,姚　玲,等.2011.基于能值分析的合肥城市生态系统健康动态评价.生态学杂志,30(1):183 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