產業生態系統及其資源生態管理理論研究

摘要 產業資源生態管理是產業可持續發展的重要保障。也是循環經濟領域的前沿熱點問題。在全面分析當前國內外相關研究的基礎上。運用系統論和生態學原理，闡明了產業生態系統是由企業及其消費群體與其支撐環境構成的一個具有自調節能力的自組織系統。深入剖析了產業生態系統的結構及功能特征，系統分析了產業生態系統中產業群體(生產者、消費者和分解者)及環境要素(生物、非生物、物質資源)的組成。產業生態系統具有以資源供求為關系的資源網結構，在種類和數量上具有時間和空間動態變化的特征：市場需求和政策直接影響產業群的種類和規模；分解者的功能是將廢棄物收集、分類、再資源化以及無害化處理排放。指出了傳統產業系統資源管理中條塊分割，產業生態系統資源網不完善以及分解者功能欠缺等弊端。論述了產業資源生態管理應遵循的原則。系統闡述了產業資源流動的生態網絡構架。提出了基于循環共生網絡系統的資源開采、利用和廢棄物排放整體生態管理的新模式，為循環經濟的實現提供了一條資源可持續管理的新途徑。

關鍵詞 產業；生態系統；生態管理；循環；共生

中圖分類號F205 文獻標識碼A 文章編號1002-2104(2010)06-0080-07

追求社會發展和文明是人類永恒的主題。在人類文明不斷發展的漫漫長河中，人類通過生產活動和生活活動與自然生態系統不斷發生著物質和能量的交換。通過這種相互作用，人類社會從原始文明，歷經農業文明，發展到工業文明。每一個文明階段人類社會都在經濟和社會發展中發生了質的飛躍，人類獲得了前所未有的物質的享受和便利舒適的生活條件。但與此同時，自然生態系統由此受到的擾動已使之不堪重負。

從生態學的角度來審視人類生產活動，其實質上可視為產業生態系統的發展。相比較自然生態系統的發展，同樣是從自然環境中獲取資源，但為什么自然生態系統能得到和諧可持續的發展?而產業生態系統卻面臨嚴重的生態環境問題?人類開始反思產業系統資源利用的模式問題。資源代謝在時間和空間尺度上的阻滯或耗竭是造成嚴重生態環境問題的主要原因。傳統的高投入、高消耗、低效率、難循環、不協調、高污染的產業發展模式已不適應人類可持續發展的要求。如何建立新的產業資源管理模式，使資源得到合理開發、循環和利用，是人類社會發展面臨的重大課題。論文在分析國內外產業生態系統資源管理研究的基礎上，運用系統論以及生態學原理等，闡明了產業生態系統的內涵，深入剖析了其資源流的特征和結構，系統分析了傳統產業生態系統資源管理的弊端，借鑒自然生態系統資源流動的模式，系統闡述了產業資源流動的生態網絡構架，提出了基于循環共生網絡系統的產業生態系統資源生態管理的新模式。

1 產業資源生態管理研究基礎

1935年英國植物學家Tensley提出的生態系統的概念，為產業生態系統的管理和發展奠定了理論基礎。他認為自然生態系統是一個由生產者、消費者和分解者組成的具有自調節功能的自組織復合有機體。這樣的有機體各子系統經過長期的協同作用，通過生產者、消費者和分解者構成復雜但高效的食物網，物質和能量在這個系統能得到有效利用和流動，保障了系統健康持續的發展。1989年，通用汽車公司的科學家Frosch和Gallopoulost首次提出并分析了產業生態系統的概念，指出傳統產業系統可向自然生態系統學習，并可以建立類似自然生態系統的產業生態系統。在這樣的系統中，每個企業通過物質流和能量流都與相關企業相互依存、相互聯系，從而構成了一個協調的復合大系統。通過資源的合理循環利用，減少工業系統的發展對生態環境的影響。他們的研究為產業資源的生態管理和發展奠定了理論基礎。

早在20世紀50、60年代針對產業發展帶來的嚴重的生態環境問題，許多科學工作者開始思考產業系統資源生態管理的問題。早期的產業資源管理研究是從產業資源流代謝分析的角度而展開的，主要從城市代謝與污染物路徑分析兩方面展開。1965年Abel Wolmzn發表了第一篇有關城市代謝的文章，揭示了城市物質代謝引發的環境問題。1970年Newcombe等研究了香港城市的物質代謝，分析了城市發展的物質消耗對資源和環境的影響。1997年Ktinig重新對香港城市的代謝進行了分析，通過比較得出1997年的物質消耗比較1970年增加了149％。1972年Huntzicker等對洛杉磯地區汽車排鉛的物質平衡進行了研究，分析了該地區汽車排鉛主要的源、路徑和匯。1985年Ayres等研究了Hudson-Raritan流域從1885～1985年100年間的重金屬元素的源、路徑和匯。1976年Rauhut對美國礦物清單進行了分析。1989年Ayres提出產業代謝的分析，目的是通過物質減量化和物質循環協調經濟發展和資源環境保護的關系。為分析資源進入經濟消費系統后的路徑和特征，Baccini和Brunner在1991年提出了物質流和元素流的分析框架。20世紀90年代，德國WuppertaI研究所又提出了物質流帳戶體系(MFA)，它提供了定量測度經濟系統運行中物質使用量的基本工具。2001年歐盟制定了一個分析國家層面物質流的方法指南。我國學者在資源流分析和管理方面也進行了積極的探討。

當前產業資源管理的研究以物質流分析為基礎結合生命周期評價與投入產出分析在各層次都展開了廣泛的研究。從尺度上分為國家、區域、城市、開發區。在國家層面上研究側重于國家經濟一環境系統的物質流總量的輸入輸出分析，以及國家物質流帳戶的研究。在區域尺度上側重于物質的輸入和輸出以及基于物質流分析的區域生態環境影響分析。在城市尺度上側重城市代謝、物質流帳戶及其生態環境影響和生態調控分析。在生態園區的尺度上主要側重產業的物質流動分析。

從研究內容上分可分為：理論研究與應用研究。其中理論研究主要有物質流分析方法與投入一產出分析模型的研究；生命周期評價方法的研究；工業共生網絡運作模式的研究。應用研究又包括建筑、半導體、水泥及啤酒等行業物質流分析。企業物質流分析，金屬元素物質流分析，以及非金屬元素物質流分析。

通過分析已有研究成果可以顯見，在產業資源管理中資源流分析方法的研究、資源流的物質量及其生態環境影響分析上取得了不少的成果。但對資源生態管理模式的研究還處于起步階段。如何運用生態學原理改變傳統資源流結構，通過生態重組和設計形成新的循環共生模式，建立產業生態系統資源生態管理機制，從而促進產業資源有效利用和減少廢棄物的生態環境影響是當今急需研究的重要科學問題。這也是本論文的研究目的。

2 傳統產業資源管理

產業資源管理是產業生態系統可持續發展的重要保障，傳統的管理方式是以經濟效益為主要目標的資源開發一資源使用一廢棄物排放三部分分割式的管理模式。資源開發主要為經濟發展提供需要的原材料，由原料管理部門管理；資源使用主要由產品生產企業生產市場需求的產品，從而獲得高額利潤，由產業和消費品等方面部門管理。廢棄物排放是將生產中廢棄物排向自然生態系統的過程，由環境保護部門管理。因此三方面根據各自的目的進行資源的分配，分別由不同的管理部門進行管理，同時三個方面又通過資源流相互聯系。由于資源開采和使用中忽視自然生態系統資源的有限性和環境容量的限制，管理目標不同導致三方面的管理難以協調，在管理中造成三方面問題：①在資源獲取時因過度開采造成生態環境的退化，例如對森林資源的過度砍伐，導致森林的面積縮減，生物多樣性銳減，嚴重的水土流失，森林的服務功能(如調節氣候，凈化空氣等)喪失。根據統計，世界郁閉森林面積1978～2000年從25.6×108 hm2減少到21.2×10hm2。嚴重影響了資源的可持續利用。②資源利用時因不合理使用導致利用效率低下造成大量浪費，例如，我國的單位資源的產出水平相當于美國的1/10，日本的1/20，德國的1/6；我國每噸標準煤的產出效率為美國的28.6％，歐盟的16.8％，日本的10.3％。資源利用效率低下不僅造成資源短缺，還造成廢棄物的大量產生增加對自然生態環境的脅迫。③在廢棄物排放時因大量排放導致環境管理效率低下，污染物排放超出環境容量并伴有大量的有毒有害物質而導致嚴重的環境污染和生態破壞，并對人類健康造成危害。據統計，1980年人類活動就已使鉛、砷、鉻等有害金屬向環境的排放超出了天然活動的排放。導致嚴重的生態環境問題。因此，傳統的產業資源管理模式嚴重阻礙了城市生態系統的可持續發展。

3 產業生態系統

3.1 產業生態系統的內涵

生態學認為生態系統是指在一定時間和空間范圍內，由生物群落及其環境組成的一個整體，該整體具有一定的大小和結構，各成員借助能量流動、物質循環和信息傳遞而相互聯系、相互影響、相互依存，并形成具有自組織和自調節功能的復合體。自然生態系統經過長期的進化和演替，生物群落與其環境形成了一個協調持續發展的整體。通過生產者、消費者和分解者組成的食物網，物質得到高效循環利用。因此，從整個系統來看，沒有廢棄物的壓力，使系統能得到和諧可持續發展。

根據生態學原理，當前產業生態系統可視為一個特殊的生態系統，是在一定時間和空間范圍內，由產業群體與其支撐環境組成的一個整體，這個整體也是具有一定的大小和結構，各成員通過物質、能量及資金的流動及信息的傳遞相互關聯構成了一個具有自組織和自調節功能的復合體。其結構由產業群體及其環境組成(見圖1)，其中產業群體主要有生產者、消費者、分解者。環境要素主要由生物環境、非生物環境，物質資源組成。其中生產者主要包括：資源開發企業，原料生產企業，原料生產農場；消費者主要包括：產品生產企業、供應商、銷售商、單位消費體、個體消費體等；分解者主要包括：廢品收購站、廢品分類廠、廢品加工廠，垃圾處理廠。生物要素主要包括：動物，植物，微生物；非生物要素：氣候(光、溫度、降水、風等)，市場(參與者、價格、資金、交易場所等)，管理(管理部門，政策，法規，司法等)；支撐(網絡信息，交通等)；物質資源：能源(化石燃料，太陽能，風能，水能，生物能，潮汐能等)，礦物(自然元素礦，化合物礦)，其他(森林，農產品，固定資產)。

3.2 產業生態系統的結構特征

產業生態系統的結構具有明顯的空間結構、時間結構及資源結構特征。隨著時間的變化，產業群在空間和資源結構上都可能發生變化。空間結構主要有聚集和分散，有的聚集在一個產業園區中，有的分散在不同的區域，通過交通運輸聯系。從時間結構分析，隨著時間的變化產業生態系統也作相應的調整，短期引起企業產品的變化，如隨著季節的變化產品種類也發生變化等。長期引起產業群組成或性質(產業結構調整)的變化，如我國“十一五”規劃中明確指出產業結構將向“高新技術、創新企業和環保節能型產業”發展。從資源結構分析，由于不同社會經濟功能形成了不同的產業結構，根據國際標準產業分類(ISIC)，共分17個部門和99個行業。我國有三次產業的劃分：農業(種植、林業、牧業、漁業)、工業(制造、電力、供水、建筑)、其他(流通和服務)。在這些不同的產業中資源結構具有獨特的資源鏈及資源網的特征。而且越是生態環境友好的產業其資源鏈越完整并且資源網絡特性越突出。如廣西貴糖集團模式中的甘蔗一紙漿一造紙以及制糖一發電一水泥等資源鏈結構，以及由各資源鏈構成的由制糖廠為核心企業由化肥廠、釀酒廠、發電廠、水泥廠、養魚廠、紙漿廠、造紙廠共同組成的一個資源生態網絡結構。

在資源生態網結構中共生是一個重要的影響因素。共生機制是構建產業生態系統的基礎，它決定了生態產業群的結構。美國耶魯大學chertow教授通過分析資源共生機制將生態產業群分成五類：①以廢物交換為基礎構成的生態產業群；②在同一個企業內通過資源交換構成的生態產業群；③在一個工業園區通過資源交換構成的生態產業群；④不同園區通過資源交換構成的生態產業群；⑤通過虛擬網絡構建的生態產業群。我國學者王兆華等提出了生態工業園中產業共生網絡的運作模式：①以一個或多個企業為核心的依托型模式(如廣西貴糖集團模式，丹麥卡倫堡生態工業園模式)；②平等型模式(加拿大波恩賽德工業園)；③依托型與平等型混合模式(奧地利Styria生態工業園模式)；④虛擬網絡模式(美國布朗斯維爾生態工業園和北卡羅萊納州三角研究園)。

由于產業生態系統的發展是一個動態發展的過程，例如，生態產業園的穩定性受市場、消費者、政策等因素的影響，根據熱力學定律，孤立系統如果不可逆則熵是逐漸增大的，最終導致系統趨向瓦解。因此，任何一種孤立的模式都難以持續，論文認為資源生態管理需要引導產業構建對外開放的，保持系統負熵遞增的發展模式，構建以網絡為依托的由資源循環共生及多模式并存的產業資源循環共生網絡機制。

3.3 產業生態系統的功能及資源流

根據生態學原理，產業生態系統的主要功能也可從生產者功能、消費者功能和分解者功能三部分功能來分析。通過物質、能量及資金流動以及信息傳遞，三方面功能形成有機整體。其資源流是實現這些功能的命脈(見圖2)。生產者功能主要是利用自然資源生產消費者需要的各種原料，這些原料產品是圍繞消費市場來生產的，在種類和數量上具有時間和空間動態變化的特征。消費者的層次主要分四層：產品生產企業，供應商、銷售商、單位和個體消費者。初級消費者(產品生產企業)的功能是將原料加工成產品，提供給下一級消費層使用，起到了對原料的再加工作用和物質資源的傳遞作用。其中，在企業共生體中，企業與企業的消費聯系主要是通過產品或副產品的利用，即上游企業的產品或副產品成為下游企業的原料。消費級主要由上下級的個數決定。另外，消費者的需求直接影響企業群的種類和規模。分解者的功能是將生產者和消費者的廢棄物收集、分類、再資源化、無害化處理排放。使得整個系統的廢棄物得到資源化和無害化處理，減弱系統排放對生態環境的脅迫。

產業生態系統傳統的發展是以經濟利益最大化為核心的，忽視自然生態系統的支撐能力和發展。在資源管理上，資源的獲取和廢棄物的排放是分割的，系統沒有形成廢棄物質資源化的物質循環機制。通過功能分析，可得在傳統產業生態系統中資源鏈和資源網還不完善，且分解者的功能未能良好發揮。這導致了整個系統資源流的不合理性而引發的生態環境問題。因此，傳統的資源管理模式造成了嚴重的生態環境脅迫而阻礙了城市的可持續發展，急需管理模式上的創新。

4 產業資源生態管理的內涵與原則

傳統產業資源的管理由于偏重于資源的經濟和社會效益而忽視資源的生態效益，只注重資源的經濟成本而無視資源的生態成本，片面強調過程末端的環境管理而忽視系統的生態管理，導致資源開發、生產、利用和排放等管理部門因條塊分割而低效，不僅浪費了大量的資源而且還造成了嚴重的生態環境破壞。產業資源生態管理是解決當今產業資源管理問題的有效途徑。

產業資源生態管理的內涵就是在系統觀的指導下，運用系統工程理論和生態學原理為產業生態系統資源流的生態重組和生態設計，促進生態產業循環鏈為基礎的產業資源共生網絡機制的形成提供管理方法和政策保障，實現產業資源開發的經濟效益、社會效益和生態效益的協調統一。為此，產業資源生態管理需要遵循如下原則：

(1)整體性原則：產業資源管理系統是由資源開發、資源利用、廢棄物排放三方面組成的一個大系統，在管理上要以系統分析的原理和方法為指導，注重三方面的利益與自然生態環境的協調統一。

(2)協調共生原則：產業生態系統各子系統之間和各生態要素之間相互影響、相互制約，不僅影響到系統的穩定性，而且直接關系到系統的結構和整體功能的發揮。因此，在產業資源管理中必須遵循協調共生的原則。共生是不同種類的子系統合作共存、互惠互利的現象，在產業生態系統中，指正確利用不同產業和部門之間互惠互利、合作共存的關系，合理的產業結構的調整和生產力的合理布局。其結果是所有共生者都大大節約了原材料、能量、資金和運輸量，系統獲得了多重效益。協調共生就是要保持各利益相關部門的有序、協調和合理組織，使系統效益最優。

(3)反饋原則：系統發展一般都受兩種機制控制，一是正反饋，它導致系統的無止境增長；另一種是負反饋，它使系統不斷衰退。正負反饋作用相當時，系統維持在穩態或附近，一般來講，系統發展的初期正反饋占優勢，在晚期則負反饋占優勢。在產業資源管理中需要不斷增強正反饋，修正負反饋，使系統向良性的方向發展。

(4)循環原則：物質的循環是自然生態系統的基本功能。自然生態系統在長期的生態演替中形成了高效穩定的循環體系，保障了系統的健康發展。產業資源的生態管理就是要構建資源流在整個系統中的良性循環，使產業生態系統與自然環境系統能得到協調發展。

(5)和諧發展原則：發展是一種漸近的、有序的系統發育和功能完善的過程。系統演替的目標在于功能的完善，而非結構或組分的增長；系統和諧發展原則就是保持經濟效益、社會效益和生態效益的協調統一。

5 產業資源生態管理模式

5.1 產業資源生態網絡

產業生態系統資源流具有明顯的網絡結構特征，良好的網絡結構是保障資源有效合理利用的基礎。產業資源生態管理的核心是運用生態學原理，借鑒自然生態系統物質流動規律，構建支持產業資源合理高效循環利用并且企業和諧共生的生態網絡管理機制。這樣的生態網絡主要有虛擬資源網絡和現實資源網絡構成(見圖3)。虛擬資源網絡指信息傳遞處理網絡，是建立在互聯網基礎上的資源流動信息傳遞處理的網絡。現實資源網絡指現實產業資源流動網絡。整個生態共生網絡主要包括網絡資源、網絡硬件和網絡軟件構成。

網絡資源：產業資源生態網絡中的網絡資源主要由自然資源、能源、信息、產品和廢棄物等構成。其中自然資源主要是指產業生產中需要的各種資源，如各種礦物和生物資源；能源主要包括產業生產中所需要的各種能源，如各種清潔能源、化石能源等；信息主要包括原材料和能源信息、產品信息、再生物質信息、廢棄物信息、技術信息、生態環境信息以及相關的政策法規信息等。產品主要包括產業生產的各種產品。廢棄物主要包括各生產中產生的各種廢棄物。

網絡硬件：網絡硬件主要包括支持網絡資源流動的各種設備和設施。主要包括計算機網絡硬件設備、資源交易支持硬件設備、資源貯備設備、資源運輸設備等。其中，計算機網絡硬件設備和資源交易支持硬件設備是支持虛擬網絡的硬件設備；資源儲備和資源運輸設備是支持現實網絡(實物資源網絡)的資源流動的硬件設備。

網絡軟件：網絡軟件指管理者、調控網絡運行的管理機制、方法和系統，以及支持虛擬網絡運行的計算機軟件。其中，管理者及管理機制和方法是整個網絡的核心決定了管理的質量和效率，虛擬網絡軟件起到輔助提高管理效率的作用。

5.2 產業資源生態管理機制

產業資源生態管理機制其實質就是一種保障資源良性循環及企業共生的生態網絡機制。構建的目的是促進產業在傳統的產業鏈基礎上利用共生和循環設計進行產業鏈的生態重組，或者構建新的生態產業網，通過提高資源的使用效率、使用清潔能源和廢棄物的循環利用實現產業資源的生態化管理，促進經濟與環境的協調發展。

產業資源生態管理機制主要通過促進建立基于循環共生的生態網絡的管理來實現(見圖4)。即對原有的三個方面的產業結構進行生態重組和生態管理，對三個方面新建設的產業進行生態設計和生態管理。如資源開發生態管理：圍繞如何提高資源的開采效率，減少對資源開采區的生態環境破壞，對現有的資源開發產業進行生態重組，對新的資源開發產業要求生態設計。資源利用生態管理：圍繞如何提高資源利用的效率，鼓勵使用可再生資源，減少不可再生資源的使用，降低單位產品資源和能源的消耗進行管理。廢棄物的生態管理：在生態管理中廢棄物應視為待利用的資源，在系統中提供一個廢棄物再利用的平臺，使廢棄物得到循環利用，減少廢棄物排放量，并實現無害化排放。

管理方法主要是通過建立在虛擬網絡基礎上的資源循環－企業共生系統進行管理(見圖5)，主要包括：資源開發共生平臺、資源利用共生平臺、廢棄物平臺、評價及生態管理平臺。資源開發共生平臺主要提供對資源開發利用的強度、速度和廣度進行信息化生態管理服務，使資源開發符合資源可持續利用的要求；資源利用共生平臺主要提供促進產業向資源循環共生模式轉型的生態管理服務；廢棄物循環利用交易平臺主要提供廢棄物資源化和無害化生態管理服務；評價及生態管理平臺主要通過物質流分析、生命周期評價及投入產出分析等手段對運行中的產業群進行時時動態評價并提出相應的調整策略。通過產業資源的生態管理，企業將積極利用效率高環境友好型技術進行生產，廢棄物將得到最大限度的資源化利用和達標排放，產業資源管理將建立循環共生機制。促進產業生態系統與自然生態系統的協調發展。

6 結論

產業資源生態管理是面向產業資源可持續利用實現循環經濟的重要支撐。本論文運用生態學原理剖析了產業生態系統的結構和功能特征，通過系統分析傳統產業資源流動的模式，指出當前產業資源管理的主要問題是管理部門的條塊分割及產業物質資源的單向鏈式流動導致資源利用效率低下等問題。闡明產業資源生態管理的核心就是構建資源循環鏈為基礎的資源循環一產業共生的生態網絡機制，實現資源開發利用的經濟效益、社會效益和生態環境效益的協調統一。闡明了產業資源循環共生網絡由虛擬資源網絡和現實資源網絡構成，提出了基于資源開發循環共生管理、資源利用循環共生管理、廢棄物交易管理、評價及生態管理構成的產業資源生態管理模式。為緩解當前產業資源利用與生態環境保護之間的矛盾，促進循環經濟的發展提供了一種科學的資源管理方法。后續的工作將在具體的管理方法和系統的實現等方面開展深入細致的研究。

(編輯：劉呈慶)